技術資料
紫外線を利用した水環境中に含まれる医薬品の除去効果について(その1)
光応用事業部 光応用開発部 ソフトエンジニアリング課
京都大学大学院 工学研究科 金 一昊
キーワード
PPCP，物理化学的処理，下水二次処理水，紫外線
1．研究背景
我々が日常的に使っている抗生物質や解熱鎮痛剤などの医薬品が数ng/ℓから数百μg/ℓの濃度で下水処理水や河川水に存在していることが明らかになってきている1)。
このような医薬品のうち，抗生物質のClarithromycin(クラリスロマイシン，化学式:C₃₈H₆₉NO₁₃，分子量:747.96)などの物質は水中の細菌や藻類などに，発育や成長を阻害する生態毒性を及ぼす恐れがあると報告されている2)。これらの環境中に存在している医薬品は下水処理場からの放流水が主な発生源と推定されている。
したがって，水処理工程ごとの医薬品の除去性能を把握するため，生物処理，膜処理，活性炭吸着，紫外線処理，塩素処理，そしてオゾン処理などに関して研究が精力的に行われている。この既存の水処理工程のうち，下水処理水の消毒のため下水処理施設で最近設置が進められている紫外線処理によって医薬品がどの程度まで除去されるのかに興味が持たれる。
そこで，本研究ではヨーロッパや日本などでその検出が報告されている医薬品のうち30種を選定し，紫外線による対象医薬品の除去特性を把握することを目的とした。今回は純水における紫外線の出力波長の影響についての検討や，実際の下水二次処理水を用いた紫外線処理による除去特性の検討を行った。
2．実験方法
2.1 実験装置
図1 反応槽の概略図
紫外線処理は，内径30cm，高さ1,087cmで，有効容積25ℓのステンレス製の円筒の反応槽(図1)を用いて回分式の処理実験を行った。試験水の攪拌は反応槽の上部に攪拌装置(トルネードスタンダード(SM-103))を付け，300rpmで試験水を攪拌させた。
2.2 紫外線ランプ(UVランプ)
今回の実験で用いた紫外線ランプのUV出力と波長特性を表1に示す。
| ランプ | UV出力 | 特徴 |
|---|---|---|
| ランプ1 | 10.0W (低圧) |
254nm波長の輝線中心にUVを出力し、185nm波長付近のUVも出力する低圧水銀ランプ |
| ランプ2 | 8.0W (低圧) |
254nm波長の輝線中心にUVを出力する低圧水銀ランプ |
| ランプ3 | 18.25W (高圧) |
365nm波長の光を中心にUV以外の光も含む連続光を出力する高圧水銀ランプ |
2.3 試験水
試験水のpH調整は，K₂HPO₄溶液とNaH₂PO₄溶液を混合して製造した1Mのリン酸緩衝液数mℓ～数10mℓを添加してpHを7.0±0.1に調整し，恒温装置で試験水温度を20℃に調整した。
試験水には純水(超純水)と下水二次処理水を用いて，それぞれに対象医薬品を混合した。
(a) 純水を用いた時の試験水調整
試験水は各医薬品をメタノールやアセトンなどに溶かして1,000mg/ℓの濃度に調整した溶液(=ストックソリューション)を用いて調整した1ℓの対象医薬品の原液と21ℓの純水とを混合する方法で，最終濃度が約10-100μg/ℓになるように調整した。
(b) 下水二次処理水を用いた時の試験水調整
試験水は下水二次処理水をガラスフィルターでろ過したろ過水21ℓとストックソリューション1ℓを混合させて，最終濃度が約10-100μg/ℓになるように調整した。
- 注) 日常で使用している医薬品や化粧品をPPCP(=Pharmaceuticals and Personal Care Product)と略す。
参考文献
- 清野敦子，古荘早苗，益永茂樹：わが国の水環境中における人用・動物用医薬品の存在，Journal of Japan Society on Water Environment，Vol.27，pp.685-691(2004).
- 八十島誠，山下尚之，中田典秀，小森行也，鈴木 穣，田中宏明：下水処理水中に含まれるレボフロキサシン，クラリスロマイシンの分析と藻類生長への影響，水環境学会誌，Vol.27，No.11，pp.707-714(2004).
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