| Abstract | Tijekom proizvodnje farmaceutskih proizvoda nastaju otpadne vode koje sadrže širok raspon specifičnih onečišćujućih tvari. Primjenom bioremedijacije može se poboljšati proces biološke obrade farmaceutske otpadne vode. U ovom radu istražen je bioremedijacijski potencijal aktivnoga mulja za obradu farmaceutske otpadne vode. Pokusom biosorpcije ispitano je vezanje prisutnih tvari u otpadnoj vodi na staničnu strukturu aktivnoga mulja. Povećanjem početnih koncentracija aktivnoga mulja povećava se specifična površina mulja što omogućava veću sorpciju sorbata. Optimalna početna koncentracija aktivnoga mulja za proces biosorpcije onečišćujućih tvari iz farmaceutske otpadne vode iznosila je
5,12 ± 0,13 g/L. Langmuirov model ukazuje na dobro slaganje s eksperimentalnim podacima pri čemu su se procijenjene vrijednosti qm i KL kretale od 131,43 do 317,29 mg/g te od 0,002 do 0,005 L/mg, dok je vrijednost F-testa iznosila 0,97 ± 0,01. Učinkovitost procesa biosorpcije je u prosjeku iznosila 25,55 ± 10,62 %, dok je prosječna vrijednost uklonjenih toksičnih tvari iznosila 41,14 ± 10,05 % unutar 30 minuta. Iz farmaceutske otpadne vode izolirane su najzastupljenije bakterijske kulture zbog prilagođenosti dostupnom supstratu, Aeromonas hydrophila i Pseudomonas putida, te su one primijenjene za bioaugmentaciju aktivnoga mulja. U pokusima bioaugmentacije provedena je kinetička analiza procesa biorazgradnje pri čemu su se procijenjene vrijednosti μmax i KS kretale od 0,16 do 0,92 1/h te od 53,64 do 238,80 g/L. Vrijednosti procijenjene za Ki i kd iznosile od 120,45 do
186,67 g/L i od 0,0011 do 0,0076 1/h, dok su procijenjene vrijednosti za m i n u prosjeku iznosile 0,0039 ± 0,0012 te 1,20 ± 0,30. Prosječna vrijednost F-testa iznosila je 0,75 ± 0,01. Na temelju vrijednosti procijenjenih parametara modela i ocjene prihvatljivosti modela može se zaključiti da Endo-Haldaneov model dobro opisuje ponašanje sustava u obradi farmaceutske otpadne vode. U pokusu bioaugmentacije prosječna vrijednost pH iznosila je 7,92 ± 0,30, koncentracija otopljenog kisika u prosjeku je iznosila 4,06 ± 1,97 mg/L, dok je omjer Xv/X tijekom cijelog pokusa bio konstantan te je iznosio 0,91 ± 0,03. Najveća učinkovitost biorazgradnje zabilježena je u pokusu s bioaugmentiranim aktivnim muljem s P. putida s prosječnom vrijednošću od 68,78 ± 6,69 %. Iako bioaugmentacija nije utjecala na morfologiju aktivnoga mulja, smanjeno je vrijeme obrade farmaceutske otpadne vode s bioaugmentiranim aktivnim muljem s A. hydrophila i P. putida za vremenski period do 4 i 6 h uz postizanje jednake učinkovitosti procesa i smanjeni prirast biomase između 1,62 % i
4,54 %. Bakterijska kultura P. putida ukazuje na otpornost prema eritromicinu, gdje se krivulja rasta P. putida u sustavu s eritromicinom može se dobro opisati Gompertzovim modelom, uz prosječnu vrijednost F-testa 0,94 ± 0,02. Procijenjene vrijednosti parametara modela kretale su se od 0,17 do 0,25 1/h za μmax, od 0,73 do 0,86 za konstantu b, od 0,0572 do 0,1096 za konstantu c te u rasponu od 0,0017 do 0,0049 1/h za kd. Mikroskopskom analizom utvrđeno je da pri koncentraciji eritromicina od 200 mg/L dolazi do filamentacije stanica, pri čemu su se duljine stanica kretale od 6,86 do 19,57 μm u eksponencijalnoj fazi do 48 sati. Najveća aktivnost od 20308,94 U enzima esteraze postignuta je u 72. satu u sustavu bez eritromicina. |
| Abstract (english) | During the production of pharmaceutical products, wastewater is generated which contains a wide variety of specific contaminants. The application of bioremediation can improve the process of pharmaceutical wastewater biological treatment. In this study, the bioremediation potential of activated sludge in pharmaceutical wastewater treatment was investigated. The biosorption experiment was conducted to investigate the binding of contaminants from wastewater onto the cellular structure of activated sludge. By increasing the initial concentrations of activated sludge, the specific surface area of the sludge increases, which enables better sorbate sorption. The optimal initial concentration of activated sludge for the biosorption process of contaminants from pharmaceutical wastewater was 5.12 ± 0.13 g/L. Langmuir's model indicated good alignment with the experimental data, where the estimated values of qm and KL ranged from 131.43 to 317.29 mg/g and from 0.002 to 0.005 L/mg, and the value of the F-test was 0.97 ± 0.01. The average value of biosorption process efficiency was 25.55 ± 10.62 %, while the average value of the removed toxic substances was
41.14 ± 10.05 % within 30 minutes. The most common bacterial cultures were isolated from pharmaceutical wastewater due to their adaptation to the available substrate, Aeromonas hydrophila and Pseudomonas putida, and they were used for the bioaugmentation of activated sludge. In bioaugmentation experiments, a kinetic analysis of the biodegradation process was conducted, where the estimated values of μmax and KS ranged from 0.16 to 0.92 1/h and from 53.64 to 238.80 g/L. Values estimated for Ki and kd ranged from 120.45 to 186.67 g/L and from 0.0011 to 0.0076 1/h, while estimated average values for m and n were 0.0039 ± 0.0012 and 1.20 ± 0.30. The mean value of the F-test was 0.75 ± 0.01. Based on the values of the estimated model parameters and the evaluation of the acceptability of the model, it can be concluded that the Endo-Haldane model can well describe the behaviour of the of pharmaceutical wastewater treatment system. In the bioaugmentation experiment, the average pH value was 7.92 ± 0.30, the dissolved oxygen concentration averaged
4.06 ± 1.97 mg/L, while the Xv/X ratio was constant throughout the experiment and was
0,91 ± 0.03. The highest biodegradation efficiency was observed in an experiment with bioaugmented activated sludge with P. putida with an average value of 68.78 ± 6.69%. Although bioaugmentation did not affect the morphology of activated sludge, the time of pharmaceutical wastewater treatment with bioaugmented activated sludge with A. hydrophila and P. putida was reduced for a period of up to 4 and 6 hours with achieving equal process efficiency and reduced biomass growth between 1.62 % and 4.54 %. Bacterial culture
P. putida indicates resistance to erythromycin, where the growth curve of P. putida in the system with erythromycin can be well described by the Gompertz model, with an average F-test value of 0.94 ± 0.02. The estimated values of the model parameters ranged from 0.17 to 0.25 1/h for μmax, from 0.73 to 0.86 for the constant b, from 0.0572 to 0.1096 for the constant c, and in the range from 0.0017 to 0.0049 1/h for kd. Microscopic analysis showed that at the erythromycin concentration of 200 mg/L, cell filamentation occurred, with cell lengths ranging from 6.86 to 19.57 μm during the exponential phase up to 48 hours. The highest activity of 20308.94 U for esterase enzyme was achieved at the 72nd hour in the system with no presence of erythromycin. |
