This study was carried out to investigate influencing factors of bisphenol A(BPA) removal characteristic in conventional water treatment systems to be connected with coagulation, sedimentation, filtration and disinfection. The result are summarized as follows; In BPA removal, optimal doses of PAC, a...
This study was carried out to investigate influencing factors of bisphenol A(BPA) removal characteristic in conventional water treatment systems to be connected with coagulation, sedimentation, filtration and disinfection. The result are summarized as follows; In BPA removal, optimal doses of PAC, alum, ferric chloride were 7.5 mg Al/L, 10.0 mg AI/L, 15.0 mg Fek. PAC was most effective coagulant to remove BPA. In coagulation process, BPA removal efficiency were increased about 2％ by adjusting pH of raw water as 6. At temperature rise 1$0^{\circ}C$, BPA removal efficiency were increased 0.94％. but BPA removal efficiency in sand filtration process were under 1 ％ie, so that BPA was almost not removed. At free chlorine dose 1, 2 mg/L, the reaction rate constant k in the BPA removal have been calculated to be 0.397, 0.953 min$^{-1}$ . At free chlorine dose 1, 2 mg/1-, degradation reaction of BPA was completed during 10 min and BFA removal efficiencies were 97.66, 99.99％ at this time.
This study was carried out to investigate influencing factors of bisphenol A(BPA) removal characteristic in conventional water treatment systems to be connected with coagulation, sedimentation, filtration and disinfection. The result are summarized as follows; In BPA removal, optimal doses of PAC, alum, ferric chloride were 7.5 mg Al/L, 10.0 mg AI/L, 15.0 mg Fek. PAC was most effective coagulant to remove BPA. In coagulation process, BPA removal efficiency were increased about 2％ by adjusting pH of raw water as 6. At temperature rise 1$0^{\circ}C$, BPA removal efficiency were increased 0.94％. but BPA removal efficiency in sand filtration process were under 1 ％ie, so that BPA was almost not removed. At free chlorine dose 1, 2 mg/L, the reaction rate constant k in the BPA removal have been calculated to be 0.397, 0.953 min$^{-1}$ . At free chlorine dose 1, 2 mg/1-, degradation reaction of BPA was completed during 10 min and BFA removal efficiencies were 97.66, 99.99％ at this time.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 내분비계 장애물질인 Bisphenol A를 대상으로 응집, 침전, 여과, 소독의 표준정수처리 시스템에서의 단위 제거율을 파악하고 효율적인 처리방법 및 운전인자를 도출하고자 하고자 하였다.
본 실험은 정수처리공정에서 BRk의 제거율을 고찰하기 위해 다음과 같은 장치에 의해 연구를 수행하였다. 응집은 Jar tester(동양과학)를 이용하여 수행하였으며 lOOrpm으로 20분간 급속 교반 후 30rpm으로 20분간 완속교반 하였고 이후 30분간 침전시켰다.
본 연구는 기존 정수처리공정인 응집, 침전, 여과, 소독공정과 관련하여 각 공정별 영향 인자에 따른 Bisphenol A의 제거 특성을 고찰하였다. 연구로부터 얻어진 결론은 다음과 같다.
제안 방법
탁도는 탁도 계(H CH)를 이용하여 측정하였다. DOC 는 시료를 0.45 |im pore size PVDF로 여 과한 후 combustion/non-dispersive detection 방식인 TOC-analyzer (TOC 5000, Shimadzu)로 측정하였다.
PAC 7.5 mg Fe/兀로 응집-침전한 후 급속 모래 여과를 한 시료에 대하여 유리 염소 1, 2mg/L를 주입하여 Fig. 8에서 반응시간에 따른 BPA^ 제거특성을 고찰하 였다. 유리 염소는 유기물을 보다 작은 분자로 산화시키거나 첨가 또는 치환반응을 수행하게 되는데 이러한 반응은 반응 시간 10분 이전에 가장 활발히 반응하는 것으로 알려져 있다.
본 실험은 정수처리공정에서 BRk의 제거율을 고찰하기 위해 다음과 같은 장치에 의해 연구를 수행하였다. 응집은 Jar tester(동양과학)를 이용하여 수행하였으며 lOOrpm으로 20분간 급속 교반 후 30rpm으로 20분간 완속교반 하였고 이후 30분간 침전시켰다. 급속여과 공정을 위해 제작된 모래 여과의 운전조건은 Table 2과 같다.
대상 데이터
본 실험에서 사용된 표준용액의 제조 방법은 다음과 같다. 1000 mg bisphenol A/L stock solution은 1 g의 bisphenol A(Aldrich Chemical Company, 99%)를 acetone(Merck)에 1 L에 녹여 제조하였다. 유도체 시약으로는 N, O-bistrimethylsilyl-trifluoacetamide(Aldirich Chemical Company)를, 내부표준물질은 fluoranthene- dl0(Aldrich Chemical Company, 98 atom % D)을 사용하였다.
2 %의 PAC(백광산업)를 1000 mg A1/L가 되도록 증류수로 희석하여 조제하였다. 고체 황산알루미늄(ALSQ . 14HQ, Merck)과 염화 제2 철 (FeCL 동경화학공업)은 각각 증류수에 녹여 1, 000 mg A1/L, 1, 000 mg Fe/L stock solutiorrg- 조제하여 사용하였다. 소독제로는 12% 차아염소산나트륨 용액 (NaOCl)을 1000 mg C12/LS.
본 실험에 사용된 대상 시료는 한강수계인 영동대교의 상류 150m 지점에서 채수한 원수를 이용하였다. 원수의 채수는 임의채취법에 의하여 채취하였으며 시료의 수질 특성은 Table 1과 같다.
1000 mg bisphenol A/L stock solution은 1 g의 bisphenol A(Aldrich Chemical Company, 99%)를 acetone(Merck)에 1 L에 녹여 제조하였다. 유도체 시약으로는 N, O-bistrimethylsilyl-trifluoacetamide(Aldirich Chemical Company)를, 내부표준물질은 fluoranthene- dl0(Aldrich Chemical Company, 98 atom % D)을 사용하였다.
이론/모형
분석을 위해 사용되는 초 자는 1 N의 Hexane과 Aceton을 각각 1:1로 혼합한 용액으로 미리 세척하여 건조한 후 사용하기 전에 dichlorometane(Merck)로 처리하였다. BS는 Speed'98 시험법에 의한 액-액 추출 법 (Liquid-liquid extraction) 15)-g- 이용하여 추출하였고 내부표준물질은 fluoranthene-dio을 이용하였으며 bis (trimethylsilyl)trifluoro-acetamide)를 가하여 BPA TMS 유도체화를 하였다. GC/MS 분석조건은 Table 3과 같다.
소독제로는 12% 차아염소산나트륨 용액 (NaOCl)을 1000 mg C12/LS. 초순 수로 희석한 것을 stock solution으로 하였으며 유리잔 류 염소 농도는 DPD 비색법을 이용하여 그 농도를 측정하였다.
성능/효과
Morris 등(1982)은 낮은 온도에서 처리 수의 투명도가 낮은 것은 저온에서 생성된 floc 입자분포는 실온에서 생성된 입자보다 온도의 영향을 많이 받아 크기가 작기 때문으로 보고하였다.1" 이 같은 결과는 수온이 증가함에 따라 알루미늄의 용해도가 증가하여 BPA의 제거율이 높았으며 저온에서는 물의 점성이 커져 침전율이 감소하고 가수분해율이 낮기 때문에 제거율이 감소한 것으로 판단된다.
3. 유리 염소 1, 2mg/L에서 BPA의 분해 속도상수 k는 0.397, 0.953 mil"이었다. 유리 염소 1, 2mg/L 주입시 BPA의 분해반응은 10분 이내에 완결되었으며, BPA 제거율은 각각 97.
1. PAC, Alum, Ferric Chloride에 대한 최적주입량은 각각 7.5 mg AVL, 10.0 mg Al/L, 15.0 mg Fe/L이 었 고 BPA의 제거에 PAC가 가장 효율적인 것으로 나타났다.
2. PAC를 이용한 응집공정에서 처리 수의 pH를 6으로 조정함으로써 BR4의 제거율을 약 2% 향상시킬 수 있었다. 단위 KTC 증가시 BPA의 제거율은 0.
4. pH 5, 7, 9에서 염소에 의한 BPA의 분해 속도상 수는 각각 1.143, 0.953, 0.373 mirT’이었고, 수온 10, 20, 30°C에서는 각각 0.801, 0.953, 1.033 miir'으로 pH가 낮을수록 온도가 증가할수록 BPA의 분해속도가 증가하였다. DOC 2.
BRA를 제거하기 위한 PAC, alum, ferric chloride^] 최적 농도는 7.5 mg Al/L, 10 mg Al/L, 15 mg Fe/ L일 때 17.9, 16.4, 16.8%의 제거율을 보였다. 또한, BR\를 제거하기 위해 요구되는 응집제의 주입량은 탁 도를 제거하기 위해 요구되는 응집제의 주입량보다 높았다.
033 miir'으로 pH가 낮을수록 온도가 증가할수록 BPA의 분해속도가 증가하였다. DOC 2.18, 2.95 mg/g 조건에서는 각각 0.953, 0.589 mirT’로 DOC 농도가 낮을수록 BR\의 분해 속도가 증가하였다.
급속 모래 여과를 수행한 후 탁도의 경우는 응집, 침전 시에서 약 2% 더 제거되어 PAC의 경우 국내 여과수 탁도 기준인 0.3 NTU 이하를 만족하였고, Ferric Chloride 역시 주입량 5.0mg Fe/L일 때를 제외하고는 그 기준을 만족시켰다. 그러나 BR\는 급속 모래여과이 후에 큰 변화가 없었다.
8%의 제거율을 보였다. 또한, BR\를 제거하기 위해 요구되는 응집제의 주입량은 탁 도를 제거하기 위해 요구되는 응집제의 주입량보다 높았다.
낮을수록 높았다. 본연구결과 pH 6에서 BRX의 제거효율이 가장 높았으며 이는 김'®의 연구결과와도 일치하였 다. pH 6 이상에서 응집효율이 다시 감소하기 시작하는 것은 pH 증가에 따라 수용성 A1(OH)『-가 생성되어 때문인 것으로 판단된다.
7과 같다. 수온이 증가할수록 BPA의 제거율이 높았으며, 30P에서 최대 제거율을 보였다.
953 mil"이었다. 유리 염소 1, 2mg/L 주입시 BPA의 분해반응은 10분 이내에 완결되었으며, BPA 제거율은 각각 97.66, 99.99%이었다.
참고문헌 (19)
김성수, 이연의, 오영미, 왕창근 : 오존산화 및 활성탄 흡착에 의한 비스페놀 A 제거. 대한환경공학회 춘계 학술연구발표회 논문집, 167-168, 2000
Lawrence, H. K. : Environmental Endocrine Disruptors. John Wiley & Sons, 261-270, 1997
국립환경연구원 : 내분비계 장애물질의 이해와 대응. 80-85, 1999
김종훈 : GC/MS에 의한 물시료 중 Octylphenol, Nonylphenol, Bisphenol A, Di-octylphthalate의 동시정량 연구. 대한화학회 학술발표회, 1999
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Dorn, P. B., Chou, C. S. and Gentempo, J. J. : Degradation of Bisphenol A in the Natural Waters. Chempsphere, 16, 1501-1507, 1987
Lobos, J. H., Leib, T. K. and Su, T. M. : Biodegradation of Bisphenol A and Other Bispenols by A Gram-negative Aerobic Bacterium. Appl. Environ. MicrobioI., 58, 1823-1831, 1992
환경부: 내분비계장애물질(환경호르몬) 조사 . 연구결과, 환경부 보도자료, 1-8, 2000
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