คุณภาพทางจุลชีววิทยาของน้ำเสียหลังผ่านการกำจัดฤทธิ์ของยาปฏิชีวนะโดยการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่อุณหภูมิสูง (MICROBIOLOGICAL EVALUATION OF COMBINED HYDROGEN PEROXIDE AND HEAT TREATMENT ON ANTIBIOTIC WASTEWATER)

Abstract

การปล่อยยาปฏิชีวนะไปสู่สิ่งแวดล้อมอาจนำไปสู่การเสียสมดุลอย่างรุนแรงของระบบนิเวศ หนึ่งในเทคโนโลยีแบบใหม่สำหรับการบำบัดน้ำเสียที่ปนเปื้อนยาปฏิชีวนะ ได้แก่ การประยุกต์ใช้กระบวนการออกซิเดชั่นขั้นสูง งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสาธิตการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ร่วมกับการใช้อุณหภูมิสูงที่ระดับต่างๆ ในการยับยั้งฤทธิ์ของยาปฎิชีวนะทั้งนี้ยาปฏิชีวนะที่ใช้ศึกษามี 3 ชนิด ได้แก่ เซฟตาซิดิม เซฟไตรอะโซน และเซฟาเลกซิน ในระบบน้ำเสียจำลองความเข้มข้นเฉลี่ยของน้ำล้างที่จัดเป็นน้ำเสียได้จากการทำความสะอาดเครื่องจักรในกระบวนการผลิต โดยมีความเข้มข้นประมาณ 10 ไมโครกรัมต่อมิลลิลิตร แบบจำลองน้ำเสียที่มีการปนเปื้อนของยาปฏิชีวนะถูกเตรียมที่ 60 ไมโครกรัม/มิลลิลิตรของแต่ละยาปฏิชีวนะที่ศึกษา และทำการวิเคราะห์สารตกค้างด้วยเครื่องโครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง โดยทำการทดสอบกระบวนการออกซิเดชั่นขั้นสูงที่ความเข้มข้นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ร้อยละ 1 3 และ 5 โดยปริมาตร และที่ระดับอุณหภูมิ 60 80 และ 100 องศาเซลเซียส ที่เวลาต่างๆ ทั้งนี้มีการเติมเชื้ออีโคไล ปริมาณ 6 ล็อคโคโลนีต่อมิลลิลิตร ลงในน้ำเสียที่จะบำบัดเพื่อเป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของกระบวนการออกซิเดชั่นขั้นสูง ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เหลืออยู่ในตัวอย่างหลังการบำบัดด้วยกระบวนการออกซิเดชั่นมีการกำจัดด้วยการเติมยีสต์ผงผลการวิจัยพบว่า ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มากขึ้นและใช้เวลาในการบำบัดนานขึ้นพบว่า มีประสิทธิภาพที่ดีในการกำจัดยาปฏิชีวนะตกค้าง ปริมาณของยาปฏิชีวนะตกค้างหลังจากกระบวนการออกซิเดชั่นแต่งต่างกันขึ้นอยู่กับระดับความสามารถในการกำจัดยาปฏิชีวนะแต่ละตัว ซึ่งการกำจัดเซฟตาซิดิม ทำได้ดีที่สุด รองลงมาคือเซฟไตรอะโซนและเซฟาเลกซิน ตามลำดับ ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส ความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ร้อยละ 5 ใช้เวลา 30 นาที สามารถกำจัดยาปฏิชีวนะได้สมบูรณ์ การใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ร้อยละ 1 และ 3 พบว่าใช้เวลาบำบัดนานขึ้นเป็น 60 และ 120 นาที ตามลำดับ เงื่อนไขสภาวะออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส สามารถที่จะกำจัดสารตกค้างที่มีการปนเปื้อนของเซฟไตรอะโซนและเซฟาเลกซิน ไฮดรอกซิลเรดิคัลที่เกิดขึ้นสามารถเร่งอัตราการทำลายการปนเปื้อนของยาปฏิชีวนะในน้ำเสียการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ร่วมกับอุณหภูมิประสบความสำเร็จในการนำมาประยุกต์ใช้ทำลายฤทธิ์ของยาปฏิชีวนะที่ปนเปื้อนในน้ำเสีย โดยที่ไม่ก่อให้เกิดสารประกอบที่ไม่เป็นอันตราย สามารถสูญสลายได้ง่าย ไฮดรอกซิลเรดิคัลที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการถูกสมมติฐานว่ามีความสามารถในการออกซิเดชั่นที่สูงในการบำบัดน้ำเสียด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์คำสำคัญ: การปนเปื้อนของยาปฏิชีวนะในน้ำเสีย  การใช้ความร้อน  ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์  การประเมินทางจุลชีววิทยาThe release of trace pharmaceutical antibiotics into the environment can cause a major upset of an ecological balance. One of the promising technologies for treating antibiotic wastewater is the application of advanced oxidation processes.Method: Hydrogen peroxide (H2O2) treatment was proposed as a pretreatment to remove ceftazidime, ceftriaxone, and cephalexin contaminants in a model of antibiotic wastewater. An averaged concentration of antibiotic contained in the first washed wastewater obtained from the major cleaning at the end of production was determined at approximately 10 µg/mL. The model wastewater of antibiotic production was formulated at 60 µg/mL of each antibiotics for safety reason and practical aspect of High Performance Liquid Chromatography (HPLC) analysis. H2O2 concentrations were varied at 1 3 and 5% (w/v) and the incubation temperatures were set at 60 80 and 100 oC. E. coli culture at log 6 CFU/mL initial density were added to the treated wastewater to evaluate the remaining antibiotic toxicity and assess the biocidal and biostatic effects. The inhibitory effect of H2O2 residues at the end of H2O2 treatment was neutralized successfully by adding dried bakers’ yeast to catalyze oxygen and water conversions.Result: Higher temperature, higher hydrogen peroxide concentration and longer hydrogen peroxide treatment time were the most effective to degrade antibiotic pollutants. The measurement of trace antibiotic at the end of H2O2 treatment suggested the different degree of degradation recalcitrance following this order ceftazidime was provided better degradation than ceftriaxone and cephalexin respectively. At 100oC, complete removal of antibiotics of 5% H2O2 treatment was achieved within 30 min. Longer duration was required in the case of 1 and 3% H2O2 treatment at 60 and 120 min, respectively. Strong oxidation condition (100 oC and 5% H2O2) enabled instant removals of ceftriaxone and cephalexin. Hydroxyl radicals (•OH) was assumed to accelerate the fast degradation rate of antibiotic contaminants.Conclusion: Combined hydrogen peroxide and heat treatment has been successfully applied for the degradation of antibiotic wastewater, either to less harmful compounds or to their complete mineralization. The hydroxyl radical’s availability was hypothesized to provide strong oxidation potency of this successful H2O2 treatment scheme.Keywords: Antibiotic Wastewater, Heat Treatment, Hydrogen Peroxide, Microbiological Evaluation