[논문]용존성 방류수 유기물질이 비스페놀 A의 흡착 및 에스트로겐 활성에 미치는 영향

유지수; 나주림; 정진호

doi:10.17820/eri.2019.6.2.128

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본 연구는 하수종말처리장의 용존성 방류수 유기물질이 비스페놀 A (BPA)의 흡착과 에스트로겐 활성에 미치는 영향을 조사하였다. 특이적 자외선 흡수 (SUVA)와 형광 지수 (FI) 분석 결과, 방류수 유기물질은 참조물질로 사용한 스와니강 자연 유기물질과는 달리 미생물 기원의 비휴믹성 유기물질 특성을 나타내었다. Langmuir와 Freundlich 모델 모두 방류수 및 자연 유기물질에 대한 BPA의 흡착을 잘 설명하였다. 방류수 유기물질은 자연 유기물질 보다 더 높은 BPA 흡착능을 보여주었고, 이에 따라 에스트로겐 활성 역시 더 많이 감소시켰다. 이러한 결과들은 유기물질의 기원에 따라 BPA 흡착능과 에스트로겐 활성 저감이 크게 영향을 받는 다는 것을 제시한다.

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This study evaluates the effect of dissolved effluent organic matter (SE-dEfOM) from sewage wastewater treatment plants on the adsorption and estrogenic activity of bisphenol A (BPA). Specific ultraviolet absorbance and fluorescence index analyses indicated that SE-dEfOM was mainly microbially deriv...

This study evaluates the effect of dissolved effluent organic matter (SE-dEfOM) from sewage wastewater treatment plants on the adsorption and estrogenic activity of bisphenol A (BPA). Specific ultraviolet absorbance and fluorescence index analyses indicated that SE-dEfOM was mainly microbially derived non-humic substances differed from Suwannee River natural organic matter (SR-NOM) as reference. Both Langmuir and Freundlich models successfully explained the adsorption of BPA onto both SE-dEfOM and SR-NOM. Additionally, the SE-dEfOM showed higher binding capacities and affinities for BPA than those of SR-NOM, resulting in better reduction of the estrogenic activity of BPA. These findings suggest that the binding and toxicity of BPA are largely dependent on the source of organic matters.

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표 Table 1. Chemical properties of sewage effluent samples used in this study
표 Table 2. Specific UV absorbance (SUVA) and fluorescence index (FI) of sewage effluent organic matter (SE1- and SE2-dEfOM) and Suwannee River natural organic matter (SR-NOM)
표 Table 3. Langmuir and Freundlich parameters for bisphenol A (BPA) binding onto sewage effluent organic matter (SE1-and SE2-dEfOM) and Suwannee River natural organic matter (SR-NOM). The parameters were determined using Eqs. (1) and (2) in text (n = 3)
그림 Fig. 1. Absorption isotherms of bisphenol A onto sewage effluent organic matter (SE1- and SE2-dEfOM) and Suwannee River natural organic matter (SR-NOM). Background electrolyte was 0.01 M KNO₃ and the concentration of dissolved organic matter was 5.00 mg C L^-1. The experimental data were fitted using Eqs. (1) and (2) in text (n = 3).
그림 Fig. 2. Concentration-response curve of bisphenol A (BPA) and 17β-estradiol (E2). The experimental data were fitted using Eq. (5) in text (n = 3).
그림 Fig. 3. Concentration-response curves of bisphenol A (BPA) in the presence of sewage effluent organic matter (SE1- and SE2-dEfOM) and Suwannee River natural organic matter (SR-NOM). The concentration of dissolved organic matter was 5.00 mg C L^-1.). The experimental data were fitted using Eq. (5) in text (n = 3).
표 Table 4. Regression parameters for concentration-response curve of bisphenol A (BPA) and 17β-estradiol (E2). The parameters were determined using Eq. (5) in text (n = 3)
표 Table 5. Effect of sewage effluent organic matter (SE1- and SE2-dEfOM) and Suwannee River natural organic matter (SR-NOM) on estrogenic activity of bisphenol A (BPA). Results are presented as the median effective concentration (EC₅₀) The parameter was determined using Eq. (5) in text (n = 3)

AI 본문요약
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문제 정의

이를 통해 DOM이 에스트로겐성 물질의 거동 및 활성 변화에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다. 따라서 본 논문에서는 dEfOM이 BPA의 흡착과 에스트로겐 활성에 미치는 영향을 연구하였다.

제안 방법

유기물질의 화학적 특성은 자외선 흡광도와 형광 분석을 이용하여 측정하였다. 먼저 Mecasys사의 UV-Vis Spectrophotometer (model Optizen POP, Korea)를 이용하여 UV 254 nm에서 흡광도를 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 방류수 (SE1과 SE2)는 서울시에 위치한 2곳의 공공하수처리시설에서 2015년 4월 30일 오후 2 - 5시에 채취하였다. SE1과 SE2 하수처리시설은 모두 활성슬러지법을 이용하여 생활하수를 처리하였으며, 처리 용량은 각각 1,630,000과 900,000 m³d^-1이다.
본 연구에 사용된 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 1.0 × 10^-2 M로 희석하여 실험에 사용하였다. BPA 실험 농도는 기존의 연구결과와 수환경 중에 존재하는 일반적인 농도를 바탕으로 선정하였다.

데이터처리

C_e(mg L^-1)는 평형상태에서 용액 중 BPA의 농도이고, q_e(mg g^-1)는 평형조건에서 유기물질에 흡착된 BPA의 양이며, n은 흡착 강도와 연관된 Freundlich 상수다. 그리고 모든 실험 데이터는 SigmaPlot 프로그램 (Version 12.0, Systat Software Inc., USA)을 이용하여 비선형 회귀 분석을 실시하였다.
또한, 각 화학물질의 농도에 따른 에스트로겐 활성도를 나타내는 농도-반응 곡선은 SigmaPlot 프로그램(Version 12.0, Systat Software Inc., USA)을 이용하여 나타내었다.

이론/모형

에스트로겐 활성도를 측정하기 위하여 형질변환 효모를 이용한 yeast two-hybrid assay를 이용하였다(Shiraishi et al. 2003). 본 연구에 사용된 효모는 쥐의 에스트로겐 수용체 (rER)가 도입된 형질변환 효모(Saccharomyces cerevisiae Y190)로서, 발현 효소의 정량은 Pierce사 (Thermo, USA)의 yeast β-galactosidase kit를 이용하였다 (Yoo et al.
SE-dEfOM과 SR-NOM에 의한 BPA의 흡착 거동을 해석하기 위하여, 평형상태에서 얻어진 흡착 실험의 결과들을 Langmuir와 Freundlich 등온 흡착 모델에 적용하였다. 그 결과, Langmuir와 Freundlich 모델의 결정계수는 둘 다 r²= 0.

성능/효과

683 µM의 높은 EC₅₀값이 나타났다. 이를 통해 BPA의 에스트로겐 활성은 유기물질이 있을 때더 크게 감소함을 알 수 있으며, 유기물질에 의한 BPA의 흡착 및 독성 감소는 다른 연구를 통해서도 잘 알려져 있다(Gattullo et al. 2012). 또한 SE-dEfOM의 EC₅₀ 값이 SR-NOM보다 더 크다는 것은 BPA의 상대 에스트로겐 활성도가 더 많이 감소하였다는 것을 나타낸다.
본 연구에서는 dEfOM이 NOM과 다른 물리화학적 특성을 가지며, 유기물질의 기원이 BPA의 흡착과 에스트로겐 활성에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 이것은 수환경에서 dEfOM이 미량오염물질의 거동과 생물에 미치는 영향에 대한 심도 있는 연구가 필요함을 시사한다.
SE-dEfOM과 SR-NOM에 의한 BPA의 흡착 거동을 해석하기 위하여, 평형상태에서 얻어진 흡착 실험의 결과들을 Langmuir와 Freundlich 등온 흡착 모델에 적용하였다. 그 결과, Langmuir와 Freundlich 모델의 결정계수는 둘 다 r²= 0.99 - 1.00으로 매우 높게 나타났으며 (Table 3), 이는 두 모델 모두 SE-dEfOM과 SR-NOM에 대한 BPA의 등온 흡착 거동을 잘 설명하는 것을 의미한다. 일반적으로 Langmuir 모델은 균일한 흡착제표면에 대한 단층 흡착 (monolayer adsorption)을, 그리고 Freundlich 모델은 불균일한 흡착제 표면에 대한 다층 흡착 (multilayer adsorption)을 가정하고 있다.

후속연구

이것은 수환경에서 dEfOM이 미량오염물질의 거동과 생물에 미치는 영향에 대한 심도 있는 연구가 필요함을 시사한다. 그러나, 본 연구는 dEfOM 구성 성분들과 BPA와의 상호작용에 대한 물리화학적 규명에 한계가 있었는데, 이에 대한 추가 연구가 더 진행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비스페놀 A (bisphenol A, BPA)란?	한편, 비스페놀 A (bisphenol A, BPA)는 페녹시수지, 합성수지 등 플라스틱 제조의 원료로 쓰이며, 내분비계 교란을 일으키는 대표적인 EDCs이다 (Sun et al. 2010).
	dEfOM이 야기하는 악영향은?	45 μm을 기준으로 입자성 (particular organic matter, POM)과 용존성 유기물질 (dissolved organic matter, DOM)로 분류하는데, 용존성 방류수 유기물질 (dissolved effluent organic matter, dEfOM)은 EfOM의 90% 이상을 차지한다 (Thurman 1985). 특히 dEfOM은 중금속과 유기화합물의 거동 및 생물유효도에 큰 영향을 미칠 수 있으며 (Baken et al. 2011, Yoo et al. 2016), 수서 생물에 직접적인 악영향을 미칠 수도 있다 (Yoo et al. 2019).
	용존성 방류수 유기물질 (SE-dEfOM)의 낮은 SUVA 값이 나타내는 것은?	2012). 이를 통해 SE-dEfOM은 SR-NOM에 비해 친수성이 높은 미생물 기원성 유기물질이 주로 분포하는 것을 알 수 있으며, 이는 최근 논문들의 결과와도 일치한다 (Quaranta et al. 2012, Yoo et al.

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