تعیین کارایی فرایندهای فرات/پراکسی منوسولفات و فرات/هیدروژن پراکسید برای حذف آنتی بیوتیک سولفامتوکسازول از پساب تصفیه خانه فاضلاب شهری

Abstract

ورود مواد دارويى و آنتى¬بيوتيك¬ها و همچنين متابوليت¬هاى آنها از طریق فاضلابهای شهری و صنعتی به محيط-هاى آبى در سال¬هاى اخير نگرانى¬هاى زيادى را به دنبال داشته است. فرايندهاى اكسيداسيون پيشرفته (AOPs) به دليل تولید رادیکال‌های آزاد و قدرت بالاي اكسيداسيون، در سال¬های اخیر توجه محققین بسياری را به خود جلب کرده ¬است. اين فرآيندها به دلیل پتانسيل اكسيداسيون بالا و غيرانتخابى بودن كارايى زیادی در حذف تركيبات آلى دارند. بنابراین، هدف اصلی این مطالعه بررسی کارایی فرایند‌های فرات پتاسیم/ پراکسی منوسولفات و فرات پتاسیم /پراکسید هیدروژن در حذف آنتی¬بیوتیک سولفامتوکسازول(SMX) از پساب ثانویه بود. در این مطالعه تاثیر متغیرهایpH ( محدوده 3-9)، زمان واکنش (90-0 دقیقه)، غلظت اولیه عوامل اکسید‌کننده ]فرات (10-0 میلی‌گرم بر لیتر)‌، H2O2 (30-0 میلی‌گرم بر لیتر)، نسبت مولی فرات به PMS (1:10-‌1:2) و نسبت مولی فرات به H2O2 (5/5-1:1/1:7) [ و غلظت‌های متفاوت آنتیبیوتیک در راندمان حذف فرآیندهای مزبور مورد بررسی قرار گرفت. برای اندازه گیری غلظت‌های باقی مانده SMX از دستگاه HPLCمجهز به دتکتور UV در طول موج 270 نانومتر استفاده گردید. پس از تعیین شرایط بهینه متغیرها، سینتیک تجزیه و میزان معدنی‌سازی آنتی‌بیوتیک مورد بررسی قرار گرفت. اندازه گیری محصولات نهایی نظیر نیترات و سولفات و همچنین مقدار اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) با استفاده از روش‌های استاندارد آب و فاضلاب انجام گردید. در نهایت محصولات میانی حاصل از فرایندهای اکسیداسیون نیز توسط دستگاه LC-MS/MS شناسایی گردید. تجزیه و تحلیل داده‌ها نیز با استفاده از نرم افزارهای (2016) Excel و (3.2.2) R انجام گرفت. نتایج حاصل از فرآیندهای Fe (VI)و H2O2 به ترتیب 32/45 درصد و 31/33 درصد حذف SMX را نشان داد. راندمان حذف كامل (100٪) SMX در غلظت 2200 ميكروگرم بر ليتر توسط فرآيند PMS / Fe (VI) در pH 5 و 25 دقيقه (شرايط بهينه) بدست آمد. با توجه به فرآیند Fe (VI) / H2O2، راندمان حذف پس از 90 دقیقه 81.77٪ بود. . همچنین مشخص شد که زمان‌، نسبت مولی و pH اثر معنی‌داری در تخریب SMX در هر دو فرآیند دارد. همچنین نتایج نشان داد که میزان حذف SMXنسبت به TOC بیشتر است. حذف TOC و معدنی سازی نیز نشان داد که راندمان حذف SMX بالاتر از معدنی سازی بود. بالاترین ثابت سرعت تجزیه آنتی¬بیوتیک در pH برابر 3بوده و برای هر یک از فرایند¬های Fe (VI)و H2O2 به ترتیب برابر 2-10 ×99/1 و‌ 3-10 ×3/4 (min-1) ‌بود. در مورد فرایند‌های PMS/Fe(VI) و H2O2/‌Fe(VI) نیز سرعت حذف به ترتیب برابر ‌ 2-‌10×8/4 و 2-10× 95/1 (min-1) بود. هشت ترکیب در فرایند Fe(VI) مشخص شد، در حالی که در فرآیند (Fe(VI) /PMS، در دو زمان نمونه برداری در 2 و 10 دقیقه ، 12 و 14 ترکیب به عنوان محصولات میانی تخریب SMX شناخته شدند. مهمترین مکانیسم تجزیه در فرآیند‌ Fe (VI) اکسیداسیون و هیدروکسیلاسیون بود همچنین در فرآیند Fe (VI)/PMS، رادیکال سولفات مهمترین عامل در تجزیه SMX و تولید محصولات واسطه بود. به طور کلی‌، نتایج آزمایشات نشان داد که فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته مبتنی بر Fe(VI) می‌تواند به عنوان یک روش تصفیه مؤثر برای از بین بردن SMX از محیط آبی استفاده شود. همچنین در مقایسه فرایندهای ذکر شده، فرایند PMS/ Fe (VI)با توجه به کارايي حذف بالاتر نسبت به سایر فرایندهای استفاده شده در این مطالعه به عنوان يک روش موثر و سريع جهت حذف آنتی¬بیوتیک¬ها از محیط¬های آبی پیشنهاد می-گردد.