Projekti / Programi
Razvoj novih tehnologij za odstranjevanje patogenih mikrobov in toksinov iz različnih vodnih virov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.02 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
Separacijski procesi |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T350 |
Tehnološke vede |
Kemijska tehnologija in inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
monolitni nosilci, pulzirajoče električno polje, odpadna voda, dezinfekcija
Raziskovalci (28)
Organizacije (5)
Povzetek
V pitni in namakalni vodi ter v vodnih telesih vključenih v rekreacijske dejavnosti, so pogosto prisotni različni patogeni mikrobi. Njihova prisotnost je najpogosteje posledica izpustov odpadnih voda, naravnih nesreč, bioterorizma in/ali sproščanja industrijskih, kmetijskih in medicinskih odplak v vodne sisteme. V množici prisotnih mikrobov najdemo tako rastlinske kot tudi človeške in živalske viruse in bakterije. Zato postaja eno glavnih področij trajnostnega razvoja v globaliziranem svetu smotrno ravnanje z odpadnimi vodami, ki iztekajo iz čistilnih naprav. Iztok vode iz čistilne naprave se običajno konča v okoljskih vodotokih ali se uporaibi za namakanje v kmetijstvu. Neprečiščene odpadne vode po navadi vsebujejo veliko strupenih težkih kovin, kakor tudi patogene bakterije in viruse, skupaj z bakterijskimi endotoksini in bakterijsko DNA. Tipični postopki čiščenja odpadne vode (sedimentacija, čiščenje z aktivnim blatom, filtracija) navadno ne odstranijo patogenih bakterij in virusov v zadostni meri, zato je zaradi varovanja zdravja potrebno odpadno vodo pred uporabo razkužiti. Največkrat se v ta namen uporablja kloriranje, tretiranje z ozonom ali UV svetlobo. Za zatiranje nekaterih mikrobov, bakterijskih endotoksinov in DNA te metode niso dovolj učinkovite, v primeru kloriranja in uporabe ozona pa lahko nastajajo tudi nevarni stranski produkti.
V okviru predlaganega raziskovalnega projekta bomo raziskali in ocenili potencial razkuževanja kombinacije dveh različnih inovativnih tehnologij za odstranjevanje patogenih bakterij in virusov, endotoksinov in proste DNA. Prva tehnologija bo temeljila na inaktivaciji patogenih bakterij zaradi ireverzibilne elektroporacije, ki je posledica delovanja pulzirajočega električnega polja (PEF). Optimizirali bomo parametre električnih impulzov za čim višjo učinkovitost PEF tehnike in z zmanjševanjem nastanka neželenih stranskih produktov reakcije elektrode. Druga tehnologija bo temeljila na elektrostatski vezavi virusov in bakterijskih toksinov in DNA na CIM® (Convective Interaction Media) monolitne nosilce. CIM monolitni kromatografski nosilci, ki so jih razvili v slovenskem podjetju BIA Separations, predstavljajo novo generacijo nosilcev, ki imajo visoko dinamično kapaciteto vezave velikih molekul in hkrati omogočajo delovanje pri visokih pretokih. Predlagane metode bodo optimizirane s posebnim poudarkom na preprečevanju ali zmanjševanju sproščanja in formacije neželenih stranskih produktov dezinfekcije, in bodo tako predstavljale čistejšo alternativo klasičnim metodam kemičnega razkuževanja kot je kloriranje. Rezultati projekta bodo služili za potrditev koncepta, ki bo v nadaljevanju testiran na različnih vzorcih vode, npr. izpust iz čistilnih naprav, pitna voda… V prihodnosti se bo postopek lahko uporabljal za odstranjevanje patogenih mikrobov in bio polutantov iz vseh vrst voda.
Interdisciplinarno projektno skupino kjer specialna znanja procesnih tehnologij, biotehnologije, molekularne biologije, elektrotehnike, mikrobiologije in čiščenja voda sestavljajo raziskovalna skupina Fakultete za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, pod vodstvom prof. dr. Damjana Miklavčiča, raziskovalna skupina Medicinske fakultete Univerze v Ljubljani, Inštituta za mikrobiologijo in imunologijo, pod vodstvom doc. dr. Mateje Poljšak-Prijatelj, raziskovalna skupina Nacionalnega inštituta za biologijo, pod vodstvom prof. dr. Maje Ravnikar, raziskovalna skupina Zavoda za zdravstveno varstvo Maribor pod vodstvom prof. dr. Maje Rupnik, raziskovalna skupina visokotehnološkega podjetja BIA Separations pod vodstvom doc. dr. Aleša Štrancarja, mednarodni partner projekta dr. Justin Teissie iz Institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale (IPBS) CNRS v Franciji in čistilna naprava Domžale pod vodstvom dr. Marjete Stražar.
Pomen za razvoj znanosti
Pulzirajoče električno polje in monolitna kromatografija sta metodi, ki se sicer že uporabljata v različnih aplikacijah, v okviru tega projekta pa sta bili uporabljeni kot orodiji za uničenje in/ ali odstranjevanje patogenih mikrobov (bakterij in virusov) iz predelanih odpadnih vod. Za dosego tega cilja smo v okviru projekta optimirali pogoje za vezavo različnih virusov na monolitne kromatografske nosilce, da bi omogočili njihovo hkratno učinkovito koncentriranje, diagnostiko in odstranjevanje iz vodnih vzorcev. Za uničenje oz. odstranjevanje bakterij iz vodnih vzorcev so bili v okviru tega projekta privič uporabljeni kratki visokonapetnostni električni pulzi (v statičnem in pretočnem načinu), ki povzročijo ireverzibilno lizo bakterij in jih s tem uničijo. Rezultat znanja vseh partnerjev, ki so pri projektu sodelovali ter raziskav izvedenih v okviru tega projekta je inovativen pristop, ki s kombinacijo kratkih električnih pulzov in monolitne kromatografije omogoča čiščenje izhodnih voda iz čistilnih naprav in tako ponuja tudi odgovor na vprašanja povezana z odpadnimi vodami, pitno vodo in rekreacijskimi vodami.
Pomen za razvoj Slovenije
Zaradi intenzivne rabe kmetijskih zemljišč, pa tudi drugih industrijskih dejavnikov se količina čiste vode hitro zmanjšuje. Še posebno je prebivalstvo in industrija prizadeta ob naravnih nesrečah kot so poplave ali potresi ter nenazadnje ob nenadzorovani uporabi mikroorganizmov. Razvita tehnologija bo neposredno pripomogla k predelavi odpadne vode, ki jo lahko ponovno uporabimo v pridelavi hrane. Kot taka je gotovo zanimiva tako za čistilne naprave, vodovode, bazene, vojaške misije, itd. Rezultati projekta bodo nedvomno odmevni v širši strokovni in laični javnosti, kakor tudi na agencijah ministrstev za kmetijstvo, okolje, zdravje in obrambo, saj bo razvito tehnologijo možno implementirati v različne segmente infrastrukture za varnejšo uporabo vodnih virov. Oba industrijska partnerja bosta razvito tehnologijo v nadaljevanju lahko uporabila za proizvodnjo pilotne aparature in preskus delovanja na čistilni napravi Domžale. Novi inovativni pristop ima potencial proizvodnje aparatur, ki bodo enostavne za uporabo in se lahko tržijo globalno. Poleg omenjenih podjetij so rezultati zanimivi tudi za vsa večja in manjša proizvodna podjetja, kjer se srečujejo s čiščenjem odpadnih voda in njihovim vračanjem v okolje. Znanje ki je bilo generirano tekom projekta je bilo posredovano tudi v pedagoškem procesu dodiplomskim študentom biotehnike, elektrotehnike, medicine in kemije. Na projektu je sodelovalo tudi več doktorskih študentov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
