Usuwanie pozostałości farmaceutyków ze strumienia ścieków
Jak wynika z badań monitoringowych, ścieki komunalne to dla zdecydowanej większości grup farmaceutyków główna droga przedostawania się do środowiska. Ograniczenie konsumpcji leków przez ludzi w przypadku niektórych z grup (na przykład leków przeciwbólowych sprzedawanych bez recepty) byłoby zjawiskiem generalnie prozdrowotnym, jednak nierealne i nieracjonalne jest naciskanie na ograniczenie sprzedaży farmaceutyków. Należy więc działać w miejscu możliwe blisko źródła, a więc usprawniać/modernizować technologię oczyszczania ścieków bytowych w taki sposób, aby były efektywne w oczyszczaniu nowo pojawiających się zanieczyszczeń środowiska (oprócz leków wymienić tu można alkilofenole, bisfenol A czy związki perfluorowane).

Konsorcja mikroorganizmów osadu czynnego mają potencjał do usuwania leków przez ich biologiczny rozkład i sorpcję na powierzchni osadu. Niestety, w związku z faktem, że farmaceutyki to bardzo złożona grupa związków chemicznych, osad czynny nie jest w stanie usunąć całkowicie każdego z nich.

Ponadto, istnieje wiele czynników takich jak aktualny skład ścieków czy ich temperatura, które modelują proces biologicznego rozkładu farmaceutyków. Wymagane jest więc zastosowanie doczyszczania ścieków technikami innymi niż osad czynny. Jest wiele zaawansowanych technik doczyszczania ścieków i wiele z nich okazało się wysoce efektywnych w usuwaniu farmaceutyków i ich metabolitów podczas badań w skali laboratoryjnej. Przykładowo, procesy zaawansowanego utleniania, takie jak ozonowanie, utlenianie fotokatalityczne i reakcja Fentona, okazały się eliminować farmaceutyki niemal całkowicie. Odwrócona osmoza i inne technologie membranowe są równie dobrym rozwiązaniem. Wszystkie jednak wymagają znacznych nakładów finansowych podczas zakupu i eksploatacji.

Obecnie w Unii Europejskiej nie ma wymagań dotyczących usuwania farmaceutyków ze ścieków, jednak zgodnie ze stanowiskiem Komisji Europejskiej i innych organizacji istnieje potrzeba ich stałego monitoringu. Drugim kluczowym elementem jest opracowywanie metod wdrożenia modernizacji wybranych oczyszczalni ścieków komunalnych poprzez zastosowanie bardziej zaawansowanych technologii, które będą w stanie usunąć szeroki zakres mikrozanieczyszczeń przy rozsądnych kosztach.

Na świecie metody zaawansowane są już stosowane. Przykładem mogą tu być aglomeracje miejskie w Australii, które mają problem z dostępem do źródeł dobrej jakości wody pitnej w okresie suszy i oczyszczają ścieki do takiej jakości, aby mogła być wykorzystana bez ryzyka dla konsumentów (koncept „toilet to tap”). Wybrane miasta w Kalifornii i Arizonie, Windhoek w Namibii czy Veurne-Ambacht w Belgii wykorzystują ścieki doczyszczone procesami zaawansowanego utleniania bezpośrednio na cele konsumpcyjne lub zasilają nimi zbiorniki, z których woda pitna jest czerpana.

Szwajcaria jest pierwszym krajem w Europie, który w 2016 r. wprowadził podstawę prawną dla wdrożenia dodatkowego, czwartego etapu oczyszczania ścieków. Celem jest usunięcie 80% wskaźnikowych mikrozanieczyszczeń (np. farmaceutyków) w zmodernizowanych oczyszczalniach ścieków, które – jak się szacuje – będą oczyszczać 50% całkowitej objętości ścieków wytwarzanych w Szwajcarii.
Ze względu na wysoką skuteczność usuwania szerokiego zakresu mikrozanieczyszczeń, opłacalność oraz prostą obsługę i utrzymanie do wdrożenia w pełnej skali, zostały wybrane dwie technologie: ozonowanie i/lub filtracja na węglu aktywnym. W wyniku tych zmian, do 2040 roku zostanie rozbudowanych lub zmodernizowanych około 100 z 700 oczyszczalni ścieków.

Projekty EU
Informacje nt. farmaceutyków w środowisku są rezultatem projektów finansowanych m.in. ze środków Programu Interreg South Baltic Region, NFOŚiGW oraz WFOŚiGW w Gdańsku. W 2019 roku w Jaworznie ruszył pierwszy w Polsce projekt naukowo-badawczy w oparciu o technologię ozonowania: „Opracowanie innowacyjnej metody usuwania farmaceutyków ze ścieków”, finansowany ze środków NFOŚiGW. Projekt realizowany będzie przez okres 24 miesięcy na OŚ Jeleń Dąb. Jego celem jest stworzenie stacji pilotowej do redukcji farmaceutyków ze ścieków na poziomie 80-90%. Istotnym założeniem procesu jest brak powstawania substancji kancerogennych, będących często produktem ubocznym ozonowania.

Realizowany przez GFW w okresie 01.2017-12.2019 r. projekt MORPHEUS „Model Areas for Removal of Pharmaceutical Substances In the South Baltic” ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia obciążenia środowiska farmaceutykami z punktu widzenia emisji oraz dla ustalenia realistycznych założeń przepływu masy od źródła (konsumentów) do odbiorników wodnych w obszarze Południowego Bałtyku. Całkowity budżet to 1,6 mln euro, w tym 1,3 mln euro z EFRR.

Zaangażowanych jest 7 partnerów z 4 krajów: Szwecja, Niemcy, Polska i Litwa. Kluczowa grupa docelowa to oczyszczalnie ścieków oraz władze regionalne i krajowe. Celem projektu było powiązanie informacji na temat wzorców konsumpcji farmaceutyków z szacunkami zrzutów farmaceutyków z kilku wybranych oczyszczalni w Szwecji, Niemczech, Litwie i Polsce. Główne rezultaty projektu pokazano w ramce.

W ramach projektu weryfikowano możliwość oszacowania ładunku farmaceutyków wchodzącego na oczyszczalnię (Predicted Incoming Load – PIL) w oparciu o lokalne dane o zużyciu farmaceutyków. Pozyskane informacje o tym zużyciu porównano z wartościami zmierzonego ładunku wchodzącego (Measured Incoming Load – MIL), określonymi na podstawie analiz chemicznych ścieków wpływających do 15 oczyszczalni.

Spośród czterech badanych farmaceutyków (azytromycyna z grupy leków przeciwinfekcyjnych do stosowania ogólnego, karbamazepina, leki układu nerwowego, diklofenak – układ mięśniowo-szkieletowy, metoprolol – układ sercowo-naczyniowy), karbamazepina (która okazała się dobrym kandydatem do zastosowania jako predyktor) i metoprolol wykazały najlepszą ogólną zgodność między danymi dotyczącymi konsumpcji i występowania w większości oczyszczalni ścieków, podczas gdy dla azytromycyny i diklofenaku różnice między wartościami MIL i PIL były znacznie większe.

Analizowano również wpływ technologii oczyszczania ścieków. Nie zaobserwowano istotnego związku między wiekiem osadu a efektywnością usuwania farmaceutyków. Ustalono, że wiek osadu nie ma wpływu na azytromycynę i metoprololm, z kolei karbamazepina i diklofenak wykazują bardzo słaby wzrost efektywności usuwania wraz ze wzrostem wieku osadu. Nie wykazano też wyraźnej tendencji, aby fermentacja osadu miała wpływ na skuteczność usuwania ww. czterech farmaceutyków.

Więcej informacji oraz raporty projektu są dostępne na stronie: http://www.morpheus-project.eu/.

PROJEKT MORPHEUS – GŁÓWNE REZULTATY • zalecenia dotyczące działań na rzecz zmniejszenia obciążenia chemicznego farmaceutykami; • mapa drogowa dla inwestycji w zaawansowane technologie usuwania farmaceutyków w wybranych oczyszczalniach; • szkolenia z podstawowych analiz farmaceutyków i nt. zaawansowanych technologii ich oczyszczania.