Comparative assessment of UV advanced oxidation processes: degradation of iodinated contrast media and fate of iodine

Abstract

Iodinated contrast media (ICM) are widely used in X-ray imaging, and are detected in surface water, groundwater, wastewater, and soil due to their resistance to water treatment. Conventional wastewater treatment plants and drinking water treatment plants remove ICMs with less than 65% efficiency, and toxic byproducts such as iodinated disinfection byproducts may form when reactive iodine species (RIS: I2, I3 , HOI) react with natural organic matter (NOM). Recently, AOPs utilizing 254 nm UV (UV AOPs) have shown promising removal efficiencies towards several ICM. However, the problems of UV AOPs still entail – possibilities of toxic byproducts formation during AOP treatment, or during post-chlorination. In this study, various UV AOPs are examined, while using peroxymonosulfate (PMS), peroxydisulfate (PDS), hypochlorite (NaOCl), and hydrogen peroxide (H2O2) as oxidants. Along with these single-oxidant processes, mixed-oxidant processes were also tested. Diatrizoate, iohexol, and iopamidol were selected as model compounds for ICM. Degradation efficiencies of these ICMs were analyzed, along with speciation of inorganic iodine (iodide, RIS, iodate) and further, formation of iodinated trihalomethanes (I-THMs) and iodinated haloacetic acids. (I-HAAs). The correlation between RIS concentrations and I-THM / I-HAA formation will be addressed.

아이오딘화 조영제(iodinated contrast media, ICM)는 X선 영상의학에 보편적으로 사용되고, 많은 사용량으로 인해 병원하수, 지표수, 지하수, 토양 등에서 검출된다. 그러나 현재 정수처리장 및 및 하수처리장에서의 제거 효율은 65% 이하로 낮으며, 수처리 과정에서 생성될 수 있는 reactive iodine species(RIS: I2, I3-, HOI)가 용존유기물(NOM)과 반응하여 아이오딘화 소독부산물이 생성될 수 있다. 최근에는 254 nm의 UV를 이용한 고도산화공정에서 ICM의 높은 제거율에 대한 가능성이 보고되었으나, 여전히 처리 도중 또는 후소독처리 시 소독부산물이 생성되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 254 nm UV와 함께 peroxymonosulfate(PMS), peroxydisulfate(PDS), hypochlorite(NaOCl), hydrogen peroxide(H2O2) 등의 산화제를 이용한 여러 고도산화공정의 적용 가능성을 검토한다. 산화제를 단독 또는 배합하여 설계한 고도산화공정에서 ICM을 효과적으로 분해하고, 분해 후 존재하는 아이오딘 종들의 분포를 iodide (I-), RIS, iodate (IO3-)로 범주를 나누어 파악한다. 이들로 인해 처리수에서의 생성될 수 있는 아이오딘화 trihalomethanes (I-THM)와 아이오딘화 haloacetic acids (I-HAA)의 발생량 및 소독부산물 생성 포텐셜을 공정별로 구하고, 이들의 농도와 RIS 농도의 연관성을 탐구한다.