استفاده از پلاسمای سرد جهت حذف گونه های دارویی مقاوم در فاضلاب بیمارستانی به کمک نانو کاتالیستهای پایه زئولیتی

چکیده طرح: تر کیبات دارویی به دلیل افزایش مصرف دارو و مقاومت این ترکیبات در محیط زیست یک دسته مهمی از آلودگی‌های آبی محسوب می‌شوند. کارخانه‌های تصفیه فاضلاب مرسوم قادر به حذف داروهای غیر قابل تجزیه بیولوژیکی نیستند. از این رو روش‌های اکسیداسیون پیشرفته برای این منظور به شدت مطالعه می‌شود. در میان این روش‌ها، اخیراً پلاسمای سرد استفاده شده است و نتایج امیداور کننده‌ای حاصل شده است. پلاسما سرد تولید شده توسط تخلیه پالسی می‌تواند انواع متنوعی از گونه‌های فعال شیمیایی در آب (O• ، OH• و H•) و گونه‌های مولکولی (H2O2 و O3) را تولید نماید. از مزایای این روش می‌توان به بازده بالا حذف، میزان انرژی کم، فقدان آلودگی‌های ثانویه اشاره نمود.در این پژوهش، تجزیه اکسایشی داروها، بااستفاده از پلاسمای سرد بررسی خواهد شد. یک راکتور براساس تخلیه فاز گاز برای تجزیه فاضلاب دارویی طراحی می‌شود. همچنین برای بهبود عملکرد سیستم و استفاده از نور التراسوند تولید شده توسط پلاسما از فوتوکاتالیست‌ها به صورت محلول سوسپانسیون در سیستم استفاده گردیده است

اهداف طرح:

۱- حذف آلاینده دارویی با استفاده از سیستم پلاسمای ارائه شده و یا تبدیل این مواد به محصولات‌جانبی با توانایی حذف بیولوژیکی بالا و سمیت کمتر

۲- بررسی تاثیر پارامترهای عملکرد از قبیل pH ، میزان دبی گاز خوراک، نوع گاز، ولتاژ و فرکانس اعمال شده به سیستم و بهینه سازی برای رسیدن به بالاترین بازده انرژی و حذف آلاینده

۳- بررسی عملکرد کاتالیست در سیستم پلاسمایی و بررسی تاثیر پارامترهای سنتز روی کاتالیست در حذف آلاینده‌ها

۴- بهینه سازی مجدد سیستم هیبریدی پلاسما- کاتالیست

۵- بررسی عملکرد سیستم راکتوری بهینه شده با یک نمونه واقعی فاضلاب بیمارستانی / دارویی و پاسخ به این سوال که آیا پساب خروجی از این سیستم قابلیت حذف بیولوژیکی را دارد یا ندارد.

معرفی به دستاورد مردمی:

در این طرح پژوهشی آلاینده های دارویی پسابهای بیمارستانی توسط فناوری جدید پلاسما - کاتالیست با هزینه ایی اندک در مقایسه با روشهای قدیمی و بازده حذف بالا تجزیه شده اند. در سال‌های اخیر مصرف دارو و ترکیبات دارویی به دلیل افزایش رشد جمعیت و پیشرفت تکنولوژی در زمینه تولید داروهای شیمیایی و ظهور بیماری های همه گیر مانند کرونا نیاز بشر را به مصرف انواع داروها بیشتر کرده است. به تناسب افزایش مصرف دارو توسط انسانها، مقدار متابولیزه نشده دارو توسط بدن و دفع آن به فاضلاب بیمارستانی و شهری نیز افزایش می یابد. حدود ۹۰ درصد داروها بدون تجزیه و جذب، از بدن خارج می‌شوند و از شبکه فاضلاب عبور می‌کنند. بسیاری از این داروها در حین تصفیه به طور کامل حذف نمی‌شوند و بنابراین به آب‌های سطحی انتقال پیدا می‌کنند. از این رو به عنوان یکی از منابع اصلی آلودگی های دارویی محسوب می‌شوند. بعد از انتقال فاضلاب به مراکز تصفیه بیولوژیکی، این آلاینده ها نه تنها تصفیه نمی شوند بلکه ممکن است باکتری های موجود برای این روش تصفیه را نیز مسموم نمایند. مهمترین آلاینده های دارویی فاضلابها آنتی بیوتیکها می باشند که بیش از ۳۹ درصد از آلاینده های دارویی را شامل می شوند و حدود ۷۰ درصد آنها از بدن موجودات زنده بدون مصرف دفع می گردند. حضور غلظت‌های کم آنتی بیوتیک‌ها و محصولات جانبی آن‌ها در آب‌های خروجی تصفیه فاضلاب نشان می دهد سیستم‌های تصفیه مرسوم قادر به حذف این ترکیبات نیستند. اغلب آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط زیست در غلظت‌های بالاتر از μg/L در خروجی بیمارستان‌ها، در مقادیر کمتر از μg/L در فاضلاب شهری و در حدود ng/L در آب‌های سطحی، دریا و آب‌های زیر زمینی دیده شده‌اند .

بر اساس آنچه از تحقیقات گذشته بدست آمده است این آلاینده ها می بایست با روشهای پیشرفته تصفیه، پس از پیش تصفیه با روشهای مرسوم از پسابها حذف گردند. مهمترین روش نوین تصفیه پسابها روش اکسیداسیون پیشرفته می باشد. اساس روش‌های اکسیداسیون پیشرفته استفاده از گونه‌های اکسنده از قبیل رادیکال هیدروکسیل و ازن برای تخریب آلودگی‌های هدف می‌باشد. از روش‌های اکسیداسیون پیشرفته می‌توان به استفاده از فرآیندهای تصفیه با استفاده از فتوکاتالیستهای ناهمگن و همگن براساس تابش خورشید، ازناسیون، واکنش فنتون و یا فتو فنتون، التراسوند، مایکرویو و تکنولوژی پلاسما اشاره کرد [۵]. تکنولوژی پلاسما جزء روش‌های نوظهور اکسیداسیون پیشرفته به شمار می‌روند که به دلیل عملکرد در فشار اتمسفری برای تصفیه آب، مصرف انرژی پایین، بازده بالای حذف آلاینده، زمان تصفیه کم و آلاینده های ثانویه غیرقابل چشمگیر در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بسته به خواص جریان فاضلاب مورد تصفیه و هدف اصلی برای حذف آن، می توان از ترکیب دو روش اکسیداسیون پیشرفته برای رسیدن به معدنی سازی کامل آلاینده ها و کاهش هزینه های تصفیه استفاده کرد. ترکیب سیستم پلاسما با فرآیندهای فتوکاتالیستی ناهمگن به دلیل اثر هم افزایی در سیستم پلاسما-کاتالیست بر اساس تولید مستقیم گونه های اکسیداتیو بیشتر، افزایش واکنش پذیری شیمیایی آلاینده ها و معدنی سازی کامل آنها در صرف زمان واکنش کم یک پیشنهاد امید دهنده بوده است. نتایج تحقیقات سالهای اخیر دانشمندان در این حوزه نشان می دهد سیستمهای هیبریدی پلاسما-کاتالیست مشکلات ناشی از عدم تجزیه کامل آنتی بیوتیکها در سیستم های تصفیه ای که تنها از یک تکنولوژی استفاده شده است را مرتفع می سازد و از طرفی هزینه عملیات تصفیه را حدود ۴۰ درصد کاهش می دهد.