인 (Phosphorus)

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인(P)이란 무엇일까요?

인(P)은 원자번호 15 및 원자질량 31인 화학 원소입니다. 높은 반응성 때문에 인은 근본적으로 자유 원소로 존재할 수 없습니다. 인은 일반적으로 광물 내 인산염으로 발생합니다. 인산염은 일반적으로 지각에서 킬로그램 당 1그램의 농도로 발견됩니다.

인산염을 구성하는 성분은 크게 두가지입니다. 백린과 적린이 그것입니다. 산소에 노출될 때 백린은 산소에 의해 희미한 빛을 방출합니다. (화학발광으로 알려짐)

인은 원소의 질소, 인, 비소, 안티몬, 비스무트 및 모스코븀 등이 포함되어 있는 질소족 원소에 속합니다. 이러한 원소는 그들의 비슷한 원자 구조 때문에 하나의 그룹으로 구성되었습니다. 이는 이중과 삼중 공변 결합을 형성하기 때문에 안정적인 화합물을 형성할 수 있습니다. 일반 대기 온도에서 질소(가스로 존재)를 제외하고, 다른 질소족 원소들은 고체로 존재합니다.

식물과 동물 같은 복합 유기체들은 인이 필요합니다. 인이 DNA, RNA, ATP 및 인지질을 구성하기 때문입니다. 인은 세제, 살충제, 신경작용제 및 주로 비료에 사용하기 위해 채굴됩니다.

인산염 / 오르토인산염

오르토인산염(가장 일반적인 인산염 중 하나)에서, 하나의 인산염 원자는 4개의 산소 원자로 묶여 있습니다. 오르토인산염은 종종 "반응인"이라고 불립니다. 왜냐하면 산소 원자에 있는 세 개의 "결합" 전자가 양자와 똑같이 강하게 결합하기를 원하기 때문에, 다른 전자 결합 원소 및 화합물과 쉽게 결합하기 때문입니다.

축합 인산염

응축 인산염은 여러 개의 오르토인산염 분자로 함께 응축되어 인접한 인(P)과 산소(O) 원자 간에 공유 결합합니다. 이 그룹은 메타인산, 파이로인산, 폴리인산염을 포함합니다. 이는 보통 식수 공급 시스템의 부식 관리를 위해 사용됩니다.

총인(TP) / 유기인

총인(TP)는 존재하는 모든 인(오르토인산염/인산염, 축합 인산염, 유기인)의 총합입니다. 유기인은 일반적으로 유기 화합물로 결합되거나 유기화합물 안에 포함되어 있는 인산염의 형태로 존재합니다.


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인을 측정해야 하는 이유

인은 맛이나 향 문제에 영향을 끼치지 않습니다. 따라서 식수가 타깃은 아닙니다. 폐수 배출 시 높은 인의 수준은 주변 생태계에 큰 영향을 끼치게 됩니다. 원수의 높은 수준의 인은 조류 및 생물의 성장을 가속화할 수 있습니다. 이는 부영양화와 녹조현상으로 이어질 수 있습니다. 이러한 일이 발생하면, 물고기와 수생 생물들이 산소를 빼앗기고, 결과적으로 큰 물고기들이 죽고 서식지가 파괴됩니다.

건강한 생태계를 위하여 중요한 폐수 내 인 모니터링

폐수 배출 시 인을 측정하는 것은 건강한 생태계를 유지하고, 아생을 보호하기 위해 매우 중요합니다. 그렇기 때문에 대부분의 지역은 폐수를 받게 되는 생태계를 보호하기 위하여 인의 배출을 엄격하게 제한하고 있습니다. 생태계를 지키는 것과 더불어 인 수준을 모니터링하고 관리하는 것에 실패한다면, 규제를 위반하여 벌금을 물게 될 수도 있습니다.

부식을 관리하기 위하여 인을 사용하는 식수 플랜트는 최종 물, 공급 시스템 및 처리 과정의 다른 단계에서 인을 모니터링할 필요가 있습니다. 하크(Hach)의 솔루션은 관련 규제를 잘 준수할 수 있도록 도와줄 뿐 아니라 작업자가 처리 결정에 있어 필요한 지식을 얻을 수 있도록 해 줍니다.

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인 모니터링이 요구되는 공정

식수

원수는 농업 유출로 인해 높은 농도의 인산염을 포함할 수 있습니다. 이로 인해 녹조 성장과 시아노톡신 방출로 지표수의 부영양화가 발생할 수 있습니다. 축합 인산염은 식수 공급 시스템의 부식 관리를 위하여 종종 사용됩니다. 따라서 식수 처리 공정에서는 원수 및 공급되는 최종 물에 대한 인 모니터링이 필요합니다.

This clear glass of water relies on a distribution system that uses condensed phosphates for corrosion control in drinking water distribution systems.

폐수 처리

인은 식물 특히 조류 성장에 필수적인 영양소입니다. 폐수 배출에서 다른 필수적인 영양소와 함께 인의 방류는 조류 성장을 촉진합니다. 조류는 맛과 냄새에 문제를 야기하여 심미적으로 불쾌감을 유발합니다. 더욱 중요한 이유는 녹조현상이 사라지면, 엄청난 산소 수요를 창출한다는 것입니다. 죽어가는 녹조로 인한 산소의 고갈은 어류에 유해할 뿐 아니라 해양 환경에 중요한 혼란을 야기합니다. 이러한 이유로 규제 기관은 폐수 배출 시 허용되는 인의 양을 엄격하게 관리하고 있습니다.

폐수에서 인을 제거하는 가장 일반적인 방법은 생물학적 제거 및 화학적 침전입니다. 이러한 과정은 일반적으로 3차 처리로 언급되어 인의 모니터링이 요구됩니다.

This aeration basin at a wastewater treatment facility monitors phosphorus. Soluble phosphorus will decrease through the length of the  aeration basin during the aerobic cycle.

인을 모니터링하는 방법


Hach's 5500 sc Phosphate Analyzer

비색법 (오르토인산염)

오르토인산염(반응인)은 산성의 매체 속 몰리브덴산염과 결합하여, 파란색 또는 노란색으로 변합니다. 이러한 분석적 실험이 완벽하지 않다고 걱정하지 마십시오. 대부분의 축합인산염은 이러한 시험을 통해 측정되기 때문입니다. 산성 화학 물질로 인하여 0.45 micron으로 먼저 여과되지 않으면 일부 부유 오르토인산이 검출될 수 있습니다.

미립자의 인산염을 포함하여 모든 인을 측정하려면, 총 인 테스트를 수행해야 합니다. 이는 엄격한 분해를 통해 대부분의 미립자 인산염을 용존 형태로 변환합니다.

탁상용/휴대용:

TNT843 ULR Method 10209 (반응인 및 총인)

TNT843 LR Method 10209 (반응인 및 총인)

TNT844 HR Method 10209 (반응인 및 총인)

TNT845 UHR Method 10210 (반응인 및 총인)

TNT846 HR Molybdovanadate Method 10214 (반응인)

PhosVer 3 Method 8048

PhosVer 3 TNT Method 8048

Molybdovanadate TNT HR Method 8114

HPT487 ULR Method 10307

반응인 Phosphorus LR Chemkey (PPA)

반응인 Phosphorus HR Chemkey (PPA)

온라인용:

5500sc 인산염 분석기

Phosphax sc LR 인산염 분석기

Phosphax sc 인산염 분석기

EZ 시리즈 인산염 분석기


Hach's Phosphorus (Total and Acid Hydrolyzable) TNT Reagent Set, Low Range Ascorbic Acid Method

산성 가수분해 인산염 / 축합 인산염

축합 인산염을 측정하기 위해서는 황산과 샘플을 150°C에서 30분 간 분해할 수 있는 열을 이용해 오르토인산염으로 변환해야 합니다. 이것을 "산성 가수분해 인산염"이라고 부릅니다. 축합 인산염이 오르토인산염으로 가수분해 되었기 때문입니다. 분해 후, 아스코르브산 또는 몰리브도바나데이트 방법이 오르토인산염을 측정하기 위해 사용됩니다. 몇몇 유기 인은 오르토인산염으로 가수분해 될 것이며, 그 결과는 "순수한" 축합인산염이 아닙니다.

물론 단순히 분해를 수행하고 비색법으로 테스트하는 것이 원래의 오르토인산염과 축합 인산염에 대한 농도라고 말할 수는 없습니다. 만약 축합 인산염의 농도를 원한다면, 같은 샘플로 분해 없이 오르토인산염 테스트를 수행해야 합니다. 그런 다음 그러한 결과를 첫번째 농도값에서 빼야 합니다.

산성 가수 분해 인산염 TNT LR Method 8180 (PhosVer 3)


TNT844

총인(TP) / 유기인

유기 인은 쉽게 깨지기를 싫어하는 고집센 혼합물입니다. 유기인을 테스트하기 위해서는, 우선 샘플을 황산과 열을 이용해 분해해야 할 뿐 아니라, 과황산칼륨과 같은 강한 산화체를 추가하여 오르토인산염을 유기물질로부터 분리해 내야 합니다. 분해 후에는 같은 아스크로브산 또는 몰리브도바나데이트 방법이 인산염의 농도를 측정하기 위하여 사용될 수 있습니다. 언급된 테스트는 모든 다른 형태의 인산염을 오르토인산염으로 변환할 것이며, 이는 결과가 총인이라는 것을 의미합니다.

만약 유기적으로 결합된 인의 농도만 알고 싶다면, 산성 가수분해 테스트를 수행한 뒤, 총 인 농도에서 그값을 빼면 됩니다. (총 인 농도는 항상 오르토인산염 농도 보다 클 것입니다)

탁상용:

TNT843 ULR Method 10209 (반응인 및 총인)

TNT843 LR Method 10209 (반응인 및 총인)

TNT844 HR Method 10209 (반응인 및 총인)

TNT845 UHR Method 10210 (반응인 및 총인)

총인 TNT LR Method 8190 (PhosVer 3)

총인 TNT HR Method 10127 (Molybdovanadate)

온라인용:

EZ 시리즈 총인(TN) 분석기

B7000 BioTector ® TOC/TN/TP 분석기

자주 묻는 질문 (FAQ)

해수 분야에서 Phosphax sc 분석기를 사용할 수 있습니까?

아니요, Phosphax sc는 해수분야에서 사용할 수 없습니다. 해당 분석기의 측정 방법은 최대 1000 mg/L 의 염화물까지만 작동하기 때문입니다. 해수의 염화물질 함유량은 일반적으로 190000mg/L 가 넘습니다.

반응인, 산성 가수분해 인산염, 총인 간의 차이는 무엇입니까?

인은 물속에서 거의 대부분 용해되어 미립자에 붙어있거나 해양 유기물(유기혼합물로 결합된)에서 발견되는 인산염 형태로 존재합니다. 강이나 하천과 같은 자연수의 인 수준은 일반적으로 매우 낮습니다. 인 수준이 올라간다는 것은 농업 용수 또는 산업폐수로 인해 원수 또는 처리된 물이 오염되었다는 것을 가리킵니다. 몇몇 식수 플랜트는 처리 후 과정에서 부식 관리를 위하여 적은 양의 오르토인산염 또는 축합인산염을 추가하기도 합니다. 오르토인산염은 측정하기에 가장 간단한 인의 형태지만, 총인(TP)은 물 내의 인의 수준을 가장 잘 나타내는 지표로 여겨집니다. 모든 형태를 측정하는 것이기 때문입니다.

인은 오르토인산염 (PO 4 3-) 의 형태 또는 축합 인산염, 무기 인산염중합체 또는 유기 인의 더 큰 입자로 존재합니다.

오르토인산염은 "반응성" 인으로 불립니다. 비색법의 인 시약에 의해 직접적으로 반응이 나타날 수 있는 인의 종류이기 때문입니다. 오르토인산염은 식물, 박테리아, 조류에 의해 사용되며, 물 테스트에 있어 제한이 있는 영양소로 여겨집니다.

축합 인산염(메타인산염, 피로인산염 또는 폴리인산염이라고 불리움)은 두개 또는 그 이상의 서로 연결되어 있는 오르토인산염 그룹을 가지고 있습니다. 그들은 강한 착화제로, 보일러용수를 위하여 처리 시스템에서 널리 사용되며, 다양한 세제 속에서 발견할 수 있습니다. 축합 인산염을 측정하기 위해서 샘플은 산성 가수분해 인산염과 오르토인산염으로 분석되어야 합니다.(축합 인산염 = 산성 가수 분해 인산염 - 오르토인산염)

유기인은 설탕과 같이 유기 입자에 붙어있는 하나 또는 그 이상의 오르토인산염 그룹을 포함하고 있습니다. 그들은 주로 생물학적 과정을 통해 형성되며, 식물이나 동물의 세포와 같은 유기 물질에서 발견될 수 있습니다. 또한 동물이나 사람이 폐기하는 오물에서도, 음식물 찌꺼기 및 살충제 등에서도 발견됩니다. 유기인을 측정하기 위해서는 샘플은 반드시 총인(TP)과 산성 가수 분해 인산염을 분석해야 합니다. (유기인 = 총인 - 산성 가수분해 인산염)

축합 인산염과 유기 인은 오르토인산염처럼 안정적이지 않으며, 시간이 흐름에 따라 오르토인산염으로 자연스럽게 분해됩니다. 그러므로 오르토인산염 테스트는 적은 양의 축합인산염을 측정하는 것과 같으며, 산성 가수분해 시험은 유기인의 적은 양을 측정하는 것입니다.

인의 관계를 요약하면 다음과 같습니다:

오르토인산염 (o- PO 4 3-) = 반응성 인

하크(Hach)의 8048, 8178 또는 8114 방법을 사용하면 확인 가능..

총인(TP) = TIP + 유기 PO 4 3-

                                             = o-PO 4 3- + 폴리 PO 4 3- + 유기 PO 4 3-

하크(Hach)의 8190 방법 또는 TNT 8190 를 사용하면 확인 가능.

TNT+ 화학물질, TNT843, TNT844 및 TNT845는 10209 방법으로 오르토인산염을 측정하는 데 사용되며, 10210 방법으로 총인을 측정하는데 사용됩니다.

총 유기인 (TIP/Acid Hydrolyzable) = o- PO 4 3- + Poly PO 4 3- (축합인산염)

하크(Hach)의 8180 방법 또는 하크(Hach) TNT 8180 방법을 사용하면 확인 가능.

Organic PO 4 3- = TP-TIP

계산에 의해서만 확인 가능.

축합인산염 (Poly PO 4 3-) = 산성 가수분해 인산염 - 오르토인산염

계산에 의해서만 확인 가능.

인산염을 측정하기 위해서 파란색 방법과 노란색 방법의 차이는 무엇입니까?

반응성 인은 여러 다른 화학물질을 사용해 색으로 측정될 수 있습니다. 우선 인은 산성용액으로 몰리브덴산염과 반응하여 인몰리브덴산 복합체를 형성합니다. 낮은 범위 대역을 측정하기 위해서, 인몰리브덴산 복합체는 아미노산 또는 아스코르브산과 줄어듭니다. 이 때 몰디브덴의 파란색 종이 생성됩니다. 높은 범위 측정은 인몰리브덴산 복합체이 바나듐 시약과 반응하여 노란색의 물체를 만들어냅니다. 두 파란색과 노란색 복합체의 색 밀도는 샘플 내 인의 농도의 비율에 따라 결정됩니다.