수질관리 및 모델링 환경공학과 3학년 20041429 노 지 훈

HW : Problems of Ch.8 of Text Book 1. Study "Chapter 8 Modeling Trace Metals" and summarize it.    (8장 미량중금속 모델링을 공부하고 요약하라.) 2. Study and explain the toxic model TOXIC5.    (독성모형인 TOXIC5를 공부하고 설명하라.)  1) Theory (Physical, Chemical, and Biological Processes)  2) Numerical Algorithm  3) Run the example data  4) Make the report of all the jobs listed as above

1. Study "Chapter 8 Modeling Trace Metals" and summarize it 중금속은 원자번호 21(스칸듐)과 84(폴로늄) 사이의 금속들을 일컫는 것이며, 자연수에서는 자연적이거나 인위적으로 발생한다. 이러한 금속들은 농도와 화합물의 종류에 EK라 수생생물에 독성을 끼칠 수도 있다. 알루미늄(원자번호 13)과 비금속인 비소 및 셀레늄(원자번호 33과 34)은 광범위의 오염물질에 포함되며 스칸듐보다 가벼운(예를 들면 Li, Be, Na, Mg, K, Ca)다른 금속들도 역시 자연수에서는 중요하다. 바위나 미네랄의 용해에 의해 자연적으로 발생하는 중금속은 비생물체의 유기오염물질과는 다르다. 환경에서 전체 금속의 양은 일정하게 보존된다. 즉, 자신의 화학종은 변화되지만 전체량은 일정하다. 이것은 독성 유기화합물에서 흔히 있는 경우처럼 무독성인 최종생성물로 미네랄화될 수 없다. 중금속은 그 농도가 수질기준을 초과했을때 심각한 오염문제를 일으키게 되며, 폐기허용 부하량은 산업체나 자치단체에서 배출하는 중금소그이 허용배출량을 결정하기 위해 필요하다. 더불어 소각시에 휘발성 금속인 Cd, Zn, Hg, Pb 등은 배출가스에 포함되어 있을 수도 있고, 플라이애쉬(fly ash)에는 상당한 농도의 As, Se 및 Cr 등이 함유되어 있다. EH한, 이와 같은 모든 물질들은 건식침적(dry deposition)에 의해 물이나 토양에 퇴적될 수 있다.

무기화합물과 금속의 음용수 기준에 대한 최대허용 오염기준 (표기된 것을 제외하고는 mgl-1로 표시됨)

(금속의 가수분해) 모든 양이온금속은 수화되어 무로가 함께 착화물을 형성한다. 물 속에서 물분자의 수는 보통 4개나 6개이며, 물분자와 결합되어 있는 금속이온을“유리 아쿠아 금속이온(free aquo metal ion)"이라고 한다. 일반적으로 화학반응식에서는 물의 수화물 분자(M,xHO)를 표기하지 않지만 항상 유리금속이온으로 존재하게 된다. 이와 유사하게 양성자의 배위수가 1일 경우 물 속에 존재하는 양성자를 HO 대신 H로 표기하는 것과 같다

독성은 금속물질의 종류에 따라 다르며, 종종 유리 아쿠아 금속이온은 수생생물에 유독하지만 착화물이 형성된 금속이온은 그렇지 않은 경우가 있다. 화학물질의 종류는 자연수에서 흡착이나 입자와의 영향을 미친다. A 형태와 B 형태의 양이온 금속의 분류는 최외각 d 전자수로 결정되면 A형태의 양이온 금속은 d 오비탈에 전자가 없는(또는 거의 없는)불활성기체 형태이고, “강체구(hard sphere)" 양이온에 해당한다. 전자껍질은 리간드의 접근에 의한 전지장의 영향에 대해 쉽게 변형되지 않는다. A형태의 금속은 F뿐만 아니라 OH, CO, HCO 의 리간드와 산소 공여원자가 착화합물을 형성하게 된다. 이와 같은 형태의 금속들은 NH나 CN보다 HO분자와 더 강하게 결합한다. hard(A 형태)와 soft(B 형태) 양이온 금속을 나타낸 주기율표

용존금속과 입자형 금속 용액 내에서 강한 착화합물을 형성하는 경향을 가지고 있는 중금속은 동일한 리간드를 가지고 있는 입자와 표면 착화합물을 형성하는 경향이 있다. 화학평형 모델은 실질적으로 물에 용존된 것과 흡착된 것을 반드시 구별해야 하기 때문에 어렵다. 분석화학 자들은0.45μm의 멤브레인 여과지를 통과하는 모든 것을 “용존물질”이라고 정의 했다. 이 정의는 많은 콜로이드 및 고분자 물질이 여과지를 통과할 수 있기 때문에 용존된 금속농도를 정확히 알기 어렵다는 문제를 안고 있다.

2. Study and explain the toxic model TOXIC5. (독성모형인 TOXIC5를 공부하고 설명하라 2. Study and explain the toxic model TOXIC5.    (독성모형인 TOXIC5를 공부하고 설명하라.)  1) Theory (Physical, Chemical, and Biological Processes)  2) Numerical Algorithm 3) Run the example data  4) Make the report of all the jobs listed as above 생물학적 변환은 유기화학물질의 미생물 작용에 의해 일어나는 변환으로 주로 자연수 중에서 일어나는 분해경로를 말하며, 호기성이나 혐기성 조건하 에서 박테리아, 조류, 또는 균류에 의해, 그리고 탈알킬화, 고리분열, 탈할로겐 화 등과 같은 반응기작의 조합에 의해 일어난다. 이 반응들은 세포 내외의 효 소에 의해 진행된다. 생분해(biodegradation)"는 생물변환(biotransformatioin) 과 같은 뜻으로 사용되지만, 어떤 연구자는 생분해는 화학물질을 분해하는 산 화반응만을 말하기도 한다. CO2와 H2O로 되는 반응을 무기화(mineralization) 라고 한다. 가장 넓은 의미로 생물변환은 유기화학물질을 변화시키는 미생물 에 의한 반응을 말하며 산화반응이나, 미생물의 성장과 유지를 위한 탄소나 에너지를 생성하는 것만을 말하는 것은 아니다. ”부산물의 기질 이용“은 탄소 와 에너지원으로 사용되는 하나 또는 그 이상의 주기질의 존재하에서 낮은 농 도(성장을 위해 필요한 농도보다 적은)의 유기화학물질의 이용을 말한다.

생분해는 생물의 성장에 영향을 주는 여러 가지 인자들에 의해 영향을 받는다. 온도(Temperature) : 독성물질의 생분해에 영향을 주는 온도는 Arrhenius 형태에 따르는 산소요구량(BOD)의 경우와 유사하다. 영양염류(Nutrients) 영양염류는 성장을 위해 필요하고 종종 성장률을 제한한 다. 다른 유기화합물은 일차 기질로 사용되어 대상 화학물질이 상호 신진대사 나 일차기질로서 사용될 수 있게 된다. 순화(Acclimation) : 적응은 억제된 효소를 활성화시키고, 미생물을 독성물질 에 점차적으로 노출시켜 독성물질을 분해할 수 있도록 유도하기 위해 필요하 다. 점차적으고 노출된다면 적응될 수 있지만 독성물질의 충격부하는 배양균 을 사멸시키게 될 것이다. 반면에 어떤 독성 유기물질(패놀이나 톨루엔)의 존 재는 때때로 주어진 유기 화학물질을 분해시키는 데 도움을 주는 효소를 이끌 어 낸다. 개체밀도와 미생물농도(Population density or biomass concentration) : 미생 물은 독성물질을 잘 분해할 만큼의 충분한 수가 있어야 한다(유기물질이 너무 없으면 종종 분해를 지연시킨다).