Scale-up of Ru-based mesh anodes for the degradation of synthetic hospital wastewater

Autor: Isabelle M.D. Gonzaga, Aline R. Dória, Gessica de O.S. Santos, Angela Moratalla, Katlin I.B. Eguiluz, Giancarlo R. Salazar-Banda, Manuel A. Rodrigo, Cristina Saéz
Rok vydání: 2022
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Zdroj: RUIdeRA. Repositorio Institucional de la UCLM
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Popis: The disposal of hospital wastewaters, particularly urine with high concentrations of pharmaceuticals, is a critical problem. These pharmaceuticals can enter the environment and lead to the development of superbacteria (in the case of antibiotics) due to the inefficiency of conventional treatment of these aqueous wastes. Hence, this report focuses on the scale-up of a photoelectrochemical (PEC) system equipped with a Ru-based mixed metal oxide anode (MMO-RuO2TiO2) for the efficient removal of synthetic urine polluted with three antibiotics of different therapeutic classes (i.e., meropenem, penicillin G, and chloramphenicol). In addition, the elimination of the antibiotic effect of synthetic polluted urine after the treatments was examined. A conventional mixed electrochemical cell (MEC) with 0.15 L capacity and a microfluidic flow-through cell (MFC) with a 2.25 L reservoir were compared, and the same current density and charge passed were applied in both cells. In both cases, MMO-RuO2TiO2 anodes were used (with a 16.5-fold increase in the geometric area from MEC to MFC) and the synthetic urine was doped with 50 mg L−1 of each antibiotic. The results demonstrate that, although photoelectrolysis attained the efficient removal of all antibiotics in both systems, the removal in the MFC was faster. This outcome is attributed to the improved mechanical design of the microfluidic cell. An evaluation using different bacteria (E. coli and E. faecalis) showed no residual antibiotic effect remained after PEC treatment regardless of the system used. These data indicate that this technology is efficient and can ensure the safe disposal of treated polymedicated urine. Additionally, a smaller amount of energy is spent to remove antibiotics, an order of magnitude less in PECs, especially in MFCs (2-fold less than for MECs). Thus, the treatment of antibiotics using MFCs is promising to reduce the dangers of polymedicated hospital urine.
La eliminación de aguas residuales hospitalarias, particularmente orina con altas concentraciones de productos farmacéuticos, es un problema crítico. Estos productos farmacéuticos pueden ingresar al medio ambiente y provocar el desarrollo de superbacterias (en el caso de los antibióticos) debido a la ineficiencia del tratamiento convencional de estos desechos acuosos. Por lo tanto, este informe se centra en la ampliación de un sistema fotoelectroquímico (PEC) equipado con un ánodo de óxido de metal mixto basado en Ru (MMO-RuO 2 TiO 2) para la eliminación eficaz de orina sintética contaminada con tres antibióticos de diferentes clases terapéuticas (es decir, meropenem, penicilina G y cloranfenicol). Además, se examinó la eliminación del efecto antibiótico de la orina contaminada sintética después de los tratamientos. Se compararon una celda electroquímica mixta convencional (MEC) con una capacidad de 0,15 L y una celda de flujo continuo (MFC) de microfluidos con un depósito de 2,25 L, y se aplicó la misma densidad de corriente y carga en ambas celdas. En ambos casos se utilizaron ánodos de MMO-RuO 2 TiO 2 (con un aumento del área geométrica de MEC a MFC de 16,5 veces) y la orina sintética se dopó con 50 mg L- 1de cada antibiótico. Los resultados demuestran que, aunque la fotoelectrólisis logró la eliminación eficiente de todos los antibióticos en ambos sistemas, la eliminación en el MFC fue más rápida. Este resultado se atribuye al diseño mecánico mejorado de la celda microfluídica. Una evaluación utilizando diferentes bacterias ( E. coli y E. faecalis) no mostró ningún efecto antibiótico residual después del tratamiento con PEC, independientemente del sistema utilizado. Estos datos indican que esta tecnología es eficiente y puede garantizar la eliminación segura de la orina polimedicada tratada. Además, se gasta una menor cantidad de energía para eliminar los antibióticos, un orden de magnitud menor en las PEC, especialmente en las MFC (2 veces menos que en las MEC). Por lo tanto, el tratamiento de antibióticos con MFC es prometedor para reducir los peligros de la orina hospitalaria polimedicada.
Databáze: OpenAIRE
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