질소, 총질소(TN)

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질소란 무엇일까요?

질소는 기호 N, 원자 번호 7 및 원자 질량이 14인 화학 원소입니다. 질소는 무색의 기체로 이원자 분자 형태(N2)로 발생할 수 있으며 액체 또는 고체 화합물의 일부가 될 수 있습니다. 지구 대기의 약 78%는 기체 형태의 질소로 이루어져 있습니다.

질소 순환 동안 질소는 대기권에서 생물권(유기 화합물)으로 움직인 후 다시 대기 중으로 이동합니다. 복잡한 유기체는 아미노산, 핵산 그리고 아데노신 삼인산 같은 필수 분자를 만들기 위해 질소를 필요로 합니다.

식물들은 가스 형태의 질소를 사용할 수 없기 때문에, 그들은 그것을 암모니아와 아질산염으로 변환하기 위해 토양에 붙어있는 박테리아의 질소에 의존합니다. 질산염을 형성하는 박테리아는 아질산염을 유산소 상태로 전환시킵니다. 질산염은 질소의 가장 완전한 산화 상태를 나타냅니다.

질산화 및 탈질화

질산화 암모니아를 아질산염으로, 최종적으로 질산염으로, 두 단계 생물학적 산화이다. 탈질화는질산염이 궁극적으로 분자형태의 질소를 생산하기 위해 줄어드는 동안 미생물적으로 촉진되는 과정입니다.

질산화/탈질화는 폐수 처리 과정에서 가장 널리 사용 됩니다. 이러한 과정에서 폐수 처리의 호기(호기성) 및 무산소 구역이 암모니아, 아질산염, 질산염을 질소 가스로 변환하기 위해 니트로소모나스와 같은 자가 영양균 또는 질화박테리아 같은 종속영양균에 의해 사용됩니다.

알칼리도와 같은 다른 중요한 요소 들 중에서도 산소 관리는 질화 과정에서 매우 중요합니다. 용존산소(DO)는 질화 과정에서 반드시 모니터링되고 관리되어야 합니다. 효과적인 탈질화는 용존 산소의 부족 및 쉽게 분해되는 적절한 양의 탄소에 달려 있습니다.

TKN(Total Kjeldahl Nitrogen) - 총 켈달 질소

총 켈달 질소라는 용어는 암모니아와 유기물 질소의 합을 말합니다. 하지만 이것은 아질산염이나 질산염을 포함하진 않습니다.

TN(Total Nitrogen) - 총질소

총 질소는 물 속에 존재하는 모든 형태의 질소의 총합입니다. 이는 아질산염과 질산염을 비롯하여 암모니아와 유기물로 엮여있는 질소(총 켈달 질소)를 포함합니다.

암모니아 & 암모늄

암모니아와 암모늄은 pH 및 온도와 특정한 관계가 있습니다.

수처리

암모니아의 부식성 특성(가스 형태 및 농축 용액)은 농도에 따라 약한 눈 또는 피부 염증을 일으킬 수 있습니다. 또한 암모니아가 낮은 수준에서도 불쾌한 맛이나 냄새와 같은 심미적 문제를 야기할 수 있습니다.

폐수 처리

암모니아는 매우 낮은 농도일 때도 수중 생물에 유독합니다. 폐수 시설은 처리된 물을 를 다양한 장소로 배출합니다. 대부분의 처리 공장들은 특정한 용도가 있고, 수생 생물이 있는 수용수로 배출됩니다. 이러한 조합은 폐수 처리 공장에서 안전하게 배출될 수 있는 암모니아 수준을 결정합니다.


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질소를 측정해야 하는 이유

암모니아, 아질산염, 질산염의 형태로 존재하는 질소는 식물 및 동물에게 필수적인 영양소입니다. 하지만 과도한 질소는 다양한 경우에서 해로울 수 있습니다.

  • 물체에서 고농도의 질소는 DO의 고갈을 야기할 수 있고, 따라서 수상생물에게 부정적인 영향을 끼치게 됩니다.
  • 암모니아 또는 질산염과 같은 형태의 질소를 과하게 포함한 식수는 공공 보건에 위험을 야기할 수 있습니다. 게다가 식수 공급 시스템에서 질소 농도의 변화는 수질을 구성하는 질산화의 시작을 가리킵니다.
  • 폐수 처리 시 높은 pH와 함께 고농도의 암모니아는 슬러지를 소화하는 미생물에 유독할 수 있습니다.

하크(Hach)에서 공정 분야에서 질소를 성공적으로 모니터링하는 데 필요한 검사 장비, 자료, 교육 및 소프트웨어를 찾아보시기 바랍니다.

질소 측정을 위한 제품 추천

Orbisphere 51x 시리즈 질소 컨트롤러

Orbisphere ® 51x 컨트롤러는 Orbisphere ® 의 열전도 센서를 사용하여, 정확하고 믿을 수 있는 N2 측정값을 제공합니다.

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Orbisphere 315xx Nitrogen Sensors

Orbisphere ®의 열전도 센서는 가스 단계이든 액체로 용해되어 있든, 지속적인 N2 측정이 가능하도록 개발되었습니다.

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EZ 시리즈 총 질소 분석기

온라인 분석기 EZ 시리즈는 물 내 질소를 분석 및 모니터링할 수 있는 다양한 측정방법을 제공합니다.

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Spectrophotometers

하크(Hach)의 분광광도계는 정기적인 측정을 더욱 쉽게 해 줍니다.

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하크(Hach) TOC/TN/TP 분석기 B7000

물 속의 질소/인 영양소 수준 및 탄소 오염을 측정할 수 있는 단 하나의 분석기입니다.

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Total Nitrogen Reagents

하크(Hach)는 일반적 및 도전적인 수질 분석을 제공하는 데 집중하고 있습니다.

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DRB200은 실험 중에 시간을 절약하고 정확도를 보장하도록 설계되었습니다.

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질소 모니터링을 해야 하는 공정

지표수, 혼합수 및 지하수

암모니아, 아질산염 및 질산염은 자연적으로 수역에서 발생하거나 비료 유출, 동물 폐기물 유출, 패혈 시스템 기능 상실, 염소화수 또는 부식 억제제를 포함한 산업적 배출로 인해 발생할 수 있습니다. 그러므로 처리를 가이드하고 최적화하기 위하여 암모니아, 아질산염, 질산염 수준에서 모니터링하는 것이 중요합니다.

A turquoise pool of water shimmers in a cave. Groundwater sources often have nitrogen naturally occurring in the form of ammonia, nitrite and nitrate.

식수 처리

소독 중에 암모니아를 사용하지 않을 경우, 공급 시스템 내 암모니아의 존재는 배관공사에 사용되는 재료의 침출이나 시스템 손상으로 인한 수질오염을 나타낼 수 있습니다. 원치 않는 암모니아가 염소와 결합하면 염소화의 소독 강도를 감소시킵니다.

암모니아는 클로라민 처리 프로세스에서 소독에 사용되기 때문에, 그 수준은 공공보건을 지키기 위하여 관리되고 모니터링되어야 합니다.

This water treatment facility uses ammonia, a source of nitrogen in disinfection.

양식업

양식업의 폐기물로써, 암모니아는 0.5mg/L 만큼 낮은 수준에서도 어류 및 해양 식물에 유독할 수 있습니다. 기존의 수족관에서는 암모니아가 아질산염으로 빠르게 변환되어 결국 질산염으로 변할 수 있습니다. 대부분의 수족관은 암모니아를 0의 수준으로 하는 것을 목표로 합니다.

자연 수생 환경에서는 암모니아 수치가 높으면 햇빛을 차단하는 과도한 해조류 성장을 야기하여 시각적인 먹이와 광합성을 저해할 수 있습니다.

Aquaculture net pens hold farmed seafood. A byproduct of farming is ammonia can also be toxic to fish.

농업

암모니아 형태의 질소는 식물들이 복잡한 유기체에 필요한 필수 유기 분자를 만드는데 사용됩니다. 이러한 자연적인 과정을 돕거나 개선하기 위해 암모니아는 종종 비료에 첨가됩니다. 예를 들어 수경 영양 용액은 질소가 암모니아 소금으로 투입됩니다. 암모니아는 요소 투입으로 토양에 존재할 수 있습니다.

A farm tractor fertilizes crops introducing nitrogen in the form of ammonia.

의약품 제조

의약품 제조 과정에서, 암모니아 용액은 약한 음이온교환수지를 재생하고 공정수의 pH를 조절하는데 사용됩니다.

Pharmaceuticals use ammonia solution to regenerate weak anion exchange resins. Ammonia is a source of nitrogen.

폐수 처리

총 질소 방법은 슬러지에 대한 물 처리 중간 단계 및 유출물에 대한 질소 부하를 측정하여 전체 처리 공장 효율을 측정합니다. 질소 수준을 평가하면 처리 과정 전반에 걸쳐 프로세스 모니터링, 조정 및 질소 감소 효율을 달성할 수 있습니다.

지자체에서 사용하는 폐수 내 통상적인 암모니아 수준의 범위는 30mg/L 에서 50mg/L (NH3-N) 입니다. 질산염 수치는 아모니아와 유기질소가 질산염으로 전환되는 단계를 나타냅니다.

A wastewater equalization tank monitors total nitrogen from influent waters during intermediate stages of water sludge treatment.

슬러지 유지 시간

폭기조에서 올바른 슬러지 유지시간(SRT) 및 MLSS 수준은 안정적인 질산화를 보장하기 위한 규정 및 에너지 효율 처리의 기본입니다.

Sludge treatment in this aeration basin starts nitrification of ammonia. Monitoring nitrogen here provides compliance and energy efficient treatment.

총 질소를 모니터링하는 방법


Hach Nitrogen-Ammonia Reagent Set, TNT, AmVer (Salicylate), Low Range

염화티타늄 환원법 (총 무기질소)

티타늄(III) 이온은 기본적인 환경에서 질산염과 아질산염을 암모니아로 환원시킵니다. 고형물을 제거하기 위해 원심분리 후 암모니아를 염소와 결합하여 모노클로로아민을 만듭니다. 모노클로로아민은 암모니아 질소의 살리실레이트 방법과 마찬가지로 살리실산염과 반응하여 5-아미노살리실산(녹색 용액)을 형성합니다.(질소와 암모니아참조).

탁상용:

총 무기 질소


Hach Nitrogen (Total Kjeldahl) Reagent Set

Nessler 방법 (총 켈달 질소)

이 시험법은 3차 음성 상태에서 유기 결합 질소로 존재하는 유기 질소 화합물만 판정합니다. 이 형태의 질소는 황산과 과산화수소의 작용에 의해 암모늄 염으로 전환됩니다. 암모니아는 수정된 네슬러 방법 테스트를 통해 분석됩니다. 측정 파장은 분광광도계의 경우 460nm, 비색계의 경우 420nm입니다.

탁상용/휴대용:

총 켈달 질소(TKN) Nessler 방법


Hach Simplified TKN (s-TKN) TNTplus Vial Test (0-16 mg/L N), 25 Tests

디메틸페놀 방법(간편화된 총 킬달 질소, s-TKN)

단순화된 TKN USEPA 승인 방법에서는 과산화 이황산염으로 소화를 하여 무기질소와 유기질소가 질산염으로 산화됩니다. 질산염 이온은 황산 및 인산 용액에서 2,6-디메틸페놀과 반응하여 니트로페놀을 형성합니다. 원래 샘플에서 산화한 질소의 형태(시료 보존에 의한 질산염 + 질산염)는 두 번째 테스트 바이알에서 검출된 후 감산되어 TKN이 됩니다.

탁상용:

간편화된 TKN (s-TKN) TNT880


Hach Nitrogen (Total) TNTplus Vial Test, LR (1-16 mg/L N), 25 Tests

과황산염 분해법 (총 질소)

알칼리성 과황산염 분해는 모든 형태의 질소를 질산염으로 전환시킵니다. 분해 후 대사황산나트륨을 첨가하여 할로겐산화물의 간섭을 제거합니다. 강산성 조건에서 질산염은 크롬산(chromotropositive acid)과 반응하여 여러 곳에서 바이페닐 링을 질산시켜 여러 질산염을 생성합니다. 질산염 측정이 가능한 제품은 410nm에서 측정됩니다.

탁상용/휴대용:

TNT LR

TNT HR

무기질소 및 유기질소화합물은 과산화황산염으로 분해되어 질산염으로 산화됩니다. 질산염 이온은 황산 및 인산 용액에서 2,6-디메틸페놀과 반응하여 니트로페놀을 형성합니다. 측정 파장은 345nm입니다.

Benchtop:

TNTplus ® 826 LR

TNTplus 827 HR

TNTplus 828 UHR

무기질소 및 유기질소화합물은 과산화이황산염과 함께 분해되어 질산염으로 산화됩니다. 환원 시약을 첨가하여 질산염을 아질산염으로 환원합니다. 아질산염은 산성 배지에서 색 시약과 반응하여 보라색의 질소 함유 복합체로 생성됩니다. 측정 파장은 546nm입니다.

온라인용:

EZ 시리즈 총 질소 분석기

하이드록실 라디칼을 이용한 2단계 진행 산화 과정. 산화 후 질산염의 직접 광도 분석.

온라인용:

하크(Hach) BioTector B7000 TOC/TN/TP 분석기

 

암모니아의 다양한 형태를 모니터링할 수 있습니다. 이와 관련된 측정 항목인 암모니아 & 암모늄 질산염 & 아질산염 페이지를 방문해보세요.

자주 묻는 질문 (FAQ)

EZ 시리즈 분석기가 제공하는 총질소 측정 범위는 무엇입니까?

EZ 시리즈 온라인 분석기는 물 내 총 질소를 모니터링할 수 있는 다양한 옵션을 제공합니다. 일반적인 적용분야는 폐수 및 표면수입니다.

  • EZ7700 질소 분석기, 총질소, 0.1 - 2mg/L
  • EZ7701 질소 분석기, 총질소, 0.2 - 5mg/L
  • EZ7702 질소 분석기, 총질소, 0.25 - 10mg/L
  • EZ7703 질소 분석기, 총질소, 0.5 - 20mg/L

EN 시리즈는 TN/TP 를 모두 측정할 수 있는 라인업도 제공합니다:

  • EZ7600 TN/TP 분석기, 총질소(TN), 0.05 - 2mg/L & 총인(TP), 0.01 - 1mg /L
  • EZ7601 TN/TP 분석기, 총질소(TN), 0.1 - 5mg/L & 총인(TP), 0.02 - 2mg /L
  • EZ7602 TN/TP 분석기, 총질소(TN), 0.2 - 10mg/L & 총인(TP), 0.05 - 5mg /L
  • EZ7603 TN/TP 분석기, 총질소(TN), 0.5 - 50mg/L & 총인(TP), 0.05 - 10mg /L

TNT880이 2개의 테스트 바이알을 포함한 이유는 무엇입니까?

TNT880을 이용한 s-TKN 테스트 키트에 들어있는 분해되는 빨간색 캡의 바이알은 총 질소값을 제공합니다. 분해가 되지 않는 초록색 캡의 바이알은 질산염과 아질산염을 합친 값을 제공합니다. 총 질소 값에서 질산염과 아질산염 값을 빼면 최종 켈달 질소 값이 됩니다.

혼합물을 포함한 각 질소는 어떤 관계가 있습니까?

아래 제공되는 정보는 각기 다른 질소 혼합물 및 분석이 요구되는 질소 측정방법 간 관계를 요약한 것입니다.

(TIN) = (NH 3) + (NO 3 -) + (NO 2 -)

(TN) = 유기 질소 (총) + NH 3 + NO 3 - + NO 2 -

(TKN) = 유기 질소 (trinegative oxidative*) + NH 3

*Trinegative oxidative: 아지드, 아조, 하이드라존, 니트릴, 니트로, 니트로소, 옥시메, 세미카르바존은 설명하지 않습니다.

TKN 결과 비교

TKN = (대략) TN - (NO 3 - + NO 2 -)

TKN = (대략) NH 3 + 유기 질소

유기 질소

TKN - NH 3 = 유기 질소

TN-TIN = 유기 질소

약어 범례:

총 무기 질소(TIN)
암모니아 (NH 3)
암모늄 (NH 4 +)
질산염 (NO 3 -)
아질산염 (NO 2 -)
총 켈달 질소(TKN)
총질소(TN)

하크(Hach)는 총 유기 질소 테스트를 제공합니까?

하크(Hach)는 직접적으로 총유기질소를 측정할 수 있는 방법을 가지고 있지 않습니다.

하지만 샘플의 총 유기 질소를 판단할 수 있는 두가지 방법을 제공합니다:

  • TKN(총 켈달 질소)를 측정한 뒤, 암모니아 결과를 빼서 총 유기질소를 계산합니다.
  • 총질소를 측정하고 총 무기질소 결과를 빼서 총 유기질소를 계산한다.

EPA가 승인한 총질소 측정 방법이 있습니까?

네, 보고를 목적으로 승인한 방법이 있습니다. 예를 들어 s-TKN(TNT880)은 규정 준수를 위한 보고를 위하여 EPA가 승인한 방법입니다. 다음 문서를 확인하십시오: Is there a United States Environmental Protection Agency (USEPA) formatted method for simplified Total Kjeldahl Nitrogen (s-TKN™) method 10242?