Akademik Veri Yönetim Sistemi
Al Farabi 14th INTERNATIONAL SCIENTIFIC RESEARCH AND INNOVATION CONGRESS, Konya, Türkiye, 25 - 26 Nisan 2025, ss.801-809, (Tam Metin Bildiri)
Antibiyotikler,
özellikle beta-laktam grubu bileşikler, modern tıbbın en önemli tedavi
araçlarından biridir. Ancak bu bileşiklerin yaygın ve kontrolsüz kullanımı,
çevresel ortamlarda kalıntı olarak birikmelerine neden olmakta; bu durum, sucul
ekosistemlerin dengesini bozmakta ve antibiyotik dirençli mikroorganizmaların
yayılmasına zemin hazırlamaktadır. Özellikle penisilin G ve türevleri gibi
β-laktam antibiyotikleri, geleneksel arıtma sistemleriyle etkin şekilde
giderilememekte, bu nedenle daha ileri düzey arıtım teknolojilerine ihtiyaç
duyulmaktadır.
Bu çalışmada,
penisilin ve türevlerinin ileri oksidasyon süreçleri (Advanced Oxidation
Processes - AOPs) kullanılarak giderilmesine yönelik son beş yılda
gerçekleştirilen çalışmalar sistematik olarak incelenmiştir. Değerlendirmeye
alınan AOP yöntemleri arasında katalitik ozonlama (COP), Fenton ve foto-Fenton,
fotokataliz, sonokataliz, enzimatik parçalanma ve biyolojik + AOP hibrit
sistemleri yer almaktadır. Literatür verileri, uygun katalizör seçimi, pH
kontrolü, ışık kaynağı tipi ve reaksiyon süresi gibi parametrelerin optimize
edilmesi durumunda bu yöntemlerin %90’ın üzerinde bozunma verimi sağladığını
göstermektedir.
Özellikle seriyum
yüklü doğal zeolitlerle desteklenen katalitik ozonlama sistemlerinin (COP)
hızlı ve etkili arıtım sağladığı, TiO₂ ve g-C₃N₄ (grafitik karbon nitrür) gibi
yarı iletken katalizörlerin görünür ışık altında bile yüksek performans
gösterdiği ve biyolojik yöntemlerle kombine edilen AOP sistemlerinin toksik ara
ürün oluşumunu azalttığı rapor edilmiştir. Ayrıca, sonokatalitik sistemlerin
fiziksel enerji destekli radikal üretimi sayesinde kimyasal katkı gereksinimini
ortadan kaldırdığı görülmüştür.
Ancak bu sistemlerin
her birinin kendine özgü sınırlılıkları bulunmakta olup, ideal arıtım için
hibrit ve entegre sistem yaklaşımları önerilmektedir. Çalışma sonucunda,
gelecekte penisilin türevlerinin giderimine yönelik yeni katalizör
tasarımlarına, toksisite analizlerine, yaşam döngüsü değerlendirmelerine ve
ölçek büyütme çalışmalarına ihtiyaç duyulduğu vurgulanmıştır. Bu bağlamda AOP
yöntemlerinin, sürdürülebilir, çevre dostu ve etkili antibiyotik arıtımı için
güçlü bir alternatif sunduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Penisilin G, ileri oksidasyon
süreçleri, antibiyotik giderimi, fotokataliz, Fenton, ozonlama, atıksu arıtımı
Antibiotics,
particularly those belonging to the β-lactam group, represent a critical
component of modern medicine. However, their extensive and unregulated
utilization has resulted in the accumulation of residues in environmental
settings, thereby disrupting aquatic ecosystems and promoting the propagation
of antibiotic-resistant microorganisms. Conventional wastewater treatment
systems often encounter difficulties in removing β-lactam antibiotics, such as
penicillin G and its derivatives. This necessitates the implementation of
advanced treatment technologies to address these challenges.
This
study presents a systematic review of recent research on the removal of
penicillin and its derivatives using Advanced Oxidation Processes (AOPs). The
evaluated AOP techniques include catalytic ozonation (COP), Fenton and
photo-Fenton processes, photocatalysis, sonocatalysis, enzymatic degradation,
and biological + AOP hybrid systems. A review of the extant literature reveals
that, when implemented under optimal conditions—namely, the judicious selection
of catalysts, precise pH regulation, the utilization of suitable light sources,
and the meticulous control of reaction time—these methodologies can attain
degradation efficiencies that surpass 90%.
Specifically,
catalytic ozonation systems supported by cerium-loaded natural zeolites have
demonstrated rapid and effective treatment. Semiconductor catalysts, including
TiO₂ and g-C3N4, have demonstrated remarkable performance even under visible
light irradiation. Furthermore, hybrid systems that integrate biological
treatment with AOPs have been documented to curtail the generation of toxic
byproducts. Sonocatalytic processes, enhanced by physical energy-driven radical
generation, offer the additional advantage of minimizing the necessity for
chemical additives.
However,
it should be noted that each of these systems exhibits certain limitations.
Consequently, the implementation of hybrid or integrated treatment strategies
is recommended to ensure optimal performance. The findings underscore the
necessity for subsequent research endeavors to concentrate on the conception of
innovative catalysts, exhaustive toxicity appraisals, life cycle evaluations,
and scale-up studies. In summary, AOP methods have been shown to be promising,
sustainable, and eco-friendly alternatives for the effective removal of
antibiotics such as penicillin from wastewater.
Keywords: Penicillin G, advanced oxidation
processes, antibiotic removal, wastewater treatment