개념 한 쪽
수질환경기사 중화 — 약품량 계산과 환원 뒤 침전
산과 염기의 당량으로 중화 약품량을 구하는 방법, 6가 크롬과 시안을 처리할 때 중화가 놓이는 자리, pH를 높여 암모니아를 떼어내는 탈기를 익힌다.
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뜻
중화는 산성 폐수와 알칼리성 폐수의 pH를 중간 영역으로 맞추는 처리다. 산과 염기가 같은 당량만큼 반응한다는 점으로 필요한 약품량을 계산한다.
NaOH를 1% 함유한 폐수 60m³를 HCl 36% 수용액으로 중화하는 경우를 보자. 폐수 60m³는 60,000kg이고 NaOH는 그 1%인 600kg이다. NaOH 1mol이 40g이므로 600kg은 15kmol이고, HCl도 15kmol이 필요하다. HCl 1mol이 36.5g이므로 15kmol은 547.5kg이다. 36% 수용액으로 넣으려면 547.5 / 0.36 ≈ 1,520.8kg이 필요하다.
6가 크롬은 그대로 중화시켜 침전으로 없애기 어렵다. 산성 조건에서 NaHSO3나 FeSO4 같은 환원제로 3가 크롬으로 환원한 뒤 중화하면 수산화크롬 침전이 생겨 제거할 수 있다.
시안은 중화침전법으로 제거할 수 없다. 알칼리 조건에서 1단계 산화로 시안을 시안산으로 바꾸고, 2단계 산화로 질소와 이산화탄소로 분해한 뒤, 잔류 염소를 없애기 위해 중화조를 거친다. 착이온이 섞이면 염소 소모량이 늘어나지만 분해 자체가 안 되는 것은 아니다.
암모니아성 질소는 pH를 10 이상으로 높이면 NH3로 바뀌어 공기와 함께 빠져나간다. 온도가 높으면 기체의 용해도가 낮아져 필요한 공기량이 줄고, 겨울에는 효율이 떨어진다. 이산화탄소 제거는 탈기의 주된 목적이 아니다.
예제
선지 판단은 중화 반응의 당량 관계, 6가 크롬의 환원과 중화 순서, 시안 처리에서 중화조의 위치, 암모니아 탈기의 pH 조건에서 갈린다. 6가 크롬을 중화침전만으로 제거한다고 적거나, 시안을 중화침전법으로 처리한다고 적은 선지가 틀린다. 시안 처리에서 산화보다 중화를 먼저 두거나 잔류 염소 제거 단계를 빼는 선지도 어긋난다. 암모니아 탈기의 주된 목적을 이산화탄소 제거로 적은 선지도 성립하지 않는다.
자주 묻는 물음
- 중화에 필요한 약품량은 어떻게 계산하나요?
- 산과 염기가 같은 당량만큼 반응한다는 점으로 계산합니다. NaOH 1% 폐수 60m³에는 NaOH가 600kg 들어 있고, 이는 15kmol입니다. HCl도 15kmol인 547.5kg이 필요하며, 36% 수용액으로는 547.5 / 0.36 ≈ 1,520.8kg입니다.
- 6가 크롬과 시안은 중화만으로 처리할 수 있나요?
- 둘 다 중화만으로는 처리할 수 없습니다. 6가 크롬은 산성 조건에서 NaHSO3나 FeSO4로 3가 크롬으로 환원한 뒤 중화해 수산화크롬 침전으로 제거합니다. 시안은 알칼리 조건에서 두 단계로 산화한 뒤 잔류 염소를 없애기 위해 중화조를 거칩니다.
- 암모니아 탈기에서 pH와 온도는 어떤 역할을 하나요?
- pH를 10 이상으로 높이면 암모니아성 질소가 NH3로 바뀌어 공기와 함께 빠져나갑니다. 온도가 높으면 기체 용해도가 낮아져 필요한 공기량이 줄고, 겨울에는 효율이 떨어집니다. 이산화탄소 제거는 주된 목적이 아닙니다.
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