שימוש בתהליכים מתקדמים לחמצן דירוג תרופות במים

הקדמה: האיום הצומח של תרופות ריבאונדות במים

שאריות תרופות הופיעו כמעמד נרחב של זיהום סביבתי במים, מי קרקעיים ואפילו שתייה של מים מתקדמים, חומרים מיקרו-פוללוטנטים אלה פועלים ממקורות מרובים: סילוק לא תקין של תרופות בלתי משומשות, הפחתה של תרופות ללא מרשם על ידי בני אדם ובעלי חיים, מונעים מזיהומים רפואיים יעילים, ותוצאות איטיות של תרופות נוגדות חיים.

מה הם תהליכי אוקסידציה מתקדמים?

תהליכי חמצון מתקדמים (AOPs) מתייחסים לאיסוף של שיטות טיפול כימיות מורכבות המייצרות מינים חמצן תגובתיים מאוד - רדיקלים הידרוקסיל (FLT:0.OHNUMFLT:1) - בכמות מספקת כדי להאיץ את החמצן החמצן והמינרליזציה של חומרים אורגניים לא יעילים בלבד.

מכניזם של הידרוקסיל התקפה רדיקלית

לאחר שנוצר, הידרוקסיל רדיקלים לתקוף מולקולות אורגניות בעיקר דרך שלושה מסלולים: אבסטרקציה מימן, תוספת אלקטרופיללית לאיגרות חוב לא רוויות (למשל, טבעות ארומטיות או אג"ח כפול), והעברה אלקטרונים. עבור תרכובות תרופות, אשר לעתים קרובות מכילים טבעות ארומטיות (למשל, ב-ibuprofenac, carmazepine), תוספת אלקטרופילית היא חשובה במיוחד לפירוק מינרלים מוקדם יותר.

(ב) ויקרא י"ד): "ה' ויקרא י' (בראשית י"ד): "וַיָּבְהַבְהַבְתָּבְהִיתִיא:2 אִין עַל עַל עַל עַל עַדְבְתִּי עַל עַל עַדְבְתִּים עַדְתִּים עַדְבְבְתִּים"בְבְבְבְבְבְבְבְבְבְבְבְבְהַבְבְבְבְבְתִּים אֱל עַדְבְבְתִּים אֱל עַדּבְבְבְבְבְבְבְבְבְבְבְבְבְבְהַבְבְבְבְבְבְבְתּבְבְבְבְהַבְבְבְבְבְבְבְבְבְבְּבְבְבְּבְב

כאשר X מייצג heteroatoms כגון chlorine, חנקן, או sulfur. בפועל, מינרלים שלמים עשויים לא תמיד להיות אפשרי מבחינה כלכלית, והשפלה חלקית פחות רעילים, יותר ביו-degradable ביניים הוא לעתים קרובות מטרה ריאלית עבור AOPs המשולב עם טיפול ביולוגי.

סוגים נפוצים של תהליכי חמצון מתקדמים עבור תרופות Degradation

מגוון רחב של AOPs נחקרו עבור הסרת תרופות.הדברים הנלמדים והרלוונטיים ביותר כוללים תהליכים מבוססי אוזון, photocatalysis, Pantonכימיה, מערכות מבוססות UV, ו- אלקטרוכימי AOPs. לכל אחד יש יתרונות ברורים, מגבלות, ונישות יישומים אופטימלית.

AOPs מבוססות אוזון

(ב) [17] [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

צילום: Photocatalysis

(הופנה מהדף ⁇ ) ⁇ (החלופה) היא זרז מוליכים למחצה (הכולל ⁇ ) ⁇ (החלים) ו[דרושים] ממרחקים של אספקת מים, אך האלקטרומגנטיים (התחילו) הם אלה שנמנעים מצמצום החמצן לקיצוניות (OFLT:42FLT:5RRE) ו-T2Fallowed to EV).

Panton and Photo-Fenton Processes

תהליך פנטון מבוסס על התגובה בין ברזל מפרה (FecioFLT:0)2+earFLT:1) לבין מימן peroxide כדי לייצר רדיקלים הידרוקסיל:

(ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד:2 ויקרא יט:2 ויקרא יט:2 ויקרא יט:2 ;2 ויקרא יט:5 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(התגובה פועלת בצורה אופטימלית ב- pH חומצי (2.8-3.5) כדי לשמור על ברזל בפתרון ולהגדיל את התשואות הרדיקליות.הסולן-פינטון מציג אור גלוי ל- EDreduce FehilFLT:03+FLT1 לאחור ל- Fephicern:2+FLT3, ובכך לייצר זרזים נוספים של photo-FLTerton, באופן מהיר יותר מאשר ל-Ricplasticupates.

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ויקרא יא"ד (ב) , ויקרא יא, ויקרא יא, ויקרא י"ד) , [17] , [17] , ויקרא ויקרא יט, ויקרא יט): "ה' ויקרא ויקרא ויקרא ויקרא יט" (ב"ב)

Sonolysis (Ultrasound-based AOP)

(בדרך כלל 20-1000 kHz) גורם לשקיט אקוסטי: היווצרות, צמיחה והתמוטטות אלימה של מיקרובbbles במים.ההתמוטטות מייצרת "נקודות חמות" מקומיות עם טמפרטורות מעל 5000 K ולחצים מעל 1000 אינץ ', מה שמוביל לדיסוציאציה תרמית של מולקולות מים לתוך FLT:0 OHFLT:1 ו-Freaves: לעתים קרובות יש צורך קיצוני של סגסוגת אורקולית (SoLT) עם ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אלקטרו-כימיקלים AOP

חמצון אלקטרוכימי משתמש בחומר aode (למשל, יהלום בורון-דופד, תחמוצת מתכת מעורבת, או anodes יציב ממדית) כדי ליצור רדיקלים על פני השטח אלקטרודה באמצעות שחרור מים. Boron-dohoped Diamond (BDD) aodes) יש לחץ גבוה על פני אבולוציה חמצן, מה שהופך אותם יעילים מאוד בייצור LT0: OHFirdirdirdirdial יש צורך נמוך יותר של צריכת מזון סגסוגת נמוכה יותר.

היתרונות של AOPs עבור תרופות הסרת

תהליכי Oxidation מתקדמים מציעים מספר יתרונות ברורים על שיטות טיפול קונבנציונליות כגון מודעות, סינון membrane, או biodegradation בעת התמודדות עם שאריות תרופות:

• (FLT:0) פעילות לא אלקטרונית: FIRLT:1) רדיקלים hydroxyl מגיבים כמעט בכל מולקולה אורגנית, ללא קשר לשיעור כימי, מה שהופך את AOPs יעיל עבור תערובת מורכבת ומזהמים לא ידועים.
• (ה) [הפוטנציאל] של מינרליזציה:0 [ה] מורכב: [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה]ה] [ה]ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]ה] [ה] [ה]הההההההההההתקבלה]]] [ה]] [ה]]] [ה]]] [ה]]]]] [הת] [הת] [ההההה[ה[ההההה]]]] [ה[ה[ה]]]]] [הת] [הת]]]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]] [ה[ה[ה[ה]]]]]]]]] [ה[ה]]]] [ה[ה]]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]]] [ה[ה[ה]]] [ה[ה
• (FLT:0) ניכוי של רעילות והתנגדות אנטימיקרוביאלית: FLT ( 1D) של אנטיביוטיקה מפחית לחץ סלקטיבית עבור חיידקים עמידים, ו- AOPs יכולים לשבור גנים התנגדות אנטיביוטית ואלמנטים גנטיים ניידים הקיימים בשפכים.
• (ב) .0. [ההתאמה לתשתית הקיימת:] ; [ה] רבים [החוק וה-UV/HoriFLT:2FLT:2FLT 3:Oph3] ;2FLT:2FLT:5] ניתן לסגת למפעלי טיפול קונבנציונליים כצעד מלוטש מלוטש, שיפור ההסרה הכולל ללא החלפת מערכות עיקריות ומשניות.
• (FLT:0) זמני תגובה קצרים: 1FLT:1 בדרך כלל להשיג יעילות גבוהה של הסרת מהירות תוך דקות עד שעות, הרבה יותר מהר מאשר תהליכים ביולוגיים הדורשים ימים.
• (FLT:0) ללא זרמי פסולת משניים: FLT:1hil בניגוד אוסמוזה הפוכה (brine) או פחמן מופעל גרניט (פחמן כפול הדורש התחדשות או סילוק), תוכנן כראוי AOPs להימנע יצירת זרמי פסולת מרוכזים הדורשים ניהול נוסף.

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה שלהם, AOPs עומדים בפני כמה מכשולים משמעותיים אשר הגבילו את האימוץ הנרחב שלהם להסרת תרופות בקנה מידה מלא:

• (FLT:0) עלויות אנרגיה וכימיקליות גבוהות: FLT:1 דור אוזון, מנורות UV וחשמל עבור אאודות אלקטרו-כימיות דורשות כוח משמעותי. הידרוגן peroxide וזרזים להוסיף הוצאות כימיות.העלות הכוללת של טיפול באמצעות AOPs יכול להיות 2-10 פעמים גבוה יותר מאשר חיטוי קונבנציונלי או סינון מתקדם, בהתאם לתקני איכות מים ומטרות.
• (ההתמכה של מוצרים לא רצויים: ⁇ 1) מינרליזציה בלתי גמורה יכולה להוביל להצטברות של מוצרי טרנספורמציה שעשויה להיות רעילה יותר או מתמשכת יותר מאשר תרכובת ההורה.לדוגמה, UV / HFLT:203FLT 3OFLT 3OFLT:42FLT:5 טיפול של sameoxthazole מייצרת פעילות אנטי-דלקתית במיוחד אם חומר אורגני או חומרים כימיים)
• (FLT:0) התערבות מטריצה: 1FLT 1 מים אמיתיים מכיל ריכוזים גבוהים של חומר אורגני רקע, אשר צורב רדיקלים הידרוקסיל ומפחית את המינון היעיל להגיע תרופות היעד.זה לעתים קרובות דורש מינון גבוה יותר או יותר זמני מגע מאשר צפוי ניסויים בקנה מידה מעבדה במים טהורים.
• מורכבות:0 (המורכבות של FLT:1 ), הידרודינמיקה כור, והעברה המונית משתנה עם איכות מים וקצב זרימה. Achieving חשיפה UV אחיד או הפצה של האוזון על פני נפח טיפול גדול דורש הנדסה זהירה. הרבה AOPs לבצע היטב בקנה מידה מעבדה אבל לא לשמור על יעילות במערכות זרימה רצופות עקב קצר או שילוב לא מספיק.
• (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"א): "ה' (ב"ב) ו'ה' (ב"ב) ו'[[המאה ה') ו'[[1924]], ו[[1924]]]], [[1924]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]
• (FLT:0) רגולציה ו פערי ידע: FLT:1 אין תקנות אוניברסליות המחייבות הסרה של תרופות משפכים. מטרות טיפול מונעות על ידי הערכת סיכונים, אבל נתונים רעילים עבור מוצרים רבים של טרנספורמציה חסרים. Utilities עשוי להיות hesitant להשקיע ב-AOPs ללא מנדטים או תמריצים.

מחקרים ומחקרים Highlights

שיעור האנטיביוטיקה

(א) אנטיביוטיקה מהווה אתגר ייחודי בשל תפקידם בטיפוח התנגדות מיקרוביאלית (AMR) מחקר באמצעות OLACFLT:03030303FLT:1/HoriLT:2FLT 3OFLT 3Oph 3OFLT:43reas מספיק (AMR) ב- OFLT:5 מושגת > 99% הסרת cifloxacin ו-samethazole מ-water ב- 30 ליטרים של אנטיביוטיקה, לעומת ירידה משמעותית ב-i-Ficiallygto- 30.

תרופות לא-סטרואידיות נגד דלקתיות (NSAIDs)

(ד) ⁇ (ד) ו-ibuprofen) הם בין התרופות המזוהות ביותר במים. TiOveFLT:0.2FLT:1 photocatalysis תחת אור השמש סימולציה מושגת ב-90% של diclofenac ב 60 דקות, עם רמות מינרליזציה סביב 60% לאחר 4 שעות.OLT2 הוכח אפילו יותר קינטיקה מהירה: הסרת טיפול ב-OLT2D2 בפחות מ- 02 ליטרים של מים;

« « TEROUSRING RESTES

(ב) α-Ethinylestradiol (EE2), אסטרוגן סינתטי המשמש גלולות למניעת הריון, הוא חזק מאוד ויכול להשפיע על רבייה דגים בריכוזים נמוך כמו 1 ng / L. UV / HIRFLT:0203Fua FLT לאשר הסרת 1 אסטרוגן:2 mLT 3 הוכח להפחית EE2 מ LT / L.

שילוב של AOPs לתוך רכבת טיפול במים קיימת

(הופנה מהדף AOPs for פרמצבציה היא צעד טיפול לאחר שנייה, בדרך כלל ממוקם לאחר טיפול ביולוגי ולפני חיטוי או חמצון מתקדם עבור שליטה על מים מלוטש (בטיפול פסולת עירוני), הרצף לעתים קרובות הופך: טיפול ראשוני ב-UVFate) בתנאי פיזור אור (OLT:03Fir1 / FIR2: 2)

דרישות מחקר ודרכים לעתיד

תחום AOPs עבור ההידרדרות פרמצבטית מתקדם במהירות לעבר פתרונות בר-קיימא, עלות-תועלת וסלקטיביים יותר. אזורי מפתח של מחקר מתמשך כוללים:

• (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) תהליכים: FLT:1hil משלב AOPs עם bioreactors membrane (למשל, כורי membrane photocatalytic), אלקטרו-Fenton, או sonolysis כדי לשפר את הסרה הסינרגיית להפחית את ההסרה להפחית את פליטה להפחית את יחידת האנרגיה עבור degraded.
• (FLT:0) אופטימיזציה של למידת מכונה: FIRLT:1 , שימוש ברשתות עצביות מלאכותיות ומתודולוגיית משטח תגובה כדי לחזות מינונים אופטימיים של חמצון, pH, וזמני מגע עבור מאפים מורכבים במים אמיתיים, באופן דרמטי לחתוך את הזמן לבדיקה של טייס.
• (ב) ⁇ :0) ניטור ובקרה בזמן אמת: (FLTRE:1) חיישנים מקוונים של הידרוקסיל רדיקלי הדור (למשל, coumarin fluorescence) או חיוור HevolveFLT:2203FLT 3R 3R3FLT 42FLT:42FLT:5 כדי לאפשר התאמות דינמיות, צמצום פסולת כימית תוך הבטחת תאימות.
• (FLT:0Life Cycle and Techno-כלכלי הערכות: ההרחבה הריג'יבית של AOPs בקנה מידה מלא נגד טכנולוגיות חלופיות (הפעלת פחמן, ננומטרה, לוט ביולוגי) כדי לזהות את האפשרות בת קיימא ביותר עבור תרחישים שונים, כולל טביעת רגל פחמן מקור אנרגיה.
• הערכה:0 (Ecotoxicological Assessment ofטרנספורמציה: ⁇ 1) מעבר להסרת תרכובת להעריך אפקטים ביולוגיים באמצעות vitro וב- vivo Assay מבטיח כי הטיפול באמת מקטין את הסיכון ולא ליצור סיכונים לא ידועים.

יוזמות מדיניות, כגון רשימת שעון ההנחיות של האיחוד האירופי ותיקון ה- Urban Wastewater Treatment Revision, צפויות לנהוג באימוץ מוגבר של AOPs.FLT:0 ארגון הבריאות העולמי (WHO) הדגישו את הצורך בטיפול מתקדם בטיפול תרופתי בשתיית מיםFLT:1, בעוד הגופים הרגולטוריים בארה"ב וקנדה הם גם הערכות.

מסקנה

שאריות התרופות מייצגות אתגר סביבתי מורכב וצומח הדורש פתרונות חדשניים. תהליכי חמצון מתקדמים, באמצעות הדור של רדיקלים הידרוקסיל אקטיביים מאוד, מציעים אמצעי רב עוצמה ורב-תכליתי של פירוק נתיבים אלה, לעתים קרובות עד לנקודה של מינרליזציה מלאה של מערכת הבריאות, תוך שמירה על יעילות גבוהה ביותר של מערכות הבריאות, ואפקטיבי של מערכת הבריאות של מערכת יחסים סביבתית, תוך שיפור מתמיד של תהליכים של טיפול סביבתית, ואפקטיביים, תוך שיפור מתמיד של מערכת הבריאות, תוך שיפור מתמיד של מערכת הבריאות, תוך כדי שיפור מתמיד של מערכת הבריאות של מערכת הבריאות של מערכת הבריאות של מערכת הבריאות של מערכת העיכול.