팔당호와 팔당호 상류의 난분해성 유기물질 유출 특성 분석 및 상관성 분석

강채원,길경익 한국습지학회 2023 한국습지학회지 Vol.25 No.4

수도권에 일 약 8백만톤의 물을 취수하여 공급하는 팔당호는 수질보전정책 시행으로 BOD(Biochemical Oxygen Demand)1.1mg/L를 달성하였으나 난분해성 물질을 포함하는 COD(Chemical Oxygen Demand) 항목은 점점 증가하는 양상을 보였다. 난분해성 유기물질의 상수원 유입은 잠재적인 BOD의 증가, 수돗물의 냄새와 맛 유발, THM(Trihalomethane) 발생 증가, 조류 증식을 일으키며 유해 난분해성 미량오염물질이 잔류할 경우 수생 환경에서내분비 교란과 항생제 내성과 같은 현상을 유발한다. 본 연구에서는 팔당호의 난분해성 유기물질 관리를 위해 팔당호와 팔당호 상류의 점 오염원과 비점오염원의 난분해성 유기물질 유출 농도를 파악하기 위한 모니터링을 실시하였다. 지역별 난분해성 유기물질 유출 농도를 비교하고 하수처리장에서의 제거율을 파악하였다. 또한 피어슨 상관성 분석기법을 사용해 유기물질 지표와 선행건기일수, 선·선행건기일수간 상관성 분석을 실시하였다. 하천과 팔당호의 난분해성 유기물질 농도는 유사한 양상을 보였다. 하수처리장 유출수는 하천과 팔당호보다는 높은 농도를 보였으며, 유입수와 유출수 농도의 비교 결과 하수처리장에서 난분해성 유기물질 제거율은 65.73%였다. 난분해성 유기물질 유출 농도와 선행건기일수, 선·선행건기일수 사이에서는 유의미한 상관성이 나타나지 않았다. 이는 데이터 부족으로 판단되며 장기적인 모니터링으로 데이터 축적이 필요하다 사료 된다. Extracted from the metropolitan area, the Paldang Lake, which supplies approximately 8 million tons of water, has achieved a BOD (Biochemical Oxygen Demand) of 1.1 mg/L as a result of water quality preservation policies. However, concerning the COD (Chemical Oxygen Demand) component that encompasses refractory organic matter, there has been an observable upward trend in concentration. The introduction of refractory organic matter into the water source of Paldang Lake brings potential increments in BOD, generates off-putting tastes and odors in tap water, increases THM (Trihalomethane) formation, and triggers algae proliferation. Moreover, if residual hazardous refractory pollutants persist in aquatic environments, they may induce endocrine disruption and phenomena such as antibiotic resistance. In this study, a monitoring campaign was executed to discern the concentration of refractory organic matter emissions from point and non-point sources within Paldang Lake and its upstream region, with the aim of managing refractory organic matter in Paldang Lake. By comparing refractory organic matter emission concentrations across monitored areas, the elimination efficiency at wastewater treatment plants was assessed. Additionally, employing the Pearson correlation correlation analysis technique, correlations among refractory organic matter indices, antecedent wet days, and antecedent dry days were explored. The concentrations of refractory organic matter in rivers and Paldang Lake exhibited a similar pattern. Wastewater treatment plant effluents exhibited higher concentrations compared to rivers and Paldang Lake. The assessment of refractory organic matter removal at wastewater treatment plants indicated a removal efficiency of 65.73%. However, no significant correlation emerged between refractory organic matter emission concentration and antecedent wet days or priory antecedent dry days. This absence of correlation is attributed to data scarcity, underscoring the need for long-term monitoring and data accumulation.

비강우시 한강수계 하천의 연간 난분해성 물질 유출특성

허상회,임지열,길경익 한국습지학회 2017 한국습지학회지 Vol.19 No.3

2,600만 수도권 시민들의 식수원인 한강수계의 경우 수질관리를 위해 비점오염원에 대한 관리가 중요하며 특히 비점 오염원이 주요 원인인 유기물질 및 난분해성 물질에 대한 조사가 필요하다. 이번 연구에서는 한강 수계의 주요 3개 하 천(남한강, 북한강, 경안천)의 연간 비강우시 난분해성 유기물질을 포함한 유기물질의 유출특성을 연구하였다. 연구결 과 유기물질 및 난분해성 물질의 경우 용존성 물질의 비율이 높았으며 전체 부하량중 여름철에 대부분의 부하량이 가 장 많았다. 각 하천별 유기물질 및 난분해성 물질의 연간 부하량의 경우 유역면적에 비례하여 남한강, 북한강, 경안천 순서로 나타났다. 각 유역 면적 당 부하량 산정결과 TOC의 경우 경안천, 남한강, 북한강 순서로 나타났으며, R-TOC 의 경우 비교적 일정한 유출특성을 보였다. As a drinking water source of 26 millions people of Seoul metropolitan region, Han river is one of the most important basin. Managing the Non-point source pollution which is regarded as the main cause of water pollution including refractory organic matter is important thing. This research investigates the runoff characteristics of organic matters from main 3 rivers (South Han, North Han, Kyungan). Water quality measurement items include not only carbon-based TOC (Total Organic Carbon), DOC (Dissolved Organic Carbon), POC (Particulate Organic Carbon) but also R-TOC (Refractory Total Organic Carbon), R-DOC (Refractory Dissolved Organic Carbon), R-POC (Refractory Particulate Organic Carbon) is researched. The research shows that R-TOC takes approximately 61∼83% of TOC. Most of the R-TOC is consist of R-DOC (72∼ 77%). Refractory organic matter have a stable runoff characteristics compared to other organic matter. The organic matter concentrations of South Han river and Kyungan river are the highest in spring time and show a gradual decline. The concentrations of Kyunan river is the highest. Kyungan river’s small area and the high city land use ratio seem to be the reason. Loading of organic matter in summer time takes the most loading (62∼84%). TOC loadings per unit area of each river is Kyungan river (1.22 ton/km2), South Han river (1.01 ton/km2), North Han river (0.91 ton/km2).

안동호와 진양호의 상류하천발생 난분해성유기물질 제어에 대한 호소의 기능

최병우,강미아,손호용 한국습지학회 2011 한국습지학회지 Vol.13 No.2

집중강우, 장마 및 태풍의 직접적인 영향을 배재한 기간 동안에 안동호와 진양호의 상류하천으로부터 발생되는 DOM과 RDOM의 부하량(DOC 기준)은, 안동호 상류하천에서 5.01-7.29(×102 kg/day)였고, 진양호 상류하천에서 1.23-3.75(×103 kg/day)이었다. 진양호 상류 두 개의 하천에서 진양호로 유입되는 DOM과 RDOM의 발생비율은 SS 발생비율과 높은 상관성(R2>0.8)을 나타내었으므로 장비사용과 장기간의 실험기간을 요구하는 DOC 및 RDOC 분석에 대체할 수 있는 신속 . 경제적인 지표로써 SS 수질인자를 활용할 수 있을 것으로 기대한다. 안동호와 진양호는 여름철 강한 강우 이후기간동안에 DOM 및 RDOM의 증가를 야기하고, 여름철 강우 이전 기간동안에도 DOM 및 RDOM에 대한 제어기능을 가지지 못하였다. 따라서 이들 두 호소수의 DOM 및 RDOM에 대한 수질적 개선을 위해서는 호소 상류유역의 비점오염원 자체의 제거가 이루어지거나, 호소로 유입되기 전에 이를 제어할 수 있는 완충지의 확보가 필요하다.

논문 : 구제역 매몰지역 침출수에서 발생하는 난분해성 유기물질 거동

강미아 ( Mee A Kang ),안예솔 ( Yae Sol An ) 대한지질공학회 2013 지질공학 Vol.23 No.4

구제역 매몰지에서 발생하는 침출수는 지하수, 호소수 및 하천수 등의 자연수에서 나타나는 유기물질의 성상(친수성유기물질: 22~27%)과 달리 친수성유기물질을 44~50%로 포함하고 있었다. 자연수에서는 유기탄소가 미생물의 대사 등에의해 감소되는 경향을 나타낸다. 하지만, 매몰 초기에 발생하는 구제역 침출수(leachate-1, 2)에서는 RTOC와 RDOC의 농도가 초기 TOC, DOC 농도보다 높게 나타나는 특성이 있다. 매몰시간이 경과하면서 RTOC와 RDOC는 초기 TOC와DOC보다 낮게 검출되었다. 구제역 침출수 중 386일이 경과한 leachate-6의 RDOC는 RTOC 중에 91%를 차지하였다. 이것은 안정화된 매몰지 환경에서도 침출수 중에는 여전히 미생물 등의 활동에 의해 제거되기 어려운 형태의 난분해성유기물질이 유기물질의 대부분을 차지하고 있음을 알 수 있다. 따라서 구제역 침출수의 난분해성 유기물질의 검출수준과성상은 지표수 및 지하수에 대한 영향을 파악하는 정보로서 유효하며, 침출수 내 환경을 이해하는 데에도 기여할 것으로 기대된다. The leachate from landfill (Andong city) contaminated by foot-and-mouth disease (FMD) contains 44%-50%hydrophilic organic matter, compared with 22%-27% in natural water bodies such as ground water, lake water, and river water. In such natural water, the organic matter content is reduced by the metabolism of microbes in the water. However, in the case of leachate-1 and -2, the concentrations of RTOC (refractory total organic carbon) and RDOC (refractory dissolved organic carbon) were higher than the initial TOC and DOC after burial. According to time elapsed after burial, the concentrations of RTOC and RDOC were decreased below the initial TOC and DOC. In the case of leachate-6 (386 days after burial), RDOC made up 91% of RTOC. This result shows that organic matter in the leachate was composed dominantly of RDOM, most of which was not removed by the metabolism of microbes. Hence, the presence and characteristics of RDOM provide a valuable indication of the effect of leachate on the quality of surface water and ground water. Such information is useful in understanding leachate environments.

수질 환경 분야PW-10 : 수계별 농업용저수지의 총유기탄소(TOC) 특성 연구

민혜정 ( Hye Jung Min ),서하나 ( Ha Na Seo ),이진경 ( Jin Kyung Lee ),김민희 ( Min Hee Kim ),최금선 ( Geum Sun Choi ) 한국환경농학회 2014 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2014 No.-

하천과 호소에는 외부 육상으로부터 기원된 유기물의 유입이 많으므로 난분해성 유기물의 비율이 우세하기 때문에 유기성 오염의 증가 원인을 파악하는데 있어서 생물화학적산소요구량(BOD)과 화학적산소요구량(COD) 측정만으로 한계가 있다. 최근 이를 보완하기 위한 유기물 오염 지표로서 총유기탄소(TOC)에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서는 전국의 총 805개 농업용 저수지를 수계별로 한강, 낙동강, 금강, 영산강, 섬진강으로 구분하여 총유기탄소의 특성을 파악하고 화학적산소요구량(COD)과의 상관관계를 분석하였다. 이와 더불어 계절적으로 부영양화가 빈번히 발생하는 3차(7월∼9월)에 클로로필a 농도에 따른 TOC/COD 상관관계에 대하여 분석하였다. 수계권역별 저수지는 한강수계 165개, 낙동강수계 247개, 금강수계 186개, 영산강수계 98개,섬진강수계 109개에 대하여 조사하였다. 조사기간은 2012년에서 2013년, 2년 동안 계절별로 총 8 회 조사하였다. 조사항목은 TOC, COD, 클로로필a이며, 모든 항목은 수질오염공정시험기준에 따라 분석하였다. 총유기탄소(TOC) 기기분석에 사용된 장비는 GE Instrument사의 SIEVERS 900이다. 수계별로 TOC와 COD의 상관관계(TOC/COD)를 분석하기 위해 이상 값과 실제 값의 편차의 합이 가장 적은 관계식을 추론하였다. 수계에 따라 COD가 한강수계 9 mg/L, 금강수계 7 mg/L, 영산강수계 6 mg/L, 섬진강수계 8 mg/L을 기준으로 저농도와 고농도에 대해 관계식이 구분되며, 기준 이하의 저농도 구간에서 관계식의 기울기가 고농도 구간의 기울기에 비해 높게 나타났다. 이를 통해 COD 농도가 낮은 저수지에서 유기오염물질 중 부식물질(humic substance)과 같은 난분해성물질이 외부에서 유입되어 높은 비율로 나타나는 것으로 판단된다. 그러나 낙동강수계의 경우 농도와 상관없이 전 농도에서 기울기가 높게 나타나 유기물질 중 난분해성 유기물질이 높은 비율로 존재한다고 추정할 수 있다. 각 조사년도 3차 클로로필a에 따라 TOC/COD 상관관계는 수질환경기준 중 생활환경기준(호소)에서 좋음(Ib, 9 mg/m3 이하), 약간 나쁨(IV, 35 mg/m3 이하) 단계를 기준으로 분류하여 분석하였다. TOC/COD 관계식의 기울기가 9 mg/m3 미만에서 약 0.7, 9 ~ 35 mg/m3에서 약 0.6, 35 mg/m3 이상에서 약 0.5로, 클로로필a 농도가 낮은 구간에서 COD대비 TOC 가 높게 나타나며 유기오염물질 중 외부 오염물질의 유입이 주원인으로 작용하는 난분해성 물질의 비율이 높다고 판단된다. 앞으로 국내 농업용저수지에 대한 TOC와 COD의 데이터를 지속적으로 확보하여 상관관계를 분석한다면, 과거의 COD 결과를 통해 TOC의 결과를 비교적 정확하게 유추할 수 있을 것이라 사료되며, 수계별 특성에 맞는 모델식으로 활용 가능하리라 생각된다.

광촉매를 이용한 Pyrazine류 화학폐수내 난분해성 물질 제거에 관한 연구

김성준 ( Sung-joon Kim ),곽규동 ( Gyu-dong Gwak ),신철호 ( Chul-hoo Sin ),정태섭 ( Tae-sub Jeong ),원찬희 ( Chan-hee Won ) 한국환경기술학회 2005 한국환경기술학회지 Vol.6 No.4

난분해성 물질들은 368nm UV가 광촉매에 조사될 때 TiO2에서 발생되는 강력한 OH 라디칼에 의해 CO2나 H2O로 광산화된다. 본 연구의 광촉매 적용은 Pyrazines 화학 폐수내 난분해성 물질들을 분해시키기 위해 광촉매를 적용하였다. 단순 TiO2에 UV만을 조사하였을 경우 유기물 제거율이 45% 정도 였으며, 더 많은 OH radical을 생성시켜 최대 산화력을 얻기 위해 펜톤산화 과정을 추가한 실험에서는 반응시작 3시간까지는 약 50%의 제거율을 보였으나 그 이후로는 제거 효율이 둔화되었다. 여기에 산화보조제로서 H2O2를 반응기에 10분간격으로 연속주입하여 실험한 결과 유기물 제거 98.8%의 제거효율을 나타내었다. H2O2의 연속주입에 따른 경제성을 고려하여 새롭게 시도된 광촉매가 코팅된 활성탄에 O3과 UV 조사 실험시 유기물 99.9%의 제거효율을 보였다. 본 연구에서 제시한 방법으로 광촉매 산화반응조를 운영한다면 화학폐수내의 난분해성 오염물질을 제거하기 위한 공정으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Non-degradable materials are completely mineralized to CO₂ and H₂O by the attack of active radical species generated from TiO₂, photocatalysts when the photocatalysts are irradiated by 368nm UV light. Application method of photocatalysts is studied for decomposing non-degradable materials in pyrazines chemical wastewater. An organism oxidation test that is only used by UV is resulted in 45% removal efficiency. For the maximum oxidation ability, more OH radical is produced by Fenton Oxidation process but it is showed to about 50% removal efficiency from beginning oxidation reaction to 3 hours. After 3 hours, the removal efficiency is slowdown. When H₂O₂, supplementary oxidation material, is injected to pilot plant, the result of test is showed to 98.8% removal efficiency. Because of economic aspects, the new method is researched by combination of activated carbon which is coated by catalysis, O₃, and UV. This process remove 99.9% of the organic matters. This process is expected in that it can be utilized to remove non-degradable materials in pyrazines chemical wastewater.

유사 1차 동역학 모델을 이용한 Electro-Fenton 공정의 난분해성 유기물질 제거효율 최적화

김민경 ( Minkyung Kim ),김도균 ( Dokyun Kim ),박철 ( Chul Park ),최봉호 ( Fenghao Cui ),모경 ( Kyung Mo ),김문일 ( Moonil Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-

최근 국내·외적으로 잔류성유기오염물질, 기름성분 등의 난분해성 유기물에 대한 환경적 영향에 대한 이슈가 제기 되었으며, 이를 효과적으로 처리하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 난분해성 유기물질의 처리를 위한 전기화학적 방법으로는 Electro-Fenton 공정이 대표적인 방법으로 사용되고 있다. Electro-Fenton 반응의 경우 OH·, Fe²⁺, H₂O₂의 생성과 소모가 동시에 발생하기 때문에 실험을 통하여 측정한 다양한 인자를 토대로 반응의 특성과 유기물제거의 상관관계를 평가하는데 한계가 있어 최적화에 어려움이 있다. 따라서, 본 연구에서는 Electro-Fenton의 다양한 인자와 유기물제거 상관관계 평가를 용이하게 하기 위한 모델을 개발하기 위하여 Phenol을 대상으로 pH 3 조건에서 Electro-Fenton 반응을 batch test를 통한 데이터베이스를 구축하였다. 구축된 데이터베이스를 토대로 시간에 따른 유기물 농도 변화를 나타내본 결과 1차-동역학 반응의 패턴에 근접하였다. 이는 유사 1차-동역학 모델(Pseudo 1st-order reaction model)을 사용 할 수 있음을 의미하며, 모든 반응 과정을 반응속도 상수 1개로 통합한 유사 1차 반응 속도상수(pseudo 1st-order kinetic constant, k_ap)를 사용하여 1st-order kinetic식으로 나타낼 수 있다. 유사 1차반응 상수 k_ap는 반응물의 농도, pH, 전류 밀도, 산소 농도, 온도 등 다양한 인자들의 영향에 따라 결정되기 때문에 영향인자들의 변화에 따라 k_ap를 보정하여야 한다. 따라서, 각각의 인자들을 반영하여 k_ap 보정식을 도출 하였고 이를 적용한 모델을 통하여 Electro-Fenton의 영향인자인 전류밀도, DO 농도, Fe²⁺ 농도, 반응시간에 따른 유기물제거율 예측이 가능하였다. 나아가, 실제 데이터를 통하여 검증을 실시한 결과, F-satatistic 값은 7.1542e⁺²⁸, p-value는 2.8618e^-15로 실제 데이터와의 유사성이 높은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 종합적으로 고려해 보았을 때, 전류밀도 0.3mA/㎠, 유입 유기물 농도 100mg/L, 반응시간 2hr 조건하에서 DO 농도 범위는 약 2mg/L ~ 6mg/L, Fe²⁺ 농도 범위는 약 50mg/L ~ 100mg/L에서 유기물 제거율이 약 85%이상으로 최적조건인 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발된 모델을 토대로 향후 Electro-Fenton 공정을 이용한 난분해성 유기물 처리최적화에 적용할 수 있다.

국내 해양에서 난분해성오염물질 측정을 위한 다양한 수동형채집기(Passive sampler)의 현장 적용

정해진(HaeJin Jeong),장유리(Yu Lee Jang),김나영(Na Yeong Kim),김기범(Gi Beum Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

수동형 채집기(passive sampler)는 오염물질이 샘플러에 화학적 활성 구배에 따라 확산되며, 초기 운동단계, 중간단계, 평형단계에 이르는 과정에서 흡착, 분배에 대한 기본적인 원리에 의해 동작 된다. 수동형 채집기는 해수 및 퇴적물 공극수 중 매우 낮은 농도의 오염물질에 대해 검출이 가능하며, 용존상에 포함되는 콜로이드나 용존유기탄소(dissolved organic carbon, DOC)의 간섭 없이 해양환경에서 직접적인 영향을 주는 ‘생물이용 가능한(bioavailable)’ 농도인 자유용존농도(freely dissolved concentration, C_free)를 측정한다. 수동형 채집기를 사용하는 방법(passive sampling)은 낮은 기술, 비용적 측면을 가지고 있는 효율적인 모니터링 도구로 미국, 유럽에서는 보다 정확한 위해도 평가를 위해 해양환경 모니터링에 수동형 채집기를 적극적으로 사용하는 추세이다. 본 연구에서는 난분해성 유기오염물질을 분석대상으로 하여 다양한 방식의 수동형 채집기를 실제 국내의 해양환경에 적용하였으며, 이를 통해 난분해성 유기오염물질(persistent organic pollutants, POPs)의 자동측정망을 위한 수동형 채집기의 필요성 및 장점에 대해 소개한다. The passive sampler is operated by the basic principles of adsorption and distribution in the process of Kinetic phase (Linear regime), intermediate phase, and equilibrium phase, where contaminants are spread according to the chemical active gradient of the sampler. Passive samplers provide the freely dissolved concentration (C_free), which exists as a freely dissolved and bioavailable phase in the marine environment and is used by marine organisms and can directly affect bioaccumulation and toxicity. The passive sampler can be used for monitoring of organic contaminants with the very low pg/L concentrations in water and sediment pore water. Using passive sampler, C_free can be measured directly without interference from colloids or dissolved organic carbon (DOC). In this study, various types of passive samplers were applied to the marine environment based on the analysis of intractable organic pollutants, which introduces the need and advantages of passive samplers for automatic measurement networks of persistent organic pollutants (POPs).

염색폐수중 난분해성물질 전기분해 처리특성

유재정(Yu Jae Jeong),민경석(Min Gyeong Seog),박정민(Park Jeong Min) 大韓環境工學會 2003 대한환경공학회지 Vol.25 No.10

상수원 이용 호소의 산림유래 난분해성물질 거동평가

이혜리(Hyeri Lee),이상희(Sanghee Lee),조윤해(Yoonhae Cho),이준배(Junbae Lee),간종범(Jongbeom Khan),이세용(Seyong Lee),이보미(Bo-Mi Lee),김소희(Sohui Kim),허진(Jin Hur),신현상(Hyunsang Shin),이수형(Soohyung Lee),천세억(Se-Uk Cheon) 환경독성보건학회 2016 한국독성학회 심포지움 및 학술발표회 Vol.2016 No.6