탈기법 폐수 중 암모니아성 질소 제거 NH3 99%로 pH

탈기법을 이용, 폐수 중의 암모니아성 질소를

제거하기 위하여 폐수의 pH를 조절하고자 한다.

수중 암모니아를 NH3(기체분자의 형태)

99%로 하기 위한 pH는?

(단, 암모니아성 질소의 수중에서의 평형은 다음과 같다.

NH3 + H2O ⇌ NH4^+ + OH^-, 평형상수 K = 1.8×10^(-5))

52. 탈기법을 이용, 폐수 중의 암모니아성 질소를 제거하기 위하여 폐수의 pH를 조절하고자 한다. 수중 암모니아를 NH3(기체분자의 형태) 99%로 하기 위한 pH는? (단, 암모니아성 질소의 수중에서의 평형은 다음과 같다. NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH-, 평형상수 K= 1.8×10-5)

① 11.25

② 11.45

③ 11.65

④ 11.85

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NH3 이온화 반응식

NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4^+(aq) + OH^-(aq)

위 반응의 평형상수 식

Kb = [NH4^+] [OH^-] / [NH3]

= 1.8×10^(-5)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/15325 )

수중 암모니아를 NH3 99%로

---> [NH3] / ([NH3] + [NH4^+]) × 100 = 99%

[NH3] / ([NH3] + [NH4^+]) = 0.99

[NH3] = 0.99[NH3] + 0.99[NH4^+]

0.01[NH3] = 0.99[NH4^+]

[NH4^+] / [NH3] = 0.01 / 0.99 = 0.010101

from 평형상수 식,

[NH4^+] [OH^-] / [NH3] = 1.8×10^(-5)

0.010101 × [OH^-] = 1.8×10^(-5)

[OH^-] = (1.8×10^(-5)) / 0.010101

= 0.001782 M

pOH = –log(0.001782) = 2.75

pH = 14.00 – 2.75 = 11.25

답: ① 11.25

[참고] pH 계산 공식

NH3(%) = 100 / (1 + Kb • [H^+] / Kw)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/471872 )

1 + Kb • [H^+] / Kw = 100 / NH3(%)

Kb • [H^+] / Kw = (100 / NH3(%)) – 1

[H^+] = (100 / NH3(%)) – 1) (Kw / Kb)

= ((100 / 99) – 1) ((1×10^(-14)) / (1.8×10^(-5)))

= 5.6×10^(-12) M

pH = –log(5.6×10^(-12))

= 11.25

또는

pH = –log[(100 / NH3(%)) – 1) (Kw / Kb)]

= –log[((100 / 99) – 1) ((1×10^(-14)) / (1.8×10^(-5)))]

= 11.25

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/22215 ]

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