TOC 변화

플라즈마 처리에 의한 각 항생제의 무기질화를 평가하기 위하여, 유입가스로는 건조공기와 순산소를 사용하여 가스의 유량은 0.5 L/min, 인가전압은 20.1 kV로 일정 하게 유지시킨 후 처리시간에 따른 TOC 제거율을 Fig. 24에 나타내었으며, 이 때 항생제 용액 중의 각 항생제의 초기농도는 50 mg/L로, STZ, SMT, SMZ, ENR 및 CIP의 이론적인 TOC 농도는 각각 21.2, 25.9, 23.7, 31.7 및 30.8 mg/L이다. Fig. 24에 보여지는 바와 같이, TOC 제거율은 건조공기의 경우 처리시간이 증가함에 따라 직선적으로 증가하였으며, 순산소의 경우에는 처리시간이 약 40 min이 경과할 때 까지는 급격히 증가하였으나 그 이후에는 완만하게 증가하는 경향을 타나내었다.

건조공기의 경우, 60 min의 처리 후 STZ, SMT, SMZ, ENR 및 CIP의 TOC 제거율은 각각 10.9, 16.3, 12.1, 22.0 및 19.8%로 각 항생제의 분해에 의한 무기질화정도는 매우 낮은 것으로 나타났고, 순산소의 경우에는 각각 34.7, 24.2, 24.3, 38.2 및 50.2%로 건조공기에 비하여 다소 높은 결과를 보였으며, 대체적으로 sulfonamide계보다는 fluoroquinolone계 항생제가 TOC 제거율은 약간 높은 것으로 나타났다.

Gonçalves 등¹⁰⁵⁾은 탄소재료를 촉매로 사용한 SMZ의 오존산화에 관한 연구에서 오존산화와 촉매 오존산화를 비교한 결과 SMZ의 분해에는 영향을 미치지 않지만, TOC제거율에 있어서는 촉매 오존산화가 오존산화보다 효과적이며, MWCNTs (multi-walled carbon nanotubes)를 촉매제로 사용하였을 때는 35%에 그쳤지만 활 성탄을 사용하였을 때에는 약 45%에 이른다고 보고하였다. Peˊrez-Moya 등¹⁰⁶⁾은 photo-fenton을 이용한 SMT(C0: 50 mg/L)의 분해에 관한 연구에서 SMT는 5 min만에 분해가 완료되었지만, TOC 제거율은 60 min의 반응시간에도 불구하고 55 %에 불과하며, fenton 시약, UV 등 여러 가지 변수의 변화에 따라 달라진다고 보고하였다. 본 연구에서도 유입가스의 종류에 따라 TOC 제거율은 달라졌으며, 각 항생제는 60 min의 처리시간 내에서 모두 분해되었으나 TOC 제거율이 50 %미만에 불과한 것은 각종 분해산물과 완전한 무기질화가 일어나기 전의 마지막 단계에서 생성되는 acetic acid, formic acd 및 oxalic acid 등과 같은 저분자량의 유기산때문인¹⁸⁾ 것으로 사료된다. 또한 상기 연구에서 fluoroquinolone계 항생제인 ENR과 CIP는 분해속도가 낮은 것으로 나타났으나 TOC 결과에서 높은 제거율을 보이는 것으로

보아 원래의 화합물 및 초기의 분해산물은 플라즈마에 의한 분해를 어렵게 하나 계속적인 반응에서는 무기질화 반응을 빠르게 진행하는 것으로 사료된다. 그러나 sulfonamide계는 원래의 화합물에 대해서는 분해를 빠르게 하나 생성되는 중간분해 산물의 무기질화 반응은 fluoroquinolone계보다는 느리게 진행되는 것으로 판단된다.

(a)

Fig. 24. TOC removal with the degradation of antibiotics when each of dry air (a) and pure oxygen (b) was used as a working gas (gas flow rate: 0.5 L/min, applied voltage: 20.1 kV, initial concentration: 50 mg/L).