KR20150078895A - 색도 및 rgb값을 이용한 cod분석방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 현장에서 하수 및 각종폐수에 대하여 화학적산소요구량 (Chemical Oxygen demand, COD)을 측정할 때 사용하는 필요한 장비를 최소화하고 시간을 단축시킬 수 있는 COD 적정 방법에 관한 것이다. 즉, 기존의 COD측정방법을 개량하여 시약 및 측정시간을 축소한 것 이다.
Description
본 발명은 현장에서 하수 및 각종폐수에 대하여 화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen demand, COD)을 측정할 때 사용하는 필요한 장비를 최소화하고 시간을 단축시킬 수 있는 COD 측정 방법에 관한 것이다. 즉, 기존의 COD측정방법을 개량하여 시약의 종류 및 장비와 측정시간을 축소한 것 이다.
각 나라마다 COD 측정방법을 채택하는 범위가 다르지만 우리나라의 수질오염공정시험법에는 화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen demand, COD)를 측정할 때 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)이용하는 방법과 과망간산칼륨(KMnO4)을 이용하는 방법이 있다. 하지만 망간을 이용하는 방법은 한국, 일본 등 일부 국가에서만 채택하고 있고 대부분의 선진국 및 외국에서 크롬을 이용하는 방법을 채택하고 있다. 망간법의 유기물 산화력이 60~65%지만 크롬법의 유기물 산화력은 95~100%로 유기물량을 더 정확하게 측정할 수 있어 크롬법을 선호하는 추세이다.
크롬을 이용하는 방법은 시료에 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)을 일정량 가하고 황산을 가하여 250에서 2시간동안 가열하여 시료중의 피산화성 물질을 산화시킨다. 그리고 FAS(Ferrous Ammonium Sulfate)를 가하여 남아있는 중크롬산칼륨의 산소를 적정하여 COD를 구하는 방법이다.
이 벙법들은 총 2시간 이상이 소요되며 측정단계가 복잡하며 현장에서 바로 측정하기 어려운 단점이 있다. 또한 현재 간편하게 키트를 사용하는 방법이 있지만 고가의 기기가 필요하며 비용이 많이 드는 단점도 있다.
본 발명은 기존의 CODcr(크롬법)측정방법에서 FAS용액으로 적정하여 계산하는 것과 달리 가열한 후 암실에서 카메라를 통해 사진 촬영을 하여 RGB 값을 분석 후 회귀분석을 시행하여 COD 농도를 계산하는 방법이다.
측정방법에 앞서 필요한 시약으로는 (1)0.25N의 K2Cr2O7(중크롬산칼륨) 용액으로 중크롬산칼륨 12.259g에 순수를 혼합하여 1L로 한다. (2)98% H2SO4 준비한다.
측정방법은 (1) 시료에서는 시료 10mL에 K2Cr2O7 5mL와 H2SO4 용액 15mL를 가한다. (2) Blank로는 시료 대신 증류수를 10mL를 가한다. (3) 시료 및 Blank를 암실에서 사진촬영을 한다. (4)RGB 값을 분석 후 회귀분석을 시행하여 COD 농도를 계산한다.
본 발명은 기존의 CODcr(크롬법)측정방법에서 FAS용액으로 적정하여 계산하는 것과 달리 가열한 후 암실에서 카메라를 통해 사진 촬영을 하여 포토샵(Adobe photo shop 7.0.1) 프로그램을 이용한 RGB 값을 분석 후 미니텝(minitab 14 KOREA)과 엑셀(Microsoft Excel 2010)을 이용한 회귀분석을 시행하여 COD 농도를 계산하는 방법이다.
측정방법에 앞서 필요한 시약으로는 (1)0.25의 K2Cr2O7(중크롬산칼륨) 용액으로 중크롬산칼륨 12.259g에 순수를 혼합하여 500mL로 한다. (2)황산은-황산 용액으로 AgSO4 5.5g과 98% H2SO4을 혼합하여 1L가 되게하여 하루 이상 방치한다. 마지막으로(3)HgSO4를 준비한다.
측정방법은 (1) 시료에서는 시료 10mL에 HgSO4 0.2g를 넣고 K2Cr2O7 5mL와 AgSO42SO4 혼합용액 15mL를 가하고 비등석 2~3알을 첨가한다. (2) Blank로는 시료 대신 증류수를 10mL를 가한다. (3) 시료 및 Blank를 2시간 동안 250에서 가열한 다음 30분동안 식힌다. (4) 시료 및 Blank를 암실에서 사진촬영을 한다. (5)촬영을 통한 RGB 값을 분석 후 회귀분석을 시행하여 COD 농도를 계산한다.
실시 예
첫 번째 실험
| 시료 | COD값 | R | G | B | R+G | R*G | R2 | G2 | logR | logG | logR +logG |
| 50 | 44.54 | 158 | 107 | 0 | 265 | 16906 | 24964 | 11449 | 2.20 | 2.03 | 4.23 |
| 100 | 90.24 | 166 | 119 | 0 | 285 | 19754 | 27556 | 14161 | 2.22 | 2.08 | 4.30 |
| 150 | 140.16 | 141 | 100 | 0 | 241 | 14100 | 19881 | 10000 | 2.15 | 2.00 | 4.15 |
| 300 | 250.75 | 143 | 115 | 0 | 258 | 16445 | 20449 | 13225 | 2.16 | 2.06 | 4.22 |
| 500 | 481.15 | 113 | 107 | 0 | 220 | 12091 | 12769 | 11449 | 2.05 | 2.03 | 4.08 |
| 단계적 회귀: COD값 대 R, G, R*G, R+G, R2, G2, logR, logG, logR+logG 입력할 변수를 위한 알파: 0.15 제거할 변수를 위한 알파 0.15 9개의 예측변수 (N = 5) 에서 반응은 COD값입니다. |
단계 1 2 상수 5695 6171 logR -2549 -2992 T-값 -4.84 -92.76 P-값 0.017 0.000 G^2 0.0397 T-값 31.40 P-값 0.001 67.7 3.73 R-제곱 88.66 99.98 R-제곱(수정) 84.88 99.95 |
첫 실험은 CODcr Open reflux법으로 해보았다. 실험 및 분석결과<Table 4.1>를 이용하여 COD 값을 매개변수로 놓고 R, G, logR+logG, R*G, R+G, logR, R^2, logG, G^2값을 단계적 회기를 이용하여 비교해 보았다. 비교결과 log R 값과 G2값의 P-값이 각각 0.000, 0.001로 COD 값과 가까운 값이라는 점을 보여준다. 하지만 위의 실험은 시간이 부족한 관계 때문에 첫째로 암실을 제대로 만들지 못한 채로 실험을 하였으며, 두 번째로는 실험에 숙달이 안 된 상태로 실험을 진행하였고, 마지막으로 각각의 COD 추정값이 겹치지 않아 정확도가 높은 실험이라고 할 수는 없다. 그럼에도 불구하고 log R값만을 이용했을 때 상관계수가 0.8866이 나오고 G2까지 같이 사용했을 경우 상관계수가 0.9998이 나오는 것으로 보아 COD측정값과 R, G 값의 연관성이 높다는 것을 확인할 수 있다. 위 표에서 나온 식
이용하여 계산한 값을 x 축에 두고 적정값을 y 축에 두어 그래프를 그리면 그래프가 나오는데 이 식이 y=x식과 유사하고 R2(상관계수)값이 0.9998이 나오는 것으로 앞 문단의 내용을 증명해 준다.
| 시료 | COD값 | R | G | B | R+G | R*G | R2 | G2 | LogR | LogG |
| 100 | 78.63 | 162 | 103 | 0 | 265 | 16686 | 26244 | 10609 | 2.21 | 2.01 |
| 100 | 47.86 | 158 | 103 | 0 | 261 | 16274 | 24964 | 10609 | 2.20 | 2.01 |
| 100 | 71.79 | 160 | 106 | 0 | 266 | 16960 | 25600 | 11236 | 2.20 | 2.03 |
| 300 | 273.50 | 144 | 102 | 0 | 246 | 14688 | 20736 | 10404 | 2.16 | 2.01 |
| 300 | 287.18 | 140 | 92 | 0 | 232 | 12880 | 19600 | 8464 | 2.15 | 1.96 |
| 300 | 261.54 | 129 | 91 | 0 | 220 | 11739 | 16641 | 8281 | 2.11 | 1.96 |
| 500 | 408.55 | 111 | 92 | 0 | 203 | 10212 | 12321 | 8464 | 2.05 | 1.96 |
| 500 | 459.83 | 112 | 93 | 0 | 205 | 10416 | 12544 | 8649 | 2.05 | 1.97 |
| 500 | 449.57 | 104 | 101 | 0 | 205 | 10504 | 10816 | 10201 | 2.02 | 2.00 |
| 단계적 회귀: COD값 대 R, G, R+G, R*G, R2, G2, LogR, LogG, Log(R+G), LogR*LogG 입력할 변수를 위한 알파: 0.15 제거할 변수를 위한 알파 0.15 10개의 예측변수 (N = 9) 에서 반응은 COD값입니다. |
단계 1 상수 748.5 R2 -0.0260 T-값 -9.80 P-값 0.000 45.4 R-제곱 93.20 R-제곱(수정) 92.23 |
두 번째 실험
실험 및 분석결과를 이용하여 COD 값을 매개변수로 둔 후 R, G, R+G, R*G, R2, G2, LogR, LogG, Log(R+G), LogR*LogG 값을 단계적 회기를 이용하여 비교를 해보았다. 비교결과 R2의 P-값이 0.000으로 COD값과 가까운 값이라는 점을 보여준다. 단계적 회기 값을 이용하여 
식을 세워 x축에 계산값을 두고 y축에 COD측정값을 두어 그래프를 그리면 위와 같은 그래프가 나온다. 이 식이 y=x 식과 유사하고 R2(상관계수)값이 0.932로 나오는 것을 볼 수 있다. 이는 R값을 이용한 식이 COD 측정값과 관련이 높다는 것을 알려준다.
Claims (1)
- 수질오염정도를 측정하는 항목 중 COD(화학적산소요구량)를 중크롬산칼륨등의 산화제에 의해 산화시킨 후 적정방법 대신 시료를 사진으로 촬영하여 색도 혹은 RGB(Red, Green, Blue)값을 분석하여 COD를 분석하는 방법
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111077200A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-28 | 江苏大学 | 一种基于比色法构建光电致变色可视化传感器检测化学需氧量的方法 |
| CN113820305A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-21 | 盈奇科技（深圳）有限公司 | 一种总磷检测设备及方法 |
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- 2013-12-31 KR KR1020130168728A patent/KR20150078895A/ko not_active Application Discontinuation
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