[논문]광분해 반응에 의한 비스페놀 A의 에스트로겐 활성 저감에 미치는 방류수 유기물질의 영향

유지수; 나주림; 정진호

doi:10.11626/kjeb.2016.34.1.048

[국내논문] 광분해 반응에 의한 비스페놀 A의 에스트로겐 활성 저감에 미치는 방류수 유기물질의 영향
Effect of Effluent Organic Matters on Estrogenic Activity Reduction of Bisphenol A by Photolysis 원문보기

환경생물 = Korean journal of environmental biology, v.34 no.1, 2016년, pp.48 - 55

유지수 (고려대학교 생명과학대학 환경생태공학과) , 나주림 (고려대학교 생명과학대학 환경생태공학과) , 정진호 (고려대학교 생명과학대학 환경생태공학과)

초록
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본 연구는 자외선 광분해에 의한 비스페놀 A (BPA)의 에스트로겐 활성 저감에 미치는 하수처리장 방류수 유기물질의 영향을 조사하였다. 방류수 유기물질과 표준으로 사용한 스와니강 자연 유기물질은 극성에 따라 소수성, 반친수성, 친수성 분획으로 분리하였다. 특이 자외선 흡수 (SUVA) 분석 결과, 방류수 유기물질은 높는 소수성을 가지고 있는 자연 유기물질과 다르게 소수성이 낮은 미생물 기원 유기물질과 유사한 특성을 나타내었다. 3시간의 자외선 조사는 방류수 및 자연 유기물질의 극성에 따라 SUVA 값을 유의하게 감소시켰다 (p<0.0001). 유기물질이 없는 조건에서, BPA($5.0{\times}10^{-5}M$)의 상대 에스트로겐 활성도는 자외선 광분해에 의해 86%에서 63%로 감소하였다. 그러나 유기물질이 있는 조건에서 상대 에스트로겐 활성도는 평균적으로 68%에서 37%로 감소하였으며, 유기물질의 종류 (방류수 또는 자연유기물질) 및 극성 (소수성, 반친수성, 친수성)과 유의한 차이를 나타내지 않았다 (p>0.05). 결과적으로, 유기물질이 있고 없는 조건에서 자외선 광분해에 의해 감소한 BPA의 상대 에스트로겐 활성도는 각각 31%와 23%였으며, 이것은 방류수와 자연 유기물질 모두 광분해에 의한 BPA의 에스트로겐 활성 저감을 촉진시킨다는 것을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigates the effect of effluent organic matter (EfOM) from sewage wastewater treatment plants on estrogenic activity reduction of bisphenol A (BPA) by UV photolysis. The EfOM and Suwannee River natural organic matter (SR-NOM) as reference were isolated into hydrophobic (HPO), transphilic (TPI) and hydrophilic (HPI) fractions depending on polarity. The specific ultraviolet absorbance (SUVA) analysis indicated that EfOM showed similar properties to microbially derived organic matters with low hydrophobicity, which is different from SR-NOM having high hydrophobicity. UV irradiation upto 3 hr significantly reduced SUVA values of both EfOM and SR-NOM (p<0.0001), depending on the polarity of organic matters. In the absence of organic matters, the relative estrogenic activity (REA) of BPA ($5.0{\times}10^{-5}M$) was decreased from 86% to 63% by UV photolysis (2 hr). However, the decrease of mean REA was from 68% to 37% in the presence of organic matters, which was significantly independent on the type (EfOM or SR-NOM) and polarity (HPO, TPI or HPI) of organic matters (p>0.05). As a result, the reduced REA by UV photolysis of BPA with and without organic matters was 31% and 23%, respectively, suggesting that both EfOM and SR-NOM accelerated the photolytic reduction of BPA estrogenic activity.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 자외선 광분해 반응에 의한 극성별 방류수 유기물질의 특성 변화 연구와 함께 비스페놀 A의 광분해에 따른 에스트로겐 활성 변화에 미치는 방류수 유기물질의 영향을 연구하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 방류수는 서울 시내에 위치한 하수처리장 2곳에서 2015년 4월 30일 오후 2~5시에 채취하였다. 두 하수처리장 모두 활성슬러지법을 이용하여 생활하수를 주로 처리하며, 처리용량은 각각 1,630,000과 900,000 m³ d^-1이다.
본 연구에 사용된 비스페놀 A (BPA, ≥99%)는 Sigma-Aldrich사 (USA)의 제품을 구입하였으며, 탈이온수(Puris Esse-UP ultrapure water System, Mirae St Corp., Korea)를 이용하여 고농도의 표준용액을 제조한 후 실험 전 초기농도를 5.0×10^-5 M로 희석하여 실험에 사용하였다. BPA 실험 농도는 기존의 연구결과와 수환경 중에 존재하는 일반적인 농도를 바탕으로 선정하였다.

데이터처리

CA, USA)을 이용하여 나타내었다. 또한 EfOM 분획과 광분해 반응 시간에 따른 DOC, SUVA, REA 값의 변화는 two-way ANOVA test을 사용하였고, 광분해 반응에 의한 BPA의 에스트로겐 활성 변화는 Tukey’s post hoc test을 사용하여 통계분석 하였다. 모든 실험은 세 번의 반복 실험을 수행하였으며, SAS 프로그램(ver.
또한 EfOM 분획과 광분해 반응 시간에 따른 DOC, SUVA, REA 값의 변화는 two-way ANOVA test을 사용하였고, 광분해 반응에 의한 BPA의 에스트로겐 활성 변화는 Tukey’s post hoc test을 사용하여 통계분석 하였다. 모든 실험은 세 번의 반복 실험을 수행하였으며, SAS 프로그램(ver. 9.4, SAS Institute Inc. NC, USA)을 이용하여 통계분석을 실시하였다. 그리고 p 값이 0.

성능/효과

(2004)은 육상 기원성 자연 유기물질(Suwannee river fulvic acid)보다 친수성의 미생물 기원 유기물질이 BPA의 광분해에 더 효과적이라고 보고한 바 있다. 그러나, 본 연구에서는 방류수 유기물질과 자연 유기물질에 관계없이 극성별 분획에 따른 BPA의 에스트로겐 활성 저감은 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다(p>0.05).
본 연구에서는 방류수 유기물질이 자연 유기물질과 물리화학적 특성은 다르지만 광분해에 의한 BPA의 에스트로겐활성 저감에 동등한 역할을 할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이것은 현재 국내에서 진행되고 있는 방류수 TOC 관리에서 방류수 유기물질의 특성 분석이 중요하다는 것을 강조하고 있으며, 더 나아가 방류수 유기물질이 하천 수생태계에 미치는 영향에 대한 심도 있는 연구가 필요함을 의미하고 있다.
자외선 조사에 따른 방류수와 자연 유기물질의 특성을 분석한 결과, 자외선 조사 시간이 증가함에 따라 DOC 농도는 소폭 감소한 반면(Fig. 2a) SUVA 값은 크게 감소하였다(Fig. 2b). 구체적으로, DOC 농도 변화는 방류수 유기물질의 극성별 분획(PF) 간에만 통계적으로 유의한 차이를 보여 주었다(Table 2).

후속연구

본 연구에서는 방류수 유기물질이 자연 유기물질과 물리화학적 특성은 다르지만 광분해에 의한 BPA의 에스트로겐활성 저감에 동등한 역할을 할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이것은 현재 국내에서 진행되고 있는 방류수 TOC 관리에서 방류수 유기물질의 특성 분석이 중요하다는 것을 강조하고 있으며, 더 나아가 방류수 유기물질이 하천 수생태계에 미치는 영향에 대한 심도 있는 연구가 필요함을 의미하고 있다. 한편, 자연 유기물질에 의한 유기 오염물질의 광분해 촉진 기작에 대한 연구는 많이 진행된 반면, 방류수 유기물질의 역할 규명은 아직도 한계가 있다는 점에서 이에 대한 추가 연구가 더 진행되어야 할 것이다.
이것은 현재 국내에서 진행되고 있는 방류수 TOC 관리에서 방류수 유기물질의 특성 분석이 중요하다는 것을 강조하고 있으며, 더 나아가 방류수 유기물질이 하천 수생태계에 미치는 영향에 대한 심도 있는 연구가 필요함을 의미하고 있다. 한편, 자연 유기물질에 의한 유기 오염물질의 광분해 촉진 기작에 대한 연구는 많이 진행된 반면, 방류수 유기물질의 역할 규명은 아직도 한계가 있다는 점에서 이에 대한 추가 연구가 더 진행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방류수 유기물질이란?	방류수 유기물질(effluent organic matter, EfOM)은 하폐수처리장으로부터 수계로 유입되는 유기물질을 총칭하며, 자연유기물질(natural organic matter, NOM)뿐만 아니라 용존 미생물 생성물 (soluble microbial product, SMP), 단백질, 탄수화물 등의 다양한 성분을 포함하는 것으로 알려져있다. 이로 인하여 EfOM은 NOM과는 매우 다른 물리화학적 특성을 지니며, 이들 특성은 중금속 및 유기화합물의 거동 및 독성에 큰 영향을 미칠 수 있다(Baken et al.
	유기물질의 극성에 따른 분류는?	2011). 특히 유기물질은 극성에 따라 소수성(hydrophobic), 반친수성(transphilic) 및 친수성(hydrophilic)으로 분류될 수 있는데, 최근 연구에 따르면 이들 극성에 따라 미량유해물질과의 상호작용이 크게 달라질 수 있다(Pernet-Coudrier et al. 2008;Louis et al.
	내분비계 장애물질이 인체에 미치는 영향은?	한편, 내분비계 장애물질(endocrine disrupting chemicals, EDCs), 의약물질(pharmaceuticals) 등과 같은 미량오염물질은 완전히 제거되지 못한 채 하폐수처리장 방류수나 하천 등에서 여전히 검출되고 있다. 특히 EDCs는 수계 내 부유물질이나 용존유기물질 (dissolved organic matter, DOM)과의 상호작용으로 다양한 수준의 내분비계 장애 영향을 유발한다(Tanghe et al. 1999).

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