S pomočjo električne energije do razgradnje ostankov zdravil v okolju

Kot je dejala koordinatorka projekta v podjetju Arhel Maja Zupančič Justin, je v humani medicini evropskih držav v uporabi okoli 3000 različnih farmacevtskih učinkovin iz različnih farmakoloških skupin. S staranjem prebivalstva se raba zdravil na prebivalca povečuje in se giblje med starejšo populacijo od 5 do 10 vrst različnih zdravil na posameznika.

Ostanki zdravilnih učinkovin v vode vstopajo kot posledica uporabe v humani in veterinarski medicini, z nepravilnim odlaganjem neuporabljenih zdravil, dodatni viri pa so lahko tudi odpadne vode iz bolnišnic, farmacevtske industrije ter deponije odpadkov.

Ker so koncentracije ostankov zdravil v okolju prisotne v mikrokoličinah ali nanokoličinah, jih imenujemo tudi mikroonesnaževala. Že nizke koncentracije pa lahko negativno vplivajo na okoljske organizme in zdravje ljudi. Mnoge raziskave namreč potrjujejo njihovo neposredno strupenost za vodne organizme, povzročanje sprememb dednega materiala, motenj delovanja žlez z notranjim izločanjem in naraščanja splošne rezistence mikrobov na antibiotike.

Ostanki zdravil so lahko kompleksne in biološko težko razgradljive molekule, kar pomeni, da njihova biološka razgradnja oz. mineralizacija v okolju poteka zelo počasi, zato po čiščenju ostajajo v komunalni vodi. V nekaterih primerih lahko v procesu čiščenja nastajajo njihovi razgradni produkti, ki so lahko za okolje enako ali bolj škodljivi kot izvorne spojine. Za njihovo razgradnjo tako potrebujemo naprednejše postopke čiščenja vode, poudarja Zupančič Justinova.

Pilotna čistilna naprava s tehnologijo elektro-oksidacije

V okviru projekta so ob obstoječi čistilni napravi na Golniku, v katero se stekajo vode iz bližnje bolnišnice, postavili pilotno čistilno napravo, ki vključuje v zadnji stopnji čiščenja elektrokemijsko oksidacijo, ki se odvija v elektrolitskih celicah.

Elektrokemijska razgradnja ostankov zdravil v pilotni napravi temelji na proizvodnji hidroksilnih radikalov z uporabo različnih elektrod, kot so denimo z borom dopirane diamantne elektrode ter mešane kovinsko oksidne elektrode. Tovrstni elektrodni materiali omogočajo tvorbo hidroksilnih radikalov neposredno iz vode zgolj s pomočjo električne energije.

Pri čiščenju odpadne vode, posebej pri naprednejših postopkih, je namreč pogosto potrebno vodi dodajati določene snovi, kot je denimo peroksid, ozon, ali obsevati z UV, da oksidacija organskih molekul hitreje poteče. "Gre za to, da smo cel sistem naravnali tako, da bi ga v končni fazi lahko napajala tudi sončna energija. S pomočjo elektrike lahko dosegamo razgradnjo težko razgradljivih organskih molekul brez dodajanja kemikalij," je dejala Zupančič Justinova.

Po njenih besedah hidroksilni radikali sodijo med najučinkovitejše oksidante in so sposobni razgraditi praktično vsa znana organska onesnažila in mikroorganizme. Kompleksne organske molekule v vodi, kot so ostanki zdravil, se ob njihovi prisotnosti razgradijo do ogljikovega dioksida in vode, ali na manjše molekule, ki so manj strupene in nadalje lažje biološko razgradljive. Hkrati so hidroksilni radikali kratko obstojni in s tem nenevarni za okolje, saj je njihovo delovanje omejeno na elektrolitsko celico.

Odvijanje kemijskih reakcij se prične s potopitvijo elektrod v elektrolit, ki je v tem primeru odpadna voda, in s povezavo na generator napetosti. Za varnost izvedbe reakcij so elektrode vgrajene v ohišje - elektrolitsko celico, skozi katero črpajo vodo. V okviru projekta so v podjetju razvili tudi tokovni generator, ki samodejno prilagaja napetost na anodi, tako da ne glede na električne lastnosti tekočine v elektrolitski celici skoznjo teče konstanten tok.