Antibiotic-targeted water treatment with cost-effective bioadsorbents
Authors: Vancsik Anna 
Published: August 2024

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.