Removal of pharmaceuticals from wastewater/ liquid waste by sonocavitation
Tuomanen, Teppo (2024)
Diplomityö
2024
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024040414640
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024040414640
Tiivistelmä
Water treatment technologies based on cavitation enable the purification of wastewater in an energy-efficient manner and with no or less use of oxidizing chemicals. The aim of this work is to find out the suitability of ultrasonic cavitation for the treatment of pharmaceutical factory wastewater/liquid waste, focusing especially on the oxidation of organic substances and the formation of possible harmful by-products.
In the theory part of the diploma thesis, the necessity of pharmaceutical compounds, the principle of pharmaceutical production and the environmental effects arising from the production of active pharmaceutical compounds, especially in terms of the aquatic environment, are reviewed. Different treatment methods for pharmaceutical industry waste are presented, as well as the composition of liquid waste from the pharmaceutical industry based on literature sources. In the theory part, various wastewater treatment methods of the pharmaceutical industry are presented, such as advanced oxidation processes, different forms of cavitation and the theory related to cavitation, especially in terms of ultrasound cavitation.
Based on the explanations of the theory part, a sampling and research plan was drawn up, and pilot-scale test equipment was assembled, which was used for test runs. In the work, it was noticed that in the ultrasonic cavitation treatment, pharmaceutical substances were broken down and volatile organic compounds were well removed from the treated water, but due to the formation of solid matter and the high organic load, the method needs a catalyst to enhance oxidation, an optimal pH to work effectively and the removal of solid matter in order to use the method to reach concentrations in which the treated water does not have environmental impacts. Kavitaatioon perustuvat vedenkäsittelytekniikat mahdollistavat jäteveden puhdistuksen energiatehokkaasti ja ilman tai vähemmällä hapetuskemikaalien käytöllä. Työn aiheena on selvittää ultraäänikavitaation soveltuvuus lääketehtaan jäteveden/ nestemäisen jätteen käsittelyyn keskittyen erityisesti orgaanisten aineiden hapettamiseen ja mahdollisten haitallisten sivutuotteiden muodostumisen selvittämiseen.
Diplomityön teoriaosuudessa käydään läpi lääkeaineiden tarpeellisuus, lääkeaineiden tuotannon periaate sekä lääkeaineiden tuotannossa syntyvät ympäristövaikutukset erityisesti vesiympäristön kannalta. Lääketeollisuuden jätteiden eri käsittelymenetelmät esitellään sekä lääketeollisuuden nestemäisen jätteen koostumus kirjallisuuslähteisiin perustuen. Teoriaosuudessa esitellään eri lääketeollisuuden jäteveden käsittelymenetelmät, kuten kehittyneet hapetusprosessit, kavitaation eri muodot ja kavitaatioon liittyvä teoria erityisesti ultraäänikavitaation kannalta.
Teoriaosuuden selvitysten perusteella laadittiin näytteenotto- ja tutkimusohjelma sekä koottiin pilot-mittakaavan koelaitteisto, jolla tehtiin testiajoja. Työssä huomattiin, että ultraäänikavitaatiokäsittelyssä lääkeaineiden hajoamista tapahtuu ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet poistuvat käsiteltävästä vedestä hyvin, mutta kiintoaineen muodostumisen ja korkean orgaanisen kuormituksen vuoksi menetelmä tarvitsee katalyyttia hapettumisen tehostamiseksi, optimaalisen pH:n toimiakseen tehokkaasti ja kiintoaineen poiston, jotta menetelmän avulla päästään pitoisuuksiin, joissa käsitelty vesi on ympäristöön johtamiskelpoista.
In the theory part of the diploma thesis, the necessity of pharmaceutical compounds, the principle of pharmaceutical production and the environmental effects arising from the production of active pharmaceutical compounds, especially in terms of the aquatic environment, are reviewed. Different treatment methods for pharmaceutical industry waste are presented, as well as the composition of liquid waste from the pharmaceutical industry based on literature sources. In the theory part, various wastewater treatment methods of the pharmaceutical industry are presented, such as advanced oxidation processes, different forms of cavitation and the theory related to cavitation, especially in terms of ultrasound cavitation.
Based on the explanations of the theory part, a sampling and research plan was drawn up, and pilot-scale test equipment was assembled, which was used for test runs. In the work, it was noticed that in the ultrasonic cavitation treatment, pharmaceutical substances were broken down and volatile organic compounds were well removed from the treated water, but due to the formation of solid matter and the high organic load, the method needs a catalyst to enhance oxidation, an optimal pH to work effectively and the removal of solid matter in order to use the method to reach concentrations in which the treated water does not have environmental impacts.
Diplomityön teoriaosuudessa käydään läpi lääkeaineiden tarpeellisuus, lääkeaineiden tuotannon periaate sekä lääkeaineiden tuotannossa syntyvät ympäristövaikutukset erityisesti vesiympäristön kannalta. Lääketeollisuuden jätteiden eri käsittelymenetelmät esitellään sekä lääketeollisuuden nestemäisen jätteen koostumus kirjallisuuslähteisiin perustuen. Teoriaosuudessa esitellään eri lääketeollisuuden jäteveden käsittelymenetelmät, kuten kehittyneet hapetusprosessit, kavitaation eri muodot ja kavitaatioon liittyvä teoria erityisesti ultraäänikavitaation kannalta.
Teoriaosuuden selvitysten perusteella laadittiin näytteenotto- ja tutkimusohjelma sekä koottiin pilot-mittakaavan koelaitteisto, jolla tehtiin testiajoja. Työssä huomattiin, että ultraäänikavitaatiokäsittelyssä lääkeaineiden hajoamista tapahtuu ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet poistuvat käsiteltävästä vedestä hyvin, mutta kiintoaineen muodostumisen ja korkean orgaanisen kuormituksen vuoksi menetelmä tarvitsee katalyyttia hapettumisen tehostamiseksi, optimaalisen pH:n toimiakseen tehokkaasti ja kiintoaineen poiston, jotta menetelmän avulla päästään pitoisuuksiin, joissa käsitelty vesi on ympäristöön johtamiskelpoista.