Removal of imidacloprid from wastewaters by ozonation and photo-ozonation

Abstract

Mikrokirleticilerin alıcı ortamlarda yaygın olarak bulunması, konvansiyonel atıksuarıtma tesislerinin bu tür kirleticileri gideremediğini açıkça göstermektedir. Belirlikirletici ve insektisit olan İmidakloprid'in (IMI), Yeşilırmak havzasındaki çeşitliatıksu arıtma tesisinin alıcı ortamında Çevre Kalite Standartlarını (ÇKS) (0,14 μg/L,yıllık ortalama) aştığı gözlemlenmiştir. ÇKS değerinin sağlanması ve Yeşilırmakhavzasında yüzey suyu kalitesine erişilmesi için ileri arıtma yöntemlerininincelenmesi amaçlanarak ozonlama ve O3/UV prosesleriyle su ve atıksudan IMIgiderimi karşılaştırılmalı olarak ilk kez çalışılmıştır. Bu amaçla, farklı pH, ozon dozu,ozon gazı debisi, başlangıç IMI konsantrasyonu ve atıksuların IMI giderim kinetiğiüzerindeki etkileri araştırılmıştır. Yüksek pH'nın IMI ozonlamasında etkili olduğugörülmüştür. IMI gideriminde atıksu matrisinin etkisi ozonlama sırasında O3/UV'degözlemlenenden daha belirgindir. Çalışılan bütün atıksu matrislerinde, UV ışınınınOH• oluşumunu arttırmasından dolayı, IMI ve oluşan yan ürünlerin giderimindeO3/UV prosesi en iyi sonuçları vermiştir. 10 dakikalık arıtma süresince ozonlama veO3/UV yöntemleri için IMI giderimi sırasıyla %55 ve %99,5'tir. IMI giderimmekanizması, IMI'in ozona karşı dirençli olduğunu ve indirekt mekanizma yoluylaesas olarak OH• tarafından giderildiğini kanıtlamıştır. IMI ile OH• arasındaki 2.derece hız sabitleri ozonlama ve O3/UV yöntemleri için sırasıyla 2,23×1011 ve 9,08×1011 M-1s-1 olarak hesaplanmıştır. IMI giderim yolu IMI'in parçalanmasısırasında NO2 ve HNO2 kaybettiğini göstermiştir. Ayrıca, IMI'in ozonlama ve O3/UVprosesleriyle giderimi sonucunda benzer yan ürünlerin oluştuğu gözlemlenmiştir.

The widespread occurrence of micropollutants in the receiving water bodiesapparently shows that conventional wastewater treatment plants (WWTP) are notcapable to remove these compounds. Imidacloprid (IMI), which is a specific pollutantand an insecticide, exceeded Environmental Quality Standards (EQS) value (0.14μg/L, annual average) in several receiving water bodies of WWTPs in Yeşilırmakbasin. With the aim of examining advanced treatment methods to meet EQS value andto achieve good surface water quality in Yeşilırmak basin, the removal of IMI fromwater and wastewaters by ozonation and O3/UV was comparatively studied for thefirst time. To this end, kinetic study under different pH, ozone doses, ozone gasflowrates, initial IMI concentration and wastewater matrices was sought. The higherpH was effective for IMI ozonation. The water matrix effect on IMI removal was morepronounced during ozonation, than during O3/UV. For all wastewater matrices, O3/UVled to the best results in terms of both IMI and degradation by-products' eliminationsince production rate of OH• enhanced under UV irradiation. Within 10 min treatment,IMI removal efficiencies in Milli-Q water were 55% and 99.5% during ozonation andO3/UV, respectively. IMI degradation mechanism proved that it is an ozone-resistantpollutant and is mainly degraded by OH• via indirect mechanism. The second-orderrate constants of IMI reacting with OH• calculated as 2.23×1011 and 9.08×1011 M-1s-1 during ozonation and O3/UV, respectively. The IMI degradation pathway showed thatIMI lost NO2 and HNO2. In addition, similar by-products were determined after IMItreatment by ozonation and O3/UV.