TÜRKİYE’DE EN ÇOK REÇETELENEN Β-LAKTAM (SEFALEKSİN, SEFAZOLİN, SEFOPERAZON, SEFAKLOR, SEFUROKSİM, AMPİSİLİN) GRUBU ANTİBİYOTİKLERİ İÇEREN ATIKSULARIN FENTON PROSESİ İLE ARITILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI

Abstract

Sulara karışan kirleticiler, gelişen sanayileşme ve teknoloji ile birlikte her gün çeşitlilik gösterdiğinden bu kirleticilerin kontrol edilmesinde kullanılan analiz teknolojileri sınırlı ve bazı alanlarda etkisiz kalmaktadır. Ülkemiz ve dünya genelinde yaygın kullanımları nedeniyle ve çevrede oluşturduğu mikroorganizma rezistansı için en tehlikeli kirletici türü olarak antibiyotik bileşikleri kabul edilmiştir. Gelişen dünyada geniş kullanıma sahip antibiyotikler, hastahanelerde ve veterinerlikte çok sık kullanılmaktadırlar. Klasik arıtma yöntemleri (fiziksel, kimyasal, biyolojik) ile giderilemeyen antibiyotikler alıcı ortamlarda çevresel sorunlara neden olmaktadır. Antibiyotiklerin çevreye girişi; vücuttan atılma sıklığına, kullanılan doz ve miktarına, atık su arıtma tesisindeki mikroorganizmaların metabolik dönüştürme yeteneğine ve katılara tutunma eğilimine bağlıdır. Yüksek antibiyotik konsantrasyonları yüzeysel sularda suda yaşayan organizmalara toksik etki yapmakta, düşük antibiyotik konsantrasyonları ise antibiyotik direnci oluşturmaktadır. Bu nedenle antibiyotiklerin çevreye kontrolsüz girişleri engellenmelidir. Bu çalışmada, Kuzey Avrupa’da ve ülkemiz genelinde geniş kullanım alanına sahip endokrin bozucu özellikteki antibiyotik bileşiklerinden β-laktam grubu (sefazolin, sefaleksin, sefoperazon, sefuroksim, sefaklor ve ampisilin) antibiyotikleri içeren atıksuların, fenton prosesi kullanılarak arıtımı incelenmiştir. Seçilen antibiyotikler ultra saf suda çözünerek, sentetik atıksu örnekleri 300 mg/L konsantrasyonunda (her antibiyotik bileşiği konsantrasyonu: 50 mg/L) hazırlanmıştır. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, pH:4, [Fe/H2O2]:1/10 olarak belirlenen optimum koşullar sağlandığında, >%80 KOİ, >%60 TOK giderim verimleri elde edilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda ileri arıtma proseslerinden fentonun, seçilen antibiyotiklerin gideriminde etkili bir yöntem olduğu anlaşılmıştır.

Keywords

• Antibiyotik
• β-laktam
• Endokrin Bozucular
• İleri Oksidasyon
• fenton

Investigation of Wastewater Treatment with β-Lactam (Cefazolin, Cephalexin, Cefoperazone Cefuroxime, Cefaclor, Ampicillin) Antibiotics by Fenton Process

Abstract

The pollutants involved in the waters vary with each passing day with the industrialization and technology, so analysis technologies used to control these pollutants are limited and in some areas ineffective. Antimicrobial compounds have been accepted as the most dangerous pollutant species for the microorganism resistance caused by their widespread use in our country and around the world. Antibiotics that are widely used in the developing world are frequently used in hospitals and veterinary medicine. Antibiotics that cannot be removed by classical treatment methods (physical, chemical, biological) cause environmental problems in receiving environments. Introduction of antibiotics to the environment; It depends on the frequency of excretion, the dosage and amount used, the ability of the microorganisms in the wastewater treatment plant to metabolically transform and the tendency to hold on to the solids. High antibiotic concentrations have a toxic effect on aquatic organisms in superficial waters and low antibiotic concentrations constitute antibiotic resistance. For this reason, uncontrolled access of antibiotics to the environment should be prevented. In this study, the treatment of wastewater containing β-lactam group (cefazolin, cephalexin, cefoperazone, cefuroxime, cefaclor and ampicillin) antibiotics with endocrine disrupting antibiotic compounds in Northern Europe and throughout the country was investigated by using the fenton process. The selected antibiotics were dissolved in ultra-pure water and the synthetic wastewater samples were prepared at a concentration of 300 mg/L (each antibiotic compound concentration: 50 mg/L). As a result of the experimental studies, the optimum conditions of pH: 4, [Fe/H₂O₂]: 1/10 were obtained, and >80% COD, >60% TOC removal efficiencies were obtained. According to these results, it is understood that fenton is one of the advanced treatment processes and it is an effective method for removing selected antibiotics.

Keywords

• Antibiotic
• β-lactam
• Endocrine Disruptors
• Advanced Oxidation
• Fenton

References

1. Apha (1998), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th, American Public Health Association, Washington, D.C, USA.
2. Arslan, I. ve Akmehmet Balcioglu, I. 1999. Degradation of commercial reactive dyestuffs by heterogenous and homogenous advanced oxidation processes: a comparative study, Dyes Pigments, 43, 95-108. doi: 10.1016/S0143-7208(99)00048-0
3. Alaton-Arslan I., and S. Dogruel. 2004. “Pre-Treatment of Penicillin Formulation Effluent by Advanced Oxidation Processes.” Journal of Hazardous Materials B 112: 105–113. doi: 10.1016/j.jhazmat.2004.04.009
4. AZBAR, N., T. YONAR ve K. KESTIOĞLU, 2004. Comparison of Various Advanced Oxidation Processes and Chemical Treatment Methods for COD and Color Removal From A Polyester and Acetate Fiber Dyeing Effluent. Chemosphere, 55: 35-43. doi: 10.1016/j.chemosphere.2003.10.046
5. Bautista P., A.F. Mohedano, J.A. Casas, J.A. Zazo, J.J. Rodriguez. 2008. “An Overview of the Application of Fenton Oxidation to Industrial Wastewater Treatment.” Journal of Chemical Technology and Biotechnology 83: 1323–1338. doi: 10.1002/jctb.1988
6. Benitez, F.J., J.L. acero, T. Gonzales, J. Garcia, 2001. Organic Matter Removal From Wastewaters of The Black Olive İndustry by Chemical And Biological Procedures. Process Biochemistry, 37: 257-265. doi: 10.1016/S0032-9592(01)00209-6
7. Bigsby, R., Chapin, R. E., Daston, G. P., Davis, B. J., Gorski, J., Gray, L. E., Howdeshell, K. L., Zoeller, R. T. 1999. “Evaluating the effects of endocrine disruptors on endocrine function during development”. Environ Health Perspect, 107(4): 613 – 618. doi: 10,1289/ehp.99107s4613
8. Chamarro E., A. Marco, and S. Esplugas. 2001. “Use of Fenton Reagent to Improve Organic Chemical Biodegradability”. Water Research, 35: 1047–1051. doi: 10.1016/S0043-1354(00)00342-0 Çek, Ş., Sarıhan, F., 2010. Endokrin Sistemi Bozan Kimyasallardan Cinsiyet Steroidlerinin Balıklardaki Etkileri. Su Ürünleri Dergisi, 27: 41-46.

9. Daughton, C.G., Ternes T.A. 1999. Pharmaceuticals and personal care products in the environment: agents of subtle change. Environ Health Perspect. 107(6): 907–938. doi: 10.1289/ehp.99107s6907
10. Elmolla E., and M. Chaudhuri. 2009. “Optimization of Fenton Process for Treatment of Amoxicillin, Ampicillin and Cloxacillin Antibiotics in Aqueous Solution.” Journal of Hazardous Materials 170: 666–672. doi: 10.1016 / j.jhazmat.2009.05.013
11. Gürses, 2004. Antibiyotik Formülasyon Atıksularının Fenton-benzeri Ve Foto-fenton- benzeri İleri Oksidasyon Prosesleri İle Arıtılabilirliğinin İncelenmesi. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Maslak, İstanbul.
12. Hart, C.A. 1998. "Antibiotic resistance: an increasing problem?" British Medical Journal, 25 Apr., p. 1255. doi: 10.1136/bmj.316.7140.1255
13. Kwan W.P., and B.M. Voelker. 2002. “Decomposition of Hydrogen Peroxide and Organic Compounds in the Presence of Dissolved İron and Ferrihydrite.” Environmental Science and Technology 36: 1467–1476. doi: 10.1021 / es011109p
14. Lee, M.M. 2007. Endocrine Disruptors. A Current Review of Pediatric Endocrinology, 109- 118.
15. Pignatello, J.J., 1992. Dark and Photoassisted Fe3+- Catalyzed Degradation of Chlorophenoxy Herbicides by Hydrogen Peroxide. Enviro. Sci. Technol., 26: 944-951. doi: 10.1021/es00029a012
16. Saygı, Ş., Battal, D., Özlen Şahin, N., 2012. Çevre ve İnsan Sağlığı Yönünden İlaç Atıklarının Önemi, Marmara Pharmaceutical Journal, 16: 82-90. doi: 10.12991/201216406
17. Yamantürk Çelik, P., Büget, B., 2015. Geçmişten Günümüze Genel Eğitimi Kullanımı Pratikte Antibiyotik Antibiyotikler, http://www.ankemdernegi.org.tr/?dp=sizdengelenler&y aziID=66, Bir Bakış,
18. Yonar, T. and Yalili Kilic, M. 2014 Chemical oxygen demand and color removal from textile wastewater by UV/H2O2 using artificial neural networks, Water Environment Research, 86(11), 2159-2165. doi: 10.2175/106143014X14062131178277
19. Tang, W.Z. ve C.P Huang, 1996. 2,4-diclorophenol Oxidation Kinetics by Fenton’s Reagent. Environ. Technol. 17: 1371-1382. doi: /abs/10.1080/09593330.1996.9618465
20. Topal, M., Uslu Şenel, G., Arslan Topal, I.E., Öbek, Ö. 2015. Antibiyotikler ve kullanım alanları. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 31(3):121-127
21. Vergili, İ., Kaya, Y. ve Gönder, Z.B., Barlas H. 2005. İlaç aktif maddelerinin sucul çevrede bulunuşları, davranışların ve etkileri. Türk Sucul Yaşam Dergisi, 4: 284-291.
22. Walling C. 1975. “Fenton’s Reagent Revised. Accounts of Chemical Research, 8: 125-131. doi:10.1021/ar50088a003
23. Walling C. and S.I. Kato. 1974. “The Oxidation of Alchols by Fenton’s Reagent: The Effect of Copper Ion.” Journal of the American Chemical Society, 133-139.