HİDROJENE VE OKSİJENE DAYALI MEMBRAN BİYOFİLM REAKTÖRLERİNDE KLORTETRASİKLİN GİDERİMİ

Abstract

Antibiyotikler, insan ve hayvanlarda tedavi edici amacıyla kullanılan farmasotik grubu kimyasallardır. Yaygın kullanımları nedeniyle atıksular da ve alıcı ortamda yaygın olarak bulunan önemli bir mikrokirletici grubunu oluşturmaktadır. Mikro seviyelerdeki varlıklarıyla bile sucul ortamlarda olumsuz etkiye sahip olan bu kimyasal grubunun sulardan giderilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, hidrojene ve oksijene dayalı membran biyofilm reaktör (MBfR) sisteminde eş zamanlı klortetrasiklin (CTC) ve azotlu bileşiklerin giderimi incelenmiştir. Bu amaçla; MBfR sistemde CTC ve azotlu bileşiklerin giderimi üzerine, hidrolik bekleme süresi, H2/O2 kısmi basıncın etkisi incelenmiş ve araştırılan şartlar altında ECTC, ACTC ve EACTC gibi CTC parçalanma ürünlerinin varlığı takip edilmiştir. Ayrıca, sistemde kullanılan membran yüzey alanları dikkate alınarak her iki reaktör için kirletici yüzey akıları ve giderim akıları hesaplanmıştır. H2-MBfR da biyolojik indirgenme mekanizmasını anlamak için elektron verici olarak H2, birinci elektron alıcı olarak nitrat ve ikincil elektron alıcı olarak da CTC kullanılırken, O2-MBfR da biyolojik oksidasyon için birincil elektron alıcısı olarak O2 kullanılırken, birincil elektron verici olarak NH4-N ve ikincil elektron verici olarak da CTC kullanılmıştır. Çalışma süresince H2-MBfR sistemi, 0.4-0.5 ppm CTC, 20-25 ppm NO3-N, 2 – 6 psi H2 gaz basıncı ve 1-15 saat hidrolik bekleme sürelerinde (HRT) işletilirken, O2-MBfR sistemi ise 0.1-0.4 ppm CTC, 20-25 ppm NH4-N, 2 – 6 psi O2 gaz basıncı ve 2.5 - 18 saat arası HRT'de işletilmiştir. H2-MBfR da, eş zamanlı giderilen maksimum CTC ve NO3-N verimleri % 96 ve % 99, O2-MBfR da ise eş zamanlı giderimi gerçekleştirilen CTC ve NH4-N verimleri % 70 ve % 100 olduğu belirlenmiştir. H2-MBfR da CTC ve NO3-N maksimum kirletici yüzeysel yükleri ve giderim akıları sırasıyla 185.04, 8280 mg/m2.g ve 71.64, 2520 mg/m2.g olarak belirlenmiştir. O2-MBfR sisteminde ise, CTC ve NH4-N kirletici yüzeysel yükleri ve giderim akıları sırasıyla 14.51, 1612,8 mg/m2.g ve 3,72, 1566 mg/m2.g olduğu hesaplanmıştır. Ayrıca her iki sistemde kirletici-gaz eşdeğeri akıları da hesaplanmış olup, herbir NO3-N akısının 0.357 katı H2 eşdeğeri, NH4-N akısının 4.57 katı O2 eşdeğeri yine azotlu kirleticiler ile eş zamanlı giderilen H2-MBfR'nde herbir CTC akısının 0.178 katı oranında H2 eşdeğer akısı ve O2-MBfR'nde CTC akısının 1.86 katı oranında O2 eşdeğer akısı hesaplanmıştır. İncelenen şartlar altında, H2-MBfR sisteminde ECTC, ACTC ve EACTC konsantrasyonlarının 28, 6, 1 ppb, O2-MBfR da ise 7, 4 ve 1 ppb olduğu belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: MBfR, CTC, Akı, Parçalanma Ürünleri, Nitrifikasyon, DenitrifikasyonSUMMARY Removal of Chlortetracycline in Membrane Biofilm Reactor Based on Hydrogen and Oxygen Antibiotics are pharmaceutical chemical group used in human and animal therapeutic purposes. Because of the widespread use of the antibiotics, they are an important micropollutant group. Commonly found in wastewater and receiving environment. They should be removed from the water because of their negative impact on the aquatic environments even at micro levels. In this study, simultaneous removal of chlortetracycline (CTC) and nitrate in membrane biofilm reactors (MBfRs) based on hydrogen (H2-MBfR) and oxygen (O2-MBfR) have been studied. For this purpose; effects of the hydraulic retention time (HRT) and partial pressure of H2 and O2 on the removal were investigated and under these conditions the degredation products such as (ECTC, ACTC and EACTC) were monitored. In addition, surface loadings and removal fluxes of pollutants were calculated for both reactors by considering the surface area of the membrane used in the system. H2 as an electron donor and NO3-N as a primary and CTC as a secondary electron acceptors were used in H2-MBfR, while O2 as an electron acceptor, NH4-N as a primary and CTC as a secondary electron donors were used in O2-MBfR. H2-MBfR receiving approximately 20-25 mg-N/l as NO3-N and 0.4-0.5 mg-CTC/l were operated under different HRTs, and H2 pressures. O2-MBfR receiving approximately 20-25 mg-N/l as NH4-N and 0.1-0.4 mg-CTC/l were operated under different HRTs in the range of 2.5-18 h, and O2 pressures in the range of 2-6 psi. The results showed that H2-MBfR accomplished successfully the degradation of CTC and it reached to CTC removal of 96 % at 5 h of HRT and 2 psi of H2 gas pressure, while 70 % CTC could be removed at 18 h of HRT and 6 psi of O2 gas pressure in O2-MBfR. In addition, polluting gas equivalent flux in both systems is also calculated. 0.357 solid H2 equivalent of each NO3-N flux, NH4-N flux of 4.57 times the O2 equivalent again addressed concurrently with nitrogen pollutants CTC the gas equivalent flux determined and in H2 MBfR CTC flow rate of 0178 times each equivalent flux of H2 and O2 flux 1.86 times the rate of CTC - MBfR O2 equivalent is calculated flux. Concentrations of the ECTC, ACTC and EACTC under the investigated conditions were found to be 28, 6 and 1 ppb for H2-MBfR and 7, 4 and 1 ppb for O2-MBfR. Surface fluxes and removal fluxes of CTC and NO3-N in H2-MBfR were calculated to be 185.04, 8280 and 71.64, 2520 mg/m2.g, respectively. Same fluxes of CTC and NH4-N in O2-MBfR were found to be 14.51, 1612.8 and 3.72, 1566 mg/m2.g, respectively. Keywords: MBfR, CTC, Flux, Degradation Products, Nitrification, Denitrification