Investigation of toxicity of antiviral drugs in the presence of microplastics and their removal through ozonation and LDH-based catalytic ozonation
Antiviral ilaçların zehirliliğinin mikroplastikler varlığında araştırılması, ozonlama ve KÇH-bazlı katalitik ozonlama aracılığıyla giderimleri
- Tez No: 883975
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR DOĞRUEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Biyoteknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 191
Özet
COVID-19 pandemisi sırasında daha önce grip ve HIV'ye karşı kullanılan çeşitli antiviral ilaçlar, yüksek konsantrasyonlarda ve çok sayıda insanın tedavisinde uygulanarak atıksuya karışmaktadır. Hem antivirallerin atıksu arıtma tesislerinde tamamen giderilemeyeceği ve arıtılmış atıksuyun deşarjıyla alıcı ortama verileceği beklendiği hem de atıksuların içinde bulunan SARS-CoV-2 virüsünün insanlarda enfeksiyona yol açıp açmayacağı bilinmediği için arıtılmış atıksuların özellikle tekrar kullanımları öncesinde mutlaka dezenfekte edilmesi gerekmektedir. Plastik maske ve eldiven kullanımındaki artış ise, doğrudan plastik kirliliği oluşturduğu gibi zaman içinde sulardaki ikincil mikroplastik olarak mikroplastik kirliliğine de katkıda bulunmakta ve diğer maddelerin zehirlilik etkilerini artırma yönünde etki göstermektedir. Bu çalışmanın ana amacı, atıksuların tekrar kullanımı açısından yeni bir risk oluşturan COVID-19 ilaçlarının giderimi için uygulanacak olan ozonlama ve katalitik ozonlama proseslerinin optimizasyonu ve bu ilaçların gideriminin hem konsantrasyon hem de ekotoksikolojik etkiler bazında değerlendirilmesidir. Bu amaç doğrultusunda, ülkemizde kullanılması, atıksu arıtma tesislerinde gideriminin az olması, zehirlilik etkisi göstermesi beklenen konsantrasyonun düşük olması ve hakkında az araştırılma yapılmış olması esas alınarak favipiravir ve oseltavimir çalışılacak antiviral maddeler olarak seçilmiştir. Deneyler, pandemi sebebiyle gerçek atıksu (evsel atıksuya ilişkin biyolojik arıtma çıkışı) numunelerinin temininde yaşanabilecek problem ve oluşabilecek riskler yüzünden seçilen ilaçların farklı konsantrasyonlarıyla hazırlanan biyolojik olarak arıtılmış sentetik atıksu numunelerinde mikroplastik yokluğunda ve varlığında yürütülmüştür. Zehirlilikleri hakkında çok fazla araştırma olmayan, özellikle de dezenfeksiyon proseslerinin üzerilerindeki etkisinin ne olacağı çalışılmamış olan bu antiviral ilaçların zehirliliklerinin nasıl değiştiği ilk kez incelenmiştir. COVID-19 pandemisi sırasında çevrede oluşan mikroplastik kirliliğinin seçilen ilaçların zehirliliğine etkisi, biyolojik olarak arıtılmış sentetik atıksu numunelerine gerçek atıksu numunelerinde beklenen miktarlarda mikroplastik ilavesi yapılarak bilimsel literatüre katkı sağlanması hedeflenmiştir. Ozonlama ve katalitik ozonlama proseslerinin üçüncül arıtma yaklaşımı olarak uygulanabilirliğinin favipiravir ile oseltamivirin biyolojik olarak arıtılmış sentetik atıksu numunelerinden giderilmesi kapsamında değerlendirildiği çalışmanın deney setlerinde, iki farklı favipiravir ve oseltamivir konsantrasyonuna sahip (her bir antiviral ilaç için 500 ng/L ve 50 µg/L) ikincil arıtma çıkış suları kullanılmıştır. Antiviral ilaçların giderimi ve uygulanan proseslerin organik kolektif parametreler (KOİ, ÇOK, UV254) üzerindeki etkisi, üç farklı spesifik ozon dozu (0.2, 0.6 ve 1 mg O3/mg ÇOK) ve iki farklı başlangıç pH değeri (7 ve 10) kullanılarak mikroplastiklerin varlığında (0.1 mg/L) ve yokluğunda değerlendirilmiştir. Ekotoktisite deneylerinin ilki, çevresel zehirlilik etkilerinin incelenmesi için çok yaygın bir şekilde kullanılan Vibrio fischeri eşliğinde yürütülmüştür. Ekotoksilojik testlerin ikincisi ise, atıksuların olası bir tekrar kullanımda toprak ortamında meydana getireceği zehirliliğin belirlenmesi amacıyla Enchytreaus crypticus solucanları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Biyolojik olarak arıtılmış sentetik atıksu numunelerinde uygulanan ozonlama deneyleri sonucunda; ortanca spesifik ozon dozu olan 0.6 mg O3/mg ÇOK, pH 7 ve 10 değerlerinde sırasıyla %5 ve %12 oranında sınırlı bir ÇOK giderim verimi sağlamıştır. Katalitik ozonlama, ozonlamaya oranla ÇOK giderme verimini iyileştirerek incelenen pH koşullarında başlangıç ÇOK konsantrasyonunda %2 ila %4 arasında değişen ilave bir azalmaya yol açmıştır. Düşük mineralizasyon düzeyine rağmen, 0.6 mg O3/mg ÇOK büyüklüğündeki ortanca spesifik ozon dozu eşliğinde yürütülen ozonlama prosesi, KOİ parametresi özelinde %12 ila %19 arasında değişen bir giderme verimi sergileyerek kısmi oksidasyonun baskın bozunma (degradasyon) mekanizması olduğunu ortaya koymuştur. Katalitik ozonlama, ÇOK için gözlemlenen trende benzer şekilde, KOİ gideriminde %15–23 seviyesinde verim sağlamıştır. Ortanca spesifik ozon dozu olan 0.6 mg O3/mg ÇOK ile yapılan ozonlama, UV254 ve SUVA değerlerinde sırasıyla %50–56 ve %47–50 oranında düşüşe neden olarak hidrofobik organik maddelerin daha hidrofilik olanlara dönüşümü ve düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerin oluşumu gibi birtakım yapısal değişikliklere işaret etmiştir. Katalitik ozonlama aracılığıyla UV254 ve SUVA gideriminde az miktarda bir iyileşme kaydedilerek sırasıyla %51–60 ve %47–52'ye ulaşan verimler elde edilmiştir. Mikroplastiklerin eklenmesi, organik kolektif parametrelerin (KOİ, ÇOK ve UV254) giderim verimleri üzerinde ihmal edilebilecek düzeyde (≤%4) olumsuz etki meydana getirmiştir. Danecik Boyut Dağılım (DBD)-temelli KOİ fraksiyonasyonu, yalnızca incelenen örnekler için bir parmak izi görevi görmekle kalmamış; aynı zamanda ozonlamanın her bir boyut aralığında ölçülen KOİ içeriğine olan etkisini değerlendirmek için de yararlı bir araç olduğunu kanıtlamıştır. Ozonlamanın ikincil arıtma çıkış suları üzerindeki en belirgin etkisi, danecik boyut spektrumunun ucunda yer alan
Özet (Çeviri)
Following global outbreaks such as SARS-CoV-2 and influenza, the heightened use of pharmaceuticals to treat infected individuals has led to the presence of antiviral drugs and their metabolites in wastewater at significant levels. Since wastewater treatment plants (WWTPs) are not designed to remove antiviral drugs, these contaminants are discharged into receiving environments without treatment. If these substances are not adequately degraded during wastewater treatment, they could potentially harm human and ecosystem health when released into aquatic systems. To address this concern, tertiary treatment applications have to be employed. In this study, in order to assess the treatability of two commonly used antivirals, Oseltamivir (OSE) and Favipiravir (FAV), advanced oxidation processes, involving ozonation and catalytic ozonation were applied. Additionally, the potential ecotoxicological impacts of treated wastewater effluent were investigated on soil and aquatic environments. Moreover, the efficiency of the applied processes was also explored in the presence of microplastics (MPs). In this study, the concentrations of OSE and FAV were selected based on the occurrence of these antivirals in environment ranging from low (500 ng/L) to high (50 µg/L). A biologically treated synthetic wastewater sample, mirroring a typical domestic effluent, was exposed to ozonation with three different ozone dosages: 0.2, 0.6, and 1 mg O3/mg DOC (dissolved organic carbon) at pH values of pH: 7±0.1 and pH: 10±0.1. The degradation of these compounds was also assessed in the presence of catalyst 0.1 g/L of ZnFe LDH (layered double hydroxide), which is a nanocomposite catalyst. The widely found polyethylene (PE) microplastic (0.1 mg/L) was introduced into samples during the ozonation and catalytic ozonation applications. Antiviral compounds and their corresponding removal rates were assessed using liquid chromatography tandem mass spectroscopy (LC-MS/MS), employing the isotope dilution method. Solid phase extraction was employed to facilitate accurate quantification of antivirals in samples. Finally, to assess the potential reusability of treated wastewater, soil organisms Enchytraeus crypticus and acute organisms Vibrio fischeri were exposed to ozonated and catalytic ozonated samples according to OECD and ISO 11348-3 methods. According to the findings, by evaluating conventional parameters in ozonated and catalytic ozonated effluent samples, it was concluded that both ozonation and catalytic ozonation can effectively decrease the amount of organic matter in wastewater, while MPs had a negligible effect on the wastewater characterization. In this regard, the maximum removal rates in chemical oxygen demand (COD), dissolved organic carbon (DOC), and ultraviolet absorbance at 254 nm (UV254) parameters were achieved by catalytic ozonation at pH 10 with 1 mg O3/mg DOC, reaching approximately 27.2%, 17.7%, and 71%, respectively. Additionally, particle size distribution (PSD) analysis was conducted for non-ozonated and ozonated samples revealed an 11% decrease in the COD fraction within the particle size interval of
Benzer Tezler
- Farmasötiklerin mikrobiyal lakkaz aracılı biyodegradasyonunun araştırılması ve toksisite değerlendirmeleri
Investigation of microbial laccase mediated biodegradation of pharmaceuticals and toxicity assessment
SULTAN KÜBRA TOKER
- Bazı tiyazol türevlerinin biyokimyasal etki mekanizmalarının araştırılması
Investigation of biochemical impact mechanisms of some thiazol derivaties
BÜŞRA EKSELLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Eczacılık ve FarmakolojiAnadolu ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLŞEN AKALIN ÇİFTÇİ
- Biomedical application of an enzymatically synthesized biopolyester
Enzimatik olarak sentezlenmiş bir biyopoliesterin biyomedikal uygulaması
ŞENOL BEYAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR
- Herpes simplex virus tip 2'ye karşı oksalamid fonksiyonel yapısı içeren yeni moleküllerin sentezi, antiviral etkinliklerinin in-vitro olarak araştırılması
Investigation of synthesis and antiviral activities of new molecules containing oxalamide functional structure against herpes simplex virus TYPE 2
MUHAMMED EMİRHAN KARAMAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2022
MikrobiyolojiHatay Mustafa Kemal ÜniversitesiTıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİZAMİ DURAN
- Kronik hepatit B tedavisinde kullanılan tenofovir disoproksil fumarat ve entekavirin vestibülokoklear toksisitesinin klinik olarak araştırılması
Clinical investigation of the vestibulocochlear toxicity of tenofovir disoproxil fumarate and entecavir used in the treatment of chronic hepatitis B.
ÖMER ŞAHİN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2024
Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik MikrobiyolojiKırıkkale ÜniversitesiEnfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR GÜL