암모니아 탈기법(ammonia stripping)

암모니아 탈기법은 수질관리기술사시험외에도 수질환경기사 2차시험에도 매우 자주 출제되는 문제이다.

 

암모니아 탈기법은 수질화학(water chemistry)의 기본인 이온화상수(pKa)에 대한 개념이 들어가 있어 이온화상수에 대해 확실하게 이해하고 가면 carbonate system 등 다른 화학반응도 이해하는데 도움이 된다.

 

이온화상수는 곧이 곧대로 이온화와 관련된 상수라고 생각하면 이해가 쉽다. pH에 따라서 이온화되어 물성이 바뀌는 물질이 많은데 pH에 따라 어떻게 물성이 변하는지 간접적으로 알려주는 지표가 이온화상수이다. 

 

예를 들어 pKa가 7.5인 차아염소산은 pH 7.5 기준으로 차아염소산(HOCl)과 이온화된 차아염소산 이온(OCl-)로 나뉜다. 이때 산화력은 차아염소산이 더 강하므로 pH는 7.5 이하에서 처리하는 편이 염소소독에 유리할 것이라는 결론이 나오고 이런 판단을 하는데 물질마다 이온화상수가 매우 중요한 시점이다.

 

암모니아도 마찬가지로 중성 pH 상태에서 대부분 암모늄 이온 상태로 존재하며 pH가 증가할수록 암모니아의 분율이 증가하여 대기중으로 암모니아는 휘발되게 된다. 그 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

 

여기서 Ka는 이온화상수를 뜻하며 pH에 따른 암모늄이온과 암모니아의 비율을 결정해준다.

 

암모니아의 이온화 상수(pKa)는 9.25이다. pH 9.25이상에서는 암모니아성 기체 형태 분율이 증가하고 9.25이하에서는 암모늄 이온 형태의 분율이 증가하게 된다.

 

해당 현상을 적극 응용하여 고안된 처리공법이 암모니아 탈기법이고 pH를 증가시켜 암모니아를 대기중으로 휘발시키게 된다.

 

 

해당 그림자료와 같이 이온화상수에 따른 물질의 분율을 계산하여 그래프로 나타낼 수 있는데 이때 암모니아를 얼마나 제거할 지 pH 조절을 통하여 조절할 수 있다. 

 

암모니아의 이온화관련 그래프를 작성한 후 80% 가량 제거를 희망할 시 pH를 10까지 조절하고 95 % 이상 제거를 희망할 시 pH를 11까지 증가시키면 된다는 결론에 도달할 수 있다.