고도산화처리공정(AOPs)을 이용한 수중에서 Lindane의 분해특성 연구

Abstract

최근 잔류성 유기오염물질(Persistent Organic Pollutants, 이하 POPs)에 대한 국제사회의 관심이 증가하고 있다. POPs는 독성, 생물 농축성, 난분해성, 장거리 이동성 등의 특징을 가지는 물질이다. 독성이 강하고 분해가 느려 환경 중에 오랫동안 잔류하면서 문제를 야기하여 국제사회차원에서 대응할 필요가 있어, 2001년 스웨덴 스톡홀름에서 개최된 외교회의를 통해 “스톡홀름 협약(Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutant)"을 체결하였다. 이 협약을 통해 PCBs, DDT, Dioxin, Lindane 등 현재까지 21가지의 물질이 관리 대상 물질로 선정되었다. 환경부에서는 스톡홀름 협약 대상물질에 대해 위해성 평가 및 실태조사 등을 진행 중이며, 향후 추가 등재된 물질들에 대한 국내 사용실태 조사, 위해성관련 배출목록(Inventory) 작성 및 규제내용을 반영한 법령개정 등 후속대책을 추진하고 있다. 그 중 Lindane은 농작물의 살충제, 박멸제 및 제초제로 사용되어왔으며, 환경 중에서 매우 안정한 화합물로 잔류성 및 생체 내 만성중독의 우려로 인해 우리나라에서는 1979년 이후 사용 및 생산이 금지되었다. 금년 스톡홀름 협약 규제 대상 물질로 추가되었으며, EPA의 Priority Pollutants list(우선관리대상 화학물질)에도 포함되어 있다. 그러나 의약품 용도로는 머릿니, 사면발이, 옴 치료제 등으로 현재까지 사용 중에 있다. 식품의약품안전청은 2006년부터 전문의약품으로 분류하여 의사 처방에 의해 사용되도록 관리하고 있으며, 스톡홀름 협약을 통해 머릿니 제거 등의 의약품 용도로는 특정면제로 분류되어 사용이 가능하다. Lindane은 농약 용도로 사용이 금지된 지 오래되었는데도 불구하고 아직까지 국내 자연환경에서 검출되고 있다. 수질, 대기, 퇴적물, 어․패류 등 생물체, 하․폐수 슬러지 등에서 수 ppt에서 ppb level로 검출되었다는 많은 연구 결과가 이를 뒷받침한다. 그리고 의약품 용도에 한하여 계속 사용이 가능하므로 자연환경으로 더 많은 양의 Lindane이 유입될 수 있다. 또한 다른 유기염소계 농약에 비해 용존성 및 휘발성이 상대적으로 높아 수중에 용존상에 높게 분배되고, 대기를 통해 전지구적으로 이동하는 대표적인 물질로 수질, 대기, 토양을 이동하며 자연환경을 오염시킬 개연성이 있다. 식품의약품안전청이 2008년 국내 일반인 320명을 대상으로 한 “320명의 유기염소계 살충제 혈중 노출실태”의 조사 결과, Lindane의 노출빈도는 성인 4%(10명)와 초등학생 6%(5명)로서, 이 중 5명(성인 1인, 초등학생 4인)은 해당 의약품 사용경험이 있고, 10명(성인 9인과 초등학생 1인)은 사용과 관계없이 검출되어 인과관계를 규명하기 위해서는 노출원에 대한 추가조사가 필요하다고 밝힌바 있다. 자연상태에 미량으로 존재하는 Lindane이 인체에 축적될 가능성이 있으므로 관리가 필요하다. 그럼에도 불구하고 국내에는 아직 Lindane에 대한 명확한 규제 기준이 없으며, 자체적으로 검사할 경우 EPA와 WHO의 기준(수질기준 EPA 0.2㎍/L, WHO 2㎍/L)을 참고하고 있다. 또한, 국외에서는 물리, 화학, 생물학적으로 Lindane을 제어하는 방법에 대한 연구가 활발하나, 국내에서는 비교적 연구 진행이 미비한 편이다. 고도산화처리공정(이하 AOPs)은 강력한 산화력을 가지는 OH radical을 이용하여 처리대상 물질을 산화시켜 최종적으로 CO2나 H2O 등의 형태로 무기화(Mineralization)시키는 것으로 OH radical을 생성시키는 방법에 따라서 여러 가지로 나뉜다. 대부분의 난분해성 유기화합물은 전통적인 생물학적 방법, 화학적 방법 등 기존 처리 방법으로는 한계가 있어 그 대안으로 AOPs가 연구되어 왔으며, AOPs 종류로는 UV/H2O2, UV/TiO2, UV/O3, Fenton, Photo-Fenton, 광촉매, 전자빔, 초음파 등이 있다. 이들 공정은 기존의 화학적, 생물학적, 물리적 흡착, 촉매이용방법 등이 다량의 산화제에 따른 부담감, 미생물의 적용여부, 흡착에 의한 2차 처리, 고가의 귀금속촉매 사용에 따른 경제성 등의 문제점이 지적되어 온 이후, 경제적이고 환경 친화적인 방법이라는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 고도산화처리공정 (UV/H2O2, Fenton, Photo-Fenton 공정)을 이용하여 수중에서 Lindane의 분해 특성을 파악하여 가장 효과적인 처리 방법을 찾고자 하였다. 본 연구에서는 기존의 수질에 잔류하는 Lindane의 농도, 토양으로부터 용출되거나 대기로부터 유입될 가능성, 의약품 용도로 제조 또는 사용된 후 수중에 유입될 가능성을 고려하여 초기 농도를 50ppb로 설정하였다. 본 연구에서 영향 인자로는 pH, 대상물질의 초기농도, H2O2의 주입농도, Fe2+의 주입농도 등이 고려되었다.