Changes of Toxicity and Biodegrability of Sulfonamides Solutions during Their Photocatalytic Degradation

The aim of this study was to estimate the applicability of the photocatalytic process to: (1) sulfa-drugs degradation in aqueous solutions, (2) a decrease in their toxicity and (3) an increase in the biodegradability. Photocatalytic process initiated by UV-A radiation was carried out in open reactors containing a catalyst (TiO2 suspension) and solutions of five sulfonamides. After a definite irradiation time the change of sulfa-drugs concentration in solutions was estimated using HPLC method. Moreover, changes of total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD5) as well as changes of sulfonamides toxicity relative to Chlorella vulgaris were examined. The biodegradability investigated sulfonamides and their photocatalytic degradation products was determined based on BOD5/COD ratio. It was found that under experimental conditions all investigated sulfonamides underwent the photocatalytic degradation and the decrease in TOC and COD of sulfa-drugs solutions was observed. Simultaneously, products of this process were less toxic and more biodegradable than initial sulfonamides.

Celem badań było określenie możliwości wykorzystania procesu fotokatalitycznego do degradacji leków sulfonamidowych w roztworach wodnych oraz do zmniejszenia ich toksyczności i zwiększenia podatności na biodegradację. Proces fotokatalityczny inicjowany za pomocą promieniowania UV-A oraz światła słonecznego prowadzono w otwartych reaktorach zawierających katalizator (zawiesinę TiO2) oraz roztwory pięciu wybranych sulfonamidów. W roztworach uzyskanych po fotokatalitycznej degradacji oznaczano: stężenie sulfonamidów (metodą HPLC), stężenie ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz zmiany chemicznego (ChZT) i 5-dobowego biochemicznego (BZT5) zapotrzebowania na tlen. Ponadto, sulfonamidy i produkty ich fotokatalitycznej degradacji oceniano pod względem ich toksyczności wobec Chlorella vulgaris oraz podatności na biodegradację (BZT5/ChZT). Stwierdzono, że w stosowanych warunkach wszystkie badane sulfonamidy ulegały fotokatalitycznej degradacji ze zmniejszeniem OWO i ChZT roztworów. Jednocześnie produkty tego procesu okazały się mniej toksyczne i bardziej podatne na biodegradację niż wyjściowe sulfonamidy.