초록 ▼

□연구개요
폐수 및 강과 하천 등 지표수에서의 미량 유기화합물 및 항생제내성 세균의 노출은 생태계 및 인간의 건강에 악영향을 줄 잠재력이 높으며, 대부분의 폐수처리장에서 유출수가 적적할 처리 없이 방류되고 있어 음용수 처리에 부정적인 영향을 미치고 있다. 특히, 자연유기물질(NOMs)은 발암성 살균 부산물의 전구체로 식수 공급시스템에서 세균 재성장과 membrane의 파울링을 야기한다. 따라서, 미량 유기화합물 제거와 함께 살균부산물의 생성 없이 살균 및 NOMs제거가 가능한 신공정 수처리 개발이 시급하다. 본 연구에서는 미량

□연구개요
폐수 및 강과 하천 등 지표수에서의 미량 유기화합물 및 항생제내성 세균의 노출은 생태계 및 인간의 건강에 악영향을 줄 잠재력이 높으며, 대부분의 폐수처리장에서 유출수가 적적할 처리 없이 방류되고 있어 음용수 처리에 부정적인 영향을 미치고 있다. 특히, 자연유기물질(NOMs)은 발암성 살균 부산물의 전구체로 식수 공급시스템에서 세균 재성장과 membrane의 파울링을 야기한다. 따라서, 미량 유기화합물 제거와 함께 살균부산물의 생성 없이 살균 및 NOMs제거가 가능한 신공정 수처리 개발이 시급하다. 본 연구에서는 미량 유기화합물, 유해 미생물 그리고 NOMs을 동시에 처리할 수 있는 신개념 수처리 공정을 개발하여, 기존 PAC/membrane 공정의 경제성 문제인 membrane 파울링과 PAC의 낮은 재생효율 문제를 해결하고자 한다. 신개념 수처리 system을 통해 식수원에 대한 미량 유기화합물과 유해 미생물의 오염원을 줄이고, 안전한 식수나 농업용수를 풍부하게 공급하기 위한 수처리 기술을 확보하고자 한다.

□연구 목표대비 연구결과
본 연구과제의 초기목표는 magnetite와 TiO2 연속 층으로 코팅된 활성탄(mag-PAC-TiO2)을 이용한 미량유기화합물과 유해미생물 흡착/산화/살균 기작해석, 연속흐름 mag-PAC-TiO2/UV/membrane 공정 실험을 통한 흡착/산화/살균기작 가설 규명, semi-파일럿 규모 시험을 이용한 가설규명 및 경제성 평가의 세가지로 제안되었음. 그러나 초기 연구과정에서 한가지 조건의 재료를 사용시 처리효율 극대화가 불가능한 점에 착안하여 제안된 내용 중 흡착/산화공정에서 NOM, 미량유기오염물질, 그리고 유해미생물을 동시에 제거한다는 점에 초점을 맞추었음. 연구과정에서 수중 중금속 등을 흡착하여 처리가능한 nano-flowerlike-MgO coated PU를 개발하였고, g-C3N4-quantum dot과 g-C3N4-TiO2 광촉매를 개발하였으며 이에 관한 논문을 JCR 상위랭킹 저널에 게재하였음. 추가적으로 연구 수행 과정 중 야자 껍질 부산물을 이용하여 제조한 흡착제가 광촉매의 역할을 할 수 있다는 점이 확인되었으며, 해당 흡착제를 이용하여 광촉매 실험을 진행해본 결과 UV 영역에서 염료(Methylen Blue)를 효과적으로 분해하는 것이 확인되었음. 결과적으로 본 연구를 통해 다양한 흡착제와 수처리에 사용가능한 광촉매들을 개발하였으며, 해당 매질들을 이용하여 수처리 프로세스를 설계할 경우 제안 된 NOM, 미량유기오염물질, 그리고 유해 미생물을 처리하는데 큰 역할을 할 수 있을 것으로 사료됨.

□연구개발결과의 중요성
최근 들어, 강과 하천 등 지표수에 각종 살충제, 의약품, 개인 위생 제품 및 산업 화합물과 같은 미량 유기화합물의 노출은 생태계에 악영향을 줄 가능성이 높아져 가고 있다. 특히, 미량 유기화합물의 낮은 생분해성은 낮은 농도임에도 불구하고 지속적인 축적으로 인해 생태계에 내분비 교란 효과를 유발할 수 있으며, 특정 의약품의 바이오 필름에서의 오염은 조류 성장과 미생물 호흡을 억제하여 미생물 군집의 변화를 줄 수 있다. 또한, 항생제와 같은 활성 분자의 축적으로 인해 생물막 내 세균 내성에 영향을 미쳐 그 심각성이 매우 크다. 미량 유기화합물과 함께, 항생제내성 세균은 대부분의 폐수처리장 유출수에서 발생하고 있으며 적적할 처리 없이 방류되고 있어 생태계 및 음용수 처리에 부정적인 영향을 미치고 있다. 방출된 항생제로 인해 항생제내성 세균의 발생률은 증가하여 토양, 지하수, 지표수 등 다양한 환경매체에 분포하고 있으며, 항생제 내성 발달로 인해 인간 및 동물의 병원균에 대한 치료 가능성을 감소시키고 보건에 많은 문제를 주고 있다. NOMs은 식물 및 동물성 잔류물의 분해로부터 유래된 다양한 유기 화합물로 오존 또는 염소화 도중 형성될 수 있는 THMs 및 haloacetic acid와 같은 DBPs의 전구체가 되며 식수 공급시스템에서 세균 재성장 및 membrane의 파울링을 야기한다. 따라서, 미량 유기화합물, 유해미생물과 NOMs을 동시에 제거할 수 있으며, 환경친화적인 살균 및 산화가 가능한 신공정 수처리 개발이 시급하다. 특히, 전반적인 수처리 공정의 경제성 확보가 매우 중요하다. 파울링을 야기하는 주요인자는 NOMs과 미생물 biofilm으로 membrane 처리에 앞서 DBPs 생성없이 NOMs제거와 살균이 가능한 광촉매반응(UV/TiO2)과 미량 유기화합물 효과적 제거를 위한 흡착/산화 공정이 복합적으로 적용될 경우 보다 콤팩트한 수처리 공정을 만들 수 있다. 기존 PAC/membrane 공정의 최대 단점인 경제성 문제는 membrane 파울링과 PAC의 재생능력 저하에 따른 소모에서 기인한다. 따라서 이러한 문제점들을 극복하기 위해서는 PAC 표면에 magnetite와 TiO2를 순차적인 film형태로 코팅하여 PAC 내부공극의 완전한 막힘(blocking)없이 유기물에 대한 흡착사이트를 유지해주는 기술 확보는 매우 중요하다. 매질 표면에 코팅된 TiO2와 UV의 작용으로 membrane의 파울링을 야기하는 유해 미생물과 NOMs을 제거하고 매질 자체가 자력분리가 됨에 따라 membrane에 대한 부하를 줄임으로써 파울링을 대폭 저감시킬 수 있다고 사료된다. 위에서 제시한 가설들을 검증하며 폐수내의 미량 유기화합물, NOMs, 그리고 유해 미생물을 완벽하게 제거가능한 신개념의 수처리시스템 개발을 통해 궁극적으로는 식수원에 대한 미량 유기화합물과 유해 미생물의 오염원을 줄이고, 안전한 식수나 농업용수를 풍부하게 공급하기 위한 수처리 기술의 확보는 매우 중요하다. 이에 따라 본 연구결과는 폐수처리시설 개량시 필요한 원천기술이 될 수 있을 것으로 판단되며, 향후 식수나 농업용수가 부족한 국가에 수출도 가능할 것으로 생각된다.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2-1. 1차년도 연구결과 ... 7
• 2-2. 2차년도 연구결과 ... 7
• 2-3. 3차년도 연구결과 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 11
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 12
• 대표적 연구실적 ... 16
• 끝페이지 ... 27