Anaerobic biological degradation of carbamazepine at environmental concentrations

• Autorzy: König A. , Sorgler Y. , Jekel M.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.16.194.5943

Warianty tytułu

PL

Biologiczny rozkład karbamazepiny w warunkach beztlenowych w stężeniu występującym w środowisku naturalnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A removal of the antiepileptic drug carbamazepine is frequently observed under anaerobic redox conditions at managed aquifer recharge sites. The biological influence on this effect is widely unknown and therefore it is the focus of this study. Anaerobic degradation batch tests and long-term soil column experiments, conducted within this study, suggest a removal of 2 to 50% induced by microbiological processes. Transformation products and their molecular structures are suggested – one of them is clearly identified as 10,11-dihydro-carbamazepine. This study provides a deeper understanding regarding the biotic reduction of carbamazepine.

PL

Eliminacja leku padaczkowego karbamazepiny jest często obserwowana podczas sztucznego wzbogacania wόd gruntowych w warunkach beztlenowych. W poniższym artykule przedstawiono badania dotyczące dotychczas niedostatecznie zrozumiałego wpływu faktorόw biologicznych na te zjawisko. Przeprowadzone testy naczyniowe (testy batch) w warunkach beztlenowych i testy ciągłe z kolumnami piaskowymi pokazały znaczną eliminację karbamazepiny spowodowanej przez procesy mikrobiologiczne w wysokości 2 do 50%. W artykule zasugerowano produkty transformacji karbamazepiny i ich struktury molekularne – jednoznacznie zidentyfikowana zostala 10,11-dihydro-karbamezepina. Przedstawione badania umożliwiają lepsze zrozumienie biotycznego rozkładu karbamazepiny.

Słowa kluczowe

EN

organic micropollutants; bank filtration; redox potential; reductive transformation

PL

organiczne mikrozanieczyszczenia; filtracja brzegowa; potencjał redox; transformacja w warunkach redukcyjnych

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Środowisko
• Rocznik: 2016
• Tom: Y. 113, iss. 1-Ś
• Strony: 45--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., wz., wykr., il.

Twórcy

autor

König A.

• Chair of Water Quality Control, Department of Environmental Technology, Technische Universität Berlin

autor

Sorgler Y.

• Chair of Water Quality Control, Department of Environmental Technology, Technische Universität Berlin

autor

Jekel M.

• Chair of Water Quality Control, Department of Environmental Technology, Technische Universität Berlin

Bibliografia

• [1] Zhang Y.J., Geissen S. U., Gal C., Carbamazepine and diclofenac: Removal in wastewater treatment plants and occurrence in water bodies, Chemosphere, 73, No. 8, 2008, 1151–1161.
• [2] Jekel M., Dott W., Bergmann A., Dünnbier U., Gnirss R., Haist-Gulde B., Hamscher G., Letzel M., Licha T., Lyko S., Miehe U., Sacher F., Scheurer M., Schmidt C.K., Reemtsma T., Ruhl A.S., Selection of organic process and source indicator substances for the anthropogenically influenced water cycle, Chemosphere, 125, 2015, 155–167.
• [3] Schramm C., Gans O., Uhl M., Grath J., Scharf S., Zieritz I., Kralik M., Scheidleder A., Humer F., Carbamazepin und Koffein – potenzielle Screeningparameter für kommunale Verunreinigungen des Grundwassers?, Umweltbundesamt GmbH, Wien 2006.
• [4] Clara M., Strenn B., Kreuzinger N., Carbamazepine as a possible anthropogenic marker in the aquatic environment: Investigations on the behaviour of carbamazepine in wastewater treatment and during groundwater infiltration, Water Research, 38, No. 4, 2004, 947–954.
• [5] Schmidt C.K., Lange F.T., Brauch H.J., Characteristics and evaluation of natural attenuation processes for organic micropollutant removal during riverbank filtration, Water Science & Technology: Water Supply, 7, No. 3, 2007, 1–7.
• [6] Wiese B., Massmann G., Jekel M., Heberer T., Dünnbier U., Orlikowski D., Grützmacher G., Removal kinetics of organic compounds and sum parameters under field conditions for managed aquifer recharge, Water Research, 45, No. 16, 2011, 4939-4950.
• [7] Ghauch A., Baydoun H., Dermesropian P., Degradation of aqueous carbamazepine in ultrasonic/Fe0/H2O2 systems, Chemical Engineering Journal, 172, No. 1, 2011, 18–27.
• [8] Hübner U., Seiwert B., Reemtsma T., Jekel M., Ozonation products of carbamazepine and their removal from secondary effluents by soil aquifer treatment – indications from column experiments, Water Research, 49, 2014, 34-43.
• [9] Moses G.S., Rao K.M., Rao N.S., Ramachandraiah A., Electrochemical studies of carbamazepine, Journal of the Indian Chemical Society, 72, No. 5, 1995, 333–337.
• [10] Atkins S., Sevilla J.M., Blazquez M., Pineda T., Gonzalez-Rodriguez J., Electrochemical behaviour of carbamazepine in acetonitrile and dimethylformamide using glassy carbon electrodes and microelectrodes, Electroanalysis, 22, No. 24, 2010, 2961–2966.
• [11] Atkins S., Gonzalez-Rodriguez J., Sevilla J.M., Blazquez M., Pineda T., Jimenez-Perez R., Electrochemical reduction of carbamazepine in ethanol and water solutions using a glassy carbon electrode, International Journal of Electrochemical Science, 8, No. 2, 2013, 2056–2068.
• [12] König A., Weidauer C., Seiwert B., Reemtsma T., Unger T., Jekel M., Reductive transformation of carbamazepine by abiotic and biotic processes, Water Research, 101, 2016, 272–280.
• [13] International Organization for Standardization (Editor), Wasserbeschaffenheit – Bestimmung der vollständigen anaeroben biologischen Abbaubarkeit organischer Verbindungen im Faulschlamm – Verfahren durch Messung der Biogasproduktion, EN ISO 11734:1998, DIN Deutsches Institut für Normung e.V., 1998.
• [14] Zhu L., Lin H.-Z., Qi J.-Q., Xu X.-Y., Qi H.-Y., Effect of H2 on reductive transformation of p-ClNB in a combined ZVI-anaerobic sludge system, Water Research, 46, No. 19, 2012, 6291–6299.
• [15] Bergmann A., Fohrmann R., Weber F.-A., Zusammenstellung von Monitoringdaten zu Umweltkonzentrationen von Arzneimitteln, Umweltbundesamt, Deutschland 2010.
• [16] Madigan T.M., Martinko J.M., Parker J., Brock – Mikrobiologie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin 2003.
• [17] Schulte-Ebbert U., Hollerung R., Willme U., Kaczmarczyk B., Bahrig B., Schöttler U., Verhalten von anorganischen Spurenstoffen bei wechselnden Redoxverhältnissen im Grundwasser, Dortmunder Beiträge zur Wasserforschung, I. f. W. GmbH (Editor), Vol. 43, Institut für Wasserforschung GmbH, Dortmund 1991.
• [18] Schudel B., Biaggi D., Dervey T., Kozel R., Müller I., Ross J.H., Schindler U., Einsatz künstlicher Tracer in der Hydrogeologie – Praxishilfe, Berichte des BWG, Serie Geologie, Work group: Tracer der Schweizerischen Gesellschaft für Hydrogeologie SGH, Bern 2002.
• [19] Zippel M., Hannappel S., Duscher K., Scheytt T., Mathematische Simulation des Eintrages von Arzneimitteln aus Oberflächengewässern in das Grundwasser durch Uferfiltration, Umweltforschungsplan des Bundesministerium des Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Umweltbundesamt (Editor), Dessau-Roßlau, 2010.
• [20] Mersmann P., Transport- und Sorptionsverhalten der Arzneimittelwirkstoffe Carbamazepin, Clofibrinsäure, Diclofenac, Ibuprofen und Propyphenazon in der wassergesättigten und -ungesättigten Zone, dissertation, Institut für Angewandte Geowissenschaften der Technischen Universität Berlin, 2003.