회분식 생물반응기를 이용한 BDOC_rapid와 BDOC_slow 결정

손희종,노재순,강임석,Son, Hee-Jong,Roh, Jae-Soon,Kang, Lim-Seok 한국물환경학회 2004 한국물환경학회지 Vol.20 No.4

In this study, biodegradable organic matter was divided into a rapidly biodegradable fraction($BDOC_{rapid}$) and a slowly biodegradable fraction($BDOC_{slow}$) for various waters with different types of DOC. These fractions($BDOC_{rapid}$ and $BDOC_{slow}$) were defined by using a shaking incubation method modified from Carlson's method. Also, in this study, optimum incubation time and accuracy were investigated to determine $BDOC_{rapid}$ and $BDOC_{slow}$. When suspended bacteria obtained from raw water and BAC effluent, or attached bacteria from BAC was respectively used as an inoculum, the difference in total BDOC($BDOC_{total}$) was minimal. Therefore, total BDOC was determined in 7~8 days by the shaking method, which is comparable with Servais's method by which BDOC was determined in 28 days. In addition, the difference of BDOC between these two methods was within 7%. Although $BDOC_{rapid}$ and $BDOC_{slow}$ were effectively determined by a method defined by Klevens, the difference in optimal incubation time was significant for different water samples. However, when using the shaking method, optimal incubation time for $BDOC_{rapid}$ was found to be 3 days, therefore, the $BDOC_{rapid}$ was defined as the difference between $DOC_0$ and $DOC_{3days}$, and $BDOC_{slow}$ was defined as the difference between $BDOC_{total}$ and $BDOC_{rapid}$. As a conclusion, for determining the fraction of BDOC using the shaking method, the concentrations of an inoculurns and optimal incubation times used in this study were very effective.

상수원에서의 잔류 의약물질 검출, 거동, 분포 현황 및 독성

손희종(Hee Jong Son),장성호(Seong Ho Jang) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.6

오늘날 전세계적으로 수환경에서의 잔류 의약물질들의 오염에 대한 연구결과들이 많이 보고되고 있다. 이들 잔류 의약물질들은 다양한 종류와 그들이 가지는 물리·화학적인 특성들로 인해 수환경에서의 거동, 오염현황, 영향 및 독성 등도 매우 다양하여 수환경 및 수처리 공정에서의 거동을 예측·평가하기가 어렵다. 선진 외국의 경우 환경 중에서의 오염 현황 및 사용량을 정량화하기 위한 조사를 이미 시작하였고, 잔류 의약물질들의 인체에 대한 잠재적 위험성뿐만 아니라 상수나 하수처리 공정에서의 제거기술에 관한 다양한 연구도 활발히 진행하고 있다. 그러나 국내의 경우 잔류 의약물질들에 대해 전국 주요하천과 상수원에 대한 모니터링 결과도 매우 부족한 실정이다. 우선 국내의 경우는 상수원으로 이용되는 전국 주요 하천과 호소에 대해 주기적이고 체계적인 오염현황 평가가 선행되어야 하며, 잔류 의약물질들이 비교적 고농도로 검출되는 상수원에 대해서는 주오염원에 대한 조사도 병행되어야 한다. 또한, 의약물질 사용량은 지속적으로 증가할 것으로 전망되기 때문에 하수처리 시설에 대한 부하도 지속적으로 증가할 것이다. 따라서 수환경에서의 유해도를 저감시키기 위해 효과적인 하수처리 공법의 도입이 절실하며, 상수에 대한 안전성 확보를 위해서도 잔류 의약물질들의 수환경중에서의 물리·화학적 거동에 대한 면밀한 연구가 요구된다. Residual pharmaceutical compounds have been recognized as emerging environmental pollutants and are widely distributed all over the world. These compounds cause bioaccumulation and biomagnification during present for a long time in the environment: thereby after adversely biota and human bodies. It is difficult to remove residual pharmaceutical compounds using conventional water/wastewater treatment because of resistant property to photodegradation, biodegradation and chemical decomposition. Moreover, domestic literature data on the pollution of residual pharmaceutical compounds in rivers and lakes are limited. In this paper, species, sources, fate and risk of residual pharmaceutical compounds as well as behavior properties in freshwater resources are demonstrated to encourage the domestic concern about residual pharmaceutical compounds. An extensive review of existing data in the form of figures and tables, encompassing many therapeutic classes are presented.

DGGE 기법을 이용한 생물활성탄 공정의 부착 박테리아 군집분석

손희종(Hee Jong Son),최진택(Jin Taek Choi),손형식(Hyeng Sik Son),이상준(Sang Joon Lee) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.8

BAC 공정 운전초기부터 부착 박테리아들의 생체량이 정상상태(steady-state)에 도달한 이후까지 BDOCtotal/rapid/slow 제거율의 변화와 DGGE와 ATP 분석을 통하여 부착 박테리아들의 군집과 생체량을 평가하였다. 용존 유기물질 제거율 평가에 따른 BAC 공정의 정상상태 도달 여부 평가결과를 보면 DOC의 경우 운전 bed volume 27,500 부근에서 BAC 공정이 정상상태에 도달하였고, BDOCrapid와 BDOCtotal/slow의 경우는 각각 운전 bed volume 15,000 부근과 32,000 부근에서 정상상태에 도달하였다. BAC 공정의 운전기간 증가에 따른 HPC 및 ATP 농도 분석을 통한 부착 박테리아들의 생체량 평가결과 bed volume 22,500 이후로 거의 일정한 생체량을 유지하였으며, 이때 HPC와 ATP 농도는 각각 3.3×108cells/g 및 2.14μg/g 정도로 나타났다. DGGE를 이용하여 운전기간 증가에 따른 BAC 부착 박테리아들의 군집분석 결과 운전초기(bed volume 8,916)의 경우 분석가능한 DGGE band 개수가 5개였으나 운전기간 증가에 따라 분석가능한 DGGE band 개수는 최대 11개로 증가하였다. 또한, DGGE를 이용한 박테리아 군집분석 결과 BAC 운전기간의 증가에 따라 다양한 박테리아 그룹들이 존재하였고, Pseudomonas fluorescens, Acinetobacteria와 유사한 uncultured bacterium, uncultured Novosphingobium sp. 및 Flavobacterium frigidarium은 운전초기 단계부터 지속적으로 부착 박테리아 군집을 형성하였고, 전체적으로 Proteobacteria 그룹이 비교적 높은 비율로 우점하였다. The concentration of organic compounds was analyzed at each step of BAC (biological activated carbon) process though BDOC (biodegradable dissolved organic carbon) total/rapid/slow. Further, bacteria communities and biomass concentrations measured DGGE (denaturing gradirnt gel electrophoresis) and ATP (adenosine triphosphate) methods were analyzed. The bed volume of steady state is different based on assessment of organic compounds removal. Bed volumes at steady state in DOC, BDOCrapid and BDOCtotal/slow removal were around 27,500, 15,000 and 32,000, respectively. A biomass didn`t change after the bed volume reached 22,500 according to analyzing HPC (heterotrophic plate count) and ATP concentration of bacteria. The concentration of HPC and ATP were 3.3×108cells/g and 2.14μg/g, respectively. The number of the DGGE band were only 5 at the bed volume 8,916, but increased up to 11 at the bed volume 49,632. As operation time increase, bacterial group were more diversity. Four bacteria species including Pseudomonas fluorescens, the uncultured bacterium similar to Acinetobacteria, uncultured Novosphingobium sp. and Flavobacterium frigidarium have detected from the early stages and Proteobacteria group were dominantly detected.

낙동강 중·하류의 식물플랑크톤 군집구조 분석

손희종(Hee Jong Son) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.6

2012년 1월부터 12월까지 낙동강 중·하류지역의 식물플랑크톤 군집구조를 조사하였다. 식물플랑크톤 군집은 40속 72종으로 규조류 36종(50.0%), 녹조류 20종(27.8%), 남조류 9종(12.5%) 및 기타 7종(9.7%)이었고, 출현종 수의 구성비율에서 규조류 50%, 녹조류가 28%로 나타나 규조류와 녹조류에 의한 의존도가 매우 높았다. 식물플랑크톤의 현존량은 6월에 물금(St. 4)에서 29,640 cells/mL로 가장 높았고, 10월에 고령에서 236 cells/mL로 가장 낮았다. 동절기와 하절기에 다른 계절에 비해 높은 현존량을 나타내었으며, 하류로 갈수록 현존량이 증가하였다. 생태학적 주요종은 규조류인 Stephanodiscus hantzschii, Cyclotella meneghiniana, Synedra acus, Aulacoseira granulata와 녹조류인 Pediastrum sp. 및 남조류인 Microcystis aeruginosa였고, 겨울철에는 Stephanodiscus hantzschii, 여름철에는 Microcystis aeruginosa가 우점종으로 나타났다. 종의 계절적 천이는 겨울에 Stephanodiscus hantzchii, 봄에 Cyclotella meneghiniana, Synedra acus, 여름에 Microcystis aeruginosa, Cyclotella meneghiniana, Fragilaria crotonensis, Synedra acus, Aulacoseria granulata, 가을에 Aulacoseria granulata, Cyclotella meneghiniana, Fragilaria crotonensis의 순으로 천이양상을 보였다. 종다양성 지수와 우점도 지수는 5월~7월 및 12월~2월에 다른 시기에 비해 비교적 높게 나타났다. 또한, 하류로 갈수록 종다양성 지수는 대체로 감소하였고, 반면 우점도 지수는 증가하였다. A seasonal variation of phytoplankton community in the middle-lower part of the Nakdong River was studied in four sampling stations at monthly intervals from January to December 2012. We identified 40 genera 72 species of phytoplankton. Among these, diatoms were 36 species (50.0%), green algae 20 species (27.8%), blue-green algae 9 species (12.5%) and others 7 species (9.7%), respectively. The phytoplankton standing crops were recorded a maximum of 29,640 cells/mL at the Mulgeum (St. 4) in June and a minimum of 236 cells/mL at the Goryung (St. 1) in October. Also, Standing crops were increased with proceeding from middle part to lower part. Ecological important species were Stephanodiscus hantzschii, Cyclotella meneghiniana, Synedra acus, Aulacoseira granulata, Pediastrum sp. and Microcystis aeruginosa. Seasonal succession of phytoplankton represented that Stephanodiscus hantzschii was dominant species in winter, Cyclotella meneghiniana, Synedra acus was dominant species in spring, Microcystis aeruginosa, Cyclotella meneghiniana, Fragilaria crotonensis, Synedra acus, Aulacoseria granulata was dominant species in summer, and Aulacoseria granulata, Cyclotella meneghiniana, Fragilaria crotonensis was dominant species in autumn. In the community analysis, diversity index and dominant index were higher May~July and December~February, respectively. Also, diversity index and dominant index were decreased and increased with proceeding from middle part to lower part.

Microcystis sp. Cell의 부패와 염소 소독부산물 생성

손희종(Hee Jong Son),염훈식(Hoon Sik Yeon),정종문(Jong Mun Jung),최진택(Jin Taek Choi) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.5

Microcystis sp.의 부패과정에서 수중으로 용출되는 AOM 특성과 염소 이들에서의 disinfection by-products (DBPs) 생성 특성을 조사하였다. 수중으로 용출된 EOM과 cell + IOM에서의 염소 DBPs 생성특성을 조사한 결과, EOM은 보관기간 초기부터 지속적으로 증가하였으나 cell + IOM의 경우는 급격한 감소경향을 나타내었으며, 생성된 DBPs 중 HAAFP가 가장 높은 생성 비율을 나타내었다. 또한, 이 때의 DBP 구성종들의 변화를 살펴본 결과, HAA 구성종들의 경우는 EOM에서는 di-HAA 구성종들의 비율은 점점 감소하였고 tri-HAA 구성종들의 비율은 점점 증가하였다. 그러나 cell + IOM의 경우는 EOM의 경우와는 반대 경향을 나타내었다. 또한, HAN 구성종들의 경우는 EOM과 cell + IOM 모두 di-HAN 구성종들의 생성비율이 월등히 높았다. Formation of disinfection by-products (DBPs) including trihalomethans (THM), haloacetic acid (HAA) and haloacetonitriles (HAN) from chlorination of extracellular organic matter (EOM) and cells + intracellular organic matter (IOM) of Microcystis sp., a blue-green algae, during decomposed period was investigated. Microcystis sp. cells + IOM and EOM of Microcystis sp. exhibited a high potential for DBP formation. HAAFP (formation potential) was higher than THMFP during decomposed period. In the variations of HAAFP species during decomposed period, the ratio of di-HAAFP species was gradually decreased and the ratio of tri-HAAFP species was gradually increased in the case of EOM during decomposed period, while the opposite result was in the case of cells + IOM during decomposed period. In the variations of HANFP species during decomposed period, the ratio of di-HANFP species was much higher than the ratio of tri-HAAFP species.

Headspace -GC/ECD를 이용한 수중의 미량 요오드계 트리할로메탄류 분석

손희종(Hee Jong Son),송미정(Mi Jung Song),김경아(Kyung A Kim),염훈식(Hoon Sik Yoom),최진택(Jin Taek Choi) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.1

소독부산물의 일종인 트리할로메탄류(THMs)는 정수처리 공정에서 소독제로 사용되는 염소와 수중에 잔존하는 유기 물질이 반응하여 생성된다. 일반적으로 염소계 및 브롬계 THMs는 일반적인 수돗물에서 검출되기 때문에 잘 알려져 있으나, 요오드계 THMs (I-THMs)의 경우는 수중에 요오드 이온이 존재할 때 생성된다. I-THMs는 약품취를 유발하며, 또한 염소계나 브롬계 THMs에 비해 인체독성이 더 강한 것으로 알려져 있다. 현재 I-THMs 분석을 위한 공인된 분석법은 없는 실정이다. 10종의 THMs 분석을 위해 headspace 전처리장치와 GC/ECD를 이용하여 최적화된 분석법을 개발하였으며, 개발된 분석법에 의한 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 각각 12 ng/L~56 ng/L 및 38 ng/L~178 ng/L로 나타났다. 강물, 해수 및 하수처리장 최종방류수의 matrix 영향을 평가하였으며, 본 연구에서 개발된 분석법은 별도의 전처리 과정이 필요치 않아 간편하고 빠르며 자 동화된 방법으로 수중에 미량으로 함유된 I-THMs 분석에 적합한 것으로 나타났다. Trihalomethanes (THMs) are formed as a results of the reaction of residual chlorine, used as a disinfectant in drinking water, with the organic matter in raw water. Although chlorinated and brominated THMs are the most common disinfection by- products (DBPs) reported, iodinated THMs (I-THMs) can be formed when iodide is present in raw water. I-THMs have been usually associated with several medicinal or pharmaceutical taste and odor problems and is a potential health concern since they have been reported to be more toxic than their brominated and chlorinated analogs. Currently, there is no published standard analytical method for I-THMs in water. An automated headspace-gas chromatography/electron capture detector (GC/ECD) technique was developed for routine analysis of 10 THMs including 6 I-THMs in water samples. The optimization of the method is discussed. The limits of detection (LOD) and limits of quantification (LOQ) range from 12 ng/L to 56 ng/L and from 38 ng/L to 178 ng/L for 10 THMs, respectively. Matrix effects in river water, sea water and wastewater treatment plant (WWTP) final effluent water were investigated and it was shown that the method is suitable for the analysis of trace levels of I-THMs, in a wide range of waters. The method developed in the present study has the advantage of being rapid, simple and sensitive.

On-Line SPE-LC/MSD 시스템을 이용한 수중의 과불화 화합물(PFCs) 분석

손희종(Hee Jong Son),염훈식(Hoon Sik Yoom),정종문(Jong Moon Jung),장성호(Seung Ho Jang) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.2

본 연구는 기존의 고상추출(SPE) 과정을 분석장비인 LC/MSD에 on-line으로 연결함으로써 cartridge의 건조를 막아 target 물질의 손실을 최대한 억제하였으며 11종의 PFCs에 대해 실제 matrix가 있는 낙동강 원수를 이용한 실험에서 80.4 ± 5.2%∼109.5 ± 1.4% 범위의 높은 회수율을 구할 수 있었다. 낙동강에서의 PFCs 분포를 조사한 결과 하수처리장 방류수의 영향을 받는 지역(진천천과 금호강 하류)은 고농도의 PFCs가 검출되었으며, 낙동강 하류의 매리원수에서는 검출농도가 급격히 감소하여 PFOA만 8.0ng/L의 농도로 검출되었다. 외국의 PFCs 검출현황을 보고한 연구결과들과 비교해 볼 때 낙동강 지류에서는 비교적 높은 농도로 PFCs가 검출되어 안심할 수 있는 수준은 아니었으며, 낙동강 본류의 경우도 여러 지역의 상수원으로 이용되기 때문에 주기적인 모니터링이 필요한 것으로 나타났다. We applied a sensitive method based on on-line solid-phase extraction (SPE) and liquid chromatography/mass spectrometry (LC/MSD) using an electrospray interface for the determination of eleven perfluorinated compounds (PFCs) in water. The on-line connection suppressed the target loss by keeping the cartridge from drying, which resulted in improvement of the recovery and saving of the analytical time. For the on-line solid-phase extraction of 10 mL water samples, recoveries were between 80.4 ± 5.2%∼109.5 ± 1.4% and limit of quantification (LOQ) were 3.6∼15.9ng/L for the PFCs. The total PFCs concentrations of the tributaries and main stream of Nakdong River water samples were in the range of 8.0∼678.6μg/L.

낙동강 수계에서의 과불화 화합물(PFCs) 검출 특성

손희종(Hee Jong Son),황영도(Young Do Hwang),염훈식(Hoon Sik Yoo),최진택(Jin Taek Choi),권기원(Ki Won Kwon) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.2

낙동강 수계에서의 과불화 화합물(PFCs)들의 검출현황을 조사한 결과, PFOS, PFHpA, PFOA, PFNA, PFDA, PFUnDA 및 PFDoDA와 같은 7종의 PFCs가 본류 및 지류에서 검출되었다. 낙동강 수계에서 검출된 PFCs의 구성비율을 조사한 결과, 중류 부근에서는 PFOA와 PFHpA가 50% 이상을 차지하여 가장 높게 나타났고, 하류로 갈수록 PFUnDA, PFDoDA 및 PFOS의 비율이 증가하였다. 낙동강 본류에서 가장 높은 검출농도를 나타낸 지점은 고령지점(고령교)으로 2월과 8월에 각각 259.5ng/L와 132.6ng/L가 검출되었고, 지류에서는 진천천 지점으로 2월에 1168.2ng/L와 8월에 627.8ng/L의 검출농도를 나타내었다. PFCs는 낙동강 상류부근에서는 거의 검출되지 않았으나 중류부근인 구미 지점부터 하수처리장 방류수의 영향을 받아서 농도가 증가하였고, 금호강과 진천천(hot spot)의 영향을 많이 받는 고령지점에서 최대농도를 나타낸 후 하류로 갈수록 희석효과에 의해 농도가 점점 감소하였다. The aims of this study were to investigate and confirm the occurrence and distribution patterns of perfluorinated compounds (PFCs) in Nakdong River basin (mainstream and its tributaries). 7 (PFOS, PFHpA, PFOA, PFNA, PFDA, PFUnDA and PFDoDA) out of 11 PFCs were detected in 29 sampling sites and PFOA and PFHpA were predominant compounds in upstream, but PFUnDA, PFDoDA and PFOS were predominant compounds in middle stream of Nakdong River basin. The total concentration levels of PFCs on February 2009 and on August 2009 in surface water samples ranged from 4.3. to 1168.2ng/L and 16.4 to 627.8ng/L, respectively. The highest concentration level of PFCs in the mainstream and tributaries in Nakdong River were Goryeong and Jincheon-cheon, respectively. The sewage treatment plants (STPs) along the river affect the PFCs levels in river and the PFCs levels decreased with downstream because of dilution effects.

연속 컬럼흡착 실험을 이용한 GAC 공정에서의 과불화 화합물(PFCs) 흡착 특성 평가

손희종(Hee Jong Son),유수전(Soo Jeon Yoo),장성호(Seung Ho Jang) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.3

입상활성탄 흡착공정에서의 PFCs 11종의 파과 순서는 PFODA가 가장 빨리 파과에 도달하였고, 다음으로 PFHDA, PFTeDA, PFTDA, PFDoDA, PFUnDA, PFDA, PFNA, PFOA, PFOS, PFHpA 순으로 나타났으며, PFCs의 사슬(chain) 길이가 길어질수록 빨리 파과에 도달하였다. 최대 흡착량(X/M)의 경우는 PFODA가 2.43 ?g/g으로 가장 낮게 나타났으며, PFHpA가 64.50?g/g으로 가장 높은 최대 흡착량을 나타내었고, PFOA와 PFOS의 경우는 각각 55.37 ?g/g 및 60.72 ?g/g으로 나타났다. 또한, 활성탄 사용률(CUR)의 경우는 PFODA가 0.291 g/day로 나타나 PFHpA의 0.026 g/day 보다 11.2배 정도 높은 활성탄 사용률을 나타내었다. 석탄계 GAC 신탄을 이용한 입상활성탄 흡착공정에서 11종의 PFCs에 대해 최대 흡착량(X/M)과 분자량(사슬 길이)과의 상관성을 평가해 본 결과, r2가 0.89로 나타나 양호한 상관성을 나타내었다. This study accessed the adsorption characteristics of the 11 perfluorinated compounds (PFCs) on coal-based granular activated carbon (GAC). The breakthrough appeared first for PFODA and sequentially for PFHDA, PFTeDA, PFTDA, PFDoDA, PFUnDA, PFDA, PFNA, PFOA, PFOS, and PFHpA. The maximum adsorption capacity (X/M) for the 11 PFCs with apparent breakthrough points ranged from 2.43 ?g/g (for PFODA) to 64.5 ?g/g (for PFHpA). Carbon usage rate (CUR) for PFODA was 0.291 g/day, 11.2 times higher than that for PFHpA (0.026 g/day). The X/M values for the 11 PFCs were fitted well with a linear regression (r2 = 0.89) by their molecular weight (chain length).

낙동강 하류지역에서 식물 플랑크톤 생체량 및 수질의 장기변동 특성

손희종(Hee Jong Son) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.4

낙동강 하류 물금지역의 장기적인 부영양화 경향을 평가하기 위해 1995년부터 2012년까지 수질인자들 및 식물 플랑크톤 생체량(클로로필-a 농도)들의 변화경향을 조사하였다. 18년간의 장기적인 연평균 수질인자들 농도 및 식물 플랑크톤 생체량 변화에서 연평균 수질인자들 농도 및 식물 플랑크톤 생체량은 점차 감소하는 추세였다. 연중 식물 플랑크톤의 농도변화에서는 매년 12월부터 3월까지 높은 식물 플랑크톤의 농도를 나타내었다. Aizaki의 부영양화 지수(Trophic State Index, TSI) 평가에서 낙동강 하류 물금지역의 경우 1995년부터 2012년까지 매년 그리고 연중 부영양화 상태인 것으로 나타났다. 각각의 수질인자들과 식물 플랑크톤 생체량과의 단순 상관관계 분석에서 BOD와 식물 플랑크톤 생체량과의 상관성(r2 = 0.82)이 가장 높게 나타났다. Long-term (from 1995 to 2012) data of phytoplankton biomass (chlorophyll-a, Chl-a) and water quality were analyzed to investigate trends of eutrophication in downstream of Nakdong River (Mulgum). Long-term annual average concentration of water quality parameters and phytoplankton biomass at Mulgum showed an decreasing trends for 18 years. Phytoplankton biomass was high from annually December to March. Trophic state was evaluated as the eutrophic state annually from 1995 to 2012 by TSI (trophic state index) by Aizaki. From the results of simple regression analysis, correlation coefficient between Chl-a concentration and BOD concentration was high (r² = 0.82).