난분해성 1,4-다이옥산을 분해시키기 위하여 촉매습식과산화반응에 활성적인 Cu wire촉매를 사용하였다. Cu wire 촉매를 사용함으로써 1,4-다이옥산의 완전한 분해가 가능하였으나, 분해된 1,4-다이옥산은 완전 무기화($CO_2$와 $H_2O$로 전환)되지 못하고 중간생성물인 ethylene glycol diformate, oxalic acid, formic acid, formaldehyde, acetaldehyde 등으로 전환되었다. 1,4-다이옥산이 분해되어 없어짐에 따라 formaldehyde와 oxalic acid가 점진적으로 나타나기 시작하여 증가하다가 최고농도를 보인 후 다시 감소하였다. 이들 두 중간체의 최고농도 도달시점에 acetaldehyde의 농도가 급격히 증가하여 최고농도를 보인 후 다시 감소하였다. 이들 세가지 중간물질의 감소와 함께 ethylene glycol diformate, formic acid가 생성되기 시작하여 그 농도가 점진적으로 증가하였다. 이들은 연속적인 과정을 통해 생성되었다. Cu wire 촉매는 반응이 진행되는 동안 활성이 떨어지지 않고 매우 안정적이었다.
유기용제 안정제로 사용되는 1,4-다이옥산($C_4H_8O_2$)은 높은 용해도와 독성으로 인해 생태계에 유해하며 미국 EPA 의해 발암가능성이 있는 물질로 분류되어 있다. 국내에서도 환경부에 따르면 2011년부터 수계로의 배출허용기준이 5 mg/L로 추진될 예정에 있다. 따라서 구미의 폴리에스테르 제조 공정에서 발생되는 현재 운전 중인 활성슬러지가 1,4-다이옥산을 기준에 적합하도록 적절하게 처리할 수 있는지를 조사하였다. 이와 같은 목적으로 일부 회사(K, H 및 T)를 대상으로 1,4-다이옥산의 제거율 및 미생물학적 속성이 평가되었다. 처리효율은 H사에서 98%로 가장 높았으며 K사는 77%로 두 개 사 모두 유출농도가 기준에 부합하였다. 그러나 T사 유출수의 1,4-다이옥산 농도는 23 mg/L로 기준보다 높았다. 한편, 각 업체의 활성슬러지를 100 ppm의 1,4-다이옥산이 포함된 BSM(Basal salt medium)에 식종하여 생물학적 분해실험을 수행하였다. 7일간의 운전 후, H사의 슬러지를 이용한 시험에서 1,4-다이옥산이 완전히 제거되었으며 T사는 67%, K사는 52%로 이 처리효율의 차이는 1,4-다이옥산의 양이 아닌 주어진 활성 슬러지의 생분해능이 서로 다른 것에 의한 것임을 확인할 수 있었다. 결과적으로 각 산업체의 미생물 다양성이 16s rDNA cloning 방법을 통해 조사되었으며 Methylibium petroleiphilum PM1이 H사에서 가장 많이 발견되었으며 K사에서 적은 양이, 그리고 T사에서는 발견되지 않았다. Methylibium petroleiphilum PM1은 methyl tertiary-butyl ether(MTBE)와 같은 에테르 물질을 효과적으로 제거하는 것으로 알려져 있다. 이는 산업분야의 관점에서 H사의 활성 슬러지가 1,4-다이옥산의 생분해에 가장 효과적으로 적용될 수 있다는 것을 나타낸다.
1,4-다이옥산과 디클로로메탄은 국제암연구기관(International Agency for Research on Cancer)에서 발암가능그룹으로 분류하고 있으며, 산업폐수 방류수에서 고농도로 빈번하게 배출되고 있다. 산업폐수 방류수에 대한 물벼룩의 24 h 급성 독성평가에서 7.53 mg/L의 1,4-다이옥산농도에서 1.1 TU (toxic unit)로 배출허용기준(1.0 TU)에 근접한 값을 나타내었으며, 혼합폐수의 경우, 단일물질에 비해 상대적으로 높은 TU 값을 나타내었다. 실험실에서 제조된 합성폐수로부터 1,4-다이옥산 및 디클로로메탄의 24 h 반수영향농도($EC_{50}$)값은 각각 1,744 (0.06 TU), 170 mg/L (0.6 TU)로 TU 값이 매우 낮았으며, 1,4-다이옥산 100 ppm에 디클로로메탄 1, 5, 10 ppm을 첨가한 혼합물질의 독성평가결과, TU 값이 0.02, 0.04, 0.10으로 증가하여 두 물질 간 상승작용이 나타났다. 그러나 1,4-다이옥산 및 디클로로메탄에 대한 합성폐수의 TU 값은 비슷한 농도에서 산업폐수의 TU 값보다 5% 이하로 나타났다.
복류수와 천변여과지 그리고 점차 여과거리가 짧아지고 있는 우리나라의 강변/하상여과 등이 가지는 미량오염물에 대한 저항능력을 평가하기 위하여 5 m 길이의 모래칼럼을 이용한 실험을 수행하였다. 실험결과 우리나라 하상의 토양은 유기물 함량이 상당하여 염소이온의 토양표면 흡착이 비교적 활발함 알 수 있었다. 페놀은 칼럼의 여과수에서 검출되지 않았고, 1,4-다이옥산과 다이아지논은 하상토양과 흡착반응을 일으키면서 이동하며, 2.5 m의 이동과정에서 1,4-다이옥산의 첨두농도는 유입농도의 약 40%로 그 농도가 감소하였고, 다이아지논의 첨두농도는 약 60%로 감소하는 것으로 나타났다. 실규모 설비에서는 여과거리가 5 m 보다 더 길기 때문에 첨두농도의 감소효과는 상당히 클 것으로 기대되었다.
3,4 : 9,10-dibenzo-1,12-diaza-5,8-dioxacyclotetradecane $(NenOenH_4)$과 전이금속이온$(Cu^{2+},\;Ni^{2+},\;Co^{2+},\;Zn^{2+},\;Mn^{2+})$과의 착물의 안정도상수를 50%다이옥산-수용액에서 이온강도를 0.1로 하고, 전위차법적정으로 측정한 결과, 전이금속이온과 리간드가 만드는 착물의 안정도상수의 순서는 Williams-Irving서열과 일치한다.
경제의 발전과 더불어 사회가 복잡해지면서 재난의 발생은 다양한 형태로 더욱 복잡하게 발생하고 있다. 최근들어 매년 발생하는 가뭄과 기후적 특성으로 인한 유량의 변동성으로 인해 수질오염이 심해지기를 반복하고 있다. 특히, 산업단지나 화재 등 여러 가지 원인으로 인해 수질오염사고도 빈번하게 발생하고 있으며 심한 경우 취수원의 취수중단과 같은 심각한 상황을 발생하기도 한다. 최근들어 심각한 가뭄과 폭염으로 인해 취수원의 수질이 악화되는 사고들이 발생하고 있으며, 과거 수질오염사고를 살펴보면 1991년에 낙동강에서 발생한 구미 두산전자의 페놀방류에 의한 사고로 18시간 동안 대구에 취수가 중단된 적이 있으며, 1994년 대구광역시 성서공단에서 배출된 유기용제에 의해 낙동강 수계 5개 정수장이 취수가 중단된 바도 있다. 또한 2008년 김천공단 (주)코오롱 유화에서 방류된 페놀에 의해 대구의 취수원 중 두류, 매곡취수장이 5시간동안 취수가 중단된바 있으며, 2009년 다이옥산 배출, 2015년 구미공단에서 불소, 암모니아성 질소, 1.4 다이옥산 배출사고, 2018년 과불화화합물에 낙동강 수질사고, 운문댐과 가창댐 유역의 가뭄으로 인한 취수정지 상태가 발생하는 등 대구광역시 시민들의 먹는 물에 대한 불안이 끊이지 않고 있다(Peacenews, 2018). 본 연구는 대구광역시의 상수도시설이 재난상황 발생에 따라 취수가 중단되어 물을 생산하는 취수장이 불능상태가 되는 가상의 시나리오를 설정하고 각 정수장에서 용수를 공급할 수 있는 대응에 대해서 검토하였다. 대구시에서 운영하는 정수장은 총 5개이며, 전체 공급량의 60.5%를 낙동강을 수원으로 하는 매곡과 문산정수장에서 취수하고 있다. 가상의 재난상황 시나리오는 각각의 정수장이 재난발생에 따라 운영이 불가능한 경우인 Scenario 1(a)~(e)와 매곡과 문산정수장이 운영불가능한 경우인 Scenario 2를 가정하여 용수공급 대응방안에 대해 검토하였다. 그 결과 Scenario 1(a)~(e)에서는 매곡정수장이 운영이 불가능한 경우 대구광역시 전체의 용수공급 신뢰도 80.4%로 250 lpcd를 공급할 수 있으며, Scenario 2의 경우에는 낙동강 오염사고로 인해 매곡과 문산정수장이 운영이 불가능할 경우 60.4%의 신뢰도로 205 lpcd를 공급할 수 있는 것으로 검토되었다.
다양한 분자량의 폴리스티렌을 벤젠/n-헵탄, 1,4-다이옥산/이소프로판올, 1,4-다이옥산/n-헵탄과 같은 3종류의 혼합용매 계에 녹인 뒤 온도 상승에 따른 사슬의 팽창거동을 Flory $\Theta$온도 이상에서 점성도법으로 측정하였다. 온도 상승에 따라 두 종류의 영역, 즉 고분자 사슬이 팽창하는 영역과 수축하는 영역으로 구별되며, 분자량이 클수록 최대팽창온도가 높게 나타났다. 하나의 혼합용매 계 내에서는 $\tau/\tau_c$ 파라미터로 서로 다른 분자량의 사슬 팽창에 대하여 만능성이 나타나지만 서로 다른 혼합용매 계 사이에서는 각각의 기울기를 보임으로써 만능성이 관찰되지 않았다. 그러나 새로운 실험적 $b^{2/3}\tau/\tau_c$ 파라미터를 도입할 경우 모든 혼합용매 계의 사슬 팽창의 데이터들은 하나의 직선 위에 놓임으로써 만능성은 다시 회복되었다. 여기서 $\tau$는 $(T-\Theta)/\Theta$로 $\tau_c$는 $(\Theta-T_c)/T_c$로 각각 정의되며, $T_c$는 임계용액온도를 의미하며, b는 Schultz-Flory 식에서 $1/T_c$의 $1/M_w^{1/2}$에 대한 유효 기울기이다.
1,4-Dioxane is an EPA priority pollutant often found in contaminated ground waters and industrial effluents. Conventional water treatment techniques are limited to decompose this compound effectively. Therefore, an advanced oxidation process system (AOP) was used for the degradation of 1,4-dioxane. This research investigates the effect of adding oxidants, such as ozone, air, and $H_2O_2$ during the UV irradiation of 1,4-dioxane solution. In order to analyze 1,4-dioxane, a modified 8270 method, which is an improved method of U.S EPA 8720, was used. Degradation efficiencies of 1,4-dioxane by only UV irradiation at various temperatures were not significant. However, The addition of oxidants and air bubbling in the UV irradiation system for 1,4-dioxane decomposition showed the higher 1,4-dioxane degradation rate. And, during AOP treatment the tendency of TOC changes was similar to that of 1,4-dioxane decomposition rate.
Treatment efficiency research was performed using Fenton process and the electrochemical process in the presence of ferrous ion and hydrogen peroxide for the industrial wastewater including 1,4-Dioxane produced during polymerization of polyester. The Fenton process and the electrochemical Iron Redox Reaction (IRR) process were applied for this research to use hydroxyl radical as the powerful oxidant which is continuously produced during the redox reaction with iron ion and hydrogen peroxide. The results of $COD_{Cr}$ and the concentration of 1,4-Dioxane were compared with time interval during the both processes. The rapid removal efficiency was obtained for Fenton process whereas the slow removal efficiency was occurred for the electrochemical IRR process. The removal efficiency of $COD_{Cr}$ for 310 minutes was 84% in the electrochemical IRR process with 1,000 mg/L of iron ion concentration, whereas it was 91% with 2,000 mg/L of iron ion concentration. The lap time to remove all of 1,4-Dioxane, 330 mg/L in the wastewater took 150 minutes with 1,000 mg/L of iron ion concentration, however it took 120 minutes with 2,000 mg/L of iron ion concentration in the electrochemical IRR process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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