Lääkejäämien adsorptio ja hajoaminen vedessä

Lääkejäämät ovat kasvava ympäristöongelma niiden laajan käytön ja puutteellisen poistumisen vuoksi perinteisissä jätevedenkäsittelyprosesseissa. Erityisesti antibiootit voivat säilyä vesistöissä ja aiheuttaa riskejä ekosysteemeille ja ihmisten terveydelle. Tässä väitöskirjassa osoitetaan, että edulliset biosorptorit ja bionanokomposiitit voivat tehokkaasti poistaa lääkejäämiä jätevedenpuhdistamoiden effluenteista. Rautamuokattu turve (FeP) ja magnetiittimäntykuori (MPB) toimivat tehokkaina biosorptoreina antibioottien, kuten levofloksasiinin ja trimetopriimin, eräadsorptiossa synteettisestä vedestä sekä useiden lääkeaineiden poistossa todellisesta kunnallisesta jätevedestä MBR-käsittelyn jälkeen. MPB osoittautui tehokkaaksi myös pien- ja pilottiasteikon kolonnikokeissa.

Pienikokoiset kolonnitutkimukset osoittivat, että MPB yhdistettynä biohiileen (MPB+BC) on tehokas ja edullinen vaihtoehto aktivoidulle hiilelle, ja pilottikokeissa MPB+BC poisti tehokkaasti laajan valikoiman lääkeaineita neljän kuukauden ajan. Biotoksisuustestit Nitrosomonas europaea -bioreportterilla osoittivat, että biosorptorin regenerointi pilottiasteikon kolonnissa aiheutti lyhytaikaista toksisuutta, mikä korostaa tarvetta edelleen optimoida regenerointikäytäntöjä raudan liukenemisen vähentämiseksi.

Koboltti–magnetiittimäntykuori (Co-MPB) -bionanokomposiitteja kehitettiin levofloksasiinin katalyyttiseen hajoamiseen. Co-MPB-bionanokomposiitit syntetisoitiin käyttäen erilaisia koboltin ja raudan lisäysvaiheita sekä vaihtelevia koboltti–rauta-moolisuhteita suorituskyvyn optimoimiseksi ja arvokkaan koboltin käytön minimoimiseksi. Optimoidut materiaalit saavuttivat yli 90 % levofloksasiinin hajoamisen neljän tunnin kuluessa, ja hydroksyyliradikaalit olivat keskeisessä roolissa hajoamisreaktiossa. MPB:n altistuminen puhtaille bakteeriviljelmille tai sairaalajätevedelle vaikutti siprofloksasiinin adsorptioon, ja pidemmät altistusajat heikensivät yleensä poistotehokkuutta. Mikrobianalyysi osoitti, että Pseudomonas-suku ja Comamonadaceae-heimon bakteerit olivat hallitsevia MPB:hen kiinnittyneitä mikrobeja jätevesialtistuksen jälkeen, kun taas Geobacillus oli peräisin itse MPB-biosorptorista.

Yhteenvetona tämä tutkimus edistää edullisten ja kestävien ratkaisujen kehittämistä lääkejäämien hallintaan ja tarjoaa tärkeitä näkemyksiä niiden laajamittaiseen käyttöönottoon jätevedenkäsittelylaitoksissa.