대한환경공학회지 (Journal of Korean Society of Environmental Engineers)

  • 제32권7호
  • /
  • Pages.722-729
  • /
  • 2010
  • /
  • 1225-5025(pISSN)
  • /
  • 2383-7810(eISSN)
대한환경공학회 (Korean Society of Environmental Engineers)
권호 표지

잔류 의약품류의 제거 및 미생물학적 안전성을 고려한 하수 재이용 기술로서의 UV 및 UV/$H_2O_2$ 공정의 적용성

Applicability of UV and UV/$H_2O_2$ Processes in the Control of Pharmaceuticals and Personal Care Products and Microbiological Safety for Water Reuse

  • 김일호 (교토대학 대학원 공학연구과 부속 유역권 종합환경질 연구센터) ;
  • 타나카 히로아키 (교토대학 대학원 공학연구과 부속 유역권 종합환경질 연구센터)
  • Kim, Il-Ho (Research Center for Environmental Quality Management, Graduate School of Engineering, Kyoto University) ;
  • Tanaka, Hiroaki (Research Center for Environmental Quality Management, Graduate School of Engineering, Kyoto University)
  • 투고 : 2010.04.18
  • 심사 : 2010.07.30
  • 발행 : 2010.07.31
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

하수 재이용에 대한 관심이 급부상하고 있는 가운데, 재이용수의 미량물질 등에 의한 화학적 리스크와 더불어 미생물학적 안전성에 대한 고려가 요구되고 있다. 본 연구에서는 벤치스케일의 연속식 실험장치를 이용, 미량물질 중 최근 주목을 받고 있는 의약품류를 대상으로, UV처리공정의 의약품류 제거효과 및 미생물학적 안전성의 달성 가능성을 고찰하였다. 시험수로 이용한 하수 2차 처리수중에서는 항생물질, 해열진통제 등 38종의 의약품류가 수 ng/L에서 수백 ng/L의 범위로 검출되었으며, 이를 대상으로 하여 UV 및 UV/$H_2O_2$ 처리실험을 행한 결과, UV 단독처리에 의한 의약품류의 효과적인 제거에는 상당량의 UV조사량이 필요할 것으로 예상되었다. 반면, UV/$H_2O_2$ 공정의 경우 $H_2O_2$의 첨가농도를 약 1 mg/L에서 6mg/L까지 증가시킴에 따라 각 의약품류의 제거율은 점점 증가하는 것으로 나타났다. 한편, $923\;mJ/cm^2$의 UV 조사량과 6.2 mg/L의 $H_2O_2$를 병용한 UV/$H_2O_2$ 처리는 Naproxen(>89%)외 모든 의약품류의 농도를 90% 이상까지 감소시킬 수 있었다. 또한 이 운전조건은 현행 하수처리장 유출수중의 대장균군에 대한 규제농도($3,000/cm^3$)를 기준으로 하였을 때, 4~5 log의 불활성화를 달성할 수 있을 것으로 예상되어, 하수 재이용에 요구되는 California Title 22의 criteria를 만족시킬 수 있을 것으로 판단되었다.

Over the last decades, much consideration has been given to microbiological and chemical risks, especially when wastewater was reclaimed as water resources for urban water, irrigation water and recreational water etc. We investigated the performance of UV-based processes such as UV and UV/$H_2O_2$ for both the removal of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) as an emerging chemical and the inactivation of pathogen with bench-scale experimental study. 38 kinds of PPCPs including antibiotics and analgesics were detected from secondary effluent used as tested water. Bench-scale experimental study showed that UV process would require considerable UV dose for the effective PPCPs removal. Contrarily, PPCPs removal efficiency significantly improved by the combination of $H_2O_2$ with UV even at a lower UV dose and, moreover, their removal efficiency increased with the increased initial $H_2O_2$ concentration. Besides naproxen (>89%), concentrations of all the investigated PPCPs decreased by more than 90% of their initial concentrations under $923\;mJ/cm^3$ of UV dose and 6.2 mg/L of $H_2O_2$. Previous studies showed that this operational condition could get 4~5 log inactivation for Total coliform, indicating that UV/$H_2O_2$ process will be appropriate to comply with the criteria of California Title 22 for Total coliform.

키워드

과제정보

연구 과제번호 : 수환경증 의약품류의 배출단계에서의 물리화학적 처리에 관한 연구

연구 과제 주관 기관 : 일본 환경성

참고문헌

  1. Heberer, T., "Occurrence, fate and removal of pharmaceutical residues in the aquatic environment: a review of recent research data," Toxicol. Lett., 131, 5-17(2002). https://doi.org/10.1016/S0378-4274(02)00041-3
  2. Kanda, R., Griffin, P., James, H. A. and Fothergill, J., "Pharmaceutical and personal care products in sewage treatment works," J. Environ. Monit., 5, 823-830(2003). https://doi.org/10.1039/b306355k
  3. Smital, T., Luckenbach, T., Sauerborn, R., Hamdoun, A. M., Vega, R. L. and Epel, D., "Emerging contaminants-pesticides, PPCPs, microbial degradation products and natural substances as inhibitors of multixenobiotic defense in aquatic organisms," Mutation Res., 552, 101-117(2004). https://doi.org/10.1016/j.mrfmmm.2004.06.006
  4. Nakada, N., Tanishima, T., Shinohara, H., Kiri, K. and Takada, H., "Pharmaceutical chemicals and endocrine disrupters in municipal wastewater in Tokyo and their removal during activated sludge treatment," Water Res., 40, 3297-3303(2006). https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.06.039
  5. Okuda, T., Kobayashi, Y., Nagao, R., Yamashita, N., Tanaka, H., Tanaka, S., Fuji, S., Konishi, C. and Houwa, I., "Removal efficiency of 66 pharmaceuticals during wastewater treatment process in Japan," Water Sci. Technol., 57, 65-71(2008). https://doi.org/10.2166/wst.2008.822
  6. Huber, M. M., Canonica, S., Park, G. Y. and von Gunten, U., "Oxidation of pharmaceuticals during ozonation and advanced oxidation processes," Environ. Sci. Technol., 37, 1016-1024(2003). https://doi.org/10.1021/es025896h
  7. Ternes, T. A., Stuber, J., Herrmann, N., McDowell, D., Ried, A., Kampmann, M. and Teiser, B., "Ozonation: A tool for removal of pharmaceuticals, contrast media and musk fragrances from wastewater?," Water Res., 37, 1976-1982(2003). https://doi.org/10.1016/S0043-1354(02)00570-5
  8. Rosenfeldt, E. J., Linden, K. G., Canonica, S. and von Gunten, U., "Comparison of the efficiency of ${\cdot}OH$ radical formation during ozonation and the advanced oxidation processes $O_3/H_2O_2\;and\;UV/H_2O_2$," Water Res., 40, 3695-3704 (2006). https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.09.008
  9. Lau, T. K., Chu, W. and Graham, N., "Reaction pathways and kinetics of butylated hydroxyanisole with UV, ozonation, and $UV/O_3$ processes," Water Res., 41, 765-774(2007). https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.11.021
  10. 小林義和, 奥田隆, 山下尚之, 田中宏明, 田中周平, 藤井滋穗, 小西千絵, 宝輪勲, "都市下水の高度処理システムに おける医薬品の動態," Environ. Eng. Res., 43, 65-72(2006).
  11. Kim I. H., Yamashita N. and Tanaka H., "Photodegradation of pharmaceuticals and personal care products during UV and $UV/H_2O_2$ treatments," Chemosphere, 77, 518-525(2009). https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2009.07.041
  12. Japan Sewage Works Association, Guidelines for sewer maintenance(2003).
  13. Kruithof J. C., Kamp P. C. and Martijn B. J., "$UV/H_2O_2$ Treatment: A practical solution for organic contaminant control and primary disinfection," Ozone: Science & Engineering, 29, 273-280(2007). https://doi.org/10.1080/01919510701459311
  14. Hijnen W. A. M., Beerendonk E. F. and Medema G. J., "Inactivation credit of UV radiation for viruses, bacteria and protozoan (oo)cysts in water: A review," Water Res., 40, 3-22(2006). https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.10.030