과불화옥탄술폰산 분해 및 생태독성 저감을 위한 저온 플라즈마 기반 폐수처리 공정의 처리효율 평가

방수, 방유, 열에 대한 안정성이 뛰어난 perfluorinated alkyl substances (PFAS)는 주방용품 제조업, 의류업, 건설업 등 다양한 산업군에서 사용되어왔다. 하지만 다양한 환경보건 측면의 연구는 PFAS가 인간 및 동물의 건강에 치명적인 유해성을 가진다는 것을 보고하였고 선진국과 UN은 잔류 PFAS의 처리를 생태계에 매우 중차 대한 이슈로 규제를 시작했다. 하지만 PFAS의 강력한 탄소-불소 결합으로 인해 기존 하폐수처리공정은 처리에 한계가 명확하다. 따라서 본 연구는 폐수 내 난분해성 유기오염물질 분해에 탁월한 저온 플라즈마(Cold plasma, CP) 공정을 적용하여 PFAS의 종류 중 하나인 perfluorooctanesulfonic acid (PFOS)를 처리하였고 이에 따른 적용 타당성과 처리효율을 평가하였다. CP는 고도산화 공정(Advanced oxidation process, AOP)의 일종으로 OH 라디칼, 오존 등의 강력한 산화력을 가진 화학종을 형성하여 유기물을 효과적으로 산화시키고 추가적인 화학약품의 투입이 필요 없어 다른 AOP 대비 비용 효율적인 운전이 가능하다. 본 연구에서는 회분식 실험을 통하여 시간에 따른 농도변화를 기반으로 저온 플라즈마에 의한 PFOS의 분해 속도를 추정하였고, 플라즈마에 의해 형성된 강산화종이 PFOS를 부분적으로 분해 가능함을 밝혔다. 또한 생태독성 평가를 진행하여 PFOS 분해에 의해 생성된 부산물이 생태 독성에 어떠한 영향을 미치는지를 평가하였다. 회분식 실험결과는 실험 시작 10시간 후 PFOS의 약 68%가 분해되었음을 확인하였고 분해된 불소와 황이 F-와 SO42-로 검출되었음을 확인하였다. 추가적으로 OH 라디칼과 선택적으로 반응하여 포름알데히드를 생성하는 dimethyl sulfoxide (DMSO)를 이용하여 OH 라디칼의 양을 간접적으로 정량함으로써 CP에 의한 유기오염물질 분해 매커니즘을 규명하였으며 CP의 electrical energy per order (EE/O)를 계산하여 CP가 다른 AOP 대비 비용 효율적인 공정임을 증명하였다. 궁극적으로 이러한 결과는 난분해성 오염물질인 PFOS를 효과적으로 제어하고 처리하는 공정을 개발하는데 도움이 되는 유용한 정보를 제공할 것이다.