낙동강 하류원수를 대상으로 모의 정수처리 공정을 이용한 남조류 독소 제거효율 평가 (Assessment of Cyanotoxins Removal Efficiency Using a Simulated Drinking Water Treatment Process for Downstream Source Water of the Nakdong River)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 46권 / 11호 / 714 ~ 724페이지
· 저자명 : 서창동, 염훈식, 강민수, 김고은, 장성호, 손희종

초록

목적:본 연구는 남조류가 생산하는 독소물질 9종의 제거율을 실험실 규모의 모의 정수처리 공정을 통해 평가하고, 남조류 대번성 시 정수장 운영에 유용한 기초자료를 제공하고자 한다.
방법:실험실 규모의 모의 정수처리 공정을 이용하여 실제 정수장 운전조건(약품 투입량 및 체류시간 등)에서 염소와 오존(산화), 분말활성탄(흡착), 생물활성탄(흡착, 생물분해) 처리를 통해 남조류 독소물질 9종에 대한 제거율을 평가하였다.
결과 및 토의:염소와 오존처리에 의한 제거율 평가 결과, microcystin-LR (MC-LR), MC-RR, MC-LA, MC-LF, MC-LY, MC-YR, cylindrospermopsin (CYN), nodularin (NOD)는 정수장의 일반적인 전･후염소 및 전･후오존 투입농도 범위 내에서 효과적으로 제거되었으나, anatoxin-a (ANA)는 현저히 낮은 제거율을 나타내었다. 분말활성탄(powdered activated carbon, PAC) 처리에 대한 제거율 평가 결과, MC-LA, MC-LF 및 MC-LY 3종은 낮은 제거율을 보였으며, 나머지 6종의 독소물질도 분말활성탄 투입농도 25mg/L 이상, 접촉시간 30분 이상의 조건에서 50% 이상의 제거가 가능하였다. 생물활성탄 처리에 따른 제거율 평가 결과, EBCT가 5분 이상인 조건에서는 9종의 독소물질 모두 70% 이상 제거되었고, 20분 이상의 EBCT에서는 95~100% 제거되었다. BAC (biological activated carbon, BAC) 공정에서 MC-RR의 제거에는 생물분해가 주 제거기작으로 작용하였으나, CYN 제거에서는 흡착이 주 제거기작으로 작용하였다.
결론:기후 변화로 인해 국내 상수원에서는 다양한 남조류 종의 출현과 번성기간이 점진적으로 증가하고 있으며, 이로 인해 남조류 독소물질의 검출빈도와 농도 또한 증가하는 추세이다. 본 연구에서는 정수장의 염소/오존 공정(산화), 분말활성탄 공정(흡착), 생물활성탄 공정(흡착 및 생물분해)에서 다양한 남조류 독소물질에 대한 제거능을 평가하였다. 정수장에 구비된 다양한 정수처리 공정들은 남조류 독소물질이 유입될 경우 다중 장벽(multiple barriers) 역할을 하여, 독소물질의 효과적인 제거가 가능하였다.

영어초록

Objectives:This study aims to evaluate the removal rates of nine cyanotoxins produced by cyanobacteria using a laboratory-scale simulated drinking water treatment process (DWTP), providing useful data for DWTP operations during algal blooms.
Methods:A lab-scale simulated DWTP was used to evaluate the removal rates of nine cyanotoxins under typical operating conditions, including specific chemical dosages and contact times. The study employed chlorine and ozone, as well as powdered activated carbon (PAC) and biological activated carbon (BAC).
Results and Discussion:According to the experimental results of removal efficiency for chlorination and ozonation, microcystin-LR (MC-LR), MC-RR, MC-LA, MC-LF, MC-LY, MC-YR, cylindrospermopsin (CYN), and nodularin (NOD) were effectively removed within the typical ranges of pre- and post-chlorine and pre- and post-ozone concentrations in the DWTP. However, anatoxin-a (ANA) exhibited a significantly lower removal efficiency. The evaluation of removal efficiency for PAC treatment indicated that MC-LA, MC-LF, and MC-LY had low removal rates. In contrast, the other six cyanotoxins achieved over 50% removal when PAC concentrations were above 25mg/L and contact times exceeded 30 minutes. The evaluation of removal rate for BAC treatment showed that under conditions with an empty bed contact time (EBCT) of more than 5 minutes, over 70% of the nine cyanotoxins were removed. When the EBCT exceeded 2 minutes, removal rates reached between 95% and 100%. In the BAC process, the removal of MC-RR was primarily facilitated by the biodegradation, while the removal of CYN was mainly achieved through adsorption.
Conclusion:Due to climate change, the bloom periods of various cyanobacteria in domestic water sources are gradually increasing, resulting in a rising trend in both the frequency and concentration of detected cyanotoxins. This study evaluated the removal efficiency of various cyanotoxins in DWTPs, focusing on chlorine/ozone treatment (oxidation), PAC treatment (adsorption), and BAC (adsorption and biodegradation). The different DWTPs at the facility act as multiple barriers, effectively removing cyanotoxins upon their introduction.

참고자료

· 없음