MF/UF Membrane을 이용한 NDMA(N-nitrosodimethylamine) 제거

Abstract

최근 강력한 발암물질로 알려진 NDMA(N-Nitrosodimethylamine)가 미국 캘리포니아와 캐나다 온타리오의 상수원수에서 검출됨에 따라 NDMA에 대한 관심이 높아지고 있다. NDMA는 주로 클로라민을 이용한 염소소독 공정에서 소독 부산물로 생성되는 것으로 보고되어 정수과정에서 발생한 NDMA가 인체에 지속적으로 노출될 경우 치명적인 결과를 가져올 가능성이 있다. 하지만, 지금까지도 NDMA의 제거방법이 명확히 제시되지 않았을 뿐더러 제거 메카니즘의 규명이 이루어지지 않아 제거방법을 찾아내기 어려운 특징을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 생물학적 처리가능성을 알아보기 위한 기초실험으로서 PAC(Powdered Acitivated Carbon)와 granular sludge를 NDMA와 접촉반응 시킨 후 MF와 UF를 이용한 고액분리를 통해 유출수의 NDMA의 제거가능성을 알아보기 위한 실험을 수행하였다. 호기와 혐기 조건에서 7일 동안 적응시킨 granular sludge를 MLSS 8000mg/L로 맞춘 후 NDMA(methyl-14C) 100ng/L와 COD 250mg/L, T-N 12.5mg/L, T-P 2.5mg/L의 농도로 주입하여 12시간동안 1시간 간격으로 MF membrane과 UF membrane을 이용해 분리한 유출수를 LSC(Liquid scintillation counter)를 이용하여 측정하였다. 측정결과 UF membrane이 MF membrane보다 5% 가량 높은 NDMA 제거율을 보였으며, 반응조에 granular sludge를 넣고 MF와 UF로 제거했을 때 유출수의 NDMA 농도(평균 제거율)는 호기성 상태에서 각각 71.7ng/L(32%)와 62ng/L(43.7%)으로 나타났고, 혐기성에서는 각각 52ng/L(49.2%), 47.6ng/L(58.9%)로 나타나 같은 조건에서 MF보다는 UF가 10%가량 높은 제거율을 보였고, 호기조건보다는 혐기조건에서 15% 이상의 높은 제거율을 보였다. PAC(Powdered Activated Carbon)와 sludge를 동시에 접촉시킨 후 MF와 UF로 여과한 유출수 농도는 호기성에서 각각 48.3ng/L(57.6%)와 42.2ng/L(64.7%), 혐기성에서 47.3ng/L(56.2%)와 42.5ng/L(65.7%)로 나타나 PAC에 의한 흡착률이 호기성에서는 20%가 넘는 증가를 보였으나 혐기성에서는 약 7%의 상승에 그쳐 PAC의 영향은 호기조건에서 큰 것으로 나타났다. 이는 NDMA의 제거가 생물학적인 분해에 의한 제거보다는 단순한 미생물의 흡착에 의한 제거로서, 호기성에서는 지속적인 공기주입이 난류를 형성시켜 미생물 흡착반응에 저해요소로 작용했지만 혐기성에서는 흡착반응이 원활하게 일어나 호기성 보다는 혐기성상태에서 미생물 흡착에 의한 NDMA 제거가 높았던 것으로 판단된다. 또한, PAC 주입에 의한 영향은 호기조건에서 공기주입으로 인해 부족했던 미생물 흡착이 PAC의 도움으로 호기조건에서 많은 양의 NDMA 흡착이 일어난 것으로 판단되며, 혐기조건의 NDMA 제거량이 미생물 흡착에 의한 제거로서는 최대 제거량을 보인 것으로 판단된다.; Recently the interest in NDMA(N-nitrosodimethylamine) has increased due to its recognition as a pollutant by Ontario Ministry of Environment and Energy and California Department of Health Sciences. It is, in fact, one of the DBPs(Disinfection By-products) which appears due to chlorination and is reported to be fatal if exposed continuously to human body. Due to uncertainty in mechanism to remove it, its treatment is not yet carried out. In this experiment, treatment of biological NDMA is carried out by letting it adsorbed on Granular Sludge or PAC(Powdered Activated Carbon) and then filtering the medium through MF(Microfiltration) and UF(Ultrafiltration) membranes. Granular Sludge is adapted to aerobic and anaerobic conditions for 7 days and the experimental conditions are MLSS 8000mg/L, COD of 250mg/L, TN of 12.5mg/L, and TP of 2.5mg/L. Several batch tests were carried out and samples were collected with the interval of 1 hour. Samples were measured by LSC(Liquid scintillation counter) after filtering by MF and UF. Removal efficiency of UF membrane is found 5% more that MF. In batch test with granular sludge the permeate concentrations(removal efficiencies) of NDMA by MF and UF were 71.7ng/L(32.0%) and 62.0ng/L(43.7%) at aerobic state, and 52.0ng/L(49.2%) and 47.6ng/L(58.9%) at anaerobic state, respectively. Hence, UF membrane has about 10% more removal efficiency than MF and in anaerobic conditions 15% more removal occurs compared to the aerobic conditions. The results from treating simultaneously by PAC and granular sludge revealed that the permeate concentrations(removal efficiencies) of NDMA by MF and UF were 48.3ng/L(57.6%) and 42.2ng/L(64.7%) at aerobic state, and 47.3ng/L(56.2%) and 42.5ng/L(65.7%) at anaerobic state. PAC adsorption rate at aerobic state increased by 20% and 7% at aerobic and anaerobic conditions respectively. Which shows that PAC adsorption much affected the NDMA removal at aerobic state. Hence concluded, that NDMA removal is not biological oxidation and reduction, instead it is a biological adsorption, thus continuous decreased air pressure decreased the biological adsorption at aerobic state. Also, PAC injection has much effect on the removal of NDMA at aerobic state, because PAC increases the adsorption rate that has decreased due to the less air pressure.