[🌊수질환경기사] 1과목_수질오염개론_6장 하천의 자정작용

🌊 하천 자정작용 정리

1. 자정작용 종류

• 📌생물학적 자정작용(main)
  • 혐기성 분해(산소 없는 상태)로 진행됨 → CO₂, CH₄ 발생
  • 중간화합물은 휘발성으로 유해함
  • 처리시간 길다
  • 탄산가스(CO₂)가 물과 H₂O 반응 → OH⁻ 또는 HCO₃⁻ 생성됨 → pH 상승 → 철·망간 등 금속 수산화물 침전 촉진
• 화학적 자정작용 : 응집
• 물리적 자정작용 : 확산

👉 여름에 자정작용 ↑ (미생물 활동 활발)

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2. 자정계수

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• k₁ : 탈산소계수 (/day) → 하천에서 미생물이 유기물 분해 시 소모되는 O₂ 속도
• k₂ : 재폭기계수 (/day) → 대기에서 하천으로로 O₂가 녹아드는 속도, 포화산소농도 이상으로 녹아들어가지 않는다
• 단위 없음
• 조건 : 유속이 높아야 자정이 잘됨(고여있으면 자정이 안된다), 바닥구배가 커야함, 수심 얕을수록 자정 잘 됨
• 온도 영향 - 온도가 높아지면 자정계수가 낮아진다
  • 수온이 낮을수록 산소 용해도가 높다!!!
  • 수온이 높으면 → O₂ 용해도는 감소(산소가 물에 잘 안녹는다), 미생물 활동은 증가한다 → k₁(탈산소계수) 증가
  • 수온이 높으면 점성이 낮아져 기체분자의 확산이 잘된다 → 재폭기 속도(=산소가 물에 들어오는 속도)도 빨라진다 → k₂(재폭기계수) 증가
  • 하지만 일반적으로 k₁ 증가폭 > k₂ 증가폭 → f 감소

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3. 온도 보정식 (보정계수 외우기)

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4. 혼합지점 농도

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• BODu (L₀), DO 농도 동일하게 계산 가능

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5. 산소부족(산소수지 곡선, DO sag curve)

• 모양 : "스푼형" (감소 → 임계점 → 회복)
• 임계점 이전 : k₁ > k₂ → O₂ 계속 감소
• 임계점 이후 : k₁ < k₂​ → O₂ 회복

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6. 산소부족농도(Dt)

• L₀​ = 최종 BOD (BODu)
• D₀​ = 초기산소부족량 = 포화 DO(Cs) - 현재 DO
• t = 시간 = 거리/유속

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7. 임계시간

• 자정계수 f = k2/k1​
• 임계지점까지 걸리는 시간
• 유하지점 = 유속 × 임계시간

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8. 예시 계산

• f=0.2/0.1=2
• 혼합지점 BODu = 29.43 mg/L
• 혼합지점 DO = 7.886 mg/L
• D₀ =9−7.886=1.314mg/L
• tc=2.81day
• 유속= 3.6 km/hr → 임계시간을 곱해주면 구할 수 있다! 임계지점 거리 = 242.96 km

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✅ 핵심 암기 포인트

• 자정계수 f = k₂/k₁
• 온도 ↑ → 자정계수 ↓ (헷갈리기 쉬움!)
• 임계시간 공식
• 혼합식 (유량가중평균)