POZOSTAŁOŚCI FARMACEUTYKÓW W ŚRODOWISKU WODNYM I METODY ICH USUWANIA

W pracy przedstawiono zagadnienie pozostałości związków farmaceutycznych
w środowisku wodnym oraz metody ich usuwania. Obecność farmaceutyków
w środowisku wodnym jest problemem globalnym. Świadczą o tym liczne badania, które są prowadzone w ośrodkach naukowych na całym świecie, również
w Polsce. Źródłem związków farmaceutycznych w środowisku są szpitale, zakłady przemysłowe, gospodarstwa domowe oraz leki pochodzące z hodowli zwierząt, które nie są całkowicie usuwane podczas oczyszczania ścieków. Część leków w niezmienionej formie lub w postaci aktywnych metabolitów jest wprowadzana do środowiska. W efekcie dochodzi do zanieczyszczenia wód powierzchniowych i gruntowych. Pomimo że obecność farmaceutyków w środowisku jest badana, nieznany jest ich całkowity wpływ na organizmy żywe. Stałe wprowadzanie antybiotyków do środowiska zarówno przez ludzi, jak i zwierzęta przyczynia się do izolowania opornych szczepów bakterii, co w konsekwencji prowadzi do lekooporności. Ponieważ udział konwencjonalnych oczyszczalni ścieków w usuwaniu farmaceutyków z fazy wodnej nie jest wystarczający, naukowcy szukają nowych, bardziej efektywnych metod. Zaawansowane techniki utleniania skutecznie zmniejszające stężenie leków w próbkach wodnych i ściekach stały się alternatywą dla konwencjonalnych metod. W pracy przedstawiono wyniki badań stężenia oraz stopnia eliminacji farmaceutyków uzyskanych na podstawie analizy próbek pobranych na trzech etapach oczyszczania ścieków w oczyszczalniach (na wejściu, w osadniku wstępnym i na wyjściu z oczyszczalni: Hajdów Lublin, Gdańsk Wschód oraz Szczecin Pomorzany). Z badań wynika, że najlepiej usuwanym farmaceutykiem w trzech oczyszczalniach jest diklofenak. Jego stężenie w ściekach surowych jest najwyższe, natomiast w ściekach oczyszczonych znajduje się poniżej granicy oznaczalności.

Pełny tekst (pdf)

1. Arslan Alaton I., Caglayan A.E.: Toxicity and biodegradability assessment of raw and ozonated procaine penicillin G formulation effluent. Ecotoxicology and Environmental Safety, no. 1, 2006, pp. 131-140.
2. Arslan Alaton I., Dogruel S., Baykal E., Gerone G.: Combined chemical and biological oxidation of penicillin formulation effluent. Journal of Environmental Management, no. 2, 2004, pp. 155-163.
3. Barceló D.: Emerging pollutants in water analysis. Trends in Analytical Chemistry, no. 22, 2003.
4. Behar D., Czapski G., Duchowny I.: Carbonate radical in flash photolysis and pulse radiolysis of aqueous carbonate solutions. Journal of Physical Chemistry, no. 74, 1970, pp. 2206-2210.
5. Biń A.K.: Zastosowanie procesów pogłębionego utleniania do uzdatniania wody pitnej i oczyszczania ścieków w Polsce. Ochrona Środowiska, nr 1, 1999, s. 7-25.
6. Biń A.K., Zieliński J.: Chemiczna degradacja zanieczyszczeń w ściekach przemysłowych. Ochrona Środowiska, nr 2, 2000, s. 383-405.
7. Buser H.R., Poiger T., Müller M.D.: Occurrence and fate if the pharmaceutical drug diclofenac in surface waters: rapid photodegradation in a lake. Environmental Science and Technology, no. 32, 1998, pp. 3449-3456.
8. Buxton G.V., Greenstock C.L., Helman W.P., Ross A.B.: Critical review of rate constans for re action of hydrated dectrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals in aqueous solution. Journal of Physical Chemistry, no. 17, 1988, pp. 513-586.
9. Czech B.: Usuwanie farmaceutyków z wód i ścieków z wykorzystaniem metod adsorpcyjnych i fotokatalitycznych. Adsorbenty i Katalizatory – Wybrane Technologie a Środowisko, nr 2, 2012, s. 453-466.
10. Dantas R.F., Canterino M., Marotta R., Sans C., Esplugas S., Andreozzi R.: Bezafibrate removal by means of ozonation: Primary intermediates, kinetics, and toxicity assessment. Water Research, no. 41, 2007, pp. 2525-2532.
11. Esplugas S., Bila D.M., Krause L.G.T., Dezotti M.: Ozonation and advanced oxidation technologies to remove endocrine disrupting chemicals (EDCs) and pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in water effluents. Journal of Hazardous Materials, no. 149, 2007, pp. 631-642.
12. Felis E., Miksch K., Surmacz-Górska J., Ternes T.: Presence of pharmaceutics in wastewater from waste water treatment plant „Zabrze-Śródmieście” in Poland. Archiwum Ochrony Środowiska, nr 3, 2005, s. 49-58.
13. Gros M., Petrović M., Barceló D.: Development of multi-residue analytical methodology based on liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) for screening and trace level determination of pharmaceuticals in surface and wastewaters. Talanta, no. 70, 2006, pp. 678-690.
14. He C., Long Y., Pan J., Li K., Liu F.: Application of molecularly imprinted polymers to solid-phase extraction of analytes from real samples. Journal Biochemical of Biophysical Methods, no. 70, 2007, pp. 133-150.
15. Hennion M.C.: Solid-phase extraction: Method development, sorbents and coupling with liquid chromatography. Journal Chromatography A, no. 856, 1999, pp. 3-54.
16. Hey G., Vega S.R., Fick J., Tysklind M., Ledin A., Cour Jansen J., Andersen H.R.: Removal of pharmaceuticals in WWTP effluents by ozone and hydrogen peroxide. Water S A, no. 1, 2014, pp. 165-173.
17. Kasprzyk-Hordern B., Dinsdale R.M., Guwy A.J.: Multi-residue method of the determination of basic/neutral pharmaceuticals and illicit drugs in surface water by solid-phase extraction and ultra performance liquid chromatography-positive
18. electrospray ionisation tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography A,
19. no. 1161, 2007, pp. 132-145.
20. Kosjek T., Perko S., Žigon D., Heath E.: Fluorouracil in the environment: Analysis, occurrence, degradation and transformation. Journal of Chromatography A, no. 1290, 2013, pp. 62-72.
21. Kovalova L., Siegrist H., Gunter U., Eugster J., Hagenbuch M., Wittmer A., Moser R., McArdell Ch.S.: Elimination of micropollutants during post-treatment of hospital wastewater with powdered activated carbon, ozone, and UV. Environmental Science and Technology, no. 47, 2013, pp. 7899-7908.
22. Kümmerer K.: Laboratory scale degradation of pharmaceuticals and emission control (Abbau von Arzneimitteln in Testsystemen und Möglichkeiten zur Emissionsreduktion), [in:] Chemische Stressfaktoren in aquatischen Systemen. Weigert B., Steinberg Ch., Brüggemann R. (eds.). Schriftenreihe Wasserforschung 6, Wasserforschung e.V., Berlin 2000, pp. 165-177.
23. Luczkiewicz A., Felis E., Ziembinska A., Gnida A., Kotlarska E., Olanczuk-Neyman K., Surmacz-Górska J.: Resistance of Escherichia coli and Enterococcus spp. to selected antimicrobial agents present in municipal wastewater. Journal of Water and Health, no. 11(4), 2013, pp. 600-612.
24. Marchese S., Perret D., Gentili A., Curini R., Pastori F.: Determination of non-steroidal anti-inflammatory drugs in surface water and wastewater by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Chromatographi, no. 58, 2003, pp. 263-269.
25. Meisenheimer M., Ternes T.A.: Method for the analysis the antiepileptics carbamazepine and primidone in water using GC/MS after derivatization. Vom Wasser,
26. no. 94, 2000, pp. 203-212.
27. Newsweek 18.11.2001.
28. Quero-Pastor M., Valenzuela A., Quiroga J.M., Acevedo A.: Degradation of drugs in water with advanced oxidation processes and ozone. Journal of Environmental Management, no. 137, 2014, pp. 197-203.
29. Ozonek J.: Zastosowanie zjawiska kawitacji hydrodynamicznej w inżynierii środowiska. Lublin 2010.
30. Öllers S., Singer H.P., Fässler P., Müller S.R.: Simultaneous quantification of neutral and acidic pharmaceutical and pesticides at the low-ng/l level insurface and wastewater. Journal of Chromatography A, no. 911, 2001, pp. 225-234.
31. Rosal R., Rodriguez A., Perdigón-Melón J.A., Petre A., Garcia-Calvo E.: Oxidation of dissolved organic matter in the effluent of a sewage treatment plant using ozone combined with hydrogen peroxide (O3/H2O2). Chemical Engineeing Journal, no.
32. 1-3, 2009, pp. 311-318.
33. Santos J.L., Aparicio I., Alonso E., Callejón M.: Simultaneous determination of pharmaceutically active compounds in wastewater samples by solid phase extraction and high-performance liquid chromatography with diode array and fluorescence detectors. Analytica Chimica Acta, no. 550, 2005, pp. 116-122.
34. Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku-źródła, przemiany, zagrożenia. Konferencja Młodych Uczonych, 2009.
35. Szymonik A., Lach J.: Zagrożenie środowiska wodnego obecnością środków farmaceutycznych. Inżynieria i Ochrona Środowiska, no. 3, 2012, pp. 249-263.
36. Ternes T.: Occurrence of drugs in German sewage treatment plants and rivers. Water Research, vol. 32, 1998, pp. 3245-3260.
37. Ternes T., Strüber J., Hermann N., McDowell D., Ried A., Kampmann M., Teiser B.: Ozonation: A tool for removal of pharmaceuticals, contrast media and musk fragrances from wastewater? Water Research, vol. 8, 2003, pp. 1976-1982.
38. Ternes T., Meisenheimer M., McDowell D., Sacher F., Brauch H-J., Haist-Gulde B., Preuss G., Wilme U., Zulei-Seibert N.: Removal of pharmaceuticals during drinking water treatment. Environmental Science and Technology, no. 36, 2002, pp. 3855-3863.
39. Togola A., Budzinski H.: Multi-residue analysis of pharmaceutical compounds in aqueous samples. Journal Chromatography A, no. 1177, 2008, pp. 150-158.
40. Tomiyasu H., Fukutomi H., Gordon G.: Kinetics and mechanism of ozone decomposition in basic aqueous solution. Inorganic Chemistry, no. 24, 1985, pp. 2962-2966.
41. Wąsowski J., Piotrowska A.: Rozkład organicznych zanieczyszczeń wody w procesach pogłębionego utleniania. Ochrona Środowiska, nr 2, 2002, s. 27-32.
42. Winkler M., Lawrence J.R., Neu T.R.: Selective degradation of ibuprofen and clofibric acid in two model river biofilm systems. Water Research, vol. 35, 2001,
43. pp. 3197-3205.
44. Yoon Y., Ryu J., Oh J., Choi B., Snyder S.A.: Occurrence of endocrine disrupting compounds, pharmaceuticals, and personal care products in the Han River. Science of the Total Environment, no. 408, 2010, pp. 636-643.
45. Zgoła-Grześkowiak A.: Application of DLLME to isolation and concentration of non-steroidal anti-inflammatory drugs in environmental water samples. Chromatographia, no. 72, 2010, pp. 671-678.
46. Zwiener C., Frimmel F.H.: LC-MS analysis in the aquatic environment and in water treatment critical review. Part II: Applications for emerging contaminants and related pollutants, microorganisms and humic acids. Analytical and Bioanalytical Chemistry, no. 378, 2004, pp. 862-874.
47. Zwiener C., Frimmel F.H.: Oxidative treatment of pharmaceuticals in water. Water Research, vol. 6, 2000, pp. 1881-1885.
48. Arslan Alaton I., Caglayan A.E.: Toxicity and biodegradability assessment of raw and ozonated procaine penicillin G formulation effluent. Ecotoxicology and Environmental Safety, no. 1, 2006, pp. 131-140.
49. Arslan Alaton I., Dogruel S., Baykal E., Gerone G.: Combined chemical and biological oxidation of penicillin formulation effluent. Journal of Environmental Management, no. 2, 2004, pp. 155-163.
50. Barceló D.: Emerging pollutants in water analysis. Trends in Analytical Chemistry, no. 22, 2003.
51. Behar D., Czapski G., Duchowny I.: Carbonate radical in flash photolysis and pulse radiolysis of aqueous carbonate solutions. Journal of Physical Chemistry, no. 74, 1970, pp. 2206-2210.
52. Biń A.K.: Zastosowanie procesów pogłębionego utleniania do uzdatniania wody pitnej i oczyszczania ścieków w Polsce. Ochrona Środowiska, nr 1, 1999, s. 7-25.
53. Biń A.K., Zieliński J.: Chemiczna degradacja zanieczyszczeń w ściekach przemysłowych. Ochrona Środowiska, nr 2, 2000, s. 383-405.
54. Buser H.R., Poiger T., Müller M.D.: Occurrence and fate if the pharmaceutical drug diclofenac in surface waters: rapid photodegradation in a lake. Environmental Science and Technology, no. 32, 1998, pp. 3449-3456.
55. Buxton G.V., Greenstock C.L., Helman W.P., Ross A.B.: Critical review of rate constans for re action of hydrated dectrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals in aqueous solution. Journal of Physical Chemistry, no. 17, 1988, pp. 513-586.
56. Czech B.: Usuwanie farmaceutyków z wód i ścieków z wykorzystaniem metod adsorpcyjnych i fotokatalitycznych. Adsorbenty i Katalizatory – Wybrane Technologie a Środowisko, nr 2, 2012, s. 453-466.
57. Dantas R.F., Canterino M., Marotta R., Sans C., Esplugas S., Andreozzi R.: Bezafibrate removal by means of ozonation: Primary intermediates, kinetics, and toxicity assessment. Water Research, no. 41, 2007, pp. 2525-2532.
58. Esplugas S., Bila D.M., Krause L.G.T., Dezotti M.: Ozonation and advanced oxidation technologies to remove endocrine disrupting chemicals (EDCs) and pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in water effluents. Journal of Hazardous Materials, no. 149, 2007, pp. 631-642.
59. Felis E., Miksch K., Surmacz-Górska J., Ternes T.: Presence of pharmaceutics in wastewater from waste water treatment plant „Zabrze-Śródmieście” in Poland. Archiwum Ochrony Środowiska, nr 3, 2005, s. 49-58.
60. Gros M., Petrović M., Barceló D.: Development of multi-residue analytical methodology based on liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) for screening and trace level determination of pharmaceuticals in surface and wastewaters. Talanta, no. 70, 2006, pp. 678-690.
61. He C., Long Y., Pan J., Li K., Liu F.: Application of molecularly imprinted polymers to solid-phase extraction of analytes from real samples. Journal Biochemical of Biophysical Methods, no. 70, 2007, pp. 133-150.
62. Hennion M.C.: Solid-phase extraction: Method development, sorbents and coupling with liquid chromatography. Journal Chromatography A, no. 856, 1999, pp. 3-54.
63. Hey G., Vega S.R., Fick J., Tysklind M., Ledin A., Cour Jansen J., Andersen H.R.: Removal of pharmaceuticals in WWTP effluents by ozone and hydrogen peroxide. Water S A, no. 1, 2014, pp. 165-173.
64. Kasprzyk-Hordern B., Dinsdale R.M., Guwy A.J.: Multi-residue method of the determination of basic/neutral pharmaceuticals and illicit drugs in surface water by solid-phase extraction and ultra performance liquid chromatography-positive
65. electrospray ionisation tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography A,
66. no. 1161, 2007, pp. 132-145.
67. Kosjek T., Perko S., Žigon D., Heath E.: Fluorouracil in the environment: Analysis, occurrence, degradation and transformation. Journal of Chromatography A, no. 1290, 2013, pp. 62-72.
68. Kovalova L., Siegrist H., Gunter U., Eugster J., Hagenbuch M., Wittmer A., Moser R., McArdell Ch.S.: Elimination of micropollutants during post-treatment of hospital wastewater with powdered activated carbon, ozone, and UV. Environmental Science and Technology, no. 47, 2013, pp. 7899-7908.
69. Kümmerer K.: Laboratory scale degradation of pharmaceuticals and emission control (Abbau von Arzneimitteln in Testsystemen und Möglichkeiten zur Emissionsreduktion), [in:] Chemische Stressfaktoren in aquatischen Systemen. Weigert B., Steinberg Ch., Brüggemann R. (eds.). Schriftenreihe Wasserforschung 6, Wasserforschung e.V., Berlin 2000, pp. 165-177.
70. Luczkiewicz A., Felis E., Ziembinska A., Gnida A., Kotlarska E., Olanczuk-Neyman K., Surmacz-Górska J.: Resistance of Escherichia coli and Enterococcus spp. to selected antimicrobial agents present in municipal wastewater. Journal of Water and Health, no. 11(4), 2013, pp. 600-612.
71. Marchese S., Perret D., Gentili A., Curini R., Pastori F.: Determination of non-steroidal anti-inflammatory drugs in surface water and wastewater by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Chromatographi, no. 58, 2003, pp. 263-269.
72. Meisenheimer M., Ternes T.A.: Method for the analysis the antiepileptics carbamazepine and primidone in water using GC/MS after derivatization. Vom Wasser,
73. no. 94, 2000, pp. 203-212.
74. Newsweek 18.11.2001.
75. Quero-Pastor M., Valenzuela A., Quiroga J.M., Acevedo A.: Degradation of drugs in water with advanced oxidation processes and ozone. Journal of Environmental Management, no. 137, 2014, pp. 197-203.
76. Ozonek J.: Zastosowanie zjawiska kawitacji hydrodynamicznej w inżynierii środowiska. Lublin 2010.
77. Öllers S., Singer H.P., Fässler P., Müller S.R.: Simultaneous quantification of neutral and acidic pharmaceutical and pesticides at the low-ng/l level insurface and wastewater. Journal of Chromatography A, no. 911, 2001, pp. 225-234.
78. Rosal R., Rodriguez A., Perdigón-Melón J.A., Petre A., Garcia-Calvo E.: Oxidation of dissolved organic matter in the effluent of a sewage treatment plant using ozone combined with hydrogen peroxide (O3/H2O2). Chemical Engineeing Journal, no.
79. 1-3, 2009, pp. 311-318.
80. Santos J.L., Aparicio I., Alonso E., Callejón M.: Simultaneous determination of pharmaceutically active compounds in wastewater samples by solid phase extraction and high-performance liquid chromatography with diode array and fluorescence detectors. Analytica Chimica Acta, no. 550, 2005, pp. 116-122.
81. Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku-źródła, przemiany, zagrożenia. Konferencja Młodych Uczonych, 2009.
82. Szymonik A., Lach J.: Zagrożenie środowiska wodnego obecnością środków farmaceutycznych. Inżynieria i Ochrona Środowiska, no. 3, 2012, pp. 249-263.
83. Ternes T.: Occurrence of drugs in German sewage treatment plants and rivers. Water Research, vol. 32, 1998, pp. 3245-3260.
84. Ternes T., Strüber J., Hermann N., McDowell D., Ried A., Kampmann M., Teiser B.: Ozonation: A tool for removal of pharmaceuticals, contrast media and musk fragrances from wastewater? Water Research, vol. 8, 2003, pp. 1976-1982.
85. Ternes T., Meisenheimer M., McDowell D., Sacher F., Brauch H-J., Haist-Gulde B., Preuss G., Wilme U., Zulei-Seibert N.: Removal of pharmaceuticals during drinking water treatment. Environmental Science and Technology, no. 36, 2002, pp. 3855-3863.
86. Togola A., Budzinski H.: Multi-residue analysis of pharmaceutical compounds in aqueous samples. Journal Chromatography A, no. 1177, 2008, pp. 150-158.
87. Tomiyasu H., Fukutomi H., Gordon G.: Kinetics and mechanism of ozone decomposition in basic aqueous solution. Inorganic Chemistry, no. 24, 1985, pp. 2962-2966.
88. Wąsowski J., Piotrowska A.: Rozkład organicznych zanieczyszczeń wody w procesach pogłębionego utleniania. Ochrona Środowiska, nr 2, 2002, s. 27-32.
89. Winkler M., Lawrence J.R., Neu T.R.: Selective degradation of ibuprofen and clofibric acid in two model river biofilm systems. Water Research, vol. 35, 2001,
90. pp. 3197-3205.
91. Yoon Y., Ryu J., Oh J., Choi B., Snyder S.A.: Occurrence of endocrine disrupting compounds, pharmaceuticals, and personal care products in the Han River. Science of the Total Environment, no. 408, 2010, pp. 636-643.
92. Zgoła-Grześkowiak A.: Application of DLLME to isolation and concentration of non-steroidal anti-inflammatory drugs in environmental water samples. Chromatographia, no. 72, 2010, pp. 671-678.
93. Zwiener C., Frimmel F.H.: LC-MS analysis in the aquatic environment and in water treatment critical review. Part II: Applications for emerging contaminants and related pollutants, microorganisms and humic acids. Analytical and Bioanalytical Chemistry, no. 378, 2004, pp. 862-874.
94. Zwiener C., Frimmel F.H.: Oxidative treatment of pharmaceuticals in water. Water Research, vol. 6, 2000, pp. 1881-1885.