I.
서 론
오늘날, 다양한 재질의 플라스틱 제품을 폭넓게 사 용함에 따라 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 367 백만 톤에 달했으며, 2050년에는 1,124백만 톤으로 예 상된다1-2). 플라스틱은 다른 재료에 비하여 가볍고, 내 구성이 좋으며, 강도가 강하고, 저가인 장점으로 인해 수요가 증가하고 있다3). 따라서 현실적으로 플라스틱 의 소비를 줄이는데는 어려움이 있으며, 이에 가정 내 폐기물 중 플라스틱 폐기물이 빠르게 증가하고 있다3-4). 이러한 플라스틱을 포함하는 폐기물은 2020년 우리나 라에서는 재활용(87.4%), 소각(5.2%) 그리고 매립(5.1%) 등의 방법으로 처리·처분되었다5).
환경 중에서 플라스틱은 다양한 요인에 의해 쪼개지 는데, 이 중 5mm 미만인 플라스틱을 일반적으로 미세 플라스틱(microplastics, MPs)이라고 한다3). 이러한 미 세플라스틱은 의도적으로 제조한 1차 미세플라스틱과 물리·화학·생물학적 파쇄나 분해로 만들어진 2차 미세 플라스틱으로 나눌 수 있다6-7). 최근 연구에 따르면, 도 시 고형폐기물 처리 시스템으로 유입되는 플라스틱 폐 기물은 파쇄·분해에 의해 미세플라스틱으로서 환경으 로 방출되기도 한다4,8). 그중 소각처리는 플라스틱을 완전히 분해·제거할 수 있는 방법으로 간주되었지만, Shen et al.4)과 Yang et al.8)은 MPs의 또 다른 잠재적 발생원으로 분류하고 있다. Yang et al.8)은 소각재에서 1.9 ~ 565개/kg의 MPs를 검출하였고, 이는 소각처리되 는 폐기물 톤당 360 ~ 102,100개의 MPs가 바닥재 내 에 만들어질 수 있다는 것이다. 또한, Shen et al.4)이 수행한 유사한 연구에서도 도시 고형 폐기물 소각장의 바닥재와 비산재에서 각각 171개/kg, 23개/kg의 MPs 를 검출하였다. 게다가 소각시설에서 발생하는 소각재 (바닥재 및 비산재)를 매립지에 최종 처분한 후에도 매 립된 소각재 내 MPs가 강우에 의해 매립지 외부로 유 출될 수 있음을 제시하고 있다4,9).
현재, 다양한 환경 매체에서 MPs를 추출하는 많은 방법이 제시되었지만, 표준화된 방법은 없다10). 그중 미세플라스틱을 추출하기 위한 가장 대표적인 방법으로 밀도 차이를 이용한 분리법(밀도차 분리법)이 있다11). 이를 위해 자주 사용하는 시약으로 염화나트륨(NaCl) 이 있고, 염화아연(ZnCl2), 염화칼슘(CaCl2), 요오드화 나트륨(NaI), 폴리텅스텐산나트륨(Na6H2W12O40) 및 브 롬화나트륨(NaBr) 등도 용액의 밀도 조정에 사용하고 있다12). 먼저, 염화나트륨은 비용이 저렴하고 독성이 없어 가장 선호되지만, 고밀도 유형의 폴리머에는 적용 이 어렵다11,13). 고밀도 용액인 염화아연은 독성이 있고 미세플라스틱을 변형시킬 수 있지만, 가격이 저렴하며 산성이기 때문에 유기물도 분해시킬 수 있는 장점이 있다13-14) 또한, 요오드화나트륨은 미세플라스틱 추출 시 높은 효율을 보이지만, 가격이 비싸고 독성이 있어 자주 사용되지 않는다11,14). 최근 미세플라스틱을 추출 하기 위한 새로운 대안으로 오일(oil)이 제안되었는데, 이는 미세플라스틱의 친유성을 이용한 분리 방법이다11). He et al.15)은 오일 추출이 안정적인 효율을 보여주고 폴리머들 사이에서 상대적으로 낮은 변형을 일으킨다 고 기술하고 있다16). 또한, 처리 시간이 짧고 비용이 저렴한 장점이 있어 새로운 추출 방법으로서 주목받고 있다11,14). Mani et al.17)에 의하면, 상대적으로 분자량 이 큰 피마자유(castor oil)을 사용할 때 간단하고 신속 하게 미세플라스틱을 추출할 수 있다고 기술하고 있다.
한편, Kononov et al.11)은 다양한 오일 종류를 비교 평 가 후, 유채유(canola oil)가 저렴하면서 토양 내 미세 플라스틱 추출에 가장 적합하다고 제시하였다.
이에 본 연구에서는 먼저, 소각재(바닥재 및 비산재) 에 함유되어 있는 MPs를 효율적으로 추출하기 위해 분리, 추출 영향인자를 검토하였다. 이를 위해, 3가지 분리 용액(포화 NaCl, ZnCl2 용액, Oil + 5 g-NaCl/L 용 액)과 2가지 교반 방법(초음파, 자석 교반)에 따라, 그 리고 추출횟수에 따른 추출량을 조사하였다. 그리고 검 토된 방법의 적용성을 확인하기 위해 1mm 미만의 4 종류 미세플라스틱을 사용하여 회수율 검토 실험을 진 행하였다.
II.
실험 방법 및 재료
1.
시료 채취 및 분류
본 연구에서는 K-시 인근 생활폐기물 소각시설에서 채취한 소각재(바닥재, 비산재)를 시료로 사용하였다. 채취한 소각재는 스테인리스 용기에 가득 담아 실험실 로 옮긴 후, 시료의 무게를 측정하였다. 미세플라스틱 의 검출에 앞서 시료의 특성을 확인하고 효율적인 전 처리를 위해 폐기물 공정시험기준에 따라 시료의 수분, 가연분, 회분의 삼성분을 확인하였다18-19). 시료 내 수 분은 70°C의 건조기에서 완전 건조·제거 후, 수분함량 을 계산하였다.
소각재 입자크기에 따른 미세플라스틱 분포를 확인 하기 위해 스테인리스 체로 5mm 이상, 1 ~ 5 mm, 1 mm 이하로 분류하였다. 이후 바닥재의 미연분 함량 측정을 위해 강열감량 실험을 진행하였으며, 폐기물 공 정시험기준의 강열감량 측정법을 참고하였다20).
2.
MPs의 추출 방법
전술한 바와 같이, 분리 용액의 미세플라스틱 추출 효율을 비교하기 위해 기존의 연구를 참고하여 3가지 용액을 선택하였다. 그중 포화 NaCl과 포화 ZnCl2 용 액은 해양 및 퇴적물에서 가장 일반적으로 활용되고 있다21). 또한, Kononov et al.11)과 같이 유채유(canola oil)와 NaCl 용액(5 g/L)을 1 : 15의 비율로 혼합한 Oil + 5 g-NaCl/L 용액을 이용하였다.
실험은 소각재의 입자 크기별로 각각 진행하였으며, 실험 절차를 Fig. 1에 제시하였다. 3가지 분리 용액에 시료 10 g을 넣고, 용액별로 두 세트의 혼합 시료를 만 들었다. 혼합한 시료를 각각 초음파 교반기와 자석 교 반기로 10분간 진탕하고, 일정 시간 정치 후 고/액 분 리를 실시하였다. 이때 발생한 침전물은 이전의 과정을 2회 더 반복하였으며, 추출횟수에 따른 추출효율을 평 가하는데 사용하였다. 총 3회에 거쳐 분리된 상징액은 GF/A 여지로 진공여과 하였다. 특히, Oil + 5 g-NaCl/L 용액을 사용하였을 때 무수 에탄올(99.9%)로 여지의 오일 성분을 세척·제거하였다. 여지를 70°C에서 건조 한 후, 시료 내 플라스틱 물질과 밀도가 유사한 유기물 이 MPs 추출을 어렵게 하고 식별을 방해할 수 있으므 로 펜톤산화법(0.05M Fe(II), 30% H2O2)으로 유기물을 분해·제거하였다12,22). Hurley et al.23)에 의하면, 펜톤산 화법은 플라스틱 입자를 분해하지 않으면서 유기물을 제거하는 가장 효과적인 방법이다12). 이후 300 μm와 106 μm 메쉬의 스테인리스 체로 300 μm 이상, 300 ~ 106 μm로 MPs 입자크기를 구분하였다. Cole et al.24) 은 동물플랑크톤이 1.7 ~ 30.6 μm 크기의 MPs를 섭취 하며, 미세플라스틱이 동물플랑크톤의 표면에 부착될 수 있음에 따라 먹이사슬에 의한 미세플라스틱의 생물 농축(bioaccumulation) 가능성을 보고하였다18). 따라서, 106 μm 입자크기는 주로 미소형 및 소형 동물플랑크톤 의 크기인 20 ~ 200 μm의 평균크기를 고려하였고, 300 μm 입자크기는 동물플랑크톤의 채집에 이용하는 300 μm 메쉬 망의 크기를 고려하여 결정하였다18,25). 스테 인리스 체 위에 남아있는 미세플라스틱 유사 입자 (microplastic-like particles, MLPs)를 페트리 접시로 옮 긴 후 70°C에서 완전히 건조하여 정량·정성 분석에 이 용하였다.
3.
정량·정성 방법
미세플라스틱의 정량 분석은 육안 또는 현미경으로 이루어진다. 우선, 부서지지 않는 형태 또는 특정 색을 띄는 MLPs를 육안으로 분리하고, 그 후 디지털 현미 경(HT003 USB, HiMax Tech, South Korea)을 이용하 여 크기, 색, 모양을 확인하였다. 미국해양대기관리처 (NOAA)에서는 미세플라스틱을 확인하기 위해 40배율 실체현미경을 사용하였으며, 이는 0.3 mm(300 μm)의 크기까지 고려한 배율이었다6). 또한, Lee18)의 경우, 106 ~ 300 μm 크기에 대해서는 약 320배율, 300 μm 이 상 크기에 대해서는 약 110배율의 모니터 배율을 사용 하였다. 본 연구에서도 이를 참고하여 약 320배율로 MLPs를 확인하였다.
육안 및 현미경으로 확인한 MLPs의 성분 분석을 위 해 푸리에변환-적외선분광법(FT-IR, Fourier transforminfrared spectroscopy, IR Sprit, Shimadzu, Japan)을 이 용하였다. FT-IR 분석에서는 ATR(attenuated total reflection) 모드로 4000 ~ 600 cm-1 파수에서 입자를 16 회 스캔하여 측정하였다. 그 후, MLPs의 적외선 스펙 트럼을 라이브러리와 비교하여 미세플라스틱임을 최종 적으로 확인하였다. 라이브러리는 유사성을 기반으로 해당 물질을 식별하여, 두 스펙트럼 간의 유사성을 수 치로 측정하기 위해 HQI(hit quality index, 범위 0 ~ 1) 점수를 부여하였다26-27). 이에 따라, 해당 물질을 두 가 지 기준에 따라 확인하였고, HQI 점수가 0.7 이상일 때와 라이브러리 스펙트럼과의 유사성을 동시에 충족 할 때에만 플라스틱류로 간주하였다.
4.
회수율 검토 실험
본 연구에서 검토한 미세플라스틱 추출 방법에 의한 회수율을 평가하기 위해 소각재에 기지의 물질을 스파 이크하여 실험을 진행하였다. 이를 위해 환경 중에서 가장 흔하게 검출되는 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리스티렌(PS, polystyrene), 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE, low density polyethylene), 폴리에틸렌 테레프 탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 4종류의 플 라스틱을 준비하였다. 각각의 시료를 가위로 작게 잘라 불규칙한 모양의 미세플라스틱 조각으로 만들었다. 이 후, 1 mm 메쉬의 스테인리스 체를 통과한 물질만 실험 에 사용하였다. 재질별로 10개씩, 총 40개의 미세플라 스틱 조각을 소각재 시료(1 mm 이하) 10 g에 넣어 혼 합하였다. 이렇게 혼합한 시료를 “II.2 MPs의 추출 방 법”으로 미세플라스틱의 추출 실험을 진행하였다.
5.
정도관리
실험과정에서 접촉할 수 있는 다양한 환경적 요인은 직·간접적으로 실험 결과에 영향을 미친다. 이를 예방 하기 위해 전체 과정 중에서 발생할 수 있는 광범위한 오염에 주의할 필요가 있으며, 이러한 오염을 줄이기 위해서 다음과 같이 수행하였다. 먼저, 도구는 실험 전 증류수로 헹궈 건조 후 사용하였으며, 오염을 유발할 수 있는 플라스틱 대신 유리 및 금속 장비를 사용하였 다21,28). 또한, 실험 중 모든 용기는 알루미늄 포일, 파라 필름 등을 사용하여 오염을 방지하였고, 실험실 내부 공기로 인한 실험 과정에서의 오염 정도를 파악하기 위 해 실험과정의 바탕 시료를 제조하여 진행하였다28-29). 실험과정 바탕 시료는 GF/A 여지를 이용하여 여과한 후 여지를 육안 및 현미경으로 조사하고 FT-IR로 정성 분석하였다. 만약 이 바탕 시료에서 검출된 오염물질이 시료에서도 동일하게 발견된다면, 실험과정 중에서 유 입된 오염물질이라고 간주하고 배제한 후 정량하였다.
III.
결과 및 고찰
1.
소각재의 삼성분 분석 결과
채취한 바닥재는 회색빛을 띠었으며, 함수율이 높은 상태로 유리 파편, 석재류, 철금속류 등이 포함되어 있 었고, 비산재는 검정색을 띠고 있었으며, 고운 입자 형 태였다. 바닥재와 비산재의 수분, 가연분, 회분의 분석 결과를 Table 1에 제시하였다. Table 1에 제시한 바와 같이, 비산재의 강열감량이 비교적 높은 값을 보이는 것은 폐기물에서 유래한 미연분 외에 대기오염물질 제 어를 위해 분사한 약품으로 생성된 탄산염(CaCO3, Na2CO3 등), 염화물, 황산염 등의 결정과 활성탄에서 유래한 감량분이 가산되었기 때문으로 사료된다30).
2.
소각재 내 MPs의 검출
일반적으로 미세플라스틱의 형태는 알갱이(granule), 파편(fragment), 필름(film), 섬유(fiber)으로, 색깔은 검 정색, 흰색, 투명, 유색으로 나누어 조사한다14,22). 이렇 게 소각 바닥재 내 존재하는 MLPs를 육안 및 현미경 으로 분리하였다. 분석한 MLPs 중 PS와 HDPE로 판 단되는 입자의 현미경 사진과 FT-IR 스펙트럼을 Fig. 2에 제시하였다. 검출된 물질의 라이브러리 스펙트럼 과 비교하였을 때, PS는 3743 ~ 3025 cm-1과 1746 ~ 1600 cm-1에서, HDPE 경우는 3676 ~ 3000 cm-1과 1100 ~ 900 cm-1에서 새로운 피크가 생겼으며, 전반적으로 피크의 강도가 약해진 것은 소각으로 인해 결합의 세 기가 약해졌기 때문으로 사료된다. 검출된 해당 물질의 크기는 1.4 ~ 1.6mm였으며, 라이브러리 스펙트럼과 비 교했을 때 0.7 이상의 HQI 점수를 나타내었다. 본 연 구에서는 Shen et al.4)과 Yang et al.8)의 연구처럼 플라 스틱의 뚜렷한 형태를 갖춘 미세플라스틱을 발견하지 못하였다. 검출된 미세플라스틱은 대체로 검정색이었으 며, 육안으로는 플라스틱으로 단언할 수 없는 형태의 물질이었다.
Figure 2.
Microscopic photographs and FT-IR spectra of particles determined to be (a) PS and (b) HDPE. In the FT-IR spectrum, the figure above is the analyzed sample spectrum, and the figure below is the standard spectrum of the library.
바닥재 내 존재하는 미세플라스틱의 양을 소각재의 입자 크기별로 확인하였고, Table 2에 제시하였다. 바 닥재(180 g 기준) 내에서 총 16개의 미세플라스틱이 검 출되었으며, 체 분리한 5mm 이상의 시료에서 총 1개 의 MPs가, 1 ~ 5 mm 시료에서 총 10개의 MPs, 1mm 이하의 시료에는 총 5개의 MPs가 검출되었다.
Table 2.
Microplastic materials and quantities in incineration ash by particle size
5mm 이상의 시료에서는 Oil + 5 g-NaCl/L 용액에 자석 교반기를 사용하였을 때 300 μm 크기의 미세플 라스틱이 1개(EVA, ±0.5 SE)/10 g 검출된 것을 제외하 고는 발견되지 않았다. 1 ~ 5 mm 시료 10 g에서 300 μm 크기의 미세플라스틱은 초음파 교반기를 사용하 였을 때 포화 NaCl 1개(PC, ±0.5 SE), ZnCl2 3개(PE, HDPE, ±1.5 SE), Oil + 5 g-NaCl/L 4개(PS, HDPE, EVA, ±2.0 SE)였으며 자석 교반기를 사용하였을 때 포화 NaCl 용액에서 2개의 미세플라스틱(polyvinyl)이 검출 되었다. 1 mm 이하의 시료 10 g에서 ZnCl2 용액으로 추출하고 초음파 교반기로 교반하였을 때 300 μm(PEPP, ±0.5 SE)와 106 ~ 300 μm 크기(PS)에서 1개씩 검 출되었다. 그리고 NaCl 용액에서는 자석 교반기를 이 용하였을 때 300 μm 1개(PE, ±0.5 SE), 106 ~ 300 μm 2 개(PP, PE- PP, ±1.0 SE)의 미세플라스틱이 검출되었다. 그러나, Oil + 5 g-NaCl/L 용액에서는 미세플라스틱이 검출되지 않았다. 바닥재에서 검출된 미세플라스틱의 크기 범위는 0.1 ~ 2.7mm였으며, 1 ~ 2mm 범위 MPs 가 가장 많이 검출되었다(63%). 바닥재와 달리 비산재 의 경우 고/액 분리 과정에서 층의 구분이 확실하게 이 루지지 않아 상징액을 분리하는데 어려움이 있었으며, 이후 육안 식별할 수 없는 형태로 MPs를 정량·정성 분 석하기 어려운 상태였다.
기존의 연구에서는 시료에서 미세플라스틱을 1회만 추출하였다4,16-17,28-29). 그러나, 1회 추출로 미세플라스 틱을 완전히 회수할 수 없다고 판단하여 본 연구에서 는 3회 추출을 진행하였다. 총 3회 추출을 반복하였음 에도 불구하고 미세플라스틱이 여전히 검출되었으며, 이는 추출이 완전히 이루어지지 않았음을 나타낸 것으 로 사료된다.
본 연구의 시료인 바닥재에서는 에틸렌비닐아세테이 트(EVA, ethylene-vinyl acetate), 폴리에틸렌/폴리프로 필렌(PE-PP), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리카 보네이트(PC, polycarbonate), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, high density polyethylene), 폴리프로필렌(PP), 폴리비 닐(Polyvinyl) 8종의 플라스틱이 발견되었다. 이중 PS, HDPE 및 PE-PP가 여러 개 검출되었으며, 이 물질은 일반적으로 생산·유통·사용되는 플라스틱 재질로 현대 생활에서 광범위하게 사용되고 있다. 또한, PE와 PP는 산업용 원료, 플라스틱병, 가방 등을 만드는데 사용되 고, 그중 포장재는 플라스틱 폐기물의 주요 구성분 중 하나이다4).
3.
회수율 검토 결과
3가지 분리 용액과 2가지 교반 방법에 의한 MPs의 회수율은 추출된 미세플라스틱의 개수로 결정하였으며, Fig. 3(a)에 제시하였다. 먼저, 3가지 분리 용액과 2가 지 교반 방법을 조합하여 진행한 결과, Oil + 5 g-NaCl/ L 용액을 사용했을 때의 회수율은 초음파 교반기 63%, 자석 교반기 80%로 나타났다. 그리고 ZnCl2 용액으로 의 회수율은 초음파 교반기 73%, 자석 교반기 65%였 고, 포화 NaCl 용액으로의 회수율은 초음파 교반기 45%, 자석 교반기 53%로 나타났다. 전반적으로 NaCl 포화용액보다 Oil + 5 g-NaCl/L 용액과 ZnCl2 용액을 이용할 때 회수율이 더 좋은 것으로 나타났으며, 초음 파 교반기보다 자석 교반기를 이용할 때 회수율이 좋 은 것으로 나타났다. Radford et al.26)은 밀도 분리 단 계에서 초음파 사용이 MPs의 회수율을 높이지 못하는 것으로 판단하였다.
Figure 3.
esults o f recovery i nvestigation. (a) recovery r ates a nd (b) numbers r ecovered b y material according to t he separation solution and mixing method.
Fig. 3(b)는 검토된 방법에 따라 재질별로 회수된 미 세플라스틱 개수를 나타내었다. 제시한 바와 같이, ZnCl2 용액과 자석 교반기를 사용하였을 때를 제외하 고, 실험에 사용된 4종류의 플라스틱 재질 중 PS가 가 장 많이 회수되었다(평균 회수율 88%). 전반적으로 PS, PP, LDPE, PET 순으로 회수율이 높았다. 특히, 포 화 NaCl 용액으로 PET를 거의 회수할 수 없었는데, 이는 해당 물질의 밀도(1.38 g/cm3)가 용액의 밀도(1.2 g/ cm3)보다 더 높기 때문으로 사료된다28).
반복 추출 연구에서는 추출 횟수가 많아질수록 검출 량이 감소하고, 스파이크한 미세플라스틱을 모두 회수 할 수 있을 것으로 예측하였다. 그러나, 예상과 달리 반복 추출을 하였음에도 회수율은 높지 않아, 전반적으 로 다른 연구의 결과와 다소 차이를 보였다11,13,16-17).
Table 3에 선행 연구자가 수행한 회수율 평가 연구 결과를 나타내었다. 예를 들어, Kononov et al.11)이 수 행한 회수율 관련 연구 결과에 의하면, Oil + 5 g-NaCl/ L 용액으로의 LDPE와 PP의 회수율은 95 ~ 98% 이상, PVC의 회수율은 76 ~ 80%이었다. 포화 NaCl 용액을 사용하여 간단한 밀도 분리를 시도한 Liu e t al.31)의 회 수율은 PET와 PVC를 제외하고 최대 90%로 나타났다. 또한, Vermeiren et al.32)은 ZnCl2 용액을 이용하여 폴 리머 유형(PP, PE, PET, PVC)에 따라 큰 미세플라스 틱(≥0.5 mm)의 경우 평균 90.7%, 작은 미세플라스틱 (<0.05 mm)의 경우 95.0%의 회수율을 제시하였다. 반 면, 선행 연구자들이 제시한 5가지 방법으로 연구를 수 행한 Cashman et al.33)의 연구에서는 폴리머(PVC, PP, PE, PET, PS)의 평균 회수율이 모래 시료의 경우 5 ~ 87%, 퇴적물 시료의 경우 2 ~ 77%으로 나타났다. 이와 같이 Cashman et al.33)이 수행한 결과는 선행 연 구자들의 결과와 많이 달랐다. 그들은 이런 결과의 이 유로는 시료 매트릭스의 차이, 크기, 모양 및 밀도가 다양한 MPs 특성의 영향임을 언급하였다33). 이에 따라, 모든 시료에 적용할 수 있는 특정 방법을 제안할 수 없 으며, 연구자들이 정량화하고자 하는 미세플라스틱 특 성과 대상 시료가 추출 과정에 미치는 영향을 파악하 는 것이 중요하다고 제시하였다33). 이처럼 기존 연구와 본 연구에서의 회수율에 차이가 있는 것은 실험에 사 용되는 대상 시료의 차이, MP의 크기와 모양 등의 영 향으로 사료된다. 또한, 상징액을 분리하는 과정에서 미세플라스틱이 벽에 달라붙는 경향이 있어 부유된 미 세플라스틱의 수집 문제에 따른 영향으로 사료된다13). 따라서 시료와 접촉하는 모든 용기를 철저히 헹구고 처리하는 과정에 주의할 필요가 있다11,15). 이를 위해, Mani et al.17)은 상징액을 옮겨 모으기보다는 아랫부분 으로 침전물을 빼내는 것을 제안하였고, Scopetani et al.12)은 오일과 혼합된 시료를 동결시켜 밀도성층을 일 으킴으로써 옮기는 과정 중 미세플라스틱이 벽에 달라 붙는 것을 방지하였다.
Table 3.
Comparison of the recovery rate by the material compared to other studies
| References | Sample | Extraction reagents | Materials | Recovery rate (%) |
|---|---|---|---|---|
| Kononov et al.11) | soil | Oil + 5 g-NaCl/L | LDPE, PP, PVC | 76 ~ 98 |
| Liu et al.31) | soil | NaCl | PP, PE, PA, PC, PET ABS, PMMA, PS, PVC | up to 90 (except PET, PVC) |
| Vermeiren et al.32) | sediment | ZnCl2 | PP, PE, PET, PVC, PS, PA | over 90 (except PET, PVC) |
| Cashman et al.33) | sediment, sand | NaCl, CaCl2, NaCl+NaI, ZnCl2 | PS, PE, PP, PVC, PET | 2 ~ 87 |
| Coppock et al.34) | sediment | ZnCl2 | PE, Nylon, PVC | 92 ~ 98 |
| Fries et al.35) | sediment | NaCl | PE | 80 ~ 100 |
| Nuelle et al.36) | sediment | NaCl+NaI | PE, PP, PVC, PET, PS, EPS, PUR | 91 ~ 99 |
| Zobkov et al.37) | sediment | ZnCl2 | ARPsa) | 92±7 |
| Phuong et al.38) | sediment | KI | PE, PP, PVC, PET | 83 ~ 107 |
| Konechnaya et al.39) | sediment, sand | ZnCl2 | PE, PP, PVC, PET, PS, PA, PU, PMMA | 94 ~ 103 |
| Han et al.40) | sediment, sand | NaCl+NaI | PP, PE, PET, PVC, PS, EPS | 78 ~ 100 |
| This study | bottom ash | Oil + 5 g-NaCl/L, ZnCl2, NaCl | LDPE, PS, PP, PET | 45 ~ 80 |
4.
본 연구의 의의와 한계
미세플라스틱에 관한 관심이 증가하면서 MPs의 다 양한 연구가 진행 중이지만, 연구자마다 다른 분석방법 에 의해 결과의 상호 비교가 어려운 실정이다12). 또한, 소각재를 대상으로 한 미세플라스틱 관련 연구는 소각 재 특성으로 인해 전 세계적으로 연구가 매우 드문 상 황이다. 이런 상황에서 소각재에서 미세플라스틱의 분 리 추출 방법을 검토한 본 연구는, 우리나라에서 수행 된 첫 연구로 매우 의미 있는 연구라고 판단된다. 그러 나, 소각재 시료의 특성, 오일 종류 선정, 상징액 분리 방법, FT-IR 분석 문제 등의 한계가 있었다. 먼저, 실험 에 사용한 소각재 시료의 입자가 가볍고, 고와 용액과 혼합하는 과정에서 거품이 발생하고, 이로 인해 시료와 용액의 혼합에 어려움이 있었다. 여기서 발생한 거품과 함께 실험 용기 벽에 달라붙는 미세플라스틱은 위쪽으 로 상징액을 분리하는 방법으로는 회수가 어려워 회수 율이 낮게 나타난 것으로 사료되었다. 본 연구에서 이 용한 시료 개수가 많지 않아 통계적 유의성을 제시하 는데 한계가 있었다. 또한, 오일 종류를 선정하는 부분 에 있어 연구자마다 차이가 있다. 토양을 대상으로 한 Kononov et al.11)과 퇴적물을 대상으로 한 Crichton et al.41)은 유채유(canola oil)가, 고형물, 퇴적물 및 토양을 대상으로 한 Mani et al.17)은 피마자유(castor oil) 그리 고 토양과 퇴비를 대상으로 한 Scopetani et al.12)은 올 리브유(olive oil)가 미세플라스틱 추출에 가장 적합하 다고 제시하였다. 이러한 차이는 대상 시료의 차이에서 기인한 것으로 사료된다. 그리고 106 ~ 300 μm 크기의 미세플라스틱은 크기가 작아 분석장비의 검출 한계로 인해 정성 분석이 어려웠다. 또한, FT-IR 분석 시, 분석 기기에서 제공하는 HQI는 0.7 이상이었지만, 스펙트럼 의 유사성이 존재하지 않아 최종적으로 플라스틱으로 확정하기에 어려움이 있었다.
IV.
결 론
본 연구에서는 생활폐기물 소각재에 함유된 미세플 라스틱을 효율적으로 추출하기 위한 분리, 추출의 영향 인자와 추출 방법별 회수율을 검토하였다. 입자 크기별 로 3가지 분리 방법(포화 NaCl, ZnCl2 용액, Oil + 5 g-NaCl/L 용액)과 2가지 교반 방법(초음파와 자석 교반) 에 따라 분리·추출 효율에 다소 차이가 존재하였으며, 반복 추출하였음에도 불구하고 미세플라스틱을 완전히 추출할 수 없어 여전히 시료에 MPs가 잔존했다. 그리 고 회수율 실험 결과, 전반적으로 NaCl 포화용액보다 Oil + 5 g-NaCl/L 용액과 ZnCl2 용액을 이용할 때 회수 율이 더 좋은 것으로 나타났으며, 초음파 교반기보다 자석 교반기를 이용할 때 회수율이 좋은 것으로 나타 났다. 그러나, 본 연구에서의 회수율은 기존의 연구 결 과보다 높지 않았으며, 이는 시료 매트릭스의 차이와 밀도가 다양한 MPs 특성에서 기인한 것으로 사료된다. 이에 따라, 효율적인 분리 추출을 위해서는 각 시료의 특성(예, 유기물 함량 등)과 정량화 대상 미세플라스틱 특성(예, 밀도 등)을 파악하는 것이 중요하다. 또한, 상 징액 분리하는 과정에서 미세플라스틱이 벽에 달라붙 는 경향으로 시료와 접촉하는 모든 용기를 처리하는 과정에 주의할 필요가 있다. 현재 미세플라스틱에 관한 관심이 증가하면서 MPs의 다양한 연구가 진행 중이지 만, MPs의 추출에 대한 표준화된 방법은 없다. 또한, 소각재를 대상으로 한 미세플라스틱 관련 연구는 전 세 계적으로 매우 드문 상황으로, 본 연구는 우리나라에서 수행된 첫 연구로 매우 의미 있는 연구라고 판단된다.
