[수질] 수질오염방지기술, 화학적처리시설 (흡착, 이온교환)

 

Q. 가스 중 특정성분을 고체 흡착제에 흡착시켜 분리 제거하는 방법에 대한 설명으로서 가장거리가 먼 것은?

① 활성화에너지가 필요하며 흡착열도 비교적 큰 화학적 흡착은 비가역적이다
② 입자들 간의 반데르발스 인력을 주로 이용하는 흡착법은 물리적 흡착이라 하며, 이는 비교적 흡착속도도 빠르다.
∨③ 물리적 흡착은 흡착열이 비교적 작지만, 온도와의 상관관계를 살펴보면, 온도가 낮을수록 흡착량이 감소하는 경향을 나타낸다.
④ 임계온도이하의 모든 기체를 흡착하기 때문에 물질적 흡착은 비선택성 흡착이라 한다.

Q. 흡착에 의한 유해가스의 처리에 있어 파과점을 지나 돌파현상이 발생하면 어떻게 되는가?

① 배출가스의 양이 갑자기 감소한다.
② 배출가스의 양이 갑자기 증가한다.
③ 배출가스중 오염물질 농도가 갑자기 감소한다.
∨④ 배출가스중 오염물질 농도가 갑자기 증가한다.

Q. 화학적 흡착 및 물리적 흡착에 관한 내용과 가장 거리가 먼 것은?

① 물리적 흡착은 주로 반데르발스힘에 의한 것이다.
∨② 화학적 흡착은 여러 분자층에서 흡착이 가능하다.
③ 물리적흡착은 가스중의 분자간 상호인력보다 고체 표면과의 인력이 크게 되는 때에 일어난다
④ 화학적 흡착의 결합력은 물리적 흡착의 결합력 보다 크며 비가역적이다.

Q. 흡착에 관한 설명으로 틀린 것은?

① 물리흡착은 Van der Waals힘에 의한 흡착이다.
② 물리흡착은 흡착열은 작고 흡착속도는 빠른 편이다.
③ 화학흡착은 단일층 흡착이며 탈착이 곤란하다.
④ 화학흡착은 이온결합, 공유결합 등에 의한 흡착이다.
∨⑤ 유기질 기원인 활성탄 등은 수분에 민감하며 잘 흡착하는 편이고 무기질 기원인 실리카, 알루미나 등은 수분에 덜 민감하다

Q. 가스상 물질의 처리에 관한 설명으로 틀린 것은?

① 흡착에 의한 처리 시 흡착장치에서 파과점에 도달하기 전에 공정을 중단하고 재생과정을 거쳐야한다.
∨② 가열연소(간접연소)에 의한 처리를 하기 위해서는 가스 내에 가연성성분이 충분하여 자체로서 연소가 지속가능하여야 한다.
③ 염소, 불소화합물등은 일반적으로 수세에 의한 처리로 높은 효율을 얻을 수 있다.
④ 흡수 처리 시 흡수탑에서 흡수액에 비하여 가스량이 너무 많을 경우 상부익류(flooding)현상이 발생한다.

Q. 다음 중 흡착에 대한 설명으로 가장 적절하지 못한 것은?

∨① 피흡착제의 분자량이 클수록 흡착량과 흡착률이 증가한다.
② 흡착제의 표면적이 클수록 흡착성은 양호하다.
③ 흡착은 pH, 농도에 영향을 받는다.
④ 이온화된 상태보다 분자상태일때 흡착이 잘된다.

Q. 흡착실험식인 Langmuir식이 유도되기 위한 가정으로 알맞지 않는 것은?

① 한정된 표면만이 흡착에 이용된다.
② 표면에 흡착된 용질물질은 그 두께가 분자 한 개 정도의 두께임
∨③ 흡착은 비가역적으로 탈착이 일어나지 않음
④ 흡착은 평형조건이 이루어졌음

Q. 다음 중 Langmuir 등온공식 X/M = abC/(1+bC) 에 대한 설명으로 틀린 것은?

① X/M는 흡착제의 단위중량당 흡착된 양을 뜻한다.
② M은 흡착제의 단위중량이다.
∨③ C는 피흡착제의 처음농도이다.
④ X는 흡착된 용질량이다.

Q. 다음은 물리흡착과 화학흡착의 특징에 관한 설명이다. 틀린 것은?

① 물리흡착시 흡착량은 피흡착물의 압력증가에 따라 증가하나 화학흡착시에는 감소한다.
② 표면흡착량은 물리흡착시 흡착제보다는 피흡착물질의 함수이나 화학물질은 양자의 특징을 보인다.
③ 물리흡착시 활성화에너지는 흡착과정에서 포함되지 않으나 화학흡착의 경우에는 포함될 수 있다.
∨④ 물리흡착시 분자층은 거의 단분자층 흡착의 결과로 되나 화학흡착의 경우에는 다분자층 흡착이 일어남

Q. 유기물의 제거 공정으로 사용되는 활성탄의 흡착력에 대해 바르게 설명한 것은?

① 분자의 극성이 높을수록 흡착력이 크다.
② 용질의 용해도가 증가하면 흡착력이 증가한다.
∨③ 화학적 성질이 비슷하면 큰 분자가 흡착력이 높다.
④ 활성탄의 겉표면에서 주로 흡착이 발생된다.
⑤ 경쟁화합물이 공존하면 흡착력이 증가한다.

Q. 수중의 탄화수소류의 활성탄 흡착에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 용해도가 낮은 물질이 흡착이 잘 된다.
② 극성이 큰 물질보다 작은 물질의 흡착율이 높다.
③ 수산기(OH-)가 있으면 흡착율이 낮아진다.
∨④ 불포화 유기물보다는 포화 유기물이 흡착이 잘 된다.

Q. 활성탄을 이용하는 처리 목적으로 옳지 않은 것은?

① 하수의 2차 처리수로부터 COD제거
② 응집, 침전 처리한 후의 착색수의 탈색
∨③ 유리유가 고농도로 함유된 폐수로부터 기름 제거
④ 냄새가 있는 폐수의 탈취

Q. 활성탄을 사용하여 오염 물질을 제거하고자 할 때 적당치 않는 것은?

∨① CN⁻
② 맛
③ 냄새
④ 색도

Q. 이온교환 수처리시 이온교환수지의 일반적인 이온 선택경향 중 틀린 것은 어느 것인가?

① 1가 이온보다 2가 이온쪽이 수지에 대한 친화성이 크다.
∨② 외부 용액의 염 농도가 높으면 수지의 선택성이 커진다.
③ 동가 이온에서는 수화된 이온 반경이 적을수록 수지에 대한 친화성이 커진다.
④ 외부 용액의 농도에 따라 수지의 내부상태를 변화한다.

Q. 이온 교환수지에 대해 틀린 것은?

① 이온수가 클수록 흡착이 잘된다.
∨ ② 무극성을 띠면 흡착이 잘된다.
③ 통수와 재생의 과정이 있다.
④ 같은 이온인 경우 수화 반지름이 작을수록 흡착이 잘된다.

Q. 용수 및 폐수처리방법 중 이온교환의 주 용도와 가장 거리가 먼 것은?

① 물의 연수화
∨② 인의 제거
③ 암모니아 제거
④ 폐수의 중금속처리

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● 흡착 (화학적처리)

- 흡착반응은 발열반응이다
- 흡착제가 파괴점에 이를수록 제거 효율이 떨어진다
- 비극성 고형 흡착제는 탄화수소와 같은 비극성 가스 물질 흡착에 주로 이용된다
- 암모니아 가스는 극성흡착제를 이용하여 제거하는 것이 비극성 흡착제를 이용하는 것보다 효과적이다

① 물리적 흡착 (가역적)
- 흡착속도가 크다
- 흡착량은 저온에서 커진다
- 흡착은 가역적으로 이루어진다
- 반데르발스 힘에 의한다

② 화학적 흡착 (비가역적)
- 활성화에너지 때문에 흡착속도는 작다
- 흡착량은 고온에서 커진다
- 흐박은 비가역적으로 이루어진다
- 화학적결합 또는 전자이동현상에 의해 일어난다

③ 흡착제 종류
: 활성탄, 실리카겔, 합성지올라이드, 연탄재, 무연탄, 규조토 등

▶ 활성탄 흡착제
- 분자량이 클수록
- 불포화유기물이 존재할수록
- 방향족 고리수가 많을수록
- 용해도가 낮은 물질일수록 흡착이 잘된다

④ Freundlich 등온흡착식
- 흡착제의 단위질량당 흡착되는 물질의 질량을 정의하는데 사용

위의 식은 log그래프상에서 x/m을 y측에, C를 x축에 놓았을 때 직선으로 나타남을 알 수 있다. 이 직선의 기울기(1/n)로부터 n값을 구할 수 있고, K값은 절편으로부터 구한다

- x/m = kC^(1/n) 으로 나타낼 수 있고 x/m은 흡착제의 단위질량당 흡착되는 물질의 양, k와 n은 실험으로 얻어지는 상수, C는 흡착되는 물질의 용액 중 평형농도를 나타낸다
- 어떤 물질을 흡착공정에 의해 제거하려 할 때 필요한 흡착제의 양을 산정하는데 도움이 된다

 

④ Langmuir 흡착등온선

x : 흡착된 용질의 양

m : 흡착제(활성탄)의 양

X : 흡착제 단위 질량당 흡착된 용질의 질량

C : 용질의 평형농도

a, b : 상수

● 이온교환 (화학적처리)

- 폐수 중 존재하는 유해 양이온과 음이온을 제거하는 방법
- 양이온은 수소이온이나 나트륨이온으로 교환한다, 이 때 양이온을 교환하는 수지를 양이온교환수지라 한다.
- 음이온은 수산기이온으로 교환한다. 음이온을 교환하는 수지는 음이온교환 수지라고 한다

① 이온교환제의 선택요령
- 이온교환능력이 높을것
- 화학적으로 안정할 것
- 가격이 저렴하고 구입이 용이할것
- 변화에 의한 교환능력 저하가 적을 것

② 수처리 이용시 특징
- 유용성물질의 회수 재사용이 가능하다
- 유해물질의 제거율이 좋다
- 소량으로도 독성이 강한 물질을 제거할 수 있다
- 교환수지 재사용이 용이하다

가. 양이온교환수지의 선택성

- 강산성양이온교환수지를 사용해서 저농도, 상온의 이온수용액을 처리하는 경우 이온의 선택흡착성은 이온의 원자가가 높을수록 크게 된다 ( Na+ < Ca2+ < Al3+ < Th4+ ).
- 원자가가 같은 경우에는 원자번호가 높을수록 선택성이 커진다 ( Li+ < Na+ < Rb+ < Cs+ ; Mg2+ < Ca2+ < Ba2+ ).
- 양이온교환수지의 양이온에 대한 선택성의 순서
: Ba2+ > Pb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni2+ > Cd2+ > Cu2+ > Zn2+ > Tl+ > Ag+ > Cs+ > Rb+ > K+ > NH4+ > Na+ > Li+
: H+ 의 선택성은 강산성수지에서는 Na+ 와 Li+ 의 중간에 있고, 약산성수지에서는 (교환기의 산의 강도에 따라 다르지만) 약간 윗쪽에 위치한다.


나. 음이온교환수지의 선택성

: Citrate > SO42- > Oxalate > I- > NO3- > CrO42- > Br- > SCN- > Cl- > Formate > Acetate > F-

: OH는 강염기수지에서는 Acetate와 F-의 중간에 있고, 약염기수지에서는 수지에 따라서 차이가 있지만 훨씬 왼쪽에 위치한다.


참고
환경화학 환경직공무원교재 / 신동성환경학원
http://bonlite.com/tr01/318