【환경화학】 2021 국가공무원 5급(기술) 제5문

2021 국가공무원 5급(기술) 제5문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차 

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a. 용해도와 착이온 평형

b. 함수율 

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Eco 님 지적사항 수정 완료 (22.08.09)

당근 님 지적사항 수정 완료 (23.12.31)

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Q. 산성 폐수에 포함된 카드뮴 이온(Cd²⁺)을 수산화물로 침전시켜 처리하고자 한다. 폐수의 카드뮴 농도는 200 ppm으로 측정되었다. 예비실험으로 pH를 9로 조절하였더니 카드뮴 농도가 22.5 ppm으로 감소하였다. 다음 물음에 답하시오. (단, 카드뮴, 산소, 수소의 원자량은 각각 112.4, 16.0, 1.0이다)

 

Q1. 카드뮴 농도를 1 ppm으로 낮추기 위해서는 pH를 얼마로 조절해야 하는지 구하시오.

 

A1. 

○ 산∙염기 반응 : Cd²⁺ (aq) + 2OH^- (aq) → Cd(OH)₂ (s) 

○ K_sp = [Cd²⁺][OH^-]² = 22.5 ppm × (10^-5)² = 1 ppm × [OH^-]_after² 

○ ∴ [OH^-]_after = 4.74 × 10^-5,  pH_after = 9.68

 

Q2. 카드뮴 농도를 1 ppm으로 낮춘 결과 발생한 침전물을 여과하여 함수율이 35%(습윤질량 기준)이고 비중이 2인 케이크를 얻었다. 폐수 1톤 처리 시 발생하는 케이크의 부피와 이 케이크를 함수율 10%(건조질량 기준)까지 건조시킬 때의 증발수분량을 구하시오. 

 

A2. 

○ 개념 1. 습량 기준 함수율(wet basis moisture content)

 

 

○ M_w : 습량 기준 함수율

○ W_w : 물의 무게

○ W_d : 물을 제외한 나머지 무게

○ 개념 2. 건량 기준 함수율(dry basis moisture content)

 

 

○ M_d : 건량 기준 함수율

○ W_w : 물의 무게

○ W_d : 물을 제외한 나머지 무게

○ 폐수 = 물 (≫ 케이크) + 케이크 (물 35% + 침전물 65%) ≠ 물 35% + 침전물 65% 

 

○ 새로운 풀이 (○) : 폐수 = 물 (≫ 케이크) + 케이크 (물 35% + 침전물 65%)

○ 폐수 1톤에 침전된 Cd(OH)₂의 질량 = (200 - 1) mg Cd²⁺/L × 1000 L × 146.4 Cd(OH)₂ g/mol ÷ 112.4 Cd²⁺ g/mol

∴ 259.2 g

○ 폐수 1톤에 침전된 케이크의 질량 = 259.2 / 0.65 = 398.8 g

○ 폐수 1톤에 침전된 케이크의 부피 : 398.8 g / V ml = 2 g/ml ⇔ V = 199.4 ml

○ 이 케이크를 함수율 10%(건조질량)까지 건조시킬 때 최종 물의 무게 = 259.2 × 10% = 25.92 g

○ 이 케이크를 함수율 10%(건조질량)까지 건조시킬 때 증발수분량 = 259.2 × (1/0.65 - 1) - 25.92 = 113.6492 g

 

○ 이전 풀이 (×) : 폐수 = 케이크 = 물 35% + 침전물 65%라고 생각

○ 폐수 1톤에 포함된 침전물의 무게 = 0.65 톤 

○ 폐수 1톤에 포함된 물의 무게 = 0.35 톤 

○ 침전물의 비중을 γ라 하면, 0.65 / γ + 0.35 / 1 = 1 / 2 ⇔ γ = 4.33333 

○ 폐수 1톤에 포함된 침전물의 부피 = 0.65 톤 × 1000 kg/톤 × 1L / 4.33333 kg = 150 L  

○ 폐수 1톤에 포함된 물의 부피 = 0.35 톤 × 1000 kg/톤 × 1 L / 1 kg = 350 L 

○ 폐수 1톤 처리 시 발생하는 케이크의 부피 = 150 + 350 = 500 L

○ 이 케이크를 함수율 10%(건조질량 기준)까지 건조시킬 때 최종 물의 무게 = 0.1 × 0.65 = 0.065 톤 

○ 이 케이크를 함수율 10%(건조질량 기준)까지 건조시킬 때의 증발수분량 = 0.35 - 0.065 = 0.285 톤

 

입력: 2022.08.07 11:40

수정: 2023.06.24 16:06