Nowe materiały umożliwiają usuwanie zanieczyszczeń organicznych ze ścieków
Ze względu na obecność w systemach wodnych coraz większej liczby ksenobiotyków w niskich stężeniach, zazwyczaj w zakresie mikromolarnym lub nanomolarnym, konieczne jest opracowanie nowych, zaawansowanych technologii, które mogłyby usprawnić lub zastąpić konwencjonalne procesy oczyszczania ścieków. Ksenobiotyki to związki chemiczne, które nie występują w środowisku naturalnym, a organizmy roślin i zwierząt nie produkują ich w naturalnych warunkach. Obejmują one związki organiczne i syntetyczne pochodzące z takich źródeł jak środki farmaceutyczne. Są one też trudne do usunięcia poprzez tradycyjne procedury uzdatniania wody. Chociaż ksenobiotyki występują w małych ilościach, mogą się kumulować i potencjalnie negatywnie wpływać na ekosystemy wodne i zdrowie ludzi ogółem. Obecnie usuwanie ksenobiotyków przy użyciu konwencjonalnych procesów oczyszczania ścieków nie zawsze jest skuteczne.
Zastosowanie nowych materiałów
Finansowany ze środków UE projekt MAT4TREAT, realizowany przy wsparciu programu Maria Skłodowska-Curie, poświęcony był różnym podejściom do wykorzystania innowacyjnych materiałów i procesów w zakresie uzdatniania wody. Naukowcy skupili się na usuwaniu zanieczyszczeń wzbudzających rosnące obawy, do których należą związki organiczne i syntetyczne pochodzące z nowych źródeł, takich jak środki farmaceutyczne, które stają się głównym problemem zagrażającym zdrowiu obywateli. Prace prowadzone były przez światowych liderów w dziedzinie materiałów na bazie grafenu i innych materiałów węglopochodnych, materiałów polimerowych, ceramiki tlenkowej oraz hybrydowych materiałów nieorganiczno-organicznych. Członkami konsorcjum było osiem uniwersytetów i dwie instytucje nieakademickie zaangażowane w opracowywanie nowatorskich materiałów do usuwania nowych substancji zanieczyszczających poprzez innowacyjne, zintegrowane procesy uzdatniania wody trzeciego stopnia. „Znaczną część swojej pracy partnerzy projektu poświęcili na zrozumienie podstaw procesów, właściwości kinetycznych i mechanizmów, opracowywanie nowych materiałów, modelowanie, integrację i skalowanie procesów”, mówi koordynatorka projektu, Giuliana Magnacca. Naukowcy badali nowe materiały przeznaczone do stosowania jako adsorbenty, fotokatalizatory oraz warstwy czynne do produkcji membran, testując je pod kątem usuwania zanieczyszczeń zarówno z modelowych roztworów wodnych, jak i rzeczywistych próbek wody. Opracowali oni również kilka kategorii materiałów do wykorzystania w zintegrowanej technologii do oddzielania zanieczyszczeń od skażonych wód oraz ich późniejszego rozkładu.
Ekonomiczne i ekologiczne rozwiązanie
Naukowcy zbudowali dwa urządzenia laboratoryjne do walidacji tego podejścia. Urządzenia wykonane są z membrany, która działa jak filtr, oddzielając zanieczyszczenia od wody. „Membrany są wykonane z (bądź z użyciem) materiałów, które są aktywowane przez światło słoneczne w celu wytworzenia czynnych gatunków zdolnych do rozkładu zanieczyszczeń i ich całkowitej eliminacji”, wyjaśnia Magnacca. „Ponadto po odpowiedniej aktywacji przez obecność cząsteczek organicznych materiały magnetyczne są wykorzystywane także do wychwytywania zanieczyszczeń. Następnie można je bardzo łatwo usunąć z wody przy użyciu magnesu”. „Po ukończeniu testów najlepszej technologii możliwe jest zwiększenie skali procesu w zakładzie pilotażowym uzdatniającym duże ilości wody”, komentuje Magnacca. W ramach projektu MAT4TREAT udało się opracować innowacyjne, niedrogie materiały do usuwania zanieczyszczeń organicznych ze ścieków. „W niektórych przypadkach pochodzą one z substancji humusowych pozyskiwanych z kompostowanych odpadów, zatem do ich produkcji wykorzystywane są źródła wolne od ropy naftowej. Co więcej, wykorzystanie odpadów humusowych, poprzez pokreślenie wartości ich organicznej natury, wspiera działania obywateli segregujących odpady z gospodarstw domowych”, zauważa Magnacca.
Słowa kluczowe
MAT4TREAT, ksenobiotyki, membrana, ścieki, zanieczyszczenie organiczne, środki farmaceutyczne, trzeci stopień oczyszczania, zanieczyszczenia wzbudzające rosnące obawy
