Loading...

Removal of Micropollutants using the Combination of Advanced Oxidation Process and Bioreactor

Motahari, Shahriyar | 2022

153 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 55926 (06)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Chemical and Petroleum Engineering
  6. Advisor(s): Ghasemian, Saloumeh; Ghobadi Nejad, Zahra
  7. Abstract:
  8. Micropollutants are a wide group of organic compounds that are detected in most compartments of the environment. Their environmental concentration is usually in the range of few ng/l to mg/l, but they remain biologically active even at such low concentrations; may be accumulated through the food chain, and pose a serious threat to the environment, fauna, and human health. Among micropollutants, pharmaceutical active compounds (PhACs) are of special concern. It is accepted that the main sources of PhACs in the environment are effluents from wastewater treatment plants (WWTPs), where conventional activated sludge processes are not able to degrade most of them. To address these concerns, the scientific community has done extensive research on the removal, transformation, and degradation of these micropollutants from hospital wastewater, where PhACs are present at higher concentrations. Among the possible treatments, white-rot fungi (WRF) are considered a cost-effective possibility due to their relatively low cost in comparison with physical and chemical treatments and their capacity to transform most of the compounds thanks to their versatile enzymatic machinery. Another available method to remove PhACs is the advanced oxidation process such as Fenton, electro-Fenton, ozonation-biofiltration, and anodic oxidation processes. The aim of this study is the immobilization of Trametes sp. on kaldens3 support and the use of them to remove pharmaceutical active compounds such as Diclofenac, Metronidazole, and Levofloxacin. The first step in the research deals with the preliminary assessment of the individual PhACs degradation by Trametes sp. at Erlenmeyer scale and sterile conditions. Furthermore, with the aim of scaling up the PhACs degradation process, a rotating biological contactor was employed for the degradation of Diclofenac, metronidazole, and levofloxacin, operated in non-sterile batch mode. In this study, pharmaceutical compounds were removed by both biological and advanced bio-oxidation methods. The first method used Trametes sp. for the removal of pharmaceutical compounds. In a separate method, were added gallic acid, trivalent iron, and divalent manganese to the existing wastewater, which is known as the advanced bio-oxidation process. The results obtained from this method indicate the superiority of this method over the biological method
  9. Keywords:
  10. Trametes Mpecies Mold ; Biological Removal ; Micropollutants ; Wastewater Treatment Plant ; Advanced Oxidation Process ; Advanced Bio-Oxidation Process ; Laccas Enzyme ; Biological Treatment

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • 1-1. مقدمه
  • 2-1. پساب دارویی
    • 1-2-1. آنتی‌بیوتیک‌ها
    • 2-2-1. هورمون های درمانی10F
    • 3-2-1. داروهای ضد درد
  • 3-1. دیکلوفناک
  • شکل 1-1. ساختار شیمیایی ماده دارویی دیکلوفناک
  • 4-1. مترونیدازول
  • شکل 1-2. ساختار شیمیایی ماده دارویی مترونیدازول
  • 5-1. لووفلوکساسین
  • شکل 1-3. ساختار شیمیایی ماده دارویی لووفلوکساسین
  • 6-1. عوامل مؤثر بر حذف آلاینده های دارویی
    • 1-6-1. حلالیت ترکیبات دارویی
    • 2-6-1. فراریت
    • 3-6-1. زیست‌تخریب‌پذیری
    • 7-1. آنالیز ترکیبات دارویی
  • 8-1. روش‌های تصفیه پساب
    • 1-8-1. تصفیه فیزیکی و شیمیایی
      • 1-1-8-1. کربن فعال
      • 2-1-8-1. گرافن و گرافن‌اکسید
      • 3-1-8-1. نانولوله‌های کربنی28F
      • 4-1-8-1. اکسیداسیون پیشرفته
      • 1-4-1-8-1. حذف ترکیبات دارویی با روش اکسیداسیون پیشرفته شیمیایی
      • 2-4-1-8-1. ازن‌زنی
      • 3-4-1-8-1. اکسیداسیون فنتونی
      • 4-4-1-8-1. تصفیه ماورابنفش
      • 5-4-1-8-1. تابش یون‌ساز30F
    • 2-8-1. تصفیه بیولوژیکی
      • 1-2-8-1. کپک های ریسه سفید
  • شکل1-4. ساختار کلی لیگنین(58)
    • 1-1-2-8-1. سیستم آنزیمی کپک های ریسه سفید
    • 2-1-2-8-1. زیست پالایی کپک ریسه سفید
    • 3-1-2-8-1. محدودیت های استفاده از کپک‌های ریسه سفید و روش‌های مقابله با آن‌ها
      • 1-3-1-2-8-1. نیاز به افزودن مواد مغذی
      • 1-8-2-1-3-2. تثبیت بیومس میکروارگانیسم
      • 1-8-2-1-3-3. رقابت با میکروارگانیسم های دیگر
    • 4-1-2-8-1. شرایط بهینه رشد کپک
    • 1-4-1-2-8-1. عملکرد در pH بهینه
    • 2-4-1-2-8-1. بازیابی جزئی بیومس
    • 3-4-1-2-8-1. نسبت کربن به نیتروژن
    • 4-4-1-2-8-1. تثبیت میکروارگانیسم
    • 5-1-2-8-1. عوامل موثر بر حذف آلاینده‌ توسط کپک‌ها
      • 1-5-1-2-8-1. pH
      • 2-5-1-2-8-1. دما
      • 3-5-1-2-8-1. منبع نیتروژن
      • 4-5-1-2-8-1. منبع کربن
      • 5-5-1-2-8-1. حضور فلزات سنگین
      • 6-5-1-2-8-1. همزدگی
  • 9-1. آنزیم‌های لیگنینولیتیک
    • 1-9-1. آنزیم‌های گروه فنل اکسیداز
      • 1-1-9-1. آنزیم لاکاز
  • شکل 1-5. ساختار سطحی و درونی آنزیم لاکاز (86) (زنجیره‌های آمینواسید با رنگ آبی، لاکاز با رنگ خاکستری و اتم‌های مس با رنگ نارنجی نشان داده شده‌اند)
  • شکل1-6. چرخه کاتالیستی آنزیم لاکاز (92)
    • 2-9-1. آنزیم‌های گروه پروکسیداز
  • شکل 1-7. چرخه کاتالیزی آنزیم‌های لیگنین پراکسیداز و منگنز پراکسیداز (88)
    • 1-2-9-1. آنزیم لیگنین پروکسیداز
  • شکل1-8. چرخه کاتالیستی لیگنین پراکسیداز(94)
    • 2-2-9-1. آنزیم منگنز پراکسیداز
  • شکل1-9. چرخه کاتالیستی منگنز پراکسیداز(95)
    • 3-2-9-1. پراکسیداز تطبیق پذیر
    • 4-2-9-1. سیستم سیتوکروم p450
  • 10-1. کپک Trametes species
  • 11-1. راکتور‌های موجود برای تصفیه فاضلاب
    • 1-11-1. راکتور چرخان بیولوژیکی34F
      • 1-1-11-1. مزایای راکتور چرخان بیولوژیکی
      • 1-1-1-11-1. سرعت چرخش
      • 2-1-1-11-1. نرخ بار آلی
      • 3-1-1-11-1. سطح اکسیژن محلول
      • 4-1-1-11-1. تغذیه پله‌ای
      • 2-1-11-1. معایب راکتور چرخان
  • 12-1. ترکیب روش‌های بیولوژیکی و اکسیداسیون پیشرفته (بیواکسیداسیون پیشرفته)
  • 1-2. مروری بر پژوهش‌های پیشین
  • 2-2. اهمیت و ضرورت موضوع
  • 1-3. مواد مورد استفاده در پژوهش
  • 2-3. تجهیزات مورد استفاده در پژوهش
  • 3-3. کپک مورد استفاده در پژوهش
  • 4-3. مشخصات داروهای مورد استفاده
  • 5-3. محیط کشت
  • 6-3. تکثیر کپک
  • شکل 3-1. تکثیر کپک Trametes sp. بر روی محیط PDA
  • 7-3. آماده‌سازی محیط کشت مایع
  • شکل 3-2. نمونه‌های کپک رشد شده در محیط کشت مایع
  • 8-3. پگینک مدیا
  • 9-3. تثبیت کپک روی پکینگ
  • شکل3-3. تثبیت میکروارگانیسم روی کپک در روز پنجم
  • 10-3. آماده سازی پساب دارویی
  • 11-3. سنتز کمپلکس آهن(+3)-ای‌دی‌تی‌ای49F
    • 1-11-3. مواد مورد نیاز
    • 2-11-3. روش شیمیایی
  • شکل3-4. ترکیب کمپلکس سنتز شده
  • 12-3. بیوراکتور دیسک چرخان
  • شکل3-5. شمای کلی بیوراکتور مورد استفاده
  • 13-3. اندازه‌گیری اسپکتروفتومتریک پساب دارویی
    • 1-13-3. رسم منحنی کالیبراسیون داروها
      • 1-1-13-3. دیکلوفناک
      • 2-1-13-3. لووفلوکساسین
      • 3-1-13-3. مترونیدازول
  • 14-3. اندازه‌گیری میزان حذف دارو به روش بیولوژیکی
  • 15-3. اندازه‌گیری میزان فعالیت آنزیم‌ها
    • 1-15-3. اندازه‌گیری میزان فعالیت آنزیم لاکاز
  • 16-3. اندازه‌گیری اکسیژن خواهی شیمیایی (COD)
  • 1-4. منحنی کالیبراسیون ترکیبات مورد استفاده
    • 1-1-4. دیکلوفناک
  • شکل4-1. منحنی کالیبراسیون دیکلوفناک
    • 2-1-4. لووفلوکساسین
  • شکل4-2. منحنی کالیبراسیون لووفلوکساسین
    • 3-1-4. مترونیدازول
  • شکل4-3. منحنی کالیبراسیون مترونیدازول
  • شکل4-4. منحنی کالیبراسیون COD
  • 2-4. انتخاب منبع کربن و نیتروژنی مناسب
  • شکل4-5. ساختار شیمیایی الف)گلوکز و ب)ساکارز
  • شکل 4-6. بررسی منابع کربن مختلف در حذف داروی دیکلوفناک (غظلت اولیه دیکلوفناک ppm 5، غلظت منبع کربن 0.66 گرم بر لیتر)
  • شکل 4-7. فعالیت آنزیم لاکاز در حذف داروی دیکلوفناک با کپک Trametes sp. با منابع کربن گلوکزو و ساکارز در روز ۳ام (غظلت اولیه دیکلوفناک ppm 5، غلظت منبع کربن 0.66 گرم بر لیتر)
  • شکل 4-8. بررسی منابع نیتروژن مختلف در حذف داروی دیکلوفناک (غظلت اولیه دیکلوفناک ppm 5، غلظت منبع نیتروژن 21 میلیگرم بر لیتر)
  • 3-4. نتایج درصد حذف ترکیبات دارویی در ارلن
    • 1-3-4. حذف به روش بیولوژیکی
      • 2-3-4. اندازهگیری فعالیت آنزیم لاکاز
  • شکل 4-9. بررسی افزایش فعالیت آنزیم لاکاز و کاهش غلظت آلایندهها با زمان
  • (5/4=pH، غلظت اولیه دیکلوفناک و مترونیدازول ppm 5، غلظت اولیه لووفلوکساسین ppm 20)
    • 3-3-4. حذف به روش بیواکسیداسیون پیشرفته
  • شکل 4-10. بررسی کاهش غلظت آلایندهها با زمان
  • (5/4=pH، غلظت اولیه دیکلوفناک و مترونیدازول ppm 5، غلظت اولیه لووفلوکساسین 10 ppm)
  • 4-4. نتایج درصد حذف ترکیبات دارویی در بیوراکتور
    • 1-4-4. حذف به روش بیولوژیکی
      • 2-4-4. اندازهگیری فعالیت آنزیم لاکاز
  • شکل 4-11. بررسی افزایش فعالیت آنزیم لاکاز و کاهش غلظت آلایندهها با زمان درون بیوراکتور به روش بیولوژیکی
  • (5/4=pH، غلظت اولیه دیکلوفناک و مترونیدازول ppm 5، غلظت اولیه لووفلوکساسین و ppm 10)
    • 3-4-4. حذف به روش بیواکسیداسیون پیشرفته
  • شکل 4-12. بررسی کاهش غلظت آلایندهها با زمان درون بیوراکتور به روش بیواکسیداسیون پیشرفته
  • (5/4=pH، غلظت اولیه دیکلوفناک و مترونیدازول ppm 5 و غلظت اولیه لووفلوکساسین ppm 10)
  • 1-5. جمع‌بندی نتایج
  • 2-5. پیشنهادات
  • منابع
...see more