UV/O₃ 기반 고도산화공정에 의한 항생제 분해와 항생제 내성세균 소독 특성 연구 Antibiotics Degradation and Disinfection of Antibiotic-Resistant Bacteria in UV/O₃-based Advanced Oxidation Process원문보기
항생제는 미생물이 원인이 되는 질병으로부터 인간을 비롯한 생물계를 구제하는 기능으로 사용되어오고 있으나, 항생제의 과다사용은 항생제 내성균을 출현시키고 미처리 항생물질로 인한 2차 오염을 유발시킬 수 있다.
이에 본 연구에서는 하천수와 하수 및 축산폐수처리시설의 방류수 중의 세균에 대하여 항생제 내성 현황을 파악하고, 미처리 항생물질과 항생제 내성세균의 하천으로의 유출을 방지하기 위한 방안으로, 생물학적 처리공정에 의해서 분해되지 않고 잔류하는 항생물질을 추가로 분해하는 동시에 항생제 내성 세균에 대한 강화된 소독까지 병행할 수 있는 ...
항생제는 미생물이 원인이 되는 질병으로부터 인간을 비롯한 생물계를 구제하는 기능으로 사용되어오고 있으나, 항생제의 과다사용은 항생제 내성균을 출현시키고 미처리 항생물질로 인한 2차 오염을 유발시킬 수 있다.
이에 본 연구에서는 하천수와 하수 및 축산폐수처리시설의 방류수 중의 세균에 대하여 항생제 내성 현황을 파악하고, 미처리 항생물질과 항생제 내성세균의 하천으로의 유출을 방지하기 위한 방안으로, 생물학적 처리공정에 의해서 분해되지 않고 잔류하는 항생물질을 추가로 분해하는 동시에 항생제 내성 세균에 대한 강화된 소독까지 병행할 수 있는 UV 및 오존 기반 고도산화공정(AOP; advanced oxidation process)을 중심으로 비교 연구를 실시하였다.
내성 조사 대상 항생제로는 축산분야에 많이 사용되는 항생제 8종[Tetracycline(TC), Chlortetracycline(CTC), Oxytetracycline(TM), Ampicillin(AMP), Penicillin-G(PG), Sulfadimethoxine(SDM), Enrofloxacin(BT), Lincomycin(LM)]을 선정하였다. 하수 및 축산폐수처리시설의 방류수가 유입되기 전의 하천상류에 비해 유입 후의 하류에서는 내성률이 증가하는 등 전반적으로 방류수의 유입이 하천의 항생제 내성률 분포에 영향을 주었다. Tetracycline계열의 항생제(TC, CTC, TM)와 Quinolone계인 BT에 대한 내성률은 미미하였지만, 내성문제가 상대적으로 큰 항생제는 Penicillin계 항생제인 AMP, PG와 Lincosamide계 복합항생제인 LM으로 나타났다. 이는 축산업 분야에서의 항생제 오남용이 하천의 수질환경 및 생태계에 악영향을 미칠 수 있다는 점에 대한 근거로 볼 수 있다.
UV 및 오존 기반 AOP에 의한 항생제 분해는 수질이 양호한 물(중수, 상수)에서는 O₃ 단독 < O₃/H₂O₂ < O₃/UV/H₂O₂ ≤ O₃/UV의 순을 나타내었고, TOC 제거는 SDM과 CTC는 O₃/UV에 의한 분해율이 빨라 1시간 정도면 거의 100% 제거가 가능하였으나 AMX는 매우 느렸으며 1시간 동안 65%, 2시간이 되어야 100% 제거되는 결과를 얻었다. 한편 pH는 각 항생제의 형태가 양성이온의 조건보다는 각 항생제가 음이온 형태로 존재하는 알칼리 pH에서의 분해율이 높았으며, 특히 초기 분해속도가 빠른 경향을 나타내었다. 실제 축산폐수에 항생제가 포함되어 있는 경우에는 O₃ 단독으로는 분해율이 높지 않았으며 O₃/UV나 O₃/UV/H₂O₂의 적용이 효과적이었다. COD가 높은 폐수에서는 O₃/UV의 사용이 필요하며 H₂O₂를 추가적으로 병용하면 분해시간을 단축할 수 있다. 실 축산폐수에서 미생물 소독은 O₃보다 UV가 효과적이었으며, UV/O₃을 같이 사용하면 서로 상승효과가 작용하여 보다 효율적이다.
이에 본 연구에서 제안하는 AOP 공정(O₃/UV 또는 O₃/UV/H₂O₂)은 생물학적처리, 화학적처리(응집, 응결, 침전)가 수행되고 난 후 항생물질을 포함한 난분해성 유기물과 색도 등이 잔류하는 경우에 최종 3차 처리와 terminal disinfection의 동시수행의 차원에서 실시하는 것이 바람직하다.
항생제는 미생물이 원인이 되는 질병으로부터 인간을 비롯한 생물계를 구제하는 기능으로 사용되어오고 있으나, 항생제의 과다사용은 항생제 내성균을 출현시키고 미처리 항생물질로 인한 2차 오염을 유발시킬 수 있다.
이에 본 연구에서는 하천수와 하수 및 축산폐수처리시설의 방류수 중의 세균에 대하여 항생제 내성 현황을 파악하고, 미처리 항생물질과 항생제 내성세균의 하천으로의 유출을 방지하기 위한 방안으로, 생물학적 처리공정에 의해서 분해되지 않고 잔류하는 항생물질을 추가로 분해하는 동시에 항생제 내성 세균에 대한 강화된 소독까지 병행할 수 있는 UV 및 오존 기반 고도산화공정(AOP; advanced oxidation process)을 중심으로 비교 연구를 실시하였다.
내성 조사 대상 항생제로는 축산분야에 많이 사용되는 항생제 8종[Tetracycline(TC), Chlortetracycline(CTC), Oxytetracycline(TM), Ampicillin(AMP), Penicillin-G(PG), Sulfadimethoxine(SDM), Enrofloxacin(BT), Lincomycin(LM)]을 선정하였다. 하수 및 축산폐수처리시설의 방류수가 유입되기 전의 하천상류에 비해 유입 후의 하류에서는 내성률이 증가하는 등 전반적으로 방류수의 유입이 하천의 항생제 내성률 분포에 영향을 주었다. Tetracycline계열의 항생제(TC, CTC, TM)와 Quinolone계인 BT에 대한 내성률은 미미하였지만, 내성문제가 상대적으로 큰 항생제는 Penicillin계 항생제인 AMP, PG와 Lincosamide계 복합항생제인 LM으로 나타났다. 이는 축산업 분야에서의 항생제 오남용이 하천의 수질환경 및 생태계에 악영향을 미칠 수 있다는 점에 대한 근거로 볼 수 있다.
UV 및 오존 기반 AOP에 의한 항생제 분해는 수질이 양호한 물(중수, 상수)에서는 O₃ 단독 < O₃/H₂O₂ < O₃/UV/H₂O₂ ≤ O₃/UV의 순을 나타내었고, TOC 제거는 SDM과 CTC는 O₃/UV에 의한 분해율이 빨라 1시간 정도면 거의 100% 제거가 가능하였으나 AMX는 매우 느렸으며 1시간 동안 65%, 2시간이 되어야 100% 제거되는 결과를 얻었다. 한편 pH는 각 항생제의 형태가 양성이온의 조건보다는 각 항생제가 음이온 형태로 존재하는 알칼리 pH에서의 분해율이 높았으며, 특히 초기 분해속도가 빠른 경향을 나타내었다. 실제 축산폐수에 항생제가 포함되어 있는 경우에는 O₃ 단독으로는 분해율이 높지 않았으며 O₃/UV나 O₃/UV/H₂O₂의 적용이 효과적이었다. COD가 높은 폐수에서는 O₃/UV의 사용이 필요하며 H₂O₂를 추가적으로 병용하면 분해시간을 단축할 수 있다. 실 축산폐수에서 미생물 소독은 O₃보다 UV가 효과적이었으며, UV/O₃을 같이 사용하면 서로 상승효과가 작용하여 보다 효율적이다.
이에 본 연구에서 제안하는 AOP 공정(O₃/UV 또는 O₃/UV/H₂O₂)은 생물학적처리, 화학적처리(응집, 응결, 침전)가 수행되고 난 후 항생물질을 포함한 난분해성 유기물과 색도 등이 잔류하는 경우에 최종 3차 처리와 terminal disinfection의 동시수행의 차원에서 실시하는 것이 바람직하다.
Antibiotic compounds are now recognized as a new class of pollutants and have been the subject of growing concern for public health. Effluents from livestock wastewater and sewage treatments are often contaminated by inappropriately disposed antibiotic compounds and antibiotic-resistant bacteria.
In...
Antibiotic compounds are now recognized as a new class of pollutants and have been the subject of growing concern for public health. Effluents from livestock wastewater and sewage treatments are often contaminated by inappropriately disposed antibiotic compounds and antibiotic-resistant bacteria.
In this study the distribution of antibiotic-resistant bacteria in river water and discharges from sewage and livestock wastewater treatment facilities in Kyongan stream were investigated. And in order to prevent the discharge of untreated antibiotic materials and antibiotic-resistant bacteria from livestock wastewater treatment facilities, possible combination of ozone-based advanced oxidation processes (AOPs) were investigated and their performance was compared in terms of antibiotics degradation and enhanced disinfection of antibiotic-resistant bacteria.
Usually, the resistance rate was gradually increasing through the river from upstream to downstream. AMP, PG and LM turned out to have higher resistance. The discharged effluents from wastewater treatment are influencing the extent of antibiotic resistance of downstream river water.
Application feasibilities were compared between UV/O₃-based AOP combinations for the degradation of antibiotic compounds and antibiotic-resistant bacteria in livestock wastewater. In clean water, O₃/UV combination was best for antibiotics decomposition. In livestock wastewater, O₃/UV/H₂O₂ combination showed the best performance for antibiotics degradation and the removal of COD. For the disinfection of total heterotrophic bacteria and antibiotic-resistant bacteria, UV was better than ozone and UV/O₃ combination was better than UV alone.
The suggested AOPs (O₃/UV or O₃/UV/H₂O₂ processes) would be appropriate for the tertiary treatment of residual color and COD including antibiotics and for terminal disinfection after a series of biological treatment and hopefully after precipitation and filtration.
Antibiotic compounds are now recognized as a new class of pollutants and have been the subject of growing concern for public health. Effluents from livestock wastewater and sewage treatments are often contaminated by inappropriately disposed antibiotic compounds and antibiotic-resistant bacteria.
In this study the distribution of antibiotic-resistant bacteria in river water and discharges from sewage and livestock wastewater treatment facilities in Kyongan stream were investigated. And in order to prevent the discharge of untreated antibiotic materials and antibiotic-resistant bacteria from livestock wastewater treatment facilities, possible combination of ozone-based advanced oxidation processes (AOPs) were investigated and their performance was compared in terms of antibiotics degradation and enhanced disinfection of antibiotic-resistant bacteria.
Usually, the resistance rate was gradually increasing through the river from upstream to downstream. AMP, PG and LM turned out to have higher resistance. The discharged effluents from wastewater treatment are influencing the extent of antibiotic resistance of downstream river water.
Application feasibilities were compared between UV/O₃-based AOP combinations for the degradation of antibiotic compounds and antibiotic-resistant bacteria in livestock wastewater. In clean water, O₃/UV combination was best for antibiotics decomposition. In livestock wastewater, O₃/UV/H₂O₂ combination showed the best performance for antibiotics degradation and the removal of COD. For the disinfection of total heterotrophic bacteria and antibiotic-resistant bacteria, UV was better than ozone and UV/O₃ combination was better than UV alone.
The suggested AOPs (O₃/UV or O₃/UV/H₂O₂ processes) would be appropriate for the tertiary treatment of residual color and COD including antibiotics and for terminal disinfection after a series of biological treatment and hopefully after precipitation and filtration.
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