Advanced oxidation of diclofenac in various aquatic environments

• Autorzy: Felis E. , Wiszniowski J. , Miksch K.

Warianty tytułu

PL

Zaawansowany rozkład diklofenaku w środowisku wodnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Many of the drugs used are not completely metabolized in the human body and with urine and laces are introduced into the sewage system. Finally, due to their incomplete removal during the conventional waste-water treatment process (CWTP), they can be released into the receiving water. One of the medicaments frequently delected in surface water is diclofenac. The present study addresses the problem of diclofenac removal in various aquatic samples using advanced oxidation processes (AOPs). The experiments were performed in distilled water and in biologically treated wastewater. The following AOPs were applied: Fonton's reagent. UV-and UVH_2O_2 processes. The concentration of diclofenac in distilled water corresponded to the concentration of this drug in human urine (ca. 20 mgdm^-3). The real wastewaler samples contained diclofenac concentrations ranging from 630 to 790 ngdm^-3. The photodegradation of diclofenac was carried out in the photoreaetor with a medium pressure Hg-vapor lamp (400 W). In the Fonton's reaction different molar ratios of H_2O_2/Fe^3 were used. The diclofenac mineralization (TOC removal) strictly depended on the amount of H_2O_2 applied in the Fonton's reaction. Diclofenac was rapidly degraded by direct photolysis (UV) and in UV/H_2O_2 process both in distilled water and in wastewater samples. The results proved that the advanced oxidation processes are effective in diclofenac removal from aquatic samples. The pseudo first order rate constants for diclofenac photodegradation were determined.

PL

Większość farmaceutyków stosowanych w medycynie nie ulega całkowitemu zmelabolizowaniu w ciele pacjenta i wraz. z. moczem i kalem trafia do systemu kanalizacyjnego. Ze względu na swe właściwości, nic są one całkowicie usuwane ze ścieków w konwencjonalnych procesach oczyszczania ścieków i wraz /e ściekami oczyszczonymi mogą przedostawać się do odbiorników. Diklofenak jest lekiem często identyfikowanym w wodach powierzchniowych. Prezentowane w niniejszej publikacji badania dotyczą problemu usuwania diklofenaku ze środowiska wodnego za pomocą zaawansowanych procesów utleniania (ang. advanced oxidation processes. AOPs). Badania prowadzono w roztworach wodnych diklofenaku (przygotowanego z wykorzystaniem wody destylowanej) oraz. w ściekach po biologicznym procesie oczyszczania. W badaniach zastosowano następujące techniki AOPs: utlenianie odczynnikiem Fentona, utlenianie za pomocą promieniowania UV oraz proces UV/H_2O_2. Stężenie diklofenaku odpowiadało stężeniom, jakich można spodziewać się w moczu pacjenta podczas kuracji tym lekiem (20 mg-dm ^-3). Ścieki oczyszczone zawierały diklofenak na poziomie 630-790 ng dm^-3. Badania z wykorzystaniem promieniowania UV prowadzono w fotoreaktorze wyposażonym w średniociśnieniową lampę rtęciową (400 W). Utlenianie za pomocą odczynnika Fentona prowadzono przy różnych stosunkach molowych H_2O_2/Fe^-2. Mineralizacja diklofenaku (określana jako usunięcie OWO) bezpośrednio zależała od ilości 11,0, w odczynniku Fentona stosowanego podczas badań. Diklofenak ulegał szybkiemu rozkładowi za pomocą promieniowania UV i w procesie UV/H_2O_2 zarówno w roztworze wodnym lego leku jak i w próbkach ścieków. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, iż zastosowanie zaawansowany cli procesów utleniania w znacznym stopniu zwiększa efektywność usuwania diklofenaku ze środowiska wodnego. W ramach niniejszych badań obliczone zostały pseudo pierwszorzędowe stale szybkości rozkładu diklofenaku przy zastosowaniu metod fotochemicznych.

Słowa kluczowe

EN

diclofenac; Fonton's reaction; photolysis; aqueous solutions

PL

diklofenak; odczynnik Fentona; metoda fotochemiczna; roztwór wodny

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 35, no. 2
• Strony: 15--25
• Opis fizyczny: bibliogr. 22 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Felis E.

autor

Wiszniowski J.

autor

Miksch K.

• Silesian University of Technology, Environmental Biotechnology Department ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Andreozzi R., M. Raffaele, I'. Nicklas: Pharmaceuticals in STP effluents and their solar photodegradation in aquatic environment. Chemosphere, 50, 1319-1330 (2003).
• [2] Bound P., N. Voulvoulis: Pharmaceuticals in the aquatic environment - a comparison of risk assessment strategies. Applied Catalysis B: Environmcntal, 67, 197-205 (2006).
• [3] Calza P., V.A. Sakkas, C. Medana, C. Baioechi, A. Dimou, F.. Pelizzetti, T. Albanis: Photocalalylic degradation study of diclofenae over aqueous TiO_2, suspensions, Chemosphere, 45, 957-969 (2001).
• [4] Clara M., B. Streenn, N. Kreuzingcr: Carbamazepine as possible anthropogenic marker in the aquatic environment: investigation on the behavior of Carbamazepine in wastewater treatment and during ground-water infiltration, Water Research, 38, 947-954 (2004).
• [5] Clara M., B. Strenn O. Gans, F. Martinez, N. Kreuzinger, H. Kroiss: Removal of selected pharmaccuticals. fragrances and endocrine disrupting compounds in a membrane bioreactor and conventional wastewater treatment plants. Water Research 39. 4797-4807 (2005).
• [6] Gebhardt W., H.F. Schroder: Liquid chromatography-(tandem) mass spectrometry for the follow-up of the elimination of persistent pharmaceuticals during wastewater treatment applying biological wastewater treatment and advanced oxidation. Journal of Chromatography A, 1160, 34 43 (2007).
• [7] Heberer T.: Occurrence, fate, and removal of pharmaceutical residues in the aquatic environment: a review of recent research data. Toxicology Letters, 131,5- 17 (2002).
• [8] Joss A., F. Keller, A. Alder, A. Goebel, C. McArdel, T. A. Ternes, H. Siegrist: Removal of Pharmaceuticals and fragrances in biological wastewater treatment, Water Research, 39, 3139-3152 (2005).
• [9] Joss A., S. Zabczyński, A. Göbel, B. Hoffmann, D. Löffler, C. McArdell, T.A. Ternes, A. Thomsen, H. Siegrist: Biological degradation of pharmaceuticals in municipal wastewater treatment: Proposing a classification scheme. Water Research, 40, 1686-1696 (2006).
• [10] Kiimmerer K.: Drugs in the environment: emission of drugs, diagnostic aids and disinfectants into waste-water by hospitals in relation to other sources - a review, Chemosphere, 56, 1143 -1155 (2004).
• [11] McArdell C, A. Alder, M. Clara, A. Göbel, A. Joss, F. Keller, N. Kreuzinger, H. Pluess, H. Siegrist, B. Straw: Impact of treatment technologies on the elimination of selected Pharmaceuticals from waste-water. [ in:] SETAC Europe Meeting, Prague, Czech Republic 2004.
• [12] Mendez-Arriaga F., S. Esplugns .J. Gimenez. Photocatalytic degradation of non-steroidal anti-inflammatory drugs with TiO_2, and simulated solar irradiation. Water Research, 42, 585-594 (2008).
• [13] Moore D.F., S. Roberts-Thomson, D. Zhen, C. Duke: Photochemical studies on the anti-inflammatory drug diclofenae, Photochemistry and Photobiology. 52, 685-690 (1990).
• [14] Packer J., .J. Werner, D. Latch, K. McNeill, W. Arnold, Photochemical fate of pharniaceuticals in llie environment: Naproxen, diclofenac. clofibric acid and ibuprofen. Aquatic Science, 65, 342-35 (2003 ).
• [15] Perez-Estrada L., M. Maldonado, W. Gernjak, A. Aguera. A. T'emandez.-Alba, M. Ballesteros, S. Malato: Decomposition of diclofenac by solar driven photacatalysis at pilot plant .scale. Catalysis loday, 101, 219-226(2005).
• [16] Petrovic M., D. Barceló: LC-MS for identifying photodegradalion products of pharmaceuticals in the environment. Trends in Analytical Chemistry, 26, 486-493 (2007).
• [17] Poiger T., II. Buser, M. Muller: Photodegradation of the pharmaceutical drug diclofenac in a lake pathway, field measurements and mathematical modeling. Environmental Science and Technology. 20 256-63 (2001)
• [18] Ravina M., L. Campanella, J. Kiwia: Accelerated mineralization of the drug Diclofenac via Fenttm reactions in a concentric photo-reactor. Water Research, 36, 3553-3560 (2002).
• [19] Ternes I. A.: Analytical methods for the determination of pharmaceuticals in aqueous environmental samples. Trends in Analytical Chemistry, 20, 419-430 (2001).
• [20] Ternes T.A.: Occurrence of drugs in German senwage treatment plants and rivers. Water Research. 32. 3245-3260 (1998).
• [21] Ternes P. A., M. Bonerz, N. Herrmann, E,. Keller, B. Bago, A. Alder: Determination of pharmaceuticals, iodinated contrast media and musk fragrances in sludge anil water via LC tandem MS and GC/MS, Journal of Chromalography, 1067, 213-223 (2005)
• [22] Vogna D., R. Marolta, A. Napolitano, R. Andreozzi, M. d'lschia: Advanced oxillation of the pharmaceutical drug diclofenac with UV/H_2O_2,and ozone. Water Research, 38, 414- 422 (2004).