Investigation of removal of various antibiotic compounds from synthethic and hospital wastewaters by advanced oxidation processes

Bu çalışmada, ileri oksidasyon prosesleri ile antibiyotik içeren hastane atıksuları ve sentetik atıksuların arıtılabilirliği araştırılmıştır. İOP'ler için deneysel tasarımların gerçekleştirilmesinde analizlerin basitleştirilmesi ve hesaplamaların sadeleştirilmesi açısından Taguchi'nin L25 (ham atıksu) ve L9 ortogonal (sentetik atıksu) deneysel tasarım yöntemlerinden yararlanılmıştır. Hastane atıksularında sefalosporin ve penisilin grubuna ait antibiyotik bileşiklerin tespiti yapılmış ve bu atıksuların; Fenton, UV/H2O2 ve O3/UV/H2O2 prosesleri ve sentetik atıksuların; Fenton, UV/H2O2 ve O3/H2O2 prosesleri için parametre optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ham atıksu için gerçekleştirilen çalışmada: Fenton prosesi için, 0,7 mM H2O2 ve 0,3 mM Fe+2 ile pH 4 koşullarındaki proses en iyi sonucu vermiş, % 91,8 KOİ ve % 70,8 TOK giderim oranları elde edilmiştir. UV/H2O2 prosesleri için, 3,7 mM H2O2 ile 30 dakika UV reaksiyon süresi şartlarında en iyi sonuçlar olarak; % 91,8 KOİ ve % 91 TOK giderim verimleri elde edilmiştir. O3/UV/H2O2 prosesleri için, 0,7 mM H2O2 ile 90 dakika reaksiyon süresi şartlarında en iyi sonuç olarak; % 89 KOİ ve % 64,5 TOK giderim verimleri gözlenmiştir. Sentetik atıksu için gerçekleştirilen çalışmada Fenton prosesi için optimum koşullar olan pH 3, Fe2+: 1mM, H2O2: 40mM şartlarında; % 86,26 KOİ, % 67,5 TOK ve % 99,7 antibiyotik etken madde giderimleri tespit edilmiştir. UV/H2O2 prosesi için optimum koşullar olan pH: 3,25; H2O2 kons.; 20mM ve UV oksidasyon süresi: 30 dak. da; % 45 KOİ ve % 47,3 TOK giderimleri ve % 98,4 antibiyotik etken madde giderimi elde edilmiştir. O3/H2O2 prosesi için optimum koşullar olan pH 7, H2O2: 100 mM ve reaksiyon süresi: 30 dak. şartlarında; % 36,9 KOİ ve % 29,8 TOK giderim oranları ve % 97,9 antibiyotik etken madde giderimi tespit edilmiştir. Çalışma sonuçlarına göre Taguchi deneysel tasarımıyla optimizasyon metodu, kısa sürede yüksek verimliliklerin eldesi ve analizlerin sadeleştirilerek basitleştirilmesi nedeniyle antibiyotik içeren ham atıksular ve sentetik atıksuların arıtımı için ileri oksidasyon proseslerinin tasarımında oldukça yararlı bulunmuştur.In this study, treatability of hospital wastewaters and synthetic wastewaters containing antibiotics with advanced oxidation processes was investigated. For the experimental designs of İOPs, Taguchi's L25 (real wastewater) and L9 orthogonal (synthetic wastewater) experimental design methods were used for simplification of the analysis and calculations. First, antibiotic compounds of cephalosporin and penicillin group were determined in hospital wastewaters. Then optimization of parameters for the Fenton, UV/H2O2 and O3/UV/H2O2 processes for the hospital wastewaters and Fenton, UV/H2O2 and O3/H2O2 processes for the synthetic wastewaters were carried out. For the hospital wastewater: for the Fenton processes under the conditions of pH 4 with 0,7 mM H2O2 and 0,3 mM Fe+2; %91,8 COD and % 70,8 TOC removal efficiencies were obtained as the best results. For the UV/H2O2 processes with 3,7 mM H2O2, for 30 min. UV reaction time; 91,8 % COD and 91% TOC removal efficiencies were obtained as the best. For the O3/UV/H2O2 processes the best results were; 89 % COD and 64,5 % TOC removal efficiencies in the reaction time of 90 minutes with 0,7 mM H2O2. For the synthetic wastewater, for the Fenton processes at the conditions of pH 3, Fe2+: 1 mM, H2O2: 40 mM; 86,26 % COD, 67,5 % TOC and 99,7 % antibiotic active substance removals were determined. For the UV/H2O2 processes, pH 3,25, H2O2 conc.: 20 mM and UV reaction time: 30 min. considered as optimum conditions for 45% COD, 47,3 % TOC removal efficiencies and 98,4 % antibiotic active substance treatment. Optimum conditions for the O3/H2O2 processes were pH 7, H2O2: 100 mM and the reaction time of 30 min. and 36,9 % COD, 29,8 % TOC removal rates and 97,9 % antibiotic active substance removal were determined. According to the results of the study, the optimization method with Taguchi's experimental design was found to be very useful in design of the advanced oxidation processes for treatability of raw wastewaters and synthetic wastewaters containing antibiotics, due to the simplification of the analysis and calculations for obtaining high yields in a short time