Filtrace odpadní vody přes vrstvu vermikompostu za účelem odstranění mikropolutantů

Bc. Kateřina Grambličková

Master's thesis

Filtration of Wastewater through Vermicompost Layer for Micro-pollutants Removal

Abstract:

Aktuálním tématem, kterému je věnována značná pozornost, je přítomnost residuí farmak a látek hormonální povahy jakožto mikropolutantů v odpadních vodách. Tento problém je důsledkem zvyšující se úrovně lidského života, spojené s vyšší spotřebou léčiv a prostředků osobní potřeby. Léčiva jsou vylučována močí a stolicí v metabolizované i nemetabolizované formě do odpadních vod. Na standardních čistírnách odpadních vod jsou látky odstraňovány různými mechanismy a s odlišnou účinností, avšak ne ve zcela dostatečné míře. Cílem této práce je posoudit možnosti využití filtrace synteticky připravené odpadní vody přes vrstvu vermikompostu za účelem odstranění vybraných mikropolutantů spadajících do kategorie léčiv a prostředků osobní potřeby. Použitá synteticky připravená odpadní voda obsahovala sedm vybraných mikropolutantů. Vzorky, které prošly jednotlivými vermifiltračními systémy, byly odebrány a zanalyzovány pomocí kapalinové chromatografie v Mikrobiologickém ústavu AV ČR. Byly použity čtyři varianty reaktorů, první reaktor obsahoval vermikompost včetně žížal (R1), druhý rektor obsahoval samotný nijak neupravený vermikompost (R2), třetí reaktor obsahoval sterilizovaný vermikompost (R3) a čtvrtý reaktor (referenční reaktor) neobsahoval vrstvu vermikompostu (R4). Kromě výsledků účinností odstranění vybraných mikropolutantů v reaktorech byly stanoveny hodnoty pH a obsah rozpuštěného kyslíku, CHSK, veškeré látky a veškeré organické látky. Výsledky účinností odstranění mikropolutantů v reaktorech ukázaly dobré odstranění triclosanu, ibuprofenu a bisphenolu A. Triclosan byl nejlépe odstraněn za pomoci žížal v reaktoru R1 s účinností od 78 do 100 %, kde účinnost 100 % měla nejdelší trvání v porovnání s ostatními způsoby odstraňování dané látky. Ibuprofen byl účinně odstraněn za pomoci žížal v reaktoru R1 při naměřených hodnotách v rozmezí 62 až 100 %, dále aktivitou mikroorganismů s účinností 67 až 100 % a sorpcí na sterilizovaný vermikompost o účinnostech od 45 do 100 %. Nejúčinnější odstranění bisphenolu A bylo zaznamenáno v reaktoru R1 za pomoci žížal v rozsahu hodnot 59 až 100 % a pomocí mikrobiální aktivity v rozmezí hodnot od 60 do 100 %. Naopak ke špatnému odstranění docházelo v případech polutantů jako hydrochlorothiazid a carbamazepin. Ze zaznamenaných hodnot účinností vyplývá, že největší potenciál pro odstranování zde uvedených mikropolutantů má reaktor R1 s vermikompostem pomocí žížal. Slibně vypadají i účinnosti odstranění mikropolutantů pomocí mikrobiální aktivity v reaktoru R2. Pro nakládání s odpadními vodami obsahujícími pestrou škálu mikropolutantů se však tyto metody odstranění jeví jako neefektivní a v průběhu času mají vysoké rozdíly v účinnosti. Vermifiltrace však může být potenciálně vhodnou metodou pro odstranění kontaminace konkrétních polutantů.

Abstract:

A current topic that is receiving significant attention is the presence of residues of pharmaceuticals and personal care products as micropollutants in wastewater. This problem is a consequence of the standard of human life, associated with higher consumers of medicines and personal care products. Medicines are excreted in urine and faeces in a metabolized and non-metabolized form into waste water. In standard wastewater treatment plants, substances are removed by various mechanisms and with varying efficiency, but not entirely to a sufficient extent. The aim of the diploma thesis is to assess the possibilities of using filtration of synthetically prepared wastewater through a layer of vermicompost in order to remove selected micropollutants falling into the category of pharmaceuticals or personal care products. The synthetically prepared wastewater used contained seven selected micropollutants. Samples that passed through individual vermifiltration systems were collected and analysed using liquid chromatography at The Institute of Microbiology of the CAS. Four variants of reactors were used, the first reactor contained vermicompost including earthworms (R1), the second reactor contained untreated vermicompost alone (R2), the third reactor contained sterilised vermicompost (R3) and the fourth reactor (reference reactor) without contain a layer of vermicompost (R4). In addition to the results of the removal efficiency of selected micropollutants in the reactors, the values of pH and content of dissolved oxygen, COD, total solid and organic solid. The results of micropollutant removal efficiency in the reactors showed good removal of triclosan, ibuprofen and bisphenol A. Triclosan was best removed by earthworms in reactor R1 with efficiencies ranging from 78 to 100 %, where 100 % efficiency had the longest duration compared to other removal methods. Ibuprofen was launched using earthworms in reactor R1 with measured values in the range of 62 to 100 %, further by the activity of microorganisms with an efficiency of 67 to 100 % and sorption onto sterilized vermicompost with an efficiency of 45 to 100 %. The most efficient removal of bisphenol A was recorded in reactor R1 with the help of earthworms in the range of values from 59 to 100 % and with the help of microbial activity in the range of values from 60 to 100 %. Conversely, poor removal occurred for pollutants such as hydrochlorothiazide and carbamazepine. From the recorded efficiency values, it follows that reactor R1 with vermicompost using earthworms has the greatest potential for removing the micropollutants mentioned here. The effectiveness of removing micropollutants using microbial activity in reactor R2 also looks promising. However, for the management of waters containing a wide range of micropollutants, these removal methods appear to be inefficient and have high differences in effectiveness over time. Vermifiltration maybe a potentially suitable method for removing contamination of specific pollutants.

Keywords

mikropolutanty, vermikompost, vermifiltrace, odpadní voda, sorpce, mikrobiální rozklad, žížaly

Keywords

micropollutants, vermicompost, wastewater, sorption, microbial decomposition, earthworms

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 15. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Pavel Švehla, Ph.D.
• Reader: Iva Dvořáková, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Waste Technology