수 처리 공정 및 생분해 과정 중 유기물 성상 변화 모니터링 Changes in the Characteristics of Dissolved Organic Matters during Water and Wastewater Treatment Processes and Biodegradation원문보기
본 연구에서는 다양한 분석방법을 사용하여 수 처리 공정 및 수계 내 생물학적 분해 현상에 의한 용존 유기물질(Dissolved Organic Matter: DOM)의 성상 변화를 파악하고 유기물 특성간의 상관관계를 통해 DOM 특성 변화에 따른 오염물 결합 반응성 예측 가능성을 조사하였다. 또한, 수계 내 휴믹물질이 생분해 과정 중 유기물 성상변화에 미치는 영향을 파악하고자 인공수질 시료를 제조하여 미생물 분해 실험을 실시하였다. 첫 번째 대상 시료는 정수처리시설 내 유기물을 대상으로 하였으며 고도정수 처리 시 정수장 유입수를 포함한 응집·침전, 여과, 오존, ...
본 연구에서는 다양한 분석방법을 사용하여 수 처리 공정 및 수계 내 생물학적 분해 현상에 의한 용존 유기물질(Dissolved Organic Matter: DOM)의 성상 변화를 파악하고 유기물 특성간의 상관관계를 통해 DOM 특성 변화에 따른 오염물 결합 반응성 예측 가능성을 조사하였다. 또한, 수계 내 휴믹물질이 생분해 과정 중 유기물 성상변화에 미치는 영향을 파악하고자 인공수질 시료를 제조하여 미생물 분해 실험을 실시하였다. 첫 번째 대상 시료는 정수처리시설 내 유기물을 대상으로 하였으며 고도정수 처리 시 정수장 유입수를 포함한 응집·침전, 여과, 오존, GAC 처리 공정에 따른 상수 내 유기물 특성 변화에 대한 분석을 실시하였다. 그 결과 응집·침전 공정에서 용존 유기탄소 기준으로 가장 높은 제거 효율을 보였으며 2000 Da 이상의 고분자량 성분이 90 % 이상 감소하였다. 오존처리 후에는 난분해성 방향족 성분을 나타내는 고유흡광도(Specific UV absorbance: SUVA) 값이 가장 크게 감소하였으며 단백질/아미노산 계 형광세기(PLF)가 상대적으로 많은 비율을 차지하였다. 각 공정별 시료 내 SUVA 값 및 탄수화물 분포는 육질성 휴믹산에 대한 단백질/아미노산 계 형광세기 비율(PLF/THLF)과 각각 0.99, 0.91의 높은 상관계수를 보였다. 이것은 향후 정수처리공정에서 형광측정을 이용한 유기물 분자량 및 성분 변화 모니터링에 대한 가능성을 보여 주었다. 생물학적 고도처리에 따른 하수 시료 내 BOD, COD_(Cr), DOC, TOC 농도를 비교한 결과 측정한 모든 유기물질(OM) 농도에서 유입수에 비해 방류수에서 더 낮은 값을 보였다. 유입수에 비해 방류수에서 난분해성 유기물질(R-OM)이 상대적으로 많이 분포하였으며 SUVA 값과 평균 분자량도 더 높은 값을 보였다. 이것은 방류수에서 방향족 성분의 휴믹 물질의 분포가 많아졌음을 시사한다. 배양 후 유입수 OM의 SUVA 값은 증가한 반면, 방류수는 큰 변화를 보이지 않았다. 유입수와 방류수 OM의 형광 스펙트럼을 비교해 본 결과 유입수에서 PLF 에 해당하는 피크가 방류수에는 관찰되지 않았으며 유입수에서는 관찰되지 않았던 펄빅산계 형광세기(FLF) 가 방류수에서는 가장 크게 나타났다. 생분해 진행에 따라 유입수에서는 PLF가 소멸하고 유기탄소 당 휴믹관련 형광특징(FLF, THLF)이 더 크게 나타난 반면, 방류수의 경우 OM과 R-OM의 형광스펙트럼 패턴은 큰 변화를 보이지 않았다. 낙엽과 토양에서 추출한 DOM을 대상으로 생분해 과정 중 변화하는 분광특성과 pyrene 결합 반응성을 조사하였다. 3주간의 배양기간 동안 두 시료 내 DOC는 50%이상 감소한 반면 SUVA 값은 점차 증가하였다. 형광특징 중 PLF는 생분해 기간 동안 점차 감소된 반면 FLF와 HLF는 증가하였다. 유기오염물질과의 결합정도를 나타내는 유기탄소결합계수(Organic carbon-normalized partition coefficient: K_(oc)) 값은 두 시료 모두 점차 증가하였다. SUVA 값과 K_(oc) 값 사이에서는 시료의 종류와 상관없이 좋은 1차 상관관계(r=0.97)를 보였다. 형광특징 중에는 FLF와 HLF가 Koc 값과 높은 상관관계를 보였으나 자연유기물질의 기원에 따라 그 상관관계식은 달랐다. 본 연구를 통해 생분해가 진행되는 동안 자연유기물질 성분변화 및 소수성 유기오염물질의 거동 예측에 자연유기물질의 분광특성이 좋은 모니터링 지표로 사용될 수 있음을 보여 주었다. 마지막으로 생분해 과정 중 DOM 특성 변화에 미치는 휴믹물질 영향을 살펴보기 위해 포도당과 휴믹물질의 분포를 달리한 3가지 종류의 인공수질시료를 대상으로 28일 동안 생분해 과정 중 변화하는 유기물 특성 변화를 관찰하였다. 28일 후 모든 시료에서 DOC 농도는 감소한 반면, SUVA 값은 증가하였다. 특히 순수한 포도당인 AS A의 경우 배양 후 SUVA 값이 상대적으로 크게 증가하였으며 PLF와 FLF 특성이 배양 후 뚜렷이 관찰되었다. 이것은 생분해 과정 중 생분해성 물질의 휴믹화 과정이 있음을 시사한다. 혼합 시료 AS B의 실제 SUVA 값과 장파장에서의 형광특성인 FLF과 THLF 형광세기는 배양 후 포도당과 휴믹물질 개별 시료의 측정값과 혼합액의 예상 비율에서 계산된 예측치보다 높은 값을 보여 주었다. 이것은 수 환경 내 휴믹화 경향이 휴믹물질의 존재로 인해 더 강화될 수 있음을 시사한다.
본 연구에서는 다양한 분석방법을 사용하여 수 처리 공정 및 수계 내 생물학적 분해 현상에 의한 용존 유기물질(Dissolved Organic Matter: DOM)의 성상 변화를 파악하고 유기물 특성간의 상관관계를 통해 DOM 특성 변화에 따른 오염물 결합 반응성 예측 가능성을 조사하였다. 또한, 수계 내 휴믹물질이 생분해 과정 중 유기물 성상변화에 미치는 영향을 파악하고자 인공수질 시료를 제조하여 미생물 분해 실험을 실시하였다. 첫 번째 대상 시료는 정수처리시설 내 유기물을 대상으로 하였으며 고도정수 처리 시 정수장 유입수를 포함한 응집·침전, 여과, 오존, GAC 처리 공정에 따른 상수 내 유기물 특성 변화에 대한 분석을 실시하였다. 그 결과 응집·침전 공정에서 용존 유기탄소 기준으로 가장 높은 제거 효율을 보였으며 2000 Da 이상의 고분자량 성분이 90 % 이상 감소하였다. 오존처리 후에는 난분해성 방향족 성분을 나타내는 고유흡광도(Specific UV absorbance: SUVA) 값이 가장 크게 감소하였으며 단백질/아미노산 계 형광세기(PLF)가 상대적으로 많은 비율을 차지하였다. 각 공정별 시료 내 SUVA 값 및 탄수화물 분포는 육질성 휴믹산에 대한 단백질/아미노산 계 형광세기 비율(PLF/THLF)과 각각 0.99, 0.91의 높은 상관계수를 보였다. 이것은 향후 정수처리공정에서 형광측정을 이용한 유기물 분자량 및 성분 변화 모니터링에 대한 가능성을 보여 주었다. 생물학적 고도처리에 따른 하수 시료 내 BOD, COD_(Cr), DOC, TOC 농도를 비교한 결과 측정한 모든 유기물질(OM) 농도에서 유입수에 비해 방류수에서 더 낮은 값을 보였다. 유입수에 비해 방류수에서 난분해성 유기물질(R-OM)이 상대적으로 많이 분포하였으며 SUVA 값과 평균 분자량도 더 높은 값을 보였다. 이것은 방류수에서 방향족 성분의 휴믹 물질의 분포가 많아졌음을 시사한다. 배양 후 유입수 OM의 SUVA 값은 증가한 반면, 방류수는 큰 변화를 보이지 않았다. 유입수와 방류수 OM의 형광 스펙트럼을 비교해 본 결과 유입수에서 PLF 에 해당하는 피크가 방류수에는 관찰되지 않았으며 유입수에서는 관찰되지 않았던 펄빅산계 형광세기(FLF) 가 방류수에서는 가장 크게 나타났다. 생분해 진행에 따라 유입수에서는 PLF가 소멸하고 유기탄소 당 휴믹관련 형광특징(FLF, THLF)이 더 크게 나타난 반면, 방류수의 경우 OM과 R-OM의 형광스펙트럼 패턴은 큰 변화를 보이지 않았다. 낙엽과 토양에서 추출한 DOM을 대상으로 생분해 과정 중 변화하는 분광특성과 pyrene 결합 반응성을 조사하였다. 3주간의 배양기간 동안 두 시료 내 DOC는 50%이상 감소한 반면 SUVA 값은 점차 증가하였다. 형광특징 중 PLF는 생분해 기간 동안 점차 감소된 반면 FLF와 HLF는 증가하였다. 유기오염물질과의 결합정도를 나타내는 유기탄소결합계수(Organic carbon-normalized partition coefficient: K_(oc)) 값은 두 시료 모두 점차 증가하였다. SUVA 값과 K_(oc) 값 사이에서는 시료의 종류와 상관없이 좋은 1차 상관관계(r=0.97)를 보였다. 형광특징 중에는 FLF와 HLF가 Koc 값과 높은 상관관계를 보였으나 자연유기물질의 기원에 따라 그 상관관계식은 달랐다. 본 연구를 통해 생분해가 진행되는 동안 자연유기물질 성분변화 및 소수성 유기오염물질의 거동 예측에 자연유기물질의 분광특성이 좋은 모니터링 지표로 사용될 수 있음을 보여 주었다. 마지막으로 생분해 과정 중 DOM 특성 변화에 미치는 휴믹물질 영향을 살펴보기 위해 포도당과 휴믹물질의 분포를 달리한 3가지 종류의 인공수질시료를 대상으로 28일 동안 생분해 과정 중 변화하는 유기물 특성 변화를 관찰하였다. 28일 후 모든 시료에서 DOC 농도는 감소한 반면, SUVA 값은 증가하였다. 특히 순수한 포도당인 AS A의 경우 배양 후 SUVA 값이 상대적으로 크게 증가하였으며 PLF와 FLF 특성이 배양 후 뚜렷이 관찰되었다. 이것은 생분해 과정 중 생분해성 물질의 휴믹화 과정이 있음을 시사한다. 혼합 시료 AS B의 실제 SUVA 값과 장파장에서의 형광특성인 FLF과 THLF 형광세기는 배양 후 포도당과 휴믹물질 개별 시료의 측정값과 혼합액의 예상 비율에서 계산된 예측치보다 높은 값을 보여 주었다. 이것은 수 환경 내 휴믹화 경향이 휴믹물질의 존재로 인해 더 강화될 수 있음을 시사한다.
In this study, we investigated the changes in spectroscopic characteristics of dissolved organic matters (DOM) under various conditions. First, several DOM characteristics were measured using water samples collected a pilot-scale water treatment plant consisting of coagulated·flocculation(C/F), filt...
In this study, we investigated the changes in spectroscopic characteristics of dissolved organic matters (DOM) under various conditions. First, several DOM characteristics were measured using water samples collected a pilot-scale water treatment plant consisting of coagulated·flocculation(C/F), filtration, ozonation and granular activated carbon(GAC) process. The highest removal of DOM was observed in C/F and filtration processes as demonstrated by the reduction of dissolved organic carbon (DOC). the lowest Specific UV absorbance(SUVA) value and the highest total carbohydrate content were observed in the sample from ozonation process. and ozonation process increased protein-like florescence(PLF). The DOM fractions with the molecular weight greater than 2000 Da were reduced over 90% after C/F process. SUVA values and total carbohydrate content were well correlated with a ratio of protein-like and terrestrial humic-like florescence. Second, we investigated changes in organic matter (OM) characteristics using the influent and the effluent samples from a wastewater treatment plant (WWTP) adopting a biological advanced processes. Refractory organic matter (R-OM) was defined as the organic carbon concentrations of the samples after 28-day incubation for this study. Compared to the influent, BOD, COD_(Cr), DOC and TOC concentrations were reduced for the effluent. The distribution of R-OM of the effluent was much higher than in the influent. Comparison for the spectroscopic characteristics of the influent versus the effluent revealed that the SUVA, the fulvic-like fluorescence (FLF), the humic-like fluorescence (HLF), the MW values were enhanced in the effluent. No significant changes in the OM characteristics were found for the effluent after the 28-day incubation whereas the degree of the changes were great for the influent. This observation suggests that the changes of the wastewater OM characteristics during the treatment processes in the plant amy be similar to those observed for the 28-day incubation. Third, we investigated changes in spectroscopic characteristics and pyrene binding coefficients of terrestrial dissolved organic matters (DOM) during microbial incubation. The incubation studies were conducted for 21 days using a leaf litter DOM and a soil-derived DOM with an inoculum from a river. After the 21-day incubation, DOC were reduced to 61 % and 51% of the original concentrations of the litter DOM and the soil-derived DOM, respectively. Comparison of the spectroscopic characteristics before and after incubation revealed that the SUVA, FLF, HLF values of the two DOM were enhanced by incubation whereas PLF was reduced. This indicates that more aromatic and humic-like compounds were enriched during the biodegradation process while biodegradable and weak carbon structures were depleted. Irrespective of the DOM sources, SUVA values showed a positive relationship with pyrene organic carbon-normalized partition coefficient(K_(oc)) with a correlation coefficient of 0.97. The FLF and HLF also exhibited good correlations with K_(oc) values although different regression equations were obtained from the two different DOM. Our results suggest that the selected spectroscopic characteristics could be good estimation indices for the changes of the binding reactivity of DOM for hydrophobic organic contaminants during biodegradation process. Lastly, we investigate characteristics of humic substances on the changes in dissolved organic matter (DOM) characteristics by biodegradation using three types of the artificial water samples composed of glucose and Suwannee River fulvic acid (SRFA). The changes of the DOM characteristics were minimal for SRFA during the incubation whereas they were significant for glucose. SUVA, dissolved organic carbon (DOC)-normalized fluorescence intensity, and molecular weight(MW) values of glucose increased, suggesting that such labile organic compounds could be exclusively transformed into more humidified materials by biodegradation. For glucose-SRFA mixture, the selected DOM characteristics were greater than those estimated using the assumption that the individual changes of either glucose or SRFA are conservative for the mixture of the two materials. Our results suggest that the presence of humic substances (HS) may lead to the enhancement of the formation of refractory organic materials during biodegradation of labile compounds.
In this study, we investigated the changes in spectroscopic characteristics of dissolved organic matters (DOM) under various conditions. First, several DOM characteristics were measured using water samples collected a pilot-scale water treatment plant consisting of coagulated·flocculation(C/F), filtration, ozonation and granular activated carbon(GAC) process. The highest removal of DOM was observed in C/F and filtration processes as demonstrated by the reduction of dissolved organic carbon (DOC). the lowest Specific UV absorbance(SUVA) value and the highest total carbohydrate content were observed in the sample from ozonation process. and ozonation process increased protein-like florescence(PLF). The DOM fractions with the molecular weight greater than 2000 Da were reduced over 90% after C/F process. SUVA values and total carbohydrate content were well correlated with a ratio of protein-like and terrestrial humic-like florescence. Second, we investigated changes in organic matter (OM) characteristics using the influent and the effluent samples from a wastewater treatment plant (WWTP) adopting a biological advanced processes. Refractory organic matter (R-OM) was defined as the organic carbon concentrations of the samples after 28-day incubation for this study. Compared to the influent, BOD, COD_(Cr), DOC and TOC concentrations were reduced for the effluent. The distribution of R-OM of the effluent was much higher than in the influent. Comparison for the spectroscopic characteristics of the influent versus the effluent revealed that the SUVA, the fulvic-like fluorescence (FLF), the humic-like fluorescence (HLF), the MW values were enhanced in the effluent. No significant changes in the OM characteristics were found for the effluent after the 28-day incubation whereas the degree of the changes were great for the influent. This observation suggests that the changes of the wastewater OM characteristics during the treatment processes in the plant amy be similar to those observed for the 28-day incubation. Third, we investigated changes in spectroscopic characteristics and pyrene binding coefficients of terrestrial dissolved organic matters (DOM) during microbial incubation. The incubation studies were conducted for 21 days using a leaf litter DOM and a soil-derived DOM with an inoculum from a river. After the 21-day incubation, DOC were reduced to 61 % and 51% of the original concentrations of the litter DOM and the soil-derived DOM, respectively. Comparison of the spectroscopic characteristics before and after incubation revealed that the SUVA, FLF, HLF values of the two DOM were enhanced by incubation whereas PLF was reduced. This indicates that more aromatic and humic-like compounds were enriched during the biodegradation process while biodegradable and weak carbon structures were depleted. Irrespective of the DOM sources, SUVA values showed a positive relationship with pyrene organic carbon-normalized partition coefficient(K_(oc)) with a correlation coefficient of 0.97. The FLF and HLF also exhibited good correlations with K_(oc) values although different regression equations were obtained from the two different DOM. Our results suggest that the selected spectroscopic characteristics could be good estimation indices for the changes of the binding reactivity of DOM for hydrophobic organic contaminants during biodegradation process. Lastly, we investigate characteristics of humic substances on the changes in dissolved organic matter (DOM) characteristics by biodegradation using three types of the artificial water samples composed of glucose and Suwannee River fulvic acid (SRFA). The changes of the DOM characteristics were minimal for SRFA during the incubation whereas they were significant for glucose. SUVA, dissolved organic carbon (DOC)-normalized fluorescence intensity, and molecular weight(MW) values of glucose increased, suggesting that such labile organic compounds could be exclusively transformed into more humidified materials by biodegradation. For glucose-SRFA mixture, the selected DOM characteristics were greater than those estimated using the assumption that the individual changes of either glucose or SRFA are conservative for the mixture of the two materials. Our results suggest that the presence of humic substances (HS) may lead to the enhancement of the formation of refractory organic materials during biodegradation of labile compounds.
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