Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/34709
Title: Effect of organic matters in wastewaters on degradation of 17α-ethynylestradiol by nitrifying activated sludge containing ammonia-oxidizing bacteria
Other Titles: ผลของสารอินทรีย์ในน้ำเสียต่อการย่อยสลาย 17แอลฟา-เอทินิวเอสตระไดออล (EE2) ด้วยไนตริไฟอิงแอกทิเวเต็ดสลัดจ์ที่มีแอมโมเนียออกซิไดซ์ซิงค์แบคทีเรีย
Authors: Natthawan Likitmongkonsakun
Advisors: Tawan Limpiyakorn
Other author: Chulalongkorn University. Graduate School
Advisor's Email: tawan.l@chula.ac.th
Subjects: Organic pollutants -- Biodegradation
Sewage -- Purification -- Biological treatment
สารมลพิษอินทรีย์ -- การย่อยสลายทางชีวภาพ
น้ำเสีย -- การบำบัด -- วิธีทางชีวภาพ
Issue Date: 2008
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: 17α-ethynylestradiol (EE2), a synthetic estrogen, is a key ingredient in oral contraceptive pill. This recalcitrant organic pollutant is reported as an endocrine disruptor, very high in estrogenicity. Previous studies on the occurrence of pharmaceutical compounds in environments suggested the existence of EE2 in several receiving waters (logKow = 4.15). Municipal wastewater is a potential source of EE2 since EE2 is released mainly to the environments by excretion of humans and animals through their urine and feces. Although wastewater treatment plants (WWTPs) are capable of removing EE2 from wastewater, the potential removals of EE2 by WWTPs are not enough to reduce the released amounts of EE2 to the safe levels. In batch experiment, EE2 appeared to be mainly stable in contact with activated sludge, while nitrifying activated sludge (NAS) could completely degrade EE2. In NAS, EE2 is proven to be degraded by ammonia-oxidizing bacteria (AOB) via co-metabolism. However, all the studies so far have provided only the information obtained from the study with single EE2 compound. In fact, other several types of organic matters are present in wastewater. Such organic compounds in wastewater can result in retarding EE2 degradation by competing EE2 for active site of ammonia monooxynase (AMO) enzyme. Therefore, applications of AOB in degrading EE2 in WWTPs require fundamental knowledge of AMO and its interaction with alternate substrates. This study aimed to investigate effect of organic matters in wastewaters on cometabolism of EE2 by AOB in NAS. Specific objectives included effect of types of wastewaters (municipal and industrial wastewaters), effect of initial ammonium concentration (2 and 10 mM), and effect of initial EE2 concentration (3.5 and 10 mg/l). To develop NAS, sludge taken from a municipal WWTP was enriched in a reactor receiving inorganic medium containing 2mM (28 mg-N/l) ammonium concentration. Each experiment was carried out with diluted wastewater to obtain various final chemical oxygen demand (COD) concentrations. Preliminary experiment on effect of pH and nitrite concentration (nitration) on abiotic transformation of EE2 suggested that abiotic EE2 transformation occurred at only pH < 6.8 and initial nitrite concentrations showed no effect on abiotic EE2 transformation. Degradation of EE2 under the presence of municipal or industrial wastewater showed that different types of wastewaters that may contain district compositions of organic matters exhibited inhibition behaviors differently. In the case of municipal wastewater, most amounts of organic matters may be noncompetitive inhibitors to ammonia which have the same binding site to EE2 causing no effect on ammonia oxidation but deceleration of EE2 degradation. In contrast, in the case of industrial wastewater, the major portions of organic matters may be competitive inhibitors to ammonia causing deceleration of ammonia oxidation. At low initial ammonium concentration, EE2 degradation can be deteriorated by COD concentrations. But when initial ammonium concentration increased, these phenomena disappeared. This is because when increasing the amount of the primary substrate, more AMO enzymes were produced resulting in unlimited degradation of all compounds in the medium reducing the effect of organic matters on cometabolism of EE2. However, although organic matters in municipal wastewater were more in noncompetitive forms to ammonia, COD concentrations were found to deteriorate ammonia oxidation at high initial ammonium concentration. This may cause by product toxicity when organic matters were more degraded. Initial EE2 concentration did not affect cometabolism of EE2.
Other Abstract: 17α-เอทินิลเอสตระไดออล (EE2)เป็นฮอร์โมนเอสโตรเจนสังเคราะห์ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของยาเม็ดคุมกำเนิด จัดเป็นสารที่รบกวนการทำงานของระบบต่อมไร้ท่อ จากการศึกษาเมื่อไม่นานมานี้พบการตกค้างของฮอร์โมนดังกล่าวในแหล่งน้ำธรรมชาติ ซึ่ง EE2 จะถูกขับออกมาทางระบบขับถ่ายของคนและสัตว์ โดยจะพบเป็นส่วนใหญ่ในน้ำเสียชุมชน ทั้งนี้ถึงแม้ว่า โรงบำบัดน้ำเสียจะสามารถลดปริมาณ EE2 ได้ แต่ก็ไม่สามารถลดปริมาณให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยได้ เนื่องจาก EE2 จะมีความคงทนในระบบบำบัดน้ำเสียแบบแอกทิเวเต็ดสลัดจ์ (logKow = 4.15) การศึกษาล่าสุดพบว่า EE2 ถูกย่อยสลายได้ด้วยกลุ่มประชากรแอมโมเนียออกซิไดซ์ซิงค์แบคทีเรีย (AOB) ผ่านกระบวนการโคเมทตาบอลิซึม อย่างไรก็ตามจากการศึกษาทั้งหมดที่ผ่านมาพบว่าเป็นการศึกษาการย่อยสลายของ EE2 เพียงตัวเดียวในระบบ ซึ่งในความเป็นจริงในน้ำเสียนั้นยังประกอบไปด้วยสารประกอบสารอินทรีย์อื่นๆหลายชนิด ที่มีผลไปรบกวนการย่อยสลาย EE2 โดยไปแข่งขันทำปฏิกริยาที่บริเวณ active site ของเอนไซม์แอมโมเนียโมโนออกซิจิเนส ดังนั้นในทางปฏิบัติจริงของการใช้ AOB ในการย่อยสลาย EE2 ในโรงบำบัดน้ำเสียต้องอาศัยความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับปฏิกริยาของเอนไซม์ AMO กับสารต่างๆ ด้วยเหตุผลดังกล่าวงานวิจัยชิ้นนี้จึงมุ่งเน้นที่การศึกษาผลของสารอินทรีย์ในน้ำเสียต่อการย่อยสลาย EE2 ด้วยไนตริไฟอิงแอกทิเวเต็ดสลัดจ์ (NAS) ที่มี AOB โดยมีจุดประสงค์หลักเพื่อศึกษาผลของชนิดของน้ำเสีย (น้ำเสียจากแหล่งชุมชนและน้ำเสียจากโรงงานอุสาหกรรม), ผลของความเข้มข้นของแอมโมเนียเริ่มต้น (2 และ 10 mM), และผลของความเข้มข้นเริ่มต้นของ EE2 เริ่มต้น (3.5 และ 10 mg/l) ในขั้นต้นได้ทำการพัฒนา NAS ให้มีกลุ่มประชากร AOB คล้ายกับสภาวะจริง โดยการนำสลัดจ์จากระบบบำบัดน้ำเสียชุมชนมาทำการเพาะเลี้ยงในถังปฏิกรณ์ ด้วยอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีปริมาณแอมโมเนีย 28 มิลลิกรัมต่อลิตร ในแต่ละการทดลองน้ำเสียตัวอย่างจะถูกทำให้เจือจาง เพื่อให้ได้ค่าความเข้มข้น Chemical Oxygen Demand (COD) ที่ระดับต่างๆ โดยในการศึกษาขั้นต้นได้ทำการศึกษาถึงผลของระดับ pH และความเข้มข้นของไนไตรท์ต่อปฏิกริยาเปลี่ยนรูปแบบไร้เชื้อของ EE2 จากผลการศึกษาพบว่าการเปลี่ยนรูปของ EE2 แบบไร้เชื้อจะเกิดขึ้นที่ระดับ pH น้อยกว่า 6.8 เท่านั้นและความเข้มข้นเริ่มต้นของไนไตรท์ไม่มีผลต่อการเปลี่ยนรูปแบบไร้เชื่อของ EE2 ผลการศึกษาการย่อยสลาย EE2 แสดงให้เห็นว่าน้ำเสียทั้งสองชนิดจะประกอบไปด้วยสารอินทรีย์ที่แตกต่างกัน ซึ่งจะมีคุณสมบัติการยั้บยั้งการย่อยสลาย EE2 แตกต่างกันด้วย โดยในการทดลองกับน้ำเสียชุมชนพบว่า สารอินทรีย์ส่วนใหญ่มีคุณสมบัติเป็น competitive inhibitor ต่อแอมโมเนีย ซึ่งจะทำปฏิกริยากับเอนไซม์ที่บริเวณเดียวกับ EE2 ทำให้ไม่มีผลต่อปฏิกริยา ammonia oxidation แต่จะมีผลไปรบกวนการย่อยสลายของ EE2 ในทางกลับกันในการทดลองกับน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมพบว่า สารอินทรีย์ส่วนใหญ่มีคุณสมบัติเป็น noncompetitive inhibitor ต่อแอมโมเนียซึ่งจะมีผลไปรบกวนปฏิกริยา ammonia oxidation ในการทดลองที่ความเข้มข้นแอมโมเนียต่ำ การย่อยสลายของ EE2 จะถูกรบกวนด้วยระดับความเข้มข้นของ COD แต่เมื่อระดับความเข้มข้นเริ่มต้นของแอมโมเนียเพิ่มมากขึ้นระดับความเข้มข้นของ COD จะไม่มีผลต่อการย่อยสลายของ EE2 เนื่องจากความเข้มข้นที่มากเกินพอของสารตั้งต้นแอมโมเนียจะมีผลทำปริมาณเอนไซม์ AMO เพิ่มมากขึ้น ทำให้การย่อยสลาย EE2 ไม่ถูกจำกัดและสารอินทรีย์ในน้ำเสียไม่มีผลต่อปฏิกริยาเม็ทตาบอลิซึ่มร่วมของ EE2 อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าสารอินทรีย์ในน้ำเสียชุมชนส่วนใหญ่จะมีคุณสมบัติเป็น noncompetitive inhibitor ต่อแอมโมเนีย ระดับความเข้มข้นของ COD ยังผลไปรบกวนปฏิกริยา ammonia oxidation ซึ่งอาจเกิดมาจากความเป็นพิษของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการย่อยสลายสารอินทรีย์ ค่าความเข้มข้นเริ่มต้นของ EE2 ไม่มีผลต่อปฎิกริยาการย่อยสลาย EE2
Description: Thesis (M.Sc.)--Chulalongkorn University, 2008
Degree Name: Master of Science
Degree Level: Master's Degree
Degree Discipline: Environmental Management (Inter-Department)
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/34709
URI: http://doi.org/10.14457/CU.the.2008.1701
metadata.dc.identifier.DOI: 10.14457/CU.the.2008.1701
Type: Thesis
Appears in Collections:Grad - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
natthawan_li.pdf2.86 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.