Projekti / Programi
Napredne metode odstranjevanja in spremljanja onesnažil, ki so na prioritetnem seznamu Vodne direktive
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T270 |
Tehnološke vede |
Okoljska tehnologija, nadzor onesnaženja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
Vodna direktiva, mikropolutanti, zdravilne učinkovine, bisfenoli, kemija okolja, strupenost, nadzorne meritve, čiščenje, odpadne, površinske, vode
Raziskovalci (26)
Organizacije (7)
Povzetek
Nova onesnažila so snovi, ki so v okolju prisotne že dlje časa, njihova prisotnost in vpliv na okolje pa sta šele v zadnjem času deležna pozornosti. Njihov glavni vir v okolje predstavljajo komunalne in industrijske odpadne vode (WW), njihova prisotnost v okolju pa je pomembna predvsem zaradi možnih neželenih učinkov, ki jih predstavljajo za ljudi in druge ne-tarčne organizme. V EU predstavlja Vodna direktiva (WFD, 2000) pravno podlago za varstvo in obnovljivost voda. Leta 2001 je določila 33 prednostnih snovi, ki jih je potrebno nadzorovati v površinskih vodah in l. 2011 dodala še 15 snovi, ki jih bo potrebno na področju Evrope spremljati/nadzorovati, če bo za le-te dokazano zadostno tveganje za vodno okolje. Prvič so v WFD vključili tudi zdravilne učinkovine: protivnetno učinkovino diklofenak (DF) ter dva steroidna hormona 17β-estradiol (E2) in17α-etinilestradiol (EE2). Pričakujemo, da bodo tudi druga organska onesnažila, kot so npr. bisfenol A (BPA) in njegove zamenjave (BP) sledili tem primerom.
Glavni vir onesnaženja vodnega okolja z mikropolutanti predstavljajo iztoki čistilnih naprav. Pomanjkljivi nadzor ter nezadostna odstranitev teh spojin med konvencionalnimi postopki čiščenja prispevajo k nepoznavanju njihovega kroženja in učinkov v okolju. Za DF, E2 in EE2 so podatki o prisotnosti v površinskih in odpadnih vodah v literaturi sicer na voljo, vendar pa uporabljene analizne metode običajno ne dosegajo okoljskih standardov kakovosti (EQS) ter mej kvantifikacije (LOQ), ki jih zahteva WFD. Pregled literature tudi razkriva, da konvencionalne čistilne naprave (ČN), ki uspešno odstranjujejo trdne delce, organske snovi in hranila iz odpadne vode, niso učinkovite pri odstranjevanju ne-tarčnih spojin. Odstranjevanje DF s konvencionalnim biološkim čiščenjem je npr. slabo in nekonsistentno (okoli 30 %), medtem ko se E2 in EE2 odstranita v večji meri (75-90 %). Kljub omenjeni stopnji eliminacije v postopku čiščenja WW in upoštevanju razredčitve po vstopu v površinske vode, njihovi ostanki še vedno predstavljajo tveganje za vodne organizme in najverjetneje presegajo dovoljene povprečne letne koncentracije (WFD). Za nova onesnažila, kot so npr. BPA zamenjave, pa moramo šele razviti in validirati analizne metode.
V predlaganem projektu bomo razvili učinkovit način spremljanja povprečnih koncentracij treh prednostnih snovi in izbranih bisfenolov v vodnem okolju (pod ng/L). Analizno metodo za določanje izbranih spojin v koncentracijah pod ng/L bomo razvili v kombinaciji s tradicionalnim in sodobnim načinom vzorčenja, e.g. pasivnim vzorčenjem (PS), namenjenem vzorčenju polarnih in hidrofobnih organskih snovi. Metodi bosta omogočili določanje povprečnih koncentracij izbranih učinkovin v daljšem časovnem obdobju, kot zahteva WFD. Optimizirano analizno metodo bomo uporabili za analizo površinskih in podzemnih vod, ki jih bomo vzorčili sistematsko tekom enega leta in zajeli vpliv sezonskih nihanj ter dopolnili obstoječo zbirko podatkov.
Drugi cilj predlaganega projekta je preučiti alternativne možnosti čiščenja odpadnih vod, s katerimi bi omejili oz. preprečili vstop ostankov organskih onesnažil v vodno okolje. Učinkovitost naprednih bioloških postopkov čiščenja WW, fotokatalize in kavitacije, smo v našem laboratoriju že preučevali in postopki so se izkazali kot učinkoviti. V predlagani projektni nalogi bomo omenjene laboratorijske postopke optimizirali in nadgradili do pilotne in »realne« velikosti ter preučili možne povezave s konvencionalnimi ČN. Uspešnost čiščenja bomo ocenili na osnovi odstranitve starševskih spojin, tvorbe stabilnih toksičnih transformacijskih produktov ter spremembo v toksičnosti med iztoki in vtoki.
Projekt ima številne elemente izvirnosti, kot npr. pasivno vzorčenje za WFD, kavitacija/UV/TiO2 ter sekvenčna aplikacija tehnoloških postopkov. Aplikativnost projektne naloge se kaže v sofinanciranju 3 in sodelovanju 5 končnih uporabnikov ter 3 priznanih mednarodnih raziskovalnih institucij. Partnerji imamo potrebno o
Pomen za razvoj znanosti
Izbrane zdravilne učinkovine, ki so predmet predlagane raziskave, so na seznamu prednostnih snovi WFD, kar kaže na njihove potencialne škodljive učinke v okolju ter potrebo po preprečevanju njihovega vstopa vanj. Pričakujemo, da bodo tudi drugi potencialno toksični mikropolutanti, kot so na primer druge zdravilne učinkovine in bisfenoli. V začetku raziskave bomo izvedli sistematično spremljanje vsebnosti teh spojin za pridobitev podatkov o njihovi pojavnosti v slovenskem okolju. Nekaj raziskav na tem področju je že bilo izvedenih, večinoma v našem laboratoriju, vendar pa podatki dobljeni iz teh raziskav temeljijo večinoma na majhnem številu čistilnih naprav omejenih velikosti in konfiguracij. Poleg tradicionalnih načinov vzorčenja bomo uvedli tudi pasivne vzorčevalnike. S tem bomo preverili, če so ekonomsko sprejemljivo in uporabniku prijazno orodje za določevanje povprečnih koncentracij (TWA, EFD) učinkovin. V drugi fazi bomo preučevali izboljšanje obstoječih postopkov čiščenja. Ker do sedaj učinkovito in konsistentno odstranjevanje DF ni bilo doseženo še z nobeno tehnologijo, bo glavni namen naše raziskave izboljšati njegovo odstranjevanje z alternativnimi postopki čiščenja. Literaturni podatki o odstranjevanju spolnih hormonov nakazujejo njihovo učinkovito odstranjevanje s konvencionalnimi postopki čiščenja in nizke koncentracije v površinskih vodah. Vendar pa lahko, zaradi njihovega velikega estrogenega učinka, pričakujemo neželene učinke tudi pri tako nizkih koncentracijah. Za bisfenole pa moramo najprej razviti in validirati analizne metode za njihovo določitev v vodnih vzorcih. Zaradi neželenih učinkov, ki ji ostanki novih organskih onesnažil predstavljajo za okolje, je nujno potrebno poiskati ekonomsko sprejemljive tehnologije, kot je npr. kavitacija v kombinaciji z UV in TiO2, s katerimi bomo vsebnost teh učinkovin popolnoma odstranili oz. znižali pod mejo, ki še povzroča neželene učinke. Pričakujemo, da bodo rezultati naših raziskav prispevali k razvoju postopkov čiščenja, ki se jih bo lahko združilo s konvencionalnimi postopki čiščenja, kar bo izviren rezultat z visoko aplikativnostjo.
Predlagani projekt povezuje področja analizne kemije, čiščenja odpadnih vod, ekotehnologije in toksikologije, pri čemer kompleksnost predlagane študije in zastavljeni cilji zahtevajo interdisciplinaren pristop. Tako bomo v predlaganem projektu združili ekspertizo osmih raziskovalnih skupin iz različnih področij: IJS (O2 in B2), Univerza v Ljubljani (FS in FGG), IEI, NIB, GZS in MPŠ. V projektu sodelujejo tudi končni uporabniki (IEI, 3 ČN, Snaga, UKC in UKG). Hkrati so potrdili sodelovanje tudi mednarodno priznane raziskovalne skupine (CSIC, EAWAG in MU). Glede na to, da bo raziskava interdisciplinarna in bo vključevala sodelovanje priznanih raziskovalcev in končnih uporabnikov, pričakujemo, da bomo rezultate objavili tako v popularnih revijah kot v revijah z visokim faktorjem vpliva, prijavili patente ter pridobljeno znanje prenesli na industrijske partnerje in podiplomske študente.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagana raziskava je zelo pomembna iz znanstvenega in aplikativnega vidika in njeni rezultati bodo pripomogli k boljšemu poznavanju tega raziskovalnega področja. Raziskava bo pokazala onesnaženost slovenskega vodnega okolja z zdravilnimi učinkovinami iz WFD seznama prednostnih snovi, za kar bomo uporabili tako tradicionalne načine vzorčenja kot tudi pasivne vzorčevalnike. Hkrati bo raziskava podala tudi učinkovitost različnih postopkov čiščenja (konvencionalnih in naprednih) za odstranjevanje potencialno škodljivih ostankov organskih onesnažil ter predlagala alternativne postopke za združitev z običajnimi postopki čiščenja odpadnih vod. Iz socialnega vidika bo predlagana raziskava prispevala k preprečevanju onesnaženja ter čistejšemu okolju. Poglobljeno poznavanje obnašanja in usode ostankov prednostnih zdravilnih učinkovin bo vplivalo na večje zavedanje javnosti o pravilnem odlaganju odpadnih zdravilnih učinkovin. To znanje se bo preneslo na končne uporabnike in študente Mednarodne podiplomske šole Jožefa Stefana, kjer je velik poudarek na preučevanju najmodernejših tehnologij na področju ekotehnologije. Poleg tega pričakujemo, da bo raziskava vodila do prijave patentov ter do industrijskih aplikacij. V primeru pravočasnega financiranja bodo rešitve za izbrane spojine na voljo za podporo WFD, ko jih bo le-ta vključila v redne nadzorne meritve. Rezultate bomo lahko uporabili tudi za ostale zdravilne učinkovine in organska onesnažila (npr. BPA in njegove zamenjave), ki jih bo WFD obravnavala v prihodnosti.
Neposredni pomen projekta za gospodarstvo in družbo se kaže v:
1. Izboljšanem čiščenje vode in posledično večji kakovosti okolja
Degradacija naravnih vodnih virov je zaskrbljujoča in kakovost ekosistemov je neposredno povezana z zdravjem ljudi, kar je potrebno upoštevati v ocenah socialno-ekonomskih vplivov. Prav tako so pomembni vplivi na floro in favno, še posebej na občutljivih področjih. Zato je ohranjanje celovitosti ekosistemov izjemnega pomena.
2. Vpliv na evropsko zakonodajo
Rezultati predlagane raziskave lahko vplivajo na evropsko zakonodajo, točneje Vodno direktivo, pri določanju mejnih vrednosti izpustov ostankov zdravilnih učinkovin in ostalih organskih onesnažil iz različnih virov. Rezultati bodo pomemben dejavnik pri določanju prednostnih nalog pri naložbah v projekte za zmanjšanje onesnaževanja. Gospodarski stroški ukrepov za zmanjšanje onesnaženja so precejšnji in preventiva je lahko veliko cenejša. Poglobljeno poznavanje kroženja ostankov zdravilnih učinkovin bo ravno tako pripomoglo k boljšemu ozaveščanju ljudi o neustreznem odlaganju odpadnih zdravil, sredstev za osebno nego in ostalih odpadkov, ki vsebujejo potencialno strupene snovi (npr. bisfenoli).
3. Potencialna uporabnost v različnih industrijskih panogah
Nenazadnje predstavljajo preučevane zdravilne učinkovine modelne spojine za ostala obstojna organska onesnažila (npr. BPA in njegove alternative). V tem smislu se lahko predlagane tehnologije uporabijo tudi v drugih industrijskih panogah.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
