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III. 인체용의약품 사전환경위해성평가제도 도입·운용 사례

3.1.3. 하수처리장 제거율

의약성분이 포함된 생활하수나 공장폐수, 병원폐수, 축산폐수 등은 하 수처리장으로 유입되어 침전, 활성슬러지처리, 생물처리, 고도처리, 소독 등의 절차를 거쳐 방류수를 통해 공공수역으로 유출된다(한국상하수도협 회, 2011). 물환경에 존재하는 의약성분의 농도는 하수처리장에서 얼마 나 제거되는지에 따라 결정되며, 하수처리장에서 의약성분이 제거되는 비율은 성분의 특성에 따라 달라진다. Sim et al(2011)은 하수처리장 유 출수에 포함되는 성분들은 유입농도가 높고 물환경에서 지속성이 있으며, 쉽게 분해되지 않는 성질을 가지고 있다고 분석하고 있다.

하수처리장은 주로 부유물이나 고형물, 유기물 등 전통적인 오염물질 을 제거하기 위함에 초점이 맞춰져 왔기 때문에, 미량으로도 영향을 미 칠 수 있는 관심오염물질(CECs)를 처리하기 위한 목적으로는 운영되지 않고 있다(Sim et al., 2010). 우리나라의 하수도 시설에 대한 설계, 건

설과정의 표준 기준인 「하수도시설기준」에서도 의약성분이나 미량 유 해물질에 대한 시설기준은 찾을 수 없다(한국상하수도협회, 2011).

Wang et al(2016)은 물환경에서 의약성분이 검출되는 이유가 전통적 인 생물학적 하수처리장의 처리능력이 낮기 때문이라고 보고 있으며, 하 수처리장에서 의약성분이 잘 제거되지 않는 이유는 1) 하수처리장 처리 공정에서 의약성분을 분해할 수 있는 세균이 부족하거나 신진대사가 저 조하기 때문이고, 2) 유입수의 의약품 농도가 낮은 경우 생분해성이 떨 어지기 때문인 것으로 추정하고 있다. 이런 이유로, 전통적인 수처리 공 법인 활성슬러지 시스템(activated sludge system)은 의약품 성분을 효 과적으로 처리하지 못하는 것으로 알려져 있다(Wang et al., 2016). 우 리나라에서도 의약성분의 하수처리장 제거효율이 낮음을 보고하는 연구 가 발표되고 있다. 김현욱(2011)에 따르면 고도산화처리시설이 갖추어 져 있는 경우에는 내분비계장애물질이나 의약성분과 같은 미량 유기물의 효과적인 처리가 가능하지만, 현재 우리나라 대부분의 처리시설에서는 이러한 고도처리시설을 갖추고 있지 않기 때문에 난분해성 물질이 거의 처리되지 않고 수계로 방류되고 있다.

하수처리장의 의약성분 처리효율은 성분마다 다르지만, 20%에서 80%

사이로 알려져 있다(Owens, 2015; King, 2017). 성분별로 살펴보면, Joss et al(2006)이 스위스에 위치한 활성슬러지공법 하수처리장과 멤 브레인바이오리엑터공법 하수처리장에서 총 25종의 잔류 의약물질 농도 를 측정한 결과, 17-β-Estradiol, Estrone, Paracetamol, Ibuprofen이 제거율 90% 이상을 보였고, Carbamazepine, Tonalide, Diazepam, Galaxolide는 전혀 제거되지 않는 물질군이었다. Carbamazepine은 하 수처리장 방류수에서 가장 빈번하게 검출되는 의약성분인데, 생분해성 및 생물학적 처리과정에 저항성이 있기 때문에 제거효율이 23% 정도로

낮으며 심지어 유입수보다 유출수에서 농도가 더 높은 경우도 있었다 (Wang et al., 2016). Deblonde et al(2011)은 44개 논문에서 50개 의 약물질에 대한 하수처리장 유입·유출농도를 찾아 처리효율을 분석하였 는데, 활성슬러지 공법을 사용한 하수처리장에서 프탈레이트 제거율은 90% 이상을 보였고, 항생제는 50%, Bisphenol A는 70%의 처리효율을 보였다. 항생제의 일종인 Trimethoprim의 평균 처리효율은 40~50%로 낮았고, NSAIDs, 베타차단제, 진통제 성분도 30~40%의 처리효율을 보 였다. Szymonik et al(2017)이 하수처리장 방류수에 포함된 의약성분에 관한 논문을 분석한 결과, Diclofenac, Clofibric acid, Carbamazepine 등의 평균 제거율이 각각 40%, 26~50%, 10%로 나타나 하수처리장에 서 제거가 어려운 물질인 것으로 드러났다.

생분해가 가능한 의약성분이 대량 함유된 폐수의 경우에는 수리학적 체류시간(SRT)을 길게 하고, 생분해가 가능하지 않은 의약성분을 함유 한 폐수의 경우에는 고도산화처리과정(Advanced Oxidation Process, AOP)을 도입하는 등 유입되는 폐수의 의약성분 구성에 따라 효율적인 수처리 공법을 도입하는 것이 필요하며, 미생물군집의 역할에 대한 연구 가 필요하다(Wang et al., 2016). 또한 하수처리장에서 의약성분의 제거 율을 높이기 위해서는 의약성분의 물리화학적 특성과 생분해 과정에 대 한 이해가 증진될 필요가 있다(Wang et al., 2016). 일반적으로 반응조 부피를 나누어 단계적으로 운영하게 되면 제거 효율이 향상될 수 있다고 알려져 있다(Joss et al., 2006).

그러나 고도처리기법을 사용한다고 해도 의약성분의 제거율이 높지 않 다는 연구도 존재한다. Tarpani and Azapagic(2018)는 고도처리기법 가운데 과립활성탄(GAC), 나노여과막(NF), 태양광펜톤(SPF), 오존처 리(Ozonation) 공법을 도입한 하수처리장 방류수와 고도처리기법을 도

입하지 않은 하수처리장 방류수에 대해 비교독성지수(Comparative Toxic Units, CTUe)를 추정한 결과, GAC, SPF, Ozonation 공법에서는 각각 65%, 85%, 75%의 제거효율을 확보해야 고도처리기법을 도입하지 않은 하수처리장과 CTUe가 같아질 수 있었으며, NF 공법에서만 모든 가동환경에서 고도처리기법을 도입하지 않은 하수처리장보다 CTUe가 낮은 것으로 추정되었다. 또한, 효율적인 공법으로 알려진 나노여과, 오 존처리, 염소처리, 광분해 등의 처리방법이라도 분해된 부산물이 독성을 가질 가능성이 있고, 어떤 의약물질은 완전 분해되지 않기도 하며 (Mompelat et al., 2009), 오존 처리 또는 활성탄처리와 같은 선진화된 수처리 기법으로도 의약성분은 잘 처리되지 않고 환경 중으로 배출될 가 능성이 있다(Jones et al., 2005). 1990년대부터 환경 중 의약성분에 대 해 연구해 온 독일 로이파나 대학교 Klaus Kümmerer 교수는

“어떤 고

도처리공법으로도 모든 화학성분을 제거할 수 없다

50고 이야기하고 있 다(King, 2017).