KR20230016993A - Total-Organic-Carbon-Based Quantitative Estimation Method of Microplastics in Sewage - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for analyzing microplastics in sewage based on total organic carbon (TOC) measurement, in which sewage is filtered and organic matter oxidation pretreatment is performed to remove an organic matter, and then a sewage sample from which the organic matter has been removed is introduced into a TOC analyzer to indirectly measure microplastics in the sewage by quantifying carbonaceous components in the microplastics present in the sewage with the TOC analyzer, and to comprehensively evaluate the behavior of the microplastics by including the removal efficiency of contaminants in a sewage treatment process.

Description

총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 분석방법{Total-Organic-Carbon-Based Quantitative Estimation Method of Microplastics in Sewage}Total-Organic-Carbon-Based Quantitative Estimation Method of Microplastics in Sewage}

본 발명은 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 분석방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세플라스틱의 입자를 계수하는 기존 분광분석 방식이 아닌, 하수 중에 존재하는 미세플라스틱의 탄소성 성분을 총유기탄소 분석기로 정량하여 플라스틱에서 기인하는 탄소량의 간접정량을 지표로 사용함으로써 미세플라스틱을 분석하는 질량분석방법에 관한 것이다.The present invention relates to a total organic carbon (TOC) measurement-based analysis method for microplastics in sewage, and more particularly, to a method for analyzing microplastics in sewage, rather than a conventional spectroscopic analysis method for counting microplastic particles. It relates to a mass spectrometry method for analyzing microplastics by quantifying with a total organic carbon analyzer and using indirect quantification of the amount of carbon originating from plastics as an indicator.

지난 몇 년 동안 육지와 해양의 물, 토양, 공기에서 미세플라스틱(microplastics)이 발생하며 그에 관한 거동을 연구하였으며(A.L. Andrady, Mar. Pollut. Bull. 62(2011) 1596-1605; R. Dris et al., Environ. Pollut. 221 (2017) 453-458; A.A. Horton et al., Sci. Total. Environ. 586 (2017) 127-141; M.C. Rillig et al., Front Plant Sci. 8 (2017) 1805). 미세플라스틱에 의한 지구상의 물 환경의 오염을 통제하려면 상당한 노력과 예산이 필요하며 산업 패러다임을 바꾸지 않고서는 이를 달성할 수 없다는 결론에 이르렀다. 하수에 있는 미세플라스틱의 처리는 하수에 있는 다양한 오염 물질이 수중 환경으로 유입되는 것을 방지하도록 설계된 하수처리장(sewage treatment plants, STPs)이 해결해야 할 과제이다. 현재 하수처리장은 기존 수질 지표(예: pH, 생물학적 또는 화학적 산소 요구량(BOD 또는 COD), 총 질소 또는 인(TN 또는 TP) 및 총 유기 탄소(total organic carbon, TOC))를 사용하여 평가되고, 최근에는 미량 유기 오염 물질(예: 살충제, PFAS (per- 및 polyfluoroalkyl) 물질, 의약품 및 개인 위생 용품(pharmaceuticals and personal care products, PPCP)이 하수에 상당량 존재하는 것으로 알려져 있지만(L. Joseph et al., Chem. Eng. J. 369(2019) 928-946; Y. Zhou et al., Environ. Int. 131 (2019), 104982), 미세플라스틱은 단순히 측정과 관련된 복잡성 때문에 일반적으로 하수처리 공정에서 모니터링되지 않는다.In the past few years, microplastics have occurred in water, soil and air of land and sea and their behavior has been studied (A.L. Andrady, Mar. Pollut. Bull. 62(2011) 1596-1605; R. Dris et al. al., Environ. Pollut. 221 (2017) 453-458 A. A. Horton et al., Sci. Total. Environ. ). It has been concluded that controlling the pollution of the global water environment by microplastics requires considerable effort and budget and cannot be achieved without changing the industrial paradigm. Disposal of microplastics in sewage is a challenge for sewage treatment plants (STPs) designed to prevent various contaminants in sewage from entering the aquatic environment. Current sewage treatment plants are assessed using existing water quality indicators such as pH, biological or chemical oxygen demand (BOD or COD), total nitrogen or phosphorus (TN or TP) and total organic carbon (TOC); Although trace organic contaminants such as pesticides, per- and polyfluoroalkyl (PFAS) substances, and pharmaceuticals and personal care products (PPCP) are recently known to be present in significant amounts in sewage (L. Joseph et al. , Chem. Eng. J. 369(2019) 928-946; Y. Zhou et al., Environ. Int. 131 (2019), 104982), microplastics are commonly monitored in sewage treatment processes simply because of the complexity involved in measuring them. It doesn't work.

미세플라스틱의 특성화를 위해 몇몇 분석 기술이 적용되고 있다. 물 환경에서 미세플라스틱을 정량화하기 위해서 마이크로 푸리에 변환 적외선 분광법(micro-Fourier transform infrared spectroscopy, μ-FTIR)(S. Primpke et al., Anal. Methods-Uk. 11 (2019) 2138-2147; A.S. Tagg et al., Anal. Chem. 87 (2015) 6032-6040), 라만 분광법(Z. Sobhani et al., Anal. Chim. Acta. 1077 (2019) 191-199; S. Wolff et al., Water Res. X. 2 (2018), 100014), 열분해-가스 크로마토 그래피/질량 분광법(Py-GC/MS)(M. Fischer et al., Environ. Sci. Technol. 51 (2017) 5052-5060; L. Hermabessiere et al., Anal. Bioanal. Chem. 410 (2018) 6663-6676) 및 열중량 분석-열 탈착-GC/MS (TGA-TD-GC/MS)(E. Dumichen et al., Chemosphere 174 (2017) 572-584) 등이 사용된다. 특히, μ-FTIR 및 라만 기술과 같은 분광법은 미세플라스틱의 유형, 속성 및 개수를 조사하는 데 사용된다. 그러나 이러한 방법은 입자 수와 관련되어 매우 불확실한 결과값을 얻는다. 특히 하수 및 슬러지와 같은 시료에서 드물지 않은 입자가 많거나 다양하여 겹치는 경우 그 불확실성이 더욱 커질 수 있다. 방법의 유용성을 감지하고 계산할 수 있는 미세플라스틱은 그 크기에 따라 제한된다. 또한, 수 ㎛ 미만의 입자는 계수할 수 없다. 또한 이러한 분광법을 사용하여 각 샘플을 분석하는 데는 미세플라스틱을 선택적으로 분리하는 전처리 단계를 제외하고서라도 분석하기까지 6~24시간 정도가 걸린다.Several analytical techniques have been applied to characterize microplastics. Micro-Fourier transform infrared spectroscopy (μ-FTIR) to quantify microplastics in water environments (S. Primpke et al., Anal. Methods-Uk. 11 (2019) 2138-2147; A.S. Tagg et al., Anal. Chem. 87 (2015) 6032-6040), Raman spectroscopy (Z. Sobhani et al., Anal. Chim. Acta. 1077 (2019) 191-199; S. Wolff et al., Water Res X. 2 (2018), 100014), pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS) (M. Fischer et al., Environ. Sci. Technol. 51 (2017) 5052-5060; L. Hermabessiere et al., Anal. Bioanal. Chem. 410 (2018) 6663-6676) and thermogravimetric-thermal desorption-GC/MS (TGA-TD-GC/MS) (E. Dumichen et al., Chemosphere 174 ( 2017) 572-584) and the like are used. In particular, spectroscopic methods such as μ-FTIR and Raman techniques are used to investigate the type, properties and number of microplastics. However, these methods give highly uncertain results related to the number of particles. Particularly in samples such as sewage and sludge, the uncertainty can be even greater when there are many or varied overlapping particles that are not uncommon. The microplastics that can detect and count the usefulness of the method are limited by their size. Also, particles smaller than several micrometers cannot be counted. In addition, it takes about 6 to 24 hours to analyze each sample using this spectroscopy method, even excluding the pretreatment step of selectively separating microplastics.

그러나 이들 방법은 미세플라스틱의 특성을 이해하는 직관적인 방법을 제공할 수 있고, 다른 정량적 방법과 결합될 때 처리 과정의 성능을 평가하는 시너지 기술이 될 수 있다(E. Hendrickson et al., Environ. Sci. Technol. 52 (2018) 1787-1796; B.E. Hayany et al., J. Environ. Manage. 275 (2020), 111249; S. Primpke et al., Appl Spectrosc. (2020) 000370282091776). TGA- 및 Py-GC/MS와 같은 열분석 방법은 플라스틱 단량체를 선택적으로 분리하고 검출할 수 있다. 이 방법은 ㎍ 수준의 소량의 미세플라스틱을 정성 및 정량적으로 측정할 수 있다(E. Duemichen et al., J. Chromatogr. A. 1592 (2019) 133-142), 잠재적으로 이러한 방법은 미세플라스틱 소스를 효과적으로 추적하고 제어하는데 사용될 수 있다(C. Schwaferts et al., Trac. Trends Anal. Chem. 112 (2019) 52-65).However, these methods can provide an intuitive way to understand the properties of microplastics and, when combined with other quantitative methods, can be synergistic technologies to evaluate the performance of treatment processes (E. Hendrickson et al., Environ. Sci. Technol. Thermal analysis methods such as TGA- and Py-GC/MS can selectively separate and detect plastic monomers. This method can qualitatively and quantitatively measure small amounts of microplastics at the μg level (E. Duemichen et al., J. Chromatogr. A. 1592 (2019) 133-142), and potentially this method can be used as a source of microplastics. can be used to effectively track and control (C. Schwaferts et al., Trac. Trends Anal. Chem. 112 (2019) 52-65).

한편, 이러한 분석 방법을 정량화에 적용하기 전에 입자 분리 및 농축을 위해 매우 광범위한 시료 전처리 단계가 필요하다. 시약을 사용하고, 노동 집약적이며 시간이 많이 소요되는 분해 단계를 적용하여 샘플에서 미세플라스틱 이외의 유기 입자를 제거한다(R.R. Hurley et al., Environ Sci Technol. 52 (2018) 7409-7417; J. Masura et al., recommendations for quantifying synthetic particles in waters and sediments., (2015); J.C. Prata et al., Sci. Total Environ. 686 (2019) 131-139). 특히 자연수나 하수 속의 바이오매스와 같은 유기물은 미세플라스틱의 정확한 측정을 저해할 수 있다. 따라서 H2O2, 펜톤 시약(Fenton's reagent) 시약, KOH, HCl 또는 HNO3는 때때로 열로 플라스틱 이외의 유기물을 파괴하려고 시도되었다(C.B. Alvim et al., Chem. Eng. J. 402 (2020), 126293; Z. Zhang et al., Chem. Eng. J. 382 (2020), 122955). 앞서 언급한 시약 중 특히 고온(50℃ 초과)의 펜톤 시약(H2O2 + Fe(II))은 짧은 분해 시간(1~2시간) 내에 물에서 유기물을 분해하는 것으로 보고되어 몇몇 연구자들에 의해 선택되었다(X. Lv et al., J Clean Prod. 225 (2019) 579-586; J. Lin et al., Sci. Total Environ. 760 (2021), 144316). 그럼에도 불구하고 정교한 기기 조작과 함께 이러한 샘플 전처리 및 분해 단계는 종종 하수를 포함한 다양한 수질 환경에서 미세플라스틱에 대한 지속적인 또는 일상적인 모니터링 프로그램이 설정되는 것을 방해한다.On the other hand, very extensive sample preparation steps are required for particle separation and concentration before applying these analytical methods to quantification. Reagent, labor-intensive and time-consuming degradation steps are applied to remove organic particles other than microplastics from samples (RR Hurley et al., Environ Sci Technol. 52 (2018) 7409-7417; J. Masura et al., recommendations for quantifying synthetic particles in waters and sediments., (2015) JC Prata et al., Sci. Total Environ. 686 (2019) 131-139). In particular, organic matter such as biomass in natural water or sewage can hinder accurate measurement of microplastics. Thus, H 2 O 2 , Fenton's reagent, KOH, HCl or HNO 3 have sometimes been attempted to destroy organics other than plastics by heat (CB Alvim et al., Chem. Eng. J. 402 (2020), 126293;Z. Zhang et al., Chem. Eng. J. 382 (2020), 122955). Among the aforementioned reagents, Fenton's reagent (H 2 O 2 + Fe(II)) at high temperatures (>50 °C) in particular has been reported to decompose organic matter in water within a short decomposition time (1-2 hours), which has led some researchers to (X. Lv et al., J Clean Prod. 225 (2019) 579-586; J. Lin et al., Sci. Total Environ. 760 (2021), 144316). Nonetheless, these sample preparation and disaggregation steps, along with sophisticated instrumentation, often prevent ongoing or routine monitoring programs for microplastics from being established in various water quality environments, including sewage.

위에서 언급한 바와 같이, 분광 및 열분석 방법의 결과는 미세플라스틱에 대한 하수처리공정의 제거 효율을 평가하고 처리 공정을 개선할 때 보완 데이터로 사용할 수 있다. 최근 Simon 등은 분광법으로 계산된 10~500 ㎛의 미세플라스틱의 질량을 계산하였다(M. Simon et al., Water Res. 142 (2018) 1-9), 그들은 숫자뿐만 아니라 질량으로 미세플라스틱을 평가하는 것의 중요성을 강조하였다. 미세플라스틱의 개수를 측정하는 분광분석 방법이 아닌, 플라스틱의 질량을 측정하는 방식은 미세플라스틱 질량을 대략적으로 추정해도 하수에서 미세플라스틱을 제거할 때 하수처리공정의 성능을 평가할 수 있는 장점이 있다. As mentioned above, the results of spectroscopic and thermal analysis methods can be used as complementary data when evaluating the removal efficiency of sewage treatment processes for microplastics and improving treatment processes. Recently, Simon et al. calculated the mass of 10-500 μm microplastics by spectroscopic method (M. Simon et al., Water Res. 142 (2018) 1-9), and they evaluated microplastics by mass as well as number. emphasized the importance of doing The method of measuring the mass of plastics, rather than the spectroscopic method of measuring the number of microplastics, has the advantage of being able to evaluate the performance of the sewage treatment process when removing microplastics from sewage even if the mass of microplastics is roughly estimated.

실제로 하수 처리장 운영자 또는 하수 및 폐수를 조사하는 연구자들은 얼마나 많은 플라스틱(입자 또는 질량 측면에서)이 하수 처리장으로 물로 유입되고 제거되는지에 관하여 기술적인 관점에서 미세플라스틱의 양적인 평가를 위한 접근 방법을 시도하고자 한다. 크기와 모양이 다른 너무 많은 유형의 플라스틱 입자가 처리장으로 흘러 들어 오기 때문에, 일상적인 모니터링에서 플라스틱 입자의 유형 또는 모양을 결정하는 것에 큰 관심이 있다. 또한 이러한 입자를 특성화하는데 필요한 고분자 과학 및 분석 기기에 대한 정보가 부족한 실정이다. 실제 하수의 생분해성 또는 비교적 쉽게 분해되는 유기물 함량을 정량화하기 위해 결정된 생물학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD) 또는 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD)의 경우와 같다. 하수에는 다양한 유기 화학 물질이 존재하기 때문에 개별 유기 화합물을 분석하는 것은 불가능하고 비현실적이다(Y.-Y. Choi et al., Water-Sui. 9 (2017) 409).In practice, sewage treatment plant operators or researchers investigating sewage and wastewater want to try an approach for quantitative assessment of microplastics from a technical point of view, how much plastic (in terms of particles or mass) enters and is removed from the sewage treatment plant. do. Because so many types of plastic particles of different sizes and shapes flow into treatment plants, there is great interest in determining the type or shape of plastic particles in routine monitoring. There is also a lack of information on the polymer science and analytical instruments needed to characterize these particles. It is the same as the case of Biochemical Oxygen Demand (BOD) or Chemical Oxygen Demand (COD) determined to quantify the biodegradability or relatively easily decomposed organic matter content of actual sewage. Because various organic chemicals exist in sewage, it is impossible and impractical to analyze individual organic compounds (Y.-Y. Choi et al., Water-Sui. 9 (2017) 409).

그러므로, 많은 양의 미세플라스틱이 유입되는 하수처리공정의 효율 평가를 위해 빠르고 정확하게 분석 방법을 개발하는 것이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.Therefore, it is urgently required to develop a fast and accurate analysis method for evaluating the efficiency of a sewage treatment process in which a large amount of microplastics are introduced.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 하수를 여과하고 유기물 산화 전처리를 수행하여 유기물을 제거한 다음, 유기물이 제거된 하수시료를 TOC 분석기에 도입하여 미세플라스틱 중에 존재하는 탄소의 총량을 측정할 경우, 하수 중에 존재하는 미세플라스틱 중 탄소성 성분을 총유기탄소(Total Organic Carbon, TOC) 분석기로 정량하여 플라스틱에서 기인하는 탄소량의 간접정량을 지표로 사용함으로써 하수 중 미세플라스틱을 간접적으로 측정하고 하수처리공정에서 오염물질의 제거효율을 평가할 수 있는 방법으로 활용 가능하다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, as a result of diligent efforts to solve the above problems, the inventors of the present invention filter sewage, perform organic matter oxidation pretreatment to remove organic matter, and then introduce the sewage sample from which the organic matter is removed to a TOC analyzer for the total amount of carbon present in microplastics. In the case of measuring, carbonaceous components among microplastics present in sewage are quantified with a Total Organic Carbon (TOC) analyzer, and the indirect quantification of the amount of carbon originating from plastics is used as an indicator to indirectly measure microplastics in sewage. It was confirmed that it can be used as a method for measuring and evaluating the removal efficiency of pollutants in the sewage treatment process, and the present invention was completed.

본 발명의 목적은 총유기탄소 측정을 기반으로 하여 하수 중에 존재하는 미세플라스틱을 분석하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for analyzing microplastics present in sewage based on total organic carbon measurement.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 하수를 여과하여 하수시료를 수득하는 단계; (b) 상기 하수시료를 유기물 산화 전처리를 수행하여 유기물을 제거하는 단계; 및 (c) 유기물이 제거된 하수시료를 TOC 분석기에 도입하여 미세플라스틱 중에 존재하는 탄소의 총량을 측정하는 단계를 포함하는 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 정량방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) filtering sewage to obtain a sewage sample; (b) removing organic matter from the sewage sample by subjecting the sewage sample to organic material oxidation pre-treatment; and (c) measuring the total amount of carbon present in the microplastic by introducing the sewage sample from which the organic matter has been removed into a TOC analyzer.

본 발명에 따른 정량방법은 하수 및 폐수에서의 미세플라스틱의 양적으로 평가할 수 있는 방법으로서, 분광학이나 크로마토그래피를 이용한 어려운 접근이 아니라 TOC를 이용하여 하수 시료에서 미세플라스틱을 선별적으로 측정할 수 있고, 하수처리공정으로 유입되는 유기물 중의 미세플라스틱의 분율과 그 처리효율을 측정할 수 있다.The quantitative method according to the present invention is a method that can quantitatively evaluate microplastics in sewage and wastewater, and can selectively measure microplastics in sewage samples using TOC rather than a difficult approach using spectroscopy or chromatography. , the fraction of microplastics in the organic matter entering the sewage treatment process and its treatment efficiency can be measured.

본 발명에 의한 총유기탄소 측정법은 하수처리 공정에서 미세플라스틱의 거동을 종합적으로 평가하는 매우 손쉽고 정확한 방법으로 활용될 수 있고, 하수 시료를 간편하며 정확하며, 적은 산화제로 좋은 분해 효율을 얻을 수 있기 때문에, 시간, 비용, 폐액의 발생이 적다. 이 방법은 여과하는 필터의 입경과 여과 부피를 조정에 따라, 측정범위를 유연하게 조절할 수 있으며, 하수처리공정을 평가하기 위한 표준화에 기여할 수 있다.The total organic carbon measurement method according to the present invention can be used as a very easy and accurate method to comprehensively evaluate the behavior of microplastics in the sewage treatment process, and it is easy and accurate to take a sewage sample, and good decomposition efficiency can be obtained with a small amount of oxidizing agent. Therefore, time, cost, and generation of waste liquid are reduced. This method can flexibly adjust the measurement range by adjusting the particle diameter and filtration volume of the filter to be filtered, and can contribute to standardization for evaluating sewage treatment processes.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 TOC 기반 열분해 이용한 미세플라스틱 간접 정량방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 TOC 기반 열분해 이용 미세플라스틱 간접 정량방법을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 STP에서의 TOC 및 TOCMP에 대한 (a) 유입수 및 (b) 유출수의 농도 프로파일과 (c) 기존방법(FT-IR)과 비교분석한 그래프이다.
1 is a flow chart of a microplastic indirect quantification method using TOC-based pyrolysis according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing an indirect microplastic quantification method using TOC-based pyrolysis according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph comparing the concentration profiles of (a) influent and (b) effluent for TOC and TOC MP in STP according to an embodiment of the present invention and (c) conventional method (FT-IR).

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is one well known and commonly used in the art.

STP에서의 하수를 여과하고 유기물 산화 전처리를 수행하여 유기물을 제거한 다음, 유기물이 제거된 하수시료를 TOC 분석기에 도입하여 미세플라스틱 중에 존재하는 탄소의 총량을 측정할 경우, 하수 중에 존재하는 미세플라스틱 중 탄소성 성분을 총유기탄소 분석기로 정량하여 플라스틱에서 기인하는 탄소량의 간접정량을 지표로 사용함으로써 하수 중 미세플라스틱을 간접적으로 측정하고 하수처리공정에서 오염물질의 제거효율을 평가할 수 있다는 것을 확인하였다.After filtering the sewage at STP and performing organic matter oxidation pretreatment to remove organic matter, and then introducing the sewage sample from which the organic matter has been removed to a TOC analyzer to measure the total amount of carbon present in microplastics, among the microplastics present in the sewage By quantifying the carbonaceous component with a total organic carbon analyzer and using the indirect quantification of the amount of carbon originating from plastic as an indicator, it was confirmed that microplastics in sewage can be indirectly measured and the removal efficiency of pollutants in the sewage treatment process can be evaluated. .

따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 하수를 여과하여 하수시료를 수득하는 단계; (b) 상기 하수시료를 유기물 산화 전처리를 수행하여 유기물을 제거하는 단계; 및 (c) 유기물이 제거된 하수시료를 TOC 분석기에 도입하여 미세플라스틱 중에 존재하는 탄소의 총량을 측정하는 단계를 포함하는 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 정량방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention, in one aspect, (a) obtaining a sewage sample by filtering the sewage; (b) removing organic matter from the sewage sample by subjecting the sewage sample to organic material oxidation pre-treatment; and (c) measuring the total amount of carbon present in the microplastic by introducing the sewage sample from which the organic matter has been removed into a TOC analyzer.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 하수 공정의 유입수(influent) 및 유출수(effluent)를 450~550 ㎛의 체(sieve)를 통해 여과시킨 다음, 40~50㎛의 필터를 통해 여과시킬 수 있다.In the present invention, in step (a), the influent and effluent of the sewage process are filtered through a sieve of 450 to 550 μm, and then filtered through a filter of 40 to 50 μm. there is.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계에서 하수를 필터를 이용하여 여과한 다음, 상기 필터를 세척하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, the step (a) may further include filtering the sewage using a filter and then washing the filter.

본 발명에 있어서, 상기 세척은 메탄올 용매를 이용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 메탄올을 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the washing may be performed using a methanol solvent, preferably methanol, but is not limited thereto.

본 발명의 정량방법에 있어서, 바람직한 일 실시예로서 (i) 하수 처리 공정의 파이프라인에서 얻은 유입수 및 유출수를 450~550 ㎛의 프리-시브(pre-sieve)와 40~50㎛의 필터를 이용하여 진공여과시키고 상기 필터를 세척하는 단계; (ii) 상기 필터를 세라믹 보트에 놓고 Fe(II) 및 H2O2를 함유하는 분해시약을 50~70 ℃에서 첨가하고 1시간~3시간 방치하는 단계; 및 (iii) 상기 세라믹 보트를 TOC 분석기에 도입하고, 850~950 ℃에서 연소시킨 다음, 미세플라스틱 중에 존재하는 탄소의 총량을 측정하는 단계를 수행할 수 있다.In the quantitative method of the present invention, as a preferred embodiment, (i) using a pre-sieve of 450 to 550 μm and a filter of 40 to 50 μm for the inflow and outflow water obtained from the pipeline of the sewage treatment process vacuum filtration and washing the filter; (ii) placing the filter in a ceramic boat, adding a decomposition reagent containing Fe(II) and H 2 O 2 at 50 to 70 °C and leaving it for 1 hour to 3 hours; and (iii) introducing the ceramic boat into a TOC analyzer, burning it at 850 to 950° C., and then measuring the total amount of carbon present in the microplastic.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는 Fe(II) 및 H2O2를 함유하는 분해시약을 50~70 ℃에서 첨가하고 방치할 수 있다.In the present invention, in step (b), a decomposition reagent containing Fe(II) and H 2 O 2 may be added at 50 to 70 °C and left to stand.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계에서 TOC 분석기에 850~950 ℃에서 연소시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, the step (c) may further include burning at 850 to 950 ° C. in a TOC analyzer.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 의한 TOC 기반 측정법은 유기물을 고온으로 연소하고 CO2로 검출하여 총 유기탄소 함량을 확인할 수 있다. 분석하고자하는 시료 중에서 전처리를 통해 입자성 물질의 유기물을 제외하고, 남아있는 물질들이 대부분이 플라스틱이라고 할 때, 그 탄소량을 측정한다면 미세플라스틱 중에서 탄소성분의 농도를 실제 미세플라스틱 총량의 간접 정량 가능하다. 즉, 미세플라스틱의 대부분이 탄소(85% 이상)이며, 이를 TOC 분석을 통해 미세플라스틱을 정량할 수 있다.The TOC-based measurement method according to the present invention can check the total organic carbon content by burning organic matter at a high temperature and detecting CO 2 . Among the samples to be analyzed, if most of the remaining substances, excluding organic matter of particulate matter, are plastics through pretreatment, if the amount of carbon is measured, the concentration of carbon components in microplastics can be indirectly quantified of the total amount of actual microplastics. do. That is, most of the microplastics are carbon (over 85%), and microplastics can be quantified through TOC analysis.

본 발명에 있어서, 연소 기반 TOC 분석기(Combustion-based TOC analyzers)는 유기 오염 물질 제거에 있어 하수에서의 STP의 성능을 평가하기 위한 도구로 널리 사용된다(D. Dubber et al., J. Environ. Sci. Heal Part. 45 (2010) 1595-1600). 일부 유기 화합물 중 일부는 강한 산화제에 의해 거의 산화되지 않는 모든 유기 화합물, 즉 부식 물질(humic substances) 및 플라스틱 입자와 같은 불용성 및 거대 분자 유기 화합물을 효과적으로 연소시킴으로써 TOC 분석기는 물 샘플의 탄소 함량을 정량화할 수 있다(I. Bisutti et al., Trac. Trends Anal. Chem. 23 (2004) 716-726), TOC 분석기를 사용하면 미립자 물질의 탄소 함량을 수 ㎍ 수준에서도 분석할 수 있다.In the present invention, combustion-based TOC analyzers are widely used as tools to evaluate the performance of STP in sewage in removing organic pollutants (D. Dubber et al., J. Environ. Sci. Heal Part. 45 (2010) 1595-1600). By effectively burning all organic compounds, some of which are rarely oxidized by strong oxidizing agents, i.e. insoluble and macromolecular organic compounds such as humic substances and plastic particles, TOC analyzers quantify the carbon content of water samples. (I. Bisutti et al., Trac. Trends Anal. Chem. 23 (2004) 716-726), the use of a TOC analyzer allows analysis of the carbon content of particulate matter down to the microgram level.

이와 같은 TOC 분석기를 이용한 본 발명에 의한 측정 방법에서는 미세플라스틱을 정확하게 정량화하기 위해 분광 또는 열 분석 방법을 적용하기 전에 하수에 있는 미세플라스틱 이외의 유기 입자를 선택적으로 제거한다. 마찬가지로 스테인리스 필터에 있는 미세플라스틱 이외의 유기 물질이 용해되면 TOC 분석기에서 필터로 측정한 TOC는 필터에 있는 미세플라스틱의 탄소 함량을 나타낸다.In the measurement method according to the present invention using such a TOC analyzer, organic particles other than microplastics in sewage are selectively removed before applying a spectroscopic or thermal analysis method to accurately quantify microplastics. Likewise, when organic substances other than microplastics in the stainless steel filter are dissolved, the TOC measured by the filter in the TOC analyzer indicates the carbon content of the microplastics in the filter.

본 발명에 사용한 TOC 측정법은 하수처리공정에서 오염물질의 제거효율을 평가하기 위한 방법으로 널리 활용되고 있는 방법이다. 이 방법은 플라스틱을 포함한 유기물을 고온으로 연소하여 CO2로 검출하며, 고체 유기물의 탄소량을 mg 이하의 수준(sub-mg)까지 측정할 수 있다. 하수 중에 포함되어 있는 플라스틱을 제외한 유기물을 제거하는 방법들은 이미 여러 연구에서 검토되었다. 하지만, 대부분 미세플라스틱의 양을 파악하기 위한 것이 아니라, 정성적인 목적으로 활용되고 있다. 이 발명에서는 하수시료를 여과한 필터 시료를 간단한 유기물 산화 전처리만 수행한 후, TOC 분석기에 직접 도입하여 미세플라스틱 중에 존재하는 탄소의 총량을 측정한다. 하천수, 하수, 폐수를 비롯한 환경 중의 일반화된 미세플라스틱 양에 대한 보고는 아직까지 없으며, 열분석에 기반한 총유기탄소 측정법은 하수처리 공정에서 미세플라스틱의 거동을 종합적으로 평가하는 매우 손쉽고 정확한 방법으로 활용될 수 있다.The TOC measurement method used in the present invention is a method widely used as a method for evaluating the removal efficiency of pollutants in a sewage treatment process. This method burns organic matter including plastics at a high temperature and detects CO 2 , and can measure the carbon content of solid organic matter to a sub-mg level. Methods for removing organic matter other than plastics contained in sewage have already been reviewed in several studies. However, most of them are used for qualitative purposes, not to determine the amount of microplastics. In this invention, a filter sample obtained by filtering a sewage sample is subjected to simple pretreatment for organic matter oxidation, and then directly introduced into a TOC analyzer to measure the total amount of carbon present in microplastics. There is no report on the amount of generalized microplastics in the environment, including river water, sewage, and wastewater, and the thermal analysis-based total organic carbon measurement method is used as a very easy and accurate method to comprehensively evaluate the behavior of microplastics in the sewage treatment process. It can be.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

[실시예][Example]

실시예 1: 시약 및 재료Example 1: Reagents and Materials

하수 유입수 및 유출수의 총유기탄소 측정을 위해서, 포타슘 하이드로겐 프탈레이트(potassium hydrogen phthalate)를 물에 녹여 보정(calibration) 표준용액을 2-100 mg/L로 준비하였다. 물은 초순수장치에서 제조된 18.2 M-ohm 이상의 것을 사용하였다. 미세플라스틱의 정량을 위한 표준물질은 글루코스(glucose)를 사용하였으며, 저울을 이용하여 약 0.5-50 mg을 칭량하여 검량선을 작성하였다. 폴리스티렌(polystyrene, PS)은 PSS사의 GPC용 표준품을 구입하였으며, 폴리에틸렌(polyethylene)은 평균 입경 40-48 ㎛와 125 ㎛를 Sigma에서 구입하였다. 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌 프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate, CA)은 Sigma에서 구입하였다. 분해시약으로는 과산화수소(hydrogen peroxide)와 황산철 헵타하이드레이트(iron(II) sulfate heptahydrate)를 Sigma에서 구입하였으며, NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)의 실험방법에 따라 조제하여 실험을 수행하였다(J. Masura et al., Laboratory methods for the analysis of microplastics in the marine environment: recommendations for quantifying synthetic particles in waters and sediments, (2015)).For the measurement of total organic carbon in sewage influent and effluent, potassium hydrogen phthalate was dissolved in water to prepare a calibration standard solution at 2-100 mg/L. Water of 18.2 M-ohm or higher produced in an ultrapure water device was used. Glucose was used as a standard material for quantification of microplastics, and a calibration curve was prepared by weighing about 0.5-50 mg using a balance. Polystyrene (PS) was purchased from PSS Co., Ltd. for GPC standards, and polyethylene with an average particle diameter of 40-48 ㎛ and 125 ㎛ was purchased from Sigma. Polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene terephthalate (PET), and cellulose acetate (CA) were purchased from Sigma. Hydrogen peroxide and iron(II) sulfate heptahydrate were purchased from Sigma as decomposition reagents, and they were prepared according to the experimental method of NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) and experiments were performed (J. Masura et al., Laboratory methods for the analysis of microplastics in the marine environment: recommendations for quantifying synthetic particles in waters and sediments, (2015)).

시료채취 및 여과Sampling and filtration

시료채취는 서울에 위치한 J 하수처리장에서 수행하였으며, 한달 동안 매일 오후 6-7시에 한번씩 채취하였다. 시료는 A2O 공정(275,000 m3/d)의 유입수와 유출수를 채취하였다. 시료는 자체 제작한 여과장치를 이용하여 유입수 0.2 L, 유출수 20 L를 현장에서 즉시 여과하였으며, 유리 페트리디쉬(glass petri dish)에 넣어 실험실로 이동하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 시료는 프리-시브(pre-sieve, 500 ㎛ grid)를 거쳐 직경 25 mm (45 ㎛ grid)의 필터(filter)가 장착된 필터-팩(filter-pack)으로 여과하였으며, 프리-시브(pre-sieve), 필터(filter), 필터-팩(filter-pack)은 모두 스테인리스강(stainless steel) 재질로 자체 제작하였다. 미세플라스틱의 입자크기 및 모양에 대한 논의는 매우 다양하지만, 일반적으로 현미경-FT-IR 검출이 가능한 20 ㎛ 이상의 입자가 주로 연구되고 있다. Anger 등이 보고에 따르면, 45-500 ㎛의 미세플라스틱 입자의 질량은 수-수백 ng/개 수준으로 예상된다(P.M. Anger et al., Trac. Trends Anal. Chem. 109 (2018) 214-226), Carr 등은 하수처리장의 3차 처리를 거친 유출수에서 400 ㎛ 이상의 미세플라스틱은 거의 검출되지 않았다고 보고하였다(S.A. Carr et al., Water Res. 91 (2016) 174-182). 하수에 대한 연구에서 45 ㎛ 이하는 질량 비율이 작을 것으로 예상되며, 500 ㎛ 이상의 입자는 필터의 막힘으로 여과가 매우 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 45~500 ㎛ 크기의 미세플라스틱의 양을 평가할 수 있는 분석 방법을 개발하고자 하였다.Sampling was performed at J sewage treatment plant located in Seoul, and was collected once every day at 6-7 pm for one month. Samples were taken from the influent and effluent of the A2O process (275,000 m 3 /d). 0.2 L of inflow water and 20 L of outflow water were immediately filtered in the field using a self-made filtering device, and the sample was put in a glass petri dish and moved to the laboratory. As shown in FIG. 1, the sample was filtered through a pre-sieve (500 μm grid) and a filter-pack equipped with a filter having a diameter of 25 mm (45 μm grid). , pre-sieve, filter, and filter-pack were all self-manufactured with stainless steel. Although discussions on the particle size and shape of microplastics are very diverse, in general, particles with a size of 20 μm or more capable of microscopic-FT-IR detection are mainly studied. According to the report by Anger et al., the mass of microplastic particles of 45-500 μm is expected to be several to several hundred ng/unit (PM Anger et al., Trac. Trends Anal. Chem. 109 (2018) 214-226). , Carr et al. reported that microplastics larger than 400 μm were rarely detected in the effluent after tertiary treatment of a sewage treatment plant (SA Carr et al., Water Res. 91 (2016) 174-182). In the study of sewage, it is expected that the mass ratio of particles of 45 μm or less is small, and particles of 500 μm or more are very difficult to filter due to clogging of the filter. Therefore, in the present invention, an analysis method capable of evaluating the amount of microplastics having a size of 45 to 500 μm was developed.

하수의 유기물 중 미세플라스틱의 양을 확인하기 위하여 시료를 여과하기 전의 원수와 여과 후의 여과수의 TOC를 측정하였다. TOC 측정을 위한 원수와 여과수는 500 ㎛ 체(sieve)로 여과하여, 1 L 갈색병(amber bottle)에 보관하였으며, HCl을 첨가하여 pH 2로 조정하였다. 필터 및 TOC 시료는 분석 전까지 4 ℃에서 냉장보관 하였다.To confirm the amount of microplastics in the organic matter of the sewage, the TOC of the raw water before filtering the sample and the filtered water after filtering were measured. Raw water and filtered water for TOC measurement were filtered through a 500 μm sieve, stored in a 1 L amber bottle, and adjusted to pH 2 by adding HCl. Filters and TOC samples were refrigerated at 4 °C until analysis.

유기물 분해 및 분석방법Organic matter decomposition and analysis method

미세플라스틱의 함량을 측정하기 위한 필터 시료는 유기물을 제거하기 위하여, 필터 전체를 세라믹 보트(ceramic boat)에 넣고, 펜톤 분해시약(Fenton's reagent, H2O2 + Fe(II); 30% H2O2 10 mL 및 0.05 M Fe(II) 용액 10 mL)을 0.5 mL 주입한 후, 핫플레이트(hotplate)에서 60 ℃로 1시간동안 가열하였으며, 이 과정을 두 번 수행하였다. 가열온도와 시간을 증가시키는 경우, 분해시약이 전부 증발할 수 있으므로, 1 mL을 2번으로 나누어 유기물을 분해하였다. 분해한 시료는 다른 어떠한 전처리과정(필터 용출, 밀도분리, 재여과)도 없이, 세라믹 보트(ceramic boat)를 직접 TOC 분석기(TOC analyzer)에 투입하고, 900 ℃에서 연소하여 분석하는 방식을 채택하였다. 분석은 8분 이내에 완료되었다.Filter samples for measuring the content of microplastics were placed in a ceramic boat to remove organic matter, and Fenton's reagent (H 2 O 2 + Fe(II); 30% H 2 After injecting 0.5 mL of O 2 10 mL and 0.05 M Fe(II) solution 10 mL), the mixture was heated on a hotplate at 60 °C for 1 hour, and this process was performed twice. When the heating temperature and time are increased, the decomposition reagent may all evaporate, so 1 mL is divided into two times to decompose the organic matter. The decomposed sample was analyzed by directly putting a ceramic boat into a TOC analyzer and burning at 900 ° C without any other pretreatment process (filter elution, density separation, re-filtration). . The assay was completed within 8 minutes.

NOAA의 방법이나, 여러 문헌에서 보고한 분해 방법들은 여과한 시료를 용출시켜서 습식 산화(wet oxidation)을 수행하거나, 액체상태에서 분해시약을 넣어 분해하기 때문에, 상대적으로 많은 양의 분해시약이 요구된다. 본 발명에 의한 방법은 분해시약의 양이 적고, 필터의 추가적인 전처리가 요구되지 않기 때문에, 전처리 과정을 단순화하고, 손실을 최소화하며, 빠른 시간 내에 분석이 가능하다. 하수 시료 중 TOC는 시료를 500 ㎛ 체(sieve)로 여과한 후, 680 ℃에서 촉매-연소산화하여 측정하였다.The NOAA method or the decomposition methods reported in various literatures require a relatively large amount of decomposition reagents because the filtered sample is eluted and wet oxidation is performed, or the decomposition reagent is added in a liquid state to decompose. . Since the method according to the present invention has a small amount of decomposition reagent and does not require additional pretreatment of the filter, the pretreatment process is simplified, loss is minimized, and analysis is possible within a short time. TOC in sewage samples was measured by catalytic-combustion oxidation at 680 °C after filtering the sample through a 500 μm sieve.

분석방법의 평가Evaluation of analytical methods

TOC를 이용한 미세플라스틱의 정량을 위해서, 직선성, 방법검출한계, 회수율을 평가하였다. 표준물질의 종류에 따른 검량선의 직선성을 비교해 본 결과, 일반적으로 TOC 표준물질로 이용되는 글루코스(glucose)와 평균 분자량이 다른 4종의 PS 모두 탄소 약 0.2-30 mg의 범위에서 결정계수(R2)는 0.999 이상이었고, 각 표준물질 간의 검량선의 기울기는 3% 이내로 유사하였다. 본 실시예에서는 표준물질을 저울로 칭량하여야 하기 때문에, 탄소 함량(40%, wt.)이 적은 글루코스를 표준물질로 선정하였다. MDL은 EPA에 따라 실험하였으며, 측정된 탄소 무게의 MDL은 0.1 mg이었다. 회수율을 평가하기 위하여, 실험실에서 1L의 초순수에 각각의 플라스틱(PS, PE, PP, PVC, PET, CA) 분말을 약 10 mg씩 첨가하여 준비하였다. 여과 및 전처리를 하여 탄소의 함량을 6번 반복하여 측정한 결과는 92.1±4.3%였다. 일부 입자는 여과 기구, 유리병의 내벽에 묻어 있거나, 필터를 투과되어 손실될 수 있지만, 회수율은 매우 양호한 결과를 나타내었다. 추가적으로 액상 시료의 TOC 측정에 대한 검출한계는 0.05 mg/L였으며, 자세한 분석조건은 표 1에 나타내었다.For the quantification of microplastics using TOC, linearity, method detection limit, and recovery rate were evaluated. As a result of comparing the linearity of the calibration curve according to the type of standard material, the coefficient of determination (R2 ) was more than 0.999, and the slopes of the calibration curves between each standard material were similar within 3%. In this example, since the standard material should be weighed with a balance, glucose having a low carbon content (40%, wt.) was selected as the standard material. MDL was tested according to EPA, and the MDL of the measured carbon weight was 0.1 mg. In order to evaluate the recovery rate, it was prepared by adding about 10 mg of each plastic (PS, PE, PP, PVC, PET, CA) powder to 1 L of ultrapure water in the laboratory. After filtration and pretreatment, the carbon content was measured 6 times, and the result was 92.1±4.3%. Although some particles may be lost by adhering to the filtration mechanism, the inner wall of the glass bottle, or passing through the filter, the recovery rate was very good. Additionally, the detection limit for TOC measurement of liquid samples was 0.05 mg/L, and detailed analysis conditions are shown in Table 1.

[표 1: TOCMP 및 액체(TOC) 내 유기탄소 분석기의 분석 조건][Table 1: Analysis conditions of TOC MP and organic carbon analyzer in liquid (TOC)]

Figure pat00001
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액체 시료와 여과된 고체 시료의 탄소 함량을 TOC 분석기로 측정하여 그 결과를 도 3에 나타내었다. 샘플링 동안 유입 샘플의 TOC 및 TOCMP(미세 플라스틱에서 유래한 TOC)는 각각 43.1±4.9 mg L-1(p = 0.05) 및 4.8±0.8 mg L-1(p = 0.05)로 측정되었다. 따라서 TOCMP는 유입 유기물질의 11.4%±2.0%(p = 0.05)를 차지하는 것으로 계산되었다. 한편, 방류수 내 TOC와 TOCMP는 각각 4.0±0.1 mg L-1(p = 0.05) 및 0.017±0.004 mg L-1(p = 0.05)이었다. 폐수 내 유기 물질의 약 0.4%가 TOCMP로 추정되었다.The carbon contents of the liquid sample and the filtered solid sample were measured with a TOC analyzer, and the results are shown in FIG. 3 . During sampling, the TOC and TOC MP (TOC derived from microplastics) of the influent sample were measured to be 43.1±4.9 mg L -1 ( p = 0.05) and 4.8 ± 0.8 mg L -1 ( p = 0.05), respectively. Therefore, TOC MP was calculated to account for 11.4% ± 2.0% ( p = 0.05) of the influent organic matter. Meanwhile, TOC and TOC MP in the effluent were 4.0±0.1 mg L -1 ( p = 0.05) and 0.017 ± 0.004 mg L -1 ( p = 0.05), respectively. Approximately 0.4% of the organic matter in the wastewater was estimated as TOC MP .

따라서, 본 발명에 따라서 STP에서 TOC와 TOCMP를 모두 효과적으로 제거할 수 있다고 결론지었다. TOC 및 TOCMP에 대한 제거 효율은 각각 90.1%±0.8%(p = 0.05) 및 99.6%±0.1%(p = 0.05)로 계산되었다. 상기에 언급한 바와 같이, 폐수에 있는 유기물 중 일부는 생분해되지 않는다. 그들 중 일부는 용해된 유기 탄소이다: 종종 유입 유기물 함량의 10% 이상(Y.-Y. Choi et al., Water-Sui. 9 (2017) 409). 따라서 STP의 주요 유기물 처리 공정은 생물학적이므로 전체 유기물에 대해 STP의 제거 효율을 90% 미만으로 관찰하는 것이 논리적이다. 용해된 비생분해성 유기물은 STP를 거쳐 배출 지점으로 이동할 수 있다. 반면에 45~500 ㎛ 크기의 미세플라스틱은 응고 및 침전과 같은 기존 입자 처리 공정으로 잘 제거될 수 있다. 이와 같은 이유로 TOCMP의 제거 효율이 전체 TOC보다 높게 관찰되었다.Therefore, it is concluded that both TOC and TOC MP can be effectively removed from STP according to the present invention. Removal efficiencies for TOC and TOC MP were calculated to be 90.1%±0.8% ( p = 0.05) and 99.6%±0.1% ( p = 0.05), respectively. As mentioned above, some of the organic matter in wastewater is not biodegradable. Some of them are dissolved organic carbon: often more than 10% of the influent organic content (Y.-Y. Choi et al., Water-Sui. 9 (2017) 409). Therefore, since the main organic matter treatment process of STP is biological, it is logical to observe STP's removal efficiency of less than 90% for total organic matter. Dissolved non-biodegradable organics can pass through the STP to the discharge point. On the other hand, microplastics with a size of 45 to 500 μm can be well removed by conventional particle treatment processes such as coagulation and sedimentation. For this reason, the removal efficiency of TOC MP was observed to be higher than that of total TOC.

한편, 탄소함량(mg C)과 TOC 측정값의 상관관계 수식은 다음과 같다:On the other hand, the correlation formula between the carbon content (mg C) and the measured value of TOC is as follows:

[수학식 1][Equation 1]

y(TOC 측정 area) = 160.4 x (mg C) + 0.7 탄소함량 0.2-10 mg 구간y (TOC measurement area) = 160.4 x (mg C) + 0.7 Carbon content 0.2-10 mg section

또는 x 탄소함량 mg C = (y; TOC 측정 area - 0.7) / 160.4or x carbon content mg C = (y; TOC measurement area - 0.7) / 160.4

본 발명에 의하여 하수시료를 여과한 필터 시료를 펜톤 분해시약으로 산화처리한 이후에 TOC 분석기에 직접 도입하여 미세플라스틱 중에 존재하는 유기탄소의 총량을 측정할 수 있고 하수처리 공정에서 미세플라스틱의 거동을 종합적으로 평가하는 매우 손쉽고 정확한 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, a filter sample obtained by filtering a sewage sample is oxidized with a Fenton decomposition reagent and then directly introduced into a TOC analyzer to measure the total amount of organic carbon present in microplastics and to determine the behavior of microplastics in the sewage treatment process. It can provide a very easy and accurate method of comprehensive evaluation.

더욱이, 기존 열분해기반 GC/MS 분석법 혹은 라만, FT-IR과 같은 분광법기반 분석법과 결합하여 TOC 정량이 시행된 동일 시료 중 미세플라스틱의 특성을 분석하고, DB화하면, 장소 특수성(site-specific)을 고려한 미세플라스틱 유래 TOC 자료를 확보할 수 있다.Moreover, in combination with existing pyrolysis-based GC/MS analysis methods or spectroscopic analysis methods such as Raman and FT-IR, the characteristics of microplastics in the same sample in which TOC quantification was performed are analyzed, and when DB is made, site-specific It is possible to secure microplastic-derived TOC data considering

또한, 2021년부터 도입되는 하수처리장 방류수 TOC 모니터링과 연계되어, 방류수 중에 미세플라스틱의 존재량을 매시간으로 확인할 수 있을 것으로 판단된다.In addition, in connection with the effluent TOC monitoring of sewage treatment plants, which will be introduced from 2021, it is expected that the amount of microplastics present in the effluent can be checked every hour.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific parts of the present invention in detail above, it will be clear to those skilled in the art that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the claims and their equivalents.

Claims (7)

다음 단계를 포함하는 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 정량방법:
(a) 하수를 여과하여 하수시료를 수득하는 단계;
(b) 상기 하수시료를 유기물 산화 전처리를 수행하여 유기물을 제거하는 단계; 및
(c) 유기물이 제거된 하수시료를 TOC 분석기에 도입하여 미세플라스틱 중에 존재하는 탄소의 총량을 측정하는 단계.
A method for quantification of microplastics in sewage based on total organic carbon (TOC) measurement comprising the following steps:
(a) obtaining a sewage sample by filtering the sewage;
(b) removing organic matter from the sewage sample by subjecting the sewage sample to organic material oxidation pre-treatment; and
(c) measuring the total amount of carbon present in microplastics by introducing the sewage sample from which organic matter has been removed into a TOC analyzer.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는 하수 공정의 유입수 및 유출수를 450~550 ㎛의 체(sieve)를 통해 여과시킨 다음, 40~50㎛의 필터를 통해 여과시키는 것을 특징으로 하는 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 정량방법.
The method of claim 1, wherein step (a) filters the influent and effluent of the sewage process through a sieve of 450 to 550 μm and then through a filter of 40 to 50 μm. A method for quantifying microplastics in sewage based on carbon (TOC) measurement.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 하수를 필터를 이용하여 여과한 다음, 상기 필터를 세척하는 단계를 추가로 포함하는 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 정량방법.
The method for quantifying microplastics in sewage based on total organic carbon (TOC) measurement according to claim 1, further comprising filtering the sewage using a filter in step (a) and then washing the filter.
제3항에 있어서, 상기 세척은 메탄올 용매를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 정량방법.
The method for quantifying microplastics in sewage based on TOC measurement according to claim 3, wherein the washing is performed using a methanol solvent.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는 Fe(II) 및 H2O2를 함유하는 분해시약을 50~70 ℃에서 첨가한 다음, 방치하는 것을 특징으로 하는 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 정량방법.
The total organic carbon (TOC) measurement base according to claim 1, wherein in the step (b), a decomposition reagent containing Fe(II) and H 2 O 2 is added at 50 to 70 °C and then allowed to stand. A method for quantifying microplastics in sewage.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 TOC 분석기에 850~950 ℃에서 연소시키는 단계를 추가로 포함하는 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 정량방법.
The method for quantifying microplastics in sewage based on total organic carbon (TOC) measurement according to claim 1, further comprising burning at 850 to 950 ° C in a TOC analyzer in step (c).
제1항에 있어서, 상기 정량방법은
(i) 하수 처리 공정의 파이프라인에서 얻은 유입수 및 유출수를 450~550 ㎛의 프리-시브(pre-sieve)와 40~50㎛의 필터를 이용하여 진공여과시키고 상기 필터를 세척하는 단계;
(ii) 상기 필터를 세라믹 보트에 놓고 Fe(II) 및 H2O2를 함유하는 분해시약을 50~70 ℃에서 첨가하고 1시간~3시간 방치하는 단계; 및
(iii) 상기 세라믹 보트를 TOC 분석기에 도입하고, 850~950 ℃에서 연소시킨 다음, 미세플라스틱 중에 존재하는 탄소의 총량을 측정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 총유기탄소(TOC) 측정기반 하수 중 미세플라스틱의 정량방법.
The method of claim 1, wherein the quantification method
(i) vacuum filtering influent and effluent obtained from a pipeline of a sewage treatment process using a pre-sieve of 450 to 550 μm and a filter of 40 to 50 μm and washing the filter;
(ii) placing the filter in a ceramic boat, adding a decomposition reagent containing Fe(II) and H 2 O 2 at 50 to 70 °C and leaving it for 1 hour to 3 hours; and
(iii) introducing the ceramic boat into a TOC analyzer, burning it at 850-950 ° C, and then measuring the total amount of carbon present in microplastics; A method for quantification of microplastics in heavy metals.
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