Фармацевтические препараты становятся новым видом загрязнителей окружающей среды, представляя серьезную угрозу для водных экосистем и здоровья населения. Эти вещества часто не разлагаются естественным путем и сохраняют свою биологическую активность, проникая в системы водоснабжения через гидрологический цикл. Для борьбы с данной проблемой ученые разрабатывают новые подходы к удалению фармацевтических загрязнений из сточных вод.
Методы очистки сточных вод от фармацевтических препаратов
На сегодняшний день существуют несколько методов для удаления фармацевтических препаратов из сточных вод, включая осаждение и коагуляцию, биологическое разложение, хлорирование и фотохимическое преобразование. Одним из наиболее перспективных подходов является адсорбция с использованием биоугля, обладающего рядом преимуществ перед другими методами.
Преимущества биоугля
Биоуголь обладает низкой стоимостью, высокой эффективностью удаления загрязняющих веществ и широким диапазоном применяемых концентраций сорбента. Получаемый посредством пиролиза, этот материал характеризуется большей чистотой и экологической безопасностью по сравнению с традиционным сжиганием биомассы. Важно отметить, что производство биоугля возможно из отходов биомассы, полученных из экологически чистых источников, что соответствует принципам устойчивого развития и экономики замкнутого цикла.
Мискантус гигантский — перспективное сырье для производства биоугля
Мискантус гигантский (Miscanthus x giganteus) — это многолетнее травянистое растение, привлекающее внимание как перспективный источник сырья для производства биоугля. Уникальность данного растения заключается в ряде характеристик, делающих его идеальным кандидатом для этой цели.
Основные преимущества мискантуса
1.Высокая продуктивность
Мискантус отличается высокой урожайностью: растение способно производить от 15 тонн сухой биомассы с одного гектара ежегодно. Такая высокая производительность делает его экономически выгодным сырьем.
2. Отсутствие потребности в удобрениях и пестицидах
Для успешного роста мискантусу не требуются внесение удобрений и обработка химическими препаратами. Это существенно сокращает производственные расходы и снижает негативное воздействие на окружающую среду, связанное с применением агрохимии.
3.Устойчивость к неблагоприятным условиям
Растение демонстрирует высокую стойкость к засухе, морозам и другим экстремальным климатическим явлениям. Более того, оно успешно произрастает даже на обедненных почвах, позволяя использовать участки земли, неподходящие для традиционных сельскохозяйственных культур.
4.Оптимальная структура биомассы
Мискантус богат целлюлозой и лигнином, что делает его особенно пригодным для пиролиза — процесса термической переработки органического материала без доступа кислорода, используемого для получения биоугля.
5.Минимизация выбросов парниковых газов
Производство и использование биоугля из мискантуса сопровождается значительными снижениями эмиссии углекислого газа по сравнению с традиционными источниками ископаемого топлива. Растение активно поглощает CO₂ в ходе фотосинтеза, способствуя уменьшению углеродного следа.
6.Долговечная эксплуатация
Благодаря своей многолетней природе, мискантус способен расти на одной территории годами без необходимости регулярной пересадки до 25 лет. Это облегчает уход за посадками и снижает общие издержки производства.
Все вышеперечисленные качества делают мискантус гигантский не только экономичным, но и экологически чистым решением для производства биоугля.
Результаты исследований
Исследования, проведенные чешскими учеными из Университета Яна Евангелиста Пуркине в Усти-над-Лабем в 2024 году, показали эффективность биоугля из мискантуса в удалении фармацевтических препаратов из модельных растворов и реальных больничных стоков. В частности, были изучены такие вещества, как атенолол (AT), 17-α-этинилэстрадиол (EE2) и сульфаметоксазол (SMX).
Для получения биоугля сырьё мискантуса подвергалось пиролизу при температуре 360 °C (M-3) и 500 °C (M-5). Содержание функциональных групп, удельная площадь поверхности, пористость и объём пор были ниже для угля M-5. Диаметры пор были сопоставимы, но их глубина уменьшилась для биочара M-5. Удельная площадь поверхности и площадь пор образца M-5 были в 30 раз выше после 4 часов встряхивания по сравнению со свойствами без встряхивания. pH выщелачиваемой воды из биоугля составил 9,8 ± 1,0 (M-3) и 11,1 ± 1,1 (M-5). Десорбции потенциально опасных органических соединений обнаружено не было. Образец M-3 в целом оказался более эффективным адсорбционным материалом. Удаление EE2, AT и SMX составило более 90%, 70% и 30% соответственно через 4 часа в модельных водах. Линейной зависимости между сорбционной эффективностью фармацевтических препаратов и дозой биоугля обнаружено не было.
Эксперименты по сорбции с использованием реальных сточных вод из больницы на очистных сооружениях продемонстрировали высокую эффективность удаления контролируемых фармацевтических препаратов, в том числе, например, SMX (80%), триметоприма (91%), венлафаксина (100%), кларитромицина (96%), трамадола (93%), диклофенака (86%). Было показано, что на процесс адсорбции влияют не только дозировка и физико-химические свойства биоугля, но и исходная концентрация фармацевтического препарата, а также его химические особенности. Присутствие других компонентов в реальных сточных водах, способных конкурировать за активные центры на поверхности биоугля, может снижать общую эффективность адсорбции.
Заключение
Таким образом, результаты проведённого исследования подтверждают высокую эффективность биоугля из мискантуса гигантского в очистке сточных больничных вод от фармацевтических препаратов. Для достижения необходимого результата рекомендуется применять этот абсорбент на этапах третичной или четвертичной очистки воды, когда удаление фармацевтических загрязнений является основной задачей и отсутствуют другие примеси, способные снижать общую эффективность абсорбции.
Первоисточник публикации: Hana Burdová, Veronika Brázová, Zdenka Kwoczynski, Jan Snow, Josef Trögl, Sylvie Kříženecká. Miscanthus x giganteus biochar: Effective adsorption of pharmaceuticals from model solution and hospital wastewater/Journal of Cleaner Production.-Volume 460, 1 July 2024, 142545
______________________________________________________________________________
Если вам понравилась статья, не забудьте поставить 👍 и подписаться на наш канал ✅!
Наш сайт: https://misc.farm
Телефон: +7 (495) 177-89-89
Email: info@misc.farm
Мы в соцсетях:
Telegram: https://t.me/miscant
Одноклассники: https://ok.ru/group/70000007152054
Rutube: https://rutube.ru/channel/37881605/