Alternatywne uzdatnianie wody z wykorzystaniem ciśnieniowych procesów membranowych w usuwaniu estrogenów

• Autorzy: Dudziak M. , Bodzek M.

Warianty tytułu

EN

Alternative water treatment using pressure-driven membrane processes in removal of estrogens

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Steroidowe hormony płciowe i odpowiadające im związki syntetyczne są przedstawiane jako substancje, które przy bardzo niskich stężeniach (pg/l lub ng/l) wywołują alarmujący efekt estrogenny u organizmów wodnych, przejawiający się zjawiskiem feminizacji. Dodatkowo estrogeny upośledzają prawidłowe funkcjonowanie układu hormonalnego i są przyczyną niebezpiecznych konsekwencji obserwowanych również u ludzi (wpływają na rozwój, wzrost i rozrodczość). W pracy przebadano retencje naturalnych (estron i 17β-estradiol) i syntetycznych α-etinylestradiol) estrogenów w trzech rodzajach procesów membranowych: odwrócona osmoza (RO), nanofiltracja (NF) i ultrafiltracja (UF), z wykorzystaniem systemu cross-flow i czterech typów membran (RO-DS3SE, NF-DS5DK, UF-DSGM i UF-PSF-14). Celem pracy była ocena efektywności tych procesów w usuwaniu estrogenów z wód. Estrogenów dodawano do wody w stężeniu 1 μg/1. W pracy do badania współczynnika retencji w procesach membranowych zastosowano ekstrakcję do fazy stałej (SPE) i chromatografie gazową. Estrogeny wydzielano z wody z wykorzystaniem kolumienek J.T. Baker, a w analizie identyfikacyjno-ilościowej użyto chromatografu gazowego (GC) z detektorem masowym (MS). Metodę tę z powodzeniem zastosowano do kontroli usuwania zarówno naturalnych, jak i syntetycznych estrogenów z wód. Membrany były testowane z wykorzystaniem standardowych procedur, po czym prowadzono filtrację wody dejonizowanej z dodatkiem estrogenów. W drugim kroku w procesie ultrafiltracji filtrowano wodę dejonizowaną, zawierającą estrogeny i kwasy humusowe w stężeniu 10 mg/l. Efektywność separacji wiązała się z zastosowanym procesem membranowym i właściwościami mikrozanieczyszczeń (wyrażonymi poprzez logKow) oraz z obecnością substancji humusowych. Uzyskane wyniki określiły proces odwróconej osmozy jako obiecujący w oczyszczaniu wód z estrogennych mikrozanieczyszczeń. Efektywność usunięcia z wykorzystaniem membran ultrafiltracyjnych była w przedziale 58,9+35,4% (UF-PSF-14) i 55,3+35,3% (UF-DSGM) oraz w zależności od współczynnika podziału w układzie n-oktanol/woda (logKow), charakteryzującego dany estrogen. Stopień usunięcia estrogenów z wody, gdy zawierała ona kwasy humusowe, wzrósł do poziomu 71,1+90% (UF-PSF-14).

EN

Steroidal sex hormones and related synthetic compounds provoke alarming estrogenic effects in aquatic organisms, such as feminization, at very Iow concentrations (pg/l or ng/l). Estrogens disrupt normal hormonal functions and cause a risk, for humans too. The aim of this paper is to evaluate the efficiency of estrogens removal from water. Retention of the natural (estrone and 17β-estradiol) and synthetic estrogens (17α-ethinylestradiol) by three kinds of membrane processes: reverse osmosis (RO), nanofiltration (NF) and ultrafiltration (UF) was investigated, using cross-flow systems and four types of membranes (RO-DS3SE, NF-DS5DK, UF-DSGM and UF-PSF-14). Estrogens were added to water at a concentration of 1 μg/l. The solid phase extraction and gas chromatography method were applied to study the retention coefficients of estrogens in membrane processes. For estrogens extraction from water J.T. Baker columns and gas chromatography (GC) with (MS) detector where used. This method was successful in the control of removed estrogens (natural and synthetic) from water. Membranes were tested according to the standard procedures and then the samples of estrogene mixture in distilled water were filtrated. In the second step distilled water containing estrogens and humic acids at concentration of 10 mgTOC/L was filtrated. Separation efficiency was related to membrane processes, micropollutants properties (logKow) and humic substances content. Taking into account the results presented in this study, reverse osmosis appears to be the most promising process for treating estrogens micropollution in water. The removal efficiency of the ultrafiltration membranes can vary in the range 35.4+55.3% (UF-PSF-14) and 35.3+55.3% (UF-DSGM) as a function of the n-octanol/water partition coefficient (logKow). Estrogens removal by ultrafiltration inereases from 71.1 to 90% (UF-PSF-14) in the presence of humis acids.

Słowa kluczowe

PL

mikrozanieczyszczenia organiczne; estrogeny; techniki membranowe; uzdatnianie wody

EN

organic micropollutants; estrogens; membrane techniques; water treatment

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 8, nr 1
• Strony: 87--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Dudziak M.

• Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, ul. Konarskiego 18,44-100 Gliwice

autor

Bodzek M.

• Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, ul. Konarskiego 18,44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Schäfer A.I., Nghiem D.L., Waite T.D., Removal of natural hormone estrone from secondary effluent and natural waters using membranes, Proc. International Conference on Membrane Technology for Wastewater Reclamation and Reuse, 9-13 September 2000, Tel-Aviv, Israel, 259-266.
• [2] Siemiński M., Środowiskowe zagrożenia zdrowia, WN PWN, Warszawa 2001.
• [3] Kuch H.M., Ballschmitter K., Determination of endocrine-disrupting phenolic compounds and estrogens in surface and drinking water by HRGGC-(NCI)-MS in the picogram per liter range, Environ. Sci. Technol. 2001, 35, 3201-3206.
• [4] Bellona Ch. i in., Factors affecting the rejection of organic solutes during NF/RO treatment - a literature review, Wat. Res. 2004, 38, 2795-2809.
• [5] Bodzek M., Bohdziewicz J., Konieczny K, Techniki membranowe w ochronie środowiska, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.
• [6] Kimura K, Amy G, Drewes J.E., Heberer Th., Kim T-U., Watanabe Y., Rejection of organie micropollutants (disinfection by-products, endocrine disrupting compounds, and pharmaceutically active compounds) by NF/RO membranes, J. Membr. Sci. 2003, 227, 113-121.
• [7] Dudziak M, Bodzek M, Luks-Betlej K, Usuwanie mikrozanieczyszczeń organicznych z wody w procesie nanofiltracji, Chem. Inż. Ekol. 2004, 10(S2), 253-259.
• [8] Van der Bruggen B., Schaep J., Maes W., Wilms D., Vandecasteele C, Nanofiltration as a treatment method for the removal of pesticides from ground waters, Desalination 1998, 117, 117-139.
• [9] Schäfer A.I., Mastrup M., Lund Jensen R., Particle interactions and removal of trace contaminants from water and wastewaters, Desalination 2002, 147, 243-250.
• [10] Nghiem L.D., Manis A., Soldenhoff K, Schäfer A.I., Estrogenic hormone removal from waste-water using NF/RO membranes, Í. Membr. Sci. 2004, 242, 37-45.
• [11] Bodzek M., Korus I., Characterization of ultrafiltration membranes using gel permeation chromatography, Chem. Anal. (Warsaw) 1995, 40,153-162.
• [12] Dudziak M., Luks-Betlej K., Bodzek M., Usuwanie WWA z wód z wykorzystaniem procesów membranowych, Inż. Ochr. Śród. 2003, 6 (3-4), 299-311.
• [13] Ying G.G., Kookana R.S., Ying-Jun R., Occurrence and fate of hormone steroids in the environment, Environ. Internat. 2002, 28, 545-551.
• [14] Dudziak M., Bodzek M., Rajca M., Eliminacja estrogenów z wód przy wykorzystaniu procesów membranowych, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, vol. 22, 2004, 493-501.
• [15] Dudziak M., Bodzek M., Luks-Betlej K., Zastosowanie ekstrakcji do fazy stałej oraz analizy chromatograficznej (SPE-GC) do badania współczynnika retencji estrogenów w procesach membranowych, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, vol. 22, 2004, 485-491.
• [16] Dudziak M., Luks-Betlej K., Ocena obecności estrogenów - steroidowych hormonów płciowych w wybranych wodach rzecznych w Polsce, Ochr. Śród. 2004, 26 (1), 21-24.
• [17] Kabsch-Korbutowicz M., Majewska-Nowak K., Usuwanie mikrozanieczyszczeń organicznych z wody w procesie ultrafiltracji, Ochr. Śród. 1998, 1(68), 7-12.
• [18] Yamamoto H., Liljestrand H.M., The fate of estrogenie compounds in the aquatic environment: sorption onto organic colloids, Wat. Sci. Technol. 2003, 47, 9, 77-84.