Meriç-Ergene havzası’ na deşarj edilen konvansiyonel arıtılmış evsel/ endüstriyel atık sularda renk ve antibiyotik kalıntılarının tayini sonrasında toz ve polistiren yüzeyinde ımmobilize fotokatalistlerle giderimi

Abstract

Konvansiyonel arıtma metodları ile arıtılmış sularını Meriç-Ergene Havzasın’a deşarj eden Kırklareli, Malkara, Lüleburgaz ve Karpuzlu Evsel Atıksu Arıtma Tesisleri (AAT) ile Çorlu Deri ve Karma OSB ve Çerkezköy OSB Endüstriyel AAT’nde oluşan ham atıksuları ve biyolojik arıtılmış çıkış sularının KOİ, TOK, Renk, Sıcaklık, pH, İletkenlik, Çözünmüş Oksijen ve içerdiği antibiyotik kalıntıları açısından karakterizasyonu yapılarak, miktarı fazla olarak tespit edilen 3 adet antibiyotik ERY, CIP ve SMX seçilmiştir. Ardından, laboratuvar ortamında etkin ve ucuz olacak şekilde özel olarak sol-jel metoduna göre hazırlanan önce toz formda daha sonra polistiren (PS) substrat üzerine sıvanarak immobilize edilen N-doplu ve yeni nesil NFC-doplu TiO2 ile UV görünür ışık altında, sözkonusu atıksulardaki renk kirliliğinin ve antibiyotik kalıntılarının giderim verimliliği, HPLC-MS/MS, UV-Visible (Görünür) Spektrofotometre ölçümleri yanında KOİ ve TOK parametrelerinin ölçümleri ile birlikte değerlendirilmiştir. İncelenen evsel atıksuların literatürle uyumlu olarak organik kirlilik açısından orta karakterde bir kirlilik sergilediği, endüstriyel atıksuların ise TOK, KOİ ve AKM kirliliği açısından kuvvetli karakterde olduğu belirlenmiştir. Antibiyotik kalıntıları açısından yapılan karakterizasyon çalışması sonuçlarına göre; biyolojik arıtma işlemine rağmen ilginç bir şekilde arıtma tesislerinde çıkış sularının, arıtılmamış ham giriş atıksularına göre daha yüksek miktarda antibiyotik içerdiği tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, konvansiyonel sistemlerle antibiyotiklerin gideriminin gerçekleştirilemediğini ortaya koyduğu gibi, literatürde belirtilen biyolojik oksidasyon sırasında metabolit oluşumlarının bu artışı sağladığı yorumlarını da desteklemektedir. Bu tez çalışması kapsamında laboratuvar ortamında özel olarak hazırlan N-doplu ve yeni nesil NFC-doplu fotokatalistlerin toz formu ve PS yüzeyinde immobilize edilmiş PS/Cup-N ve PS/Cup-NFC formlarında görünür ışık altında evsel ve endüstriyel arıtılmış atıksuların fotokatalitik oksidasyonu gerçekleştirilmiş ve bunun sonucunda; toz formdaki N-doplu TiO2 ile yürütülen fotokatalitik aktivite deneyleri sonrasında %95 - %100 arasında CIP giderimi, %97 - %100 arasında ERY giderimi, %80 - %100 arasında SMX giderimi tespit edilmiştir. Buna paralel olarak aynı zamanda, %54 - %72 arasında KOİ, %59 - %75 arasında TOK giderimi sağlanmıştır. Toz formdaki NFC-doplu TiO2 ile %97 - %100 arasında CIP giderimi, %100 ERY giderimi, %86 - %100 arasında SMX giderimi ve %62 - %79 arasında KOİ, %62 - %86 arasında TOK giderimi sağlanmıştır. İmmobilize PS/Cup-N ile gerçekleştirilen fotokatalitik oksidasyon çalışmasında ise %95 - ii %100 arasında CIP giderimi, %98 - %100 arasında ERY giderimi, %85 - %100 arasında SMX giderimi ve %50 - %61 arasında KOİ, %56 - %66 arasında TOK giderimi sağlanmıştır. PS/Cup-NFC ile gerçekleştirilen fotokatalitik oksidasyon çalışmasında %100 CIP giderimi, %97 - %100 arasında ERY giderimi, %86 - %100 arasında SMX giderimi ve aynı zamanda %57 - %64 arasında KOİ, %61,5 - %72 arasında TOK giderimi sağlanmıştır. Ayrıca, renk kirliliği açısından da IV. sınıf su kalitesinde olan endüstriyel arıtılmış atıksuların immobilize PS/CupN ile II. sınıf, PS/Cup-NFC ile I. sınıf su kalitesine yükseltilebildiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada, toz formdaki fotokatalistlerle antibiyotik kalıntılarının giderim verimi, PS yüzeyinde immobilize PS/Cup formlarıyla yaklaşık aynı mertebelerde bulunmuştur. Bu sonuçlara göre, PS yüzeyinde immobilize fotokatalistlerin, fotokatalitik ileri arıtımı sonrasında atık bırakmaması ve tekrar kullanım potansiyeline sahip olmasından dolayı, evsel ve endüstriyel atıksulardaki antibiyotik kalıntılarının gideriminde toz fotokatalistlere alternatif olabileceği belirlenmiştir.

A characterization was made in terms of COD, TOC, color, temperature, pH, conductivity, dissolved oxygen and antibiotic residues of untreated raw wastewater from located in the Meriç-Ergene Basin, to where has been discharged secondary treated effluent (biological treatment effluent) wastewater to to surface water of which contains a significant amount of irrigation and drinking water resources for Trakya Region. Selected three of antibiotics (Erythromicine, Ciprofloxacine, Sulphametoxasole), which represent the major groups of antibiotics and which were detected in excess amount in the domestic and industrial secondary treatment effluent based on characterization. After that, a new generation N-doped and NFC-doped TiO2 photocatalyst, which has never been studied in the literature before, was prepared according to the sol-gel method. Afterward, these powder form of N-doped and NFC-doped TiO2 photocatalysts were deposited inside of a polystirene (PS) supported polimer substrat in orde to provide immobilization. All powder and immobilized photocatalysts were used for the mentioned antibiotics residues and color removal by photocatalytic oxsidation processes under visible light. Efficiency of the advanced oxidation process was evaluated by means of HPLC MS/MS, UV-Visible spektrophotometer measurments together with the measurement of COD and TOC parameters According to the characterization results of antibiotic residues, it has been unexpectedly found that the influent wastewater contains more antibiotics than the effluent wastewater despite biological process applied at the treatment plants where the sampling was carried out. Investigated domestic wastewaters for organic pollution exhibit moderate characterized domestic wastewater pollution in accordance with the literature. %95 to %100 CIP removal, %97 to %100 ERY removal, %80 to %100 SMX removal and at the same time %54 to %72 COD, %59 to %75 TOC removal was obtained by photocatalytic activity with N-doplu TiO2. %97 to %100 CIP removal, %100 ERY removal, %86 to %100 SMX removal was obtained by photocatalytic activity with N-doplu TiO2 while %54 to %72 COD, %59 to %75 TOC removal. %95 to %100 CIP removal, %98 to %100 removal ERY, %85 to %100 SMX removal and %50 to %61 COD, %56 to %66 TOC removal was obtained by photocatalytic activity with PS/Cup-N. %100 CIP removal, %97 to %100 ERY removal, %86 to %100 SMX removal and %57 to %64 COD, %61,5 to %72 TOC removal was obtained in the mean time during the photocatalytic activity with PS/Cup-NFC. iv As a result of this study, the photocatalytic activity of the photocatalysts in powder form was found to be about the same as the PS/Cup forms immobilized on the PS surface. In terms of color pollution IVth class water quality industrial wastewater was treated to IInd class water quality by photocatalytic oxidation. According to these results, It has been determined that immobilized photocatalysts on the PS surface may be an alternative to powder form photocatalysts for the removal of antibiotic residues in domestic and industrial wastes due to the absence of waste after photocatalytic advanced treatment and the potential for re-use.