Electrochemical treatment of pharmaceutical compounds from wastewater

Abstract

Bu tezde, atık sudan farmasötik bileşiklerin gideriminde elektrokimyasal arıtmanın etkinliğinin araştırılması amaçlanmıştır. Farmasötik bileşikler, insani ve veterinerlik amaçlı kullanılan ve tamamen arıtılamayan organik veya inorganik bileşikler olarak tanımlanır. Dirençli yapıları nedeniyle yüzeysel su kaynkaları, yeraltı suyu, toprak ve kanalizasyon sistemleri gibi farklı çevresel ortamlarda birikme eğilimi gösterirler. Farmasötik bileşikler, farklı su ortamlarında mikro veya nano-g/L konsantrasyon aralığında bulunurlar. Bu çalışmada, bir evsel atıksu arıtma tesisi girişinden alınan evsel atıksudan beş farklı bileşiğin (asetaminofen, klaritromisin, eritromisin, trimetoprim ve sülfametoksazol) giderimi, atıksuyun başlangıç pH'ı, uygulanan akım yoğunluğu ve elektroliz süresi gibi farklı deneysel koşullar altında test edilmiştir. Deneylerde anot ve katot malzemesi olarak demir ve alüminyum elektrotlar kullanılmıştır. Prosesin verimliliği, LC-MS/MS analizinde elde edilen kromatografik analiz ile ölçülmüştür. Çalışma sonucunda pH değişiminden en çok etkilenen bileşiğin eritromisin olduğu ve pH değişiminin giderim verimliliği üzerinde en etkili parametre olduğu sonucuna ulaşılmıştr. Ayrıca, aynı alt sınıfa ait bileşiklerin giderim verimliliğinin benzer olduğu gözlemlenmiştir. Optimum koşullar olarak her iki elektrot için pH 8 ve akım yoğunluğu 90 A/m2 olarak belirlenirken, optimum elektroliz süresi olarak ise demir ve alüminyum elektrotlar için sırasıyla 15 ve 25 dakika belirlenmiştir. Demir elektrotlar için, asetaminofen, klaritromisin, eritromisin, trimetoprim, sülfametoksazol'ün optimum koşullarda giderim verimleri sırasıyla %89,73, %74,84, %63,10, %81,49 ve %99,13 olarak bulunmuştur. Alüminyum elektrotlar için ise, asetaminofen, klaritromisin, eritromisin, trimetoprim, sulfametoksazol'ün optimum koşullarda giderim verimleri sırasıyla %88,88, %71,99, %92,23, %81,58 ve %98,96 olarak bulunmuştur.In this thesis, it is aimed to investigate the efficiency of electro-chemical treatment on the removal of pharmaceutical compounds from wastewater. Pharmaceutical compounds are defined as organic or inorganic compounds that are used for human and veterinary purposes and that are unavailable to be treated completely. Because of their resistant structure, they tend to accumulate in different environmental matrices like surface water, ground water, sludge, soil, sewerage. Pharmaceutical compounds are found in aquatic environments in the range of micro- or nano-g/L concentrations. In this study, the treatment of five different compounds (acetaminophen, clarithromycin, erythromycin, trimethoprim and sulfamethoxazole) in domestic wastewater taken from a domestic wastewater treatment plant influent was investigated by changing operational conditions which are initial pH of wastewater, applied current density, and electrolysis time. In the experiments iron and aluminum electrodes were used as anode and cathode material. The efficiency of the process was measured by chromatographic analysis obtained in LC-MS/MS analysis. It was observed that pH was the most influential parameter on the removal efficiency with the most affected compound erythromycin. Another observation was that the compounds belonging to same subclass have shown similar removal trend. As optimum conditions, pH 8 and current density of 90 A/m2 were defined for both electrodes. On the other hand, optimum electrolysis time was defined as 15 and 25 min for iron and aluminum electrodes, respectively. For iron electrodes, the removal efficiencies of acetaminophen, clarithromycin, erythromycin, trimethoprim, sulfamethoxazole at optimum conditions were 89.73%, 74.84%, 63.10%, 81.49%, and 99.13%, respectively. For aluminum electrodes, the removal efficiencies of acetaminophen, clarithromycin, erythromycin, trimethoprim, sulfamethoxazole at optimum conditions were 88.88%, 71.99%, 92.23%, 81.58% and 98.96%, respectively.