Oczyszczanie wód

Substancje farmaceutyczne dostają się do ścieków komunalnych wraz z moczem (zawierającym ich wolne i zmetabolizowane formy) lub przez wylewanie do instalacji wodociągowej niezużytych albo przeterminowanych preparatów. Degradacja tych substancji w ściekach jest wymagającym, złożonym procesem i większość obecnie funkcjonujących systemów oczyszczania ścieków nie jest odpowiednio przygotowana do ich skutecznego usunięcia. Zrzucenie nieoczyszczonych ścieków do wód powoduje rozległe rozprzestrzenianie się trwałych zanieczyszczeń w ekosystemie wodnym.

Pozostałości środków ochrony roślin czy farmaceutyków wykorzystywanych w hodowli zwierząt w formie wolnej oraz w biologicznie aktywnych formach metabolicznych migrują do wód powierzchniowych i podziemnych w niekontrolowanej skali.
Aktualne prawodawstwo dotyczące ochrony ekosystemów wodnych oraz standardów jakości wód i ścieków coraz szerzej ujmuje ten problem.

Podstawowe akty prawne w tym zakresie to, na poziomie Unii Europejskiej, Ramowa Dyrektywa Wodna (Dyrektywa 2000/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2000 r. ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie w dziedzinie polityki wodnej, z późniejszymi zmianami) oraz polska Ustawa Prawo wodne (aktualnie obowiązująca Ustawa z 20 lipca 2017 r., Dz.U. 2017, poz. 1566), wraz z wynikającymi z niej rozporządzeniami.

W chwili obecnej zapisy te określają wykaz 45 związków chemicznych stanowiących substancje priorytetowe w dziedzinie polityki wodnej na terenie Unii Europejskiej. 21 z nich sklasyfikowano jako priorytetowe substancje niebezpieczne. Spośród związków wymienianych na liście dużą część stanowią środki ochrony roślin.

W formie decyzji wykonawczej Komisja Europejska ustanowiła również listę obserwacyjną substancji, w odniesieniu do których mają być gromadzone dane z monitorowania jakości wód, obejmujące całą Unię. Aktualna lista obserwacyjna, z 5 czerwca 2018 r., wymienia (poza innymi środkami ochrony roślin) 5 substancji pochodzenia farmaceutycznego: 17-alfa-etynyloestradiol (EE2), 17-beta-estradiol (E2), estron (E1), amoksycylinę i cyprofloksacynę.

W odpowiedzi na potrzeby rozwijania wydajnych, dostępnych technologii oczyszczania wód i ścieków zespół naukowy pod kierownictwem prof. Krzysztofa Szczubiałki z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego opracował aktywny fotochemicznie układ katalityczny złożony z ekspandowanych mikrosfer polimerowych pokrytych TiO2. Fotokatalizator ten charakteryzuje się kontrolowalną gęstością, co oznacza, że może się unosić na powierzchni oczyszczanej wody czy ścieku przez odpowiednio długi, regulowany przez jego producenta czas. Unoszenie się fotokatalizatora na powierzchni wody zapewnia konieczny dla procesu dostęp światła, a jednocześnie ułatwia jego usuwanie z oczyszczanego zbiornika.

Obecność opisanego układu fotokatalitycznego zapewnia degradację pozostałości powszechnie stosowanych leków, m.in. antybiotyków: cefalotyny, amoksycyliny, sulfametoksazolu, a także najpopularniejszego niesteroidowego leku przeciwzapalnego, czyli ibuprofenu. Dodatkowe badania potwierdziły również degradację fenolu, będącego przedstawicielem najczęściej spotykanych zanieczyszczeń przemysłowych.

Do tej pory układy hybrydowe TiO2-polimer były rzadko stosowane ze względu na niekompatybilność tych składników. Dotychczas stosowane układy fotokatalityczne oparte na TiO2 w postaci zawiesiny mają ponadto ograniczenia dotyczące m.in. niewielkiej szybkości osadzania się drobin i wynikającej z tego niskiej przepuszczalności światła powstałego roztworu oraz koniecznych procesów separowania zawieszonych cząstek.

Technologia opracowana na Wydziale Chemii UJ została objęta zgłoszeniem patentowym do Urzędu Patentowego RP.


Autor: Agata Błaszczyk-Pasteczka – agata.blaszczyk-pasteczka@uj.edu.pl

Project Manager w obszarze ochrony wód oraz powietrza od 2006r., od roku Broker Technologii w CITTRU, odpowiedzialna za komercjalizację technologii z Wydziału Chemii.

Artykuł przygotowany w ramach projektu ProBio Małopolska

PODZIEL SIĘ