Pozostałości leków w ściekach to jedno z najpoważniejszych i najsłabiej rozwiązanych wyzwań współczesnej ochrony środowiska. Naukowcy z Uniwersytet w Oulu pokazali, że skuteczną, tanią i zgodną z ideą gospodarki o obiegu zamkniętym odpowiedzią może być… kora sosnowa – powszechny produkt uboczny przemysłu leśnego.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Dlaczego pozostałości leków w ściekach są realnym zagrożeniem dla środowiska i zdrowia publicznego.
- Jak działa modyfikowana kora sosnowa w usuwaniu antybiotyków i innych farmaceutyków ze ścieków.
- Jaką skuteczność osiągnięto w badaniach pilotażowych prowadzonych w oczyszczalni ścieków w Oulu.
- Dlaczego to rozwiązanie może pomóc spełnić nowe wymogi unijnej Dyrektywy ściekowej i wesprzeć gospodarkę o obiegu zamkniętym.
Leki w ściekach – cichy problem środowiskowy
Produkty farmaceutyczne trafiają do systemów kanalizacyjnych trzema głównymi drogami: z gospodarstw domowych, ze szpitali oraz z przemysłu. Choć nowoczesne oczyszczalnie ścieków skutecznie usuwają podstawowe zanieczyszczenia, nie są projektowane do wychwytywania śladowych ilości substancji czynnych zawartych w lekach.
W efekcie do rzek i jezior trafiają antybiotyki, leki przeciwdepresyjne, przeciwbólowe czy przeciwnadciśnieniowe. Ich obecność w środowisku sprzyja m.in. rozwojowi oporności na antybiotyki, co stanowi realne zagrożenie dla zdrowia publicznego.
Kora sosnowa jako naturalny filtr
Zespół badawczy z Oulu opracował materiał oczyszczający oparty na korze sosnowej, który w praktyce działa jak kolumna filtracyjna – porównywana przez naukowców do dużego filtra do kawy. Przez złoże nie przepływa jednak czysta woda, lecz ścieki zawierające pozostałości farmaceutyków.
Kora sosnowa pochodzi z bocznych strumieni przemysłu leśnego i jest naturalnie bogata w związki polifenolowe. To właśnie one umożliwiają chemiczną modyfikację materiału i nadanie mu właściwości sorpcyjnych, kluczowych dla wychwytywania mikrozanieczyszczeń.
Jakie leki usuwa zmodyfikowana kora
W badaniach wykorzystano chemicznie modyfikowaną korę sosnową oraz kompozyty zawierające żelazo lub magnetyt, które po procesie oczyszczania można łatwo oddzielić od wody. Materiał skutecznie usuwał m.in.:
- antybiotyki, takie jak trimetoprim i lewofloksacyna,
- leki przeciwdepresyjne, w tym wenlafaksynę,
- leki przeciwbólowe, np. ketoprofen,
- leki przeciwnadciśnieniowe, takie jak losartan.
Dzięki zastosowaniu magnetytu medium oczyszczające zyskuje właściwości magnetyczne, co znacząco ułatwia jego odzysk i ponowne użycie.
Wyniki pilotażu w oczyszczalni ścieków
Eksperymenty prowadzono przez cztery miesiące w oczyszczalni ścieków Taskila w Oulu, koncentrując się na wodzie już po standardowym procesie oczyszczania. Choć stężenia farmaceutyków były tam niskie, nadal pozostawały istotne z punktu widzenia ochrony ekosystemów.
Skuteczność usuwania poszczególnych związków wynosiła zazwyczaj kilkadziesiąt procent, a w najlepszych przypadkach przekraczała 90%. W niektórych pomiarach niemal całkowicie usunięto trimetoprim (99,7%) oraz wenlafaksynę (93,7%). Jak podkreśla doktorantka Mahdiyeh Mohammadzadeh:
Wyniki naszych badań oferują konkretną alternatywę wspierającą gospodarkę o obiegu zamkniętym.
Tańsza alternatywa dla węgla aktywowanego
Obecnie za najbardziej skuteczne technologie usuwania pozostałości leków uznaje się węgiel aktywowany oraz ozonowanie. Metody te są jednak kosztowne finansowo i środowiskowo. Produkcja węgla aktywowanego wymaga bardzo wysokich temperatur, często przekraczających 800°C, co wiąże się z dużym zużyciem energii.
W przypadku kory sosnowej proces wytwarzania stałego medium oczyszczającego jest znacznie prostszy i tańszy, ponieważ nie wymaga wysokich temperatur ani skomplikowanych technologii. Jak zauważa promotorka badań, prof. Tiina Leiviskä:
Wytwarzanie stałego medium oczyszczającego z kory sosnowej jest opłacalne, ponieważ nie wymaga wysokich temperatur, a modyfikacja jest prosta. Materiał ten można również wykorzystać do usuwania innych zanieczyszczeń.
Odpowiedź na wymogi Dyrektywy ściekowej UE
Nowa Dyrektywa w sprawie ścieków komunalnych z 2024 r. nakłada na państwa członkowskie obowiązek wdrożenia zaawansowanego, czwartego etapu oczyszczania ścieków. Celem jest usunięcie co najmniej 80% pozostałości farmaceutyków.
Oznacza to konieczność inwestycji w nowe technologie. Niskokosztowe i skalowalne rozwiązania, takie jak modyfikowana kora sosnowa, mogą odegrać kluczową rolę w spełnieniu tych wymogów, szczególnie w mniejszych i średnich oczyszczalniach.
Potencjał współpracy i dalsze badania
Badania w Oulu obejmują również inne naturalne materiały, takie jak garbniki z kory świerkowej, które mogą znaleźć zastosowanie w usuwaniu mętności z wód przemysłowych. Naukowcy podkreślają, że szeroka dostępność surowców z przemysłu leśnego sprzyja zrównoważonemu wykorzystaniu zasobów.
Mam nadzieję, że oczyszczalnie ścieków i sektor leśny zbadają możliwości współpracy – dodaje Mohammadzadeh.
Główne wnioski
- Modyfikowana kora sosnowa usuwa nawet ponad 90% wybranych farmaceutyków ze ścieków oczyszczonych, w tym trimetoprim (do 99,7%) i wenlafaksynę (93,7%).
- Materiał bazuje na odpadach przemysłu leśnego i nie wymaga energochłonnych procesów wysokotemperaturowych, co czyni go tańszą alternatywą dla węgla aktywowanego.
- Zastosowanie magnetytu lub żelaza umożliwia łatwe oddzielenie medium filtracyjnego od wody po procesie oczyszczania.
- Rozwiązanie odpowiada na wymogi Dyrektywy ściekowej UE z 2024 r., która zakłada usuwanie co najmniej 80% pozostałości leków w czwartym etapie oczyszczania.
Źródło:
- https://www.oulu.fi/en/news/pine-bark-removes-pharmaceutical-residues-wastewater-affordable-way-keep-antibiotics-out-nature
