عملکرد بیوراکتور دیسک‌های بیولوژیکی چرخان در تصفیه فاضلاب حاوی آنتی‌بیوتیک سولفامتوکسازول

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای مهندسی عمران- محیط زیست، شرکت مهندسین مشاور فن آوران آب سازه ایرانیان، بابل، ایران

2 استادیار گروه مهندسی عمران، واحد قائم‌شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائم‌شهر، ایران

3 کارشناس ارشد مهندسی محیط زیست، شرکت آب و فاضلاب استان مازندران، ساری، ایران

چکیده

تصفیه فاضلاب صنایع دارویی به‌دلیل وجود انواع مختلف مواد شیمیایی سمی و آنتی‌بیوتیک‌هایی که می‌تواند برای هر موجود زنده‌ای مضر باشد، فرایندی پیچیده است. در این پژوهش به بررسی حدف آنتی‌بیوتیک‌ سولفامتوکسازول در فاضلاب مصنوعی پرداخته شد. به این منظور، تصفیه این آنتی‌بیوتیک در یک پایلوت دیسک‌های بیولوژیکی چرخان با سه مرحله، 48 دیسک و حجم کلی 75/78 لیتر مورد بررسی قرار گرفت. در این سیستم راندمان حذف آنتی‌بیوتیک‌ برای غلظت‌های مختلفCOD و در زمان‌های ماند هیدرولیکی مختلف بررسی شد. زمان ماند هیدرولیکی بهینه برای مقادیر متفاوت COD، 36 ساعت در نظر گرفته شد. مطابق نتایج با افزایش OLR و HRT، راندمان حذف SMX افزایش یافت. در 12 ساعت اول فرایند تصفیه، راندمان حذف SMX حدود 50 درصد بود و بیشینه حذف در 72 ساعت اول اتفاق افتاد و به بیش از 95 درصد رسید. همچنین به‌دلیل اینکه SMX منبع نیتروژن است، افزایش غلظت COD اثر مثبتی بر راندمان حذف SMX داشت. راندمان حذف SMX در OLRهای صفر، 2، 4، 8، 16 و g COD/L.d  32، به‌ترتیب برابر با 17، 44، 75، 72، 78 و 82 درصد بود. مطابق نتایج بیشترین مقدار حذف SMX در بخش اول سیستم NRBC و برابر با 57 درصد بود. با توجه به نتایج به‌دست آمده از این پژوهش، می‌توان سیستم رشد چسبیده را جایگزین مناسبی برای سیستم لجن فعال متعارف در تصفیه پساب‌های صنایع دارویی دانست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Performance of Net-Like Rotating Biological Contactor Bioreactor in Removal of Sulfamethoxazole Antibiotic

نویسندگان [English]

  • Nastaran Azimi 1
  • Maedeh Sadeghpour Haji 2
  • Saeid Khalili 3
1 PhD in Civil and Environmental Engineering, Fan Avaran Ab Saze Iranian Consulting Engineering Company, Babol, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Civil Engineering, Qaemshahr Branch, Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran
3 MSc of Environmental Engineering, Water and Wastewater Company, Sari, Iran
چکیده [English]

Pharmaceutical wastewater treatment is a complicated process due to presence of various kinds of toxic chemicals and antibiotics that are harmful to any type of organisms. In this paper, elimination of sulfamethoxazole antibiotic from artificial sewage was investigated.  A pilot scale Rotating Biological Contactor (RBC) with three compartments, 48 discs, and total volume of 78.75 L was employed. The antibiotic removal was measured at various COD concentration, hydraulic retention times (HRT) and concentrations of sulfamethoxazole. The results indicated that by increasing in OLR and HRT, SMX removal efficiency was increased and in the first 12 hours of the treatment process, SMX removal efficiency is about 50%, and the maximum removal occurred within the first 72 hours, which was more than 95%. Also, the obtained results demonstrated that increasing COD concentration had a positive impact on SMX removal efficiency, which was most probably due to the utilization of SMX as a nitrogen source. SMX removal efficiency in OLRs 0, 2, 4, 8, 16 and 32 g COD / L.d was 17, 44, 75, 72, 78 and 82 percent, respectively. It was also revealed that most SMX and organic matter removal occurred in the first compartment of the NRBC, that's about 57 percent. This study indicated that employing the attached growth system is a good alternative for conventional activated sludge system in pharmaceutical wastewater treatment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antibiotics
  • Biological Treatment
  • Sulfamethoxazole
  • COD removal
  • Pharmaceutical wastewater

Bitton, G. 2005. Wastewater microbiology, John Wiley & Sons, Inc., N.Y.

Chelliapan, S., Wilby, T. & Sallis, P. J. 2006. Performance of an up-flow anaerobic stage reactor (UASR) in the treatment of pharmaceutical wastewater containing macrolide antibiotics. Water Research, 40, 507-516.

Deegan, A., Shaik, B., Nolan, K., Urell, K., Oelgemöller, M., Tobin, J., et al. 2011. Treatment options for wastewater effluents from pharmaceutical companies. International Journal of Environmental Science and Technology, 8, 649-666.

Drillia, P., Dokianakis, S., Fountoulakis, M., Kornaros, M., Stamatelatou, K. & Lyberatos, G. 2005. On the occasional biodegradation of pharmaceuticals in the activated sludge process: the example of the antibiotic sulfamethoxazole. Journal of Hazardous Materials, 122, 259-265.

Gadipelly, C., Pérez-González, A., Yadav, G. D., Ortiz, I., Ibáñez, R., Rathod, V. K., et al. 2014. Pharmaceutical industry wastewater: review of the technologies for water treatment and reuse. Industrial and Engineering Chemistry Research, 53, 11571-11592.

Godfrey, E., Woessner, W. W. & Benotti, M. J. 2007. Pharmaceuticals in on‐site sewage effluent and ground water, western Montana. Groundwater, 45, 263-271.

González, O., Sans, C. & Esplugas, S. 2007. Sulfamethoxazole abatement by photo-Fenton: toxicity, inhibition and biodegradability assessment of intermediates. Journal of Hazardous Materials, 146, 459-464.

Hiras, D. N., Manariotis, I. D. & Grigoropoulos, S. G. 2004. Organic and nitrogen removal in a two-stage rotating biological contactor treating municipal wastewater. Bioresource Technology, 93, 91-98.

Jessick, A. M. 2010. Detection, fate, and bioavailability of erythromycin in environmental matrices, Transgenomic, Inc., Nebraska.

Kaya, Y., Ersan, G., Vergili, I., Gönder, Z. B., Yilmaz, G., Dizge, N., et al., 2013. The treatment of pharmaceutical wastewater using in a submerged membrane bioreactor under different sludge retention times. Journal of Membrane Science, 442, 72-82.

Khademi, M., Najafpour, G., Nia, B. N., Zinatizadeh, A. & Kalantary, R. R. 2009. Biological treatment of antibiotic plant effluent in an UASFF bioreactor. World Applied Science Journal,5, 1-8.

Kümmerer, K. 2001. Drugs in the environment: emission of drugs, diagnostic aids and disinfectants into wastewater by hospitals in relation to other sources–a review. Chemosphere, 45, 957-969.

Müller, E., Schüssler, W., Horn, H. & Lemmer, H. 2013. Aerobic biodegradation of the sulfonamide antibiotic sulfamethoxazole by activated sludge applied as co-substrate and sole carbon and nitrogen source. Chemosphere, 92, 978-969.

Najafpour, G., Yieng, H. A., Younesi, H. & Zinatizadeh, A. 2005. Effect of organic loading on performance of rotating biological contactors using palm oil mill effluents. Process Biochemistry, 40, 2879-2884.

Pruden, A., Pei, R., Storteboom, H. & Carlson, K. H. 2006. Antibiotic resistance genes as emerging contaminants: studies in northern Colorado. Environmental Science and Technology, 40, 7445-7450.

Renew, J. E. & Huang, C.-H. 2004. Simultaneous determination of fluoroquinolone, sulfonamide, and trimethoprim antibiotics in wastewater using tandem solid phase extraction and liquid chromatography–electrospray mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 1042, 113-121.

Su, R., Zhang, G., Wang, P., Li, S., Ravenelle, R. M. & Crittenden, J. C. 2015. Treatment of antibiotic pharmaceutical wastewater using a rotating biological contactor. Journal of Chemistry, doi: 10.11551/2015/705 275.

Tan, A., Xiao, M., Cui, X., Chen, X., Chen, Y., Fang, D., et al. 2016. Dark matter results from first 98.7 days of data from the PandaX-II experiment. Physical Review Letters, 117, doi: 10.1103/Physrevlett. 117.121303.

Ternes, T. & Joss, A. 2007. Human pharmaceuticals, hormones and fragrances, IWA  Pub., UK.

Thurman, E. & Hostetler, K. 1999. Analysis of tetracycline and sulfamethazine antibiotics in groundwater and animal-feedlot wastewater by highperformance liquid chromatography/mass spectrometry using positive-ion electrospray. Conf. US Geological Survey, Lawrence, KS.

Wei, R., Ge, F., Chen, M. & Wang, R. 2012. Occurrence of ciprofloxacin, enrofloxacin, and florfenicol in animal wastewater and water resources. Journal of Environmental Quality, 41, 1481-1486.

Won, S. Y., Lee, C. H., Chang, H. S., Kim, S. O., Lee, S. H. & Kim, D. S. 2011. Monitoring of 14 sulfonamide antibiotic residues in marine products using HPLC-PDA and LC-MS/MS. Food Control, 22, 1101-1107.