Destruction of endocrine disrupting compounds in water by advanced oxidation processes: A study with ultrasound, ozone and various combinations

Abstract

Endokrin bozucu maddelerin (EBM) çevrede bulunmaları, bu maddelerin doğalyaşamda hormonal aktiviteyi taklit etme potansiyellerinden dolayı ciddi bir sağlık endişesiyaratmaktadır. Konvansiyonel su arıtma metotları ile giderilmeleri çok zor olduğundan, bumaddelerin tamamen parçalanması veya endokrin aktivitelerinin giderilmesi için uygun veetkili metotların geliştirilmesi adına kapsamlı araştırmalar yapılmaktadır. Hidroksilradikallerinin organik maddelerle yüksek reaktiviteye sahip olmasından dolayı, bu radikallerinoluşumunu temel alan ileri oksidasyon prosesleri sulardaki EBM' ler gibi problemlikirleticilerin parçalanması konusunda son yıllarda önemli ölçüde ilgi çekmiştir.Bu çalışmanın amacı, esas olarak sesüstü dalgalar ile EBM'lerin parçalanmasınınincelenmesidir. Ozonlama ve sesüstü dalgaların ozon ve/veya Fenton reaksiyonları ilekombinasyonunu içeren hibrid tekniklerde alternatif metotlar olarak değerlendirilmiştir. Testmaddeler, tanımlanmış EBM grubundan (Bisfenol-A ve Nonilfenol) ve tanımlanmamış fakatşüpheli EBM grubundan (tekstil boyası-C.I. Acid Orange 8) şeçilmiştir. Tezde vurgulanankonular şunlardır: (i) EBM konsantrasyonu, pH, ultrasonik frekans, eklenen kimyasal dozugibi operasyonel parametrelerin etkisi, (ii) reaksiyon kinetiği ve reaksiyon bölgeleri.Bütün deneysel sistemlerde ve her test koşulunda EBM parçalanmasının birinci derecekinetiğine uyduğu tespit edilmiştir. pH 6' da yapılan ozonlamanın, EBM' leri endokrinbozucu özellik göstermeyen maddelere dönüştürmede etkili bir metot olduğu görülmüştür.EBM'lerin sesüstü dalgalar ile parçalanmasının maddelerin fiziksel özelliklerine(hidrofobiklik gibi), uygulanan frekansa, ortamda bulunan çözünmüş gaz tipine ve çözeltininpH'sına bağlı olduğu bulunmuştur. Hidroksil radikal yakalayıcılarının (karbonatlar, tert-butilalkol gibi) ve hidroksil radikal kaynaklarının (Fenton, karbon tetraklorür gibi) doğru dozlardaeklenmesinin, EBM'lerin sesüstü dalgalar altında reaktivitesini kontrol etmede önemli birparametre olduğu görülmüştür. Sesüstü dalgaların ozon ile birleşimi maddelerinparçalanmasında veya mineralizasyonunda sinerjistik bir etki göstermiştir.

The presence of endocrine disrupting compounds (EDCs) in the environment is asignificant health concern due to their potential to mimic the hormonal activity in wildlife.Their elimination in water by conventional water treatment methods is very difficult, so thatextensive research has been recently devoted to the development of appropriate and effectivemethods for the complete destruction of the compounds or for removing their endocrineactivities. Due to the high reactivity of hydroxyl radicals with all organic chemicals regardlessof their complexity, advanced oxidation processes that are based on the onsite generation ofthese radicals have gained much attention in recent years for the destruction of problematicpollutants in water such as EDCs .The aim of this study was to investigate the degradability of EDCs primarily byultrasound, which is a novel technique of hydroxyl radical production. In addition, ozonationand hybrid techniques involving combinations of ultrasound with ozone and/or with Fentonreactions were also evaluated as alternative methods. The test compounds were selected froma group of well classified EDCs (Bisphenol-A and 4-n-Nonylphenol) and a group of nonclassifiedbut suspected EDCs (a textile dye-C.I. Acid Orange 8). The emphasis was on: i)effects of operating parameters such as EDC concentration, pH, ultrasonic frequency, the doseof chemical reagents; and ii) reaction kinetics and reaction sites.It was found that the rate of EDC decay was pseudo-first order in all experimentalsystems and at all test conditions. Ozonation at pH 6 was a very effective method ofconverting EDCs to products, which did not exhibit endocrine disrupting properties. Theefficiency of ultrasonic destruction of EDCs was largely related to the physical properties ofthe compounds (e.g. hydrophobicity), the applied frequency, the type of dissolved gases in themedium and the pH of the solution. Addition of OH radical sinks (e.g. carbonates, tertiarybutyl alcohol) and OH radical sources (e.g. Fenton reagents, carbon tetrachloride) at the rightdoses was a key parameter in controlling the reactivity of EDCs under ultrasonic irradiation.Combination of ultrasound with ozone induced a synergistic effect particularly for the overalldegradation or mineralization of the compounds.