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기기원리

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총인 / 총질소

현재, 산업화와 인구의 증가로 배출되는 하/폐수의 특성이 다양해져서 효율적인 처리에 많은 어려움이 있으며, 미처리된 오염물질이 하천이나
호소를 비롯한 기타 수원에 유입됨에 따라 효율적 수질관리에 많은 문제점을 야기하고 있다. 특히, 질소, 인과 같은 영양 염류는 부영양화를
유발시키는 주 원인물질로서 관리의 중요성이 증가하고 있다.
수중에서 질소는 요소와 아미노산과 같은 유기질(organic nitrogen), 암모니아성 질소(ammonia/ammonium), 아질산성 질소(nitrite) 및
질산성 질소(nitrate)의 상태로 존재하며, 인은 단백질, ATP 등과 같은 유기인 (organic phosphate), 인산염(phosphate)의 형태로 존재한다.
질소/인은 주로 농업용 비료, 사람이나 가축의 분뇨, 합성세제로 부터 발생되며, 더욱이 미처리된 하수 또는 공장 폐수에 의해 강이나 댐을
포함한 호소로 다량 유입될 경우 부영양화, 연안의 적조현상, 암모니아의 어류독소, 수중의 용존산소결핍 등을 야기시키며, 상수중의
암모니아는 염소요구량을 증가시키고, 질산성 질소는 음용수 중에 높은 농도로 존재하는 경우 건강에 위해를 미치기도 한다.


또한 질소/인 등의 상수원 유입으로 인한 조류의 과잉성장은 정수장에 다음과 같은 문제를 일으킬 수 있다.
첫째, 조류의 과다 번식으로 발생하는 대사물질인 Geosmin 과 2-MIB(2-Methylisoborneol)등은 수돗물에서의 맛과 냄새 등의 불쾌감을
일으킨다.
둘째, 정수공정인 모래여과지의 막힘현상을 유발하여 여과지의 운전시간을 단축시킨다. 수계로의 질소/인 유입은 정수비용의 증가에 따른
경제적인 손실발생, 공중보건상 안전하고 깨끗한 수자원확보의 어려움 등의 문제를 유발시키며, 따라서 수계로의 영양염류 유입을
근원적으로 차단하는 것이 가장 근원적인 해결책이므로 하/폐수 및 축산폐수에서 유기물의 제거와 더불어 질소인의 처리가 더욱 강조되고
있는 실정이다.


1. 총인 측정
    인산이온은 지질적 원인에 의해 물 속에 존재하는 것도 있지만 분뇨, 사체, 공장폐수,비료,생활하수등의 혼입에 의한 경우가 많으므로
    오염의 지표가 된다.
    인산은 오르토인산(정인산), 축합인산 등의 다양한 화학형으로 존재하며, 오르토인산도 ph에 의해 PO4-3, HPO4-2. H2PO4, H3PO4의
    형을 만든다.
    또한 유기화합물로도 존재하며, 천연수 중의인산은 암석 중에 P2O5 로써 생체 중의 인산지질, 핵산, 뼈 등의 생체 구성분이 사멸 후 분해
    용출되는 것이 주이다.
    수돗물 속에는 천연수 함유되어 있는 것 이외에 급수용 방청제로써 가한 인산염, 세제 중에 가한 폴리인산 등으로도 존재한다.
    인과 질소는 모든 수역의 부영양화의 원인이 되며, 수원지에서 발생되는 조류나 방선균의 발육에 의한 이취물질의 발생 원이이 된다.
    수중이나 토양 중에서 PH 8.5 이하에서는 Na3PO4로써 용해된다.


1-1. 흡광광도법(아스코르빈산환원법)
시료 중의 유기물을 산화분해하여 모든 인화합물을 인산염(PO4) 형태로 변화시킨 다음 인산염을 아스코르빈산환원 흡광도법으로
정량하여 총인의 농도를 구하는 방법이다. 정량 범위는 0.001-0.025 mg P/ml 이며, 표준 편차는 2 ~ 10 %이다.

2. 총질소 측정
    질소화합물은 킬달성 질소, 알부미노이드 질소 , 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소 및 유기질소를 말한다.
    N2는 대기중에 용적으로 약 73.03% , 중량으로 75.51% 를 차지하여 대기중에 가장 많이 존재하고 있지만 지구표면을 구성하는
    질소 원소함유율은 0.03 % 정도 밖에 되지 않는다.
    이것은 지구 표면을 구성하는암석 중에 N2가 포함되어 있지 않기 때문이다. 생물체 중에서는 단백질, 아미노산, 핵산 등의 생체
    구성성분으로써 존재한다. 생물체 또는 배설물이 토양에 들어가면 급격한 분해와 미생물의 증식이 일어나고 질소 화합물은 무기질소
    화합물로 전환된다.
    혐기성 조건하에서는 NH4-N, NO2-N 이, 호기성 조건에서는 NO3-N 이 풍부하다.
    암모니아성질소가 질산성질소로 산화되는 과정은 아질산성질소를 중간으로 하는 2단계의 독립된 무기영양균에 의한 반응이다.
    총질소가 호소 기준 항목으로 취급되는 이유는많은 호수에서 Chlorophyl A 농도와 총질소와의 사이에 상관 관계가 밝혀졌기 때문이다.
    조류의 증식에는 많은 원소가 필요하지만 그 중에서도 탄소,질소, 인의 3원소가 중요하다.
    이 중 탄소는 대기 또는 유기물의 분해에 의해 쉽게 공급되기 때문에 부영양화는 질소, 인에 의해서 지배된다.


2-1. 자외선 흡광도법
시료 중 질소 화합물을 알카리성 과황산칼륨의 존재 하에 120도씨에서 유기물과 함께 분해하여 질산이온 으로 산화시킨 다음 산성에서
자외흡광도를 측정하여 질소를 정량하는 방법이다. 이 방법은 비교적 분해 되기 쉬운 유기물을 함유하고 있거나 자외부에서 흡광도를
나타내는 브롬이 온이나 크론이온을 함유하지 않는 시료에 적용된다.
정량 범위는 0.005-0.05 mgN 이며 표준 편차는 3 -10%이다. 이 방법으로 브롬 10mg/1, 크롬 0.1 mg/1 정도 에서 영향을 받으며
해수와 같은 시료에는 적용할 수 없다.
2-2. 카드뮴 환원법
시료 중 질소 화합물을 알칼리성 과 황산칼륨 존재 하에 120도에서 유기물과 함께 분해하여 질산이온으로 산화시킨 다음 질산이온을
다시 카드뮴-구리 환원 칼럼을 통과시켜 아질산이온으로 환원시키고 아질산성 질소의 양을 구하여 질소로 환산하는 방법이다.
이 방법은 비교적 분해되기 쉬운 유기물을 함유한 시료나 시료량이 소량일 경우로써 총질소 농도가 낮은 시료에 적용된다.
정량 범위는 0.0002 - 0.002 mgN이며 표준편차는 3 ~ 10 %이다.
2-3. 환원증류-킬달법
시료에 데발다합금을 넣고 알칼리성에서 증류하여 시료 중의 무기질소를 암모니아 유출시키고, 다시 잔류 시료 중의 유기질소를 킬달
분해한 다음 증류하여 암모니아로 유출시켜 각각의 암모 니아성질소의 양을 구하고 이들을 합하여 총 질소를 정량하는 방법이다.
정량범위는 0.008-0.16 mgN 이며 표준편차는 3 ~10 % 이다.