Antibiotic-targeted water treatment with cost-effective bioadsorbents

Summary. The extensive use of antibiotics has introduced persistent compounds into environmental systems that pose a threat to living organisms. Many treatment processes exist for purifying drinking water, but cost-effective filtration of contaminated water discharged into the environment is still an unsolved problem. In this research, cost-effective adsorbents have been developed and tested for filtering antibiotics that are frequently detected in environmental systems. Results suggest that it is possible to develop an adsorbent mixture with high purification efficiency and low production costs for a wide range of antibiotics. The adsorbent mixture could be used in wastewater treatment and should be considered for the purification of agricultural water (e.g., irrigation water, groundwater). Összefoglalás. A víz, mint alapvető nyersanyag és erőforrás, nélkülözhetetlen feltétele életünknek. A biológiai szükségleteinken túl, szinte minden gyártási folyamatban felhasználásra kerül. A klasszikus három lépcsős tisztítási rendszerek nem alkalmasak egyes perzisztens anyagok (pl. gyógyszerhatóanyagok) teljes eltávolítására, továbbá a természetes tisztító folyamatok, negatív visszacsatolások révén egyre kisebb hatásfokkal csökkentik e szennyezők koncentrációját a természetben. A gyógyszerhatóanyagok ng L –1 koncentrációban kimutathatók már az ivóvizekben is, ebből adódóan az elmúlt évtizedekben egyre nagyobb figyelmet kapott a vízminőséggel kapcsolatos problémák feltárása, elemzése és megoldása. A szennyező anyagok között kiemelt szerepe van az antibiotikumoknak, mivel antibakteriális hatásuk miatt célzottan befolyásolják a mikrobiális közösségek működését, növelik a rezisztens törzsek kialakulását, ezenkívül magasabb rendű élőlényekre is toxikus hatással lehetnek. Az ivóvizek mikroszennyezőinek csökkentésére számos nagy hatásfokkal rendelkező tisztító töltetet fejlesztettek ki (pl.: granulált aktív szén, ioncserélő gyanták, szén nanocsövek stb.), viszont előállításuk és üzemeltetésük költséges. Ezek a szűrőrendszerek a tisztított szennyvizek gyógyszerhatóanyag tartalmának csökkentésére nem alkalmasak, mivel a magas tisztítási hatásfokuk miatt gyorsan kimerülnek. A környezeti rendszerek gyógyszerhatóanyag terhelésének csökkentése a mai napig megoldatlan probléma. Kutatásunk során egy olyan többkomponensű szűrőtöltet keveréket fejlesztünk, ami alkalmas lehet tisztított szennyvizek kezelésére, emellett az előállítása, üzemeltetése nem költséges. A tisztítási hatásfok növelése érdekében minimális felületkezelési eljárásokat alkalmaztunk az adszorbens anyagokon, majd három antibiotikum csoport (kilenc vegyület) esetében teszteltük őket. A vizsgált antibiotikumok különböző fizikokémiai paraméterekkel rendelkeztek, annak érdekében, hogy a tisztítási hatásfok a vegyületek széles spektrumát lefedje. Az eddigi eredmények alapján lehetséges olyan szűrőtöltetet előállítani, mely az antibiotikumok széles spektrumát képes hatékonyan kiszűrni és hosszú távon fixálni. Ez az adszorbens olcsón előállítható, nem szükséges hozzá drága kezelés és a magas porozitása miatt átfolyó rendszerekben is hatékonyan alkalmazható. Az adszorbens alapanyagok közül a vizsgált faszén felületkezelési eljárása megfelelő, a fűrészpor és szalma esetében a vegyületek visszatartását növelni kell, ezért a felületkezelést a faszénnél alkalmazott eljárással bővítjük. Ennek előnye, hogy a felületkezelés egyszerre elvégezhető mindhárom adszorbensen. Az így fejlesztett töltetkeveréket szennyvízkezelés esetében a meglévő lépcsők után lenne érdemes alkalmazni egy újabb szűrési lépésként, és megfontolandó a közvetlen élelmiszertermelési felhasználású (felszíni vagy talaj-) vizek (pl. gyökérzöldségek öntözésére) egy lépésben történő szűrése is.