Identification of transformation products of emerging contaminants during tertiary treatment processes and their disposal in the environment by mass spectrometric techniques

Abstract

The incomplete removal of emerging pollutants during the biological treatment applied in WWTPs is highly indicated by the existing literature. Although the primary purpose of tertiary treatment processes is the elimination of micropollutants, the provided oxidant agent reacts with emerging pollutants, leading to the formation of unknown transformation products. The main objectives of this thesis were the investigation of the removal of emerging pollutants and the identification of their transformation products which are produced during the disinfection methods that are applied as tertiary treatment is WWTPs.Initially, an introduction on emerging pollutants and their probable transformation during the processes that are applied in WWTPs, and especially during chlorination and ozonation, is presented. Specific workflows and techniques for the identification of emerging contaminants and their transformation products, based on high-resolution mass spectrometric analysis, are then presented. The experimental section of this thesis is constituted of the following three parts: (i) Chlorination of benzothiazoles and benzotriazoles and transformation products identification by LC-HR-MS/MS (Chapter 3), (ii) Ozonation of ranitidine: effect of experimental parameters and identification of transformation products (Chapter 4) and (iii) Removal and transformation of citalopram and four of its biotransformation products during ozonation experiments (Chapter 5).It is our strong belief that these studies will constitute a step forward in environmental analysis, by arousing the regulatory authorities concern, regarding that harmful transformation products produced during tertiary treatment processes in WWTPs, should also be incorporated in routine monitoring.

Η διαθέσιμη βιβλιογραφία έχει καταδείξει την ατελή απομάκρυνση των αναδυόμενων ρύπων κατά τη βιολογική επεξεργασία που λαμβάνει χώρα στα Κέντρα Επεξεργασίας Λυμάτων (ΚΕΛ). Παρόλο που ο πρωταρχικός ρόλος της τριτοβάθμιας επεξεργασίας είναι η εξάλειψη των μικρορύπων, το παρεχόμενο οξειδωτικό μέσο αντιδρά με τους αναδυόμενους ρύπους, καταλήγοντας στο σχηματισμό άγνωστων προϊόντων μετασχηματισμού. Ο κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η διερεύνηση της απομάκρυνσης αναδυόμενων ρύπων καθώς και η ταυτοποίηση των προϊόντων μετασχηματισμού τους, τα οποία παράγονται κατά τις μεθόδους απολύμανσης που εφαρμόζονται σαν τριτοβάθμια επεξεργασία στα ΚΕΛ. Αρχικά παρουσιάζεται μια εισαγωγή για τους αναδυόμενους ρύπους και τον πιθανό μετασχηματισμό τους κατά τη διάρκεια των διεργασιών που εφαρμόζονται στα ΚΕΛ, και ιδιαιτέρως κατά τη διάρκεια της χλωρίωσης και οζόνωσης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται συγκεκριμένες πορείες εργασίας και τεχνικές σχετικές με την ταυτοποίηση αναδυόμενων ρύπων και των προϊόντων μετασχηματισμού τους, οι οποίες βασίζονται σε αναλύσεις φασματομετρίας μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας. Το πειραματικό μέρος της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελείται από τα ακόλουθα τρία μέρη: (α) Χλωρίωση βενζοτριαζολών και βενζοθειαζολών και ταυτοποίηση των προϊόντων μετασχηματισμού τους με υγροχρωματογραφία συζευγμένη με φασματομετρία μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας (Κεφάλαιο 3), (β) Οζόνωση ρανιτιδίνης: επίδραση των πειραματικών συνθηκών και ταυτοποίηση προϊόντων μετασχηματισμού (Κεφάλαιο 4) και (γ) Απομάκρυνση και μετασχηματισμός της σιταλοπράμης και τεσσάρων προϊόντων βιομετατροπής της κατά τη διάρκεια πειραμάτων οζόνωσης (Κεφάλαιο 5).Είναι πεποίθησή μας πως οι μελέτες αυτές θα συνεισφέρουν στην περαιτέρω ανάπτυξη της περιβαλλοντικής ανάλυσης, διεγείροντας το ενδιαφέρον των κανονιστικών αρχών, σχετικά με την ενσωμάτωση επιβλαβών προϊόντων μετασχηματισμού, τα οποία παράγονται κατά την τριτοβάθμια επεξεργασία των ΚΕΛ, σε ελέγχους ρουτίνας.