Biochemical Oxygen Demand, BOD

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1 Biochemical Oxygen Demand, BOD

2 Introduction (1) BOD 대상물질 유기물의 분해
현 유기물 농도 중 자연계 미생물에 의하여 분해되어 DO를 소비할 수 있는 유기물량 유기물의 분해 5일 경과시 최종 BOD의 75% 소모 10일 경과시 NH3산화로 O2소모 나타남 CnHaObNc + ( n a - 0.5b - 0.5c ) O2 nCO2 + ( 0.5a - 1.5c ) H2O + cNH3 2NH3 + 3O NO H+ + 2H2O 2NO2- + O2 + 2H NO3 + 2H+

3 Introduction (2) Lt = L0 10-kt Lt : t 일후 잔여 유기물 농도 10 5
1단계 탄소질의 산화 2단계 질산화 누적산소소모량 유기물 농도 유기물분해속도 = O2 소모속도 dL/dt = k Lt = L0 10-kt Lt : t 일후 잔여 유기물 농도 y = BOD = L-Lt=L(1-10-kt) y : 소모된 유기물량

4 Dissolved Oxygen (1) 윙클러-아지드화나트륨 변법 측정원리
황산망간과 알칼리성 요오드화칼륨을 가하여 생성되는 수산화 제 1망간이 시료 중 용존산소에 의해 수산화제2망간이 되며 여기에 황산산성에서 넣어준 요오드화 칼륨이 용존산소에 대응하는 요오드를 유리 시키게 되는데 이 유리된 요오드를 티오황산 나트륨으로 적정 용존 산소 양을 측정 2NaOH + MnSO4  Mn(OH)2 + Na2SO4 2Mn(OH)2 + H2O + 0.5O2  2Mn(OH)3 2Mn(OH)3 + 2KI + 3H2SO4  I2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 6H2O I2 + 2Na2S2O3  2NaI + NaS4O6

5 DO reagents MnSO4 : MnSO44H2O 480g , MnSO42H2O 400g or MnSO4 H2O 364g  1L 제조 Mn2+ 제공, O2함유 방지 알칼리성 요오드화칼륨아지드화 나트륨: NaOH 500g, KI 150g, NaN3 10g  1L제조 (갈생병, 암소보관) OH-, I-, N3-이온공급 전분(starch) : soluble starch 2g 을 열수 100ml 용해시켜 1분 가열 후 냉각 (사용시 제조) I2 지시약 0.025N Na2S2O3 : Na2S2O3 5H2O 25g, Na2CO3 0.2g을 증류수에 가열하여 용해시킨 뒤 1L가 되게 제조하고 이소아민 알코올 10ml를 첨가하여 2일 방치 후 표정

6 DO factor (1) 방법 1  같은 방법으로 공실험 실행 이론치 실제치 - 이론치 Factor = 증류수 100ml
 같은 방법으로 공실험 실행 증류수 100ml 전분 3ml 증류수 25ml KIO3 150mg KI 2g 염산 5ml 마개를 한 후 10분간 암소에 보관 0.1N-Na2S2O3 적정 Factor = 이론치 실제치 - 이론치

7 DO factor (2) 방법 2  같은 방법으로 공실험 실행 25 Na2S2O3 ml - BT Factor = 전분 3ml
 같은 방법으로 공실험 실행 전분 3ml 0.025N-KIO3 25ml KI 2g (1+5)황산 5ml 5분 방치 0.025N-Na2S2O3 적정 Factor = 25 Na2S2O3 ml - BT

8 DO procedure     아질산염이 I를 유리시켜 DO 증가시키는 것 방지 MnSO4 1ml
알칼리성 KI-NaN3 1ml 맑은층이 100ml이상될 때 까지 정치   Mn(OH)3 검수분취량 + 희석수 2~3 분 혼합   200ml 취함 종말점 황색이 될 때 Starch 3ml H2SO ml 0.025N-Na2S2O3 적정

9 DO calculation DO 계산식 a : 적정에 소비된 0.025N-Na2S2O3
f : N-Na2S2O3 의 factor V1 : 전체시료량 (ml) V2 : 적정에 사용된 시료량 (ml) R : MnSO4과 알칼리성 KI-NaN3 첨가량 DO(mg O2/l) = a  f    0.2 V1 V2 1000 V1-R

10 Dissolved Oxygen (2) 격막 전극법 측정원리
시료중의 용존산소가 격막을 통과하여 전극의 표면에서 산화, 환원반응을 일으키고 이때 산소의 농도에 비례하여 전류가 흐르게 되는데 이 전류량으로 부터 용존 산소량을 측정하는 방법 산화성 물질 함유 시료, 착색된 시료, 윙클러-아지드화나트륨변법을 사용할 수 없는 폐하수 정량범위 0.5mg/l이상

11 BOD 정의 시료를 20°C에서 5일간 저장하여 두었을 때 시료중의 호기성 미생물의 증식과 호흡작용에 의하여 소비되는 용존산소의 양 조건 호기성 미생물이 존재해야함  접종 독성물질이 없어야함  제거 pH가 미생물 생장의 최적조건이어야함  조정 조류(algae)의 증식을 막아야함  광차단 일정온도 유지  평균 수온 20°C 로 유지 반응시간일정  5일로 통일

12 BOD reagents DO 측정 시약 set 희석수
측정 하루전 증류수를 20 °C  1 포기 사용시 증류수 1L 당 아래의 시약1ml 주입 buffer soln.(pH 7.2) : K2HPO4 21.5g, KH2PO4 8.5g, Na2HPO4 12H2O 44.6g, NH4Cl 1.7g / d-H2O  1L MgSO4 soln.: MgSO4  7H2O 22.5g  1L CaCl2 soln. : CaCl2 27.5g  1L FeCl3 soln.: FeCl3  6H2O 0.25g  1L 식종수 (seed water) : 가정하수 ,하천수, 토양추출액 등을 20 °C 에서 24시간 정치 후 상등액을 사용

13 BOD 시료채취 및 보존 시료의 전처리 채취지점의 대표시료가 되도록 채수하고 즉시 시험 실시.
부득이한 경우 4℃에 보관하고 6시간이내에 측정. 시료의 전처리 산성 또는 알칼리성 시료 : (1+11)HCl, 4% NaOH로 pH7 조정 잔류염소 함유: 시료 100ml에 NaN3 0.1g, KI 1g을 넣은 후 염산을 가해 산성으로 한 다음 starch 3ml를 첨가하여 0.025N-Na2S2O3로 적정  소요량을 시료에 대응하여 첨가 용조산소 과포기시: 수온을 23~25 ℃ 로 통기 후 방냉하여 20 ℃로 조절

14 예상 BOD를 고려하여 희석배율 결정 (시료+ 희석수) BOD bottle 3개를 한조로 하여 총 9개 준비
BOD procedure 증류수 20 °C  1 폭기 pH 7.2 조정 MgSO4 7H2O, FeCl3 6H2O, CaCl2 ,인산염 완충액 각 1ml BOD 희석수 예상 BOD를 고려하여 희석배율 결정 (시료+ 희석수) BOD bottle 3개를 한조로 하여 총 9개 준비 1: 15분 후 D1 측정, 2: 5일 배양 5일 후 D2 측정 , 소비율이 40~70% 인것 선택

15 BOD X = 희석배율 결정방법 보통 하폐수의 유입원수: COD:BOD= 1:2~3 처리수: COD:BOD=2:1
강한 공장폐수는 0.1~1.0 %, 처리하지 않은 공장폐수와 침전된 하수는 1~5 % ,처리하여 방류된 공장폐수는 5~25 %, 오염된 하천수는 25~100 %의 시료가 함유 최적분취량: 산소 소비율의 대표값 55%가정 X = 1500 예상 BOD

16 BOD calculation 식종하지 않은 경우 식종한 경우 BOD (mg/l) = (D1-D2) x P BOD =
(간편식) BOD = (D1-D2) P - BODs (P-1) D1 : 배양전 DO D2 : 배양후 DO P : 희석시료중의 시료의 희석배수 (시료량/희석시료량) F = x/y X : 희석시료중의 식종수의 함유율(%) Y : 희석 식종수 중의 식종수의 함유율(%) BODs : 식종수의 BOD (D1-D2) - (B1-B2) f P X 100

17 BOD용 희석수 및 BOD용 식종희석수의 검토
대상시료 독성물질 함유 구리, 납 및 아연 등과 같은 금속이온 함유 전처리한 시료 시험방법 글루코오스와 글루타민산 150mg을 증류수에 용해시켜 1L 제조 위의 액을 5~10ml씩 3개의 BOD병에 넣고 BOD용 희석수로 완전히 채운 다음 BOD측정 측정된 BOD 값이 220  20mg/l 범위 안에 드는지 확인

18 BOD Q&A 초기 DO값 측정시 백탁현상 5일 후 DO를 측정하기위해서 약품을 투입하면 황갈색 침전이 아니라 흰색침전 형성
독성물질 유입여부를 의심 5일 후 DO를 측정하기위해서 약품을 투입하면 황갈색 침전이 아니라 흰색침전 형성 시료내 유기물의 함량이 너무 높아 부란 과정에서 용존 산소가 고갈된 상태일 때 발생 BOD가 COD보다 2배 이상 높게 측정 과망간산 칼륨에 의한 COD 분석법의 유기물 산화율은 통상 40%로 유기물 함량이 높을 경우 미생물에 의한 산화가 더 많이 일어나 이런 현상이 발생 염화나트륨을 잔류염소제거방법으로 제거 가능한가의 여부 NaCl 은 물속에서 Na+와 Cl-로 존재하고 잔류 염소는 Cl2 로 존재하기 때문에 잔류염소제거방법으론 처리가 안되며 다만 미생물의 삼투압에 영향을 미칠 수 있으므로 희석에 의한 전처리를 할 수 있음. 질산화 작용 억제제 메틸렌블루(Methylene blue) 또는 알릴티오우레아 

19 2NaOH + MnSO4  Mn(OH)2 + Na2SO4


20 2Mn(OH)2 + H2O + 0.5O2  2Mn(OH)3 

21 2Mn(OH)3 + 2KI + 3H2SO4  I2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 6H2O


22 I Na2S2O3  2NaI + NaS4O6 

23 The End....