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목적: 낙동강 하류에 위치한 대형 정수장으로 유입 가능성이 높은 의약물질들에 대해 후 오존(O₃) 공정에서의 제거능과 후O₃ 처리공정을 대체할 수 있는 자외선/과산화수소(UV/H₂O₂) 공정에서의 제거능을 함께 평가하고, 이들 공정에서 의약물질들에 대한 제거율 예측 모델을 사용하여 수질변화에 따른 제거율 예측을 수행하여 정수장 선진화 사업의 자료로 활용하고자 하였다.
방법: 낙동강 하류 정수장의 모래여과수를 대상으로 19종의 의약물질들에 대하여 O₃ 및 UV/H₂O₂ 처리를 진행하였다. 순수 및 모래 여과수에서의 제거율 평가를 위하여 의약물질 19종을 각각 100 ng/L 농도로 투입하였다. O₃ 처리실험에서 O₃ 주입량은 0.1∼2.0 gO₃/gDOC (0.25∼5.0 mgO₃/L)의 범위였으며, UV/H₂O₂ 공정에서는 시료에 H₂O₂ (5, 10 mg/L)를 투입하여 0∼1,500 mJ/cm²의 범위로 UV을 조사하였다.
결과 및 토의 : 후O₃ 공정을 모사한 O₃ 처리실험의 경우, O₃ 주입량 0.2 gO₃/gDOC (=0.5 mgO₃/L) 조건에서 O₃과 높은 반응성(kO₃ 6.5×10²∼2.6×10<SUP>6</SUP> M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>)을 가진 17종의 의약물질들은 92% 이상 제거되었다. 그러나 iopromide (IPM)와 primidione (PRM) 2종은 O₃과의 낮은 반응성(kO₃ < 1 M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>)으로 인하여 동일한 O₃ 입량(0.2 gO₃/gDOC)조건에서 36∼45% 정도의 저조한 제거율을 나타내었다. IPM과 PRM에 대해 90% 이상의 제거율을 얻기 위해서는 2.0 gO₃/gDOC 이상의 O₃ 주입량이 요구되어 O₃ 처리만으로는 제어가 어려운 것으로 평가되었다. H₂O₂ 투입농도 10 mg/L, UV 조사량 500과 1,000 mJ/cm²의 조건으로 UV/H₂O₂ 공정을 모사한 경우, 19종의 의약물질 제거율은 각각 63∼99% 및 87∼99%였으며, caffeine (CAF)의 제거율이 가장 낮았다. O₃ 공정에서 제거율이 낮은 IPM 및 PRM의 경우에는 OH 라디칼과의 빠른 반응속도(kOH = 3.3×10<SUP>9</SUP> 및 5.2×10<SUP>9</SUP> M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>)로 인하여 O₃ 공정에 비하여 제거율이 높은 것으로 평가되었다. O₃ 및 UV/H₂O₂ 공정에서 수중의 용존 유기물질 농도변화에 따른 의약물질들의 제거율 변화를 평가하기 위해 화학적 동역학 모델을 사용하여 제거율 예측모델을 적용해 본 결과, 용존성 유기물질농도가 1.5 mg/L에서 3.0 mg/L로 증가할 경우 O₃ 공정(O₃ 투입농도 1.0과 2.0 mg/L)에서의 IPM과 PRM은 각각 22∼24% 및 15∼24% 정도 제거율이 감소하였다. 또한, UV/H₂O₂ 공정(H₂O₂ : 10 mg/L, UV : 500∼1,000 mJ/cm²)의 경우에는 용존 유기물질 농도가 1.5∼3.0 mg/L로 증가하였을 때 16종의 의약물질들의 제거율이 0∼29% 정도 감소되었으며, CFN의 제거율 감소폭이 가장 높게 나타났다
결론: O₃ 및 UV/H₂O₂ 처리공정에 의한 의약물질 제거율 평가 및 예측을 진행한 결과, 의약물질류 제거를 위해 O₃ 공정의 대체공정으로 UV/H₂O₂ 공정의 적용 가능성을 확인하였다.
방법: 낙동강 하류 정수장의 모래여과수를 대상으로 19종의 의약물질들에 대하여 O₃ 및 UV/H₂O₂ 처리를 진행하였다. 순수 및 모래 여과수에서의 제거율 평가를 위하여 의약물질 19종을 각각 100 ng/L 농도로 투입하였다. O₃ 처리실험에서 O₃ 주입량은 0.1∼2.0 gO₃/gDOC (0.25∼5.0 mgO₃/L)의 범위였으며, UV/H₂O₂ 공정에서는 시료에 H₂O₂ (5, 10 mg/L)를 투입하여 0∼1,500 mJ/cm²의 범위로 UV을 조사하였다.
결과 및 토의 : 후O₃ 공정을 모사한 O₃ 처리실험의 경우, O₃ 주입량 0.2 gO₃/gDOC (=0.5 mgO₃/L) 조건에서 O₃과 높은 반응성(kO₃ 6.5×10²∼2.6×10<SUP>6</SUP> M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>)을 가진 17종의 의약물질들은 92% 이상 제거되었다. 그러나 iopromide (IPM)와 primidione (PRM) 2종은 O₃과의 낮은 반응성(kO₃ < 1 M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>)으로 인하여 동일한 O₃ 입량(0.2 gO₃/gDOC)조건에서 36∼45% 정도의 저조한 제거율을 나타내었다. IPM과 PRM에 대해 90% 이상의 제거율을 얻기 위해서는 2.0 gO₃/gDOC 이상의 O₃ 주입량이 요구되어 O₃ 처리만으로는 제어가 어려운 것으로 평가되었다. H₂O₂ 투입농도 10 mg/L, UV 조사량 500과 1,000 mJ/cm²의 조건으로 UV/H₂O₂ 공정을 모사한 경우, 19종의 의약물질 제거율은 각각 63∼99% 및 87∼99%였으며, caffeine (CAF)의 제거율이 가장 낮았다. O₃ 공정에서 제거율이 낮은 IPM 및 PRM의 경우에는 OH 라디칼과의 빠른 반응속도(kOH = 3.3×10<SUP>9</SUP> 및 5.2×10<SUP>9</SUP> M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>)로 인하여 O₃ 공정에 비하여 제거율이 높은 것으로 평가되었다. O₃ 및 UV/H₂O₂ 공정에서 수중의 용존 유기물질 농도변화에 따른 의약물질들의 제거율 변화를 평가하기 위해 화학적 동역학 모델을 사용하여 제거율 예측모델을 적용해 본 결과, 용존성 유기물질농도가 1.5 mg/L에서 3.0 mg/L로 증가할 경우 O₃ 공정(O₃ 투입농도 1.0과 2.0 mg/L)에서의 IPM과 PRM은 각각 22∼24% 및 15∼24% 정도 제거율이 감소하였다. 또한, UV/H₂O₂ 공정(H₂O₂ : 10 mg/L, UV : 500∼1,000 mJ/cm²)의 경우에는 용존 유기물질 농도가 1.5∼3.0 mg/L로 증가하였을 때 16종의 의약물질들의 제거율이 0∼29% 정도 감소되었으며, CFN의 제거율 감소폭이 가장 높게 나타났다
결론: O₃ 및 UV/H₂O₂ 처리공정에 의한 의약물질 제거율 평가 및 예측을 진행한 결과, 의약물질류 제거를 위해 O₃ 공정의 대체공정으로 UV/H₂O₂ 공정의 적용 가능성을 확인하였다.
목차
1. 서론
2. 실험재료 및 방법
3. 결과 및 고찰
4. 결론
References
참고문헌 (44)
참고문헌 신청
H. J. Son, S. H. Jang, Occurrence of residual pharmaceuticals and fate, residue and toxic effect in drinking water resources, J. Korean Soc. Environ. Eng., 33(6), 453-479(2011).
D. Bendz, N. A. Paxéus, T. R. Ginn, F. J. Loge, Occurrence and fate of pharmaceutically active compounds in the environment, a case study: Höje River in Sweden, J. Hazard. Mater., 122(3), 195-204(2005).
K. Fent, A. A. Weston, D. Caminada, Ecotoxicology of human pharmaceuticals, Aquat. Toxicol., 76(2), 122-159(2006).
A. Pruden, Balancing water sustainability and public health goals in the face of growing concerns about antibiotic resistance, Environ. Sci. Technol., 48(1), 5-14(2014).
Y. Yoon, M. C. Dodd, Y. Lee, Elimination of transforming activity and gene degradation during UV and UV/H2O2 treatment of plasmid-enhanced antibiotic resistance genes, Environ. Sci.: Water Res. Technol., 4(9), 1239-1251(2018).
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