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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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.
