بررسی کارایی فرایندهای اکسیداسیون شیمیایی پیشرفته در حذف آنتیبیوتیک سفازولین از محلولهای آبی
فصلنامه علمی پژوهشی بهداشت در عرصه,
دوره 14 شماره 1 (1405),
24 اکتبر 2026
,
صفحه 5-16
https://doi.org/10.22037/jhf.v14i1.52811
چکیده
زمینه و اهداف: ورود آنتیبیوتیکها به محیطزیست از طریق فاضلابهای بیمارستانی و پسابهای صنایع دارویی به یکی از مهمترین چالشهای زیست محیطی و بهداشت عمومی تبدیل شده است. سفازولین، بهعنوان یکی از آنتیبیوتیکهای پر مصرف از خانواده سفالوسپورینها، به طور گسترده در پساب تصفیهخانههای فاضلاب شناسایی شده و میتواند در گسترش مقاومت آنتیبیوتیکی و بروز مخاطرات زیست محیطی نقش داشته باشد. هدف از این مطالعه بررسی و مقایسه کارایی فرآیند پروکسون (O3/H2O2) و فرآیند فتواکسیداسیون پیشرفته (UV/O3/H2O2) در حذف سفازولین از محلولهای آبی بود.
مواد و روشها: این مطالعه از نوع تجربی و در مقیاس آزمایشگاهی با رعایت ملاحظات اخلاقی در سال 1404 انجام شد. به منظور بررسی کارایی فرآیندهای O3/H2O2 و UV/O3/H2O2 در حذف سفازولین از محلولهای آبی، اثر پارامترهای عملیاتی بر راندمان حذف مانند غلظت اولیه سفازولین (1، 3، 5، 7 و 10 میلیگرم بر لیتر)، pH (3، 7 و 9)، زمان تماس ازن (5 و 10 دقیقه) و زمان تابش فرابنفش (15 و 25 دقیقه) ارزیابی و غلظت باقی مانده سفازولین با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) اندازهگیری شد. پس از تعیین شرایط بهینه، راندمان حذف دو روش با یکدیگر مقایسه گردید.
یافتهها: نتایج نشان داد که فرآیند UV/O3/H2O2 در شرایط بهینه میتواند 98/8 درصد از سفازولین موجود در محلول آبی با غلظت اولیه 1 میلیگرم بر لیتر، زمان تماس ازن 10 دقیقه و زمان تابش لامپ UV 25 دقیقه حذف نماید، در حالیکه فرآیند O3/H2O2 در شرایط مشابه، راندمان حذف نسبتا پایینتری داشت. همچنین، راندمان حذف در هر دو فرآیند به pH محلول، غلظت اولیه سفازولین، زمان تماس ازن و زمان تابش فرابنفش وابسته بود؛ بهطوریکه بیشترین راندمان حذف در pH برابر 9 حاصل شد.
نتیجهگیری: نتایج این مطالعه نشان داد که فرآیند UV/O3/H2O2 در مقایسه با فرآیند O3/H2O2 عملکرد مؤثرتری در حذف سفازولین در محیطهای آبی دارد. بنابراین، استفاده از فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته مبتنی بر تابش فرابنفش میتواند بهعنوان روشی کارآمد برای حذف آنتیبیوتیکهای مقاوم و بهبود کیفیت تصفیه فاضلابهای حاوی این نوع آلایندهها مورد توجه قرار گیرد.
- سفازولین
- پروکسون
- فتواکسیداسیون پیشرفته
- تابش فرابنفش
ارجاع به مقاله
مراجع
1- Sikder S, Toha M, Anik AH, Sultan MB, Alam M, Parvin F, et al. A comprehensive review on the fate and impact of antibiotic residues in the environment and public health: A special focus on the developing countries. Water Environment Research 2024; 96(2):e10987. https://doi.org/10.1002/wer.10987
2- Rafiei Z, Marioryad H, Jamshidi A, Hassani G, Naghmachi M. Investigation of hospital wastewater treatment using the UV/H₂O₂/S₂O₈²⁻ process as a combined AOP method. International Journal of Environmental Analytical Chemistry 2024; 104(19):8263-73 (In Persian). https://doi.org/10.1080/03067319.2023.2198090
3- Wang B, Xu Z, Dong B. Occurrence, fate, and ecological risk of antibiotics in wastewater treatment plants in China: A review. Journal of Hazardous Materials 2024; 469:133925.https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133925
4- WHO. Guidance on wastewater and solid waste management for manufacturing of antibiotics. Available from: https: //www. who. int/ publications/ i/ item/ 9789240097254. Accessed Sep 3, 2024.
5- Hassoun-Kheir N, Stabholz Y, Kreft JU, de la Cruz R, Romalde JL, Nesme J, et al. Comparison of antibiotic-resistant bacteria and antibiotic resistance genes abundance in hospital and community wastewater: A systematic review. Science of the Total Environment 2020; 743:140804. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140804
6- Singh A, Chaurasia D, Khan N, Singh E, Chaturvedi Bhargava P. Efficient mitigation of emerging antibiotics residues from water matrix: Integrated approaches and sustainable technologies. Environmental Pollution 2023; 328:121552. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.121552
7- Samrot AV, Wilson S, Sanjay Preeth RS, Prakash P, Sathiyasree M, Saigeetha S, et al. Sources of antibiotic contamination in wastewater and approaches to their removal—an overview. Sustainability 2023; 15(16):12639. https://doi.org/10.3390/su151612639
8- Mishra S, Singh AK, Cheng L, Hussain A, Maiti A. Occurrence of antibiotics in wastewater: Potential ecological risk and removal through anaerobic–aerobic systems. Environmental Research 2023; 226:115678. https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.115678
9- DailyMed. Cefazolin for injection, USP [Internet]. Bethesda (MD): National Library of Medicine (US); 2024 [cited 2025 Jul 30]. Available from: https://dailymed.nlm.nih.gov/dailymed/lookup.cfm?setid=e8f40f72-3cf0-43dc-a797-fb98dd8af228
10- Wishart DS, Feunang YD, Guo AC, Lo EJ, Marcu A, Grant JR, et al. DrugBank 5.0: A major update to the DrugBank database for 2018. Nucleic Acids Research 2018; 46(D1):D1074-82. https://doi.org/10.1093/nar/gkx1037
11- Zhang X, Xue X, Hu J. Combined ozonation-biological activated carbon process for antibiotic resistance control in treated effluent from wastewater treatment plant. Water Research 2025; 268:122610. https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122610
12- Niu J, Yuan R, Chen H, Zhou B, Luo S. Heterogeneous catalytic ozonation for the removal of antibiotics in water: A review. Environmental Research 2024; 262(Pt 2):119889. https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.119889
13- Michael-Kordatou I, Karaolia P, Fatta-Kassinos D. The role of operating parameters and oxidative damage mechanisms of advanced chemical oxidation processes in the combat against antibiotic-resistant bacteria and resistance genes present in urban wastewater. Water Research 2018; 129:208-30. https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.10.007
14- Yang X, Zhang T, Liu Z, Zhang R, Chen C, Li Z, et al. Intensification of ozone gas/liquid mass transfer and ozonation efficiency: A critical review. Water Research 2026; 288(Pt B):124719. https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124719
15- Mohamadi F, Chen T, Hofmann R, Wang C. Evaluating interferences in the external calibration method for hydroxyl radical scavenging capacity measurement. Environmental Science: Water Research & Technology 2026; 12(7):2135-43. https://doi.org/10.1039/d6ew00171h
16- American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA), Water Environment Federation (WEF). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 22 nd ed. Washington, DC: American Public Health Association; 2012.
17- Nazari SB, Fazlzadeh M, Parastar S, Aaligadri M, Rashtbari Y, Poureshgh Y. Investigation of amoxicillin removal efficiency from aqueous solutions using US/PS/CuO-Fe₃O₄ process. Heliyon 2025; 11(4):e42618 (In Persian). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2025.e42618
18- Bajpai M, Katoch SS, Kadier A, Ma PC. Treatment of pharmaceutical wastewater containing cefazolin by electrocoagulation (EC): Optimization of various parameters using response surface methodology (RSM), kinetics and isotherms study. Chemical Engineering Research and Design 2021; 176:254-66.
19-. Sheikh Y, Tazikeh-Lemeski E, Dadban Shahamat Y, Baei MT, Jalilian H. Degradation of cefixime antibiotic by heterogeneous catalytic ozonation process using novel LDH/zeolite nano-composite: Modeling and optimization process. Journal of Environmental Health Science and Engineering 2025; 23(1):17 (In Persian). https://doi.org/10.1007/s40201-025-00941-5
20- Amini-Badr A, Behnajady MA. Photocatalytic removal of cefazolin in a photoreactor packed with TiO₂-P25 nanoparticles supported on glass beads: an artificial neural network modeling. International Journal of Environmental Analytical Chemistry 2024; 104(17):5713-31 (In Persian). https://doi.org/10.1080/03067319.2022.2130060
21- Anjali R, Shanthakumar S. Simultaneous degradation of amoxicillin, ciprofloxacin and acetaminophen in a mixture by ozonation: kinetics and mechanisms pathway. Journal of Cleaner Production 2022; 378:134509. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134509
22- Babaee Y, Saghravani SF, Feizy J. Predicting ciprofloxacin and levofloxacin decomposition utilizing ozone micro-nano bubbles through the central composite design method. Environmental Technology 2024; 45(22):4622-34. https://doi.org/10.1080/09593330.2023.2260123
23- Ma D, Yi H, Lai C, Liu X, Huo X, An Z, et al. Critical review of advanced oxidation processes in organic wastewater treatment. Chemosphere 2021; 275:130104. https://doi.org/10.1039/d6ew00171h.
24- Taoufik N, Boumya W, Achak M, Sillanpää M, Barka N. Comparative overview of advanced oxidation processes and biological approaches for the removal pharmaceuticals. Journal of Environmental Management 2021; 288:112404. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112404
25- Aleksić S, Žgajnar Gotvajn A, Premzl K, Kolar M, Turk SŠ. Ozonation of amoxicillin and ciprofloxacin in model hospital wastewater to increase biotreatability. Antibiotics 2021; 10(11):1407. https://doi.org/10.3390/antibiotics10111407
26- Kharel S, Stapf M, Miehe U, Ekblad M, Cimbritz M, Falås P, et al. Ozone dose dependent formation and removal of ozonation products of pharmaceuticals in pilot and full-scale municipal wastewater treatment plants. Science of the Total Environment 2020; 731:139064. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139064
27- Masihpour M, Nassehinia H, Rahmani A. Photocatalytic degradation of cefazolin over TiO₂ coated on the fixed bed under UVC and solar light. Desalination and Water Treatment 2020; 184:243-51 (In Persian). https://doi.org/10. 5004/ dwt.2020. 25180
28- Pratiwi WZ, Hadiyanto H, Widayat W. Response surface optimization of UV/H₂O₂-based photo-oxidative degradation of amoxicillin. Results in Engineering 2024; 21:101836. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.101836
29- Vásquez-Vásquez M, Araque-González M, Escobar-Zuluaga JE, Zúñiga-Benítez H, Peñuela GA. Assessment of the use of ozone-based technologies in the removal of azithromycin, cephalexin, and doxycycline in deionized water and hospital wastewater. Journal of Water Process Engineering 2025; 71:107303. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2025.107303
30- Azuma T, Usui M, Hayashi T. Inactivation of antibiotic-resistant bacteria in wastewater by ozone-based advanced water treatment processes. Antibiotics 2022; 11(2):210. https://doi.org/10.3390/antibiotics11020210
31- Maniakova G, Rizzo L. Pharmaceuticals degradation and pathogens inactivation in municipal wastewater: A comparison among UVC photo-Fenton with chelating agents, UVC/H₂O₂ and ozonation. Journal of Environmental Chemical Engineering 2023; 11(6):111356. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111356
32- Cuerda-Correa EM, Alexandre-Franco MF, Fernández-González C. Advanced oxidation processes for the removal of antibiotics from water. An overview. Water 2020; 12(1):102. https://doi.org/10.3390/w12010102
33- Davari Mohazab A, Jalalkamali N, Irandoost M. Assessing the efficacy of advanced combined oxidation processes for antibiotic pollutant removal in Kerman city sewage. Iranian Water Research Journal 2024; 18(3):39-56 (In Persian). https://doi.org/10.22034/IWRJ.2024.14812.2611
- چکیده مشاهده شده: 38 بار