낙동강 하류 정수장을 대상으로 모의 오존 및 자외선/과산화수소 공정을 이용한 의약물질 제거능 및 예측모델 평가

Abstract

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∼2.6×106 M-1s-1)을 가진 17종의 의약물질들은 92% 이상 제거되었다. 그러나 iopromide (IPM)와 primidione (PRM) 2종은 O3과의 낮은 반응성(kO3<1 M-1s-1)으로 인하여 동일한 O3 주입량(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=3.3×109 및 5.2×109 M-1s-1)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 유기물질 농도가 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 나타났다결론:O3 및 UV/H2O2 처리공정에 의한 의약물질 제거율 평가 및 예측을 진행한 결과, 의약물질류 제거를 위해 O3공정의 대체공정으로 UV/H2O2 공정의 적용 가능성을 확인하였다.