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水の再利用を目的としたUV/HOによる新興懸念汚染物質の分解。キネティクス、メカニズム、細胞毒性解析
Degradation of contaminants of emerging concern by UV/HO for water reuse: Kinetics, mechanisms, and cytotoxicity analysis.
PMID: 32097806 DOI: 10.1016/j.watres.2020.115587.
抄録
水の再利用を目的とした排水中の新興懸念物質(CECs)の分解には、紫外線と過酸化水素(UV/HO)を用いた高度酸化が広く適用されている。本研究では、ビスフェノールA,エストロン,ジクロフェナク,イブプロフェン,トリクロサンを含む混合CECのUV/HOによる分解速度を、HO濃度を変化させた条件下で調べた。オレンジ郡水道局の地下水補充システム(GWRS)の飲料水再利用プロジェクトから逆浸透膜(RO)処理水サンプルを異なる日付で収集し、UV/HOの適用を評価するために化学物質(CECsとHO)をスパイク添加した反応マトリックスとして利用した。高分解能質量分析法による形質転換生成物(TP)の同定に基づき、選択されたCECの分解経路を提案した。毒性評価では、UV/HOによるCECの分解に起因する環境への影響を評価するために、細胞毒性,アリール炭化水素受容体結合活性及びエストロゲン受容体結合活性を評価した。Milli-Q水中の混合CECを高紫外線照射量(3200mJcm)のUV/HOで分解すると、細胞毒性及びエストロゲン活性が有意に低下した。しかし、2017年4月に採取したGWRSのRO処理水サンプルでは、UV/HO処理後のスパイク状CEC混合物の細胞毒性とエストロゲン活性は有意に除去されなかった。本研究の目的は、UV/HO後のCECsとTPsが細胞レベルでの人間と生態系の健康に与える影響についての洞察を提供することである。
Advanced oxidation using UV and hydrogen peroxide (UV/HO) has been widely applied to degrade contaminants of emerging concern (CECs) in wastewater for water reuse. This study investigated the degradation kinetics of mixed CECs by UV/HO under variable HO doses, including bisphenol A, estrone, diclofenac, ibuprofen, and triclosan. Reverse osmosis (RO) treated water samples from Orange County Water District's Groundwater Replenishment System (GWRS) potable reuse project were collected on different dates and utilized as reaction matrices with spiked additions of chemicals (CECs and HO) to assess the application of UV/HO. Possible degradation pathways of selected CECs were proposed based on high resolution mass spectrometry identification of transformation products (TPs). Toxicity assessments included cytotoxicity, aryl hydrocarbon receptor-binding activity, and estrogen receptor-binding activity, in order to evaluate potential environmental impacts resulting from CEC degradation by UV/HO. Cytotoxicity and estrogenic activity were significantly reduced during the degradation of mixed CECs in Milli-Q water by UV/HO with high UV fluence (3200 mJ cm). However, in GWRS RO-treated water samples collected in April 2017, the cytotoxicity and estrogen activity of spiked CEC-mixture after UV/HO treatment were not significantly eliminated; this might be due to the high concentration of target CEC and their TPs, which was possibly affected by the varied quality of the secondary treatment influent at this facility such as sewer-shed and wastewater discharges. This study aimed to provide insight on the impacts of post-UV/HO CECs and TPs on human and ecological health at cellular level.
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