Removal of glyphosate (GLY) and aminomethylphosphonic acid (AMPA) by ultrafiltration with permeate-side polymer-based spherical activated carbon (UF-PBSAC).
Water Res · 2024 · 250:121021 · PMID 38218047 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · 사람 · AMPA
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글리포세이트(GLY)는 전 세계적으로 가장 흔하게 사용되는 제초제이며, 아미노메틸포스폰산(AMPA)은 그 주요 대사산물 중 하나이다. GLY와 AMPA는 인간에게 독성이 있으며, 이들의 복잡한 물리화학적 특성은 물로부터 제거하는 데 어려움을 제시한다. 흡착, 여과, 분해 등 다양한 효율성을 가진 여러 기술들이 GLY와 AMPA를 제거하기 위해 적용되어 왔다. 이전 연구에서는 투과측에 고분자 기반 구형 활성탄(UF-PBSAC)을 갖는 한 초여과막이 흐름구조에서 전하를 띠지 않는 미량 오염물질의 흡착적 제거 가능성을 보여주었다. 동일한 UF-PBSAC가 전하를 띠고 분자량이 낮은 미량 오염물질인 GLY와 AMPA의 흡착에 대해 조사되었다. 그 결과, 표면적과 수리학적 체류 시간이 UF-PBSAC에 의한 GLY/AMPA 흡착의 제한 요인이었음이 나타났다. GLY 및 AMPA에 대한 강한 친화성을 가진 PBSAC의 더 높은 외부 표면적이 수리학적 체류 시간이 짧은(수십 초) 동적 과정에서 더 높은 제거율을 보였다. 수리학적 체류 시간을 연장하는 것(수백 초)은 GLY/AMPA가 PBSAC 기공 내부로 확산되어 더 많은 표면에 도달하게 함으로써 GLY/AMPA의 제거를 증가시켰다. 낮은 플럭스인 25 L/m$^2\cdot$h, 6 mm의 증가된 PBSAC층, 그리고 78 µm의 작은 PBSAC 입자 크기를 통해 두 제한 요인(외부 표면적 및 수리학적 체류 시간)을 최소화함으로써 향상이 달성되었다. 이 구성을 통해 UF-PBSAC는 pH 8.2 $\pm$ 0.2 조건에서 초기 농도 1000 ng/L의 GLY와 98 %, AMPA와 95 %를 제거할 수 있었으며, 유럽 연합(EU) 제초제 규정(개인 기준 100 ng/L 및 총 제초제 기준 500 ng/L)을 충족하였다. 이 결과는 UF-PBSAC가 전하를 띠는 미량 오염물질을 요구되는 수준까지 제거할 수 있었으며 폐수 처리 및 물 재사용에 적용할 잠재력이 있음을 시사하였다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate (GLY) is the most commonly used herbicide worldwide, and aminomethylphosphonic acid (AMPA) is one of its main metabolites. GLY and AMPA are toxic to humans, and their complex physicochemical properties present challenges in their removal from water. Several technologies have been applied to remove GLY and AMPA such as adsorption, filtration, and degradation with varied efficiencies. In previous works, an ultrafiltration membrane with permeate-side polymer-based spherical activated carbon (UF-PBSAC) showed the feasibility of removing uncharged micropollutants via adsorption in a flow-through configuration. The same UF-PBSAC was investigated for GLY and AMPA adsorption to assess the removal of charged and lower molecular weight micropollutants. The results indicated that both surface area and hydraulic residence time were limiting factors in GLY/AMPA adsorption by UF-PBSAC. The higher external surface of PBSAC with strong affinity for GLY and AMPA showed higher removal in a dynamic process where the hydraulic residence time was short (tens of seconds). Extending hydraulic residence times (hundreds of seconds) resulted in higher GLY/AMPA removal by allowing GLY/AMPA to diffuse into the PBSAC pores and reach more surfaces. Enhancement was achieved by minimising both limiting factors (external surface and hydraulic residence time) with a low flux of 25 L/m2.h, increased PBSAC layer of 6 mm, and small PBSAC particle size of 78 µm. With this configuration, UF-PBSAC could remove 98 % of GLY and 95 % of AMPA from an initial concentration of 1000 ng/L at pH 8.2 ± 0.2 and meet European Union (EU) regulation for herbicides (100 ng/L for individuals and 500 ng/L for total herbicides). The results implied that UF-PBSAC was able to remove charged micropollutants to the required levels and had potential for application in wastewater treatment and water reuse.| 저자 | Trinh, P. B.; Schäfer, A. I. |
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| 저널 | Water research |
| 권·호·쪽 | 250, 121021 |
| PMID | 38218047 |
| DOI | 10.1016/j.watres.2023.121021 |
| MeSH | Humans; Glyphosate; Ultrafiltration; Charcoal; Polymers; alpha-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic Acid; Herbicides; Water; Water Purification; Organophosphonates |