수질관리요약정리

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목차

1. 물 특성의 중요성

2. 수질 : 기준과 범지구적인 전망

3. 화학양론, 반응 동역학 및 물질수지

본문내용

고려해야할 사항.
반응의 종류
균일반응
-단일상에서 진행되는 반응.
불균일반응
-두 개 이상의 상 사이의 계면을 통해 일어나는 반응.
반응속도 및 반응 차수
-반응속도 는 어떤 물질 또는 화학종가 사라지거나 생성되는 것을 묘사할 때 사용되는 용어.
-균일반응의 경우 의 단위는 단위시간, 단위부피당 몰(또는 질량,mol/Lt)이 될 수 있으며, 불균일반응의 경우 생성속도는 단위면적, 단위시간당 몰(또는 질량)로 표현.
- 반응물질은 음의 반응속도를 가지며, 생성물질은 양의 반응속도를 가짐.
-총괄반응속도는 아래와 같이 정의.
-이때 상수 는 각각의 반응물질 A와 B에 대한 반응차수를 정의하는데 사용.반응속도상수 는 반응차수의 함수임에 유의.
반응속도간 화학양론 관계식
-반응속도를 정의할 때 그 반응속도가 총괄반응속도인지 또는 개별적인 반응물질 또는 생성물질에 대한 반응속도인지를 명확히 하는 것이 중요. 예를 들면, 만일 두 반응물질에 대한 화학양론계수가 다르다면 반응물질중의 하나의 항으로 표현된 반응속도는 나머지 반응물질의 항으로 표현된 반응속도와 비교하여 다른 값을 갖게 됨. 그러므로 이러한 혼동을 피하기 위해 총괄반응속도를 화학양론계수 및 개별반응속도를 이용하여 정의.
-위의 반응식에서 총괄반응속도 및 개별 반응물질 및 생성물질에 대한 반응속도는 다음과 같이 정의.
여기서, : 총괄반응속도
: 화학양론계수
:개별 반응물질 및 생성물질에 대한 반응속도
반응의 종류 및 반응속도
비가역반응
-비가역반응은 전형적으로 단일반응 또는 다단계반응으로 정의.
가역반응
-가역반응의 경우 화학양론계수의 부호는 항상 양이며, 그 부호는 전반적인 반응의 방향과 관련.
포화반응
-포화반응은 최대 반응속도, 즉 반응속도가 농도 A에 독립적인 구간이 존재하는 형태.
-포화속도함수는 복잡하게 표현되지만 아래의 두가지 다른형태의 포화형함수가 환경공학의 모델링에서 자주 접하게 됨.
자가촉매반응
-많은 반응속도는 생성물질농도의 함수. 한가지 예로 박테리아 증식을 들 수 있는데, 박테리아 증식속도는 존재하는 수에 비례.
-자가촉매반응은 1차,2차, 또는 포화형 반응이 될 수 있으며 또한 반응물질 및 생성물질의 함수로서 부분적인 자가촉매형 반응일 수 있음.
반응속도상수에 대한 온도의 영향
-온도에 대한 속도상수의 의존도는 2장의 생화학적 산소요구량 부분에서 살펴보면, 관련식은 다음과 같음.
여기서, : 반응속도상수
: 온도계수
T : 온도
3 실험자료의 해석(Analysis of Experimental Data)
-화학적 및 생물학적 반응을 모델링 하고자 할 때 필요한 속도식을 전개하는데 사용될 수 있는 자료는 실험실 및 pilot-scale 실험을 통하여 얻어짐.
-현재, 실험자료를 이용하여 반응차수를 결정할 때 일반적으로 적분법, 미분법, 시간-반응법, 분리법 네가지 방법이 사용.
4 질량반응속도(Mass Rates of Reaction)
-대부분의 수질관리문제에서는 몰농도를 구하는 것이 불가능, 질량농도로 사용.
-질량에 기초한 속도는 질량농도 를 쓰는 것을 제외하고는 몰농도를 사용하는 속도식과 같은 방식.
여기서, : A의 질량반응속도, g/m3t
: 질량에 기초한 반응속도상수, t-1
: A의 질량농도, g/m3
5 물질수지(The Materials Balance)
-물질수지(또는 질량수지)란 정의된 경계를 갖는 계를 기준으로 계에 유입되고, 계로부터 유출되며, 계 내부에 축적되는 모든 물질을 양적으로 묘사한 것.
-물질수지는 질량보존의 법칙(예를 들면, 질량은 새로이 생성되지도 않고 파괴되지도 않는다)을 기초로 함.
-물질수지에 대한 서술은 축적=유입-유출+생성으로 간략화 할수 있음.
정상상태 및 천이상태
-물질수지를 적용할때는 두가지 조작상태, 즉 정상상태 및 천이상태가 고려되어야 함.
물질수지의 준비
-물질수지를 준비하고자하는 계 또는 공정에 대한 간략화된 흐름도 또는 도식을 준비.
-물질수지가 적용되는 곳의 경계를 명확하게 하기 위해 계의 경계를 그림.
-도식 또는 흐름도에 물질수지를 준비할 때 사용된 모든 관계자료의 목록을 준비.
-공정 중 발생하는 생물학적 혹은 화학적 반응에 대한 모든 방정식의 목록을 준비.
-수치계산에 용이한 기준을 선택
6 물질수지의 적용(Materials Balance Applications)
유체흐름
축적 = 유입 - 유출 + 생성
여기서 : 제어부피내 유체의 평균밀도, kg/m3
:고정된 제어부피내 유치의 체적,m3
: 각각의 제어부피 유입 및 유출유량, m3/s
: 제어부피 유입 및 유출유체의 밀도
: 질량생성속도,g/m3s
-만일 계내에 유체의 축적이업고 유체가 계내에서 생성, 소실되지 않는다면
홍수로
-홍수로는 특별한 형태의 물질수지가 필요.
-홍수로에서 물질수지의 목적은 홍수유량에 의한 하천수위의 변화를 예측하는 것.
-하천을 동일한 수위를 갖는다고 가정할 수 있는 짧은 부분(구획)으로 나누고, 나누어진 구획은 균등할 필요가 없으며, 보통 길이와 체적이 상당히 변화되는 것을 예상할수 있음.
-n 구획으로 유입되는 유량은 , 유출되는 유량은 으로 정의하고 n구획에 대한 수로방정식은
여기서, : 부피, m3
: 물의 밀도, kg/m3
: 생성속도, kg/m3
저장 탱크로부터의 양수
-문제중에 포함된 변수들간의 적절한 관계를 찾아내어 해답을 유도하.
-저수지 수위의 증가를 예측하기 위해서는 방수로 배출유량과 방수로 첨두수위간의 관계를 반드시 알아야 함.
화학반응을 포함하는 공정
-물질수지원리를 적용한 앞서의 예에서는 속도항이 “0”.
-물질수지를 자연 중에서 일어나는 현상에 적용하기 위해서는 생성속도항이 매우 중요하며, 생성속도항은 대개의 상수 및 폐수 처리공정에서도 매우 중요.
7 다른 종류의 수지(Other Types of Balances)
-수질연구에 적용할 수 있는 다른 중요한 열역학적수지는 에너지 및 운동량 보존의 법칙을 기초.
-에너지수지(내부, 기계적 및 전자기적 에너지에 기초한)는 수심이 깊은 호수 및 수심이 깊은 저수지의 물의 운동을 연구하는데 중요.
-운동량수지는 복잡한 바람 및 파도에 의해 유발되는 물의 운동을 모델링하는데 사용.

키워드

수질관리,   물특성,   수질,   화학양론,   물질수지