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환경화학
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총 15개 챕터, 40강으로 구성되어 있습니다.
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[1강] 환경화학 오리엔테이션
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환경화학 개론과 강의 구성, 기초화학 및 수질분석 개요
• 환경화학 개념·범위: 환경현상을 일반·물리·유기·생화학·콜로이드·핵화학 원리로 해석하여 대기·수질·토양·폐기물 문제와 환경기술에 적용하는 통합 기초 학문 • 기초화학·물리화학·유기·생화학 내용: 원소·분자·반응식·산화환원·농도·열역학·용해·산염기·평형·완충·유기화합물·생체분자·콜로이드·방사성 물질 구조와 거동을 환경공학 해석 도구로 정리 • 수질·환경지표 및 분석 개요: pH·BOD·COD·SS·N·P 등 수질지표의 정의·환경적 의미·기본 분석 개념을 통해 물·폐수 특성 평가와 전공 심화(수질·대기·토양·폐기물) 학습의 공통 기초 구축 |
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| 1장. 환경공학을 위한 기초화학 | ||
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[2강] 환경공학의 발전, 환경공학의 분야
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환경공학 서론과 주요 분야 핵심 정리
• 환경공학 핵심 개념: 물·대기·토양·폐기물·소음·진동·악취 등 생활환경 오염을 물리·화학·생물학적 처리기술로 방지·저감하여 적정 수질·대기질 유지와 쾌적한 환경을 달성하는 공학, 상하수도·위생공학에서 발전하고 탄소중립·그린뉴딜·자원순환·통합 물관리 등 최신 정책과 연계됨 • 수환경·폐기물 관리 체계: 음용수·용수 분야에서 수질기준·발암위해도 기반 정수처리와 국가·발전 수준별 목표 설정, 하수·폐수에서 자정능력 한계·영양염류(질소·인)·점·비점오염원 특성에 따른 처리공정 설계, 고형폐기물·유해폐기물·지하수 오염에 대한 발생량 저감·재활용·에너지화·처분 및 복원, 분석화학 기반 모니터링 체계 수립 • 대기·지구환경 및 공학자의 역할: 연소·스모그·미세먼지·온실가스·CFC 등 대기오염 및 지구온난화·오존층 파괴를 환경화학·광화학 반응 이해로 규명하고 저감기술·신재생에너지·저탄소 시스템을 설계·운영하며, 각 수계·대기·폐기물 시스템의 목적용도·위해도에 맞는 목표수질·배출기준·처리수준을 결정하는 의사결정 및 설계 역량 함양 |
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[3강] 환경오염물질의 종류 및 처리방안
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환경오염물질의 종류와 처리방안 핵심 개념 정리
• 환경오염물질 분류·지표: 유기물·질소·인·무기물(중금속)·난분해성 물질로 구분하고 BOD·COD·TOC·TN·TP·pH 등 수질지표로 농도·생분해성·총량·평형 상태를 평가 • 주요 처리 공정 원리: 유기물의 호기성·혐기성 생물학적 분해, 질소의 스트리핑·파과점 염소 처리·질산화·탈질, 인의 화학적 응집침전 및 생물학적 제거, 중금속의 pH·용해도 기반 화학적 침전, 냉각수 스케일·미생물 제어 • 난분해성·부산물 관리와 pH 역할: THM 등 난분해성·발암성 유기물의 생성 억제와 AOP(·OH 라디칼 산화)에 의한 처리, pH를 핵심 설계 변수로 활용하여 화학평형·산화환원·종 분포·침전 조건을 제어하는 환경화학적 처리 체계 정립 |
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| 2장. 일반화학의 기초개념 | ||
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[4강] 일반화학의 기초개념(1)
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환경화학 일반화학 기초: 원자량, 몰, 당량, 산화수 정리
• 물질 기본량 개념: 원소·원자량·그램 원자량·화합물·화학식·분자량·그램 분자량·몰·Avogadro 수를 이용해 질량–몰수–입자수–용액 농도(몰농도·몰랄농도) 간 전환 구조를 이해하고 계산에 적용 • 반응량·농도 표현 개념: 당량·등가무게(EW=MW/Z)·eq·meq 정의와 이온 전하수·H⁺ 수·전자수 기반 Z 판단, Ca²⁺·CaCO₃를 이용한 mg/L ↔ eq/L ↔ 다른 물질의 mg/L 환산 및 환경수질 농도(경도 등) 표현 체계 정리 • 전자·결합·산화수 개념: 원자가·이온결합·공유결합과 전자 이동, 산화수 정의와 고정/가변 산화수, 산화수 산정 규칙(원소 상태·단일 이온·중성 화합물·다원자 이온·H=+1·O=–2 등) 및 탄소·질소·황·유기물 예를 통한 산화·환원 반응 전자수 균형 분석 |
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[5강] 일반화학의 기초개념(2)
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환경화학 기초: 명명법, 화학반응식, 산화·환원 반응식 정리
• 화합물 명명법: 이성분 화합물(-ide), 산소산(-ic/-ous, -ate/-ite, hypo-, per-), 수화 상태(ortho-, meta-, pyro-)에 따른 계통적 명명 규칙 정리 • 화학반응식과 중량관계: 질량·전하 보존 법칙을 만족하는 계수 맞추기와 반응물·생성물 질량 계산을 통한 중량관계 분석 • 산화·환원 반응과 계수 맞추기: 산화수 규칙과 산화제·환원제 판별, 전자수 보존을 이용한 간단·복잡 산화환원 반응식(예: KMnO4–Fe2+, K2Cr2O7–I−) 계수 맞추기 절차 정리 |
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[6강] 일반화학의 기초개념(3)
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반쪽 반응식과 금속·비금속 개념 정리
• 반쪽 반응식 개념: 산화제·환원제 각각에 대한 전자 이동을 분리해 나타낸 1전자당 산화-환원 부분 반응식으로, 실제 반응의 이론적 구성요소이며 전자·원자·전하 보존을 명시적으로 표현함 • 반쪽 반응식 작성·조합 절차: 산화수 기준 종 배치 → 특정 원소 계수 맞춤 → H2O·H+로 O·H 수 맞춤 → 전자(e−)로 전하 균형 → 1전자당 정규화 후, 두 반쪽 반응의 전자 수를 통일·합산하여 IO3−/I−, H2S/O2, 유기물 산화 등 전체 산화-환원 반응식을 계수 맞춤함 • 금속·비금속 구분 기준: 금속은 전자를 잃어 양이온과 염기성 산화물을 형성하는 경향, 비금속은 전자를 얻어 음이온을 형성하는 경향으로 분류하되, 반금속 등 경계 원소 존재로 인해 경향성 기반의 실용적 분류임 |
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[7강] 일반화학의 기초개념(4)
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환경화학 기체 법칙 정리: Boyle·Charles·Henry·Dalton 등 핵심 개념
• 보일·샤를·이상기체 법칙: 압력·부피·온도·몰수 관계를 정의하여 $PV=\text{상수}$, $V\propto T$, $PV=nRT$ 형태로 기체 상태·탱크 부피·조건 변화 계산에 활용 • 달튼 부분압력법칙·헨리 법칙: 혼합기체의 부분압력 합과 $C_{eq}=P_{\text{gas}}/K_H$ 관계를 통해 용존기체 평형농도·포기·재포기·탈기(암모니아 스트리핑 등) 설계에 적용 • 그레이엄 확산 법칙·게이류삭 결합 부피 법칙: 확산속도–분자량 역비례 관계와 반응 계수에 따른 기체 부피 정수비를 이용해 기체 이동 특성·반응 부피 계산 및 환경공정 해석에 사용 |
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[8강] 일반화학의 기초개념 (5)
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용액, 라울트 법칙, 평형, Le Chatelier, 활동도 정리
• 용액과 증기압·라울트/헨리 법칙: 용액·용매·용질 정의와 증기압 감소, 성분 증기압의 몰분율 비례(라울트 법칙) 및 묽은 용액에서의 기체 용해도–분압 비례 관계(헨리 법칙)와 각 법칙의 적용 범위 정리 • 화학 평형·평형 상수·Le Chatelier 원리: 정반응·역반응 속도 동적 평형 상태 정의, 농도식 기반 평형 상수(K)와 질량 작용 법칙 구성, 농도·압력·온도 변화에 따른 평형 이동 방향을 규정하는 Le Chatelier 원리 정리 • 활동도와 활동도 계수: 비이상 용액에서 유효 농도 개념인 활동도와 활동도 계수 정의, 평형식의 농도 대신 활동도 사용 원칙, 이온·용매·순수 고체·순수 액체·기체의 활동도 처리 규칙 및 묽은 용액에서 γ ≈ 1 근사 조건 정리 |
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[9강] 일반화학의 기초개념 (6)
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환경화학 평형 상수식 응용: 이온화, 착이온, 용해도곱 정리
• 이온화 평형과 산·염기 세기: 물의 이온곱(Kw), pH·pOH 관계, 강산·강염기와 약산·약염기의 Ka·Kb 정의 및 이온화도·다단계 이온화(다염기산, 암모니아) 정량 기술 • 착이온과 안정도 상수: 금속-리간드 착이온의 단계별 안정도 상수(Kn)와 총괄 안정도 상수(βn) 관계, 수은-염소·금속-암모니아 착물 평형 및 리간드 농도 변화에 따른 착이온 형성/파괴 분석 • 용해도곱(Ksp)과 침전 평형: 균일·불균일 평형계에서 Ksp 정의와 이온 농도식 설정, Ksp와 실제 용해도(s) 계산, Q와 Ksp 비교를 통한 불포화·포화·과포화 용액 판정 및 금속 이온 농도·침전 여부 예측 |
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[10강] 일반화학의 기초개념 (7)
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환경화학 평형 응용: 공통/이종 이온 효과, 평형 이동, 양쪽성 수산화물
• 공통 이온 효과·이종 이온 효과: 용해도곱·활동도 기반으로 공통 이온 첨가 시 용해도 감소·침전 증가, 이종 이온에 의한 이온 세기 증가로 활동도계수 감소·실제 용해도 증가 정리 • 화학평형 이동 방법: 르샤틀리에 원리에 따라 불용성 물질 생성, 조금 이온화하는 화합물 생성, 착이온 생성, 기체 생성물 형성, 산화·환원 반응으로 침전·용해·기체화·산화 분해를 통해 오염물질 제거 메커니즘 정리 • 양쪽성 수산화물·알루미늄 종 분포: 양쪽성 금속 수산화물의 산·염기 용해 특성과 Al(III)–Al(OH)₃–[Al(OH)₄]⁻의 pH 의존 종 전환을 통한 침전·재용해 거동 구조 정리 |
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| 3장. 물리화학의 기초대념 | ||
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[11강] 물리화학의 기초대념 (1)
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열역학: 열, 일, 엔탈피, 엔트로피, 자유에너지 정리
• 열과 일·비열·상변화 열: 열·일의 정의와 단위, 비열 공식(C = q/MΔT), 용융열·증발열을 통한 물질의 온도 변화·상변화 에너지 정량화 • 열역학 함수와 법칙: 제1법칙(ΔE = q - w)과 내부에너지, 엔탈피(H = E + PV, ΔH = qP), 엔트로피(ΔS = qrev/T, 자발성·평형 기준), 표준 생성엔탈피·절대 엔트로피 정의 • 자유에너지와 평형: 자유에너지 정의(G = H - TS), 자발성 조건(ΔG 부호), ΔG = ΔH - TΔS, ΔG = ΔG° + RT ln Q, ΔG° = -RT ln K를 이용한 평형상수·이온화 상수·용해도곱·침전/용해 방향 판단 |
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[12강] 물리화학의 기초개념 (2)
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액체의 증기압·표면장력·이성분 혼합물·용해도·막 공정 정리
• 액체의 증기압·끓는점·임계 상태: 분자 운동 평형에서 정의되는 증기압, 외부압과의 일치 온도로서 끓는점, 액체 존재 한계 조건인 임계온도·임계압력 개념 정리 • 표면장력·혼합물 거동·용해도: 분자 간 인력 불균형으로 발생하는 표면장력과 모세관 현상, 이성분 혼합물의 증기압·끓는점 특성에 따른 Class I–III 및 공비, 고체 용해도에 대한 입자 크기·온도·용해열(흡열·발열) 의존성 정리 • 막 공정·삼투 현상: 오염물 입자 크기에 따른 막 공정(MF, UF, NF, RO, 투석, 전기투석) 구분, 삼투·삼투압과 반트호프 식, 역삼투의 압력 구동 탈염, 투석과 전기투석의 이온 선택적 이동 및 전기에너지 이용 탈염 원리 정리 |
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[13강] 물리화학의 기초개념 (3)
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용매 추출과 전기화학의 환경공학적 활용 개념 정리
• 용매 추출과 분배 계수: 상호 불혼화 두 상 사이 용질 분배 계수(K, Kow) 정의와 n회 용매 추출 시 잔류량·제거율 계산식(W0, Wn, Vs, Vw 관계) 정리 • 전도·전기분해와 패러데이 법칙: 금속 전도 vs 용액 전도 차이, 전도도·비전도율과 TDS 추정, 전류·전하량(Q=It)·패러데이 상수(F) 기반 전기분해 생성량 및 당량수·질량 계산 절차 • 전기화학 전지와 부식 방지: 전지 구성(반쪽 전지·염다리)과 기전력–자유에너지(ΔG=-zFE)–Nernst 식–평형상수(K, Ksp) 연계 계산, 갈바니·희생양극 방식에 의한 전극전위 차 기반 금속 부식 방지 원리 |
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[14강] 물리화학의 기초개념 (4)
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반응 속도론: 0차·1차·2차·연속반응 및 물질전달 개념 정리
• 반응 속도론 및 반응 차수: 속도식과 반응 차수(0차·1차·2차) 정의, 농도–시간 관계 및 C–t, ln C–t, 1/C–t 직선성에 따른 차수 판별, 반감기 개념과 1차 반응의 농도와 무관한 일정 반감기 특성 정리 • 반응 유형 및 물질전달: 0차·1차·2차·유사 1차 속도식과 속도상수 단위, 미생물 성장·사멸·생분해·방사성 붕괴 모델링, 가스–액체 물질전달식 dC/dt = K_L a(C_equil − C)와 Henry 상수(K_H), 가스/액체 필름 저항 지배 조건 정리 • 연속 반응과 환경공학 적용: A→B→C 연속 1차 반응식과 질량보존 구조, 하천 BOD–DO(Streeter–Phelps), 질산화(암모니아→아질산→질산), 혐기성 처리(유기물→산성 중간물질→메탄) 및 미생물 성장–소멸 등을 연속 반응 체계로 표현하는 모델 구조 정리 |
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[15강] 물리화학의 기초개념 (5)
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Michaelis-Menten 효소 반응, 온도 효과, 촉매, 흡착과 등온흡착식 정리
• Michaelis-Menten 효소 반응속도론: 효소-기질 복합체, 정상상태 근사, Michaelis-Menten 식(v=Vmax[S]/(Ks+[S]))을 통한 0차·1차 반응 전환과 폐수처리 속도 해석 • Arrhenius 식·촉매 작용: Arrhenius 관계(온도–속도상수–활성화에너지), 속도상수 온도 의존성 계산, 촉매의 활성화에너지 조절과 평형 조성 불변 특성 • 흡착 및 등온흡착식: 수착·흡수·흡착 구분, 물리흡착·화학흡착·교환흡착 기작, 활성탄의 고비표면적 흡착, Langmuir·Freundlich·BET 등온식 가정·수식·선형화와 오염물질 제거 설계 적용 |
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| 4장. 화학평형의 기초개념 | ||
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[16강] 화학평형의 기초개념 (1)
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화학평형 기초개념: 평형 한계, 이온세기·활동도·활동도 계수 정의와 계산, Le Chatelier 원리 및 pH·Kw·산염기 평형의 정량적 관계 정리
수용액 평형 해석 원칙: 질량보존·전하수지·양성자 조건 및 평형식·평형상수를 이용한 수용액 평형문제 7단계 해석 절차와 산·염기계(아세트산 등) 연립방정식 설정 구조 환경수계 적용: 자연수계에서 평형 가정의 한계, 활동도(γ≈1 근사)의 실용적 활용, 오염물 침전·용해 및 지배 화학종·반응 방향 예측을 통한 수처리·환경 영향 평가 기본 틀 구성 |
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[17강] 화학평형의 기초개념 (2)
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산과 염기 평형, pH, pKa–pKb, 평형문제 풀이 개념 정리
• 산·염기 세기와 pH 체계: 센 산·센 염기 vs 약산·약염기 정의, 물의 이온곱(Kw)과 pH·pOH·pKw 및 일반화된 p(x) 표현 정리 • 이온화 상수와 짝산·짝염기: 약산·약염기의 이온화 상수 Ka·Kb 및 pKa·pKb 정의, KaKb=Kw·pKa+pKb=14 관계와 이온화 분율(α)을 통한 다가산(인산계 등) 종 분포 표현 • 산·염기 평형 해법: 평형식·질량수지·전하수지·양성자 조건을 결합한 pH 계산 절차에서 스프레드시트 기반 정확해와 단순화 가정 근사해 비교, 묽은 HCl·Na2HPO4·아세트산 용액 pH 계산 구조 정리 |
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[18강] 화학평형의 기초개념 (3)
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약한 산·염기 용액의 로그 농도 도표와 pH 추정 개념 정리
• 로그 농도–pH 도표: 평형상수식·질량수지·전화수지·양성자 조건으로 각 종 농도를 pH의 함수(로그 농도)로 표현해 선형 직선(기울기 0, ±1, ±2)과 시스템 포인트(pH = pKa)를 통해 종 분포를 시각화하는 도구 • 약산·약염기·혼합·다가산 계 도표 작성: 1가산·1가염기·약산–약염기 혼합·탄산계 등에서 CT 수평선, pKa·pKw–pKb 기반 시스템 포인트, H+/OH– 대각선, 다가산 단계별 종(H2CO3/HCO3–/CO32–) 직선을 중첩해 구간별 우세 종과 농도 변화를 구조적으로 표현 • pH 추정 절차: 기준물질 선택 후 양성자 조건 설정, 로그 도표에서 [H+] = 특정 종 또는 중성 조건 등 여러 가정을 세워 상대 농도 크기 비교로 타당한 교차점을 선택하고, 그 pH를 판독해 아세트산·KAc·NH4Cl·혼합계·NaHCO3 등의 평형 pH를 근사 계산하는 방법 정리 |
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[19강] 화학평형의 기초개념 (4)
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열린계 CO2 평형과 산·염기 적정 개념 정리
• 열린계 CO2 평형과 헨리 법칙: 열린 계에서 H2CO3* 농도는 헨리 법칙([\mathrm{H2CO3*}] = P_CO2 / K_H)에 의해 고정되고, 이에 종속된 HCO3⁻·CO3²⁻ 분포 변화로 CT가 pH 의존적으로 변하며, 이로 인해 대기 CO2와 평형인 빗물 pH가 약산성(pH≈5.6)으로 결정됨 • 강산–강염기 및 약산–강염기 적정: 전하수지·질량수지·당량분율 f를 이용해 적정 전 구간의 pH를 계산하고, 강산–강염기 적정은 당량점에서 pH≈7, 약산–강염기 적정은 해리 평형과 짝염기 가수분해를 함께 고려하여 중간점 pH=pK_a, 당량점 pH>7인 특성을 가짐 • 로그 농도 도표와 적정 해석: H⁺·OH⁻·탄산계 또는 약산–짝염기 종의 로그 농도선을 동시에 도시해 전하수지 조건과 교차점으로 pH, 중간점, 당량점의 위치를 도해적으로 파악하고, 복잡한 평형 계산을 근사적으로 대체하는 분석 도구로 활용함 |
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[20강] 화학평형의 기초개념 (5)
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완충제·완충값·착물형성 핵심 개념 정리
• 완충제·완충값 개념: 약산/약염기–짝염(짝산) 체계의 pH 저항 특성, Henderson–Hasselbalch 식 기반 pH–조성 관계와 완충값 β를 통한 단위 pH 변화에 필요한 강산·강염기 몰수 계산 및 자연수·폐수의 알칼리도·pH 안정성 평가 • 착물·혼합 리간드 평형: 단핵 착물·리간드·배위수 정의와 구리–암모니아 계 단계 평형, 로그 농도·분포 도표를 이용한 우세 종 판정, 다리간드 공존(Cl⁻, OH⁻ 등)에서 우세 영역 도표로 pH·리간드 농도별 금속 종 지배 영역 해석 • 킬레이트와 금속 거동: 다배위 리간드(킬레이트제) 구조와 EDTA·자연 유기 리간드(휴믹물질 등) 사례를 통해 금속의 용해도·종 분포·독성·생물 이용성·이동성 변화 이해 및 수처리 공정(경도 제거, 중금속 제어) 설계에의 적용 |
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[21강] 화학평형의 기초개념 (6)
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염의 용해도와 로그 농도 도표, pH 및 착물 영향 개념 정리
• 염의 용해도 및 로그 농도 도표: 용해도곱(Ksp) 기반 금속염·탄산염·수산화물의 용해도–pH·농도 관계를 log[M]–pX(pCO3, pH, pOH) 직선/곡선으로 표현하여 포화·과포화·불포화 및 용해도 비교 • 탄산·수산화 평형과 CaCO3 용해도: 탄산 계열 평형(Ka1, Ka2), 총 무기탄소 농도(CT), pH, Ksp를 연계한 CaCO3–Ca–CO2–H2O 체계 로그 농도 도표로 Ca2+ 용해도, 포화 pH, 경도 제거 조건을 해석 • 수산화물·착물 평형과 Zn(OH)2 용해도: 금속 수산화물 Ksp, pH–용해도 직선, 수산화 착물 형성상수(Kf)와 질량수지를 통합한 Zn–OH–착물 로그 농도 도표로 우세 종 분포, 용해도 최소 pH, 중금속 제거용 최적 pH 설계 |
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[22강] 화학평형의 기초개념 (7)
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환경 중 산화-환원 반응과 pE–pH 해석 핵심 정리
• 산화-환원 반응·pE 개념: 산화·환원 정의와 환경 중 물질 거동, 전자 활동도·pE·산화-환원 전위(E)의 의미 및 pE 크기에 따른 산화/환원 경향 해석 • 자유에너지·전극전위·평형상수 관계: ΔG°·E°·K 연계 관계와 Nernst 식, pE 식을 이용한 평형 계산 및 금속(Fe2+)·질소(NO3−/NH3) 종 농도 산정 절차 • 로그 농도·pE–pH 도표 해석: 질소계(NH4+–NH3–NO2−–NO3−) 및 수계 주요 Redox 쌍의 우세 영역, 호기성/혐기성 구분, 수처리·자연수계에서 우세 종·지배 반응(질산화·탈질·메탄생성·황환원) 판별 기준 정리 |
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| 5장. 유기화학의 기초개념 | ||
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[23강] 유기화학의 기초개념 (1)
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유기화학 기초: 환경공학 관점의 탄화수소와 이성질체 개념 정리
• 유기화학·유기화합물 개념: 탄소 기반 공유결합 화합물의 정의·역사·구성 원소와 일반적 성질(가연성·낮은 융·비점·물 불용성·이성질 현상) 및 환경공학에서의 분해·제거·자원화 관점 정리 • 탄소 구조·유기화합물 분류: 탄소의 4가 결합에 따른 사슬·가지·고리·이종원자고리 구조와 이성질체 개념, 지방족·방향족·이종원자고리 분류 및 구조식·축소 구조식 체계 정리 • 탄화수소 계열과 반응성: 포화·불포화 탄화수소(알케인·알켄·알카다이엔·알카인)의 구조·동족 계열·알킬기·명명법과 물리적 성질, 연소·산화·할로젠 치환·첨가·중합·생물학적 산화 반응 및 산소 요구량 계산 원리 정리 |
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[24강] 유기화학의 기초개념 (2)
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알코올·알데하이드·케톤·산의 구조와 환경화학적 의미 요약
• 탄화수소 산화 계열: 탄화수소 → 알코올($R\text{-}OH$) → 알데하이드($R\text{-}CHO$)/케톤(카보닐+두 알킬기) → 유기산($R\text{-}COOH$) → $CO_2$와 $H_2O$로 이어지는 단계적 산화와 작용기·산화상태 변화 정리 • 알코올·알데하이드·케톤: 1차·2차·3차 알코올 분류와 산화 생성물(1차→알데하이드→산, 2차→케톤, 3차→$CO_2/H_2O$), 공업용 알코올·다가 알코올 성질, 알데하이드·케톤의 발생원(대기·생물학적 처리)과 독성·반응성 특성 • 유기산(포화·불포화·폴리카복실산·하이드록시산): 카복실기 기반 분류, 휘발성지방산과 악취·용해도·분해성, 불포화 결합의 산화 용이성, 고분자 지방산 및 각종 유기산(락트산·시트르산 등)의 폐수 및 환경공정상 거동·처리 특성 |
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[25강] 유기화학의 기초개념 (3)
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에스터·에터·할로젠화 알킬·질소·고리·머캅탄 정리
• 작용기 기반 지방족 유기화합물 분류: 에스터(-COO-), 에터(-O-), 할로젠화 알킬(RX), 나이트릴(RCN), 아마이드(-CONH2), 아민(-NH2/NR2), 머캅탄(RSH), 고리 지방족(시클로알케인) 등 구조·일반식·명명 체계 정리 • 반응성과 공정 연계: 에스터화·가수분해 평형, 에터의 탈수 생성과 과산화물 형성, 할로젠화 알킬의 탄소 사슬 연장(KCN → RCN → RCOOH → ROH), 아민/4차 암모늄염 생성, 아마이드·펩타이드 결합, 나이트로사민·아이소사이아네이트 등 질소 화합물의 반응성 및 공업적 활용 정리 • 환경·보건 영향 및 규제 물질: 다할로젠 화합물(TCE, PCE, DCE, CHCl3, CCl4, EDB, 할로젠화 에탄/에텐), CFCs의 오존층 파괴·온실효과, NDMA·나이트로사민의 발암성, 메틸아이소사이아네이트 사고, MTBE·염소 소독부산물·지하수 오염, 머캅탄의 악취·가스 누출 감지용 등 용도-독성-수질 기준 연계 정리 |
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[26강] 유기화학의 기초개념 (4)
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방향족 화합물의 종류와 환경화학적 특징 정리
• 방향족 구조·명명법: 벤젠고리·페닐기·BTEX·PAHs 정의, o/m/p 및 번호 부여 치환위치 명명, 구조 이성질체와 고리 수에 따른 물리·화학·환경 특성 정리 • 방향족 염소화합물·페놀류: 아릴 할라이드·PCB의 염소 수–소수성–용해도–증기압–난분해성·생물농축 상관, 페놀·크레솔·알킬·염화·폴리하이드록시 페놀의 산성·독성·분해 특성 및 환경영향 정리 • 방향족 산화·질소 화합물: 방향족 알코올→알데하이드·케톤→산→CO2·H2O 산화 경로, 독성 한계 개념, 방향족 산의 생물학적 무기화, 아민·나이트로 화합물(TNT 등)의 구조·나이트로화 반응·용도·독성 및 환경 거동 정리 |
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[27강] 유기화학의 기초개념 (5)
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환경화학 유기화합물(헤테로고리, 탄수화물, 지방, 단백질) 정리
• 헤테로 고리·염료·식품 유기화합물: 산소·질소 포함 헤테로고리(퍼퓨랄, 에폭사이드, 피롤, 피리딘, 퓨린)와 독성·난분해성 염료의 구조·특성 및 식품 유기물(탄수화물·유지·단백질)의 환경공학적 중요성 정리 • 탄수화물·유지: 탄수화물(단당류·이당류·다당류)의 구조·분류와 가수분해 경로(글루코오스 중심 생성물, 녹말·셀룰로오스·헤미셀룰로오스 특성) 및 유지·납의 에스터 구조와 가수분해·첨가·산화 반응, 폐수 처리 영향 정리 • 단백질·아미노산: 단백질의 원소 조성(C,H,O,N[,S,P])과 α-아미노산·펩타이드 결합 구조, 아미노산의 양쪽성 및 단백질의 단계적 분해(단백질→펩타이드→아미노산→유기산→CO₂·H₂O)와 생물학적 처리 공정에서의 의미 정리 |
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[28강] 유기화학의 기초개념 (6)
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세탁제·농약·약리활성 및 내분비교란 화학물질 정리
• 세탁제·계면활성제·비누·합성세제: 친수성/친유성 이중 구조에 의한 세정 메커니즘, 비누의 경도 이온과 금속비누 형성 한계, 음이온·비이온·양이온 합성세제의 구조·기능·생분해성 차이 정리 • 농약 계열(유기염소계·유기인계·카밤산계·s-트라이아진계): 화학 구조와 살충·제초 기능, 독성·잔류성·생분해성·생체농축 특성 및 지표수·지하수 오염·수질기준과의 연계 정리 • 약리활성 화학물질(PhACs)·내분비계 교란물질(EDCs/HAA): 의약물질·호르몬유사 화합물의 정의와 대표 예, 저농도·장기 노출 시 내분비 교란·생식·발암 영향 및 현대 수질관리·위해성 평가상의 중요성 정리 |
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[29강] 유기화학의 기초개념 (7)
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유기화학 물질의 환경거동과 변환, SAR/PAR 개념 정리
• 유기오염물 환경거동 특성: 용해도·소수성·휘발성·옥탄올-물 분배계수(KOW)와 수착 특성으로 수계·대기·토양 간 분배와 최종 형태(fate) 및 처리공정 선택을 정량·정성 평가 • 휘발화·수착·변환 반응: Henry 상수와 온도 의존성을 통한 기액 분배 및 탈기 제거, 고체-액체 분배 기반 수착(sorption) 거동, 광분해·가수분해·산화·환원·할로젠화수소 이탈 등 구조 변환 반응을 통한 독성·환경수명 변화 이해 • SAR/PAR 예측 모델: 분자구조·물리화학적 성질과 독성·생물농축·환경거동(활성도)을 통계적으로 상관시켜 실험 없이(또는 최소 실험으로) 독성·거동·최종 형태를 예측하는 환경독성·처리공정 설계 도구 |
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| 6장. 생화학의 기초개념 | ||
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[30강] 생화학의 기초개념 (1)
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생화학 기초개념(효소, 보조인자, 온도, pH, 원소, 생분해 정리)
• 효소·보조인자·환경인자: 효소는 세포가 만드는 유기성 촉매, 보조인자는 금속 이온·보조효소 등 비단백질 활성 인자로서 온도·pH·미량영양소와 함께 반응 속도·활성 범위를 결정함 • 미생물 구성 원소와 경험식: 박테리아 세포는 C5H7O2N 경험식과 C·H·O·N·P 및 Ca·Co·Cu·Fe·Mg·Mn·K·Se·Zn·Mo·Ni 등 미량 원소 요구로 성장·대사 특성이 규정됨 • 생분해와 변환반응: 생분해는 광물화와 생물학적 변환으로 구분되며, 기질 구조·치환기·할로젠 수에 따른 일반 법칙과 산화·환원·가수분해·치환·제거·탈알킬화·탈아미노화·축합·이성질화·고리분해 10가지 미생물 변환반응 유형으로 오염물질 처리 가능성을 평가함 |
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[31강] 생화학의 기초개념 (2)
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탄수화물·단백질·지방 및 새로운 생물학적 변환 경로 요약
• 미생물 에너지·세포합성 대사: 탄수화물·단백질·지방의 가수분해·산화, 호기성·혐기성·발효 대사에서 전자공여체·전자수용체·ATP·NADH 역할 및 종속영양·독립영양 미생물의 에너지·탄소 획득 구조 정리 • 환경·생체 변환경로 및 성장: 외래화학물질·난분해성 물질의 1차·2차 기질, 공동대사, 새로운 생물학적 변환경로, 박테리아 성장량·슬러지·가스 발생량 계산과 반쪽반응식 기반 대사·산화량 해석 체계 정리 • 분자생물학·유전자공학·인체 연계: DNA·RNA·플라스미드 기반 유전정보와 저항성·분해능 부여 메커니즘, 유전자 조작 미생물의 환경공학적 활용과 위험성, 인체 생화학과 배설물의 하수처리·환경관리 연계 개념 정리 |
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| 7장. 콜로이드 화학의 기초개념 | ||
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[32강] 콜로이드 화학의 기초개념
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환경 중 콜로이드 화학 기초: 액체·대기 콜로이드 분산 정리
• 콜로이드 분산계 구조·형태: 분산질·분산매 조합(졸, 에멀젼, 거품, 매연, 안개, 에어로졸)과 콜로이드 크기 범위, 형성 경로(분쇄, 침전 생성, 풍화, 미생물·유기물 분산) 정리 • 콜로이드 핵심 성질과 안정성: 전하·전기이중층·제타전위, Brown 운동, Tyndall 효과, 흡착·투석을 통한 거동 특성 및 소수성 콜로이드의 에너지 장벽·탈안정화 메커니즘(이중층 압축, 전하 중화, 침전 포착, 가교 형성) 정리 • 환경공학 적용과 대기 콜로이드: 물·폐수에서 탁도 제거·슬러지 농축·DAF, 거품 발생·제거 원리와 대기 중 에어로졸·안개·산성 안개·광화학 스모그·PM10·PM2.5의 정의, 형성 원인, 인체·기후 영향 및 배출 규제 연계 정리 |
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| 8장. 핵화학의 기초개념 | ||
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[33강] 핵화학의 기초개념
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환경화학 핵화학 기초: 원자구조, 방사능, 환경영향 정리
• 핵화학 핵심 개념: 원자핵 구조(양성자·중성자·전자궤도)와 안정 핵종·방사성 핵종 구분, 알파·베타·감마선 특성 및 반감기에 따른 방사성 붕괴 거동 이해 • 핵반응과 에너지: 핵변환·인공 방사능·방사화 분석(중성자 조사·유도 방사능 정량), 핵분열·핵폭발의 방사성 오염, 핵발전·핵융합의 에너지 생산과 환경·안전 리스크 구조 파악 • 환경·보건 적용: 방사성 동위원소 추적자(14C, 32P, 35S 등)를 이용한 오염원·물질 거동 분석, 방사선의 신체적·유전적 영향 인자(농도·노출 경로·시간·반감기·방출 에너지)와 먹는 물 방사능 수질 기준 이해 |
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| 9장. 물 및 폐수의 분석 | ||
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[34강] 물 및 폐수의 분석
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환경시료 정량분석, 표준분석법과 단위·농도 표현 정리
• 정량 분석법·표준 분석법: 환경공학에서 오염물 정의·시설 설계·규제 관리의 기초 데이터를 제공하며, Standard Methods와 수질오염공정시험기준을 통해 방법의 신뢰성·통일성·법적 효력을 확보함 • 농도·단위 체계: ppm·mg/L·ppb·ppt·%·meq/L, SI 기본·유도단위와 접두사(kg–g–mg–μg–ng)를 이용해 비중·상(고체·액체·기체)·온도·압력에 따른 단위 선택·환산·질량수지 계산을 수행함 • 환경시료 분석 관리: 시료 채취·보존, 장비·시약·방법 선택, QA/QC, 안전수칙, 폐액·잔류물의 적정 처리를 통해 미량오염 정량값의 정확성과 환경·작업자 보호를 동시에 보장함 |
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| 10장. 분석자료의 통계학, 11장. 정량분석화학의 기초개념 | ||
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[35강] 분석자료의 통계학, 정량분석화학의 기초개념
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환경 분석자료의 통계학·정량분석 기초 개념 정리
• 통계학적 데이터 처리: 유효숫자·평균·중앙치·표준편차·분산·정규분포·평균의 표준오차를 활용한 측정값의 대표성·흩어짐·불확실성 평가 및 정확도·정밀도·오차 종류·가설검정·검출한계 개념 정리 • 품질보증·품질관리 체계: QA/QC를 통한 시료 채취·보관·분석·보고 전 과정 관리, 표준시료·블랭크·이중분석·SOP 적용으로 데이터 신뢰성·정확도·정밀도 확보 • 정량 분석 기법과 시료 처리: 대표성 있는 시료 채취(순간·혼합 시료), 침전·여과·건조·강열·데시케이터를 포함한 무게 분석, 표준용액·지시약·뷰렛 기반 부피 분석(적정), 비색법·탁도 등 물리·기기 분석법의 원리와 적용 범위 정리 |
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| 12장. 기기분석, 13장. 탁도, 14장 색도, 15장. 표준용액 | ||
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[36강] 기기분석, 탁도, 색도, 표준용액
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환경화학 기기분석, 탁도, 색도, 표준용액 시험 대비 핵심 정리
• 환경 기기분석법: 광학적·전기적·크로마토그래피·질량·X선·NMR·방사능 분석을 이용한 환경시료(물·폐수·대기·토양) 중 무기·유기오염물질의 극저농도 정성·정량 원리 정리 • 수질 심미·보건 지표: 탁도·색도의 정의, NTU 및 Pt 계열 표준용액 기반 측정 원리, 네펠로법·비탁법·분광광도법과 상수처리·여과성·소독효율·THMs 형성과의 관계 정리 • 부피분석 표준용액: 노르말 농도(N)·당량 개념과 1 mL–1 mg 등가 설계, 고순도 시약 칭량·희석에 의한 표준용액 제조 절차 및 알칼리도 등 수질항목의 mg/L 환산 계산 구조 정리 |
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| 16장. pH, 17장. 산도, 18장. 알칼리도, 19장. 경도 | ||
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[37강] pH, 산도, 알칼리도, 경도
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pH, 산도, 알칼리도, 경도 핵심 개념 및 측정·활용 정리
• pH·산도: pH는 수소이온 활동도의 지수척도로 산·알칼리 세기와 수처리 공정 pH 제어 기준, 산도는 CO₂·강산 등 산성 물질의 양적 지표로 부식성·중화 필요성 및 공정 pH 조정 약품량 산정에 활용됨 • 알칼리도: OH⁻·CO₃²⁻·HCO₃⁻ 등을 포함한 산 중화능·완충능 지표로, 탄산계 평형·P-알칼리도·총알칼리도 기반 조성 계산, 응집·연수화·부식지수(Langelier)·혐기성 소화 안정성·산성/알칼리성 폐수 중화 설계에 사용됨 • 경도: Ca²⁺·Mg²⁺ 등 2가 양이온 함량을 CaCO₃ 당량으로 나타내는 센 물 지표로, 총·칼슘·마그네슘·탄산염·비탄산염·유사 경도로 분류하며, 비누 세정력·스케일 형성·보일러·냉각수·공업·가정용수의 연수화 필요성과 수원·처리공정 선정의 핵심 설계 인자로 활용됨 |
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| 20장. 잔류 염소와 염소 요구량, 21장. 염화물, 22장. 용존 산소, 23장. 생화학적 산소 요구량 | ||
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[38강] 잔류 염소와 염소 요구량, 염화물, 용존 산소, 생화학적 산소 요구량
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잔류염소·염화물·용존산소·BOD 핵심 개념 정리
• 염소 소독·잔류 염소·염소 요구량: 유리·결합 잔류 염소 구분, 브레이크포인트 염소 곡선, 염소 요구량 정의와 산정, 이산화염소·오존 소독 특성과 THM·클로라민·잔류 효과 비교 • 염화물(Cl⁻): 수중 무기염도·기호성·관개수 삼투압 영향 지표, Mohr법 등 표준 측정법과 해수 침투·지하수 오염 평가, 탈염 설계와 COD 분석 방해 인자로서의 활용 • 용존 산소(DO)·생화학적 산소 요구량(BOD): Henry 법칙과 온도–용해도–산소 요구량 관계, DO(Winkler법·전극법) 측정과 호기조 운전, BOD 정의·1차 반응식·BOD₅·희석법 계산을 통한 오염부하·방류수 기준 평가 |
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| 24장. 화학적 산소 요구량, 25장. 질소, 26장. 고형물 27장. 철과 망간 | ||
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[39강] 화학적 산소 요구량, 질소, 고형물, 철과 망간
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COD, 질소, 고형물, 철·망간의 수질환경 화학적 의미 정리
• COD 및 유기오염 지표: 화학적 산소요구량(COD)과 BOD 비교를 통해 유기오염 강도·생분해성·난분해성 유기물 존재를 평가하고, 중크롬산칼륨 산화·방해이온(Cl⁻) 보정 원리로 신속한 수질 진단 수행 • 질소 및 총질소(TN): 암모니아성·아질산성·질산성·유기질소 형태와 질산화–탈질 과정, Kjeldahl·전극·IC 등 분석법을 통해 TN을 관리하여 부영양화·DO 저하·소독제 요구량 및 하수처리 공정 성능을 제어 • 고형물·철·망간: TS·TDS·TSS·VS·FS 및 VDS·VSS 관계식을 이용해 상수·하수·슬러지의 농도·함수율·슬러지 특성을 평가하고, 철·망간의 용해–산화–침전 특성과 AAS·ICP·비색법 분석 및 수질기준(Fe, Mn)으로 급수원 적합성과 처리공정 필요성 판단 |
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| 28장. 플루오르화물, 29장. 황산염, 30장. 인과 인산염, 31장. 기름과 그리스 32장. 휘발성 산, 33장. 가스의 분석, 34장. 미량 오염물질 | ||
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[40강] 플루오르화물, 황산염, 인과 인산염, 기름과 그리스, 휘발성 산, 가스의 분석, 미량 오염물질
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환경화학 물·폐수 분석: 플루오르화물, 황산염, 인, 기름·그리스, 휘발성산, 가스, 미량오염물질 정리
• 무기 이온·영양염류(플루오르화물, 황산염, 인·인산염) : 수돗물·폐수 중 농도 특성, 건강·부영양화·악취·부식 영향, 이온크로마토그래피·비색법·무게분석법 등 표준 분석법과 수질 기준·처리공정 설계·운전 관리 활용 • 유기성 오염물·가스(기름·그리스, 휘발성 지방산, 소화가스) : 낮은 용해도·부상·스컴·그리스볼 특성, 혐기성 소화에서 VFA–pH–메탄 생성균 균형, GC·중량법·부피분석에 의한 정량과 방류 규제·소화조 안정 운전·에너지 회수 및 탈황 설비 설계 활용 • 미량 오염물질(유·무기, THMs, 농약, 중금속 등) : 1 mg/L 이하·ppb 수준 특성, 유입 경로와 인체·생태 독성, GC·HPLC 기반 초미량 분석과 LOD·LOQ 개념, EPA·WHO·먹는물 수질기준 체계에 따른 감시·규제 및 수질관리 정책 수립 활용 |
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이은영 교수님
환경화학
