Pozostałości farmaceutyków w środowisku wodnym i metody ich usuwania

• Autorzy: Czerwiński J. , Kłonica A. , Ozonek J.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2015.3

Warianty tytułu

EN

Endocrine disrupting compounds (EDCs) in the aquatic environment and methods of their removal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono zagadnienie pozostałości związków farmaceutycznych w środowisku wodnym oraz metody ich usuwania. Obecność farmaceutyków w środowisku wodnym jest problemem globalnym. Świadczą o tym liczne badania, które są prowadzone w ośrodkach naukowych na całym świecie, również w Polsce. Źródłem związków farmaceutycznych w środowisku są szpitale, zakłady przemysłowe, gospodarstwa domowe oraz leki pochodzące z hodowli zwierząt, które nie są całkowicie usuwane podczas oczyszczania ścieków. Część leków w niezmienionej formie lub w postaci aktywnych metabolitów jest wprowadzana do środowiska. W efekcie dochodzi do zanieczyszczenia wód powierzchniowych i gruntowych. Pomimo że obecność farmaceutyków w środowisku jest badana, nieznany jest ich całkowity wpływ na organizmy żywe. Stałe wprowadzanie antybiotyków do środowiska zarówno przez ludzi, jak i zwierzęta przyczynia się do izolowania opornych szczepów bakterii, co w konsekwencji prowadzi do lekooporności. Ponieważ udział konwencjonalnych oczyszczalni ścieków w usuwaniu farmaceutyków z fazy wodnej nie jest wystarczający, naukowcy szukają nowych, bardziej efektywnych metod. Zaawansowane techniki utleniania skutecznie zmniejszające stężenie leków w próbkach wodnych i ściekach stały się alternatywą dla konwencjonalnych metod. W pracy przedstawiono wyniki badań stężenia oraz stopnia eliminacji farmaceutyków uzyskanych na podstawie analizy próbek pobranych na trzech etapach oczyszczania ścieków w oczyszczalniach (na wejściu, w osadniku wstępnym i na wyjściu z oczyszczalni: Hajdów Lublin, Gdańsk Wschód oraz Szczecin Pomorzany). Z badań wynika, że najlepiej usuwanym farmaceutykiem w trzech oczyszczalniach jest diklofenak. Jego stężenie w ściekach surowych jest najwyższe, natomiast w ściekach oczyszczonych znajduje się poniżej granicy oznaczalności.

EN

The paper discusses problem of pharmaceuticals in water environment and methods of their removal. The presence of pharmaceuticals in water environment is considered a global problem. Multiple research taken by research centers around the world, also in Poland prove the problem. The major source of pharmaceuticals in environment are hospitals, industrial plants, household wastewater and pharmaceutical contaminants from agriculture not completely eliminated during treatment processes. Some of these pharmaceuticals in unmodified form or active metabolites are introduced to the environment which causes contamination of surface and underground waters. Although the problem of the pharmaceuticals presence in the environment is widely studied, their overall influence on living organisms is not known. Constant introducing antibiotics to the environment by people and animals leads to isolation of the resistant bacterium strains, what in the consequence causes drug resistance. Eliminating the abovementioned contamination requires modern wastewater treatment methods. Advanced oxidation processes (AOPs) efficiently reduce the concentration of pharmaceuticals in water and sewage samples. The paper presents results of research on concentrations and level of elimination of pharmaceuticals basing of analysis of samples taken on three stages of waste water treatment plants (on the entry, in preliminary settling tank and on the exit) in sewage-treatment: Hajdów Lublin, Gdańsk Wschód and Szczecin Pomorzany. Results show that the pharmaceutic that is removed the most in all plants is diclofenac. Its concentration in raw sewages is the highest however it is below the limit of determination in processed water.

Słowa kluczowe

PL

środowisko wodne; farmaceutyk; związek endokrynnie czynny; EDC; utlenianie zaawansowane; AOPs; 5-FU

EN

water environment; pharmaceutical; endocrine disrupting compound; EDC; advanced oxidation; AOPs; 5-FU

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 62, nr 1
• Strony: 27--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Czerwiński J.

• Politechnika Lubelska

autor

Kłonica A.

• Politechnika Lubelska

autor

Ozonek J.

• Politechnika Lubelska

Bibliografia

• [1] Arslan Alaton I., Caglayan A.E.: Toxicity and biodegradability assessment of raw and ozonated procaine penicillin G formulation effluent. Ecotoxicology and Environmental Safety, no. 1, 2006, pp. 131-140.
• [2] Arslan Alaton I., Dogruel S., Baykal E., Gerone G.: Combined chemical and biological oxidation of penicillin formulation effluent. Journal of Environmental Management, no. 2, 2004, pp. 155-163.
• [3] Barceló D.: Emerging pollutants in water analysis. Trends in Analytical Chemistry, no. 22, 2003.
• [4] Behar D., Czapski G., Duchowny I.: Carbonate radical in flash photolysis and pulse radiolysis of aqueous carbonate solutions. Journal of Physical Chemistry, no. 74, 1970, pp. 2206-2210.
• [5] Biń A.K.: Zastosowanie procesów pogłębionego utleniania do uzdatniania wody pitnej i oczyszczania ścieków w Polsce. Ochrona Środowiska, nr 1, 1999, s. 7-25.
• [6] Biń A.K., Zieliński J.: Chemiczna degradacja zanieczyszczeń w ściekach przemysłowych. Ochrona Środowiska, nr 2, 2000, s. 383-405.
• [7] Buser H.R., Poiger T., Müller M.D.: Occurrence and fate if the pharmaceutical drug diclofenac in surface waters: rapid photodegradation in a lake. Environmental Science and Technology, no. 32, 1998, pp. 3449-3456.
• [8] Buxton G.V., Greenstock C.L., Helman W.P., Ross A.B.: Critical review of rate constans for re action of hydrated dectrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals in aqueous solution. Journal of Physical Chemistry, no. 17, 1988, pp. 513-586.
• [9] Czech B.: Usuwanie farmaceutyków z wód i ścieków z wykorzystaniem metod adsorpcyjnych i fotokatalitycznych. Adsorbenty i Katalizatory – Wybrane Technologie a Środowisko, nr 2, 2012, s. 453-466.
• [10] Dantas R.F., Canterino M., Marotta R., Sans C., Esplugas S., Andreozzi R.: Bezafibrate removal by means of ozonation: Primary intermediates, kinetics, and toxicity assessment. Water Research, no. 41, 2007, pp. 2525-2532.
• [11] Esplugas S., Bila D.M., Krause L.G.T., Dezotti M.: Ozonation and advanced oxidation technologies to remove endocrine disrupting chemicals (EDCs) and pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in water effluents. Journal of Hazardous Materials, no. 149, 2007, pp. 631-642.
• [12] Felis E., Miksch K., Surmacz-Górska J., Ternes T.: Presence of pharmaceutics in wastewater from waste water treatment plant „Zabrze-Śródmieście” in Poland. Archiwum Ochrony Środowiska, nr 3, 2005, s. 49-58.
• [13] Gros M., Petrović M., Barceló D.: Development of multi-residue analytical methodology based on liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) for screening and trace level determination of pharmaceuticals in surface and wastewaters. Talanta, no. 70, 2006, pp. 678-690.
• [14] He C., Long Y., Pan J., Li K., Liu F.: Application of molecularly imprinted polymers to solid-phase extraction of analytes from real samples. Journal Biochemical of Biophysical Methods, no. 70, 2007, pp. 133-150.
• [15] Hennion M.C.: Solid-phase extraction: Method development, sorbents and coupling with liquid chromatography. Journal Chromatography A, no. 856, 1999, pp. 3-54.
• [16] Hey G., Vega S.R., Fick J., Tysklind M., Ledin A., Cour Jansen J., Andersen H.R.: Removal of pharmaceuticals in WWTP effluents by ozone and hydrogen peroxide. Water S A, no. 1, 2014, pp. 165-173.
• [17] Kasprzyk-Hordern B., Dinsdale R.M., Guwy A.J.: Multi-residue method of the determination of basic/neutral pharmaceuticals and illicit drugs in surface water by solid-phase extraction and ultra performance liquid chromatography-positive electrospray ionisation tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography A, no. 1161, 2007, pp. 132-145.
• [18] Kosjek T., Perko S., Žigon D., Heath E.: Fluorouracil in the environment: Analysis, occurrence, degradation and transformation. Journal of Chromatography A, no. 1290, 2013, pp. 62-72.
• [19] Kovalova L., Siegrist H., Gunter U., Eugster J., Hagenbuch M., Wittmer A., Moser R., McArdell Ch.S.: Elimination of micropollutants during post-treatment of hospital wastewater with powdered activated carbon, ozone, and UV. Environmental Science and Technology, no. 47, 2013, pp. 7899-7908.
• [20] Kümmerer K.: Laboratory scale degradation of pharmaceuticals and emission control (Abbau von Arzneimitteln in Testsystemen und Möglichkeiten zur Emissionsreduktion), [in:] Chemische Stressfaktoren in aquatischen Systemen. Weigert B., Steinberg Ch., Brüggemann R. (eds.). Schriftenreihe Wasserforschung 6, Wasserforschung e.V., Berlin 2000, pp. 165-177.
• [21] Luczkiewicz A., Felis E., Ziembinska A., Gnida A., Kotlarska E., Olanczuk- Neyman K., Surmacz-Górska J.: Resistance of Escherichia coli and Enterococcus spp. to selected antimicrobial agents present in municipal wastewater. Journal of Water and Health, no. 11(4), 2013, pp. 600-612.
• [22] Marchese S., Perret D., Gentili A., Curini R., Pastori F.: Determination of nonsteroidal anti-inflammatory drugs in surface water and wastewater by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Chromatographi, no. 58, 2003, pp. 263-269.
• [23] Meisenheimer M., Ternes T.A.: Method for the analysis the antiepileptics carbamazepine and primidone in water using GC/MS after derivatization. Vom Wasser, no. 94, 2000, pp. 203-212.
• [24] Newsweek 18.11.2001.
• [25] Quero-Pastor M., Valenzuela A., Quiroga J.M., Acevedo A.: Degradation of drugs in water with advanced oxidation processes and ozone. Journal of Environmental Management, no. 137, 2014, pp. 197-203.
• [26] Ozonek J.: Zastosowanie zjawiska kawitacji hydrodynamicznej w inżynierii środowiska. Lublin 2010.
• [27] Öllers S., Singer H.P., Fässler P., Müller S.R.: Simultaneous quantification of neutral and acidic pharmaceutical and pesticides at the low-ng/l level insurface and wastewater. Journal of Chromatography A, no. 911, 2001, pp. 225-234.
• [28] Rosal R., Rodriguez A., Perdigón-Melón J.A., Petre A., Garcia-Calvo E.: Oxidation of dissolved organic matter in the effluent of a sewage treatment plant using ozone combined with hydrogen peroxide (O3/H2O2). Chemical Engineeing Journal, no. 1-3, 2009, pp. 311-318.
• [29] Santos J.L., Aparicio I., Alonso E., Callejón M.: Simultaneous determination of pharmaceutically active compounds in wastewater samples by solid phase extraction and high-performance liquid chromatography with diode array and fluorescence detectors. Analytica Chimica Acta, no. 550, 2005, pp. 116-122.
• [30] Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku-źródła, przemiany, zagrożenia. Konferencja Młodych Uczonych, 2009.
• [31] Szymonik A., Lach J.: Zagrożenie środowiska wodnego obecnością środków farmaceutycznych. Inżynieria i Ochrona Środowiska, no. 3, 2012, pp. 249-263.
• [32] Ternes T.: Occurrence of drugs in German sewage treatment plants and rivers. Water Research, vol. 32, 1998, pp. 3245-3260.
• [33] Ternes T., Strüber J., Hermann N., McDowell D., Ried A., Kampmann M., Teiser B.: Ozonation: A tool for removal of pharmaceuticals, contrast media and musk fragrances from wastewater? Water Research, vol. 8, 2003, pp. 1976-1982.
• [34] Ternes T., Meisenheimer M., McDowell D., Sacher F., Brauch H-J., Haist-Gulde B., Preuss G., Wilme U., Zulei-Seibert N.: Removal of pharmaceuticals during drinking water treatment. Environmental Science and Technology, no. 36, 2002, pp. 3855-3863.
• [35] Togola A., Budzinski H.: Multi-residue analysis of pharmaceutical compounds in aqueous samples. Journal Chromatography A, no. 1177, 2008, pp. 150-158.
• [36] Tomiyasu H., Fukutomi H., Gordon G.: Kinetics and mechanism of ozone decomposition in basic aqueous solution. Inorganic Chemistry, no. 24, 1985, pp. 2962- 2966.
• [37] Wąsowski J., Piotrowska A.: Rozkład organicznych zanieczyszczeń wody w procesach pogłębionego utleniania. Ochrona Środowiska, nr 2, 2002, s. 27-32.
• [38] Winkler M., Lawrence J.R., Neu T.R.: Selective degradation of ibuprofen and clofibric acid in two model river biofilm systems. Water Research, vol. 35, 2001, pp. 3197-3205.
• [39] Yoon Y., Ryu J., Oh J., Choi B., Snyder S.A.: Occurrence of endocrine disrupting compounds, pharmaceuticals, and personal care products in the Han River. Science of the Total Environment, no. 408, 2010, pp. 636-643.
• [40] Zgoła-Grześkowiak A.: Application of DLLME to isolation and concentration of non-steroidal anti-inflammatory drugs in environmental water samples. Chromatographia, no. 72, 2010, pp. 671-678.
• [41] Zwiener C., Frimmel F.H.: LC-MS analysis in the aquatic environment and in water treatment critical review. Part II: Applications for emerging contaminants and related pollutants, microorganisms and humic acids. Analytical and Bioanalytical Chemistry, no. 378, 2004, pp. 862-874.
• [42] Zwiener C., Frimmel F.H.: Oxidative treatment of pharmaceuticals in water. Water Research, vol. 6, 2000, pp. 1881-1885.