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문제 정의
- 미세플라스틱의 정수처리장에서의 제거 과정을 보다 자세하게 확인하기 위하여 공정에 따른 추가적인 조사를 실시하였다. 이 과정에서 정수처리장의 각 공정에서 유입ㆍ유출되는 미세플라스틱의 크기 및 형태 따른 조사도 함께 실시하였다.
- 본 장에서는 현재 연구되고 있는 응집ㆍ침전 공정에 대하여 정리하였다. 미세플라스틱의 크기, 재질, 그리고 응집제의 양과 종류에 따른 영향을 고려한 연구들을 중심으로 정리를 하였다.
- 본 절에서는 다양한 응집제에 따른 응집형태 및 제거율에 관한 연구들을 조사하였다. PE을 사용한 연구를 비교한 결과, Al 계열의 응집제가 Fe 계열의 응집제 보다 제거율이 높은 것으로 나타났다.
- 미세플라스틱의 정수처리장에서의 제거 과정을 보다 자세하게 확인하기 위하여 공정에 따른 추가적인 조사를 실시하였다. 이 과정에서 정수처리장의 각 공정에서 유입ㆍ유출되는 미세플라스틱의 크기 및 형태 따른 조사도 함께 실시하였다. 조사된 정수처리장의 경우 Table 1에서와 같이 90% 이상의 미세플라스틱이 10 μm 이하의 크기였으나, 이 중 1-5 μm 크기의 비율이 보다 높은 것으로 검출이 되었다 (Fig.
- 이번 절에서는 수계에 미세플라스틱의 존재 하에 염소로 인하여 발생할 수 있는 소독부산물과 함께 이러한 소독부산물이 미세플라스틱의 표면에 흡착할 수 있는 가능성에 대하여 조사하였다. 이를 통하여 미세플라스틱이 염소 소독공정에 유입될 시에 발생할 수 있는 문제에 대하여 확인하고자 한다.
- 정수처리 공정에서 염소와 같이 강한 산화력을 가지는 화학물의 투입으로 인하여 미세플라스틱의 변형이 일어날 수 있으며, 이 과정에서 새로운 소독부산물이 생겨날 수 있다. 이번 절에서는 수계에 미세플라스틱의 존재 하에 염소로 인하여 발생할 수 있는 소독부산물과 함께 이러한 소독부산물이 미세플라스틱의 표면에 흡착할 수 있는 가능성에 대하여 조사하였다. 이를 통하여 미세플라스틱이 염소 소독공정에 유입될 시에 발생할 수 있는 문제에 대하여 확인하고자 한다.
- 이에 본 연구에서는 국외의 다양한 정수처리장의 미세플라스틱 유입 및 제거에 관한 조사를 실시하였다. 조사는 ScienceDirect(http://www.
- 그러나 해양 및 하천에 관한 조사와 비교하여 아직 정수처리장으로 유입되는 미세플라스틱에 관한 정보가 많이 부족한 실정이다. 이에 본 조사에서는 정수처리장에 유입되는 미세플라스틱에 관한 조사를 정리함과 동시에, 이에 관련된 개별적인 공정에 대한 연구현황을 정리하였다.
제안 방법
- PolyDADMAC의 첨가시, 폴리머 체인의 용존 공기에 부착으로 인하여 공기방울의 접촉면적을 증가시켜 미세플라스틱과의 bridging 효과를 유도하였다. 이를 통하여 제거율을 PA의 경우 약 99.
- 본 장에서는 정수처리장으로 유입 및 제거되는 미세플라스틱에 관한 연구들을 해외사례 중심으로 조사를 실시하였다. 체코와 중국에서 실시된 연구는 운영 중인 정수처리장의 조사를 통하여 실시되었으며, 미국의 경우 정수처리장의 원수에 미세플라스틱을 첨가하여 모의 정수처리시설을 통한 제거율을 확인하였다.
- 본 절에서는 Wang et al. (2020c)의 연구를 바탕으로 모래여과와 바이오차 여과의 비교를 통하여 미세플라스틱의 여과 메커니즘과 원리에 대한 조사를 실시하였다 (Wang et al., 2020c).
- 검색에 사용한 주요 키워드는 microplastic, drinking water treatment, coagulation, filtration, disinfection, dissolved air flotation이다. 선택된 문헌의 참고 문헌 목록을 조사하고 다른 관련 논문을 역 추적하였다. 조사된 정수처리장에 관한 연구를 바탕으로 현장의 각 처리 공정별 제거 특성을 확인하였으며, 응집ㆍ침전, 용존 공기 부상, 그리고 여과공정에 관한 최신 연구를 조사하여 정리하였다.
- 이는 실험실의 경우, PE와 PS와 같이 비중이 낮고, 외부 환경에 의한 표면산화가 일어나지 않은 미세플라스틱을 중심으로 실험을 실시되었기 때문인 것으로 추정된다. 이러한 불일치에 불구하고 본 장에서는 응집 공정을 통한 플럭의 생성과정과 침전을 통하여 미세플라스틱이 제거되는 과정을 조사하였다. 추가로, 미세플라스틱의 형태와 표면특성에 따른 응집 및 제거에 관한 조사도 실시하였다.
- 선택된 문헌의 참고 문헌 목록을 조사하고 다른 관련 논문을 역 추적하였다. 조사된 정수처리장에 관한 연구를 바탕으로 현장의 각 처리 공정별 제거 특성을 확인하였으며, 응집ㆍ침전, 용존 공기 부상, 그리고 여과공정에 관한 최신 연구를 조사하여 정리하였다. 이를 통하여 정수처리장에 유입되는 미세플라스틱과 이들의 제거에 관한 현재까지의 연구동향을 파악하고, 현재 미세플라스틱 관련 연구의 한계점을 고찰하였다.
- 이러한 불일치에 불구하고 본 장에서는 응집 공정을 통한 플럭의 생성과정과 침전을 통하여 미세플라스틱이 제거되는 과정을 조사하였다. 추가로, 미세플라스틱의 형태와 표면특성에 따른 응집 및 제거에 관한 조사도 실시하였다.
대상 데이터
- 바이오차의 경우, 원재료와 제조 과정에 따라 다양한 표면형태를 나타나며, 이에 따른 미세플라스틱의 제거 형태 또한 다양한 것으로 확인이 되었다. 바이오타의 원재료로는 옥수수 대(corn straw)와 나무(hardwood)가 있었으며, 옥수수 대의 경우, 재조 온도를 300, 400, 500℃로 달리하여 제조가 되었다. 그 결과, 온도가 올라갈수록 바이오차의 파편이 줄어들었으며, 구조 또한 벌집 모양의 구조가 증가한 것으로 확인이 되었다.
- 이에 본 연구에서는 국외의 다양한 정수처리장의 미세플라스틱 유입 및 제거에 관한 조사를 실시하였다. 조사는 ScienceDirect(http://www.sciencedirect.com), Web of Science(https://webofknowledge.com), SpringerLink(http://link.springer.com), ACS Publications(http://pubs. acs.org), RSC Publishing(http://pubs.rsc.org), Google scholar(http://scholar.google.com) 검색엔진을 활용하여 최신 논문을 바탕으로 진행을 하였다. 검색에 사용한 주요 키워드는 microplastic, drinking water treatment, coagulation, filtration, disinfection, dissolved air flotation이다.
성능/효과
- 그러나 응집과는 달리 크기에 따른 미세플라스틱의 제거율은 보다 다양한 결과가 관찰되었다. 0.5-5 mm 크기의 PE를 관찰한 결과 (Ma et al., 2019a; Ma et al., 2019b), 철(Fe)과 알루미늄(Al)의 두 가지 응집제에 대하여 매우 낮은 제거율을 보였다. 0.
- Fig. 3에서 보이는 바와 같이 10 μm의 PS 입자를 d50가 0.6-0.7 mm인 모래와 바이오차를 이용하여 여과실험을 비교한 결과, 바이오차를 이용한 여과는 보래에 비하여 약 2.6배 이상의 여과 효율을 보였으며, 이는 여과지의 무게대비 약 10배 인 것으로 확인이 되었다.
- PAM과 같은 응집보조제를 첨가 할 경우, 미세플라스틱의 제거율이 향상이 되는 것으로 확인 되었다. 응집 보조제인 PAM의 농도를 0.
- , 2018). PC 모래 첨가 시 미세플라스틱의 제거율이 증가하였으며, 500 mg/L의 PC 모래 첨가시 약 92.7%(20 mg/L Al), 90.2%(30 mg/L Al)의 제거율이 확인이 되었다. 여기에 응집보조제 첨가시 음 (-)을 띤 미세플라스틱 표면과 양 (+)으로 하전된 PC 모래 사이의 응집을 bridging으로 증가시켜 침전을 증가시킨다.
- 본 절에서는 다양한 응집제에 따른 응집형태 및 제거율에 관한 연구들을 조사하였다. PE을 사용한 연구를 비교한 결과, Al 계열의 응집제가 Fe 계열의 응집제 보다 제거율이 높은 것으로 나타났다. 조사결과, Fe 계열의 응집제는 약 2 mg/L 이상의 농도에서 d < 0.
- Scanning electron microscope(SEM)을 통한 모래와 바이오차의 미세플라스틱 제거 기작을 확인한 결과, 체거름(stuck), 갇힌 현상(trapped), 그리고 얽힘 현상(entangled)을 통하여 제거가 되는 것으로 확인이 되었다 (Fig. 3). 모래의 경우, 오직 체거름을 통하여 미세플라스틱이 제거가 되는 것을 확인하였다.
- 바이오타의 원재료로는 옥수수 대(corn straw)와 나무(hardwood)가 있었으며, 옥수수 대의 경우, 재조 온도를 300, 400, 500℃로 달리하여 제조가 되었다. 그 결과, 온도가 올라갈수록 바이오차의 파편이 줄어들었으며, 구조 또한 벌집 모양의 구조가 증가한 것으로 확인이 되었다. 나무를 이용하여 제조된 바이오차의 경우, 제조 과정에서 표면에 탄소 파편이 가장 적었으며, 벌집 모양의 구조가 가장 확연한 것으로 확인이 되었다.
- 그러나 위의 연구에서 조사된 바와 같이 1-10 μm 크기의 미세플라스틱의 제거에 있어 그 효율성이 감소하는 것으로 확인이 되었다.
- 그 결과, 온도가 올라갈수록 바이오차의 파편이 줄어들었으며, 구조 또한 벌집 모양의 구조가 증가한 것으로 확인이 되었다. 나무를 이용하여 제조된 바이오차의 경우, 제조 과정에서 표면에 탄소 파편이 가장 적었으며, 벌집 모양의 구조가 가장 확연한 것으로 확인이 되었다.
- 미세플라스틱 재료에 따른 제거율의 경우 각 처리공정에서 미세플라스틱의 비율이 비슷한 것으로 조사되어, 처리공정과 연관성이 적은 것으로 나타났다. 다만 응집제, 또는 응집보조제를 사용할 경우, polyacrylamide(PAM)의 측정값이 높게 나올 수 있다는 것이 확인이 되었다. 또한 미세플라스틱의 형태(fragment 형, fiber 형)별 제거율을 조사한 결과 두 형태는 최종적으로는 유사한 제거율을 보였으나, 그 구성비율과 공정에 따라 제거율의 차이는 있었던 것으로 확인되었다 (Pivokonsky et al.
- 다양한 미세플라스틱의 유출을 조사한 결과, 최대 22.8 mg-C/g-MP(7일간 유출실험)이 PE에서 측정되었으며, PP에서는 같은 조건하에 약 42.1 mg-C/g-MP의 유기탄소가 측정이 되었다. 이러한 유출량은 실험을 실시한 미세플라스틱 질량의 최대 약 3.
- Table 1에 나타난 바와 같이, 대부분의 정수처리장의 경우 유입되는 미세플라스틱의 크기는 100 μm 이하의 크기였으며, 모든 경우에서 크기 10 μm 이하의 미세플라스틱이 가장 큰 비율을 차지하였다. 대부분의 유입수에는 polypropylene(PP), polyethylene(PE), polystyrene(PS)와 같이 비중이 낮은 미세플라스틱이 존재하는 것을 확인이 되었다. 이를 통하여 하천 및 호소에 존재하는 미세플라스틱의 경우, 크기가 500 μm 이상으로 크거나 비중이 높은 경우에는 다양한 생태종의 섭식 및 침전을 통하여 수계에서 제거가 되는 것으로 유추할 수 있다.
- 또한 1-5 μm 크기의 미세플라스틱이 차지하는 비율은 최종 처리수에서는 보다 높은 비율로 검출되어, 제거가 어려운 입자크기 분포인 것으로 확인이 되었다.
- 또한 응집ㆍ침전 과정에서 미세플라스틱의 크기가 클수록 제거율이 높은 것으로 관찰되었다. 여기서 China ADWTP의 경우 1-5 μm 크기의 미세플라스틱은 약 70.
- , 2020). 또한 응집보조제를 첨가 할 경우, 양이온성과 음이온성 응집 보조제 모두, 플럭의 크기와 밀도를 증가시키는 것을 확인하였으며, 음이온성 응집 보조제와 양이온성 응집제의 결합이 제거 효율이 가장 높은 것으로 나타났다. 이는 미세플라스틱의 표면전위가 음의 값으로 측정이 되는 바, 양이온성 응집제의 미세플라스틱 표면 흡착과 함께 음이온성 응집제의 bridging 효과에 의하여 제거율이 향상되는 것으로 추정된다 (Lapointe et al.
- 또한 탈착실험에서 탈착률은 500℃ < 400℃ < 나무 < 300℃ < 모래의 순서로 탈착률이 증가한 것으로 보아 벌집 형태의 갇힘 현상이 제거에 주요한 기작으로 작용하였으나, 얽힘 현상과 갇힘 현상이 공존하는 바이오차(500℃로 제조된 옥수수 대)가 가장 제거율이 뛰어난 것으로 확인이 되었다.
- 또한, 미세플라스틱의 제거는 입자의 크기와도 연관이 있는 것으로 확인이 되었다. 미세플라스틱의 크기별 제거율을 확인한 결과, 용준기포의 크기와 가장 비슷한 크기의 20-40 μm 입자들이 가장 제거율이 높은 것으로 조사가 되었다.
- 6배 이상의 여과 효율을 보였으며, 이는 여과지의 무게대비 약 10배 인 것으로 확인이 되었다. 또한, 여과실험 후 미세플라스틱의 유출 실험에는 모래여과지에 포착된 미세플라스틱의 약 6.85%, 그리고 바이오차에서 포착된 미세플라스틱의 0.1-0.23%가 유출이 된 것으로 확인이 되었다. 이를 통하여 10 μm 크기의 미세플라스틱의 경우, 바이오차가 모래여과에 비하여 미세플라스틱 제거능이 뛰어난 것으로 확인이 되었다 (Wang et al.
- , 2019b). 또한, 응집 후 막여과 실험을 통하여 미세플라스틱의 크기와 응집제에 따른 플럭의 특성을 관찰한 결과 모든 응집제에 크기가 큰 미세플라스틱을 응집시킬수록 플럭 내의 공극이 증가하는 것으로 나타나났다 (Ma et al., 2019a; Ma et al., 2019b).
- 모든 연구에서 GAC는 5 μm이하의 작은 미세플라스틱을 제거하는데 효과적인 것으로 확인되었다 (Pivokonsky et al., 2020).
- 모래여과와 GAC 공정이 공존하는 경우에도 높은 비율로 미세플라스틱이 제거되는 것으로 확인할 수 있었다. 모든 연구에서 GAC는 5 μm이하의 작은 미세플라스틱을 제거하는데 효과적인 것으로 확인되었다 (Pivokonsky et al.
- 미세플라스틱 재료에 따른 제거율의 경우 각 처리공정에서 미세플라스틱의 비율이 비슷한 것으로 조사되어, 처리공정과 연관성이 적은 것으로 나타났다. 다만 응집제, 또는 응집보조제를 사용할 경우, polyacrylamide(PAM)의 측정값이 높게 나올 수 있다는 것이 확인이 되었다.
- 미세플라스틱의 유기물 유출의 경우, 시간과 정비례하여 유출량이 증가하지는 않았으나, 반복적인 세척을 통한 유출실험의 결과에서는 세척 횟수의 증가에 따라서는 유출량의 변화가 존재하는 것으로 확인이 되었으며, 경우에 따라서는 세척 횟수에 따라서 유출량이 증가하기도 하였다. 이는 가수분해 방지를 위한 첨가물의 유출(Takahashi et al.
- 미세플라스틱의 제거는 정수처리공정에 따라서 많은 차이가 있는 것을 확인할 수 있었으며, 이 과정에서 실제 처리장과 실험실 조건에서의 차이가 존재하는 것을 확인하였다. 정수처리공정의 구성이 단순 응집ㆍ여과공정 만이 존재 할 경우에는 미세플라스틱의 제거율이 40-70%로 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다.
- 미세플라스틱의 크기별 제거율을 확인한 결과, 용준기포의 크기와 가장 비슷한 크기의 20-40 μm 입자들이 가장 제거율이 높은 것으로 조사가 되었다.
- 미세플라스틱의 형태의 경우, fiber 형태와 같은 비대칭 구조가 대칭적인 구조인 fragment 형태보다 제거율 약 30-40% 더 높은 것으로 나타났다. 또한 이중 미세플라스틱의 표면이 거칠수록 제거율이 증가한 것으로 나타났는데, 이는 불규칙한 표면 반발력으로 인하여 응집제의 부탁이 용이하여 bridging과 같은 효과가 증가한 것으로 추정된다 (Lapointe et al.
- 이는 미세플라스틱의 친수성과 흡착량의 반비례 관계를 통하여 확인이 되었다. 뿐만 아니라 소수성 결합 뿐 아니라 수소결합과 thin-film diffusion 또한 흡착 메커니즘에 기여하는 것으로 확인이 되었다. 그러나 이온농도와 유기물 농도의 증가는 소독부산물의 흡착을 감소시키는 것으로 확인이 되었다.
- 실험실에서의 응집ㆍ침전 공정의 조사결과 공통적으로 미세플라스틱의 입자의 크기가 작을수록 응집이 효과적으로 일어나는 것으로 조사가 되었다. 이러한 현상은 15-140 μm 범위와 0.
- 연구결과에서 미세플라스틱 종류(PE, PS, polyethylene terephthalate (PET))에 따른 제거율의 변화는 없는 것으로 확인이 되었으며, 미세플라스틱의 양 또한 응집의 효율과는 큰 영향이 없는 것으로 확인이 되었다. 또한 미세플라스틱의 응집이 여타의 오염물 또는 humic acid의 양, 이온 농도, 그리고 탁도가 미치는 영향은 미미한 것으로 확인이 되었다 (Ma et al.
- 오존공정을 이후의 미세플라스틱 양을 조사한 결과여과공정보다 1-5 μm 크기를 중심으로 소량 증가한 것을 확인할 수 있었다.
- 이는 Table 1에 나타난 바와 같이 침전을 이용한 제거공정에 비하여 부상 분리법을 이용한 제거능이 높은 것을 통하여 그 효과를 확인할 수 있다. 용존 공기 부상법으로 PE, PET, nylon(PA) 조사결과, 0.4 MPa에서 PE와 PET의 제거율은 각각 48.7%, 38.9%, 이였으며 PA의 경우 0.5 MPa에서 32.7%의 제거율을 보였다. 이러한 결과는 각 미세플라스틱의 비중과 친ㆍ소수성과도 연계성이 있는 것으로 확인이 되었다.
- 위의 장에서 나타난 바와 같이 현장조사와 실험실에서의 응집ㆍ침전 공정을 비교한 결과, 두 가지 조건에서 미세플라스틱이 제거되는 결과가 다르다는 것을 확인을 하였다. 현장의 결과와 비슷한 결과를 나타내는 실험결과도 있었으나 (Shahi et al.
- 유출된 유기물의 경우에는 대부분 분자량이 낮은 < 350 Da의 유기물이 가장 많이 확인이 되었으며, 이는 자외선의 노출이 된 샘플의 경우에는 그 비율이 증가하는 것으로 확인이 되었다.
- 응집 공정에서 알긴산 첨가시 미세플라스틱의 표면의 제타전위가 -34.9 ± 1.3 mV 낮아졌으며, 흡착된 알긴산에 의하여 미세플라스틱의 크기도 증가하였다.
- 응집 보조제인 cetyltrimethylammonium bromide(CTAB)의 첨가시 용존 공기 부상법으로 인한 효율이 PE는 68.9%, PET는 58.8%, PA는 43.8%로 제거율이 증가하는 것으로 확인이 되었다. CTAB의 첨가로 인하여 용존 공기의 표면을 양으로 하전을 시켰을 뿐 아니라 액체의 표면장력은 약화시켜 용존 공기방울의 크기 또한 줄여주었다.
- 응집보조제인 polydiallyldimethylammonium chloride(polyDADMAC)를 첨가하면 제거율이 향상 (특히 45-54 μm 크기의 미세플라스틱: 0.3 ± 0.3%에서 13.6 ± 6.8%로) 되는 것으로 확인이 되었으나, 그 이외에 크기에서는 미세플라스틱의 제거에는 영향이 없었던 것으로 확인이 되었다.
- 이러한 복합적인 크기 및 표면산화로 인하여 자외선에 노출이 된 미세플라스틱은 응집제와 결합성이 증가하여 응집ㆍ침전으로 인한 제거율이 98%로, 자외선 노출 전 64%에 비하여 증가하였다. 응집제와 미세플라스틱의 결합효율을 수정진동자 분석(quartz crystal microbalance with dissipation monitoring, QCM-D)을 통하여 분석한 결과 이온성 Al 응집제와 aluminum chlorohydrate 모두 자외선에 노출된 미세플라스틱에서 보다 높은 결합력을 보였으며, 표면산화로 인하여 양이온의 응집보조제가 음이온의 응집보조제보다 자외선에 노출된 미세플라스틱에 결합력이 보다 좋은 것으로 확인이 되었다 (Lapointe et al., 2020).
- , 2020). 이 과정에서 하천의 하류로 이동함에 따라 미세플라스틱의 양이 증가한다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 Czech water treatment plant(WTP) 3과 China advanced drinking water treatment plant(ADWTP)의 경우에는 모두 상업 지구에 위치해 있어, 미세플라스틱의 유입량이 높은 것을 확인할 수 있다 (Pivokonsky e al.
- 이들 재료의 특성을 확인한 바, 두 재료 모두 표면이 음 (-)으로 하전이 되어 있음이 확인이 되었으며, 이를 통하여 두 여재의 여과율 차이는 표면화학에 기인한 차이가 아닌 물리적인 형태에 의한 차이임을 유추할 수 있다. 바이오차의 경우, 원재료와 제조 과정에 따라 다양한 표면형태를 나타나며, 이에 따른 미세플라스틱의 제거 형태 또한 다양한 것으로 확인이 되었다.
- 이러한 복합적인 크기 및 표면산화로 인하여 자외선에 노출이 된 미세플라스틱은 응집제와 결합성이 증가하여 응집ㆍ침전으로 인한 제거율이 98%로, 자외선 노출 전 64%에 비하여 증가하였다. 응집제와 미세플라스틱의 결합효율을 수정진동자 분석(quartz crystal microbalance with dissipation monitoring, QCM-D)을 통하여 분석한 결과 이온성 Al 응집제와 aluminum chlorohydrate 모두 자외선에 노출된 미세플라스틱에서 보다 높은 결합력을 보였으며, 표면산화로 인하여 양이온의 응집보조제가 음이온의 응집보조제보다 자외선에 노출된 미세플라스틱에 결합력이 보다 좋은 것으로 확인이 되었다 (Lapointe et al.
- 이를 통하여 제거율을 확인해 본 결과, 400℃, 500℃, 나무를 이용하여 제조된 바이오 차에서 가장 높은 제거율을 보였다(세 경우 모두 유출수에서 측정한계 이하로 측정). 이를 통하여 체거름(stuck), 뿐 아니라 갇힘 현상(trapped), 얽힌 현상(entangled)이 미세플라스틱 제거에 많은 영향을 주는 것으로 확인이 되었다.
- 이를 통하여 제거율을 확인해 본 결과, 400℃, 500℃, 나무를 이용하여 제조된 바이오 차에서 가장 높은 제거율을 보였다(세 경우 모두 유출수에서 측정한계 이하로 측정). 이를 통하여 체거름(stuck), 뿐 아니라 갇힘 현상(trapped), 얽힌 현상(entangled)이 미세플라스틱 제거에 많은 영향을 주는 것으로 확인이 되었다. 또한 탈착실험에서 탈착률은 500℃ < 400℃ < 나무 < 300℃ < 모래의 순서로 탈착률이 증가한 것으로 보아 벌집 형태의 갇힘 현상이 제거에 주요한 기작으로 작용하였으나, 얽힘 현상과 갇힘 현상이 공존하는 바이오차(500℃로 제조된 옥수수 대)가 가장 제거율이 뛰어난 것으로 확인이 되었다.
- 이에 모래를 통한 제거기작에 비하여 바이오차를 통한 제거 기작이 보다 복잡하다는 것이 확인되었다. 그러나 현재 연구에서는 여과에 대한 연구와 함께 미세플라스틱을 제거할 수 있는 다양한 여재에 대한 연구가 아직은 부족한 실정이다.
- 환경적인 영향으로 인하여 미세플라스틱의 변형은 응집ㆍ침전 공정에 영향을 미치는 것으로 확인이 되었다. 자외선에 PE와 natural organic matter(NOM)를 2개월 노출 후 Fourier-transform infrared spectroscopy(FT-IR)로 분석 한 결과, 미세플라스틱의 표면에 수산화기(-OH), 비닐기(-CH=CH2), 그리고 카르복실기(-COOH)가 새로이 발견이 되었다. 이중, 수산화기와 카르복실기는 자외선의 노출로 인하여 발생한 것으로 추정이 되며, 비닐기는 NOM과 자외선으로 인하여 산화된 NOM에서 나온 것으로 추정된다.
- , 2019). 전 세계적으로 먹는물의 원수가 되는 하천과 호소에서 미세플라스틱을 측정한 다양한 연구가 존재하나, Fig. 1에서 보이는 바와 같이 대륙별, 그리고 측정 장소별 결과 값이 매우 다양한 것으로 확인되었다. 이는 물론 국가별 플라스틱 제품의 사용량, 및 상품구성, 그리고 샘플링 장소의 특수성이 반영이 된 것으로 고려가 되기는 하나, 조사된 연구들 간의 샘플링 방법이나 전처리 그리고 측정방법의 차이에 의하여 발생한 결과일 수도 있다 (Shen et al.
- 미세플라스틱의 제거는 정수처리공정에 따라서 많은 차이가 있는 것을 확인할 수 있었으며, 이 과정에서 실제 처리장과 실험실 조건에서의 차이가 존재하는 것을 확인하였다. 정수처리공정의 구성이 단순 응집ㆍ여과공정 만이 존재 할 경우에는 미세플라스틱의 제거율이 40-70%로 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다. 그러나 침전, 또는 부상분리를 실시한 후 모래여과와 입상활성탄(granular activated carbon, GAC)을 거친 공정에서는 유입원수 대비 전체 미세플라스틱의 81-88.
- 정수처리장으로 유입되는 오염 물질과 미세플라스틱의 제거율을 비교한 결과, 탁도, total organic carbon(TOC)을 포함한 다양한 오염물질에 비하여 낮은 제거율을 보인 것을 확인할 수 있었다. 이는 유입 원수와 최종 처리수의 미세플라스틱 비율을 통하여 확인이 되었다.
- 조사결과 자외선에 노출이 미세플라스틱의 내부 물질 유출을 증가시켰으며, 이는 소독부산물의 생성으로 이어졌다. 자외선에 노출된 미세플라스틱의 경우, 노출되지 않은 미세플라스틱에 비하여 연구에 따라서는 약 100배까지 차이가 나는 것이 확인되었다 (Kelker et al.
- 조사결과, Fe 계열의 응집제는 약 2 mg/L 이상의 농도에서 d < 0.5 mm 크기의 미세플라스틱 제거율이 최대로 약 12.65 ± 1.09% 인 것에 반해, Al 계열 응집제의 경우, 10 mg/L 보다 높은 농도에서도 제거율이 증가하는 것으로 확인이 되었으며, d < 0.5 mm 크기의 미세플라스틱 제거율이 최대로 약 36.89 ± 3.24%인 것으로 확인이 되었다.
- 조사된 연구에서 모래 여과를 거친 미세플라스틱의 크기분포를 조사한 결과, 50 μm 이상의 미세플라스틱이 대부분 제거가 된 것으로 확인이 되었으며, 5 μm 이하의 크기도 높은 비율로 제거된 것으로 확인되었다.
- , 2020). 첨가물이 포함된 미세플라스틱의 경우에도 자외선에 노출된 폴리머에서 보다 많은 유출이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 전반적으로 첨가물이 포함되어 있는 미세플라스틱의 경우 첨가물이 포함되어 있지 않은 미세플라스틱보다 적은 양의 유출이 확인되었다.
- 모래여과의 경우, 정수처리 공정에 있어 가장 널리 사용되는 공정의 하나로써, 모래의 공극을 이용하여 오염물들을 제거하는 방법이다. 현재 조사된 대부분의 현장연구에 적용되어있으며, mm 단위의 미세플라스틱을 제거하는데 있어 높은 제거율을 기록하는 것으로 확인이 되었다. 이는 정수처리 뿐 아니라, 하수처리(Talvitie et al.
- 환경적인 영향으로 인하여 미세플라스틱의 변형은 응집ㆍ침전 공정에 영향을 미치는 것으로 확인이 되었다. 자외선에 PE와 natural organic matter(NOM)를 2개월 노출 후 Fourier-transform infrared spectroscopy(FT-IR)로 분석 한 결과, 미세플라스틱의 표면에 수산화기(-OH), 비닐기(-CH=CH2), 그리고 카르복실기(-COOH)가 새로이 발견이 되었다.
후속연구
- 미세플라스틱 농도(개수)는 이러한 결과에 미치는 영향이매우 크기 때문에 충분히 고려되어 유기물의 유출 및 소독공정에 대한 영향은 추가 연구가 필요하다. 또한, 이와 더불어 보다 다양한 소독 부산물의 종류와 생성과정, 그리고 이들이 미칠 수 있는 영향에 대해서도 추가 연구가 실행이 되어야 할 것이다.
- , 2020)은 lab-scale 조건에서 실시를 한 연구이며, 이는 실제 정수처리장의 환경과 다른 수 있다. 미세플라스틱 농도(개수)는 이러한 결과에 미치는 영향이매우 크기 때문에 충분히 고려되어 유기물의 유출 및 소독공정에 대한 영향은 추가 연구가 필요하다. 또한, 이와 더불어 보다 다양한 소독 부산물의 종류와 생성과정, 그리고 이들이 미칠 수 있는 영향에 대해서도 추가 연구가 실행이 되어야 할 것이다.
- , 2020). 이렇게 다양한 크기에 따른 응집과 제거율간의 상관관계에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 추정된다.
- 조사된 정수처리장에 관한 연구를 바탕으로 현장의 각 처리 공정별 제거 특성을 확인하였으며, 응집ㆍ침전, 용존 공기 부상, 그리고 여과공정에 관한 최신 연구를 조사하여 정리하였다. 이를 통하여 정수처리장에 유입되는 미세플라스틱과 이들의 제거에 관한 현재까지의 연구동향을 파악하고, 현재 미세플라스틱 관련 연구의 한계점을 고찰하였다.
- 그러나 현재로서는 이들 aging 된 미세플라스틱에 대한 분석이 부족하여 이들을 대표할 제작법이 아직 존재하지 않은 것으로 알려져 있다. 이와 같은 조건으로 인하여 현재 실험실에서의 결과와 현장에서 관찰되는 결과와는 많은 차이가 일어나고 있어 이에 대한 추가적인 보완과 연구가 실행이 되어야할 것으로 여겨진다. 또한 현재 정수처리장에서의 미세플라스틱에 대한 연구는 고도처리와 같은 공정에서의 연구가 부족한 것으로 여겨지며, 소독공정과 같이 소독부산물이 생성될 수 있는 환경에서 상수도 전반에 끼칠 수 있는 영향에 관한 연구 또한 부족한 실정이다.
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