COD 계산기 - 적정 데이터로부터 화학적 산소 요구량 계산

화학적 산소 요구량(COD)이란?

화학적 산소 요구량(COD)은 물 시료의 유기물을 화학적으로 분해하는 데 필요한 산소량을 나타내는 측정값입니다. 물 한 리터당 산소 밀리그램(mg/L)으로 표시합니다. COD 수치가 높을수록 물에 산화될 수 있는 물질이 더 많이 포함되어 있다는 뜻이며, 일반적으로 유기물 오염이 더 심하다는 것을 나타냅니다. 실험실에서는 적정 시험으로 COD를 측정하며, 이 계산기는 적정 수치를 COD 결과로 변환합니다.

COD는 수질 관리에서 가장 흔히 사용하는 시험 중 하나입니다. 하수처리장은 유입수와 방류수를 확인하기 위해 COD를 측정합니다. 환경과학자는 강과 호수를 점검할 때 사용합니다. 공장은 방류수가 법적 기준을 충족한다는 것을 입증하기 위해 사용합니다.

중크롬산염 적정 시험의 원리

표준 COD 시험에서는 중크롬산칼륨이라는 화학물질을 사용해 물 시료의 유기물을 산화합니다. 실험실 기술자는 시료를 중크롬산염 및 강산과 함께 150 °C(302°F)에서 두 시간 동안 가열합니다. 이후 시료와 반응하지 않은 중크롬산염을 적정으로 측정합니다. 적정은 반응이 완료되었음을 색 변화로 알릴 때까지 두 번째 화학물질인 황산철(II)암모늄을 천천히 첨가하는 과정입니다.

시험은 실제 물 시료에 대해 한 번, 그리고 물 시료를 넣지 않고 동일한 화학물질 혼합물만 사용한 ‘공시험(blank)’에 대해 한 번, 총 두 번 실시합니다. 공시험은 가능한 적정액의 최대량을 보여 줍니다. 공시험 적정량과 시료 적정량을 비교하면 시료의 유기물이 실제로 소비한 중크롬산염의 양을 알 수 있습니다.

COD 공식

COD 공식은 다음과 같습니다.

$C = \frac{(B - S) \times N \times 8000}{V}$

각 기호의 의미:

• C = 화학적 산소 요구량, 단위 mg/L
• B = 공시험에 사용된 적정액의 부피, 단위 mL
• S = 물 시료에 사용된 적정액의 부피, 단위 mL
• N = 적정액의 노르말농도(리터당 당량, eq/L)
• V = 소화 처리한 물 시료의 부피, 단위 mL
• 8000 = 고정 변환 수(아래 설명 참조)

음의 산소 요구량은 물리적으로 가능하지 않으므로 결과는 음수가 될 수 없습니다. 계산기는 공식에 적용하기 전에 입력값을 확인합니다. 공시험 부피, 노르말농도 및 시료 부피는 모두 영보다 커야 합니다. 시료 적정액의 부피는 영 이상이어야 하며 공시험 부피보다 클 수 없습니다.

공식에 8000을 사용하는 이유

산소의 분자량은 몰당 32그램입니다. 산소 분자 한 몰은 물로 환원될 때 4개의 전자를 받으므로 산소 한 당량의 질량은 32 ÷ 4 = 8그램입니다. 이는 밀리당량당 8밀리그램입니다. 적정액의 부피는 밀리리터로 표시되므로 결과를 밀리리터에서 리터로 환산해야 하며, 이때 1000이라는 계수가 추가됩니다. 두 값을 곱하면 8 × 1000 = 8000이 됩니다.

풀이 예시

실험실 기술자가 다음과 같은 결과로 COD 시험을 실시했다고 가정해 보겠습니다.

• 공시험 적정액 부피: 10.0 mL
• 시료 적정액 부피: 7.5 mL
• 적정액 노르말농도: 0.1 N
• 시료 부피: 20 mL

공식에 대입하면 다음과 같습니다.

COD = ((10.0 − 7.5) × 0.1 × 8000) / 20 COD = (2.5 × 0.1 × 8000) / 20 COD = 2000 / 20 = 100 mg/L

100 mg/L이라는 결과는 처리된 하수에서 일반적으로 나타나는 중간 범위에 해당합니다.

COD 결과 해석 방법

계산기는 결과를 세 가지 구간으로 분류합니다.

• 50 mg/L 미만: 낮은 COD입니다. 식수나 잘 처리된 방류수처럼 깨끗한 물에서 일반적으로 나타납니다.
• 50 mg/L 이상 200 mg/L 미만: 중간 COD입니다. 처리장을 거쳐 배출되는 처리 하수에서 일반적으로 나타납니다.
• 200 mg/L 이상: 높은 COD입니다. 미처리 하수나 처리되지 않은 산업 폐수처럼 유기물 오염이 심하다는 것을 나타냅니다.

처리되지 않은 생활하수는 대개 약 250~1,000 mg/L 범위입니다. 양조장이나 식품 공장의 폐수와 같은 산업 폐수는 처리 전에 수천 mg/L까지 높아질 수 있습니다.

COD 시험에서 흔히 발생하는 문제

시료 적정액 부피가 공시험보다 큰 경우. 시료는 항상 중크롬산염의 일부를 소비하므로 이런 결과는 나올 수 없습니다. 일반적으로 두 측정값을 서로 바꾸어 기록했거나 공시험이 오염되었다는 뜻입니다. 계산기는 이 입력을 거부하고 결과 대신 오류를 표시합니다.

염화물 간섭. 염수와 염수 농축액에는 염화물 이온이 들어 있으며, 중크롬산염은 유기물을 산화하는 것과 같은 방식으로 염화물을 산화합니다. 이 때문에 COD 결과가 실제보다 높게 측정됩니다. 표준 시험법 5220에서는 염화물을 결합시키기 위해 분해 혼합물에 황산수은을 첨가합니다. 그래도 이 방법은 염화물 농도가 약 2,000 mg/L를 초과하는 시료에는 적용되지 않으며, 이런 시료에는 다른 절차가 필요합니다.

매우 높은 결과. 시료의 COD가 시험으로 정확히 측정할 수 있는 범위를 초과하면 실험실에서는 시료를 깨끗한 물로 희석하고 시험을 다시 실시한 뒤 결과에 희석 배수를 곱합니다.

자주 묻는 질문

COD와 BOD의 차이는 무엇인가? COD는 강한 화학적 산화제로 분해할 수 있는 시료 내 모든 물질을 측정합니다. 생화학적 산소 요구량(BOD)은 박테리아가 5일 동안 분해할 수 있는 물질만 측정합니다. COD 측정에는 약 2시간이 걸리며 실험실 간 결과의 일관성이 더 높습니다. 반면 BOD는 강이나 호수가 폐기물을 화학적으로가 아니라 생물학적으로 분해하므로, 자연 상태의 강이나 호수에 미치는 영향을 더 잘 예측합니다.

COD가 음수가 될 수 없는 이유는 무엇인가? 산소 요구량은 0보다 낮아질 수 없습니다. 식에서 음의 결과가 나왔다는 것은 시료 적정에 공시험보다 더 많은 적정액이 사용되었다는 뜻이며, 실제로 음의 요구량이 존재하는 것이 아니라 측정 오류나 오염을 나타냅니다. 계산기는 이러한 입력을 거부하고 수정된 측정값을 요구합니다. 두 적정 결과가 정확히 일치하면 요구량은 0 mg/L입니다.

어떤 시료 부피를 사용해야 하는가? 방법에 따라 다릅니다. 표준방법 5220의 개방 환류 방식에서는 50 mL를 소화 처리합니다. 폐쇄 환류 방식은 훨씬 작은 용기를 사용하며 몇 밀리리터만 소화 처리합니다. 계산기는 0보다 큰 모든 부피를 허용하므로, 실험실에서 실제로 소화 처리한 부피를 입력하십시오.

이 계산기는 정확한가? 계산기는 식을 정확히 적용하므로 산술 계산은 정확합니다. 최종 COD 값의 정확도는 입력한 실험실 측정값의 정확도에 따라 달라지며, 여기에는 적정 부피와 적정액의 노르말농도가 포함됩니다.

COD를 산업 폐수에 사용할 수 있는가? 예. 동일한 식을 모든 물 시료에 적용할 수 있습니다. 산업 시료는 가정하수보다 COD가 훨씬 높은 경우가 많으므로, 결과가 시험의 측정 가능 범위에 들어오도록 적정 전에 희석해야 할 수 있습니다.

참고 문헌

1. 미국공중보건협회, 미국수도협회 및 물환경연맹. (2017). 수질 및 폐수 시험을 위한 표준 시험법 (23판).
2. 미국 환경보호청. (1993). 방법 410.4: 반자동 비색법에 의한 화학적 산소 요구량 측정.
3. ISO 6060:1989. 수질 — 화학적 산소 요구량 측정. 국제표준화기구.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. 및 Stensel, H. D. (2014). 폐수 공학: 처리 및 자원 회수 (5판). McGraw-Hill Education.