낙동강 하류 수질을 대상으로 오존과 자외선 기반 고도산화 공정을 이용한 유기인계 난연제 제거특성 비교

Abstract

목적:낙동강 하류에 위치한 정수장의 후오존 처리공정의 대체 공정으로서 UV 기반 고도 산화공정에서의 미량오염물질에 대한 제거능을 평가하여 노후 정수장 선진화 사업의 기초자료로 활용하고자 하였다. 방법:오존과 UV 기반 고도 산화공정의 효율 평가에 사용된 미량오염물질로는 난분해성으로 알려진 유기인계 난연제류(organophosphorus flame retardants, OPFRs) 8종을 사용하였다. 낙동강 하류에 위치한 D정수장의 모래 여과수에 OPFRs 8종을 투입하여 실험실 규모로 오존 및 UV 기반 산화공정(UV, UV/H2O2 및 UV/Cl2) 실험을 수행하였다. OPFRs 8종의 분석은 교반막대 추출법으로 OPFRs를 추출하여 GC-MS/MS로 분석하였다. 결과 및 토의:OPFRs의 OH 라디칼 반응속도 상수는 group contribution method를 활용하여 산정하였으며, kOH 값은 OPFRs의 구조적 특성에 따라 1.4(±0.6)×109~1.8(±0.1)×1010 M-1 s-1로 계산되었다. 오존 처리공정에서는 Cl을 포함하는 지방족 OPFRs의 효과적인 제거를 기대할 수 없었으며, 이는 –Cl 작용기에 의한 electron-withdrawing 효과에 의하여 오존 및 OH 라디칼 반응성이 억제되었기 때문으로 판단된다. Cl을 포함하지 않은 지방족 및 방향족 OPFRs의 경우는 1.5 mgO3/mgDOC 의 오존 주입량에서 90% 이상의 제거 효과를 확인할 수 있었다. UV 처리공정에서 지방족 OPFRs의 경우 직접 UV 광분해 시 1000 mJ/cm2의 UV 조사량에서 5~35%의 저조한 제거효율을 보였다. 그러나 같은 UV 조사량에서 산화제 주입 시 UV/H2O2 공정에서는 최대 89%의 제거효율 증가를 보였으며, UV/Cl2 공정에서는 최대 49%의 제거효율 증가를 보였다. UV/H2O2 공정과 UV/Cl2 공정에서의 제거패턴 차이는 반응성 염소 화학종과 지방족 OPFRs의 반응성 차이에서 기인했을 가능성을 보여준다. 방향족 OPFRs의 경우에는 직접 UV 광분해만으로 1000 mJ/cm2의 UV 조사량에서 90~98%의 높은 제거효율을 나타내었다. 이를 통하여 UV/H2O2 및 UV/Cl2 처리공정에서 OPFRs의 효율적인 제거 가능성을 확인하였으며, 특히 오존 처리공정에서 저조한 제거효율을 보였던 Cl을 포함하는 지방족 OPFRs의 처리 가능성을 확인하였다. 결론:오존 및 UV 기반 고도산화공정에 의한 OPFRs 제거효율 평가 및 비교를 진행한 결과, UV 처리공정에서 OPFRs의 효율적인 제거 가능성을 확인하였으며, 이에 정수처리 시 OPFRs 제거를 위해 오존 처리공정의 대체공정으로 UV/H2O2 및 UV/Cl2 처리공정의 적용 가능성을 확인하였다.