【환경화학】 2009 국가공무원 5급(기술) 제4문

2009 국가공무원 5급(기술) 제4문^]

 

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a. 화학의 기초

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ㅇ님 지적사항 수정 완료 (2021.07.12 23:02)

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Q. 유기 오염 물질을 포함하고 있는 폐수를 혐기성 처리하여 200 g의 메탄이 생성되었다. 다음 질문에 답하시오. 단, 유기 오염 물질의 화학식은 {CH₂O}, 혐기성 처리 효율은 60%, H, C 및 O의 원자량은 각각 1, 12 및 16이다.

 

Q1. 이 폐수에 포함된 유기 오염 물질의 양은 몇 g인가를 계산하시오. 

 

A1. 혐기성 폐수처리란, 산소가 없는 상태에서 호흡하여 에너지를 생성하는 미생물을 이용하여 폐수를 처리하는 방법이다. 

 

○ (참고) 장점 

○ 많은 유기물을 처리할 수 있음

○ 최종 산물로 유용한 메탄가스를 얻을 수 있음

○ 중금속 및 독성물질에 덜 민감함

 

○ (참고) 단점 

○ 처리수의 수질이 나쁨

○ 처리 시간이 긺

○ 넓은 부지면적을 요구함

 

혐기성 폐수처리를 통해 이산화탄소와 메탄이 생성된다는 것을 알고 있어야 한다. 

CH₂O가 CH₄로 환원하면서 탄소 1개당 4개의 전자가 이동한다.

또한, CH₂O가 CO₂로 산화하면서 탄소 1개당 4개의 전자가 이동한다.

따라서 최종 반응식은 다음과 같다.

 

2C_nH_2nO_n → nCH₄ (메탄) + nCO₂

 

그러므로 유기 오염 물질의 양은 다음과 같다.

○ 메탄의 몰수 : 12.5 mol = 유기물의 몰수 × 혐기성 처리 효율

○ 유기물의 몰수 : 25 / n mol ÷ 60% = 41.66667 / n mol

○ 유기물의 질량 : 41.66667 / n × 30n = 1250 g

 

Q2. 이 과정은 몇 g의 산소 요구량이 제거된 것과 같은가를 계산하시오.

 

A2. 물질을 완전히 산화시키는 데 필요한 화학적 산소요구량에서 혐기성 처리효율을 곱한 값을 구할 필요가 있다.

○ C_nH_2nO_n + nO₂ → nCO₂ + nH₂O

○ 완전히 산화시키는 데 필요한 산소요구량 : 1250 g ÷ 30n g/mol (유기물 분자량) × 32n (산소 총질량) = 1333.333 g

○ 혐기성 처리효율을 고려한 산소요구량 : 1333.333 × 0.6 = 800 g

 

입력: 2021.02.05 00:34