Hastane atık suyundaki ilaç etken maddelerin ozonlama prosesi ile arıtımı
Treatment of pharmaceutical active compounds in hospital wastewater by ozonation process
Yazar: MAHAMMAD MANSIMLI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAVVA ATEŞ
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Hastane atık suları ağır metaller, toksik kimyasallar, farmasötikler ve mikroorganizmalar olmak üzere pek çok kirletici içermektedir. Dünya geneline hastane atık suları çoğunlukla evsel atık su alt yapısına deşarj edilerek kentsel atık su arıtma tesislerinde (AAT) arıtılmaktadır. Ancak bu AAT'ler genellikle konvansiyonel kirleticilerin arıtımı üzerine inşa edildikleri için bu tür dirençli kirleticilerin arıtımında yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle farmasötik aktif bileşenler çevre ve insan sağlığı yönünden ciddi bir sorun teşkil etmektedir. Bu bağlamda, hastane atık sularının yerinde ön oksidasyon ile arıtımı bu çekincelerin azaltılmasında önemli bir adımdır.
Bu çalışmada, gerçek hastane atık sularında psikiyatrik ilaç, sinir uyarıcılar, analjezik ve antibiyotik grubu dahil 15 ilaç etken madde ve 15 metabolitin varlığı araştırılmıştır. Ayrıca tespit edilen farmasötik aktif bileşenlerin ozonlama (O3) ve perokson (O3/H2O2) proseslerindeki akıbetleri incelenmiştir.
 İncelenen ilaç etken madde analizleri HPLC/MS-MS cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Deneyler ozonlama prosesinde 0,05-5,0 mg O3/mg Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ), perokson prosesinde ise sabit ozon dozunda (0,1 mg O3) 0,2, 0,5 mg ve 1,0 mg H2O2/mg KOİ çalışma şartlarında yapılmıştır. Yapılan çalışmanın sonuçlarına göre; toplam analjezik ve antibiyotikler 22,9 ve 40.6 µg/L olarak belirlenmiştir. 1,5 mg O3/mg KOİ çalışma şartlarında tespit edilen tüm ilaçlar ve metabolitlerinin tamamen giderildiği tespit edilmiştir. Sülfametoksazol en düşük ozon dozunda (0,05 mg O3/mg KOİ) parçalanırken, siprofloksasin ve 2-hidroksi ibuprofen stokiyometrik olmayan ozon dozlarına nispeten direnç göstermiş ve giderim verimleri sırasıyla 0,5 mg O3/mg KOİ'de %77 ve %37 olarak belirlenmiştir. Yapılan çalışmanın sonuçlarına göre düşük ozon dozunda (0,5 mg O3/mg KOİ) karbamazepin %99,7 giderilirken, kafein için benzer giderim verimlilikleri daha yüksek ozon dozlarında (1,5 mg O3/mg KOİ) elde edilmiştir. Perokson prosesinde ise karbamazepin giderim verimliliği nispeten artış gösterse de (%20), kafein giderimi için benzer olumlu sonuç gözlemlenmemiştir. Her iki proses için mg KOİ başına oksijen oranları dikkate alındığında, ozonlama prosesinin belirlenen ilaçların gideriminde daha etkili bir proses olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, yalnız ozonlama uygulamasında 1,5 mg O3/mg KOİ oranında %48 KOİ giderimi sağlanmıştır. Bu hususta, hastane atık sularının ön oksidasyonunun hem KOİ hem ilaç yüklerinin atık su arıtma tesislerinde arıtma süreçlerine girmeden önemli seviyelerde azaltılabileceği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Hospital wastewater contains many pollutants including heavy metals, toxic chemicals, pharmaceuticals and microorganisms. It is mostly discharged to the domestic wastewater infrastructure and treated together with domestic wastewater in urban wastewater treatment plants (WWTPs) around the world. However, since these WWTPs are usually built on the treatment of conventional pollutants, they are inadequate for the treatment of such resistant pollutants. Therefore, pharmaceutical active ingredients are a serious problem for the environment and human health. In this context, on-site pre-oxidation of hospital wastewater is an important step in reducing these concerns..
In this study, the presence of 15 pharmaceutical active compounds and 15 metabolites including psychiatric drugs, neurostimulants, analgesics and antibiotics in real hospital wastewater, and their fate were investigated by ozonation (O3) and peroxon (O3/H2O2) treatment processes.
The analysis of the selected pharmaceutical active compounds was performed by HPLC/MS-MS. The experiments were carried out in ozone doses between 0.05-5.0 mg O3/mg COD in the ozonation process, and 0.2, 0.5 mg and 1.0 mg H2O2/mg COD in the peroxone process at constant ozone dose (0.1 mg O3). According to the results of the study, total antibiotics and analgesics were determined as 22.9 and 40.6 µg/L, respectively. Detected all pharmaceutical active compounds and metabolites were completely removed at 1.5 mg O3/mg COD. Sulfamethoxazole was degraded at the lowest ozone dose (0.05 mg O3/mg COD), while ciprofloxacin and 2-hydroxy ibuprofen were relatively resistant to non-stoichiometric ozone doses. The removal efficiencies of ciprofloxacin and 2-hydroxy ibuprofen were 77% and 37% at 0.5 mg O3/mg COD, respectively. According to the results of the study, carbamazepine was removed at 99.7% at low ozone dose (0.5 mg O3/mg COD), while similar removal efficiencies for caffeine were obtained at higher ozone doses (1.5 mg O3/mg COD). For peroxon process, although carbamazepine removal efficiency increased relatively (20%), similar positive effect was not observed for caffein. Considering the oxygen ratios per mg COD for both processes, the ozonation process was more effective process for the removal of the detected pharmaceutical active compounds. Furthermore, 48% COD removal was achieved at a rate of 1.5 mg O3/mg COD in ozonation alone. In this respect, it was observed that pre-oxidation of hospital wastewater can significantly reduce both COD and pharmaceutical loads without entering treatment processes in wastewater treatment plants.