생물학적 2,4,6

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9053(2023) 이 기사 인용

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군수품 및 군사 산업뿐만 아니라 TNT로 오염된 폐수에서 환경으로 배출되는 2,4,6-트리니트로톨루엔(TNT)과 같은 질소 오염물질에 노출되면 심각한 건강 문제가 발생할 수 있습니다. 확장된 폭기 활성 슬러지(EAAS)에 의한 TNT 제거는 인공 신경망 모델링을 사용하여 현재 연구에서 최적화되었습니다. 최고의 제거 효율을 달성하기 위해 본 연구에서는 500mg/L의 화학적 산소 요구량(COD), 4시간 및 6시간의 수리학적 체류 시간(HRT), 1~30mg/L의 TNT를 사용했습니다. EAAS 시스템에 의한 TNT 제거의 동역학은 동역학 계수 K, Ks, Kd, ​​max, MLSS, MLVSS, F/M 및 SVI의 계산으로 설명되었습니다. 적응형 신경 퍼지 추론 시스템(ANFIS)과 유전 알고리즘(GA)을 사용하여 TNT 제거를 통해 얻은 데이터를 최적화했습니다. 주어진 데이터를 분석하고 해석하기 위해 ANFIS 접근 방식이 사용되었으며 정확도는 약 97.93%였습니다. 가장 효과적인 제거 효율은 GA 방법을 사용하여 결정되었습니다. 이상적인 상황(10mg/L TNT 농도 및 6시간)에서 EAAS 시스템의 TNT 제거 효과는 84.25%였습니다. 우리의 연구 결과는 인공 신경망 시스템(ANFIS) 기반 EAAS 최적화가 TNT 제거 효과를 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다. 또한 향상된 EAAS 시스템은 이전 실험에 비해 더 높은 농도의 TNT로 폐수를 추출할 수 있는 능력을 가지고 있다고 주장할 수 있습니다.

수질과 자원 부족은 지리적, 인류학적, 사회경제적 영향으로 인해 오늘날 세계가 직면한 두 가지 문제입니다1. 따라서 폐수 자원의 지속 가능한 회수 및 재사용은 이러한 문제를 극복하기 위한 유망한 접근법으로 오랫동안 여겨져 왔습니다. 그러나 폐수에는 살충제, 다환 방향족 탄화수소, 폴리페놀 화합물, 오일, 계면활성제, 니트로방향족 화합물 등 광범위한 유해 화합물이 존재하기 때문에 이러한 오염 물질을 제거하기 위한 바람직한 효율성을 갖춘 전략을 개발하는 것이 더욱 어려워졌습니다2,3. 가정 및 산업 폐수에 포함된 많은 유기 및 무기 화합물과 관련하여 폐수에서 오염 제거를 극복하기 위해 다양한 생물학적 및 화학적 폐수 처리 공정이 적용되었습니다4,5,6,7,8.

위에서 언급한 오염물질 중 니트로방향족 화합물(NAC)은 제대로 제거되지 않을 경우 심각한 문제를 일으킬 수 있는 폐수자원 오염의 주요 원인 중 하나로 간주됩니다9. 이러한 화합물은 벤젠 고리에 적어도 하나의 니트로기(-NO2)가 있는 특정 종류의 방향족 분자입니다. NAC는 환경에 널리 분포되어 있는 것으로 입증되었으며10, 1,3,5-트리니트로벤젠(TNB), 2,4,6-트리니트로톨루엔(TNT), 트리니트로페놀, 테트릴 니트라민, 헥사니트로벤젠은 잘 알려진 NAC 중 하나입니다1 .

TNT(2,4,6-트리니트로톨루엔)는 의약품, 살충제, 살균제, 제초제, 폴리우레탄 폼, 염료 등 다양한 분야에서 사용되는 다기능 방향족 물질입니다. 게다가, 이는 여전히 광산 업계에서 활용되는 가장 전통적인 폭발물 중 하나입니다11. TNT 생산 공정은 결국 주변 환경으로 방출되어 잠재적으로 수자원과 토양을 오염시킬 수 있는 폐기물을 생성하는 여러 단계를 포함합니다. 모노니트로톨루엔(MNT), 디니트로톨루엔(DNT), 황산염, 디니트로톨루엔술포네이트(DNTS) 및 기타 다양한 니트로벤젠(NB)도 잠재적인 건강 위험을 지닌 TNT의 주요 파생물입니다. 다양한 양의 이러한 질소 물질이 TNT로 오염된 폐수에 존재하며 변색(예: 주황색 물, 빨간색 물, 노란색 물 등)의 원인이 된다는 것은 잘 알려져 있습니다9. TNT로 오염된 폐수는 화학적 산소 요구량(COD) 수준이 600~6000mg/L12로 높은 것으로 보고되었습니다. 이에 따라 폐수 내 TNT 및 기타 관련 방향족 화학물질의 존재는 지역 생태에 막대한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 환경 보호국(EPA) 지침에 따라 물과 토양의 TNT 최대 농도는 각각 2μg/L 및 17.2mg/L를 초과해서는 안 됩니다13,14. 다른 사람들은 또한 더 많은 니트로벤젠 유도체(MNT, DNT, 설포네이트 등)의 존재가 오염 수준을 증가시킬 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 사항을 고려하여 TNT로 오염된 폐수는 수로로 방출되기 전에 적절하게 처리되어야 합니다.