W wyniku działalności człowieka ścieki komunalne oraz przemysłowe zawierają złożone zanieczyszczenia organiczne. Z gospodarstw domowych, w strumieniu ścieków komunalnych znajdują się wydalane z moczem pozostałości leków i używanych substancji psychoaktywnych oraz ich metabolity. Antybiotyki, a także pestycydy, herbicydy i podobne substancje są również zrzucane do ścieków z produkcji w przemyśle farmaceutycznym, zakładów weterynaryjnych oraz produkcji rolniczej.
Przykładowo, w badaniach wód powierzchniowych w USA w latach 1999-2000 oznaczono mierzalne ilości ponad 50 leków [1]. Analiza wód pitnych w Niemczech wykazała zawartość: diklofenaku, ibuprofenu, bezafibratu, paracetamolu i kwasu klofibrowego. Badania wody kranowej w Stanach Zjednoczonych wykazały obecność ibuprofenu w stężeniu 1400 ng/dm3 [2].
Jeśli chodzi o substancje psychoaktywne, przykładowe dane na temat ich używania dostarczyło badanie przeprowadzone w latach 2009-2011 przez naukowców z Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu, finansowane przez Krajowe Biuro ds. Przeciwdziałania Narkomanii.
Próbki ścieków komunalnych były pobierane w okresie od czerwca 2009 do października 2010. Analizowano zawartość substancji czynnych oraz metabolitów substancji czynnych takich jak MDMA, amfetamina, metamfetamina, THC oraz kokaina. Najwyższe wartości wskaźnika liczby osób przyjmujących standardowe dawki dzienne na 1000 mieszkańców odnotowano w przypadku THC (tetrahydrokannabinol, składnik konopi). Wskaźnik dla metamfetaminy był prawie dwukrotnie wyższy od wskaźnika amfetaminy [3].
Konwencjonalne oczyszczalnie ścieków nie są zaprojektowane do eliminowania tego typu związków – substancji trwałych, złożonych, często wysoce polarnych. Dodatkowo, substancje te występują w śladowych ilościach i to również utrudnia ich usuwanie. Badania nad zdolnością usuwania związków tradycyjnymi technologiami donoszą o słabej lub częściowej możliwości usuwania lub/i degradacji, w zależności od budowy cząsteczki i właściwości farmaceutyku.
Zrzuty tych substancji do zbiorników wodnych mogą potencjalnie powodować ostre i przewlekłe skutki toksyczne dla organizmów wodnych a także powodować konkretne skutki u ludzi, jeśli dany zbiornik wodny jest jednocześnie źródłem wody pitnej. Problem zanieczyszczenia ścieków wprost przekłada się na zanieczyszczenie wód i bezpośrednie narażenie ludzi i zwierząt.
Wśród testowanych aktualnie metod usuwania, dużą skutecznością charakteryzują się metody adsorpcyjne oraz fotokatalityczne, stosujące głównie TiO2. Aktualnie rozwijane są też technologie oparte na wyspecjalizowanych mikroorganizmach narastających w postaci biofilmu na polimerowych kształtkach.
Jako typowe adsorbenty stosuje się węgiel aktywny w różnej postaci, bardzo często dodatkowo modyfikowany, ale także gliny i materiały syntetyczne. Metody fotokatalityczne badane są ze względu na naturalnie występującą w środowisku fotodegradację zanieczyszczeń. Wspomniane techniki pozwalają na znaczne zmniejszenie zawartości badanych związków w wodach i ściekach, przy czym stosowanie adsorbentów wymaga ich regeneracji i nie stanowi kompleksowego rozwiązania problemu, ponieważ jest to tylko przenoszenie zanieczyszczeń do innej fazy. Pomimo wysokiej skuteczności metod fotokatalitycznych, nie zawsze uzyskiwany jest jednak całkowity rozkład zanieczyszczeń [4].
Dobór metody oczyszczania uwarunkowany jest zatem zarówno wymaganiami, jakie ma spełniać oczyszczony ściek, jak i czasem oczyszczania, dostępnością odczynników i ceną. Pewne jest jednak, że kompleksowe oczyszczanie ścieków jest – przy pełnej świadomości ich składu – jednym z poważniejszych wyzwań dzisiejszej ochrony środowiska.
Poszczególne grupy badawcze Wydziału Chemii UJ rozwijają technologie: fotokatalityczne oraz adsorpcyjne, które mogą być pomocne w opracowaniu odpowiednich systemów oczyszczających.
Autor tekstu: Agata Błaszczyk-Pasteczka
Przypisy
[1] Pharmaceuticals in Drinking-water, raport WHO/HSE/WSH/11.05, World Health Organization, 2011
[2] Valcarcel Y., Gonzalez Alonso S., Rodriguez-Gil J.L., Analysis of the presence of cardiovascular, analgesic, anti-inflammatory, antipyretic pharmaceuticals in river and drinking water of the Madrid Region of Spain, Chemosphere 82, 1062-1071, 2011
[3] https://www.kbpn.gov.pl/n3_badania_wod_komunalnych_poznan.htm?id=1539370, dostęp 31.12.2021
[4] Usuwanie farmaceutyków z wód i ścieków z wykorzystaniem metod adsorpcyjnych i fotokatalitycznych, Bożena Czech, dostęp internetowy http://www.ztch.umcs.lublin.pl/materialy/rozdzial_24.pdf#page=1&zoom=auto,-158,842, dostęp 31.12.2021