Využití okřehku pro fytoremediaci amoxicilinu a paracetamolu

Michal LACH

Bachelor's thesis

Phytoremediation of amoxicillin and paracetamol using duckweed

Abstract:

Kvalita povrchových vod je přímo závislá na dokonalosti odstranění polutantů z vody splaškové v čistírnách odpadních vod. Ne všechny polutanty jsou však monitorovány dostatečně přísně na to, aby byly odstraněny dokonale. Jedněmi z těchto látek jsou farmaka. Možností, jak odstranit farmaka z vody, může být fytoremediace, konkrétně fytoremediace pomocí okřehku (Lemna sp.). Cílem práce bylo vytvořit vhodný způsob kultivace okřehku v laboratorních podmínkách, ověřit schopnost fytoremediace léčiv Amoxicilin (AMX) a Paracetamol (PARA) pomocí okřehku a objasnit vlivy spojené s deficitem fosforečnanů v živném médiu pro kultivaci. Pro kultivaci okřehku byl zvolen Knopův roztok, který byl pro naše účely vhodně upraven a definován. Byly použity dvě verze Knopova roztoku, a to roztok obsahující KH2PO4 a roztok bez KH2PO4. První měření mělo za účel objasnit vliv nedostatku fosforečnanu v živném médiu na okřehek, přičemž bylo zjištěno, že se snížil průměrný přírůstek okřehku, který ale zároveň spotřeboval větší množství živného média. Druhé měření bylo provedeno analogicky, s přídavkem 1 ppm AMX a 1 ppm PARA, přičemž bylo zjištěno, že pomocí okřehku bylo možno fytoremediovat až 30 % PARA a až 95 % AMX. Rozdíl mezi schopností fytoremediace okřehku pěstovaného na roztoku s KH2PO4 a na roztoku bez KH2PO4 byl v případě PARA až 4,6 %, přičemž lepší výsledek přinesl okřehek pěstovaný v roztoku bez KH2PO4, stejný trend následoval i v případě AMX, ale rozdíl mezi výsledky činil až 20 %. V případě AMX však docházelo zároveň k degradaci léčiva, což pravděpodobně bylo způsobeno jednou ze složek Knopova roztoku. Bylo také využito množství nasbíraných dat, které byly využity k vytvoření závislosti TDS na počtu pixelů získaných z absorpčních spekter. Tato závislost by se dala využít k výpočtu TDS z absorpčního spektra a dovoluje nám tak spojením několika metod usnadnit měření. Výsledky měření nám poskytly informaci, že okřehek je za 10 dní schopen fytoremediovat až 30 % Paracetamolu z vody. Pro absolutní hodnotu množství, které je schopen okřehek odstranit z vody, by bylo třeba měření přizpůsobit na delší dobu měření. V případě Amoxicilinu by k definitivnímu rozhodnutí bylo třeba specifikovat důvod degradace Amoxicilinu v Knopově roztoku, a pak až diskutovat, zda okřehek napomáhá odstranění AMX z vody, či ne.

Abstract:

The quality of surface water is directly dependent on the perfection of pollutants removal from sewage in sewage treatment plants. However, not all pollutants are monitored strictly enough to be removed perfectly. One of these substances is pharmaceuticals. Phytoremediation, in particular phytoremediation using duckweed (Lemna sp.), may be a way to remove pharmaceuticals from the water. The aim of this work was to create a suitable method for cultivation of duckweed in laboratory conditions, to verify the ability of duckweed to phytoremediate Amoxicillin (AMX) and Paracetamol (PARA) and to clarify the effects associated with phosphate deficiency in nutrient medium for cultivation. Knop's solution was chosen for the cultivation of duckweed, and suitably adjusted and defined for our purposes. Two versions of Knop's solution were used, namely a solution containing KH2PO4 and a solution without KH2PO4. The first measuring was used to clarify the effect of phosphate deficiency in the nutrient medium on duckweed, and it was found that the average increment of duckweed was reduced, but at the same time it consumed more nutrient medium. The second measurement was performed analogously, with the addition of 1 ppm AMX and 1 ppm PARA, and it was found that duckweed was able to phytoremediate up to 30% PARA and up to 95% AMX. The difference between the phytoremediation of duckweed grown on KH2PO4 solution and KH2PO4-free solution was up to 4.6% for PARA, while duckweed grown in KH2PO4-free solution yielded better results, the same trend followed for AMX but the difference was up to 20%. However, AMX also experienced drug degradation, which was probably due to one of the components of Knop's solution. The amount of data collected was also used to make the TDS dependence on the number of pixels obtained from the absorption spectra. This dependence could be used to calculate TDS from the absorption spectrum and allows us to combine several methods to facilitate an easier measurement method. The results of the measurements provided information that duckweed is able to phytoremediate up to 30% of Paracetamol from water in 10 days. For the absolute value of the amount that the duckweed is able to remove from the water, it would be necessary to adapt the measuring method to a longer measurement time. In the case of Amoxicillin, a definitive decision would require ascertaining the reason of the degradation of Amoxicillin in Knop's solution, and then discuss whether or not the duckweed plays any role in removing AMX from the water.

Keywords

okřehek, fytoremediace, Amoxicilin, Paracetamol, HPLC

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 4. 2020

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 12. 6. 2020
• Supervisor: Doc. RNDr. Jiří Kalina, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Chemistry / Chemistry