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Chlamydomonas pulsatilla(녹조류)에 의한 염소 소독부산물의 생성특성에 관한 연구

Title
 Chlamydomonas pulsatilla(녹조류)에 의한 염소 소독부산물의 생성특성에 관한 연구
Other Titles
 (The) formation potential of chlorinated disinfection by-products by chlamydomonas pulsatilla (Green-Algae)
Issue Date
1998
Publisher
 연세대학교 보건대학원
Description
환경관리학과/석사
Abstract
[한글] 상수원수 중에 존재하는 병원성 미생물을 제거하기 위하여 정수처리시 염소소독을 실시하고 있으나, 상수원수중에 존재하는 유기물과 반응하여 염소소독부산물을 생성하여 보건학적으로 위해성을 나타내고 있다. 또한 염소소독부산물 중 일부물질이 동물실험을 통해 발암성이 입증됨에 따라 이들 부산물이 포함된 음용수의 섭취에 따른 건강피해에 대한 관심이 고조되고 있다. 지금까지의 연구에 의하면, 자연수중에 존재하는 휴믹성분이 염소소독부산물을 생성하는 주요 전구물질로 밝혀졌다. 그러나 이외에도 조류, 타닌산( tannic acid) 그리고 질소를 함유한 화합물과 같이 자연적으로 발생하는 유기물 역시 염소소독시 트리할로메탄(tri halomethanes; THMs)과 같은 부산물을 생성한다(Oliver와 Shindier, 1980). 한편, 염소소독시 조류에 의해 생성되는 유기물질에 의해 chloroform이 생성되는 뚜렷한 결과가 Morris와 Baum에 의해 최초로 보고되었으며(Morris와 Baum, 1978), Virginia reservoir에서는 여름철의 트리할로메탄 농도와 클로로필 a 농도가 좋은 상관관계를 나타내었다. 이와 같은 결과는 조류가 THMs의 주요한 전구물질임을 의미한다(Oliver and Shindier, 1980). 특히, 우리 나라는 북반구 온대지역에 위치하고 있어 계절적 특성이 뚜렷하기 때문에 계절에 따라 상수원수중에 존재하는 조류 농도의 차이가 뚜렷하며, 주기적인 조류의 대발생(algae bloom)으로 인하여 수중 유기물의 성상과 양에 기여하여 소독부산물의 전구물질을증가시킬 수 있다. 또한 고농도의 조류가 존재할 경우 정수처리 과정 중 전오존이나 전염소 처리 등 소독제 투입량을 증가시키는 방법을 주로 사용하고 있다. 그러나 투여된 염소와 조류세포의 접촉으로 세포가 분해되어 수중의 유기물의 증가와 함께 소독부산물 전구물질의 양을 증가될 것이다. 이로 인하여 소독부산물의 생성량과 특성에 영향을 미칠 것으로 판단된다. 국내의 소독부산물의 연구는 주로 THMs에 대해서만 국한되어 왔으며 그 외에 생성되는 HANs이나 HAAs와 같은 소독부산물에 대한 연구가 미비한 실정이다. 또한, 아직까지 우리 나라에서 발생되는 소독부산물의 전구물질의 특성에 대한 깊이 있는 연구가 진행되지 못한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 녹조류인 Chlamydomonas pulsatilla의 세포 및 세포 외 생성물(extracellular product; ECP)로 인하여 발생되는 소독부산물의 생성량과 구성성분의 특성을 조사하여, 소독부산물 전구물질로서 조류의 영향과 특성을 파악하고자 하였다. 연구 대상인 C. pulsatilla를 배양하여 증식이 활발한 시기의 조류를 원심분리를 이용하여 ECP와 세포를 분리한 후 각각에 대하여 염소소독부산물의 생성능을 조사하였다. 염소소독부산물의 생성능을 조사하기 위하여 APHA, AWWA, WPCF. 19th ed.(1995)에서 언급된바에 따라 각각 조사된 염소요구량에 해당하는 염소를 주입하고 온도는 25±2℃, pH는 7±0.2의 조건에서 7일동안 반응시킨 후 생성된 염소소독부산물을 조사하였다. 또한 염소 주입량에 따라 C. pulsatilla 세포로부터 배출되는 유기물량과 그에 따른 염소소독부산물의 생성능을 조사하였다. 조사된 소독부산물은 trihalometh -anes (THMs), haloacetic acids (HAAs), haloacetonitrile (HANs), haloketones (HKs), chloral hydrate (CH) 그리고 chloropicirine (CP)을 측정하였다. 한편, 전체 염소소독부산물의 농도는 이들을 모두 합한 값으로 하였다. C. pulsatilla의 ECP와 세포의 소독부산물의 생성비는 각각 0.0068μ㏖/㎎, 0.808 μ㏖/㎎ 였다. 또한, SUVA 값은 ECP와 세포에서 각각 0.313ℓ/㎎ m과 1.052ℓ/㎎ m로 조사되었다. ECP의 용존유기탄소(dissolved organic carbon; DOC) 농도가 세포에 의한 농도보다 높은 값을 나타낸 반면에 SUVA(specific ultravilet absorbance)값과 각 소독부산물의 DOC 농도에 대한 반응비는 세포에서 모두 높은 값을 나타내었다. 이와 같은 유기물 인자를 통하여 세포에 의한 소독부산물 생성 가능성이 높다는 것을 알 수 있었다. C. pulsatilla가 염소와 반응하여 생성할 수 있는 염소소독부산물의 농도는 ECP가 270.16㎍/ℓ로 측정되었으며, 세포에 의한 것은 7,372 ㎍/ℓ로 ECP에 의한 것보다 높은 소독부산물 생성능을 나타내었다. ECP에 의한 소독부산물 생성능 중에서 THMs과 HANs이 각각 127.82 ㎍/ℓ와 104.78 ㎍/ℓ로 생성되었다. 세포에 의한 소독부산물 생성능중에서는 HANs 농도가 5,207 ㎍/ℓ로 가장 많이 생성되었으며, THMs 농도는 1,864 ㎍/ℓ로 생성되었다. 한편, 이들의 염소소독부산물 구성비는 다음과 같다. ECP와 반응하여 발생된 염소소독부산물의 구성비는 THMs이 47.3%으로 가장 높았으며, HANs이 38.8%로 THMs와 비슷한 비율로 생성되어, 이 두가지가 전체 소독부산물의 86.1%를 구성하고 있는 것으로 조사되었다. 세포에 의해 생성된 소독부산물의 구성비는 ECP에 의한 것과는 달리 HANs가 73.3%로 가장높은 비율을 나타내고 있으며, THMs는 25.3%로 생성되었다. ECP와 세포에 의한 chloroform의 생성능이 각각 98.3%와 99.98%로 THMs의 대부분을 구성하고 있으며, HAAs 중 dichloroacetic acid (DCAA)가 ECP와 세포에서 각각 약 47.3%와 50.7%의 생성비율을 나타내었다. HANs에서는 ECP과 세포에서 모두 dichloroacetonitrile( DCAN)이 약 99%로 생성된 것으로 관찰되었다. 염소주입량이 증가함에 따라서 DOC농도가 증가하였고 이에 따라 생성되는 THMs과 HANs이 증가되었다. 반면, 클로로필 a의 농도는 염소 주입 전에 비하여 염소 주입 후에 감소되었으며, 이것은 염소주입에 의한 세포의 파괴로 인하여 모든 염소주입농도(0.5, 1,3,5,10 ㎎/ℓ)에서 편모가 끊어지거나 엽록소의 양이 줄어들고 세포벽이 파괴되는 등의 변화를 현미경을 통하여 관찰 할 수 있었다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, 조류 자체나 조류에 의해 생성되는 유기물에 의해 DBPs가생성됨을 확인하였다. 특히, DBPs의 종류 중 HANs이 전체 DBPs 중에서 차지하는 비율이 지금까지 조사되어온 휴믹성분과 같은 DBPs 전구물질에 의해 생성되는 HANs의 구성비보다 많은 비율을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 우리 나라 상수원수와 같이 주기적인 조류 대발생(algae bloom)에 의한 영향이 큰 경우 유기물의 특성과 더불어 DBPs의 생성특성이 달라질 것이다. 그러므로 상수원수중에 조류가 발생하였을 때 유기물특성의 변화를 파악하여 DBPs의 전구물질로서의 평가에 대한 연구가 진행되어야 할 것이며, 이에 따라 DBPs의 생성특성에 대한 연구의 필요성이 있다고 판단되었다. 또한 적절한 정수처리방안을 검토함으로써 조류를 효과적으로 제거함과 동시에 간과되어 왔던 조류로 인한 DBPs의 전구물질의 양이 증가되는 것을 최소화할 수 있는 방안이 연구되어야 할 것이다.
[영문] Recently, it has been studied on the disinfection by-product(DBPs) formed by the disinfection on drinking water treatment. Public concerns about hazardous health effect from the exposure to organic by-products of the chlorination have been increased. In many instances, it has been known that humic materials appear to be the major organic precursors of DBPs. Other naturally occurring organic matter, such as algae, tannic acid, and nitrogen-containing compounds also produce DBPs by chlorination. The variation of community and dominant species on phytoplankton living in source of drinking water is seasonally occurred. Especially, in summer season, organic matter in source water would be increased due to algae bloom, therefore algae could be significant sources of DBP precursors. This study was conducted to evaluate characteristic of chlorinated DBPs formation potential(DBPFP) produced from the cell and ECP(extracellular product) of Chlamydomonas pulsatilla. DBPFP was measured from cell and ECP of C. pulsatilla, respectively. C. pulsatilla was cultured under 14 hrs light/10 hrs dark-lightening conditions. The cell and ECP were separated by centrifugation and then examined DBPFP. Under standard conditions, samples were buffered at pH 7±0.2℃, and stored at 25±2℃ for 7days(APHA, AWWA, WPCF. 19th ed.,1995). And chlorine effects on cell lysis were examinated. DBPs analyzed in this study were THMs, HAAs, HANs, HKs, CH, and CP. The result of this study are as follows; 1. Reaction yields of total DBPs produced by C. pulastilla ECP and cell were 0.0068 μ㏖/㎎ and 0.808 μ㏖/㎎. Also, SUVA values of ECP and cell were measured as 0.313 μ㏖/㎎ and 1.052 μ㏖/㎎. DOC concentration of cell were found to be lower than that of ECP, but SUVA value and reaction yields for cell were higher than those of ECP. 2. As chlorine dose were increased, concentration of DOC, THMs, and HANs were increased. But concentration of chlorophyll a was decreased due to cell destruction by chlorine dose. 3. For ECP formation potential, THMFP(47.3%) and HANFP(38.83%) were covered most of DBPFP. And HANFP and THMFP, 73.3% and 25.3%, were the major DBPFP produced by cell. 4. Chloroform was found to be the major THM compound, 98.3% for ECP and 99.98% for cell. And dichloroacetic acid(DCAA) and dichloroacetoni -trile(DCAN) were the major HAA and HAN compounds formed by ECP and cell as precursor, respectively. This result showed that DBPs are produced by algae cell and organic matter excreted from algae. Particularly, the proportion on HANs of total DBPs produced by algae was higher than that of HANs produced by humic materials as precursor. It can be assumed that when the seasonal algae bloom is occurred in source water, the pattern of DBPs formation would change according to characteristics of organic matters. Therefore the future study on assessment and treatment of algae as DBPs precursor should be conducted.
URI
http://ir.ymlib.yonsei.ac.kr/handle/22282913/125890
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2. 학위논문 > 4. Graduate School of Public Health (보건대학원) > 석사
Yonsei Authors
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