EFFICIENCY OF STEROID HORMONES TREATMENT FROM LIVESTOCK SOURCE BY PHOTOCATALYTIC OZONATION

Abstract

This research was to study the efficiency of residual steroid hormones treatment from livestock farms around Phayao lake by photocatalytic ozonation process with suitable conditions, i.e. pH at 5.0, ozone content of 400 mg/L, and ultraviolet (UV-C) radiation at a wavelength of 254 nm for being a guideline for application in livestock farms wastewater treatment systems. Studies showed that most of the hormone residues are estrone (E1) at concentration 0.56-97.10 ng/g, 17ß-estradiol (ßE2) at 10.08-1,366 ng/g, 17α-ethynylestradiol (EE2) at 0.19–44.2 ng/g, testosterone (T) at 0.004–0.46 ng/g, and 17α-methyltestosterone (MT) at 0.08–1.72 ng/g in animal feces and soil. While in the wastewater, only βE2, EE2, and MT were detected at 472.93, 103.02, and 4.24–50.47 ng/L, respectively. The assessment of the risk of steroid hormone residues in wastewater, Showed that ßE2, EE2, and MT were at risk. However, the analysis of steroid hormone residues in Phayao Lake demonstrated that the residues did not severely affect aquatic organisms (RQs 0.002–144.5), and no steroid hormones residues were observed in the water treatment plant or tap water. Thereafter, the obtained values ​​were tested using the 1 L. synthetic wastewater and treated by photocatalytic ozonation process under suitable conditions. The synthetic wastewater was created by adding hormones at 1,000 times the concentration found in wastewater from the livestock farms, and the synthetic wastewater was created by adding hormones concentrations at the highest solubility values ​​were ßE2 13 mg/L, EE2 4.8 mg/L, and MT 3 mg/L. It was found that the efficiency of the synthetic wastewater treatment of both samples was the same, which was 100% removal of ßE2, EE2, and MT after 25 minutes of treatment. When testing products formed after photocatalytic ozonation process treatment, it was found that the treatment efficiency of total organic compound (TOC) was able to reduce TOC after 30 minutes of treatment by 99.99% of the synthetic wastewater was created by adding hormones at 1,000 times the concentration found in wastewater from the livestock farms and 99.97% of the synthetic wastewater was created by adding hormones at a concentration at the highest solubility values, which was consistent with the treatment efficiency of steroid hormone residues. There was no estrogenic activity and androgenic activity after 15 minutes of treatment. It cloud be concluded that the photocatalytic ozonation process was able to treat ßE2, EE2, and MT residues in livestock farms wastewater to carbon dioxide and water completely.

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาประสิทธิภาพการบำบัดสารสเตียรอยด์ฮอร์โมนที่ตกค้างจากแหล่งปศุสัตว์รอบบริเวณกว๊านพะเยาด้วยกระบวนการโฟโตแคตาไลติกโอโซนเนชันในสภาวะที่เหมาะสม ได้แก่ pH 5.0 ปริมาณโอโซน 400 mg/L และรังสีอัลตราไวโอเลต (UV-C) ที่ความยาวคลื่น 254 nm เพื่อเป็นแนวทางในการนำไปประยุกต์ใช้กับระบบบำบัดน้ำเสียของฟาร์มปศุสัตว์ จากการศึกษาการตกค้างส่วนใหญ่พบฮอร์โมน estrone (E1) ความเข้มข้น 0.56-97.10 ng/g 17ß-estradiol (ßE2) ความเข้มข้น 10.08-1,366 ng/g 17α-ethynylestradiol (EE2) ความเข้มข้น 0.19–44.2 ng/g testosterone (T) ความเข้มข้น 0.004 – 0.46 ng/g และ 17α-methyltestosterone (MT) ความเข้มข้น 0.08–1.72 ng/g ในมูลสัตว์และดิน ส่วนในน้ำเสียพบ βE2 ความเข้มข้น 472.93 ng/L EE2 ความเข้มข้น 103.02 ng/L และ MT ความเข้มข้น 4.24 – 50.47 ng/L เมื่อทำการประเมินความเสี่ยงจากสเตียรอยด์ฮอร์โมนที่ตกค้างในน้ำเสียพบว่ามีเพียง ßE2 EE2 และ MT ที่มีความเสี่ยง อย่างไรก็ตามจากการวิเคราะห์การตกค้างของสเตียรอยด์ฮอร์โมนในกว๊านพะเยา แสดงให้เห็นว่าสารตกค้างไม่ส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ (RQ 0.002–144.5) และไม่พบการตกค้างของสเตียรอยด์ฮอร์โมนในโรงผลิตน้ำประปาและน้ำประปา จากนั้นนำค่าที่ได้มาทำการทดลองด้วยการทำน้ำเสียสังเคราะห์ปริมาตร 1 L และทำการบำบัดด้วยกระบวนการโฟโตแคตาไลติกโอโซนเนชันในสภาวะที่เหมาะสม โดยทำการบำบัดน้ำเสียสังเคราะห์ด้วยการเติมฮอร์โมนความเข้มข้น 1,000 เท่าของความเข้มข้นที่พบในน้ำเสียจริงจากฟาร์มปศุสัตว์ และน้ำเสียสังเคราะห์ด้วยการเติมฮอร์โมนความเข้มข้นที่ค่าความสามารถในการละลายน้ำสูงสุด คือ ßE2 13 mg/L EE2 4.8 mg/L และ MT 3 mg/L พบว่าประสิทธิภาพในการบำบัดน้ำเสียสังเคราะห์ทั้ง 2 ตัวอย่างมีประสิทธิภาพเท่ากันคือ สามารถบำบัดฮอร์โมน ß2 EE2 และ MT ได้ 100% เมื่อบำบัดที่เวลา 25 นาทีเป็นต้นไป และเมื่อทำการทดสอบผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นหลังจากการบำบัดด้วยกระบวนการโฟโตแคตาไลติกโอโซนเนชัน พบว่าประสิทธิภาพในการบำบัดค่าสารอินทรีย์ทั้งหมด (TOC) สามารถลดค่า TOC ในน้ำเสียสังเคราะห์ความเข้มข้น 1,000 เท่าของที่พบในปศุสัตว์ได้ 99.99% และในน้ำเสียสังเคราะห์ความเข้มข้นที่ค่าความสามารถในการละลายน้ำสูงสุดได้ 99.97% หลังจากบำบัดที่เวลา 30 นาที เป็นต้นไป ซึ่งมีความสอดคล้องกับประสิทธิภาพในการบำบัดฮอร์โมน อีกทั้งยังไม่มีการออกฤทธิ์ทางเพศหญิงและการออกฤทธิ์ทางเพศชายภายหลังการบำบัดที่เวลา 15 นาที เป็นต้นไป จึงสรุปได้ว่ากระบวนการโฟโตแคตาไลติกโอโซนเนชันสามารถบำบัดฮอร์โมน ßE2 EE2 และ MT ที่ตกค้างในน้ำเสียของฟาร์มปศุสัตว์ให้กลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำได้สมบูรณ์