- 1-1 ⅠA 1 1 1.00794 H 수소 2 ⅡA 주기 2 3 6.941 Li 리튬 4 9.012182 Be 베릴륨원자번호원소기호 1 1.00794 H 수소평균원자량이름 3 11 28.989768 Na 나트륨 12 24.3050 Mg 마그네슘 3 ⅢB 4 ⅣB 5 ⅤB 6 ⅥB 7 ⅦB 8 ⅧB 9 ⅧB 4 19 39.0983 K 칼륨 20 40.078 Ca 칼슘 21 44.955910 Sc 스칸듐 22 47.88 Ti 티탄 23 50.9415 V 바나듐 24 51.9961 Cr 크롬 25 54.93805 Mn 망간 26 55.847 Fe 철 27 58.93320 Co 코발트 5 37 85.4678 Rb 루비듐 38 87.62 Sr 스트론륨 39 88.90585 Y 이트륨 40 91.224 Zr 지르코늄 41 92.90638 Nb 니오브 42 95.94 Mo 몰리브덴 43 (98) Tc 테크네튬 44 101.07 Ru 루테늄 45 102.90550 Rh 로듐 6 55 132.90543 Cs 세슘 56 137.327 Ba 바륨 57~71 란탄족원소 72 178.49 Hf 하프늄 73 180.9479 Ta 탄탈 74 183.84 W 텅스텐 75 186.207 Re 레늄 76 190.23 Os 오스뮴 77 192.22 Ir 이리듐 7 87 (223) Fr 프랑슘 88 (226.025) Ra 라듐 89~103 악티늄족원소 104 (257) Rf 러더포듐 105 (260) Db 더브늄 106 (263) Sg 시보귬 107 (264) BH 보륨 108 (265) HS 하슘 109 (266) Mt 마이트너륨 란탄족 57 138.9055 La 란탄 58 140.115 Ce 세륨 59 140.90765 Pr 프라세오디뮴 60 144.24 Nd 네오디뮴 61 (145) Pm 프로메튬 62 150.36 Sm 사마륨 악티늄족 89 (227.03) Ac 악티늄 90 232.0381 Th 토륨 91 231.03588 Pa 프로트악티늄 92 238.029 U 우라늄 93 (237.048) Np 넵투늄 94 (244) Pu 플루토늄
- 2-18 ⅧA 율표 13 ⅢA 14 ⅣA 15 ⅤA 16 ⅥA 17 ⅦA 2 4.002602 He 헬륨 5 10.811 B 붕소 6 12.011 C 탄소 7 14.00674 N 질소 8 15.9994 O 산소 9 18.9984032 F 플루오르 10 20.1797 Ne 네온 10 ⅧB 11 ⅠB 12 ⅡB 13 26.981539 Al 알루미늄 14 28.0855 Si 규소 15 30.973762 P 인 16 32.066 S 황 17 35.4527 Cl 염소 18 39.948 Ar 아르곤 28 58.34 Ni 니켈 29 63.546 Cu 구리 30 65.39 Zn 아연 31 69.723 Ga 갈륨 32 72.61 Ge 게르마늄 33 74.92159 As 비소 34 78.96 Se 셀렌 35 79.904 Br 브롬 36 83.80 Kr 크립톤 46 106.42 Pd 팔라듐 47 107.8682 Ag 은 48 112.411 Cd 카드뮴 49 114.88 In 인듐 50 118.710 Sn 주석 51 121.757 Sb 안티몬 52 127.60 Te 텔루르 53 126.90447 I 요오드 54 131.29 Xe 크세논 78 195.08 Pt 백금 79 196.96654 Au 금 80 200.59 Hg 수은 81 204.3833 Tl 탈륨 82 207.2 Pb 납 83 208.98037 Bi 비스무트 84 (208.98) Po 폴로늄 85 (208.99) At 아스타틴 86 (222.02) Rn 라돈 110 (271) Ds 다름스타튬 111 (272) Rg 뢴트게늄 112 (277) Unu 우눈븀 113 (284) Uut 우눈트륨 114 (289) Uuq 우눈쿼듐 115 (288) Uup 우눈펜튬 116 (292) Uuh 우눈헥슘 117 (292.2) Uus 우눈셉튬 118 (293.21) Uuo 우누녹튬 63 151.965 Eu 유로퓸 64 157.25 Gd 가돌리늄 65 158.92534 Tb 테르븀 66 162.50 Dy 디스프로슘 67 164.93032 Ho 홀뮴 68 167.26 Er 에르븀 69 168.93421 Tm 툴륨 70 173.04 Yb 이테르븀 71 174.967 Lu 루테튬 95 (243) Am 아메리슘 96 (247) Cm 퀴륨 97 (247.07) Bk 버클륨 98 (251.08) Cf 칼리포르늄 99 (252.08) Es 아인시타이늄 100 (257.09) Fm 페르뮴 101 (258.10) Md 멘델레븀 102 (259.1) No 노벨륨 103 (260.1) Lr 로렌슘
가축분뇨혼합슬러리 고액분리고형물 액비화처리 퇴비화처리 정화처리 최종침전지 - 3 -
녹조발생현상 녹조의영향 가축분뇨자원화 가축분뇨이용작물생산 맑은환경 건강한자연 - 1 -
목 차 제 1 장가축분뇨시료취급법 3 1. 가축분뇨시료처리 4 제 2 장실험실운용 20 1. 실험실관리 20 2. 시약관리 26 3. 실험기구운용 40 제 3 장가축분뇨성분분석실험용주요분석기기 42 1. 흡광광도기 (Absorptiometric Analyzer) 44 2. 원자흡광광도기 (Atomic Absorption Spectrophotometry) 47 3. 유도결합플라스마발광광도기 (ICP) 49 4. 이온크로마토그래피 (Ion Chromatography) 51 5. 이온전극법 53 6. 자동원소분석기 (Automatic Elemental Analyzer) 55 7. 총유기탄소분석기 (Total Organic Carbon Analyzer) 57 제 4 장항목별시험방법 58 1. 온도 (Temperature) 59 2. 수소이온농도 (ph) 63 3. 전기전도도 (EC) 72 4. 양이온치환용량 (Cation Exchange Capacity) 75 5. 색도 (Color) 76 6. 알칼리도 (Alkalinity) 82 7. 염분 (NaCl) 85 8. 수분 (Moisture) 89 9. 고형물 (Solids) 92 10. 부유물질 (SS : Suspended Solid) 96-1 -
11. MLSS 98 12. 슬러지용적지수 (SVI) 99 13. Jar-Test 100 14. 용존산소 (DO : Dissolved Oxygen) 101 15. 생물화학적산소요구량 (Biochemical Oxygen Demand) 106 16 화학적산소요구량 (COD : Chemical Oxygen Demand) 110 17. 총질소 118 18. 용존총질소 (Dissolved Total Nitrogen) 124 19. 암모니아성질소 125 20. 아질산성질소 131 21. 질산성질소 135 22. 요소 (Urea) 143 23. TKN(Total Kjeldahl Nitrogen) 147 24. 총인 (Total Phosphorus) 149 25. 용존총인 (Dissolved Total Phosphorus) 152 26. 인산염인 153 27. 칼륨 (Potassium) 156 28. 비소 157 29. 카드뮴 163 30. 수은 171 31. 납 176 32. 크롬 183 33. 6가크롬 188 34. 구리 192 35. 아연 196 36. 니켈 200 37. 총대장균군 204-2 -
제 1 장. 가축분뇨시료취급법 가축분뇨는그성상이매우다양한형태로존재하기때문에가축분뇨성분분석은일반수질분석과같이정형화된분석에비해상대적으로어려운측면이있다. 분석대상가축분뇨는퇴비와분을위주로한고형성시료와분뇨혼합슬러리, 액비, 정화처리수등의액상시료로대별되어진다. 가축분뇨시료의형태는시료의구성과채취시기, 채취장소등에따라그특성이달라진다. 가축이배설하는분뇨는섭취한사료중소화되지않은물질과대사과정에서생성된물질등으로구성된다. 가축사료는곡류, 식물성박류, 강피류, 동물성단백질, 기타첨가제등의유기성과무기성재료등으로이루어져있다. 따라서가축분뇨는사료로부터유래하는고형성분과식수또는사료그리고대사수로부터기인하는수분으로구성되어진다. 이를다시세분화하면고형성분은유기물질과무기물질로구성되어있고수분은자유수, 간극수, 간극모관수, 표면부착수, 결합수등의형태로존재한다. 가축분뇨의발생량과분뇨의조성분은가축의종류와사육기간및체중, 섭취하는사료의종류및외부환경요인에영향을많이받는다. 아래그림은가축분뇨중에포함되어있는물질의양태를도식적으로나타낸모식도이다. 가축분뇨의물리적구성 시료를구분하는용어중에서 고형물 이라는단어의사전적의미는질이단 - 3 -
단하고굳은물건이나물체를뜻한다. APHA(American Public Health Association) 의수질표준분석법에서규정하고있는고형물의의미는물이나폐수에부유되어있거나녹아있는물질을말한다. 통상적으로가축분뇨중의고형물은유기성고형물과무기성고형물로구성된다. 습윤상태가축분뇨시료의경우그성상에따라서고형물함량은 1~2 % 에서부터 50 % 내외까지다양하게나타난다. 폐기물공정시험법에서는시료중의고형물함량에따라다음과같이구분하고있다. 액상시료 라함은고형물의함량이 5 % 미만인것을말한다. 반고상시료 라함은고형물의함량이 5 % 이상 15 % 미만인것을말한다. 고상시료 이라함은고형물의함량이 15 % 이상인것을말한다. 이기준에의하면가축분뇨시료를구분하면가축의분뇨가혼합된슬러리나액비그리고정화처리수등의경우는액상시료의특성을지니고있고, 스크레퍼식의축사에서분리된분뇨는반고상시료에속하는경우가많다. 반면에배설된후의순수한형태의분이나퇴비의경우는고상시료에포함되는경우가대부분이다여기에서 이상 과 미만 이라고기재하였을때는기산점또는기준점인숫자의포함여부를의미한다. 이러한용어의정의는수질오염공정시험법및대기환경, 폐기물공정시험법및각종분석법관련책자에널리기재되어있기때문에본서에서는별도로기재하지않기로한다. 그외시약및용액, 완충액, 배지등의제조에관한기초화학내용그리고흡광광도법을포함한주요분석기기의원리등과같은일반적내용은기존의거의모든자료에일률적으로기재되어있기때문에본서에서는상기사항의주요핵심부분에대해서만언급하기로한다. 1. 가축분뇨시료처리 분석결과는분석대상시료의물리화학적특성을수치로표시해주는것이다. 따라서시료채취및처리과정은분석결과에가장큰영향을미칠수있는과정이다. 시료채취는분석의출발점이자분석과정중에서가장중요한과정으로볼수있다. 시료는전체분석대상분뇨를대표할수있어야한다. 시료채취가잘못되면경험이많은노련한분석자가아무리우수한최신분석기를이용하여 - 4 -
분석한다해도분석대상의특성을정확히표현할수있는분석결과를얻을수없다. 시료가채취되어실험실에도착하는즉시적절한시료처리가이루어져야한다. 현장분석요소를제외하고는시료가실험실에도착하는순간부터시료분석과정이시작된다고볼수있다. 채취된시료를대상으로하는분석은즉시분석이원칙이지만부득이하게즉시측정을할수없는경우에는정해진시료보존절차에따라서시료를보존한다. 이경우에도가급적최단시간내에분석을할수있도록하여야한다. 가. 시료채취가축분의시료채취시에는균일성을최대한확보하기위하여여러위치에서가축분시료를무작위로채취하여냉장상태에서실험실로최단시간내에옮겨서즉시분석에임할수있도록한다. 시료운반용기는분석방해성분이용출되지않는유리제품이바람직하다. 가축분뇨가혼합된슬러리상태의시료를채취할때는교반기등을이용하여잘혼합한후고형물이침전되기전에신속하게채취하거나교반장치를지속적으로가동하면서분뇨탱크내의여러높이에서고르게채취하여혼합하도록한다. 시료채취위치는많으면많을수록정확한샘플을채취할수있겠지만작업량에한계가있으므로시간과여건이허락하는범위내에서많은수의샘플을채취하도록한다. 분뇨가혼합된샘플이담긴시료용기의뚜껑을닫아밀폐하면가스가발생하여시료병내의압력이높아지는관계로시료병의마개가벗겨지거나시료가채취용기외부로흘러나오게된다. 이러한현상은냉장을하면상당부분완화되어진다. 채취한시료를취급하는과정에서성분의변화가올수있기때문에채취후시료의취급에주의를기울여야한다. 채취후시료는아래의항목에노출되지않도록주의한다. - 공기 ( 시료의산화방지 ) : 공기산화를막기위하여서는시료를담은용기내의공기를제거하고마개를닫는다. - 미생물또는효소의증식 : 시료를냉장또는건조한다. - 직사광선 ( 산화방지 ) : 일광에노출하지않고차광용용기또는운반체를사용한다. - 기타시료성분변화방지 : 시료를밀폐, 밀봉, 기밀, 차광용기에보관한다. - 5 -
1) 가축분시료채취신선분뇨의특성을분석해야할경우에는수거판에깨끗한비닐을깔고서분시료를전량을채취한다. 분시료는사료급여전에전량채취한다. 채취한분뇨혼합물은즉시냉장상태로실험실에이송한다. 즉시이송이어려울경우냉동보관하였다가분석에이용한다. 분뇨채취시에분뇨이외의이물질, 즉깃털, 비듬, 사료등이혼합되지않도록주의하여야한다. 채취한분시료를시료저장용기 ( 분석대상에따라유리용기나폴리에틸렌용기 ) 에가득담고서뚜껑을잘막은다음냉장운반용기에담아실험실에최단시간내에도달하도록한다. 이때시료저장용기는밀봉, 밀폐, 기밀, 차광기능을가진용기를선택하도록한다. 분시료채취량은 300 g ~ 500 g정도로하여분석시시료가부족한경우가없도록한다. 시료저장용기의뚜껑은반드시닫아야한다. 뚜껑을닫은상태에서상온에방치하면용기내에가스가차게되므로반드시 4 냉장보관토록한다. 풍건상태의시료의경우상온보관이송도가능하다. 이때도시료저장용기의뚜껑은잘막도록한다. 2) 가축뇨시료채취뇨가분과섞이지않도록분리채취한다.( 카테타설치또는분리수거판이용등현장사정에맞도록하되분뇨분리가완전히이루어지도록한다.) 오줌시료를시료용기에가득채워시료병내에공기층이생기지않도록한다. 채취용기는시료를채우기전에시료로 3회이상씻은다음사용한다. 채취용기에시료를채울때는시료의교란이일어나서는안되며, 공기와접촉하는시간을짧게하여채취한다. DO, ph, 휘발성유기물질, 환원성물질등을측정하기위한시료는, 운반중공기와의접촉이없도록가득채워져야한다. 3) 퇴비등고형성시료채취가축분퇴비단은수직또는수평적으로성상이균일하지않으므로시료가대상퇴비의특성을대표할수있도록해야하기때문에시료채취시에세심한주의를기울여야한다. 시료채취시퇴비단의잡초또는협잡물등의이물질을제거한후시료를 - 6 -
채취한다. 퇴비의경우수분함량이 50 % 이상인경우가많으므로분석시시료가부족하지않도록채취구역당최소 500 g 이상의시료를채취하도록한다. AOAC법에서는개별포장퇴비의시료를채취할경우에원뿔형태의끝단이스테인리스스틸이나놋쇠등의단단한재질로만들어진긴홈을지닌형태의도구를이용하여채취하도록수록하고있다. 미량요소분석용시료를채취할경우에는코팅되지않은놋쇠제품은사용하지않도록한다. 채취도구의길이는포장내의샘플을채취할수있을정도가되어야한다. 개별포장제품에서시료를채취할경우에는개별포장제품을수평으로배치하고한쪽끝에서반대편끝단까지대각선방향으로개별포장중심부위의시료를채취한다. 개별포장제품이 10개이상일경우에는 10개포장에서각각시료를채취한다. 10개미만의개별포장제품이있는경우에시료를채취하여야할경우최대한도의포장개수를확보하여시료를채취하여야하며이채취작업과정에서제외되는개별포장이없도록한다. 4) 액상분뇨시료채취축산분뇨는고체와액체가혼합된형태로존재하며점성을갖고있기때문에시료채취에어려움이있다. 탱크내의시료를채취하기전에충분히혼합되도록 ( 통상적으로 15분이적절함 ) 교반하여대상물질이잘혼합되도록한다. AOAC에서는아래의그림에서보여지는 500 ml 용량의 Missouri 샘플병이나 Indiana 샘플병을이용하여시료를채취하도록하고있다. 샘플병을탱크상부에서하부로담근후시료가채워지는동안천천히들어올린다. 시료를분석용샘플병에옮긴후단단히막는다. - 7 -
AOAC 액상비료시료채취장치 (AOAC fluid fertilizer sampling bottle) 가축의뇨나분뇨가혼합된슬러리는시료가균일하지않거나현탁되어있으므로시료채취는가축분보다더어렵다. 가축분뇨가혼합된슬러리상태의시료를채취할때는교반기등을이용하여잘혼합한후고형물이침전되기전에신속하게채취하거나교반장치를지속적으로가동하면서분뇨탱크내의여러높이에서고르게채취하여혼합하도록한다. 대상물질이완전혼합될때까지교반및재순환시킨다음에재순환라인에설치된배출구를통해시료를채취할수도있다. 재순환하고있는동안시료를채취하도록한다. 재순환라인이다수의이송라인과접속되었을경우교차오염의가능성이있으므로주의하도록한다. 채취한샘플을시료병에옮기고서단단히막아준다시료채취위치는많으면많을수록정확한샘플을채취할수있겠지만작업량에한계가있으므로시간과여건이허락하는범위내에서최대로많은수의샘플을채취하도록한다. 축산분뇨는고체와액체가혼합된형태로존재하며점성을갖고있기때문 - 8 -
에시료채취에어려움이있다. 고상과액상이혼합된슬러리형태의축산분뇨시료는 SS 함량이높아유기성물질을포함한다량의침전물질이단시간내에바닥층으로가라앉기때문에분석시충분히혼합한다음에분석에임해야정확한분석데이터를얻을수있다. 가축분뇨혼합액샘플은유리제샘플병이나분석에방해되는물질이용출되지않는용기를이용하도록한다. 분뇨가혼합된샘플이담긴시료용기의뚜껑을닫아밀폐하면산소가결핍된상태에서가스가발생하여시료병내의압력이높아지는관계로시료병의마개가벗겨지거나시료가채취용기외부로흘러나오게된다. 이러한현상은냉장을하면상당부분완화되어진다. 축산분뇨처리시설등에서샘플을채취할시에는분뇨의성질을대표할수있는곳에서채취한다. 분뇨의방류수로가한지점이상일때에는각수로별로채취하여별개의시료로하며필요에따라부지경계선외부의배출구수로에서도채취할수있다. 시료채취시우수나조업목적이외의물이포함되지말아야한다. 시료중에부유된물질이용기의벽에부착되지않는유리또는플라스틱병을사용한다. 나. 시료보존방법시료를채취하여오거나분석을의뢰받았을경우즉시측정하여분석결과를얻는것이원칙이지만즉시측정이불가능할경우필요한처리를하여적절한상태로보관하여야시료의변성을방지할수있다. 가능한한분석은즉시수행한다. 미생물에의한유기물분해를방지하기위해시료는 4 에보관하였다가분석한다. 가능한시료를 24시간이상보존하지않는것이좋다. 불가피하게시료분석을즉시하지못할경우항목별시료보존방법은다음의표와같다. - 9 -
분석항목별시료보존방법 측정항목 시료용기 온 도 P, G 수 소 이 온 농 도 P, G 용 존 산 소 전 극 법 BOD 병 윙 클 러 법 BOD 병 생물화학적산소요구량 P, G 화학적산소요구량 P, G 색 도 P, G 부 유 물 질 P, G 암모니아성질소 P, G 아 질 산 성 질 소 P, G 질 산 성 질 소 P, G 총 질 소 P, G 용 존 총 질 소 P, G 인 산 염 인 P, G 총 인 P, G 용 존 총 인 P, G 6 가 크 롬 P, G 크 롬 P, G 아 연 P, G 구 리 P, G 카 드 뮴 P, G 납 P, G 비 소 P, G 니 켈 P, G 수 은 P, G 보존방법현장측정현장측정즉시용존산소고정후암소보관 4 보관 4, H 2 SO 4 로 ph 2이하 4 보관 4 보관 4, H 2 SO 4 로 ph 2이하 4 보관 4 보관 4 H 2 SO 4 로 ph 2이하 4 H 2 SO 4 로 ph 2이하즉시여과한후 4 보관 4, H 2 SO 4 로 ph 2이하 4, H 2 SO 4 로 ph 2이하 4 보관 C - HNO 3 2 ml/l 최대보존기간 ( 권장보존기간 ) 즉시측정즉시측정즉시측정 8 시간 48시간 (6시간 ) 28 일 (7 일 ) 48 시간 7 일 28 일 (7 일 ) 48 시간 ( 즉시 ) 48 시간 28 일 (7 일 ) 28 일 (7 일 ) 48 시간 28 일 28 일 24 시간 6 개월 6 개월 6 개월 6 개월 6 개월 6 개월 6 개월 1 개월 다. 시료처리 가축분뇨시료가분석실에도착되면분석목적및방법에따라시료를적절하게처리하여야한다. 이때시료의특성이변하지않도록주의하여시료를취급 - 10 -
하도록한다. 가축분뇨중에서는회분을포함한난분해성물질이포함되어있다. 이러한성분은사료중의석회석또는인산칼슘등에서유래하기도하며가축분뇨가혼합된슬러리또는스크레퍼수거분뇨의경우에는수거과정중에서혼입된토사등에기인하기도한다. 따라서목적성분검출에방해가되는요소를사전에제거하는시료처리과정이필요하며이때사용되는시약등에의해분석결과가달라지지않도록주의하여야한다. 1) 가축분시료 수거된가축분은전체시료의특성을대표할수있도록하기위하여채취시료전량을균질혼합기에넣고균질기제조회사에서제시한사양에서지정하는시간이상으로균질화과정을거치도록한다. 균질기가없을경우에는밑면이넓고모서리가각지지않고둥그스런형태의유리용기에채취한분전량을넣고유리막대나기타도구를사용하여잘혼합한다. 이때사용하는막대는흡습성이없어야하고분석에방해되는물질이용출되지않아야하며균질과정에서파손되지않을정도의강도를지닌특성을가진도구를선정하여사용토록한다. 균질화된분을채취할때에는시료의각부분에서동일한양의시료를채취하여시료용기에담는다. 균질화후채취한시료를건조한다. 건조된후시료를분쇄한다. 2) 가축뇨및슬러리등액상시료고형물이극히소량인뇨시료는교반작업등을통하여잘혼합한후분석에임하도록하고시료의전처리및분석절차는환경부에서고시한 수질오염공정시험법 에준하여실시한다. 고상과액상이혼합된슬러리형태의축산분뇨시료는 SS 함량이높아유기성물질을포함한다량의침전물질이단시간내에바닥층으로가라앉기때문에분석시충분히혼합한다음에분석에임해야정확한분석데이터를얻을수있다. - 11 -
슬러리형태축산분뇨의침전양상 분석항목에따라서건조하거나원시료자체를그대로사용할수도있으나통상적으로가축분뇨혼합액의유기물함량이높고 (BOD 30,000 mg/l 내외 ) 질소 ( 총질소 5,000 mg/l 내외 ) 와인 ( 총인 1,500 mg/l 내외 ) 등의농도가높은편이기때문에분석기기의정량범위내로희석하여사용하기도한다. 건물상태의분석을필요로하는경우에는건조기에서건조한후분쇄하여분말상태로한후분석에이용한다. 고형물을함유한액상물이건조되는온도에서는유기물질의휘발, 기계적으로흡수된수분, 물의결정화, 열성화학분해에의한가스, 산화에의한중량증가. 온도와가열시간에따른감량이있을수있기때문에결과에대한특별한주의가요구된다. 각각의시료를건조한후데시케이터에넣을때각별한주의를하여야한다. 습기를머금은공기가유입될수있기때문에데시케이터의뚜껑은최소한도로열어야한다. 일부시료들은데시케이터건조제보다더강한건조력을가질수있고이경우수분을흡수하게된다. 희석과정은시료채취못지않은분석오차발생요소이므로희석과정에세심한주의를기울여야한다. 희석을위하여원시료를채취할때피펫입구가좁은경우고형물이유입되지못하는경우가있으므로흡입및배출이원활히진행되는범위내에서가급적입구가넓은피펫을사용하도록한다. 희석은단번에할수도있고 1차희석액을만든후단계적으로희석배율을높여가는경우도있다. 희석단계별로정확한양을채취주입할수있도록충분한숙달과정을거치도록한다. 아래의그림은단계별희석방법의예를 - 12 -
나타낸것이다 단계별희석방법 원액에서 1차희석액을만들경우는원액의함량을가급적많게하여오차발생가능성을낮추고그후단계별로 10배씩희석배율을높여가면서분석기의정량범위내에들도록한다. 3) 가축분, 퇴비등고상시료고상시료를분석하기위해서는원물상태에서목적성분을용출하거나건조분쇄하여건물상태에서분석을수행하는경우가있다. 용해및용출관련처리는해당분석항목의시험방법에서소개토록한다. 가축분뇨고형시료의수분함유량이매우유동적이므로통상적으로건조시료중의성분함유량 (DM기준 ) 을표시하는것이타당하다. 채취한가축분뇨시료가전체의성분을대표할수있도록잘혼합해야하기위해서혼합기등을이용하여시료를고르게섞은다음분뇨중의휘발성물질이손실되지않도록 55 내외의온도에서충분하게말린다. 완전건조후에는시료분쇄기를이용하여시료를균일하게만든다. 시료를균일하고작은입자로만들때에는여러가지불순물이나물의혼입, 일부시료의산화및일부휘발물의손실등을피하도록주의하여야한다. 거친협잡물이섞여있을때는우선이것을제거하고원품에대한그비율을검정하여분석성적은원품의함량으로환산시킨다. - 13 -
두가지시료를혼합할경우가있을경우에는합한시료를원추형으로쌓아놓고이것을정점에서수직으로눌러평평하게하고, 다시이조작을 1~2 회반복한후이것을부채꼴로 4 등분하여상대되는두부분을합쳐서채취하는원추 4 분법을사용할수있다. 필요에따라이조작을반복하여시료의혼합정도를높일수있다. 분석용원시료를분석작업에적당한양으로감하거나감소된 225 g 이상의시료를체질작업을거치지않고분쇄한다. 비료물질과습윤비료혼합물은 1 mm체나 No. 20 체를통과할수있도록분쇄한다. 분리되는성질을가진건조혼합물은 No. 40 체를통과할수있도록분쇄한다. 분쇄는작업도중에건조되거나흡습하지않도록가능한한신속하게마치도록한다. 완전히혼합한후잘닫아질수있는병에시료를넣어보관한다. AOAC(Association of Official Analytical Chemists) 에서규정한체의규격은아래에나타난바와같다. - 14 -
체의규격별치수구분 AOAC(Association of Official Analytical Chemists) - 15 -
라. 시료의용해직접연소방식을이용한고온산화분해법에의한가축분뇨의성분분석방법을제외하고는거의모든시료분석은시료를용해하여용액상태로만든시료액을대상으로하여이루어지므로고체시료는적당한용매나공정시험법에제시된방법에의해액상시료화하여야한다. 채취된가축분뇨시료는유기물과무기물등을함유하고있어탁하거나색상을띠고있는경우가있을뿐만아니라목적성분들이흡착되어있거나난분해성의착화합물또는착이온상태로존재하는경우가있기때문에실험의목적에따라적당한방법으로전처리를한다음실험하여야한다. 따라서시료의특성에따라아래의방법등에의해시료를용액화하여야한다. 질산에의한분해가축분뇨의경우정화처리방류수나최종침전지에서채취한분뇨시료에이방법을적용할수있다. 이방법은유기물함량이낮은깨끗한하천수나호소수등의시료에적용된다. - 시료적당량 (100~500 ml) 을취하여비커에넣고여기에질산 5 ml와유리구 4~5 개를넣은다음서서히가열하여액량이약 15 ml가될때까지증발농축하고방냉한다. - 필요하면여과하여거름종이를물로 2~3회씻어주고여액과씻은액을합하여정확히 100 ml로한다. 이용액의산농도는약 0.7 N이다. 질산 + 염산에의한분해대부분의가축분뇨시료는유기물함량이높고금속수산화물및산화물이적으므로이방법을적용하는경우는많지않을것이다. 이방법은유기물함량이비교적높지않고금속의수산화물, 산화물, 인산염및황화물을함유하고있는시료에적용된다. - 시료적당량 (100~500 ml) 을취하여비커에넣고여기에질산 3 ml와유리구 4~5개를넣은다음서서히가열하여액량이약 5 ml가될때까지증발농축하고방냉한다. - 다시질산 5 ml를넣고시계접시로비커를덮은상태에서서서히가열하여액이거의건고되는부근까지증발농축하고방냉한다. - 여기에염산 (1+1) 10 ml와물 15 ml를넣고약 15 분간가열하여잔류물을녹인다음시계접시와비커의기벽을물로씻어서합한다. - 16 -
- 필요하면여과하고거름종이를물로 2~3 회씻은다음여액과씻은액을합하여정확히 100 ml로한다. 이용액의산농도는약 0.5 N이다. 질산 + 황산에의한분해가축분뇨의경우유기물질을많이함유하고있는반면에칼슘, 바륨, 납등의함유량이적으므로이방법을적용할수있을것이다. 이방법은유기물등을많이함유하고있는대부분의시료에적용된다. 그러나칼슘, 바륨, 납등을다량함유한시료는난용성의황산염을생성하여다른금속성분을흡착하므로주의하여야한다. - 시료적당량 (100~500 ml) 을취하여비커또는킬달플라스크에넣고여기에질산 5 ml와유리구 4~5 개를넣은다음서서히가열하여액량이약 15 ml가될때까지증발농축하고방냉한다. - 질산 5 ml와황산 5~10 ml를넣고가열을계속하여백색의황산가스가발생하기시작하면가열을중지한다. 이때유기물의분해가완전히끝나지않아액이맑지않을때에는다시질산 5 ml를넣고가열을반복한다. - 분해가끝나면방냉하고물 50 ml를넣어끓기직전까지서서히가열하여침전된용해성염들을녹인다. - 방냉하여필요하면여과하고거름종이를물로 2~3 회씻어준다음여액과씻은액을합하여정확히 100 ml로한다. 이용액의산농도는약 1.5~3 N 이다. 질산 + 과염소산에의한분해가축분뇨의경우유기물질함량은높지만산화분해가잘안되는성분이높지않다. 특히과염소산은취급에주의를요하는약품이므로특별한경우외에는이방법을적용할필요는없을것이다. 이방법은유기물을다량함유하고있으면서산화분해가어려운시료들에적용된다. - 시료적당량 (100~500 ml) 을취하여비커또는킬달플라스크에넣고여기에질산 5 ml와유리구 4~5 개를넣은다음서서히가열하여액량이약 15 ml가될때까지증발농축하고방냉한다. - 질산 5 ml와과염소산 10 ml를넣고가열을계속하여과염소산이분해되어백연이발생하기시작하면가열을중지한다. 이때유기물의분해가완전히끝나지않아액이맑지않을때에는다시질산 5 ml를넣고가열을반복한다. - 17 -
- 분해가끝나면방냉하고물 50 ml를넣어서서히끓이면서질소산화물및유리염소를완전히제거한다. 필요하면여과하고거름종이를물로 2~3 회씻어준다음여액과씻은액을합하여정확히 100 ml로한다. 이용액의산의농도는약 0.8 N이다. 주의 ) 과염소산을넣을경우질산이공존하지않으면폭발할위험이있으므로반드시질산을먼저넣어주어야하며, 어떠한경우에도유기물을함유한뜨거운용액에과염소산을넣어서는안된다. 질산 + 과염소산 + 불화수소산에의한분해가축분뇨에는토사함유량이많지않으므로이방법을적용할필요성이적다. 이방법은다량의점토질또는규산염을함유한시료에적용된다. - 시료적당량 (100~500 ml) 을취하여비커에넣고여기에유리구 4~5 개를넣은다음서서히가열하여액량이약 15 ml가될때까지증발농축하고방냉한다. - 비커에있는액을테프론비커또는백금도가니에옮기고비커의기벽에붙어있는부착물을물로깨끗이씻어합한다음질산 10 ml를넣어거의액이건고할때까지가열하고방냉한다. - 과염소산 5 ml와불화수소산 1 ml를넣고가열을계속하여과염소산의백연이발생하면가열을중지하고방냉한다. 여기에물 50 ml를넣고이하 4. 질산-과염소산에의한분해 에따라시험한다. 이용액의산농도는약 0.8 N이다. 회화에의한분해가축분뇨에는휘발성유기물질함유량이높으므로이방법을사용할경우질소인산, 칼륨등의일반비료성분의손실이생길수있다, 반면에금속류등은고온에서도휘산되는현상이미미하므로가축분뇨중의중금속류함유여부분석용으로는이용이가능하다. 이방법을적용할경우에는이방법은목적성분이 400 이상에서휘산되지않고쉽게회화될수있는시료에적용된다. 시료중에염화암모늄, 염화마그네슘등이다량함유된경우에는납, 철, 주석, 아연, 안티몬등이휘산되어손실을가져오므로주의하여야한다. - 시료적당량 (100~500 ml) 을취하여백금, 실리카또는자제증발접시에넣고물중탕또는열판에서가열하여증발건조한다. - 용기를회화로에옮기고 400~500 에서가열하여잔류물을회화시킨다음 - 18 -
방냉하고염산 (1+1) 10 ml를넣어열판에서가열한다. - 잔류물이녹으면온수 20 ml를넣고여과하여거름종이를온수로 3 회씻어준다음여액과씻은액을합하고물을넣어정확히 100 ml로한다. 이용액의산농도는약 0.5 N이다. 마이크로파 (Microwave) 에의한유기물분해가축분뇨에는유지성분이많지않으므로이방법을적용할필요성이적다. 이방법은마이크로파영역에서극성분자나이온이쌍극자모멘트 (Dipole moment) 와이온전도 (Ionic conductance) 를일으켜온도가상승하는원리를이용하여시료를가열하는방법이다. 산과함께시료를용기에넣어마이크로파를가하면강산에의해시료가산화되면서극성성분들의빠른진동과충돌에의하여시료의분자결합이절단되어시료가이온상태의수용액으로분해된다. 이방법은가열속도가빠르고재현성이좋으며폐유등유기물이다량함유된시료의전처리에이용된다. - 19 -
제 2 장. 실험실운용 1. 실험실관리실험실은분석실시와관련된장비와화약약품, 전기장치, 실험장치및인화성이큰가스등을비롯한물리화학적위해요소들이설비되어있는장소이므로실험자의안전및장비들의적절한관리에많은주의를기울여야하는장소이다. 가. 실험실구조및설비실험실을구성할경우가장우선시하여야할것이안전문제이다. 실험자의안전및작업편이성확보그리고장비및시료의원활한취급관리를위해실험실은될수있는한단층에구성하는것이좋다. 실험실건물의내 외장재및실내마감재는내연성또는불연성물질로마감하도록한다. 실험은화학물질과가스를사용하는작업이므로통풍과환기및안전관련설비를반드시갖추도록한다. 실험실을설계하거나실험공간을조성할때아래의조건들을고려하여야한다. 실험자가자유롭게움직일수있을만큼의충분한공간확보. 충분한용량의환기설비 ( 실내공기가외부로배출될수있도록실험실내의공기압을약간높게유지할수있는양압형태의환기시설 ). 화재, 전기, 가스관련안전설비. 1) 화재경보설비 가 ) 소화기 소화기는즉시이용할수있는장소즉출입구가까운벽등에설치하도록한다. 소화기의충전상태, 압력상태, 파손여부등을주기적으로점검한다. 나 ) 소화전 옥내소화전함은항상사용가능하도록유지하도록하고비상시소화전이용에장애를줄수있는요인은미리제거하여야한다. - 20 -
다 ) 스프링클러 화재감지부위관리를신중하게하고비상시상시작동될수있도록유지관리한다. 정전시에는비상전원으로정상작동하도록한다. 라 ) 전기설비 실험실에서사용하는전기용품의전체전기사용용량을고려하여전기설비는용량이충분히크고안전성이확보된규격제품을사용하여설비한다. 과열방지를위하여전기연결전선은가능한한짧게하고다중콘센트사용은하지않도록한다. 전기설비근처에서는인화성물질등을사용하거나저장하지않도록한다. 마 ) 가스설비 가스용기를직사광선등의외부조건으로부터보호할수있는가스용기저장소를별도로설치한다. 가스연결부위 ( 배관연결부, 실험장치와의연결부등 ) 에서의가스누설여부를수시로확인하고누설이확인되면가스밸브를차단하고즉시전문업체의보수를요청한다. 바 ) 비상대처시설 화재또는위급사항에대비하여외부와최단거리로연결된직선형태를지닌두개이상의비상출입구를확보하고, 출입구는비상시언제든지피난이가능한상태로유지하여야한다. 실험자가유해물질에노출되었을때실험자의전신을단시간내에씻어낼수있는비상샤워장치가설치되어야한다. - 비상샤워장치는필요시최단시간내에이용할수있도록신속접근이가능한위치에설치한다. - 비상샤워장치의수압및수량은실험자의전신을순간적으로씻어낼수있을만큼충분하게설비, 유지토록한다. - 비상샤워기이용시누전및감전의위험이없도록하기위하여주변에전기설비를설치하지않도록한다. - 21 -
나. 실험실개인응급처치 1) 산이묻었을경우 다량의흐르는물로충분히씻은다음산에접촉한부위에따라아래와같은조치를취한후흐르는물로충분히세척한다. 약품이묻은부위를함부로문질러서는안된다. - 피부 : 0.1M의 NH 4 OH 액또는 1 % 의탄산수소나트륨 (NaHCO 3 ) 수용액으로닦아낸다. - 눈, 입 : 0.1 % 의묽은탄산수소나트륨 (NaHCO 3 ) 의수용액으로씻는다. - 의복 : 0.1M의 NH 4 OH 용액으로중화한다. 2) 염기가묻었을경우 산에접촉한경우와동일한조치를취한다음접촉부분에따라처리를하고다시충분히물로씻어낸다. 상태가심할경우에는의사가검진하기전에기름이나그리스를바르는등의행위를하지말아야한다. - 피부 : 0.1 % 의아세트산 (CH 3 COOH) 수용액으로중화한다. - 눈, 입 : 2 % 의붕산수 (H 3 BO 3 ) 로닦는다. - 의복 : 0.1 % 의아세트산 (CH 3 COOH) 수용액으로중화한다. 3) 화상을입었을경우 일반적인화상의경우 - 경미한화상은얼음이나깨끗한물로화상부위를식혀준다. - 화상이가벼운경우에는바셀린, 식물유, 글리세린등을상처부위에발라서공기와의접촉을차단하여준다. - 화상이심할경우에는환자를눕혀안정시킨다음, 단추등을풀어옷을느슨하게풀어헤치고서얼음이나생수로화상부위를식혀준다음의사의치료를받도록한다. 의복과상처가붙었을때에는무리하게떼어내려하지않는다. - 22 -
유해물질에의한화상의경우 - 유해물질이옷또는신체에묻었거나이로인한화상을입었을경우, 유해물질에의하여오염된의류를벗고접촉부위는즉시물로씻어낸다. - 몸에유해물질이묻었을경우 15분이상샤워장치를이용하여씻어내고, 의사의진료를받도록한다. - 유해물질이눈에들어갔을경우 15분이상깨끗이씻고즉시의사의진료를받도록한다. 4) 유독성가스를흡입하였을경우 - 신선한곳으로옮겨눕히고체온이저하되지않도록보온하여안정시킨후의사의진료를받도록한다. 5) 입속에시약이들어갔거나삼켰을때 - 시약을즉시뱉어내고다량의물로입속을충분히씻어내도록한다. - 삼켰을때는 20 % 정도의식염수를마시거나, 손가락등을목에넣어토하게한다. - 의식을잃었을경우에는환자구강내의이물을제거하고목뒤에접은수건등을놓아환자의기도가막히지않도록한다. - 신속히의사의진료를받도록한다. 6) 감전및폭발사고의경우 - 감전으로환자가바닥에쓰러졌을경우에는우선전원을차단한후환자를안정시키고즉시의사의치료를받도록한다. - 감전된사람을전원에서떼어내려고감전자의신체에직접손을대서는안된다. 다. 실험실안전관리 1) 화학물질관리실험자는사용하려는화학물질의특성과취급및관리에대한사항에대해충분히숙지하고, 시약병에표지된주의사항을준수하면서화학물질을다룬다. 특히화학물질간에격렬한반응성이있는물질들에대해숙지한후시약혼합작업을한다. - 23 -
2) 가스관리실험실에서많이사용되는수소나프로판, 아세틸렌과같은가스는고압상태로저장되어있기때문에미세한틈만있어도다량으로누출될수있다. 누출된가스가공기와혼합되어적정농도에다다르면스파크와같은순간적인점화원에의해서도쉽게인화되며, 폭발력도강하다. 가스취급방법 - 가연성가스주변에는스파크나불꽃을일으킬수있는점화원이있어서는안된다. 가스를이용하여야할경우에는점화원으로부터최대한멀리격리시키고충분한환기가가능하도록한다. 압축가스의저장, 수송, 취급 - 가스저장용기를이동시키거나수송할때는저장용기의밸브부위의뚜껑을견고하게씌어서이동중에밸브가손상되어가스가누설되는경우가없도록한다. 저장용기를굴려서이동시키거나끌어서이동시키는등의행위는가스저장용기에물리적충격을줄수있으므로금하도록한다. - 가스저장용기는단단하고평평한곳에설치하여저장용기가넘어지거나구르지않도록한다. - 저장용기는견고한고정장치를사용하여안정되게고정하여야한다. - 상호반응성을가진가스들을분리하거나이격 (7 m이상 ) 하여야한다. - 가스저장소주변에는점화원이없도록한다. - 직사광선등을피할수있는시원한장소에저장용기를보관하여가스의온도상승으로인한내압증가를방지하여야한다. - 압력밸브나파이프접합부와같이저장용기의안전과관련된부품은공인기관에서인증받은제품을사용하고작업은전문가에게의뢰하여야한다. - 가스의오염을막기위해서는저장용기의압력이유지되어야하므로저장용기내에가스를완전히비우지말도록한다. - 저장용기에들어있는가스의종류를쉽게알수있도록저장된가스의종류를명확하게표기하고사용기간이경과한용기는교체한다. - 장기간사용하지않을때는메인밸브를비롯한실험실내모든밸브를차단하여가스누출을방지한다. - 평상시에수시로비눗물이나점검액으로배관, 호스등의연결부위나밸브주변에서의가스누설여부를확인한다. - 24 -
가스안전사용요령 - 사용전 : 저장용기의압력을확인하여가스잔량을체크하여야하며, 가스가새는곳이없는지, 냄새가나지않는지확인하여야한다. 분석장치의연소기주위에는절대가연성물질이없도록한다. - 사용중 : 가스밸브핸들을서서히돌려점화하고점화가확실하게되었는지확인한다. 가스가연소할때는다량의공기가소모되므로창문을열어환기가잘되게하고연소과정중불꽃상태나불꽃색깔등을주의깊게확인한다. - 사용후 : 실험장비의연소부위, 가스배관부의밸브와중간밸브등의잠김여부를확실히확인한다. 가스누출시응급조치 - 창문과출입문을열고빗자루나방석, 신문지등을사용하여실내공기를내보낸다. 전기스위치를켜게되면전기접점에서스파크가발생하는경우가많다. 인화성가스는순간적인스파크에의해서도점화가되므로폭발예방을위해서환풍기나선풍기등전기기구의스위치를작동해서는절대안된다. - 사용중인가스설비의밸브를완전히차단한다. - 불길이일었을때는불꽃주변의배관에가스가공급되지않도록가스저장용기쪽의밸브를잠그고서가스배관이뜨거워지지않도록냉각시키고, 가능하면화재발생부위의소화작업을실시한다. - 25 -
2. 시약관리 시약 ( 試藥 ) 은시료중의분석대상물질과반응하여시료중에함유되어있는화학성분을분석하는데이용되어지는시험용유 무기성화학약품을통칭한다. 실험실에서사용되어지는대부분의시약은직 간접적으로인체에유해하므로실험자는시약의관리와취급그리고보관에각별히유의하여야한다. 시약은사용시간이경과함에따라변성될우려가증가하므로흡습성이크거나사용빈도가적은시약은소형포장단위로구입하여이용하는것이좋다. 시약을비롯한각종화학물질의특성과취급방법등의정보를얻기위해서는 MSDS(Material Safety Data Sheet) 를참고할수있다. 우리나라에서 MSDS 정보를제공하는기관은한국산업안전보건공단 ( 산업안전보건연구원 ) 이다.MSDS 를검색하기위해서는안전보건정보서비스에접속하면필요한정보를얻을수있다. 가. 시약의관리 1) 시약구매실험실에서주로분석하고자하는시료의특성을먼저이해하고시료의특성에맞는실험방법을설정한다. 각자의실험실에서사용하고있는실험장비와적용가능한실험방법에따라필요한시약의목록을작성한다. 실험과정별필요시약의양과등급을결정한다. 실험빈도와실험과정에서의시약소요량을계산하여시약구매단위를결정토록한다. 가능한한시약은최소량을구매하는것이시약의관리와정확한실험결과를얻는데도움이된다. 과다한용량의시약을구매할경우에는시약유효기간의경과및사용중오염에의한폐기의우려가있다. 같은화학식을가진시약이라도실험시료대상에따라순도와가격이다르므로분석하고자하는시료의특성을고려하며시약을구매토록한다. 시약은시약이가지는순도를기준으로하여다음과같이구분한다. 특급 (Guaranteed Reagent, G.R) : 목적성분의순도가높고안정적이므로표준시약제조나정밀분석및실험용으로사용한다. 1 급 (Extra Pure Reagent, E.P) : 특급보다는순도가낮으므로일반분석 - 26 -
실험용으로사용한다. 화학용 (Chemical Pure Reagent, C.P) : 목적성분외의불순물이다소포함된시약으로정밀실험이아닌경우에사용한다. 공업용 (Technical Pure Reagent T.P) : 목적성분외의불순물함량이높아일반공업적목적으로사용한다. 표준용액제조또는미량분석에서는특급을사용하고, 그밖의경우는 1급을쓰는것이보통이다. 2) 시약의인수 시약을인수받기전에실험자가구매요청한시약이정확하게선정됐는지제품명 ( 제품번호 ) 와화학식을세심하게확인한다. 시약의밀폐상태 ( 기밀상태 ) 를확인하고시약용기및밀폐부위가손상된부분이있는지확인한다. 시약제품에이상이없다고확인되면시약의구매일자와관련사항을기록하여적정한방법으로보관한다음실험이실시될시에이용하도록한다. 시약용기에부착된라벨에시약의유효기간이표시되어있지않은경우가많으므로구매시해당회사에제품성적서 (QC data) 를동봉하도록요구하도록한다. 유효기간이지난시약을사용하였을경우분석실험결과에영향을줄수있기때문에보존기간이지난시약은사용치않도록한다. 기존에있는시약의유효기간이확인되지않았을경우에는해당회사에연락하여유효기간을확인토록하는방법도있다. - 27 -
시약라벨의각표시항목구분 ( 예 ) 구입한시약에는위의그림과같은라벨이부착되어있다. 위그림은하나의예를들어놓은것이기때문에라벨의문구나그림은시약종류에따라다르다. 시약을인도받는즉시화학식과화학명, 시약용량그리고시약명을잘살펴보아분석실험에필요한시약이정확히구매되었는지확인한다. 라벨에는시약의특성과보관방법, 취급시주의사항등이기재되어있으므로라벨을주의깊게읽어보도록한다. 대부분의시약취급업체가시약품질관련정보를제공하고있기때문에시약라벨에표기된사항을가지고서도자기실험실에비치된시약의유효기간을확인할수있다. 위그림의시약제품라벨을가지고유효기간을확인하는방법은다음과같다. 주 ) 본장에서예로든이회사외의다른시약회사의경우도그회사의홈페이지또는기타방법을이용하여그회사가취급한시약제품정보를확인할수있도록되어있으므로, 실험실운영자는어떠한시약사의경우라도그회사가판매한시약제품정보를제공하여줄수있다는사실을분명히이해하기바란다. 즉, 이장에서예로등회사외에도현재운영되고있는국내 외의모든시약사들이자기회사의제품을실험자들이이용하는데아무런어려움이없도록관련정보서비스를충분하게제공하므로어떤회사의제품이라도안심하고구매, 사용할수있다는사실을명백하게밝혀두는바이다. - 28 -
실험자가 구매한 시약의 유효기간과 관련정보를 확인하는 방법에 대한 예를 들어보겠다. 먼저 해당 시약사의 홈페이지에 접속한다. 해당회사의 홈페이지에 접속하면 초기화면이 나타난다. 초기화면에서 해당국가(United States)를 선택하여 누르면 다음의 화면으로 전환된다. 화면에서 그림의 하단 중앙부위에 있는 go 표시를 누르면 또 다시 다음화면으 로 전환된다. - 29 -
위의그림과같은화면이나타나면우측상단부에있는네모박스에시약라벨에표기된제품번호를입력한다음, 그옆에있는 Search 단추를누른다. 이화면에서입력한 s2002는앞페이지에예로들어놓은라벨에표기된제품번호이다. 각사용자는자기가구매한시약의제품번호를입력하여야한다는것을숙지하기바란다. 위화면이나타나면화면의중앙부쯤에자기가입력했던제품번호가표기되어나타난다. 화면에표기된이제품번호를누르면다음화면으로전환된다. - 30 -
이화면이나타나면화면좌측중앙부쯤에있는네모칸에제품라벨에표기되어있는 Batch 번호를입력한다 (Lot 번호로기재되어있는시약제품들도있다 ). 번호를입력한다음그옆에있는 Search 단추를누르면해당제품에대한정보를제공하는화면이다음과같이나타난다. 위화면이해당시약에대한최종결과를나타내주는제품성적서이다. 화면의중앙부에여덟줄정도로표기된제품특성은시약의라벨에표기되어있는내용이므로새로운것은아니다. 이화면에서궁극적으로얻고자하는정보는제조된제품에대한검사를수행한시기 ( 제품출고시기 ) 와앞으로사용할수있는잔여기간 ( 제품유효기간 ) 이다. 이화면을기준으로볼때, 해당제품이출고 - 31 -
된시기 (QC RELEASE DATE) 는 2007년 2월이다. 이화면은이제품에대한 QC (Quality Control) 는 5년후에다시수행하도록권고하고있다. 그러나이제품이다음 QC에서적정판정을받을지의여부는알수없다. 그러므로통상적으로이제품이본래화합물의성질을유지하면서보장된품질과안전성을유지할수있는적정보관기간 (Shelf Life) 은 5년간으로볼수있다. 즉 2012 년 2월까지는안정적으로보관할수있다는것이다. 하지만이 5년이라는보관기간은제품을개봉하지않은상태에서최적조건으로보관하였을때의경우이다. 일단뚜껑을개봉하고나면공기중의수분이나탄산가스를흡수하거나, 산화또는오염에의해화학제품의변성이진행되기시작하므로개봉후의시약의유효기간은급격히단축되기때문에 5년이라는적정보관기간 (Shelf Life) 은무의미해진다. 시약을개봉했을경우일반적으로표준시약에있어서의유효기간 (Expiration date) 은단일물질일경우에는 1년 6개월정도이고복합물질은 1년정도로통용되고있다. 통상적인유효기간도실험자에따라아주많은차이를보인다. 즉사용자의시약이용습관및관리상태에따라유효기간은얼마든지달라질수있기때문이다. 3) 시약의이용안전한실험을수행하고정확한분석결과를얻기위해서는시약의특징과취급요령을알아야한다. 실험실에는사용빈도가높은시약을위주로하여최소량만비치하도록하고, 다량의시약의경우실험실과별도로설치된시약저장소에분리하여보관하도록한다. 시약사용량을예측하여소요시기에맞춰시약을납품받을수있도록하여시약창고에너무많은시약재고가없도록실험실을운영하는것이최상의방법이다. 약품의특성이나위험도등급에따라시약을분리보관토록하고모든시약용기에는시약명과그위험수준에대한적절한표시가있어야한다. 가. 시약의특징모든시약은고유의화학적특징을지니고있다. 시약에따라휘발성, 폭발성, 유해성및독성등이각기다르고주변의물리적, 화학적및기상학적조건에따라그특성이달라지는경우도있다. 시약단독으로는위험성이적지만 - 32 -
다른시약과혼합되었을경우상기위험성들이급격히증가하는경우도쉽게볼수있다. 분석실험에쓰여지는실험용용액제조시각기다른종류의시약을혼합하는경우가많으므로실험자는각시약의특성그리고혼합했을때의그특성변화에대한내용에대한지식을가지고실험에임해야한다. 통상적으로각시약용기에부착되어있는라벨에그시약의특성이표기되어있으나이경우에도해당시약에대한정보가충분치못한경우가있으므로 물질안전보건자료 (MSDS : Material Safety Data Sheet) 를참고하여자기가사용하고있는시약의특성을숙지토록한다. MSDS에는 - 각시약별로제품과제조회사정보 - 위험성정도 - 구성성분및명칭정보 - 응급조치방법 - 폭발화재시대처방법 - 누출사고시대처방법 - 취급및저장방법 - 노출시위험도 - 물리화학적특성 - 안정성및반응성 - 독성정보화학명 - 생태학적정보 - 폐기시유의사항 - 운송정보 - 규제조항정보 - 기타정보등이수록되어진다. 시약유형별특징은아래에기술한바와같다. 폭발성물질 : 가열, 마찰, 충격, 다른물질과의접촉으로산소나산화제없이발화하는물질 - ( 질산에스테르류, 니트로 ( 소 ) 화합물, 아조화합물, 디아조화합물, 하이드라진및유도체등 ) - 33 -
- 폭발성물질은가급적소량으로나누어저장하고파손에강한용기를사용하여위험물질의누출을사전에예방한다. 인화로인한폭발성이강한미세한분말상태의물질은정전기에의해서도폭발할우려가있으므로접지를하거나방폭시설을하는등의안전대책을고려한다. 폭발성물질의취급시주의사항은아래와같다. - 염소산칼슘 : 갑자기충격을가하거나고온으로가열하면폭발한다. - 아세틸렌과중금속의화합물 : 질산은이나황산구리용액에아세틸렌을통하여얻은물질은건조시킬때폭발하기쉽다. - 질산은과암모니아수 : 질산은에암모니아수를가한것을공기중에방치하면폭발성의물질을생성한다. 1) - 과산화수소수 : 진한과산화수소 (30 % ~35 %) 에금속이나금속의산화물또는탄소가루를섞으면폭발하기쉽다. - 과망간산칼륨 : 과망간산칼륨이나중크롬산칼륨에황산이나인이섞인것을가열하거나진한황산을떨어뜨리거나탄소나황의분말을섞어마찰하면폭발하는경우가있다. - 진한질산 : 가연성물질이섞이면폭발하기쉽다. 발화성물질 : 스스로발화하거나발화가용이한것. 물과접촉하여발화하고가연성가스를발생시키는물질 - ( 가연성고체 : 황화인, 적린, 유황, 철분, 마그네슘, 자연발화성및금수성물질 : 칼륨, 나트륨, 알킬알미늄, 알칼리금속등 ) 로서이들물질을저장할용기는완전밀폐형으로서공기나수분이스며들지않도록해야한다. - 공기중에서불붙는물질 : 백린 - 물과격렬하게반응하는물질 : 나트륨, 칼륨, 생석회, 카바이트 - 불붙기쉬운물질 : 메탄올, 에탄올, 아세톤, 벤젠, 메틸에테르, 톨루엔, 휘발유, 이황화탄소 - 연소하기쉬운고체 : 백린, 적린, 황, 마그네슘가루, 알루미늄가루, 셀룰로이드 인화성물질 : 대기압에서인화점이낮은물질이이에해당된다. 가연성증기가발생하는경우, 불꽃이나스파크와같은점화원또는전열기구등의고온성물체에접촉시화재가발생할우려가있으므로충분한환기 - 34 -
가이루어지도록한다. 아래에나타난물질들이인화성물질에해당되므로유의하여야한다. - 인화점 30 이하 : 에틸에티르, 가솔린, 아세트알데히드, 산화프로필렌등 - 인화점 30~0 : 노말헥산, 산화에틸렌, 아세톤, 메틸에틱케톤등 - 인화점 0~30 : 메틸알코올, 에틸알코올, 크시렌, 아세트산등 - 인화점 30~65 : 등유, 경유, 에탄, 프로판, 부탄, 기타 15, 1기압에서기상인가연성가스 가연성가스 : 폭발한계농도의하한이 10 % 이하또는상하한의차이가 20 % 이상인가스 - 수소, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 기타 15, 1기압에서기체상태인가연성가스 피부를상하게하는물질 - 강염기, 할로겐, 할로겐화수소, 진한황산, 진한질산, 포르말린, 페놀, 크레졸등이닿으면피부가상한다. - 질산은용액 : 피부에닿으면검게된다. - 질산 : 피부에닿으면노랗게된다. 산화성이있는물질 : 산화력이강하고가열, 충격및다른물질과의접촉으로격렬히분해, 반응하는물질 - ( 염소산및염류, 과염소산, 과산화수소및무기과산화물, 아염소산, 불소산염류, 초산및그염류, 요오드산염류, 과망간산염류, 중크롬산및염류등 ) 산화성물질은화기, 직사광선, 가열을피하고강환원제나유기물질, 가연성위험물과접촉되지않도록하고강산화성고체와의혼합, 접촉을방지하여야한다. - 염소산칼륨, 과산화바륨, 과망간산염 : 유기물질이나환원성물질이있으면격렬하게반응한다. 특별한경우이외는고체물질을섞거나진한용액그대로를섞지않도록한다. 부식성물질 : 금속등을쉽게부식시키거나인체와접촉하면심한상해를입히는물질 - 부식성산류 : 농도 20 % 이상인염산, 질산, 황산등또는농도 60 % 이상 - 35 -
인 인산, 아세트산, 불산등 - 부식성염기류 : 농도 40 % 이상인수산화나트륨, 수산화칼륨등 나. 시약취급요령실험실에서사용되는대부분의시약이나실험후폐기물들은유해하거나유독성을지니고있기때문에각시약의취급법에따라주의깊게다루어야한다. 실험에사용될시약에대한목록을사전에확인하고그시약의특성에대해숙지토록한다. 사용시약에대한이해를하지못하고실험을수행하면실험결과의오차나안전사고가발생될위험이있기때문이다. 기체상태의시약은내압용기에저장하며사용시세심한주의를기울여야한다. 모든시약은권장저장온도에서보관한다. 유해성물질은직사광선이들지않고냉암조건을지닌지정된공간에저장하여야하고각각의유해물질에는약품명, 구입날짜, 기타유의사항등을기록한라벨을부착하도록한다. 1) 시약취급법 - 어떠한시약이되었든간에시약을직접맨손으로만지지않는습관을가질필요가있다. 시약을취급할때는반드시보호장갑을끼는등안전에유의해야한다. - 시약을사용할때에는시약병의표지를확인한다. - 공동으로사용하는시약병은절대로자신의실험대로옮겨가지않는다. - 시약병에서덜어낸시약은절대시약병에다시넣어서는안된다. 그러므로, 필요이상의시약을꺼내어낭비하지않도록주의한다. - 시약병의마개를실험대에함부로놓으면불순물이묻어시약병의시약을오염시킬수있으므로주의한다. - 고체시약의표면이응고하였을경우, 시약스푼또는칼을사용하여시약병에깨뜨리려하지말도록한다.( 뚜껑을닫은채로병을흔들거나테이블에가볍게두드려서표면층을깨뜨려서분쇄하고서필요한양을취한다.) - 피펫이나기타도구가시약전용이아닌경우에는, 액체시약을꺼내기위하여시약병에넣어서는안된다. - 시약병은사용후반드시마개를막아놓아야한다. - 저울이나실험대에시약을흘리지않도록주의한다. - 시약의조제는후드내에서하도록한다. 특히유해성유기용매또는부식 - 36 -
성시약을사용할때는반드시후드내에서작업하여야한다. 2) 시약의위험표지구분 시약은대부분인체에유해한영향을미칠수있기때문에시약의라벨에는위험표지가표시되어있다. 아래의그림은각표지의의미를나타낸것이다. E Explosive 폭발성물질 O Oxidising 산화성물질 F Highly flammable 인화성물질 F+ Extremely flammable 극인화성물질 T Toxic 유독성물질 T+ Very toxic 고독성물질 Xn Harmful 유해성물질 Xi Irritating 자극성물질 C Corrosive 부식성물질 - 37 -
N Dangerous for the environment 환경유해성물질 R Radioactive 방사능물질 3) 시약조제과정시약은일반적으로다음과같은과정에의해조제한다. - 조제하려는시약의양에적합한메스플라스크를선택하여증류수로깨끗이씻은후증류수를 1/3가량넣는다. - 저울이나메스실린더로조제할시약을사전에계산된만큼정확히단다. - 칭량한시약을메스플라스크에넣고잘흔들어완전히녹인다. - 메스플라스크의눈금 ( 표선 ) 약간밑에액면이오도록증류수를부어실온으로될때까지방치한다. - 메스플라스크를실험대위에수평으로놓은다음눈의높이를눈금과수평이되게몸의자세를취하고증류수를조금씩떨어뜨려눈금에일치하도록한다. - 마개를막고잘흔들어보관, 사용한다. 4) 시약사용시주의사항 - 진한산, 알칼리또는피부자극성약물을취급한후에는반드시손을씻어야한다. - 이러한시약을취급할때에는얼굴을너무가까이하거나, 용기에서튀어나올정도로심하게흔들지말아야한다. - 황산과물을섞는경우처럼물과접촉하여발열하는물질을취급할때에는그릇이깨어질위험이있으므로주의를하여야하며, 특히황산을묽게할때에는반드시물에황산을소량씩가하도록한다. 황산과같은산계통의용액을만들때에는항상물에산을가하면서희석하여야한다는사실에주의하여야한다. 즉, 황산에물을타는등의희석방법은옳지않은방법이다. - 수산화나트륨은조해성이크고탄산가스를잘흡수하므로가능한한빠른시간내에무게를달아야한다. - 38 -
- 진한산, 알칼리를피펫으로빠는일이없도록한다. 정확한양을취하려할때에는가급적뷰렛을사용하거나안전피펫을사용한다. - 유독기체를발생하는시약을취급할때에는흡입되지않도록조심한다. - 유독기체는실내에서발생시키지말아야한다. 만약통풍설비가없을때에는발생하는기체를옥외로발산시키도록한다. - 발화성물질 ( 황, 인 ) 은기구를사용하여취급, 피부에닿지않도록하고공기와직접닿지않도록한다. - 인화성물질 ( 알코올, 에테르, 벤젠 ) 은상온에서쉽게인화하므로이들이든시약병은화기로부터충분한거리를둔다. 사용후에는가스나증기가새지않게한다. - 물과의접촉이금지되는물질 ( 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 황산 ) 은물과접촉하면반응이격렬하게일어나고열이발생하며때로는가연성가스를발생하므로수분이나습기가들어가지않는용기에밀폐하여보관한다. - 불화수소의경우눈이나느낌으로확인할수있는증상이발생하지않으면서도피부에흡수되어지는데이약품의가스및용액은맹독성을가지므로안전한취급방법에준하여사용토록한다. - 과염소산의경우유기화합물및무기화합물과반응하여폭발할수있으며, 가열하거나화기와접촉하는경우, 충격이나마찰이가해질경우에는자체적으로폭발을일으킬수있으므로취급에특히주의해야한다. - 산성이강한물질 ( 염산, 황산, 질산 ) 은피부나점막을부식하는작용이있으므로피부에닿지않도록한다. - 부식성물질 ( 강산, 강염기, 아세트산, 페놀 ) 이피부나점막에닿지않도록하고피부에묻었을때는많은양의물로씻는다. 눈에들어갔을때는흐르는물로오랫동안씻고, 반드시의사의치료를받는다. - 유독, 유해성물질 ( 수은, 이황화탄소, 암모니아수, 강산 ) 의가스또는증기를들이마시지않도록하며피부에닿지않도록한다. 염산및질산의증기는유해하므로들이마시지않도록하고수은증기와이황화탄소는매우유독하므로마개를막고, 온도가낮은곳에보관한다. 강산과강염기류의약품은공기중의수분과반응하여유독한증기를생성하므로사용이끝난후에는즉시마개를잘닫아두어야한다. - 미세한금속이나약품의가루는인체에흡입되어폐나호흡기질환등을유발할수있으므로, 이런물질을취급할경우에는방독면이나방진마스크등의호흡기보호장구를착용하도록한다. - 39 -
- 시약병의라벨인식이불가능하거나약품명칭이없는용기의약품은사용하지않는다. 3. 실험기구운용 가 ) 초자기구실험실에서사용되는초자류는매우다양하다. 초자류는충분한강도를가지고있으며, 용량이정확하며, 눈금표시가명확하고선명하게표시된것을고르도록한다. 초자류에용매등을넣을때는액이벽면을따라상승하여외측으로나오는크리프현상및증발에의한비산에주의해야한다. 초자류는열과압력에의해변형될수있으므로가열및감압조작에사용해서는안된다. 초자기구에금이나있거나모서리또는입구선단에흠집이나있는경우해당초자는사용하지않도록한다. 시약을조제하는경우깨질우려가있고실험후세척시에피부에손상을줄우려가있다. 1) 초자기구의세척실험에사용되는초자기구가시약이나불순물에의해오염되어있을경우에는정확한절차를거쳐시험을실시하였다하더라도정확한실험결과가얻어지지않을수있다. 실험이끝나면반드시초자기구를세척해놓아야하는데완전히세척된경우에는증류수로헹궈냈을때초자기구표면에물이고르게묻어있게된다. 초자표면에물방울이생기거나물방울이흘러내리는경우에는세척이불완전하게되었다고볼수있다. - 초자기구의세척시에는통상적으로중성세제를사용하여닦아낸다음물로헹구고나서증류수로다시헹궈낸다. - 초자를닦을때에는브러시를사용하며, 브러시를고정시키는철사등에의해초자표면이긁히지않도록주의한다. - 유기물이묻었을때는알콜이나에테르, 아세톤과같은유기용매를사용하여닦아낸다. - 금속산화물이나수산화물, 탄산염등이묻었을때는염산이나질산, 황산과같은산류를사용한다. - 세척효과를높이기위해서온수를사용하는경우도있다. 피펫, 메스플라스 - 40 -
크등의용량측정도구는온도상승에의해용량의변화가올수있기때문에온수를사용하면좋지않다. - 세척이잘되지않을정도로오염이심하게된초자가있을경우에는중크롬산칼륨을포화상태까지용해한용액과진한황산을 1:1로혼합한용액에넣고가열하거나하루정도담군후세척한다. 2) 초자기구의건조세척후먼지가없는장소에놓인초자건조대에거꾸로걸고자연건조시킨다. 드라이오븐에서단시간에말리는방법도있으나피펫이나메스플라스크, 적정용뷰렛등의용량측정도구는가열에의해용량변화가올수있으므로반드시자연건조방법에의해말리도록한다. 연질유리의경우, 한눈금당약 0.003 % 정도의오차가발생할수있으며내열유리일경우에는 0.001 % 정도의오차가발생할수있다. 따라서고도의정밀성을요하는분석일경우에는이오차가실험결과에영향을미칠수있다. - 41 -
제 3 장. 가축분뇨성분분석용주요분석기기 가축분뇨시료의주요분석대상항목은액상시료반고상시료그리고고상시료중에함유된질소화합물이나인화합물그리고유기탄소화합물등이며그외에고형성분과비료공정규격에규정된몇가지중금속등이다. 비료공정규격에규정된성분들은아래의표에나타난바와같다. 가축분뇨관련비료공정규격항목 비료의종류 그린 (1 급 ) 퇴비 ( 신설 : 02.12.3 1) 함유하여야할주성분의최소량 (%) 유기물 40 퇴비유기물 25 가축분뇨발효비료 ( 액 ) 질소전량 ( 02.12.3 : 0.3 1 신설 ) ('04.10. 2 개정 ) 함유할수있는유해성분의최대량 비 소 25mg / kg 카드뮴 2.5mg / kg 수 은 1mg / kg 납 75mg / kg 크 롬 150mg / kg 구 리 200mg / kg 니 켈 25mg / kg 아 연 500mg / kg 비 소 50mg / kg 카드뮴 5mg / kg 수 은 2mg / kg 납 150mg / kg 크 롬 300mg / kg 구 리 300mg / kg 니 켈 50mg / kg 아 연 900mg / kg ( 개정 : `02.1.31) 비소 5mg / kg카드뮴 0.5mg / kg수은 0.2mg / kg납 15mg / kg크롬 30mg / kg구리 50mg / kg아연 130mg / kg니켈 5mg / kg 기타규격비고 ㅇ유기물대질소의비 40 이하인것 ㅇ염분 (NaCl) : 1.0% 이하ㅇ수분 (H 2 O) : 45% 이하 1.< 별표 1> 의 1. 사용가능한원료사용 2. 부숙도측정을위하여자가발열온도측정법또는유식물검정법을병행하여검토할수있다. ㅇ유기물대질 1. 퇴비의원료로사용가능한물 소의 비 50 질과 사용이 불가능한 물질은 이하인것 별표1과같다. ( 개정 :`97. 7. 19) ㅇ염분 (Nacl)1.0% 2. 가축분이 50% 이상포함된비료 이하 에한하여축종별로 가축분퇴비 ㅇ수분 (H 2 O)55% ( 우분, 돈분, 계분 등 ) 표기가능 이하로하되 5% 단 ( 07.4.20 개정 ) 위로 자율보증할 3. 부숙도측정을위하여기계적인 수 있다.( 개정측정법을병행하여검토할수있다. :`02.1.31, 07.4.20) ( 개정 : 07.4.20) ㅇ염분 (NaCl) : 0.3% 이하 ㅇ수분함량 : 95% 이상 1. 저장기간및시설 : 충분한발효시 까지저장, 호기성발효의경우 폭기 교반장치 및 저장시설 200M/T 이상설치 2. 살포시기 : 겨울철및장마기제한 3. 살포지 : 민가에서 200m 이상격리지역 4. 농경지밖으로유출금지 5. 냄새악취강도 ( 관능법 ) : 2 수준대기환경보전법악취발생제한규정에준함 - 42 -
질소화합물과인화합물의분석을위해흡광광도계가주로이용되고중금속또는무기물분석을위해서는유도결합플라즈마발광광도계 (ICP) 나원자흡광광도계 (AA) 등이사용된다. 일부음이온물질을분석하기위하여이온크로마토그래피 (IC) 가사용되기도하지만그이용빈도는상기기기에비해서는다소떨어지는편이다. TOC분석기나 GC, LC 등은가축분뇨퇴비액비, 수처리분야의분석에서의사용빈도는상기주요방법에비해서는약간낮은편이다. 그러나상하수분야에서는 TOC 분석기는유용하게사용되어질수있고 GC, LC 등은축산분뇨악취분야나온실가스분야에서는비교적널리활용되는편이다. 가축분뇨성분분석방법의대부분이시료를액체상태로하여분석기기에주입하기때문에별도의시료용해과정이필요하다. 가축분뇨를액체또는고체분말시료상태로직접주입하여산화, 환원하는과정에서검출기로질소, 탄소, 수소, 산소, 황성분을즉시분석하는원소분석기도가축분뇨분석분야에서최근들어그이용빈도가늘어가고있다. 가축분뇨성분분석에주로사용되는기기분석법에대한기본원리를요약하면다음과같다. - 43 -
1. 흡광광도기 (Absorptiometric Analyzer) 가. 원리및적용범위광원부에서발생된빛을셀에담긴시료용액층에통과시키면시료에의해빛이흡수나산란하여그강도가약해지는데그빛의강도가감소하는정도를측광부에서측정하여미리작성된검량선상의해당감소정도에해당하는농도를계산하여시료중의목적성분의농도를측정하는방법이다. 분석항목별로전처리를하여발색시킨다음파장 200~900 nm사이에서각각의정량성분에맞는최적파장에서흡광도를측정함으로써가축분뇨중의목적성분의정량분석에적용한다. 이방법은 Cl -, N, NH 3, NO - 2, N0-3, P, PO 3-4 등의정량에주로사용된다. 나. 주요구성부 1) 광원부빛을발생시키는광원에는텅스텐램프중수소방전관 ( 重水素放電管 ) 등이사용되며전원부나렌즈와같은광학부품이설치되어있다. 흡광광도법은빛의세기를기준으로하여성분분석이이루어지므로광원부의관리가중요하다. 실험실의전압이불안정한경우에는정전압유지장치를사용하는것도고려해볼만하다. 광원의사용시간이허용한계를넘었거나광원이불안정할경우에는광원을점검하여야한다. 2) 파장선택부 분석항목마다고유한파장이정해져있으므로목적분석항목에맞는파장을기기에입력하여야한다. 3) 시료부시료부는시료액을담은흡수셀이빛이지나가는광로상에놓여지는부분이다. 흡수셀에지문이묻지않도록주의하도록한다. 지문이묻거나표면이손상되어있을경우빛이흡수되거나산란하는정도가심해져잘못된분석치가얻어질수있기때문이다. 따라서셀표면을깨끗하게관리하는것이증요하다. 그림에나타난것처럼셀에따라서는아래의그림처럼한쪽면이불투명한제품도있으므로빛이지나가는광로상에는항상투명한부분이위치하도록유의하여야한다. 흡수셀의 - 44 -
재질로는유리, 석영, 플라스틱등을사용한다. 목적성분의최적파장이가시 ( 可視 ) 및근적외 ( 近赤外 ) 부분일경우에는유리로만들어진흡수셀을사용하도록하고목적성분의분석파장이자외부에속할경우에는석영으로만들어진흡수셀을사용하도록한다. 목적성분분석파징이근적외부일때는플라스틱제흡수셀을사용한다. 흡수셀에채워지는시료의높이는빛이지나가는광로를벗어나지않을정도로하여야한다. 흡수셀 흡수셀의세척방법은다음과같다. 탄산나트륨용액 (2 W/V %) 에소량의음이온계면활성제 ( 예 : 액상합성세제 ) 를가한용액에흡수셀을담가놓고필요하면 40~50 로약 10 분간가열한다. 흡수셀을꺼내물로씻은후질산 (1+5) 에소량의과산화수소를가한용액에약 30 분간담가놓았다가꺼내어물로잘씻는다. 깨끗한가제나흡수지위에거꾸로놓아물기를제거하고실리카겔을넣은건조용기중에서건조하여보존한다. 급히사용하고자할때는물기를제거한후에틸알코올로씻은다음에틸에텔로씻고서드라이어 (Dryer) 로건조해도무방하다. 또빈번하게사용할때는물로잘씻은다음증류수를넣은용기에담가두어도무방하다. - 45 -
4) 측광부광원부에서발생한빛이시료를통과하여최종적으로도착하는부분이다. 이부분에서는광원부와측광부에서감지한빛의정도를분석하여흡광도를분석한다. 측광에는광전관 ( 光電管 ), 광전자증배관 ( 光電子增培管 ), 광전도셀또는광전지등이사용되고필요에따라증폭기 ( 增幅器 ) 대수변환기 ( 對數變煥器 ) 가있으며지시계 ( 指示計 ), 기록계등을사용한다. 다. 운용방법 1) 장치설치모든분석장비가마찬가지이지만장치는습도및외부양향요소가배제된장소에설치하여안정적으로운용하여야한다. 전기적으로발생된빛의강도를기준으로하여분석하는기기이므로전압및주파수의변동이적고진동이없는장소에장치를설치하여야한다. 기기의보호를위해서직사광선을받지않도록하고부식성가스나먼지가발생하지않는장소를선정한다. 부품의산화방지및안정적작동을위해서습도가높지않고온도변화가적도록한다. 기타분석에대한자세한사항은환경부홈페이지 법령 고시 수질환경공정시험법을참조한다. - 46 -
2. 원자흡광광도기 (Atomic Absorption Spectrophotometer) 가. 원리및적용범위목적분석성분의특성에맞는가스를사용하여원자흡광광도계의내부에설치된버너에불꽃을형성한다. 시료의형태에따라적당한방법으로분해하여액화시킨시료를분석기기가흡입한후버너의불꽃부위에시료를도입시키면고온에의해시료가해리되어중성원자로증기화하여생긴바닥상태 (Ground State) 의원자층이생성된다. 이원자증기층에발광부에서생성한빛을투과시키면특유파장의빛을흡수하게되는데, 이현상을이용하여광전측광 ( 光電測光 ) 과같은개개의특유파장에대한흡광도를측정하여시료중의원소 ( 元素 ) 농도를정량하는방법이다. 원자흡광광도법은가축분뇨성분분석시험항목중에서납, 비소, 셀레늄, 수은, 카드뮴, 구리, 아연, 니켈등의금속류를분석하는데사용된다. 이방법은가축분뇨중중금속류의분석시이용되는 ICP( 유도결합플라즈마발광광도법 ) 이용분석법에비해더높은수준의미량분석을할수있다. 나. 주요구성부 1) 광원부빛을발생시키는광원에는중공음극램프또는열음극 ( 熱陰極 ) 이나방전램프를사용할수있다. 가축분뇨성분분석항목인칼륨과카드뮴또는수은등과같이비점 ( 沸點 ) 이낮은원소에서는열음극이나방전램프가사용된다. 최근의기기는분석하고자하는성분에맞는다수의램프를동시에장착하여분석하는경우가많으므로해당성분에대한램프를신중하게선택하여장착하도록한다. 원자흡광광도법역시빛의세기를기준으로하여성분분석이이루어지므로광원부의관리가중요하다. 실험실의전압이불안정한경우에는정전압유지장치를사용하는것도고려해볼만하다. 광원의사용시간이허용한계를넘었거나광원이불안정할경우에는광원을점검하여야한다. 2) 시료원자화부기기로도입된시료를원자증기화하기위한시료원자화장치와원자증기중에빛을투과시키기위한광학계로구성되어있다. 시료원자화장치는버너를의미하는데용액상태로기기에도입된시료를불꽃 ( 또는플라스마젯트나방전 ) 중 - 47 -
에분무하여원자화시킨다. 시료도입시흡입부위의파이프가꺽이거나꼬여서시료운송이원활히되지않거나흡입부위를통해기포가흡입되지않도록주의하도록한다. 3) 파장선택부 ( 분광부 ) 광원부에서방사되는휘선스펙트럼중에서목적분석항목에맞는파장을선택하는부분이다. 4) 측광부광원부에서발생한빛이시료원자화층을통과하여최종적으로도착하는부분이다. 이부분에서는광원부와측광부에서감지한빛의정도를분석하여흡광도를분석한다. 다. 운용방법모든분석장비가마찬가지이지만장치는습도및외부양향요소가배제된장소에설치하여안정적으로운용하여야한다. 전기적으로발생된빛의강도를기준으로하여분석하는기기이므로전압및주파수의변동이적고진동이없는장소에장치를설치하여야한다. 기기의보호를위해서직사광선을받지않도록하고부식성가스나먼지가발생하지않는장소를선정한다. 부품의산화방지및안정적작동을위해서습도가높지않고온도변화가적도록한다. 이장비는가연성가스를사용하는장비이므로가스안전관리에대한내용을숙지하고운용에임해야한다. 기기사용방법은각제조사에서공급하는운전메뉴얼을완전이해한후기기를운영토록한다. 기타분석에대한자세한사항은환경부홈페이지 법령 고시 수질환경공정시험법을참조한다. - 48 -
3. 유도결합플라스마발광광도기 (Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy) 가. 원리및적용범위전처리를통해분석기기의분석특성에맞도록처리한시료를고온의플라즈마 (6000~8000 o K, 최고 15,000 o K) 부분에도입시키면중성원자가높은열에너지에의해들뜬상태가된후에여기된원자가바닥상태로이동할때방출하는빛의파장과세기를이용하여무기원소를정성및정량분석하는방법이다. 가축분뇨성분분석실험에서는 Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Cd, P, S, Ni, As, Pb, K 등의분석에사용되어진다. 이방법은가축분뇨중중금속류의분석시이용되는 AA( 원자흡광광도법 ) 이용분석법에비해미량분석한계는낮지만동시에다원자분석이가능하고사용하기가더편리한장점이있다. 나. 주요구성부 유도결합플라스마발광광도계는시료주입부, 고주파전원부, 광원부, 분광부, 연산처리부및기록부로구성되어있다. 1) 시료주입부 시료특성에따라적절한방법으로전처리한시료용액을흡입하여에어로졸상태로플라즈마에주입시키는부분으로서분무기및챔버로이루어져있다. 2) 고주파전원부플라즈마를발생시키도록하는부분으로서유도코일을통하여고주파를가해주면고주파가알곤가스매체중에유도되어플라즈마를형성하게되는데이때테슬라코일에의하여방전하면알곤가스의일부가전리되어플라즈마가점등한다. 방전시에생성되는전자는고주파전류가유도코일을흐를때발생하는자기장에의하여가속되어주위의알곤가스와충돌하여이온화되고새로운전자와알곤이온을생성한다. 이와같이생성된전자는다시알곤가스를전리하여전자의증식작용을하므로써전자밀도가대단히큰플라즈마상태를유지하게된다. 현재널리사용하고있는고주파전원은수정발전식의 27.13 MHz로 1~3 kw의출력이다. 수용액시료의경우보통 1~1.5 kw가사용되지만유기용매의경우에는 2 kw정도에서사용된다. - 49 -
3) 분광부및측광부플라즈마광원으로부터발광하는스펙트럼선을선택적으로분리하는부분이다. 분해능이우수한회절격자가많이사용된다. 분광부는검출및측정방법에따라연속주사형단원소측정장치 (Sequential type, monochromator) 와다원소동시측정장치 (Simultaneous type, polychomator) 로구분된다. 4) 연산처리부및기록부빛의세기에의하여목적성분의농도를분석하는부분이다. 광전증배관 (Photomultiplier) 에들어간광은전류로변화되어광의강도에비례하는전류가콘덴서에저장되며, 콘덴서에축적된전하량은컴퓨터콘텐서의전하량과비례관계에있기때문에농도를측정할수있다. 기록부는측정된결과를분석자가볼수있는형태로표시하고필요시분석결과를저장하는역할을한다. 다. 운용방법기기의설치는실온상태 ( 15~27 ) 및상대습도 70 % 이하를일정하게유지할수있는곳에안정적으로설치한다. 기기설치부위에직사일광이들지않도록하고부식성가스및강력한자장과전기장등을발생하는장치를주위에배치하지않도록한다. 또한본기기의발광부에서발생하는고주파가타기기에영향을미치지않도록유의한다. 먼지및진동으로부터기기를보호할수있어야한다. 이장비는가연성가스를사용하는장비이므로가스안전관리에대한내용을숙지하고운용에임해야한다. 기기사용방법은각제조사에서공급하는운전메뉴얼을완전이해한후기기를운영토록한다. 기타분석에대한자세한사항은환경부홈페이지 법령 고시 수질환경공정시험법을참조한다. - 50 -
4. 이온크로마토그래피 (Ion Chromatography) 가. 원리및적용범위이온크로마토그래피는고정된상태의이온교환컬럼에고압으로액체시료를를전개시켜분리되는각성분의크로마토그램을작성하여분석하는고속액체크로마토그래피의일종이다. 가축분뇨성분분석실험에서는 K +, Mg 2+, Ca 2+, NH + 4, Cl -, NO - 2, NO - 3-3, PO 4 등의정량및정성분석에사용된다. 나. 주요구성부 이온크로마토그래피는용리액조, 시료주입부, 액송펌프, 분리컬럼, 검출기및기록계로구성된다. 1) 시료주입부 일반적으로미량의시료를사용하기때문에루우프-밸브에의한주입방식이많이이용되며시료주입량은보통 50~100 μl이다. 2) 액송펌프분리컬럼중의이온교환체의입자는약 10 μm의매우작은입자로서용리액및시료를고압하에서전개시키지않으면요구되는유속을얻기가어렵다. 따라서펌프는 150~350 kg / cm2압력에서사용될수있어야하며작동중맥동 ( 脈動 ) 이일어나서는안된다. 3) 검출기 분석목적및성분에따라전기전도도검출기, 전기화학적검출기및광학적검출기등이있으나일반적으로음이온분석에는전기전도도검출기를사용한다. 다. 운용방법시료중에입자상물질등이존재하면분리컬럼의수명을단축시키기때문에 0.45 μm이하의멤브레인거름종이또는유리섬유거름종이 (GF/C) 를사용하여여과한다음시료를주입하여야한다. 또한특정이온이고농도로존재할경우더이온의정량분석을방해할수있다. 이때에는특수제작된제거컬럼을이 - 51 -
용하거나기타적당한방법을이용하여특정이온을제거한다음시험한다. 기기사용방법은각제조사에서공급하는운전메뉴얼을완전이해한후기기를운영토록한다. 기타분석에대한자세한사항은환경부홈페이지 법령 고시 수질환경공정시험법을참조한다. - 52 -
5. 이온전극법 가. 원리및적용범위시료중의분석대상이온의농도 ( 이온활량 ) 에감응하여비교전극과이온전극간에나타나는전위차를이용하여목적이온의농도를정량하는방법이다. 가축분뇨시료중의음이온 (Cl -, NO - 2, NO - 3 ) 및양이온 (NH + 4, 중금속이온등 ) 의분석에이용된다. 나. 주요구성부 본기기는전위차계, 이온전극, 비교전극, 시료용기및자석교반기로구성되어있다. 1) 전위차계이온전극과비교전극간에발생하는전위차를 mv 단위까지읽을수있는고압력저항 ( 10 12 Ω 이상 ) 의전위차계로서 ph - mv계, 이온전극용전위차계또는이온농도계등을사용한다. 2) 이온전극 분석대상이온에대한고도의선택성이있고이온농도에비례하여전위를발생할수있는전극이어야한다. 3) 비교전극이온전극과조합하여이온농도에대응하는전위차를나타낼수있는것으로서표준전위가안정된전극이필요하다. 일반적으로내부전극으로서염화제일수은전극 ( 칼로멜전극 ) 또는은-염화은전극이많이사용된다. 4) 자석교반기 회전에의하여열이발생하여액온에변화가일어나서는안되며, 회전속도가일정하게유지될수있는것이어야한다. - 53 -
다. 운용방법이온전극의종류나구조에따라서사용가능한 ph의범위가있기때문에선택시유의하도록한다. 측정용액의온도가 10 상승하면전위기울기는 1가이온이약 2 mv, 2가이온이약 1 mv 변화하므로검량선작성시의표준액의온도와시료용액의온도는항상같도록한다. 시료용액의교반은이온전극의전극범위, 응답속도, 정량한계값에영향을미치므로측정에방해되지않는범위내에서일정한속도로교반해야한다. 시료중에방해이온이존재할경우에는적당한방법으로제거하거나 ph 및이온강도를조절하여시료용액으로한다. - 먼저각각농도가다른표준액을단계적으로조제하여이온강도조절용액을첨가하고적당량의비커에옮긴다. - 이온전극과비교전극을물로깨끗이씻은후수분을제거하고전위차계에연결한다. - 이온전극과비교전극을표준액이담긴비커에침적시키고교반하면서전위를측정하여안정될때의값을읽는다. - 같은방법으로낮은농도부터높은농도의순서로표준액의전위차를측정하고편대수그래프지 (semilog 그래프지 ) 의대수축에표준액의농도를, 균등축에전위차를플로트하여검량선을적정한다. - 다음에준비된시료에대하여같은방법으로전위차를측정하고작성된검량선으로부터이온농도 ( mg /L) 를산출한다. 기기사용법은각제조사에서공급하는운전메뉴얼을완전이해한후기기를운영토록한다. 기타분석에대한자세한사항은환경부홈페이지 법령 고시 수질환경공정시험법을참조한다. - 54 -
6. 자동원소분석기 (Automatic Elemental Analyzer) 가. 원리및적용범위유기화합물중에포함되어있는 C, H, O, N, S를정성, 정량분석하는장치로서고온에서시료를연소시키는과정에서산화된시료는반응관에서환원되고 GC 칼럼을통과하면서이동속도에따라분리되고 TCD에서탄소를비롯한주요원소가검출되는방식으로작동한다. 가축분뇨성분분석실험에서는퇴비나분뇨중의원소 (C, H, O, N, S) 를자동으로분석하는데이용된다. 이방법은가축분뇨액을그대로분석하거나시료를건조시켜분쇄한후용액화하지않은상태로분석할수있다는장점이있다. 나. 주요구성부 본기기는시료주입부, 산화부, 검출부, 지시부등으로구성되어있다. 1) 시료주입부 분석기에시료를도입시키는부분으로서액상가축분뇨시료는원상태로고상가축분뇨시료는건조분말형태로기기에도입할수있다 2) 산화부 시료를고온으로산화시키는부분으로이부분에서시료가산화되어검출부로도입되어진다. 3) 검출부 산화부에서도입된가스를검출하여목적성분을분리해내는부분이다 4) 지시부 기기에서계산된분석결과를분석자에게시각적으로보여주거나저장하는부분이다 - 55 -
다. 운용방법시료분석회수가많아짐에따라환원컬럼이나기타부위의성능에영향을미칠수있으므로정해진분석회수에도달하기전에교체대상부분의소모성부품에대한점검을하도록한다. 기기사용방법은각제조사에서공급하는운전메뉴얼을완전히이해한후기기를운영토록한다. - 56 -
7. 총유기탄소분석기 (Total Organic Carbon Analyzer) 가. 원리및적용범위 TOC란수중에서유기적으로결합된탄소의합을의미하는것으로서총탄소중에서탄산염, 중탄산염, 용존이산화탄소등무기적으로결합된탄소의합을제한값을의미한다. 총유기탄소분석기는시료에포함된총유기탄소를정량하는기기로서유기탄소를이산화탄소로산화하는방법을이용하여분석한다. 산화방법에따라고온연소산화방법과자외선-과황산산화방법의두가지방법이있다. 고온연소산화방법은시료를산화코발트, 백금, 크롬산바륨과같은산화성촉매로충전된고온반응기에서연소시켜시료중의탄소를이산화탄소로전환하여검출부로운반한다. 자외선-과황산산화방법은시료에과황산염을넣어자외선존재하에서산화시켜시료중의유기탄소를이산화탄소로전환하여검출부로운반한다. 본기기는시료중의총유기탄소를분석하는기기로서가축분뇨시료분석분야에서는그이용빈도가높은편에속하지않는다. 나. 주요구성부 본기기는산화부, 검출부, 지시부등으로구성되어있다 1) 산화부 유기탄소를이산화탄소로산화하는방법으로는고온연소산화방법과자외선 - 과황산산화방법의두가지방법이있다. 2) 검출부검출부는비분산적외선분광분석법 (NDIR : Non-Dispersive Infrared), 전기량적정법 (Coulometric Titration Method) 및전도도법 (Conductometry) 또는이와동등한검출방법으로측정한다. 기기사용방법은각제조사에서공급하는운전메뉴얼을완전이해한후기기를운영토록한다. 기타분석에대한자세한사항은환경부홈페이지 법령 고시 수질환경공정시험법을참조한다. - 57 -
제 4 장항목별시험방법 본장에서는현재각급실험실에서운용되어지고있는다양한분석항목중에서가축분뇨성분분석과관련된수질및고형성분에대한분석항목만을대상으로선별하여수록하였다. 대부분의분석실험은온도의영향을받는다. 따라서가축분뇨분석실험역시상온조건에서실시할수있도록한다. 온도는아래그림과같이구분되다. 온도대에따른구분기준 온도구분에있어표준온도는 0, 상온은 15~25, 실온은 1~35 로하며, 찬곳은따로규정이없는한 0~15 의곳을뜻한다. 온수는 60~70, 열수는약 100, 냉수는 15 이하로한다. 수욕상 ( 水欲上 ) 또는물중탕중에서가열한다 라함은따로규정이없는한수온 100 에서가열함을뜻하고약 100 의증기욕을쓸수있다실험실에서가장많이쓰이는실험재료는증류수이다. 시약및용액의제조등제반작업에증류수는필수적이다. 실험용액제조에서특별한정의없이물이라하면증류수를의미한다. 증류수는일반증류방법을이용한 1차증류수와이온교환수지등을통과시켜만든탈염수가있다. 표준액및정밀분석을위한용액제조시에는순수도가높은증류수를사용하도록한다. 증류수는제조된직후에는 ph가대략 6.6~6.8 정도이나오래방치하면공기중의탄산가스가용해되어들어가 ph가 5.7정도까지떨어지게된다. 이런경우가열을하면용해된탄산가스가제거되어지므로 ph가다시상승하게된다. - 58 -
제 1 항. 온 도 (Temperature) 가축분뇨와관련된온도측정분야는기온과수온그리고퇴비단내 외부의온도측정이있다. 기온은퇴비, 액비, 정화등의처리효율에간접적인영향을미치는항목이고수온이나퇴비단의온도는분뇨처리효율과직접적으로연관된다. 온도는현장에서즉시측정하여그결과를기록하도록한다. 1. 기온기온은퇴비, 액비, 정화등의처리효율에간접적인영향을미치는요인이다. 수처리의경우기온이낮아지면활성오니미생물의활력이낮아져서처리효율이낮아지게되고퇴비나액비역시온도가처리효율에영향을미치게된다. 가. 측정방법 직접측정법 : 온도계를정해진위치에비치하여두고온도계의눈금을직접읽는다. 나. 측정기구 KS B 5316 유리제수은막대온도계 ( 담금선붙이 50 또는 100 ) 를사용한다. 다. 측정요령채수현장에서직사광선이나주위의복사열의영향을받지않고통풍이잘되는지상 1 m 정도의위치에서일정온도가유지되도록충분한시간이경과한다음온도계의눈금을직접읽는다. 2. 수온 ( 액비, 수처리 ) 수온은수중의용존산소량및수처리효율과직접적인관계가있다. 채수때의수온은실험실에옮긴후시험할때의수온과큰차이가있을수있으며, 채수때녹아있던성분등이수온의변화에따라이화학적변화를일으킬수있다. 수온은현장에서즉시측정하는항목이다. 실험실에서분석을할경우에도시료의수온은 ph나전기전도도, 용존산소농도등의측정결과에큰영향을 - 59 -
미친다. 가. 측정방법 직접측정법 : 온도계를정해진위치에비치하고온도계의눈금을직접읽는다. 나. 측정기구 KS B 5316 유리제수은막대온도계 ( 담금선붙이 50 또는 100 ) 를사용하여직접측정한다. 다. 측정요령 온도계를측정하고자하는수중에직접담근상태에서일정온도가유지되도록시간이경과한다음온도계의눈금을직접읽는다. 3. 고상분뇨 ( 발효과정또는퇴비단 ) 온도측정발효과정에있는고상분뇨또는퇴비단의온도는퇴비의발효진행상황을나타내는직접적지표이다. 퇴비단의온도가상승하거나높은온도를유지하는경우는퇴비화가진행되는과정에있다는것을의미하며퇴비화가마무리되는단계에접어들면온도가낮아지게된다. 퇴비화시유기물의분해과정에는아래와같이미생물이작용하게되므로퇴비화에있어온도는매우중요한요소이다. 유기물 + O 2 + 미생물 CO 2 + H 2 O + 에너지 ( 호흡반응 ) 유기물 + O 2 NH 3 + 미생물 + CO 2 + H 2 O + 에너지 ( 합성반응 ) 가. 측정방법 직접측정법 : 온도계를정해진위치에비치하고온도계의눈금을직접읽는다. 나. 측정기구 KS B 5316 유리제수은막대온도계 ( 담금선붙이 50 또는 100 ) 를사용하여직접측정한다. 발효과정중에있는소량의고상시료에온도계를직접 - 60 -
설치하여온도를잴수있으나퇴비단의경우그높이가 2~3 m에이를정도로부피가큰경우가있으므로일반 KS B 5316 유리제수은막대온도계로는측정을할수없는경우가있다. 이런경우에는아래그림에서보여지는바이메탈온도계를사용할수있는데퇴비온도측정용으로탐침길이가 2 m에이르는제품이있으므로이제품을사용하여퇴비단의온도를측정할수있다. 바이메탈온도계 다. 측정요령온도계를측정하고자하는고상시료에직접설치한상태에서일정온도가유지되도록시간이경과한다음온도계의눈금을직접읽는다. 부피가큰퇴비단의경우표면과표면하그리고퇴비단중간부위퇴비단심부등퇴비단온도측정목적에따른측정부위를선택하여바이메탈온도계탐침선단부위를측정위치에꽂아서고정하고측정온도가안정될때까지기다린후온도를읽는다. 이때측정부위는시료채취때와마찬가지로여러부분을선정하여측정함으로써측정치가퇴비단전체의온도를대표할수있도록한다. AOAC에서규정하는시료채취위치는아래의그림과같다. 따라서퇴비단에온도계를설치하는위치는아래의그림을참고할수있다. - 61 -
퇴비단온도측정지점 - 62 -
제 2 항. 수소이온농도 (ph) 가축분뇨성분분석과관련하여 ph 측정값은매우광범위하게활용되어진다. 퇴비, 액비, 수처리분야의처리효율과 ph는매우밀접한상관관계를가지고있기때문이다. ph는시료의상태및보관방법보존기간에따라그변이가심하므로실험목적에따라최단시간내에측정하도록한다. ph는용액의산또는알칼리상태의세기를나타내는지표로서수소이온농도를그역수의상용대수값으로나타낸것이다. 1. 액체시료의 ph 측정산도와알칼리도의척도인 ph는포화칼로멜 ( 감홍 ) 유리전극의전위변화에의해서결정된다. 대부분의자연수중의 ph는 4에서 9사이이다. 액비시료의경우폭기하게되면용해되어있던 CO 2 가날아가게되므로 ph가상승한다. 가. 측정방법 ph 미터는다음조작법에따라임의의한종류가 ph 표준액에대하여검출부를물로잘씻은다음 5 회되풀이하여 ph를측정했을때그재현성이 ±0.05 이내의것을쓴다. ph 표준액의조제에사용되는물은정제수를증류하여그유출액을 15분이상끓여서이산화탄소를날려보내고산화칼슘 ( 생석회 ) 흡수관을달아식힌다음사용한다. 조제한 ph 표준액은경질유리병또는폴리에틸렌병에보관하며, 보통산성표준액은 3개월, 염기성표준액은산화칼슘 ( 생석회 ) 흡수관을부착하여 1개월이내에사용한다. 1) ph 표준액의조제가 ) 수산염표준액 (0.05M) 테트라수산칼륨 (ph 측정용 ) 을가루로하여건조용기 ( 실리카겔 ) 에서건조한다음 12.71 g을정확하게달아물을넣어정확히 1 L로한다. 나 ) 프탈산염표준액 (0.05M) 프탈산수소칼륨 (ph 측정용 ) 을가루로하여 110 에서항량이될때까지건조한다음 10.21 g을정확하게달아물을넣어녹여정확히 1 L로한다. 다 ) 인산염표준액 (0.025M) - 63 -
인산이수소칼륨 (ph 측정용 ) 및무수인산일수소나트륨 (ph 측정용 ) 을가루로하여 110 에서항량이될때까지건조한다음인산이수소칼륨 3.40 g 및무수인산일수소나트륨 3.55 g을정확하게달아물에녹여정확히 1 L 로한다. 라 ) 붕산염표준액 (0.01M) 붕산나트륨 (ph 측정용 ) 을건조용기 ( 물로적신브롬화나트륨 ) 중에넣어항량으로한다음 3.81 g을정확하게달아물을넣어녹여정확히 1 L로한다. 마 ) 탄산염표준액 (0.025M) 테시케이터 ( 실리카겔 ) 에서항량이될때까지건조한탄산수소나트륨 (ph 측정용 ) 2.10 g과 500~650 에서항량이될때까지건조한무수탄산나트륨 (ph 측정용 ) 2.65 g을정확하게달아물을넣어녹여정확히 1 L로한다. 바 ) 수산화칼슘표준액 (0.02M, 25 포화용액 ) 수산화칼슘 (ph 측정용 ) 을가루로하여 5 g을플라스크에넣고물 1 L를넣어잘흔들어섞어 23~27 에서충분히포화시켜그온도에서상층액을여과하여투명한여액을쓴다. 2) ph 표준액의온도보정 ph 표준액에대한각온도에서의 ph 값을다음표에표시하였다. 이표에없는온도의 ph 값은표의값에서내삽법으로구한다. 온도별표준액의 ph 값 온 도 수산염프탈산염인산염붕산염탄산염수산화칼슘표준액표준액표준액표준액표준액표준액 0 1.67 4.01 6.98 9.46 10.32 13.43 5 1.67 4.01 6.95 9.39 10.25 13.21 10 1.67 4.00 6.92 9.33 10.18 13.00 15 1.67 4.00 6.90 9.27 10.12 12.81 20 1.68 4.00 6.88 9.22 10.07 12.63 25 1.68 4.01 6.86 9.18 10.02 12.45 30 1.69 4.01 6.85 9.14 9.97 12.30 35 1.69 4.02 6.84 9.10 9.93 12.14 40 1.70 4.03 6.84 9.07-11.99 50 1.71 4.06 6.83 9.01-11.70 60 1.73 4.10 6.84 8.96-11.45-64 -
나. 측정기구 ph 측정기, ph 표준액 다. 측정요령측정되는 ph 값은온도에따라달라지므로시료의온도는 ph 표준액의온도와동일한것이좋다. 그이유는 ph측정기를캘리브레이션할때표준액의온도대에서 ph측정기의측정수치가결정되어졌기때문이다. 최근의기기는온도자동보정기능이있으므로측정의정확도가높다. ph측정기의운용방법은아래에나타난바와같다. 1) 유리전극은미리물에수시간이상담궈둔다. 2) ph 미터는전원을넣어 5 분이상경과후에쓴다. 3) 검출부를물로잘씻고부착한물에거름종이등으로가볍게닦아낸다. 4) 온도보상용꼭지가있는것은 ph 표준액의온도와같게맞추고검출부를시료의 ph 값에가까운표준액에담궈 2 분이상된후 ph 미터의 ph가표준액의 ph 값이되도록영점조절용꼭지를조절한다. 5) 두점에서조절을한경우에는보통인산염 ph 표준액과시료용액의 ph 값에가까운 ph 표준액을써서앞의조작에따라조작한다. 6) 검출부를물로잘씻고부착한물을거름종이등으로가볍게닦아낸다음시료용액에담궈측정값을읽는다. 2. 고상시료 ( 퇴비, 토양등 ) 의 ph 측정퇴비는높은수준의유기물함량을지닌시료이다. 비료공정규격에서도퇴비의유기물함량을 25% 이상 (1급그린퇴비는 40% 이상 ) 으로규정하고있다. 본분석방법은 17% 이상의유기탄소를함유한유기토양의 ph 측정에적용할수있는방법이다. 가. 측정방법건조된분석대상토양을물과혼합 (1+4) 한후액체분석방법과동일하게측정한다. 여기서 (1+4) 의의미는토양 1 단위와물 4 단위를혼합하는것을의미한다. - 65 -
액체시약의농도에있어서예를들어염산 (1+2) 이라고되어있을때에는염산 1 ml와물 2 ml를혼합하여조제한것을말한다. 액의농도를 (1 10), (1 100) 또는 (1 1000) 등으로표시하는것은고체성분에있어서는 1 g, 액체성분에있어서는 1 ml를용매에녹여전체량을 10 ml, 100 ml 또는 1000 ml로하는비율을표시한것이다. 나. 측정기구 1) ph 미터 - 유리전극 ( 지시용, 비교용 ) 이나복합전극을갖춘것 2) 자동피펫 - 20 ml까지정확히취급가능한것 3) 교반기 - 유리막대또는 1,500 rpm의간이기계식교반기. 손잡이에모터가설치된짧고약간의유연성이있는플라스틱또는유리교반기도사용가능하다. 4) 유리도구 - 28 g 용량의종이컵또는 50 ml 용량의비커 다. 시약 1) 물- 증류수또는탈염수 2) 표준버퍼액 - ph 4.00, 7.00, 10.00의버퍼액. 산성토양측정을위해서는 ph 4.00과 7.00 용액을사용하고, 알카리성토양분석용으로는 7.00과 10.00의것을사용한다. 라. 캘리브레이션 ph 미터를적절하게세팅하기위해서는실험용샘플의형태에따라 2 가지의표준버퍼액을사용하여 ph 미터를보정한다. 첫번째표준용액을이용하여보정한후에두번째보정용액의 ph 값이 0.05 이상의오차를보이면기기제조사의지침서를참고한다. 마. 표준토양준비 시료토양의 ph 측정범위를포함하는값을가진 3 가지의풍건표준토양을이용한다. 이때이 3가지의풍건토양의 ph는미리알고있는것이라야한다. 종이컵에 5 g의원시료토양또는풍건토양을달아넣는다. 자동피펫을이용하여 20 ml의물을가한다. - 66 -
유리막대나기계식교반기를이용하여잘섞은후토양과물의현탁액을 30 분간방치한다. 사 ( 정량 ) 항에표기된절차에따라서각표준품의 ph를측정한다. ph 값은알고있는값의범위에서 ±0.1 ph의오차범위내에들어야한다. ph 값이이범위를벗어날경우에는기기를재보정하고표준토양의 ph를다시점검해본다. 기기재보정은기기공급자가제시한기준을준수하여수행토록한다. 기기가허용범위내로재보정되지않을경우에는전극을교체토록한다. 모든표준토양의 ph 값이알고있는토양의 ph 값 0.1pH 단위보다낮거나높으면비교전극을점검해본다. 시험용시료를분석하기직전에표준토양의 ph분석을재시행한다. 바. 시험용현탁물의제조 30 에서건조된토양을 2 mm 체에통과시키고잘섞는다 ( 주. 많은유기토양은건조되었을경우소수성을띠게되고습윤화되는데에많은시간을필요로한다 ). 종이컵에 5 g의건조토양시료를칭량하여넣는다 ( 주. 잘보정된토양의양은칭량을대신할수있다 ). 자동피펫을이용하여 20 ml의물을가한다. 기계식교반기를이용하여잘섞는다. ph 측정전에토양과물의현탁액을 30분간방치한다. 사. 측정 ph 분석은 20~25 에서수행한다. 분석전에유리막대나기계식교반기를이용하여바항에서제조한시험용현탁액을교반한다. 토양과물의현탁액을 30분간방치한다. 라항의순서에따라보정된 ph미터의전극을시료용기속에넣고토양과물의현탁액을서서히저어준다 ( 주. 비교전극과유리전극의위치와비교전극으로부터의흐름의비율은 ph 값에영향을미칠수있으므로전극의배치는제조사의기준에따른다. 30~60초뒤에 0.1단위까지 ph값을읽는다. 토양과물의현탁액으로부터전극을제거하고서물로씻어주고필터페이퍼 - 67 -
로여분의물을닦는다. ph전극의보관과관리는제조사의지침을따른다. 3. 염류토양의 ph 측정 대부분의작물생육에영향을미칠수있는다량의치환성염기와용해성염류를함유한염기토양의 ph 측정에적용할수있는방법이다. 가. 원리포화상태의반죽이될때까지풍건상태의토양에물을가하고서 ph를측정한다. 염류흡착비율 (SAR) 을결정하기위해서염류분석은반죽으로부터의포화추출물을대상으로실시한다. 나. 기구 1) ph 미터 : 유리전극 ( 지시용, 비교용 ) 이나복합전극을갖춘것 2) 유리도구 : 20~250 g 용량의종이컵또는 50~400 ml 용량의비커 다. 시약 1) 물 : 증류수또는탈염수 2) 표준버퍼액 : ph 4.00, 7.00, 10.00의버퍼액. 산성토양측정을위해서는 ph 4.00과 7.00 용액을사용하고알카리성토양분석용으로는 7.00과 10.00의것을사용한다. 라. 캘리브레이션 ph 미터를적절하게세팅하기위해서는실험용샘플의형태에따라 2 가지의표준버퍼액을사용하여 ph 미터를보정한다. 첫번째표준용액을이용하여보정한후에두번째보정용액의 ph 값이 0.05 이상의오차를보이면기기제조사의지침서를참고한다. 마. 표준토양준비 시료토양의 ph 측정범위를포함하는값을가진 3 가지의풍건표준토양을이용한다. 이때이 3가지의풍건토양의 ph는미리알고있는것이라야 - 68 -
한다. 종이컵이나유리비커에풍건토양 50~250 g을달아넣는다 ( 주. ph 만을측정할때에는적은양의토양을사용하지만다른항목까지분석하기위한충분한양의포화추출물을얻기위해서는많은양의토양을사용하라 ). 약주걱으로저으면서증류수또는탈염수를가한다 ( 주. 잘보정된토양의양은칭량을대신할수있다 ). 포화상태의반죽을얻기위해서는함유하고있는수분의양을알고있는토양을충분하게섞는다. 토양중의수분함량은토양조직이나점토광물질그리고유기물질의양에따라 25~100 % 수준까지다양하게나타난다. 토양반죽을제자리에정렬하기위해서용기를작업대에부드럽게두드린다. 포화된토양반죽의표면은반짝거릴것이다반면에흐르는물은존재하지않을것이다 ( 주. 포화된토양반죽은약주걱을수직으로하였을때부드럽고깨끗하게미끄러질것이다. 포화되었을때토양을약주걱으로분리하면서서히서로같이흐를것이다 ). 포화상태의반죽을얻을필요가있을때에는더많은물을가한다. 물의양이과도하게많을경우에는소량의토양을가하고서저은다음에용기를다시두드린다. 적절한양의수분함량이얻어질때까지물이나토양을가한다. 시계접시로용기를덮은다음에 1~4시간동안방치한다. 약한시간뒤에일부고점토토양에서는점토의내부간극이물로포화되므로더많은양의물의첨가를필요로할수도있다. 포화된후에토양반죽을방치하여둔다. 각표준품의 ph를사항에표기된절차에따라측정한다. ph 값은알고있는값의범위에서 ±0.1pH 값의오차범위내에들어야한다. 기기가허용범위내로재보정되지않을경우에는전극을교체토록한다. ph 값이이범위를벗어날경우기기를재보정하고표준토양의 ph를다시점검해본다. 기기재보정은기기공급자가제시한기준을준수하여수행토록한다. 기기가허용범위내로재보정되지않을경우에는전극을교체토록한다. 시험용시료를분석하기직전에표준토양의 ph분석을재시행한다. - 69 -
바. 시험용현탁물의제조 상대습도와토양특성에따라 20~40 에서 1~4일간토양을풍건한다. 풍건토양이 2 mm 체를통과할수있도록분쇄하고잘섞는다. 종이컵이나유리비커에풍건토양 50~250 g을달아넣는다 ( 주. ph 만을측정할때에는적은양의토양을사용하지만다른항목까지분석하기위한충분한양의포화추출물을얻기위해서는많은양의토양을사용하라 ). 약주걱으로저으면서증류수또는탈염수를가한다 ( 주. 잘보정된토양의양은칭량을대신할수있다 ). 포화상태의반죽을얻기위해서는함유하고있는수분의양을알고있는토양을충분하게섞는다. 토양중의수분함량은토양조직이나점토광물질그리고유기물질의양에따라 25~100 % 수준까지다양하게나타난다. 토양반죽을제자리에정렬하기위해서용기를작업대에부드럽게두드린다. 포화된토양반죽의표면은반짝거릴것이다반면에흐르는물은존재하지않을것이다 ( 주. 포화된토양반죽은약주걱을수직으로하였을때부드럽고깨끗하게미끄러질것이다. 포화되었을때토양을약주걱으로분리하면서서히서로같이흐를것이다 ). 포화상태의반죽을얻을필요가있을때에는더많은물을가한다. 물의양이과도하게많을경우에는소량의토양을가하고서저은다음에용기를다시두드린다. 적절한양의수분함량이얻어질때까지물이나토양을가한다. 시계접시로용기를덮은다음에 1~4시간동안방치한다. 약한시간뒤에일부고점토토양에서는점토의내부간극이물로포화되므로더많은양의물의첨가를필요로할수도있다. 포화된후에토양반죽을방치하여둔다. 각표준품의 ph를사항에표기된절차에따라측정한다. ph 값은알고있는값의범위에서 ±0.1pH 값의오차범위내에들어야한다. 기기가허용범위내로재보정되지않을경우에는전극을교체토록한다. ph 값이이범위를벗어날경우기기를재보정하고표준토양의 ph를다시점검해본다. 기기재보정은기기공급자가제시한기준을준수하여수행토록한다. 기기가허용범위내로재보정되지않을경우에는전극을교체토록한다. 시험용시료를분석하기직전에표준토양의 ph분석을재시행한다. - 70 -
사. 측정 20~25 에서 ph 분석을수행한다. 라항에서제시한바에따라보정이완료된 ph미터의전극을토양반죽이담겨진용기의거의바닥부분까지넣는다. 공기방울을제거하고토양반죽과전극이잘접촉되게하기위해서용기를부드럽게회전식으로흔들어준다. 토양반죽의 ph를측정하는동안에는용기에손을대서는안된다. 30~60초뒤에 0.1 ph단위까지 ph값을읽는다. 토양반죽으로부터전극들을제거하고서물로씻어준다음에필터페이퍼로여분의물을닦는다. ph전극의보관과관리는제조사의지침을따른다. - 71 -
제 3 항. 전기전도도 (EC) 전도도는수용액의전류전도성의능력을측정하는것이다. 이능력은이온의존재에의존한다. 전기전도도는용액이전류를운반할수있는정도를말하며, 용액중의이온세기를신속하게평가할수있는항목으로서전기저항의역수 ohm -1 또는 mho로나타내나현재는국제적으로 S(Siemens) 단위가통용되고있다. 대부분의무기화합물의용액은상대적으로훌륭한전도체이다. 반대로수용액중에서해리되지않는유기화합물분자의전도도는매우낮다. 증류수는일반적으로 0.5~3 μmhos/cm값을가진다. 전도도는공기중또는물운반용기에접촉하였을경우곧증가하는경향을보인다. 1. 측정방법가 ) 기구 1) 전도도계 - Self contained, Wheatstone bridge type, ±1% 단위까지판독이가능한것. 2) 비전도도셀 - 예상되는비전도도에따라 500~10,000 Ω 사이의저항값을가진셀중에서적당한셀을선택한다. - 셀상수는낮은전도도 (100 μmhos 이하 ) 에서는 0.1, 중간정도의전도도에서는 1, 높은정도의전도도에서는 10정도가될것이다. 셀자수 ( cm -1 ) 0.01 0.10 1 10 50 측정범위 ( μs/ cm ) 20이하 1~20 10~2,000 100~20,000 1,000~200,000 * 0.01 M과 0.001 M - 염화칼륨용액을각각사용하여같은방법으로셀상수를산출한결과그값이 ±1 % 이내로들지않을경우에는백금전극을재도금하여사용한다. - 측정하기전에새전극을크롬산세정액으로세척하고새전극을백금도금 - 72 -
을한다. - 측정값에오차가생기거나백금도금이벗겨진곳이있으면재세척하거나백금도금을한다. * 백금도금방법백금도금은두전극을함께 1.5 V 건전지의음극에연결하고물 100 ml 에염화백금산 1 g과 12 mg의 pb(ch 3 COO 2 ) 를녹인용액에담근다. 양극을백금철사조각에연결하고용액에담근다. 소량의개스만이발생하도록흐름을조절한다. 두전극이코팅되면전기분해를멈춘다. 용액은다음작업에사용될수있도록저장될수있다. * 백금전극의재도금방법 ( 가 ) 염산 (1+11) 용액중에서백금흑전극을양극으로하고전해하여백금흑을벗겨낸다음 ( 나 ) 염화백금산 (3 W/V%) 과초산납 (0.025 W/V%) 의혼합전해액중에백금전극을담그고직류에서전류밀도 1~4 ma/ cm2로하여적당한방법으로전해액을교반하면서 1.5~3.0 / cm2으로통전하고 ( 다 ) 황산 (1+360) 용액중에서약 30 분간가끔전류의방향을바꾸면서통전하여부착된염화백금산이나염소를제거하고증류수로세척한다.) - 전극을완전히세척하고사용하지않을때는물에담궈둔다. 나 ) 측정비전도도가온도에따라 2 % 정도변화할수있기때문에정량하는동안에는온도를일정하게유지하여야한다. 가능한한 25 에서정량하도록하고그렇지못할경우에는실온근처에서하도록한다. 정량시온도범위가 20~30 사이를벗어나지않도록한다. 4개의염화칼륨표준용액튜브를설치하고 2개씩의시료튜브를워터베스에 30분간정치시킨다. 3개튜브의연화칼륨용액으로전극을세척한후 4번튜브용액의저항값을측정한다. 시료튜브 1개로전극을완전히세척한후시료튜브 2의저항값을측정한다. 10 가넘는수준의온도변화가없는한염화칼륨용액의측정을반복할필요는없다. 시료의전도도가펙터 5이상의차이가나는경우에는 2개튜브의시료로헹궈서그현상을제거하고세번째튜브로측정을한다. - 73 -
다 ) 계산전극 ( 셀 ) 상수 C를계산한다. μmhos/cm= R kcl 0.001413...(25 의경우 ). 25 에서시료의비전도도의경우는 C/R s μmhos/cm. μmhos/cm단위의값을얻기위해서는 10 6 을곱한다. 온도가정확히 25 가아닐경우에는 R kcl 과 R s 값을같은온도에서구한다음에 1413 R kcl /R s 식으로 μmhos/cm을구한다. * 전도도표준액의조제 염화칼륨분말로된염화칼륨 (KCl) 을 105 에서 2 시간건조한다음건조용기에서방냉한다. 0.01M - 염화칼륨용액염화칼륨 0.7456 g을 25 의물 (2 μs/ cm이하 ) 에녹여 1,000 ml로한다. 이액의 25 에서의전기전도도값은 1,409μS/ cm이다. 이용액은폴리에틸렌병또는경질유리병에서밀봉하여보존한다. 0.001M - 염화칼륨용액 0.01M - 염화칼륨용액 100 ml를정확히취하여 1,000 ml 메스플라스크에넣고 25 의물 (2 μs/ cm이하 ) 을넣어눈금까지채운다. 이액의 25 에서의전기전도도값은 147 μs/ cm이다. 이용액은폴리에틸렌병또는경질유리병에밀봉하여보존한다. - 74 -
제 4 항. 양이온치환용량 (Cation Exchange Capacity) 가 ) 시약 1 1 N-초산암모늄용액 : 암모니아수 68 ml와초산 (Acetic acid) 57 ml를혼합하고증류수로 1,000 ml가되게만든다. (ph 7로조정 ) 2 80 % 에탄올 (Ethanol) 3 4 % 붕산용액 (Boric acid) : 조단백질정량과동일 4 산화마그네슘 (Magnesium Oxide) 5 0.1 N-염산용액 나 ) 방법컬럼 (Column) 하부를탈지면으로막고 No. 5A 여과지 ( 작게자른것 ) 를 1 cm정도깔고 1 N-초산암모늄용액을가하여기포를제거한다음시료 2 g을넣고 1 N-초산암모늄용액 150 ml가 6~12시간에유출되도록마개를조정한다. 이액의유출이끝나면 80 % 에탄올 150 ml를가하고위와같은방법으로유출시키면서초산암모늄을제거하고시료와여과지를증류플라스크에씻어넣은다음산화마그네슘 5 g과증류수 300 ml를가하고수기 ( 受器 ) 에 4 % 붕산용액 50 ml를넣고조단백질때와같은방법으로증류한다음 0.1 N-염산용액으로적정한다. 동시에공시험도행한다. 다 ) 계산양이온치환용량 (meq/100 g) = (T-B)/S N F 100 T : 시료 0.1N - 염산적정치 (ml) B : 공시험에대한 0.1 N - 염산적정치 (ml) N : 염산의규정농도 F : 0.1N - 염산의 factor S : 시료무게 (g) - 75 -
제 5 항. 색도 (Color) 색도는백금코발트용액과함께파장 450 ~ 460 nm사이에서분광광도법에의해결정되어진다. 분광광도법의해당파장에서빛의흡수또는산란을일으킬수있는콜로이드성물질이나부유성입자들이존재할경우간섭현상을일으킨다. 색도가법적규제사항은아니지만색도측정은심미적사유로인해이루어진다. 1. 측정방법 (APHA, (STANDARD METHODS, 21st Editions) 가 ) 기구 1) 스펙트로포토미터 : 100 mm층장을가진흡수셀, 협대역의흡수선 (10 nm 이하 ) 을지니며그리고 400~ 700 nm 파장범위에서효과적으로작동할수있는장치. 2) 필터 : 0.45 μm직경의공극을가진 22 mm 또는 47 mm의직경의셀룰로스막여과장치. 유리섬유여지도사용가능하다. 사용하기전에여지를세척하고필터의공극을조사한다. 망간이나철산화물또는기타콜로이드성물질을제거하기위해서는 0.2 또는 0.22 μm의여과지또는한외여과장치를사용하는경우도있다. 선택한필터를장착하기위해서유리, TFE(tetra fluoro ethylene) 또는스테인리스스틸재질의결합장치를사용한다. 나 ) 측정 1) 시료준비 : 실온상태에서두개의 50 ml 시료를준비한다. 한개는원래상태의 ph에서다른한개는황산이나수산화나트륨을이용하여 ph를 7로조절한다. 이때첨가정도는원시료량의부피변화가 3 % 를초과하지않도록조절한다. ph변화에따라시료의색깔이변하기때문에표준 ph가필요하다. 색도를결정하기전에시료중의입자성물질을제거한다. ( 시료의 ph를체크한다. 시료의 ph가 4에서 10의범위를벗어나있는경우시료의 ph를 7로조정하고기록하여둔다. 진정색도를측정할필요가있는경우에는필터를통하여최소 50 ml의물을통과시키는방법으로막여과지와결합장치를세척한다. 대략 25 ml의시료를여과한다음여과액을버린 - 76 -
다. 동일한필터에약 50 ml의시료를거른다음분석에사용한다 ). 2) 광전도특성결정 : 1 cm 흡수셀을깨끗하게세척한다. 필터를거친시료액으로 2회헹군다음시료액을채운다. APHA(STANDARD METHODS, 21st Editions) 에기재된아래표상의각각의가시파장값에따라투과값 (% 기준 ) 을결정한다. 색도상관관계표 { 출처 : APHA(STANDARD METHODS, 21st Editions)} - 77 -
정확한측정을위해서별표 (*) 가표기된 10개의세로좌표값을이용하고보다정확한값을위해서는 30개의세로좌표를모두이용한다. 블랭크인증류수의투과값을 100 % 로읽을수있도록기기를세팅하고모든측정이협대역의광역에서할수있도록한다. 다 ). 계산 1) 앞장의그림에도시된표 2120: I 의 X,Y,Z란에표기된파장값에상응하는투과값을표로만든다. 2) 전체각투과값항을구하고 XYZ값을구하기위하여총값과표하단부에표기된적절한팩터값 (10개또는 30개 ) 을곱한다. 값 Y는휘도 % 값이다. 3) 아래의식에따라투광값 XYZ로부터삼 ( 원 ) 색계수 x.y값을구한다 X x = ----------- X+Y+Z Y y = ------------ X+Y+Z 점 x. y를앞장에도시된 2120 : I 표의색도표에위치시키고표로부터우세한파장 (nm) 과순도 (% 단위 ) 를결정한다. 표 2120 : I 의범위에따라서우세한파장값으로부터색도를결정한다. 2. 시험방법 ( 수질오염공정시험법 ) 시료적당량을부유물질시험방법에따라시험한여액을시료용액으로한다. 미리세제를사용하여잘닦고물로잘씻어준층장 10 mm흡수셀을시료용액으로 2 회씻어준다음시료용액을채워흡수셀의표면을깨끗이닦은다음, 물을바탕시험액으로하여 10 분할법의선정파장표의각파장 ( nm ) 에서시료용액의투과율 (%) 을측정한다. 따로색도표준액을 10.0, 20.0, 30.0, 40.0 및 50.0 ml를각각정확히취하여 100 ml 용량플라스크에넣고물을넣어정확히 100 ml씩으로하여시료용액과같은방법으로흡수셀에옮기고물을바탕시험액으로하여 10 분할법의선정파장표의각파장 ( nm ) 에서각농도별색도표준액의투과율 (%) 을측정한다. - 78 -
. 10분할법의선정파장 ( 단위 : nm ) X Y Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 435.5 461.2 544.3 564.1 577.4 588.7 599.6 610.9 624.2 645.9 489.5 515.2 529.8 541.4 551.8 561.9 572.5 584.8 600.8 627.3 422.2 432.0 438.6 444.4 450.1 455.9 462.0 468.7 477.7 495.2 * 77페이지표 2120 : I 참고. 10 분할법의보정계수 X Y Z 0.09806 0.10000 0.11814 가 ) 계산방법 (1) 각파장에서의 X. Y. Z의투과율 ( % ) 을측정하고, X. Y, Z의보정계수를사용하여다음과같이 X. Y. Z의값을구한다. X = 0.09806 X i Y = 0.10000 Y i Z = 0.11814 Z i 이때 X, Y, Z의값을표준액인경우 X R, Y R, Z R 로시료용액의경우는 X S, Y S, Z S 으로표시하고, 다만바탕시험액의값은 X C = 98.06 Y C = 100.00 Z C = 118.14 로일정한값을갖는다. 이들값 X R, Y R, Z R, X S, Y S, Z S. X C, Y C, Z C 로부터표4 X Y Z V X, V Y, - 79 -
V Z 표를사용하여대응하는 V XR, V YR, V ZR, V XS, V YS, V ZS, V XC, V YC, V ZC 값을각각구한다. (2) 다음식에의해각표준액의색차값 ( DE ) 을계산한다. DE = {(0.23 V Y ) 2 + [ (V X -V Y )] 2 + [0.4 (V Y -V Z ) 2 ] 1/2 다만, V Y = V YR - V YC 이므로 (V X -V V ) = (V XR - V YR ) - (V XC - V YC ) (V Y -V Z ) = (V YR - V ZR ) - (V YC - V ZC ) (3) 위식에의해구해진각표준액의색차값 ( DE ) 으로부터각표준액의보정계수 ( Fn ) 를구하고전체평균값을표준액의보정계수 ( F ) 로한다. Fn = (CU)n (b) (DE)n F = (F 1 + F 2 + F 3 + + F n ) / n (CU)n = 표준액의색도 (DE)n = 표준액의색차값 b = 흡수셀의층장 ( cm ) (4) 시료의색차값 ( DE ) 을 와같은방법으로구한다. 다만, V Y = V YS - V YC 이므로 (V X -Y V ) = (V XS - V YS ) - (V XC - V YC ) (V Y -Y Z ) = (V YS - V ZS ) - (V YC - V ZC ) 여기서구하여진시료의색차값 ( DE ) 을사용하여아래식에따라색도값을계산한다. 색도 ( 도 ) = (F)(DE) b F : 표준액의보정계수 DE : 시료의색차값 b : 흡수셀의길이 ( cm ) 비고 1) 시료용액의색도가 250도이하인경우에는흡수셀의층장이 5 cm인것을사용한다. - 80 -
2) 색도를계산할때에는색도계산양식을이용하면편리하다. * 색도계산양식은수질오염공정시헙법참고 - 81 -
제 6 항. 알칼리도 (Alkalinity) 알카리도는산을중화시키는능력의척도로서, 수중에들어있는탄산염류 (CO ) 중탄산염류 (HCO ) 수산화물류 (OH ) 등의알칼리분을이에해당하는탄산칼슘 (CaCO ) 의양으로환산하여 mg/l값으로표시한것을말한다. 자연수의알칼리도는이산화탄소가토양의염기성물질과반응하여다량의중탄산염을형성하기때문에중탄산염이알칼리도의주를이룬다. 가. 측정방법초기 ph가 8.3이상인시료는 2단계로적정한다. 첫단계에서는시료에 Phenolphthalein 지시약 ( 붉은색 ) 을넣은다음산 (H SO ) 을가하여 ph 8.3까지적정하는데이때페놀프탈레인지시약은분홍색에서무색으로변한다. 이때까지의소비된산의양을 CaCO 양으로표시한것을 P 알칼리도라고한다. 두번째단계에서는 Methly orange 지시약 ( 주황색 ) 을넣고산을가하여 ph 4.5까지적정하는데이 ph는메틸오렌지종말점에해당한다. 시료의 ph가 8.3이하일경우는 ph 4.5까지한번적정한다. 나. 도구및시약 1) 도구 ph 미터, 교반기, 삼각플라스크, 비커, 뷰렛, 피펫등 2) 시약 ( 가 ) Sodium carbonate solution(0.05n) Na CO 3~5 g을 250 에서 4시간건조시켜데시케이터에서방냉한후 2.5 ± 0.2 g을 1 L플라스크에취하여증류수를가해전량을 1 L로한다. 이용액은 1주일이내에사용한다. ( 나 ) Standard sulfuric acid, 0.1N 황산 (H SO ) 2.803 ml에증류수를가하여전량이 1 L가되도록한다. Standardization ( 표정 ) 0.05N Na CO 용액 40 ml에증류수 60 ml를가해희석한용액을 1) 의용액으로 ph가 5가될때까지적정한다음산의 Normality를계산한다 (1 ml - 82 -
0.1N Solution = 5.0 mg CaCO ). Normality, N = A : 1L Na CO 용액속의 Na CO 의 g 수 B : 피적정액으로쓰인 Na CO 의 ml C : 적정에소요된산의부피, ml. ( 다 ) Standard sulfuric acid(0.02n) 0.1 N 황산용액 200 ml를증류수로희석하여전량이 1 L가되게한다. Standardization ( 표정 ) 0.05 N Na CO 용액 15 ml에증류수 85 ml를가해희석한용액을위의황산표정과같은방법으로적정하여 Normality를계산한다. 1 ml 0.02N solution = 1.0 mg CaCO ( 라 ) 지시약조제페놀프탈레인지시약 0.1 g의페놀프탈레인에에틸알콜 90 ml를가하고증류수를가하여 100 ml로한다. 메틸오렌지지시약 0.1 g의메틸오렌지를열수 100 ml에녹여냉각한다. 3) 실험방법 ( 가 ) 수산화물알칼리도시료 100 ml를취하여상온에서 ph를측정한다. ( 나 ) 페놀프탈레인알칼리도시료 100 ml에페놀프탈레인지시약 1~2 ml를가하고 0.02 N 황산용액으로페놀프탈레인종말점 (ph 8.3) 까지적정한다. 이때종말점색깔은핑크색에서무색으로변한다. ( 다 ) 총알칼리도 (Total alkalinity) 시료 100 ml에메틸오렌지지시약 1~2 ml를가하고 0.02 N 황산용액으로메틸오렌지종말점 (ph 4.5) 까지적정한다. 이때색은변화황색을띤오렌지색에서적색계열의오렌지색으로변한다. - 83 -
4) 알칼리도계산 ( 가 ) 총알칼리도 (Total alkalinity) 총알칼리도 = mg CaCO /L A : 적정에소요된황산용액의 ml. N : 황산용액의 Normality. - 84 -
제 7 항. 염분 (NaCl) 가축분퇴비나액비를포함한여하한형태로든토양에염분이유입되게되면토양의염류흡착비율 (SAR, Sodium Adsorption Ratio) 에영향을미치게된다. 토양중에염분이과도하게많아지면토양의경도가단단해지고배수성이불량해져서작물생산력에부정적인영향을주게된다. 비료공정규격에서는가축분뇨퇴, 액비가함유할수있는염분 (NaCl) 의최대함량을퇴비에서는 1.0 % 이하 ( 일반퇴비, 1급그린퇴비동일 ) 로정하고액비에서는그최대함량을 0.3% 이하로규정하고있다. 1. 적정법 가 ) 시약의조제 활성탄 (Activated charcoal) 에틸에테르 (Diethyl ether) 질산 (Nitric acid) 황산철암모늄 (Ammonium ferric sulfate) 포화용액 Carrez 용액 Ⅰ : 증류수에 Zinc acetate dihydrate 21.9 g을녹이고여기에 Glacial acetic acid 3 ml를가한후증류수로 100 ml까지희석하여만든다. Carrez 용액Ⅱ : Potassium ferrocyanide 10.6 g을증류수에녹여 100 ml 로만든다. 0.1 N-치오시안산암모늄용액 (Ammonium thiocyanate) 또는 0.1 N-치오시안산칼륨용액 (Potassium thiocyanate) (0.1 N-용액은순수한 KSCN 약 9.7 g을증류수에녹여 1,000 ml로만든다 ) * 표정 : 이미표정한 0.1 N-질산은용액 20 ml를삼각플라스크에취하고진한질산 0.5 ml와 Ammonium ferric sulfate 포화용액을 1 ml 가한다음뷰렛으로부터치오시안칼륨 (KSCN) 표준용액을적하한다. 액이백색에서미홍색으로되는점에서적정을끝낸다. 적정에소요된치오시안산칼륨용액의 ml수가 V ml 라면 0.1N-치오시안산칼륨용액의 F SCN = 20.0 F Ag /V이다. 0.1 N-질산은용액 : 질산은 ( 특급 ) 17.0 g을증류수에녹여 1,000 ml로만 - 85 -
든다. * 표정 : 특급염화칼륨을 100~120 에서 2시간건조하여데시케이터에서방냉하여 3.7 g을정확히취하여증류수에녹여 500 ml로만든다. 염화칼륨의양을 a g이라고하면 0.1N - 염화칼륨용액의역가는 F Cl = a/3.728 이다. 삼각플라스크에 0.1N-염화칼륨기준용액을정확히 20 ml 취하여 1 % 옥살산칼륨용액 5방울을가하고뷰렛에서질산은표준용액을적하하여염화은의침전을함유한황백색액이오렌지색으로되는점을종말점으로한다. 적정에소요된표준용액을 a ml, 사용한염화칼륨기준액을 b ml, 그역가를 F Cl 로하면 0.1N-질산은표준액의역가는 F Ag = F Cl b/a( 여기에서 b = 20이다 ) 나 ) 시료액의조제 유기물이전혀없는시료 10 g미만 (Cl 함량이 3 g미만 ) 의시료를 500 ml 메스플라스크에넣고증류수 ( 약 20 ) 400 ml를가하고믹서 (Mixer) 에서 30분간혼합한다음증류수로표선까지채우고혼합한다음여과한다. 유기물이포함된시료 -시료 5 g을 250 ml 메스플라스크에넣고활성탄 (Activated charcoal) 1 g 을넣는다. - 약 20 의증류수 200 ml까지채우고여과한다. - Carrez용액 Ⅰ을 5 ml 넣어잘혼합하고다시 Carrez용액 Ⅱ를 5 ml 넣는다. - 30분간믹서에서혼합한다음 250 ml까지증류수로채우고여과한다. 다 ) 방법 앞에서얻은용액 25~100 ml(cl 함량이 150 mg이하 ) 에질산 (Nitric acid) 5 ml와포화황산철암모늄 (Ammonium ferric sulfate) 용액 5 ml를넣는다. 여기에과잉의질산은을넣는다. - 86 -
에테르 5 ml 를넣고침전물이응고되도록강하게흔들어준다. 남아있는질산은용액 (10 ml) 을 0.1N-치오시안 (Thiocyanate) 용액으로적갈색이약 1분간지속될때까지적정한다. 라 ) 계산염분 (%) = W/ 시료무게 (g) 1/1000 100 * W : 5.844 (V 1 F Ag - V 2 Fscn) W : 염화나트륨mg V 1 : 0.1N - 질산은용액 ml V 2 : 0.1N - 치오시안산암모늄용액, 또는 0.1N - 치오시안산칼륨용액 ml F Ag : 0.1N - 질산은용액의역가 Fscn : 0.1N - 치오시안산칼슘용액의역가 2. 퀀탑법 (Quantab chloride Titrator) 가. 기구 삼각플라스크, 비이커 나. 시약 퀀탑 (No.1176) 다. 시료액의조제시료 5 g을 300 ml 삼각플라스크에취하고뜨거운증류수 45 ml를가하여잘흔들면서염분을용해시킨후비커에 No. 5A여과지로여과하여시료액으로한다. - 87 -
라측정시료액에퀀탑 (No.1176) 을담그고가운데의색이녹색으로변하면서위로올라가가로줄이완전히변하면반응이끝난것으로보고퀀탑을꺼내어황색으로변한점의눈금을읽어계산하는데염분의농도가높으면시료액을희석하여측정한다. 마. 계 산 눈금을읽은수치를표에서찾아그때의함량에희석배수를곱한다 - 88 -
제 8 항. 수분 (Moisture) 가축은대략 70~80 % 내외의수분함량을가진분을배설한다. 반면에뇨는수분함량이훨씬높다. 슬러리형태의분뇨수거방식을돈사에서배출되는분뇨의수분함량은 95 % 내외정도이다. 이수분함량은겨울철에는다소낮아지고여름철에는높아지는경향이있다. 여름에는가축의음수량이많아지고축사내에서의물사용량이많기때문이다. 가축분퇴비의경우는 50 % 내외의수분을함유한다. 비료공정규격에는퇴비의수분함량을 55 % 이하 (1급그린퇴비의경우 45 % 이하 ) 로규정하고있으며액비의수분함량은 95 % 이상으로규정되어있다. 가. 수분측정 1) 기구 건조기, 데시케이터, 칭량병, 저울 2) 측정방법가 ) 비료중총수분함량 (AOAC) 비료중의총수분함량을분석하기위해 AOAC에규정된방법에의하면아래와같이수분측정을할수있다. 이방법은건조온도에서물이외의휘발성물질이생성되는퇴비에는적용할수없다. 전체시료를분석하기에알맞은양으로감하거나사전에체질작업없이감해진시료 225 g 이상을분쇄한다. 비료물질그리고습윤비료혼합물은 No 20 체나 1 mm 구경의체를통과할수있을정도로분쇄한다. 흐트러지는경향이있는건조혼합물은 No 40 체를통과할수있을정도로분쇄한다. 처리기간동안수분의손실이나흡착을예방하기위해가급적최단시간내에작업을마치도록한다. 잘혼합한후밀폐가잘되는시료병에보관한다. 시료 2 g을약 100 ± 1 의온도로맞추어진오븐에서 5시간동안건조한다. 사용된온도에서감량된비율을수분함량으로한다. - 89 -
나 ) 가루상태의시료 ( 사료공정서 ) 사료공정서에규정된가루상태의시료에대한수분함량분석방법은다음과같다 미리건조하여항량을구한알미늄제칭량병에시료 2~5 g을정확히칭량하여항온건조기로 135 ± 2 로정확히 2시간또는 105~110 에서항량이될때까지건조한다. 데시케이터내에서 30분간방냉한다음무게를달아감량을수분함량으로한다. 수분 (%) 건조전중량 ( 칭량병 + 시료 ) - 건조후중량 ( 칭량병 + 시료 ) 100 시료중량 다 ) 수분이높은시료 ( 사료공정서 ) 미리항량으로한칭량병에일정량의시료를달아 60~80 의건조기내에서 48시간예비건조한다 실험실내상온에서 24일간방치하여원물 ( 풍건물 ) 의수분함량을구한후분쇄한다 다시이분쇄된시료를가루상태의시료와동일한방법으로수분을정량한후다음방식에따라수분함량을구한다. W W 1 + (100 W 1 ) W 2 100 W : 원물의수분함량 (%) W 1 : 예비건조시의감량 (%) W 2 : 풍건물공시품의수분함량 (% - 90 -
라 ) 고형물수분정량 ( 폐기물공정시험법 ) 평량병또는증발접시를미리 105~110 에서 1시간건조시킨다음황산데시케이터안에서방냉하고항량으로무게를정밀히단다 (W 1 ) W 1 에시료적당량을취하여평량병또는증발접시와시료의무게 (W 2 ) 를정밀히단다. 물중탕에서수분을거의날려보내고 105~110 의건조기안에서 4시간건조시킨다음황산데시케이터안에넣어방냉하고항량으로하여무게 (W 3 ) 를정밀히단다. 수분 (%) = (W 2 - W 3 )/(W 2 - W 1 ) 100-91 -
제 9 항. 고형물 (Solids) 고형물은물이나폐수에부유되어있거나녹아있는입자상태의물질을말한다. 통상적으로 103~105 에서건조할때증발잔류물로남는물질을고형물이라한다. 고형물은구분하면다음과같다 총고형물 (TS) : 시료를증발시킨후오븐에서규정된온도로추가건조시킨후용기에잔류하는물질을말한다. 시료를여과시키지않고 103~105 로수분을증발시킨후의잔류물을의미한다. 총고형물은여과후잔류하는고형물인총부유고형물과여과지를통과한용존고형물질을포함한다. 용존고형물 (DS) : 규정조건에서 2.0 μm ( 또는그이하 ) 정도의공극크기의여지를통과한고형물을의미한다. 여과지를통과한여액을 103~105 로건조시켜수분을증발시킨후의잔류물을의미한다. 부유고형물 (SS) : 여과지위에잔류하는물질을 105~110 로 2시간동안건조시킨것을말한다. 여과에의해분리되는유기또는무기물의고형물입자로서그크기는 0.1 μm이상으로분류한다. 강열잔류고형물 (FS) : 규정된온도에서규정된시간동안가열한후잔존하는부유고형물을말한다. TS를온도 500~550 로회화시켰을때타서휘발하지않고잔류하는부분이 FS이다. 따라서 VS는유기물, FS는무기물을의미한다. 휘발성고형물 (VS) : TS를온도 500~550 로회화시켰을때타서휘발하여감량되는부분이 VS이다. 고형물은그특성에따라다음과같이분류된다. - T S (Total Solids) : 총고형물 - F S (Fixed Solids) : 강열잔류고형물 - V S (Volatile Solids) : 휘발성고형물 - TSS (Total Suspended Solids) : 총부유물질 - FSS (Fixed Suspended Solids) : 강열잔류부유물 - VSS (Volatile Suspended Solids) : 휘발성부유물 - TDS (Total Dissolved Solids) : 총용존고형물 - FDS (Fixed Dissolved Solids) : 강열잔류용존고형물 - VDS (Volatile Dissolved Solids) : 휘발성용존고형물 - 92 -
고형물의구분 1) 실험기구 Filter Paper, Aluminum Pan, Tongs(furnace용집게 ) 증발접시핀셋, 증류수메스실린더전기로 (Muffle furnace), 건조기 (Drying oven) 분석천칭 (Analytical balance) 0.1mg까지측정가능한것데시케이터 2) 실험방법증발접시세척 ꀻ Dry oven(105~110 ) 에서 2 시간정도건조 ꀻ 황산데시케이터에서 30 분정도방냉 ꀻ 증발접시무게칭량 (W ) ꀻ - 93 -
비액상시료인경우 ( 증발접시 + 시료, W ) 의무게칭량 ꀻ ( 증발접시 + 시료 ) 를 Dry Oven(105~110 ) 에서 4 시간이상건조 ꀻ ( 증발접시 + 고형분, W ) 의무게칭량 ꀻ 전기로에서 30분정도강열 ꀻ 황산데시케이터에서방냉 ꀻ ( 증발접시 + FS, W ) 무게칭량 3) 함량계산 가 ) 액상시료경우 고형분 (TS, mg/ l) = 시료량 10 휘발성고형물 (VS, mg/ l) = 시료량 10-94 -
나 ) 비액상시료 수분 (%) = 100 고형분 (TS, %) = 100% 10 = mg/ l 감열감량 ( 부피감소량, %) = 수분 100 유기물함량 (%) = 휘발성고형물 고형물 100 = 100 휘발성고형물 (VS, %) = 강열감량 (%) - 수분 (%) = 100-95 -
제 10 항. 부유물질 (SS : Suspended Solid) 1. 유리섬유여지법미리무게를단유리섬유거름종이 ( GF/C ) 를여과기에부착하여일정량의시료를여과시킨다음항량으로건조하여무게를달아여과전 후의유리섬유거름종이의무게차를산출하여부유물질의양을구하는방법이다. 정량범위는 5 mg이상이다. 입자크기에따른상태구분은아래의그림과같다 입자직경에따른고형물의존재상태 가. 측정 1) 기구및시약 여과장치, 건조기, GF/C 여과지, 데시게이터, 알루미늄크루시블 2) 측정방법 유리섬유거름종이 (GF/C 또는이와동등한규격으로서지름 47 mm의것 ) 를여과기에부착하여미리물 20 ml씩으로 3 회흡입여과하여씻은다음시계접시위에놓고 105~110 의건조기안에서 2 시간건조시켜황산건조용기에넣어방냉하고항량으로하여무게를정밀히달고여과기에부착시킨다. 시료적당량 ( 주1) 을여과기에주입하면서흡입여과한다 ( 주2). 시료용기및여과기의기벽에붙어있는부착물질을소량의물로거름종이위에씻어내린다음즉시거름종이상의잔류물을물 10 ml씩으로 3 회씻어주고약 3 분동안계속하여흡입여과한다. 다만용존염류가다량함유되어있다고판단되는시료일경우에는세척조작을 2~3 회추가한다. 유리섬유거름종이를핀셋으로주의하면서여과기에서끄집어내어시계접시위에놓고 105~110 의건조기안에서 2 시간건조시켜황산건조용기에 - 96 -
넣어방냉한다음항량으로하여무게를정밀히단다. 여과전후의유리섬유거름종이무게의차를구하여부유물질의양으로한다. 부유물질 ( mg /L) = (b-a) 1,000 V a : 시료여과전의유리섬유거름종이무게 ( mg ) b : 시료여과후의유리섬유거름종이무게 ( mg ) V : 시료의량 (ml) 주1) 입경이큰고형물을함유한시료는세게흔들어섞은다음 2 mm의체를통과한시료를가지고실험한다. 주2) 사용한여과기의하부여과재를중크롬산황산용액에넣어침전물을녹인다음정제수로씻어준다. - 97 -
제 11 항. MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids) MLSS라함은활성슬러지중의부유물질또는폭기조혼합액중의부유물질을mg /L로표시한것이며, 활성슬러지의농도를의미한다. MLSS는폭기조내의미생물량과관련되기때문에활성슬러지방법을이용하는수처리시설에서의중요한운전관련인자가된다. 보통활성슬러지처리방법의경우권장되는 MLSS의농도는보통 2,000 mg /L 내외이지만처리방법이나운전방법등에의해적절한양을별도로정하기도한다. MLSS의농도는폭기조내의 F/M비에직접적으로연관되므로가축분뇨오수처리분야에서도 MLSS의측정이필요요소가된다. 1. 측정법 미리무게를단 GF/C 여지를물에조용히씻어서 105~110 의건조기에말린다음데시게이터에서방냉한다. 잘혼합된시료적당량을실린더에취하여흡인여과하면서소량의물로여과기의벽에붙어있는부유물질을씻어가면서여지상에모이게한다 다시소량의물로부유물질을 2~3회씻어준다. 여과기를분리하고여지를시계접시위에놓은상태로 105~110 건조기에서약 2시간건조한다 여지를꺼내서데시게이터에서방냉한후여지의무게를달아여지의전후무게차 (a) 로부터 MLSS의농도를구한다. 2. 계산방법 상기측정법에따라얻어진결과를바탕으로하여아래와같은공식에의해 MLSS의농도를구한다. - 98 -
제 12 항. 슬러지용적지수 (SVI) 액상시료 1 L를수용할수있는용기에시료를주입하고 30분간침전시켰을때침강된활성슬러지의용적이차지하는비율 (%) 을말한다. 통상적으로 1 L를담을수있는임호프콘또는메스실린더를이용하여측정한다. (30분침강후 SV(mL/L) 값에 1,000을곱한수치를 MLSS( mg /L) 값으로나눈값을 SVI라하며, 이 SVI가낮을수록포기조내의혼합슬러지액의침강성이양호한것을의미한다. SVI의값이높으면침강이잘되지않으므로통상적으로 SVI 값을 6 0~120 내외로유지한다. 1. 측정방법포기액을정치상태에서 30분간방치하였을때침전된슬러지의용적을 % 로나타낸다. 또한 5, 10, 20, 45, 60분간의침전율을구하고여기에서침전곡선을작성하여활성슬러지의침강특성을알수도있다 SV 측정 2. 계산법 SVI = {30분침강후 SV(mL/L) X 1,000} / MLSS 농도 (mg/l) 예 ) 침강슬러지 180( mg /L), MLSS 2,000( mg /L) 인경우, SVI =(180 1000) / 2,000 = 90-99 -
제 13 항. Jar-Test 가축분뇨를포함한오수의처리에서응집침전의역할이매우중요하다, 이시험은서로다른축사의슬러리를처리함에있어최상의응집상태를나타낼때의 ph수준, 응집제의종류및응집제첨가수준을알고자할때수행한다. 1. 시약및기구 응집제, 비커 (500 또는 1,000 ml 용량 ), Jar-Tester Jar-Tester 2. 시험방법 동일량 (500 ml 또는 1L) 의처리대상폐수를 4~6개의비커에취함. 교반기로급속혼합 ( 분당 120~150회전 ) 시킴. ph조정용약품과응집제를짧은시간에주입한다. 이때응집제의주입량을왼쪽비커에서오른쪽비커순으로증가시킴 ( 통상적으로 3번째비커가응집이가장잘되도록약품주입량조절 ). 교반기의회전속도를줄이고 ( 분당 20~70회전 ) 10~30분간유지. floc이생기는시간을기록. 약 30~60분간침전시킨후상징수를분석. - 100 -
제 14 항. 용존산소 (DO : Dissolved Oxygen) 용존산소 (DO) 는수중에용해되어있는분자상의산소를말한다. 물속에용해될수있는산소즉용존산소는기압에비례하고, 수온과유기물농도, 수심에반비례한다. 여타조건이동일한경우용존산소가많은경우그물의청정도가높아지는경우가많다. 가축분뇨처리의경우용존산소농도는수처리효율과높은비례관계를가진다. 1. 윙클러 - 아지드화나트륨변법 가. 측정원리황산망간과알칼리성요오드칼륨용액을넣을때생기는수산화제일망간이시료중의용존산소에의하여산화되어수산화제이망간으로되고, 황산산성에서용존산소량에대응하는요오드를유리한다. 유리된요오드를티오황산나트륨으로적정하여용존산소의양을정량하는방법이다. 이방법은아질산염 5 mg /L이하, 제일철염 1.0 mg /L이하에서방해를받지않으며, 하천수, 하수및공장폐수에적용한다. 정량범위는 0.1 mg /L이상이다. 나. 시료의전처리방법시료가현저히착색되어있거나현탁되어있을때에는용존산소의정량이곤란하며, 시료에활성오니의미생물플록 (floc) 이형성되었을때에는정량에방해를준다. 또한시료중에잔류염소와같은산화성물질이공존할경우에도방해를받게되는데이러한경우에는다음과같이시료를전처리하여야한다. 1) 시료가착색, 현탁된경우시료를마개있는 1 L 유리병 ( 마개는접촉부분이 45 로절단되어있는것 ) 에기울여서기포가생기지않도록조심하면서가득채우고, 칼륨명반용액 10 ml 와암모니아수 1~2 ml를유리병의위로부터넣고공기 ( 피펫의공기 ) 가들어가지않도록주의하면서마개를닫고조용히위아래를바꾸어가면서 1 분간흔들어섞고 10 분간정치하여현탁물을침강시킨다. 상등액을고무판또는폴리에틸렌관을이용하여사이펀작용으로 300 ml 용존산소측정병 ( 또는 BOD병 ) 의아래로부터침강된응집물이들어가지않도록주의하 - 101 -
면서조용히가득채운다. 2) 황산구리-슬퍼민산법 ( 활성오니의미생물의플럭이형성된경우 ) 시료를마개있는 1 L 유리병 ( 마개는접촉부분이 45 로절단되어있는것 ) 에기울여서기포가생기지않도록조심하면서가득채우고황산구리-슬퍼민산용액 10 ml를유리병의위로부터넣고공기가들어가지않도록주의하면서마개를닫고조용히위아래를바꾸어가면서 1 분간흔들어섞고 10 분간정치하여현탁물을침강시킨다. 깨끗한상등액을고무판또는폴리에틸렌관을이용하여사이펀작용으로 300 ml 용존산소측정병 ( 또는 BOD병 ) 의아래로부터침강된응집물이들어가지않도록주의하면서조용히가득채운다. 3) 산화성물질을함유한경우시료중에잔류염소등이함유되어있을때에는바탕시험으로별도의용존산소측정병에시료를가득채운다음알칼리성요오드화칼륨-아지드화나트륨용액 1 ml와황산 1 ml를넣어마개를닫고조용히위아래를바꾸어가면서약 1 분간흔들어섞는다. 여기에황산망간용액 1 ml를넣고다시위아래를바꾸어가면서흔들어섞은다음이용액 200 ml를취하여삼각플라스크에옮기고전분용액을지시약으로하여 0.025 N 티오황산나트륨액으로적정하고그측정값을용존산소량의측정값에보정한다. 4) Fe(Ⅲ) 이공존하는경우 Fe(Ⅲ) 100~200 mg /L가함유되어있는시료의경우황산의첨가전에불화칼륨용액 (300 g/l) 1 ml를가한다. 다. 시험방법시료를가득채운 300 ml 용존산소측정병 ( 또는 BOD병 ) 에황산망간용액 1 ml와알칼리성요오드화칼륨-아지드화나트륨용액 1 ml를넣고기포가남지않게조심하여마개를닫고, 수회병을회전하면서섞는다. 시료가해수이거나알칼리성에서산화되기쉬운유기물을함유하는폐수의경우에는 2 분간병을회전하여섞는다. 2 분간이상정치시키고위의맑은액에미세한침전이남아있으면다시회전시켜혼화한다음정치하여완전히침전시킨다. 100 ml 이상의맑은층이생기면마개를열고황산 2.0 ml를병목으로부터넣는 - 102 -
다. 마개를다시닫고갈색의침전물이완전히용해할때까지병을회전시킨다. 용존산소측정병의용액 200 ml를정확히취하여황색이될때까지 0.025N - 티오황산나트륨액으로적정한다음, 전분용액 1 ml를넣고액의청색이무색이될때까지적정한다. 용존산소 (ml O/L) = a f V₁ V₂ 1000 V₁-R 0.2 a : 적정에소비된 0.025N - 티오황산나트륨액 (ml) f : 0.025N - 티오황산나트륨액의농도계수 (factor) v 1 : 전체의시료량 (ml) v 2 : 적정에사용한시료량 (ml) R : 황산망간용액과알칼리성요오드화칼륨-아지드화나트륨용액첨가량 (ml) 비고1) 용존산소량을포화율로나타낼경우에는아래표를참고하여수중의용존산소포화량으로부터시료의온도와염소이온농도에일치하는값을찾아내서다음식에따라계산한다. 용존산소포화율 (%) = DO DOt B/760 DO : 시료의용존산소량 ( mg /L) DO t : 순수증의용존산소포화량 ( mg /L) B : 시료채취시의대기압 ( mm Hg ) 100-103 -
수중의용존산소포화량 온도 ( ) 수중의염소이온량 ( mg Cl/L ) 0 5,000 10,000 15,000 20,000 수중용존산소포화량 ( mg O/L ) 염소이온 100 mg C1/L 에대한용존산소차감량 ( mg O/L ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 14.16 13.77 13.40 13.01 12.70 12.37 12.00 11.78 11.47 11.19 10.92 10.67 10.43 10.20 9.97 9.70 9.56 9.37 9.18 9.01 8.84 8.68 8.53 8.39 8.25 8.14 7.99 7.87 7.75 7.64 7.53 7.43 7.32 7.23 7.13 7.04 13.40 13.03 12.68 12.45 12.03 11.72 11.42 11.15 10.87 10.61 10.36 10.12 9.90 9.68 9.47 9.27 9.06 8.90 8.73 8.57 8.41 8.26 8.11 7.98 7.85 7.72 7.60 7.48 7.37 7.26 7.16 7.06 6.96 6.86 6.77 6.67 12.63 12.29 11.97 11.65 11.35 11.00 10.79 10.52 10.27 10.03 9.79 9.57 9.36 9.16 8.97 8.78 8.60 8.44 8.27 8.12 7.97 7.83 7.70 7.57 7.44 7.32 7.21 7.10 6.99 6.88 6.78 6.66 6.59 6.49 6.40 6.30 11.87 11.55 11.25 10.95 10.67 10.40 10.15 9.90 9.67 9.44 9.23 9.02 8.82 8.64 8.40 8.29 8.12 7.97 7.82 7.67 7.54 7.40 7.26 7.06 7.14 6.95 6.82 6.71 6.61 6.51 6.41 6.31 6.21 6.12 6.03 5.93 11.10 10.80 10.52 10.25 9.99 9.71 9.51 9.28 9.06 8.85 8.66 8.47 8.29 8.11 7.95 7.79 7.63 7.49 7.36 7.22 7.10 6.97 6.85 6.74 6.65 6.52 6.42 6.32 6.22 6.12 6.03 5.93 5.84 5.75 5.65 5.56 0.0153 0.0148 0.0144 0.0440 0.0135 0.0131 0.0128 0.0124 0.0120 0.0117 0.0113 0.0110 0.0107 0.0104 0.0101 0.0099 0.0096 0.0094 0.0091 0.0089 0.0087 0.0086 0.0084 0.0082 0.0081 0.0079 0.0078 0.0077 0.0076 0.0076 0.0075 0.0075 0.0074 0.0074 0.0074 0.0074-104 -
2. 격막전극법 가. 측정원리시료중의용존산소가격막을통과하여전극의표면에서산화, 환원반응을일으키고이때산소의농도에비례하여전류가흐르게되는데이전류량으로부터용존산소량을측정하는방법이다. 산화성물질이함유된시료나착색된시료에적합하며, 특히윙클러-아지드화나트륨변법을사용할수없는폐하수의용존산소측정에유용하게사용할수있다. 정량범위는 0.5 mg /L이다. 1) 기구및기기 용존산소측정기 측정용기 ( 용존산소측정병 ) 자석교반기 2) 시험방법시료와같은온도의 5 % 아황산나트륨용액을가득채운측정용기에전극을담그고밀봉한다음일정한속도로교반하면서기기가안정되면계기판의지시값을영점에맞춘다. 별도로용존산소포화수를측정용기에조용히가득채우고같은조작을하여계기판의지시값을그온도에서의용존산소포화농도값에맞춘다. 시료를기포가들어가지않도록조심하여측정용기에가득채우고같은조작을하여계기판의지시값이안정되면용존산소값을직접읽는다. - 105 -
제 15 항. 생물화학적산소요구량 (Biochemical Oxygen Demand) 시료를 20 에서 5 일간저장하여두었을때시료중의호기성미생물의증식과호흡작용에의하여소비되는용존산소의양으로부터측정하는방법이다. 시료중의용존산소가소비되는산소의양보다적을때에는시료를희석수로적당히희석하여사용한다. 공장폐수나혐기성발효의상태에있는시료는호기성산화에필요한미생물을식종하여야한다. BOD의기본개념은호기성조건에서미생물이유기탄소화합물을 5일간분해하는과정에서필요로하는산소의양을말하는것이다. BOD 측정을 5일동안만하는이유는실험오차를줄이기위한것이다. 가축분뇨중에는다양한미생물이들어있을수있는데 BOD 실험에관여하는미생물은종속영양미생물군에속하므로 BOD병을부란시키는때부터활동하면서산소를소모하게된다. 반면에질산화균과같은독립영양미생물은초기에적응, 증식이기간이필요한데그기간이대략 7일정도소요된다. 따라서실험기간이 5일이상경과하면아래그림의굵은선에나타난것처럼실제보다더많은양의산소를소모한것으로보여지기때문이다. 즉 NOD라고하는 2단계 BOD값이실험값에더해져버리기때문에이현상을피하기위하여 BOD병을 20 로세팅된배양기속에넣어두는배양기간을 5 일동안으로제한하는것이다. 배양기간에따른산소요구량변화 - 106 -