[논문]방사선 처리에 의한 폴리비닐 알콜의 생분해도 개선

정진호; 박남용; 조훈제; 이선미; 김정규

방사선 처리에 의한 폴리비닐 알콜의 생분해도 개선
Improvement of the Biodegradability of Polyvinyl Alcohol by Radiation Treatment 원문보기

水質保全 = Journal of Korean Society on Water Quality, v.20 no.3, 2004년, pp.241 - 244

정진호 (고려대학교 환경생태공학부) , 박남용 (고려대학교 환경생태공학부) , 조훈제 (고려대학교 환경생태공학부) , 이선미 (고려대학교 환경생태공학부) , 김정규 (고려대학교 환경생태공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Radiation treatment with gamma-rays and electron-beams was used to remove polyvinyl alcohol(PVA), one of the main components of dyeing wastewater. PVA was effectively decomposed by radiation treatment, thus the removal was near 100 % at an initial PVA concentration of 44 mg/L. However, total organic carbon(TOC) removal was less than 5 % due to lower transformation of PVA to $CO_2$. This directly indicates the radiation treatment alone is not appropriate for the complete decomposition of PVA. In this sense, the improvement of biodegradability($BOD_5/COD$) of PVA by radiation treatment was studied. Both gamma-ray and electron-beam treatments significantly increased the biodegradability of PVA by transforming non-biodegradable PVA to biodegradable by-products. This suggests radiation treatment, especially electron-beam treatment that showed better improvement of biodegradability, can be used as a pre-treatment of biological degradation process of PVA.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 병용공정의 원리는 방사선을 이용하여 독성물질의 독성을 제거하거나 난분해성물질의 생분해도를 개선한 다음, 보다 경제적인 생물학적 처리를 후 처리로 사용하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 방사선과 생물 학적병용공정에 의한 염색폐수 처리에 대한 기초연구로서, 감마선과 전자빔에 의한 PVA의 분해제거와 이에 따른 생분해도 변화를 비교 연구하고자 한다.
본 연구는 방사선 처리에 의한 PVA의 분해 제거와 그에 따른 생분해도 개선을 실험하였다. 방사선 처리는 PVA를효과적으로 제거하였지만, TOC의 제거는 아주 미비하였다.

제안 방법

감마선과 전자빔의 흡수선량에 따른 PVA의 분해제거를 정량적으로 비교하기 위하여 흡수선량 상수(dose constant) 를 구하였다. 흡수선량 상수는 PVA의 분해 제거에 필요한 흡수 선량을 계산하는데 아주 유용하게 사용되며, 다음과 같은 수정 일차반웅 속도식에 의하여 구할 수 있다(Mincher et al.
어렵다는 것을 알 수 있었다. 따라서 생물학적 처리와 연계한 병용공정의 가능성을 평가하기 위하여, 방사선흡수 선량에 따른 PVA의 생분해도(BODs/COD) 변화를 실험하였다. Fig.
접종용 미생물은 중랑하수종말처리장에서 채취한 슬러지를유리섬유로 거른 후 사용하였다. 크롬법에 의한 화학적 산소요구량(COD)은 시료 2 mL를 COD분석용 시약 (Humas, Korea)에 넣고 150 P에서 2시간 반응 시킨 후 색도계 (Thermo Orion AQ2040, USA)로 측정하였다.

대상 데이터

제조하였다. 감마선 조사실험은 한국원자력 연구소가 보유하고 있는 Cobalt-60 고준위 감마선 조사장치 (AECL IR79, Canada)를 사용하였으며, 흡수선량은 조사선원과 조사 시료와의 거리를 달리하여 일정시간 동안 조사함으로서조절하였다. 전자빔 조사실험은 이비테크 사가 보유하고 있는 전자빔 가속장치 (Model ELV-4, 1 MeV, 40 kW)를 사용하였다.
감마선 조사실험은 한국원자력 연구소가 보유하고 있는 Cobalt-60 고준위 감마선 조사장치 (AECL IR79, Canada)를 사용하였으며, 흡수선량은 조사선원과 조사 시료와의 거리를 달리하여 일정시간 동안 조사함으로서조절하였다. 전자빔 조사실험은 이비테크 사가 보유하고 있는 전자빔 가속장치 (Model ELV-4, 1 MeV, 40 kW)를 사용하였다.
총유기탄소 (TOC) 는 Shimazu 5000A(Japan)로 분석하였고, 5일간 생물화학적산소요구량(BODs)은 수질오염 공정시험방법에 준하여 분석하였다(Korea Standard Methods for Water Quality, 2000). 접종용 미생물은 중랑하수종말처리장에서 채취한 슬러지를유리섬유로 거른 후 사용하였다. 크롬법에 의한 화학적 산소요구량(COD)은 시료 2 mL를 COD분석용 시약 (Humas, Korea)에 넣고 150 P에서 2시간 반응 시킨 후 색도계 (Thermo Orion AQ2040, USA)로 측정하였다.
중합도가 1,500인 polyvinyl alcohol(Showa, Japan)을 사용하여 저농도(44 mg/L)와 고농도(440 mg/L)의 조사용 시료를 제조하였다. 감마선 조사실험은 한국원자력 연구소가 보유하고 있는 Cobalt-60 고준위 감마선 조사장치 (AECL IR79, Canada)를 사용하였으며, 흡수선량은 조사선원과 조사 시료와의 거리를 달리하여 일정시간 동안 조사함으로서조절하였다.

이론/모형

PVA는 Finley법에 준하여 다음과 같은 방법으로 분석하였다(Finley, 1961). 방사선 분해제거 실험 후 시료를 32 mL를 취하고.
상기의 혼합액을 25 ℃에서 20분간 진탕 반응시킨 후에 690 nm에서 흡광도를 측정하여 정량하였다. 총유기탄소 (TOC) 는 Shimazu 5000A(Japan)로 분석하였고, 5일간 생물화학적산소요구량(BODs)은 수질오염 공정시험방법에 준하여 분석하였다(Korea Standard Methods for Water Quality, 2000). 접종용 미생물은 중랑하수종말처리장에서 채취한 슬러지를유리섬유로 거른 후 사용하였다.

성능/효과

3에 나타난 바와 같이 아주 미비하였다. 감마선과 전자빔 모두 저농도의 PVA 처리 시 더 좋은 TOC 제거율을 보여 주었지만, TOC 제거율은 5 % 에도 미치지 못하였다. 이는 방사선을 이용하여 PVA 를 이산화탄소로 완전 분해 시키기가 매우 어렵다는 것을 잘 보여주고 있다.
먼저, 고농도 PVA의 경우, 방사선 처리에 의한 생분해도 개선은 매우 미비하였다. 그러나 방사선 처리에 의한 저농도 PVA의 생분해도 증가는 아주 뚜렷하였으며, 전자빔이 감마선 보다 더 우수한 생분해도 개선을 보여주었다. 저농도 PVA의 경우, 흡수선량 1 kGy에서 전자빔과 감마선은 각각 0.
전체적으로 전자빔이 감마선 보다 더 높은 COD 제거율을 보여주고 있으며, 고농도 PVA에서 COD 변화는 미비하였다. 그러나, 저농도 PVA의경우, 흡수선량 1 kGy에서 감마선과 전자빔은 각각 15와 27 %의 COD를 감소시켰다. 이는 TOC 제거율보다 상당히 높은 값으로, 수산화라디칼에 의한 PVA의 산화로 인하여 화학적 산화에 필요한 산소요구량의 감소에 기인한다.
실험을 통하여 방사선 처리는 PVA의 생분해도를 상당히 증가시킨다는 것과 흡수 선량을 바탕으로 전자빔이 감마선 보다 더 효과적임을 알 수 있었다. 또한, 생분해도 증가의 원인이 난분해성 PVA의 생분해성 중간산물로의 변환에 있다는 것을 간접적으로 알 수 있었다. 따라서 차후에는 이들 중간산물들에 대한 규명과 더불어 생분해도를 더 개선시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다고 생각한다.
이는 TOC 제거율보다 상당히 높은 값으로, 수산화라디칼에 의한 PVA의 산화로 인하여 화학적 산화에 필요한 산소요구량의 감소에 기인한다. 또한, 염색폐수 성분 중에서 PVA가 주요한 COD 유발물질임을 감안할 때, 방사선 처리는 COD 감소에 효과적임을 보여주고 있다.
이것은 방사선에 의한 PVA의 완전 제거가 어렵다는 것과 PVA의 생분해도 개선 후 생물학적 처리가 바람직하다는 것을 시사해 주고 있다. 실험을 통하여 방사선 처리는 PVA의 생분해도를 상당히 증가시킨다는 것과 흡수 선량을 바탕으로 전자빔이 감마선 보다 더 효과적임을 알 수 있었다. 또한, 생분해도 증가의 원인이 난분해성 PVA의 생분해성 중간산물로의 변환에 있다는 것을 간접적으로 알 수 있었다.
4는 방사선 처리에 의한 화학적 산소요구량 (COD)의 변화를 보여주고 있다. 전체적으로 전자빔이 감마선 보다 더 높은 COD 제거율을 보여주고 있으며, 고농도 PVA에서 COD 변화는 미비하였다. 그러나, 저농도 PVA의경우, 흡수선량 1 kGy에서 감마선과 전자빔은 각각 15와 27 %의 COD를 감소시켰다.
흡수선량에 따른 COD의 감소와는 달리 5일간 생화학적산소요구량(BODs)은 방사선 흡수선량이 높을수록 증가하였다 (Fig. 5). 이것은 미생물에 의하여 잘 분해 되지 않는 난분해성 물질인 PVA가 방사선에 의하여 생분해 가능한 형태의 저분자로 전환되어진 결과라고 할 수 있다(Park et al.

후속연구

또한, 생분해도 증가의 원인이 난분해성 PVA의 생분해성 중간산물로의 변환에 있다는 것을 간접적으로 알 수 있었다. 따라서 차후에는 이들 중간산물들에 대한 규명과 더불어 생분해도를 더 개선시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다고 생각한다.

참고문헌 (11)

Lee, S. W., Lee S. H. and Lee Y. C., A study on PVA recovery from artificial textile wastewater using ultrafiltration, J. of KSEE, 18, pp. 1349-1360 (1996)
Andreozzi, R., Caprio, V., Insola, A. and Marotta, R., Advanced oxidation processes (AOP) for water purification and recovery, Catalysis Today, 53, pp. 51-59 (1999)
Pikaev, A. K,. Environmental applications of radiation technology, High Energy Chemistry, 28, pp. 5-16 (1994)
Han, B., Ko, J., Kim, J., Kim, Y., Chung, W. Makarov, I. E., Ponomarev, A. V. and Pikaev, A. K., Combined electron-beam and biological treatment of dyeing complex wastewater-Pilot plant experiments, Radiation Physics and Chemistry, 64, pp. 53-59 (2002)
Getoff, N., Radiation-induced degradation of water pollutant-State of Art, Radiation Physics and Chemistry, 47, pp. 581-593 (1996)
Finley, J. H., Spectrophotometric determination of polyvinyl alcohol in paper coatings, Anal. Chem., 33, pp. 1925-1927 (1961)
Korea standard methods for water quality, Ministry of Environment, Korea (2000)
Chen, Y., Sun, Z. Yang, Y. and Ke, Q., Heterogeneous photocatalytic oxidation of polyvinyl alcohol in water, J Photochem. Photobio. A: Chem., 142, pp. 85-89 (2001)
Mincher, B. J., Brey, R. R., Rodriguez, R. G., Pristupa, S. and Ruhter, A., Increasing PCB radiolysis rates in transformer oil, Radiation Physics and Chemistry, 65, pp. 461-465 (2002)
Park, Y. K., Lee C. H. and Park S. J., Treatment characteristics of polyvivylalcohol(PVA) wastewater by immobilized microorganisms, J. KSEE, 16, pp. 985-993 (1994)
Contreras, S., Rodriguez, M., Al Momani, F., Sans, C. and Esplugas, S., Contribution of the ozonation pretreatment to the biodegradation of aqueous solutions of 2,4-dichlorophenol, Wat. Res., 37, pp. 3164-3171 (2003)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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