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수질환경기사 반응조의 종류와 특성 — 농도식과 반감기

1차 반응에서 농도는 시간에 따라 지수적으로 감소한다. 조건에 따라 C = C0e^(-kt) 또는 C = C0e^(-Qt/V)를 적용하고, 반감기 공식으로 체류시간과 유출 농도를 구한다.

2026-10-18 기준 · 수질환경기사 대시보드

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뜻

1차 반응에서는 C = C0e^(-kt)로 농도가 감소하고, 반감기는 t1/2 = 0.693/k로 초기 농도와 무관하다. 반감기가 3일이면 감소속도정수는 0.693을 3으로 나눈 약 0.231/day이다.

완전혼합 상태에서는 C = C0e^(-Qt/V)로 농도가 줄어들며, Q/V는 체류시간의 역수이다. 염분 농도가 1.5%인 저수지에 염분이 없는 물이 유입되고 단순희석만 일어나는 조건에서는 이 식으로 100ppm까지 걸리는 시간을 구한다.

완전혼합 저수지에서는 ln(C/C0) = -(Q/V)t가 성립하므로, 이를 정리하면 t = (V/Q)ln(C0/C)가 된다. 주어진 조건이 시간에 따른 농도 감소인지, 목표 농도까지의 시간인지 확인해 식을 고른다.

반감기 횟수는 n = log(C0/C)/log2로 구하고 시간은 t = n × t1/2로 계산한다. 90% 감소는 잔류 10%이므로 약 3.32반감기, 95% 소모는 잔류 5%이므로 약 4.32반감기가 필요하다. 반감기 29년인 스트론튬을 90% 감소시키는 데는 약 96.3년이 걸린다. 대장균이 5,000/㎖에서 10/㎖로 줄고 반감기가 2시간이면 약 9반감기로 18시간이 필요하다.

예제

선지 판단은 조건에 맞는 농도식, Q/V의 의미, 반감기 횟수 환산에서 갈린다. C = C0e^(-kt)와 C = C0e^(-Qt/V)를 서로 뒤바꾸거나, 90% 감소를 잔류 90%로 바꾸어 계산한 선지가 틀린다. 반감기와 속도상수의 곱을 0.693이 아닌 값으로 두거나, 95% 소모를 4.32반감기가 아닌 값으로 계산한 선지도 어긋난다. 완전혼합 저수지에서 Q/V를 체류시간으로 그대로 쓰거나 유입 염분 농도를 0으로 두지 않은 선지도 성립하지 않는다. 대장균 감소에서 농도비의 로그를 취하지 않고 선형으로 줄인 선지도 틀린다.

자주 묻는 물음

1차 반응의 농도와 반감기는 어떻게 구하나요?
농도는 C = C0e^(-kt)로 줄어들고, 반감기는 t1/2 = 0.693/k입니다. 반감기는 초기 농도와 무관하며, 반감기 3일이면 k는 약 0.231/day입니다.
완전혼합 저수지에서 목표 농도까지의 시간은 어떻게 구하나요?
ln(C/C0) = -(Q/V)t가 성립하므로 t = (V/Q)ln(C0/C)로 구합니다. Q/V는 체류시간의 역수이며, 염분이 없는 물이 유입되는 단순희석 조건에 이 식을 적용합니다.
반감기 횟수로 시간을 구하는 방법은 무엇인가요?
n = log(C0/C)/log2로 반감기 횟수를 구한 뒤 t = n × t1/2로 시간을 계산합니다. 90% 감소는 약 3.32반감기, 95% 소모는 약 4.32반감기입니다. 반감기 29년이면 90% 감소에 약 96.3년이 걸립니다.
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