[논문]암모늄이온의 현장 분석 방법 개발에 관한 기초 연구

정용준

doi:10.17663/jwr.2014.16.2.275

암모늄이온의 현장 분석 방법 개발에 관한 기초 연구
Feasibility Study of On-site Analysis on Ammonium ion 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.16 no.2, 2014년, pp.275 - 280

초록
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수중 암모니아성 질소는 각종 수질오염을 일으키는 물질로서 관리대상이다. 인도페놀법을 변형한 발색대 길이 측정으로 암모니아성 질소를 분석하기 위한 기초 실험을 수행하였다. 1-naphthol을 발색제로 사용한 암모니아성 질소 분석에서 최대 흡광도는 720nm 부근의 파장대에서 관찰되었고, 적정 주입양은 $0.5-1.5m{\ell}$였다. 발색 반응은 신속히 진행되어 20분이 경과하여 전체 최고 흡광도의 80%으로 나타내었고, 발색 시약을 조제하는 과정에서 NaOH 농도는 1.5-2.5M 농도로 설정하였으며, 초기 pH는 영향을 미치지 않았다. 또한, $25^{\circ}C$의 온도에서는 발색대의 길이에 미치는 영향이 미미한 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Because ammonia in water body can cause water pollution as a result of generating ammonium ion, it is of importance in the management of water quality. This work performed to analyze the ammonium ion by measuring the color band length on the basis of modifying the indophenol method. When 1-naphthol was employed as a coloring agent, the maximum absorbance was shown near 720nm, where the proper injection was in the range of 0.5-1.5ml. About 80% of absorbance was observed after the color development was made within the 20 minutes. In the manufacturing of coloring agent, the proper concentration of NaOH was 1.5-2.5M, and the effect of pH on the color development is negligible. In addition, the color development was effectively in the region of room temperature.

주제어

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문제 정의

본 연구는 현장에서도 상시 모니터링이 가능한 분석 장치의 개발에 주안점을 두었기 때문에, 계절에 따른 영향을 평가하기 위하여 온도 차이가 발색대에 미치는 영향을 검토하였다. Fig.
, 2008)를 바탕으로 수행하였다. 본 연구에서는 흡착제를 충진한 칼럼에 암모니움 이온 발색시약을 주입하여 나타내는 발색대의 길이를 측정(Asaoka, 2007)함으로서 암모니아성 질소의 농도를 측정할 수 있는 현장 측정용 키트 개발의 구체적인 조건 설정을 위한 기초 실험을 수행하였다.
이에 따라, 수중 암모니성 질소의 분석방법을 알아보고 현장 측정을 통한 신속한 수질자료 확보와 대책 수립으로 처리장을 효율적으로 운영하는데 필요한 현장측정기법의 개발을 검토하게 되었다. 본 연구는 인산 이온과 아질산 이온의 현장 측정 방법에 대한 연구 결과(Kiso et al.
흡착제가 충진된 칼럼내의 발색길이를 측정하기 위한 실험을 실시하였다. 내경 5㎜, 길이 110㎜의 Polyacrylate 칼럼에 흡착제를 105㎜의 높이로 충진하였고, 이전 연구들에서 실시한 방법대로(Kiso et al.

제안 방법

0.1㎜ 입경의 PVC(Poly Vinyl Chloride)에 4차 암모늄이온의 하나인 BCDMA(Benzyl Cetyl Dimetyl Ammonium)와 Biphenyl 메탄올 혼합 용액을 첨가하여 하루 동안 교반시키면서 충분히 흡착되도록 하였다. 이후 수욕상에서 회전증발기로 용매를 제거한 다음, 약 70℃에서 3시간 이상 건조시킨 것을 충진 흡착제로 사용하였다.
PVC에 대한 BCDMA와 Biphenyl의 혼합율은 약 0.2∼2.0 w/w%가 되도록 조제하였다.
반응온도가 발색길이에 미치는 영향을 평가하기 위하여 NH₄⁺-N의 농도를 5 NH₄⁺-N/L로 하고, 반응온도를 4℃, 25℃ 및 40℃로 하여 발색길이 및 흡광도를 측정하였다.
흡착제가 충진된 칼럼을 시험관에 수직으로 세우고 약 5㎖의 암모니아성 질소 표준용액을 모세관 현상에 의하여 흡수되도록 하였다. 암모니아성 질소 용액의 농도는 실험 목적에 맞게 적절히 조절하였고, 전량이 여과된 후 암모니아성 질소로 착색된 흡착제의 발색 길이를 측정하였다. 발색길이는 인산염 이온분석에 사용한 이전 연구 결과와 같이 발색 범위의 최장 및 최단 거리의 평균값으로 측정하였다(Jung, 2013).
암모니아성 질소의 현장 분석을 위해 흡착제를 충진한 칼럼을 사용한 발색대 길이 측정으로 기초 실험을 수행하였으며, 결과는 다음과 같다.
암모니움 이온 분석용 발색시약의 성상에 따른 영향을 평가하기 위하여 자외선분광광도계로 흡광도를 측정하였다. 발색시약으로는 DCI(DiChloroIsocyanuric acid)용액에 100g/L NaOH 용액을 적당량 주입하여 0.
8에 표시하였다. 흡광광도법에서는 생성된 인도페놀(MOE, 2008)이 칼럼에 충진된 흡착제에 효과적으로 포획되지 않으므로, 본 연구에서는 대체 음이온 염료로 1-naphthol 에탄올을 사용하여 발색제로 검토하였다(Asaoka, 2007). 1-naphthol을 0.
흡착제가 충진된 칼럼을 시험관에 수직으로 세우고 약 5㎖의 암모니아성 질소 표준용액을 모세관 현상에 의하여 흡수되도록 하였다. 암모니아성 질소 용액의 농도는 실험 목적에 맞게 적절히 조절하였고, 전량이 여과된 후 암모니아성 질소로 착색된 흡착제의 발색 길이를 측정하였다.

이론/모형

이에 따라, 수중 암모니성 질소의 분석방법을 알아보고 현장 측정을 통한 신속한 수질자료 확보와 대책 수립으로 처리장을 효율적으로 운영하는데 필요한 현장측정기법의 개발을 검토하게 되었다. 본 연구는 인산 이온과 아질산 이온의 현장 측정 방법에 대한 연구 결과(Kiso et al., 2006; Jung et al., 2008)를 바탕으로 수행하였다. 본 연구에서는 흡착제를 충진한 칼럼에 암모니움 이온 발색시약을 주입하여 나타내는 발색대의 길이를 측정(Asaoka, 2007)함으로서 암모니아성 질소의 농도를 측정할 수 있는 현장 측정용 키트 개발의 구체적인 조건 설정을 위한 기초 실험을 수행하였다.
인도페놀법에서는 발색 시약을 제조하는 비색화 과정에서 우선적으로 모노클로라민을 생성하기 위하여 차아염소산을 사용하지만(MOE, 2008), 본 연구에서는 물에 대한 용해도가 크면서 수용액중에서 차아염소산염을 생성할 수 있는 N-chloro 화합물인 DCI를 사용하였다(Asaoka, 2007).

성능/효과

흡광광도법에서는 생성된 인도페놀(MOE, 2008)이 칼럼에 충진된 흡착제에 효과적으로 포획되지 않으므로, 본 연구에서는 대체 음이온 염료로 1-naphthol 에탄올을 사용하여 발색제로 검토하였다(Asaoka, 2007). 1-naphthol을 0.25㎖와 0.5㎖을 주입하였을 때 각각의 흡광도는 1.2와 1.3을 나타냈고, 1.0㎖ 이상 주입할 경우 2.0이상의 흡광도를 나타냈으나, 1.5㎖ 이상 주입하였을 경우 침전물이 관찰되었으며, 2.0㎖ 이상 주입할 경우 흡광도는 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 이상과 같이 1-naphthol을 발색제로 사용한 본 연구에서는 0.
1. 1-naphthol을 발색제로 사용한 암모니아성 질소 분석에서 최대 흡광도는 720㎚ 부근의 파장대에서 관찰되었고, 발색제의 농도가 증가할수록 파장은 최대치를 나타냈으며, 적정 주입양은 0.5-1.5㎖였다.
2. 발색 반응은 신속히 진행되어 20분이 경과하여 전체 최고 흡광도의 80%를 나타내었고, 발색시작 이후 1시간에서 3시간 동안 일정한 흡광도를 유지하였다.
3. 발색 시약을 조제하는 과정에서 NaOH 농도는 1.5-2.5M 농도로 설정해야 하지만, 초기 pH의 영향은 고려하지 않았다.
4. 온도는 발색 반응의 속도 차이에 어느 정도 기인하였지만, 25℃의 실온에서는 발색대의 길이에 미치는 영향이 미미한 것으로 나타났다.
5는 발색 시약의 경과 시간에 따른 흡광도의 변화를 관찰한 것이다. 발색 반응은 신속히 진행되어 20분이 경과하여 전체 최고 흡광도의 80%인 2.56을 나타내었고, 발색 시작 이후 1시간에서 3시간 동안 일정한 흡광도를 유지하다가 이후에는 점차 감소하는 것으로 나타났다.
암모니아성 질소 표준원액은 100℃에서 건조한 무수염화암모늄 0.3819g을 정제수에 녹인 후 1L로 희석하여 100 ㎎-N/L이 되도록 제조하였고, 흡광도, 발색제 종류, 충진 흡착제 양, pH 영향 및 발색시약 등의 영향을 평가하는데 사용된 표준용액은 표준원액을 실험 목적에 적합하게 적절히 희석하였다.
0㎖ 이상 주입할 경우 흡광도는 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 이상과 같이 1-naphthol을 발색제로 사용한 본 연구에서는 0.5-1.5㎖의 주입양이 적절할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하수처리장에서의 처리에도 불구하고 고농도의 암모니아성 질소가 수원지로 유입되고 있는 이유는?	하폐수내에 다량으로 존재하고 있는 암모니아성 질소는 하수처리장에서 처리되고 있지만, 동절기에는 수온 저하로 인하여 질산화가 불충분하게 진행되어 방류되고 있고, 강수량이 부족한 시기에는 희석 효과도 감소하여 고농도의 암모니아성 질소가 수원지로 유입되고 있는 실정이다. 이에 따라 재래식 정수처리 공정에서 뿐만 아니라 오존과 활성탄 처리 시설을 구비한 고도정수처리 시설에서도 암모니아성 질소는 잘 제거되지 않는 것으로 알려져 있다(Kim and Kim, 2003).
	암모니아성 질소 제거 공정 중 전 염소처리의 문제는 무엇인가?	이에 따라 재래식 정수처리 공정에서 뿐만 아니라 오존과 활성탄 처리 시설을 구비한 고도정수처리 시설에서도 암모니아성 질소는 잘 제거되지 않는 것으로 알려져 있다(Kim and Kim, 2003). 수중 암모니아성 질소의 일반적인 제거 공정으로는 전염소처리, 생물학적 처리 및 탈기 공정 등이 소개되어 있으나, 전염소처리의 경우 소독부산물 생성, 생물학적 처리는 계절적 영향 및 탈기 공정은 pH 12 이상을 유지해야 하는 비현실적 공정 운영 등이 문제점으로 지적되고 있다(Kim et al., 2005).
	수질오염공정시험기준에 소개된 방법 중 인도 페놀법이 가장 적합한 이유는 무엇인가?	수질오염공정시험기준(MOE, 2008)에서 암모니아성 질소는 시료에 수산화나트륨을 넣어 pH 11∼13으로 하여 암모늄이온을 암모니아로 변화시킨 다음 암모니아 이온전극을 이용하는 방법과 시료를 증류하여 유출되는 암모니아를 황산용액에 흡수시킨 후 수산화나트륨용액으로 잔류하는 황산을 적정하는 방법 및 암모늄이온이 차아염소산의 공존아래에서 페놀과 반응하여 생성하는 인도페놀의 청색을 흡광도로 측정하는 방법이 있다. 이 가운데 인도페놀법은 재현성이 좋아서 경도가 높은 물이나 해수의 측정에 적합하고, 상온에서 반응시키므로 재현성이 좋으며, 감도까지 좋은 방법으로 알려져 있다. 인도페놀법을 사용한 수중 오염물질의 분석 효능을 향상시키기 위한 연구(Park et al.

참고문헌 (15)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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