Date of Award

11-2019

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Water Resources

Department

Civil and Environmental Engineering

First Advisor

Prof. Munjed Maraqa

Second Advisor

Dr. Mohammad Almeetani

Abstract

This thesis is concerned with the assessment of conventional wastewater treatment plants (WWTPs) in removing pharmaceutical compounds (PCs). PCs have classes like analgesics, antibiotics, antiseptics, hormones, cosmetic products, personal care products. They are used extensively by humans and they don’t have actual guidelines describing their concentration in domestic wastewater discharge. Thus, they may still be present in treated sewage effluent (TSE) or sludge and could consequently pose adverse environmental effects. Limited work has been done to assess the removal of PCs at WWTPs in arid and semi-arid countries including the United Arab Emirates (UAE). As such, this study aimed at investigating the levels of selected PCs in domestic wastewater in Al Ain city before and after treatment. An analytical protocol was developed for the identification, quantification, and analysis of 15 PCs using a liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) system. Four batches of used water and sludge samples were collected from different locations at Al Saad WWTP in Al Ain, UAE. Aliquots of each sample were enriched by solid-phase extraction (SPE). Results show that phenylephrine, dapsone, noscapine, propyl gallate, genistein, and ketoconazole were present in the raw wastewater at low levels (< 0.1 μg/L), while acetaminophen and caffeine were present at high levels (>10 μg/L). The overall removal efficiency of the tested PCs from the water stream in Al Saad WWTP exceeded 99% for cotinine, acetaminophen, caffeine, naproxen, and ibuprofen, but significantly drops (< 50%) for phenylephrine, amoxicillin, dapsone, noscapine, spiramycin, noscapine, genistein, and ketoconazole. Analysis of the results indicates that, for highly removed PCs, the main mechanism of removal is possibly aerobic biodegradation. However, for tyramine, dapsone, 9-aminoacridine, noscapine, propyl gallate, and ketoconazole sorption onto the mixed liquor suspended solids (MLSS) first occurs in the aeration tank of the activated sludge system followed by removal by anaerobic digestion.

Arabic Abstract

الهدف من هذه الأطروحة هو تقييم قدرة محطات معالجة مياه الصرف الصحي في إزالة المركبات الصيدلانية. ويوجد العديد من الأنواع من هذه المركبات كالمسكنات، والمضادات الحيوية، والمطهرات، والهرمونات، ومستحضرات التجميل وتلك الخاصة بالعناية الشخصية. ويتم استخدام المركبات الصيدلانية بشكل واسع جداً وبشكل يومي، ولا يوجد حتى الآن حدود لتركيزها في مياه الصرف الصحي المعالجة. وبالتالي قد لا تزال موجودة في مياه الصرف الصحي بعد معالجتها أو في الحمأة الناتجة عن عملية المعالجة مما قد يشكل ضرراً على البيئة.

ونظراً لندرة هذا النوع من الأبحاث في البلدان القاحلة وشبه القاحلة، وخاصة في دولة الإمارات العربية المتحدة، فقد تم إجراء هذه الدراسة والتي تهدف إلى دراسة مستويات بعض المركبات الصيدلانية في مياه الصرف الصحي في مدينة العين قبل وبعد معالجتها.

وقد تم من خلال هذه الدراسة القيام بتطوير بروتوكول تحليلي (analytical protocol) للتعرف على 15 مركب صيدلاني وتحديد تراكيزها باستخدام جهاز مطياف الكتلة المدمج مع سائل فاصل للون عالي الكفاءة (LC-MS/MS). وتم جمع أربع دفعات من عينات المياه والحمأة من مواقع مختلفة في محطة الساد لمعالجة المياه العادمة في مدينة العين، الإمارات العربية المتحدة، وتم استخلاص المركبات الصيدلانية منها من خلال جهاز استخلاص الطور الصلب (solid phase extraction).

وقد بينت نتائج هذه الدراسة تواجد مركبات فينيلفيرين، دابسون، نوسكافين، بروبيل جالات، جينيسين، وكيتوكونازول في مياه الصرف الصحي قبل معالجتها بتراكيز منخفضة (أقل من 0.1 ميكروغرام/لتر). بينما تواجدت مركبات الأسيتامينوفين والكافيين بتراكيز عالية تجاوزت 10 ميكروغرام/لتر.

وقد تجاوزت كفاءة الإزالة الكلية للمركبات الصيدلانية من المياه المعالجة في محطة الساد نسبة 99% للمركبات التالية: الأسيتامينوفين، الكافيين، النابروكسين، والإيبوبروفين. لكن انخفضت الكفاءة بشكل كبير لتصل إلى أقل من 50% لمركبات فينيلفيرين، الأمكسيسيلين، الدابسون، النوسكافين، السيراميسين، جينيسين، والكيتوكونازول.

وتشير عملية تحليل النتائج إلى أن آلية الإزالة الكلية للمركبات ذات نسبة الإزالة العالية هي التحلل الحيوي الهوائي (aerobic biodegradation)، بينما تمت إزالة التيرامين، الدابسون، 9-أمينو أكريدين، نوسكافين، بروبيل جالات، والكيتوكونازول من خلال الامتصاص (sorption) على المواد العالقة في السائل المختلط (mixed liquor suspended solids)، ثم عن طريق الهضم اللاهوائي (anaerobic digestion).

Arabic Comments

مفاهيم البحث الرئيسية: مياه الصرف الصحي، المركبات الصيدلانية، محطة الساد لمعالجة مياه الصرف الصحي، الكروماتوجرافي السائل، مطياف الكتلة، مدينة العين، الإمارات العربية المتحدة.

Download
COinS