대한민국에서는 약 60종의 수질오염물질이 먹는물 수질기준으로 규제되고 있습니다. 그러나 미국화학회 산하 화학물질 초록 서비스(CAS)에 등록된 화학물질의 수가 2026년 기준 2억 종을 초과한다는 점을 고려하면, 현재 규제 대상 물질은 전체 화학물질의 극히 일부에 불과합니다. 미래에 어떤 화학물질이 새로운 환경 및 인체 위해성을 초래할지는 예측하기 어렵기 때문에, 살충제, 내분비 교란물질, 의약품, 조류 독소, 과불화화합물, 미세플라스틱 등과 같은 신종 오염물질에 대한 신속하고 과학적인 대응이 매우 중요합니다. 이에 본 연구실에서는 신종 오염물질의 효과적인 제어를 목표로, 정수처리 공정에서 사용되는 전통적 산화제와 대체 산화제를 대상으로 반응 속도론, 산화 분해 메커니즘, 그리고 처리 과정에서의 독성 변화 등을 포괄하는 종합적 연구를 수행합니다.

정수 및 하수처리장의 화학적 산화 공정에서 산화제의 최적 투입량을 결정하는 것은 매우 중요합니다. 산화제가 부족하거나 과다하게 투입될 경우 모두 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있기 때문입니다: (i) 투입량이 부족하면 목표 오염물질의 제거가 불충분해질 수 있으며, (ii) 과다 투입 시에는 유해 부산물의 생성이 증가하거나 불필요한 운영 비용 증가를 야기할 수 있습니다. 산화제에 의한 특정 유기화합물의 분해는 일반적으로 '반응 속도 상수'와 시간 및 산화제 농도의 곱으로 표현되는 '산화제 노출량'을 포함하는 방정식을 통해 예측될 수 있습니다. 이 중 '산화제 노출량'은 수질 특성에 따라 변화하므로, 수원별·시기별로 실험적 측정이 필요하다는 한계를 갖습니다. 본 연구실에서는 임의의 처리 대상 원수에 대해 몇 가지 핵심 수질 변수만을 활용하여 특정 산화제 농도에서의 오염물질 제거를 높은 정확도로 예측함으로써, 산화제의 최적 투입 농도를 결정할 수 있는 범용 모델을 포함한 알고리즘 개발 연구를 수행합니다.

대규모 정수 및 하수처리 공정을 도서산간 지역과 같은 분산된 환경에 적용하는 데에는 현실적인 한계가 존재합니다. 이 경우, 화학적 산화기술을 기반으로 한 소규모 수처리 시스템은 효과적인 대안이 될 수 있습니다. 본 연구실에서는 다양한 산화기술 중 Fenton 반응에 기반한 산화 시스템에 주목하고 있습니다. 기존 연구를 통해 Fenton 반응으로 생성되는 고원자가 금속 이온은 수중 배경물질의 방해를 상대적으로 덜 받으면서 표적 오염물질을 효과적으로 산화 분해할 수 있는 높은 선택성을 보이며, 금속 이온의 종류에 따라 매우 우수한 소독 성능을 나타낸다는 것을 확인한 바 있습니다. 본 연구실에서는 이러한 Fenton 기반 산화 시스템의 잠재력을 현실화하기 위해, 해당 반응의 화학적 반응 메커니즘을 심층적으로 규명하고 이를 바탕으로 고성능 소규모 산화 시스템 개발을 목표로 연구를 수행하고 있습니다.