Antibiyotik formülasyon atıksularının fenton-benzeri ve foto-fenton-benzeri ileri oksidasyon prosesleri ile arıtılabilirliğinin incelenmesi

Abstract

ANTİBİYOTİK FORMÜLASYON fenton-benzeri ve foto-fenton-benzeri ileri oksidasyon prosesleri ile arıtılabilirliğinin incelenmesi ÖZET Antibiyotik formulasyon atıksuları içerdikleri refrakter ve/veya toksik yapılı kimyasallar nedeniyle biyolojik arıtma sistemlerinde inhibisyona neden olduklarından, atıksu arıtma sistemlerine verilmeden önce bir ön kimyasal arıtma işlemine tabi tutulmaları gerekmektedir. Kimyasal oksidayon yöntemleri (ozonlama, ileri oksidasyon prosesleri), biyolojik olarak aynşamayan toksik ve refrakter yapılı organik madde içeren endüstriyel atıksuların ön arıtımı için önemli arıtma alternatifleri olup bazı durumlarda tek arıtma seçeneğini oluşturabilirler. Bu çalışmada refrakter ve toksik yapısı, ayrıca yaygın kullanımı nedeniyle seçilen Penisilin Prokain G (PPG) içeren sentetik antibiyotik formulasyon atıksuyunun (KOİ0 = 600 mg/L; TOK0 = 450 mg/L, BOİ5 = 53 mg/L) pH = 3'te Foto-Fenton- benzeri (Fe VH2O2/UV-A) ve Fenton-benzeri (Fe +/H202) ileri oksidasyon prosesleri ile arıtılabilirliği araştırılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde Foto-Fenton-benzeri prosesi için optimum Fe + ve H2O2 konsantrasyonları belirlenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda en iyi KOİ giderimini sağlayan Fe+ ve H2O2 konsantrasyonları sırası ile 1.5 mM ve 25 mM olarak saptanmış ve optimum Fe + : H2O2 molar oranı 1:17 olarak hesaplanmıştır. Söz konusu reaksiyon koşullarında en iyi KOİ giderim verimi Foto-Fenton-benzeri prosesinde % 56 olarak elde edilirken Fenton-benzeri prosesinde % 44 olarak bulunmuştur. Sentetik Penisilin Prokain G antibiyotik formulasyon atıksuyuna hidroksil radikal tutucu olarak 152 - 1214 mg/L konsantrasyon aralığında ilave edilen Cl` iyonları, her iki proseste de »OH radikallerinin ana oksidan olduklarının bir kanıtı olarak Foto-Fenton-benzeri prosesinde KOİ giderim veriminin % 56'dan % 17'ye, Fenton-benzeri prosesinde % 44'den % 14'e düşmesine yol açmıştır. Optimum reaksiyon koşullarında demir kaynağı olarak Fe2+ ve Fe +'ün kullanıldığı Fenton deneylerinde, Foto-Fenton prosesinde KOİ gideriminin daha hızlıgiderim verimi elde edilmiştir. Foto-Fenton-benzeri prosesinde % 42 TOK giderimi sağlanırken, Fenton-benzeri prosesinde bu değer % 35 olarak elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde Foto-Fenton-benzeri ve Fenton-benzeri prosesleri ile ön arıtılmış Penisilin Prokain G antibiyotik formülasyon atıksuyunun biyolojik arıtılabilirliği ve toksisitesinde meydana gelen değişimler incelenmiştir. Foto-Fenton- benzeri prosesi ile ön arıtma sonucunda ham atıksuyun BOÎ5/KOÎ oranı 0.1 05 den 0.45'e yükselirken, bu oran Fenton-benzeri prosesi uygulandıktan sonra 0.24 değerine ulaşmıştır. Daphnia magna su pireleri ile yapılan akut toksisite deneylerinin sonuçlarına göre hem Foto-Fenton-benzeri hem de Fenton-benzeri ön arıtma proseslerinin Penisilin Prokain G antibiyotik formülasyon atıksuyunun tam olarak detoksifikasyonunun sağlanmasında uygun oksidasyon yöntemleri olduğu sonucuna varılmıştır. Foto-Fenton-benzeri ve Fenton-benzeri prosesleri ile ön arıtılmış numuneler üzerinde yürütülmüş olan aktif çamur inhibisyon deneylerine göre her iki ön arıtma prosesi sonucunda oluşan ileri oksidasyon ara ürünlerinde herhangi bir inhibisyon etkisine rastlanılmamıştır. xı

TREATABILITY OF ANTIBIOTIC FORMULATION EFFLUENTS BY FENTON-LIKE AND PHOTO-FENTON-LIKE ADVANCED OXIDATION PROCESSES SUMMARY For the fact that antibiotic formulation effluents contain refractory and/or toxic chemicals that inhibit biological treatment systems, chemical pretreatment is required prior to discharge into sewage treatment plants. Chemical oxidation methods (ozonation, advanced oxidation processes) are an important treatment alternatives for the treatment of industrial wastewaters which include toxic and refractory organic matters and also may become individual treatment choose. In the present experimental work, treatability of synthetic antibiotic formulation effluent containing Procaine Penicillin G (PPG) (COD0 = 600 mg/L; TOC0 = 450 mg/L, BOD5 = 53 mg/L), selected as the index antibiotic due to its refractory and toxic structure and wide consumption rate, by UV-A light assisted Fenton-like (Fe VH2O2/UV-A) and Fenton-like (Fe3+/H20*2) processes have been investigated at pH = 3. In the first part of the study, optimum concentrations of the Fe3+ and H202 were obtained for the Photo-Fenton-like processes. From the experimental results, Fe+3 and H2O2 concentrations to achieve maximum COD removal rates have been determined as 1.5 mM and 25 mM, respectively. The corresponding optimum Fe3+ : H2O2 molar ratio has been found as 1 : 17. Based on the experimental reaction conditions maximum COD removal rates have found as 56 % in the Photo-Fenton-like process and 44 % in the Fenton-like process, respectively. CI` ion added to synthetic PPG antibiotic formulation effluent as an effective hydroxyl radical probe compound at varying concentrations ranging between 152 - 1214 mg/L led to a significant decrease in COD removal efficiencies from 56 % to 17 % in the Photo-Fenton-like process and from 44 % to 14 % in the Fenton-like process indicating that in both processes »OH is the major oxidizing agent. In optimum reaction conditions, separate Fenton experiments involving Fe2+ and Fe3+ as the iron sources have revealed that the overall COD removal is higher for the Photo-Fenton-like process xnalthough the COD abatement proceeded faster in the case of Photo-Fenton process. Overall TOC removal efficiencies were found as 42 % and 35 % in the Photo- Fenton-like and Fenton-like processes, respectively. In the second part of the study, biological treatability and changes in acute toxicity of the pre-treated PPG antibiotic formulation effluent was investigated. The BOD5/COD ratio increased from 0.10 to 0.45 and from 0.10 to only 0.24 after application of the Photo-Fenton-like and Fenton-like processes, respectively. Based on the results of acute toxicity tests using Daphnia magna water flea, it could be concluded that the Photo-Fenton-like and Fenton-like processes are both suitable methods for complete detoxification of synthetic PPG antibiotic formulation effluent. According to the activated sludge inhibition tests using synthetic PPG antibiotic formulation effluent being pre-treated with Photo-Fenton-like and Fenton-like processes at optimum reaction conditions, no inhibitory effect of oxidation products originating from the both pre-treatment processes, was observed. xin