Диссертация (Очистка сточных вод от активных фармацевтических субстанций с помощью усовершенствованных окислительных методов)

Российский химико-технологический университет им. Д.И. МенделееваНа правах рукописиЕМЖИНА ВИКТОРИЯ ВАЛЕРЬЕВНАОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ АКТИВНЫХ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХСУБСТАНЦИЙ С ПОМОЩЬЮ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХОКИСЛИТЕЛЬНЫХ МЕТОДОВ03.02.08 – Экология (химия)ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИКАНДИДАТА ХИМИЧЕСКИХ НАУКНАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:доктор технических наук,профессор Кручинина Н.Е.Москва-2019СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................................

4Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР..................................................................................................................... 71.1 Влияние фармацевтических препаратов на состояние экосистем. Обоснование объектовисследования. ....................................................................................................................................................... 71.2 Сточные воды фармацевтического предприятия.

Источники образования, особенностиобращения и очистки........................................................................................................................................121.3. Способы очистки сточных вод от фармацевтических препаратов ..................................................141.3.1 Традиционные методы очистки сточных вод ...................................................................... 141.3.2 Усовершенствованные методы очистки сточных вод ........................................................ 181.4.

Постановка задачи ....................................................................................................................................33Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА ........................................................................................................362.1. Объекты исследования..............................................................................................................................362.2. Описание экспериментальных установок .............................................................................................382.2.1 Установка УФ-излучения ......................................................................................................

382.2.1 Установка озонирования ....................................................................................................... 392.2.3 Установка диэлектрического барьерного разряда (ДБР).................................................... 402.2.4 Установка сверхкритического водного окисления (СКВО) ...............................................

432.3. Методики определения показателей очистки модельных стоков ....................................................462.3.1 Методики определения активных фармацевтических субстанций (АФС) ....................... 462.3.2 Методики определения других показателей........................................................................ 492.3.3 Методика определения токсического действия растворов ................................................ 532.3.4. Качественное определение продуктов распада ..................................................................

552.3.5 Обработка кинетических кривых разложения исследуемых органических соединений. 55Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ........................................................573.1. Обработка модельных растворов АФС в системах Н2О2, О3 и О3/Н2О2 ..........................................573.1.1.

Окисление АФС пероксидом водорода .............................................................................. 573.1.2. Окисление АФС озонированием ......................................................................................... 583.1.3. Окисление АФС в системе О3/H2O2 .................................................................................... 593.1.4. Влияние активной реакции среды (рН) на окисление АФС в системе О3/H2O2 ..............

653.2. Обработка модельных растворов АФС в системе УФ и УФ/Н2О2 ...................................................683.2.1. Окисление АФС в системе УФ ............................................................................................ 683.2.2. Окисление АФС в системе УФ/H2O2................................................................................... 703.2.3.

Каталитическое окисление АФС в системе УФ/H2O2........................................................ 783.2.4. Определение промежуточных продуктов при окислительной деструкции АФС ........... 873.3. Обработка модельных растворов АФС при воздействии диэлектрического барьерного разряда(ДБР) ...............................................................................................................................................................9623.4. Сверхкритическое водное окисление АФС .........................................................................................1013.4.1. Изучение сорбции АФС .....................................................................................................

1013.4.2. Сверхкритическое окисление АФС ................................................................................... 1093.4.3. Сверхкритическое окисление сточных вод фармацевтического предприятия .............. 1123.5. Оценка токсичности растворов .............................................................................................................1153.5.1. Оценка токсичности исходных растворов. ....................................................................... 1153.5.2. Оценка токсичности растворов после окислительной деструкции ................................ 1163.5.3. Оценка токсичности растворов после окислительной деструкции с доочисткой наактивированном угле.

................................................................................................................... 1193.5.4. Оценка токсичности растворов сточных вод фармацевтического предприятия до и послеСКВО. ............................................................................................................................................ 122ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ...............................................................................................123БИБЛИОГРАФИЯ ..........................................................................................................................................1253ВВЕДЕНИЕВ последние два десятилетия фармацевтические препараты и ихметаболиты все чаще обнаруживаются в окружающей среде, становясьразнообразным по химической структуре классом новых органическихполлютантов.

Все живые организмы, обитающие в окружающей среде, в той илииной степени находятся под воздействием присутствующих в ней препаратов,поэтому даже относительно низкие концентрации сильнодействующих лекарствмогут оказывать значительное влияние на состояние экосистемы.Наличие фармацевтических препаратов, таких как антибиотики, вокружающей среде объясняется главным образом их высокой устойчивостью.Так как традиционные методы очистки не могут обеспечить удалениефармацевтических субстанций, они могут накапливаться в поверхностных,грунтовых водах и даже питьевой воде, провоцируя ряд экологических проблем.До недавнего времени считалось, что основным источником попаданияфармацевтических субстанций (исходных веществ и метаболитов) в экосистемуявлялисьпродуктыжизнедеятельностичеловека,однакосростоминдустриализации общества и развитием технологий все большую роль взагрязнении окружающей среды играют фармацевтические предприятия.Стоки любого фармацевтического предприятия имеют сложную структурус комбинацией нескольких источников, содержащих разные индивидуальныезагрязняющие вещества.

Данная особенность ограничивает возможностьприменениястандартныхметодов итехнологийизаставляетискатькомплексные решения, позволяющие эффективно организовать процессобезвреживания. В связи с техническими и экономическими сложностями вбольшинстве случаев предприятия применяют метод «разбавления» длядостижения допустимых концентраций, что позволяет им соответствоватьтребованиям законодательства, но никоим образом не решает проблемузагрязнения окружающей среды лекарственными препаратами.Исходя из вышесказанного, изучение и разработка эффективных методовочистки сточных вод фармацевтических предприятий является важной и крайне4актуальной проблемой для современного общества и науки.Целью работы было изучение различных методов очистки сточных водфармацевтическогомодельныхпредприятиястоков,содержащихнапримереразличныевысококонцентрированныхактивныефармацевтическиесубстанции (АФС) с последующей оценкой целесообразности применения того илииного метода.В качестве объектов исследования были выбраны модельные водныерастворы, содержание:1.

ацетилсалициловую кислоту (АСК);2. тетрациклин;3. сульфадимезин,с диапазоном концентраций 0,1-0,5 г/л для АСК и сульфадимезина, и 0,02-0,1 г/лдля тетрациклина.Поставленная цель достигалась путём решения следующих задач:− определениеэффективногоспособаокислительнойдеструкциивыбранных фармацевтических препаратов как по изменению концентрациивеществ, так и по интегральным показателям;− исследование кинетики окислительной деструкции фармацевтическихпрепаратов, определение соотношений реагентов и скоростей протекающихвзаимодействий;− определение основных промежуточных продуктов разложения АФС;− оценка токсичности модельных растворов в ходе использованияусовершенствованных окислительных методов;Научная новизна работы:− исследована кинетика процессов деструкции высококонцентрированныхводных растворов АФС (Сн = 0,1 - 0,5 г/л) при использовании различныхусовершенствованных окислительных методов (AOPs);− разработаны методики количественного определения промежуточныхпродуктов окисления АСК на основе метода капиллярного электрофореза;− исследована кинетика образования промежуточных продуктов при5окислении АСК в системе УФ/H2O2;− проведена оценка токсичности водных растворов АФС после окисления,и выявлено, что промежуточные продукты вносят серьезный вклад в токсичностьрастворов;− впервые установлено, что фотокаталитическое окисление тетрациклина(УФ/H2O2) с использованием Al2O3 в качестве катализатора обеспечивает высокиестепени его деструкции (>99%).