Removal of emerging contaminants in water by adsorption and biodegradation

국문 초록 (Abstract)

최근 몇 년간, 수계 내 음용수에서 유기 및 무기물 성분의 신규오염물질이 검출 되었다. 무기화합물, 농약, 의약품 등의 신규오염물질은 현대 생활의 중요하고 필수 불가결한 요소를 포함되는 것을 보고 되고 있다. 이 오염물질들은 환경, 식품, 인체 조직 내 축적되어 건강에 위험이 될 수 있다고 보고되고 있다. 신규오염물질들은 기존 환경에서 배출되는 것을 포함하여 공장 등에서 발생되는 새로운 화합물질들이 수계 내 배출됨으로 인하여 수계 환경 내에 계속적으로 추가되고 있다. 이들 물질들은 분석 기술의 발달로 인하여 미량의 단위 (ng/L) 까지 검출 한계가 높아 짐에 따라 수계 내 미량으로 존재하는 다수의 오염물질들이 발견되었다. 환경에 배출된 대부분의 오염물질들에 대한 새로운 기준 농도를 정하고 있지만, 지속적인 오염물질 배출과 만성오염에 대한 지식 부족으로 인하여 연구가 지속적으로 이루어 지고 있다. 이런 이유로 인하여 최근 들어 많은 연구자 들은 미량으로 존재하는 신규오염물질에 대한 연구를 진행하고 있다.
본 연구에서는 이런 신규오염물질들의 기초 연구를 통해 기본적인 제거성능을 제공하고, 다양한 처리기술의 연구를 통해 수계 내 신규오염물질 제거를 연구의 목표로 하고 있으며, 기존 모델의 개량을 통해 오염물질 제거 예측을 위한 개량된 모델을 제공하고자 한다.
국내 수계에서 발생하는 신규오염물질들은 알려진 정보가 많이 부족하기 때문에 제거를 위한 처리정보가 많이 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내 수계에서 최근 많이 발생하는 농/의약품을 기준으로 국내에서 주로 사용하는 입상활성탄을 이용하여 오염물질의 흡착 거동을 확인하였다. 이들 물질은 미량으로 존재하여 분석이 어렵고, 활성탄에 대한 제거성능이 높음에 따라 장기적인 컬럼 운전은 결과를 얻기 힘들었다. 따라서 신규오염물질의 대체 물질로 페놀을 모델 컴파운드로 하여 연구를 수행하였다. 연구는 다양한 조건에서 진행하였으며, 이 연구 결과를 바탕으로 연구 결과를 바탕으로 기존에 보고된 Thomas 모델을 변형하여 유입농도와 유속을 바탕으로 한 실험적 컬럼 흡착 모델을 제작하였다. 이후 분말활성탄을 이용하여 수계 내 신규오염물질이 유입될 경우 유입된 오염물질의 농도와 분말활성탄의 농도를 바탕으로 흡착모델을 개발을 통해, 실제 모델로서 구현을 확인하였으며, 이를 웹 기반으로 제작하여 실제 공정에서 사용할 수 있도록 하였다. 흡착 공정으로 제거가 되지 않는 물질 중 하나인 과염소산을 소화조에서 분리/동정한 미생물을 이용하여 제거를 하였다. 다양한 조건에서 미생물 제거 조건을 확인하였으며, 반연속 공정을 통해 실제 규모에서 운영할 수 있는 다양한 변수를 확보하여 장기운전에 대한 노하우를 확보하였다.
이러한 연구에서 확보한 결과는 정수장 내 유입수 공정에서 오염물질 유입 될 경우 빠른 시간 내 처리가 유용하다고 사료되며, 더불어 향후 신규오염물질 처리기술을 개발하는데 기본적은 자료로 사용될 것이라 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the last few years, emerging contaminants have been detected in organic and inorganic compounds in public drinking water systems. The emerging contaminants such as inorganic compounds, pesticide and pharmaceutical have been reported to contain important and indispensable elements of modern life. They can build up in the environment, foodstuffs and human tissue and become a health hazard. Emerging contaminants are explained to environmental emerging concern sine class of products comprises not only new compounds commercially available, but also many substances that were recently detected, due to the development of sensitivity analytical strategies that decrease the detection limits at the under part per thousand level (ng/L). The maximum concentration admissible for emerging contaminants in the environment is, in most cases, most probably because there is a lack of knowledge about the long-term effects of continuous exposure to these compounds and their metabolites. Thus, researchers are studying emerging contaminants at trace level in the environment.
This thesis is focused on emerging contaminants removal from aqueous system by various technologies and useful as the basis for a further extension of such effectively perform.
Emerging contaminants were detected for high frequency that has become a problem for environment and human. However, information of emerging contaminants for adsorption about these contaminants has been reported less. The adsorption study of granular activated carbon should be useful as the basis for a further extension of such effectively perform their adsorbent function for adsorbing emerging contaminants.
The modified Thomas column model and isotherm-kinetic model for phenol as model pollutant were calculated for multiple factors. Based on the experimental data onto the various factor was calculated to make constant value, and was developed for experimental equation model using base on theoretical model. The results of modified model would be helpful in preparing a guideline for pollutant spill accident into drinking water treatment system.
Biological reduction of aqueous perchlorate at high concentration by an isolated bacterium Rhodococcus sp. YSPW03 was investigated in the presence of acetate as an electron donor. The reduction parameters such as acetate concentration, optical density (bacterial growth), medium pH and ORP affected the perchlorate reduction in semi-continuous reactor. These results will help to improve the design of perchlorate bio-reactor and suggest operating conditions for achieving higher perchlorate reduction efficiency.
In conclusion, results for these studies can be used to operate for drinking water treatment system. In addition, the study should be useful as the basis for a further extension of such effectively.