수질관리 120회 1교시 문제 6. 암모니아성 질소, 알부미노이드성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소

답 1. 질소순환의 정의

- 식물이 이용할 수 있는 질소의 형태는 nitrate nitrogen, ammonia nitrogen, organic nitrogen 및 molecular nitrogen 등 4가지 형태

- 이 중 분자상의 질소(N2)가스는 대기 중에 약 78% 존재하고 있으나, 이것은 화학적으로 볼 때 화학반응이 거의 일어나지 않는 극단의 불활성 가스이기 때문에, 대부분의 생물들은 질소가스를 이용하지 못하고 몇몇 특정 질소고정 생물에 의해서만 이용됨

→ 따라서 거의 모든 미생물, 식물, 동물 등은 암모니아나 질산염, 유기질소를 이용

- 생물이 생명현상을 유지하기 위해서는 질소가스가 대부분의 생물이 이용할 수 있는 복합질소(Combined Nitrogen : 유기질소, 암모니아, 질산염)로 전환되어야 함

→ 이 전환과정은 특정 생물에 의해 진행되며, 이렇게 생성된 복합질소는 또다시 질소가스로 전환되기도 함. 따라서 이와 같은 질소화합물의 순환과정을 질소순환이라 함

답 2. 질소의 순환

1) 질소고정(Nitrogen fixation)

- 가스상태의 질소(N2)를 암모니아(NH3)나 질산염과 같은 질소화합물로 생물적 혹은 공업적으로 전환하는 것

- 3가지 질소고정 미생물이 공기로부터 질소가스를 흡수하여 단백질로 전환

→ 남조류(Anabaena 등), 뿌리혹 박테리아(Rhizobium), 호기성인 Azoto-bacter와 혐기성인 Clostridium

2) 광물질화 작용(Ammonification, Mineralization)

- 미생물이 동식물의 세포나 동물 배설물과 같은 유기질소 화합물을 분해, 무기성 질소의 형태로 방출

- 가장 보편적인 질소화합물은 단백질로서 분해되어, 암모니아(NH3)나 암모니아성 질소(NH4+)가 됨

3) 질산화 작용(Nitrification)

- 유기물질의 광물질화 작용으로 방출한 암모니아성 질소(NH4+)는 질산화 박테리아에 의해 아질산성 질소(NO2-, nitrite)를 거쳐 질산성 질소(NO3-)로 산화

- Nitrosomonas(아질산성균)나 Nitrobacter(질산성균)는 둘 다 화학독립영양균으로 아질산성균은 에너지원으로 암모니아성 질소를 이용하고 질산성균은 에너지원으로 아질산성 질소를 이용

4) 질소동화작용(Assimilation)

- 생물에 의한 질소의 섭취작용을 말함. 식물뿌리는 질소를 NH4+나 NO3-의 형태로 흡수하며 동물은 식물을 먹음으로써 질소를 섭취

5) 탈질작용(Denitrification)

- 산소가 없는 혐기성 상태에서 NO3나 NO2의 일부가 아산화질소(N2O)나 질소가스(N2)로 되는 작용을 말함

답 2. 질소의 형태

1) 질소형태의 분류

① T-N : 유기성 질소(albuminoid성 질소) + 무기성 질소(암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소)

② TKN : albuminoid성 질소 + ammonia성 질소

2) 단백질의 질산화 과정

- 단백질 → 아미노산(분자 내에 아미노기(-NH2)와 카르복실기(-COOH)를 갖는 화합물) → albuminoid성 질소 → ammonia성 질소 → 아질산성 질소 → 질산성 질소

3) 관리대상 질소형태

- 관리항목 : 현재 우리나라 제반 수질관련 법규는 T-N 항목으로 관리

- 질소의 존재 형태 : 주로 생물체 내의 유기물질(단백질, 아미노산, 핵산 등), 이온상태(NH4+, NO2-, NO3-) 및 분자상태(NH3)로 존재

→ 대부분 유기질소나 NH3-N 형태로 존재(이들의 합이 TKN – 킬달질소, 총질소를 대신하여 자주 사용, 이 중 질소의 40%는 NH4+의 형태이며, 나머지 60%는 유기물의 형태)