Wpływ matrycy środowiskowej na efektywność usuwania wybranych estrogenów i ksenoestrogenów w procesie nanofiltracji

• Autorzy: Burdzik-Niemiec E. , Dudziak M.

Identyfikatory

DOI

10.12912/23920629/65858

Warianty tytułu

EN

The influence of water matrix on the separation of selected estrogens and xenoestrogens by nanofiltration

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Aktualnie nieograniczony dostęp do czystej i niedrogiej wody jest jednym z podstawowych celów humanitarnych. Jednakże ze względu na m.in. wzrost urbanizacji, zanieczyszczenie zasobów wodnych, niewłaściwe zarządzanie gospodarką wodną, zmiany klimatyczne oraz wzrastającą liczbę ludności cel ten wciąż pozostaje wyzwaniem 21-ego wieku. W związku z powyższym skuteczne uzdatnianie wód powierzchniowych stało się jednym z priorytetowych zadań inżynierii i ochrony środowiska. W tym zakresie poszukiwane są także rozwiązania zmierzające do ograniczenia liczby i stężenia zanieczyszczeń, w tym mikrozanieczyszczeń organicznych trafiających do wód powierzchniowych np. wraz z odpływami z oczyszczalni ścieków komunalnych. Efektywność usuwania mikrozanieczyszczeń w konwencjonalnych procesach oczyszczania ścieków jest bardzo często niewystarczająca. W oparciu o powyższe informacje w ramach niniejszej pracy podjęto badania nad oceną efektywności wysokociśnieniowej filtracji membranowej w aspekcie usuwania 17β-estradiolu, 17α-etynyloestradiolu i bisfenolu A z różnych matryc wodnych, w tym modelowego i rzeczywistego odpływu ścieków. Badane związki różniły się pochodzeniem i właściwościami fizykochemicznymi. W pracy badano zarówno odpływ modelowy jak i rzeczywisty. Uzyskane wyniki badań porównano pod kątem skuteczności usunięcia badanych mikrozanieczyszczeń dla roztworu sporządzonego na bazie wody zdejonizowanej. W ramach pracy wykorzystano komercyjną membranę do nanofiltracji HL firmy GE Osmonics (USA). Ciśnienie transmembranowe procesu wynosiło 2,0 MPa. Usuwane wiązki oznaczano z użyciem ekstrakcji do fazy stałej SPE oraz analizy chromatograficznej HPLC. Wykazano, że współczynnik retencji badanych związków zależał od rodzaju oczyszczanej matrycy wodnej oraz właściwości samego związku takich jak hydrofobowość/ hydrofilowość (określana poprzez wartość logK_ow) oraz masa molowa. Zaobserwowano wyższą retencję badanych związków w przypadku filtracji odpływu rzeczywistego, niż dla odpływu modelowego czy też wody zdejonziowanej. Wskazuje to na występowanie dodatkowych zjawisk wpływających na separację mikrozanieczyszczeń. Wymienić tu można np. tworzenie kompleksów pomiędzy cząsteczkami badanych związków i innymi wielkocząsteczkowymi substancjami organicznymi obecnymi w filtrowanych roztworach oraz powstawanie tzw. membrany wtórnej o porowatości mniejszej niż pory pierwotnej membrany, co przyczynia się do uzyskania większej retencji mikrozanieczyszczeń.

EN

Nowadays unlimited access to clean and affordable water is one of the fundamental humanitarian principles. However, due to the urbanization, pollution of water resources, poor water management, climate change and population growth, this goal still remains the challenge of the 21st century. Therefore, the effective treatment of surface waters has become one of the priority task of engineering and environmental protection. The solutions to reduce the number and concentration of pollutants, including organic micropollutants getting into surface waters, for example with outflows from municipal sewage treatment plant, are still sought. The efficiency of micropollutants removal in conventional water treatment processes is often insufficient. Based on the above information, under this study, the assessment of the efficiency of the high-pressure membrane filtration in terms of the removal of 17β-estradiol, 17α-ethinylestradiol and bisphenol A from different water templates were evaluated. Tested compounds differed primarily in its origin and solubility in water. In the study both, the model and actual outflow were tested. The results were compared in terms of the effectiveness of studied micropollutants removal from a solution made on the basis of deionized water. During the study, the commercial high-pressure filtration HL membrane (GE Osmonics) was tested. The driving force of the processes were transmembrane pressure of 2.0 MPa. Removed compounds were assayed using HPLC chromatography preceded by a solid phase extraction SPE. It has been shown, that the retention degree of tested compounds depended on the type of purified water template and physico-chemical properties of individual compounds such as hydrophobicity/hydrophilicity (determined by the value of the logK_ow) and molar mass. Higher retention degrees of tested compounds were observed during the actual outflow filtration of actual outflow in comparison with those found for model one or deionized water. It indicates, that there are additional phenomenon affecting the separation of micropollutants, i.e. the formation of complexes between molecules of tested compounds and other macromolecular organic substances present in the solution and the formation of so-called secondary membrane having a lower porosity than the porosity of primary one, which contributes to a greater retention of micropollutants.

Słowa kluczowe

PL

substancje aktywne biologicznie; 17β-estradiol; 17α-etynyloestradiol; bisfenol A; proces nanofiltracji; eliminacja mikrozanieczyszczeń

EN

biological active substances; 17β-estradiol; 17α-ethinylestradiol; bisphenol A; nanofiltration; elimination of micropollutants

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 18, nr 1
• Strony: 27--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Burdzik-Niemiec E.

• Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Śląska, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice,

autor

Dudziak M.

• Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Śląska, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice,

Bibliografia

• 1. Aquastat, Water Uses, Food Agric. Organ. United Nations, 2013.
• 2. Baker R.W. 2012. Membrane technology and applications. John Wiley and Sons.
• 3. Drioli E., Giorno L. 2009. Membrane operations: innovative separations and transformations. John Wiley and Sons.
• 4. Dudziak M., Burdzik E. 2016. Oxidation of bisphenol A from simulated and real urban wastewater effluents by UV, O3 and UV/O3, Desalination and Water Treatment, 57 (3), 1075–1083.
• 5. Gibs J., Stackelberg P.E., Furlong E.T., Meyer M., Zaugg S.D., Lippincott R.L. 2007. Persistence of pharmaceuticals and other organic compounds in chlorinated drinking water as a function of time. Science of the Total Environment, 373, 240–249.
• 6. Harisha R.S., Hosamani K.M., Keri R.S., Nataraj S.K., Aminabhavi T.M. 2010. Arsenic removal from drinking water using thin film composite nanofiltration membrane. Desalination, 252, 75–80.
• 7. Hu J.Y., Jin X., Ong S.L. 2007. Rejection of estrone by nanofiltration: Influence of solution chemistr. Journal of Membrane Science, 302 (1–2), 188–196.
• 8. Ismail M. 2012. Sustainable membrane technology for energy, water and environment. John Wiley and Sons.
• 9. Jiang H., Adams C. 2006. Treatability of chloro-s-triazines by conventional drinking water treatment technologies. Water Research, 40, 1657–1667.
• 10. Kamińska G., Dudziak M., Bohdziewicz J., Kudlek E. 2015. Ocena skuteczności usuwania wybranych substancji aktywnych biologicznie w procesie nanofiltracji, Proceedings of ECOpole.
• 11. Norman N.L. 2008. Advanced Membrane Technology and Applications. John Wiley and Sons.
• 12. Ormad M.P., Miguel N., Claver A., Matesanz J.M., Ovelleiro J.L. 2008. Pesticides removal in the process of drinking water production. Chemosphere, 71, 97–106.
• 13. Plakas K.V., Karabelas A.J. 2012. Removal of pesticides from water by NF and RO membranes – a review. Desalination, 287, 255–265.
• 14. Prüss-Üstün A., Bos R., Gore F., Bartram J. 2008. Safer Water. Better Health: Costs, Benefits and Sustainability of Interventions to Protect and Promote Health.
• 15. Radjenović J., Petrović M., Ventura F., Barceló D. 2008. Rejection of pharmaceuticals in nanofiltration and reverse osmosis membrane drinking water treatment. Water Research, 42, 3601–3610.
• 16. Saitúa H., Giannini F., Padilla A.P. 2012. Drinking water obtaining by nanofiltration from waters contaminated with glyphosate formulations: process evaluation by means of toxicity tests and studies on operating parameters. Journal of Hazardous Materials, 227–228, 204–210.
• 17. Sarkar B., Venkateshwarlu N., Nageswara Rao R., Bhattacharjee C., Kale R. 2007. Potable water production from pesticide contaminated surface water – a membrane based approach. Desalination, 204, 368–373.
• 18. UN-Water 2013. International Decade for Action “Water for Life” 2005–2015, United Nations Dep. Econ. Soc. Aff.
• 19. UN-Water, 2007. World Water Day.
• 20. Xu P., Drewes J., Kim T., Bellona C., Amy G. 2006. Effect of membrane fouling on transport of organic contaminants in NF/RO membrane applications. Journal of Membrane Science, 279 (1–2), 165–175.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).