A szennyvíztisztító üzemek egyelőre nem képesek eltávolítani a vízből egyes szerves mikroszennyezőket, mint például a gyógyszermaradványokat. Bár ezeknek a környezetre kifejtett hosszú távú hatását még nem ismerjük pontosan, szerte a világon egyre több kísérlet irányul lebontásukat lehetővé tevő vízkezelési technológiák fejlesztésére. Egy nemrég indult, és a Nemzeti Versenyképességi és Kiválósági Program (NVKP_16) keretében támogatott ígéretes projekt kutatói a kezelendő vízbe vezetett oxigén fotolízise révén nyert ózonnal és vákuum-ultraibolyasugárzással távolítják el ezen szennyezéseket.

Záray Gyula professzor, projektvezető (ELTE)

Az NVKP_16 versenypályázati konstrukciója a Magyarország versenyképessége szempontjából stratégiai jelentőségű ágazatokban – gyógyászat, anyagtudományok, víz-egészség-élelmiszer – finanszírozza az egyetemek, kutatóintézetek és hazai vállalkozások értékteremtő együttműködésével megalapozott kutatás-fejlesztési tevékenységet, valamint nemzetközileg is piacképes termékek, szolgáltatások, technológiák kifejlesztését. A program keretében 2016-ban támogatást nyert konzorcium – amelyben az ELTE Környezettudományi Kooperációs Kutatóközpontja (ELTE KKKK) mellett az MTA Természettudományi Kutatóközpont (MTA TTK) és két gazdasági társaság vesz részt – azt tűzte ki céljául, hogy új technológiát fejlesszen ki a biológiai úton tisztított szennyvizek fertőtlenítésére és a szerves mikroszennyezők eltávolítására. Ennek során az ultraibolya (UV) sugárzást használó hagyományos fertőtlenítést fotokatalitikus oxidációs eljárással kombinálják. A projektben az egyetemi-akadémiai csoportok a kutatói, kísérleti hátteret szolgáltatják, míg a résztvevő vállalkozások a technikai megvalósítás egyes fázisait támogatják egymást segítő, folyamatos és hatékony együttműködésben.

Miért is érdekes a gyógyszermaradványok által kiváltott mikroszennyeződés, felszíni vizeink és a partiszűrésű kutakból nyert ivóvizeink szempontjából, hiszen azok koncentrációja csupán mg/L, illetve ng/L nagyságrendű ezen két víztípus esetében? „Többen azzal érvelnek, hogy ezekből a szennyezőkből egy liter vízben mindössze néhány nanogramm van, tehát kb. 10 ezer liter vizet kellene meginnunk ahhoz, hogy egy tablettányi hatóanyag jusson a szervezetünkbe – mondja a projektet vezető Záray Gyula professzor, az ELTE Környezettudományi Kooperációs Kutatóközpontjának vezetője. – Ez persze igaz, de fejlett műszeres technikákkal már kimutatható az is, hogy ugyanilyen csekély koncentrációban hányféle más idegen molekula van még az ivóvízben, amit a világ számos országában végzett mérések igazolnak. Nem tudjuk, hogy hosszú távon mit eredményez ennek a sokféle, kis koncentrációban jelenlévő vegyületnek az együttes hatása. Angliában a városi vízművek évente nyilvánosságra hozzák, milyen szennyező anyagok detektálhatók az ivóvízben. Nálunk is elkelne egy ilyen jelentés, bár vannak, akik szerint ez pánikot keltene. Nem értek velük egyet: erről nyíltan beszélnünk kell, egyidejűleg törekedve arra, hogy javítsuk a víztisztítási technológiák hatásfokát.” – hangsúlyozza Záray Gyula.

A beszedett gyógyszerek és azok metabolitjai a széklettel és a vizelettel a szennyvízbe távoznak a szervezetünkből. A szennyvíztisztítókban elsősorban baktériumok bontják le a szerves szennyezőket. Ezek a baktériumok a természetes anyagok lebontásával megbirkóznak, de a mesterségesen előállított gyógyszermolekulák lebontásához sok esetben nem rendelkeznek megfelelő enzimkészlettel. Például a jól ismert fájdalomcsillapító és gyulladásgátló, a diklofenák koncentrációja a Fekete-erdőtől a Fekete-tengerig folyamatosan nő a Dunában. Ez a molekula különösen ellenálló a biológiai lebontással szemben, ezért sokáig megmarad a vízi környezetben.

A „zöld gyógyszeripar” fejlődése a biodegradábilis gyógyszerek fejlesztéséhez vezethet, de gyors előrelépéssel ezen a területen még nem számolhatunk. Pedig a jövőt tekintve ez egyre fontosabb kérdés, hiszen az átlagéletkor meghosszabbodása miatt nő a gyógyszerfelhasználás, ugyanakkor a klímaváltozás okozta felmelegedés miatt csökken a tisztított szennyvizeket befogadó folyók vízhozama, tehát kisebb lesz a hígító hatásuk. (Budapesten a Duna 600-1000-szeresére hígítja a bekerülő tisztított szennyvizet, de kisebb településeinken a szennyvíztisztítók csak egy patakra dolgoznak, amelyek nyáron gyakran ki is száradnak). A mai szennyvíztisztító üzemek három lépéses technológiát alkalmaznak. A mechanikai szűrést és zsírtalanítást, a biológiai lebontás lépcsője követi, majd jön a kémiai vagy UV sugárzással történő fertőtlenítés, azaz a baktériumok elpusztítása. Ám eközben egyes nehezen lebontható szerves mikroszennyezők továbbra is a kezelt vízben maradnak.

Egyes üzemekben, mint amilyen például a Dél-pesti Szennyvíztisztító Telep, ma is ultraibolya sugárzást alkalmaznak a fertőtlenítéshez. Ebben a projektben most olyan speciális vákuum ultraibolya(VUV)-lámpákat fejlesztenek az együttműködő partnerek, amelyekkel az eddiginél kisebb hullámhosszú és nagyobb energiájú sugárzást is elő lehet állítani. Mivel a lámpa üzemi hőmérsékletén a higanygőz atomjai lassan bediffundálnak a kvarcbúra anyagába, körülbelül tízezer üzemóra után a lámpa hatékonysága jelentősen csökken. Ennek a megakadályozására rendkívül tömör, de vékony aluminiumoxid réteggel kell bevonni a kvarcbúra belső felületét, ami megakadályozza a higanyatomok kvarcbúrába történő diffúzióját. A réteg előállítására kifejlesztendő szol-gél technológia várhatóan növeli majd a lámpák élettartamát és lehetővé teszi a 185 nm hullámhosszú fotonok kinyerését is. Emellett titán-dioxid fotokatalizátor alkalmazásával hidroxilgyök és ózon szabályozott képződését idézik elő, hogy a szerves szennyezők lebontása hatékonyabb legyen. A fertőtlenítés és a szerves szennyezők oxidatív lebontása így egymás mellett, egy időben folyna – ez a fejlesztés legfontosabb célkitűzése. 

A kutatók először laboratóriumi kísérletekben bontják a modellvegyületeket, majd később a biológiai úton kezelt szennyvizekkel is tesztelik az eljárást. A kísérletekhez négy gyógyszerhatóanyagot választottak ki (diklofenák, naproxén, karbamazepin, klaritromicin), amihez figyelembe vették a budapesti és Pest megyei gyógyszer-értékesítési adatokat, valamint az EU Joint Research Centre kockázatbecslése alapján monitorozásra, kimutatásra ajánlott hatóanyagok listáját. (A Semmelweis Egyetem adatai szerint csak a központi régióban évente 500-3000 kg-ot használunk fel egy-egy hatóanyagból!) A kísérletekben a kiválasztott vegyületek degradációját, eltávolítási hatásfokát vizsgálják annak megítélésére, hogy a fejlesztés milyen hatást ér el a VUV-sugárzás és a fotokatalitikus oxidáció egyidejű alkalmazásával.  

A vizekben található, illetve a vízkezelések során keletkező molekulák azonosítására és mennyiségük meghatározására az ELTÉ-n egy folyadékkromatográffal kapcsolt, nagy érzékenységű quadrupol-repülési idő tömegspektrométert (UHPLC-QTOF) helyeztek üzembe. „Az oxidációs melléktermékek azonosítása kulcsfontosságú ebben a munkában – hangsúlyozza Záray professzor. – Most még csak négy vegyülettel dolgozunk, de a valóságban több száz szennyező illetve bomlástermék megjelenésével kell számolnunk.”

„Mi tehát a szerves mikroszennyezők eltávolítására törekszünk mind a biológiai úton tisztított szennyvizek, mind pedig a szerves oldószerekkel szennyezett talajvizek esetében – összegez Záray Gyula. „Fontos feladat, hogy az oxidatív technológiák alkalmazásakor minél jobb hatásfokkal és minél alacsonyabb költséggel tudjuk a szennyezőket lebontani. Emellett azonban kötelező, hogy azonosítsuk a folyamat során keletkező oxidációs melléktermékeket, és ökotoxikológiai vizsgálatokra támaszkodva is igazoljuk a víztisztítási technológia alkalmazhatóságát.”

Projekt adatok

Támogatott projekt: Innovatív fotooxidációs víztisztítási technológia kidolgozása szerves mikroszennyezők eltávolítására biológiai úton tisztított szennyvizekből (NVKP_16-1-2016-0045)
A projekt időtartama: 2017. február 1. – 2020. január 31.
Projektvezető: Záray Gyula, professor emeritus
Résztvevők:

• ELTE Környezettudományi Kooperációs Kutatóközpont
  
• Lighttech Lámpatechnológiai Kft.
  
• Inwatech Környezetvédelmi Kft.
  
• MTA Természettudományi Kutatóközpont
  

Az elnyert támogatás: 528 279 556 Ft