İleri oksidasyon prosesleri ile bazı ilaç kalıntılarının giderimi
Removal of some pharmaceutical residues by advanced chemical oxidation process
Yazar: GAMZE SÖNMEZ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA IŞIK
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında klasik su ve atıksu arıtım yöntemleriyle istenilen seviyelerde veya hiç giderilemeyen bazı ilaç kalıntılarının ileri oksidasyon yöntemleri kullanılarak sulardan giderilebilirlikleri araştırılmıştır.  Çalışılan ileri oksidasyon yöntemleri; Fenton (Fe2+/H2O2), H2O2, ozonlama (O3), ultraviyole (UV), ultraviyole/hidrojen peroksit (UV/H2O2), ultrases (US) ve ultrases/hidrojen peroksit (US/H2O2)'dir.  Her bir proses ile giderim verimleri karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir.  Bu prosesler ile en iyi giderim verimlerinin elde edilmesi için optimum koşulların belirlenmesi amaçlanmıştır.   Bu amaç doğrultusunda yüzey sularında ve atıksularda yaygın olarak karşılaşılan ilaç kalıntılarından Carbamazepine, Caffeine ve Paracetamol seçilmiştir. Ayrıca Caffeine'in metaboliti 1,7-Dimethylxanthine'de araştırılmıştır.  Bu çalışmada ilaç derişimleri LC-MS/MS cihazı kullanılarak ölçülmüştür.  İleri arıtım yöntemlerinden Fenton prosesin de 30 dakikalık alıkonma süresi ve pH< 3,5 değeri sabit tutularak farklı H2O2 ve Fe2+ derişimleri denenmiştir.  Her üç ilaç içinde yaklaşık %100'e varan giderimler elde edilmiştir.  Ozonlama prosesinde ise 50 L/saat gaz akış hızında, suyun doğal pH değerinde, 30 dakikalık proses süresi sonunda Paracetamol, Carbamazepine ve Caffeine ilaçları için sırası ile 0,46 mg/L, 0,46 mg/L ve 3,20 mg/L ozon derişiminde % 100 giderim sağlanmıştır. UV ile yapılan çalışmalarda yine 30 dakikalık süre sonunda yüksek giderimler sağlanmış, ancak prosesin H2O2 ile birlikte kullanılmasıyla daha kısa sürelerde her üç ilaç için %100'e yakın giderimler sağlanmıştır.  Ayrıca arttırılan H2O2 derişimlerinin giderimi daha da arttırdığı görülmüştür.  Son olarak denenen US ve US/H2O2 prosesleri ise ilaç kalıntılarının giderimi için denenen diğer yöntemler içinde en düşük giderim değerlerini vermiştir.  Suyun kendi pH değerinde, 60 dakikalık süre sonunda tek başına US ile hiçbir ilaç kalıntısı giderilemezken, US/H2O2 prosesinde 7 mg/L H2O2 derişiminde sırasıyla Carbamazepine, Caffeine ve Paracetamol için %33, %25 ve %30'luk giderim gerçekleşmiştir. Çalışmalar ilaç kalıntılarının ileri oksidasyon prosesleri ile sulardan etkin bir şekilde giderilebileceği göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Arıtım, İlaç kalıntıları, Kimyasal, Oksidasyon, Proses.

Abstract:
In this thesis work, advanced treatment methods of pharmaceutical residues that are not removed at all or very little removed by using some of conventional water and wastewater treatment methods was studied. Advanced oxidation methods studied in this thesis was followed as Fenton (Fe2+/H2O2), H2O2 alone, the use of ozone (O3), ultraviolet (UV), ultraviolet/hydrogen peroxide (UV/H2O2), ultrasound (US) and ultrasound/hydrogen peroxide (US/H2O2) processes.  Removal efficiency of each process was investigated with comparatively. Determination of optimum conditions was aimed in order to obtain the best removal efficiencies for these processes.  In accordance with this purpose, pharmaceutical residues commonly encountered in surface water and wastewater such as Carbamazepine, Caffeine and Paracetamol were selected.  In addition, one of the metabolite of Caffeine called as 1,7-dimethylxanthine has also been investigated. In this study, pharmaceutical concentrations were measured by using a LC-MS/MS instrument. In the Fenton process which is one of the advanced treatment methods, different H2O2 and Fe2+ concentrations were tested while the pH value below 3.5 and the process time as 30 minutes were kept constant. For all of three pharmaceuticals, almost up to 100% removal has been achieved. In the process of ozonation, at the end of the 30 minutes process, by applying 50 L/h gas flow rate at the natural pH of the water, 100% removals of pharmaceuticals were achieved for Paracetamol, Carbamazepine and Caffeine pharmaceuticals at 0.46 mg/L, 0.46 mg/L and 3.20 mg / L ozone concentrations, respectively. A high removal rate was reached at the end of a 30 minutes period in the UV process; on the other hand, the removal rates were achieved in a shorter period of time for all three pharmaceuticals in the UV process with H2O2.  Moreover, H2O2 concentrations were increased as the removal rates increased.  The last processes which are the US and US/H2O2 for the removal of pharmaceutical residues gave the lowest removal values comparing with other processes that had been tried before.  The US process cannot be removed any pharmaceutical residues at the end of the 60-minute period for own pH value of natural water; however, US/H2O2 process with 7 mg/L H2O2 concentration yields 33%, 25% and 30% removals for Carbamazepine, Caffeine and Paracetamol, respectively. Studies showed that pharmaceutical residues could be removed efficiently from waters by the advanced oxidation processes

Keywords: Treatment, Pharmaceutical Residues, Chemical, Oxidation, Process.