Osud vybraných mikropolutantů během kompostování

Bc. Petr Novák

Master's thesis

The fate of selected micropollutants during composting

Abstract:

Osudy vybraných mikropolutantů byly testovány v různém poměru směsí čistírenského kalu a slaměných pelet. Čistírenský kal byl zvolen z čistírny odpadních vod z menšího města. Bylo celkem založeno 5 různých směsí čistírenského kalu a slaměných pelet. Jednotlivé varianty zkoumané v práci byly: samotný čistírenský kal o hmotnosti 45 kg. Směs čistírenského kalu (75 % hm. o hmotnosti 33,75 kg) a slaměných pelet (25 % hm. o hmotnosti 6,75 kg). Směs čistírenského kalu (50 % hm. o hmotnosti 22,5 kg ) a slaměných pelet (50 % hm. o hmotnosti 13,5 kg). Směs čistírenského kalu (25 % hm. o hmotnosti 11,25 kg) a slaměných pelet (75 % hm. o hmotnosti 20,25 kg). Poslední zkoumaná varianta tvořila 100 % obsah slaměných pelet o hmotnosti 27 kg. Celkem bylo založeno 10 aerobních fermentorů. Každá směs byla sledována ve dvojím provedení. Experiment trval 4 měsíce a uskutečnil se na pokusné stanici FAPPZ v Červeném Újezdu. Experiment byl založen dne 19. 3. 2020 a poslední vzorky se odebraly z fermentorů dne 16.07.2020. Z experimentu s kompostováním v aerobních kompostérech s regulovanou intenzitou aerace se každý měsíc odebíraly vzorky, které byly mraženy a následně lyofilizovány. V takto upravených vzorkách byly stanoveny obsahy vybraných mikropolutantů ze skupiny farmak (např. Diclofenac, Gabapentin, Ibuprofen, Carbamazepine, Kofein, Paracetamol, Tramadol) a endokrinních disruptorů (např. Bisfenyl, Genistein, Estradiol, Estriol, Estron, Daidzein). První předpoklad: během kompostování dochází k průkaznému poklesu obsahu mikropolutantů. Na základě výsledků bylo zjištěno, že během prvního měsíce kompostování dochází k průkaznému snížení obsahů sledovaných mikropolutantů, kromě aerobního fermentoru č. 10 (Samotné slaměné pelety o hmotnosti 27 kg). Po uplynutí celkové doby experimentu, čtyř měsíců, se předpoklad naplnil u aerobních fermentorů se směsí čistírenského kalu (50 % hm. o hmotnosti 22,5 kg ) a slaměných pelet (50 % hm. o hmotnosti 13,5 kg), dále ve směsi čistírenského kalu (25 % hm. o hmotnosti 11,25 kg) a slaměných pelet (75 % hm. o hmotnosti 20,25 kg) a v aerobním fermentoru s obsahem samotných slaměných pelet o hmotnosti 27 kg. Další předpoklad: různé zastoupení čistírenských kalů a slaměných pelet má vliv na obsah mikropolutantů ze skupiny farmak a endokrinních disruptorů i v konečném kompostu. Předpoklad se potvrdil na základě sledovanosti mikropolutantů po jednom a po čtyřech měsících procesu kompostování. Mikropolutanty různě měnily své koncentrace. Pro snížení obsahů koncentrací sledovaných mikropolutantů, byl doporučen poměr čistírenského kalu 25 % a slaměných pelet 75 %. Poměr čistírenského kalu a slaměných pelet vykázal nejvyšší schopnost snížit sledované mikropolutanty. Samotné slaměné pelety se projevily jako nejméně vhodné pro degradaci mikropolutantů. Pelety vykázaly schopnost zkoncentrovat obsažené mikropolutanty Kofein (v rozmezí 7,68 – 53,46 %), Telmisartan (74,47 – 2 079,37 %) a Venlafaxine (snížení o 17,38, zkoncentrování o 14,94), kromě dvou Mirtazapine a Sulfapyridine, které snížily svoje koncentrace pod mez detekce přístroje. Poslední předpoklad: jednotlivá farmaka a endokrinní disruptory se během kompostování odbourávají s různou intenzitou. Předpoklad se částečně potvrdil. Při porovnání koncentrací po čtyřech měsících kompostování s koncentracemi na počátku experimentu, zaznamenaly mikropolutanty pokles: Acetaminophen (Paracetamol), Carbamazepine - 10,11-epoxide, Gabapentin a Sulfamethoxazole pod mez detekce přístroje. Postupně snížily svojí koncentraci, od nejvýše procentuální změny po nejnižší, mikropolutanty Trimethoprim (o 97,35 %), Estrone (o 95

Abstract:

,55 %), Hydrochlorothiazide (o 91,95 %), Omeprazole (o 91,21 %), Genistein (o 88,66 %), Clarithromycin (o 82,40 %), Paraxanthine (o 68,37 %), Atenolol (o 64,43 %), Daidzein (o 62,49 %), Metoprolol (o 53,92%), Diclofenac (o 51,91%), Mirtazapine (o 50,16 %), Kofeine (o 42,41 %), Citalopram (o 36,08 %), Lamotrigine (o 35,42 %), Equol (o 22,26 %), Venlafaxine (o 20,12 %), Tramadol (o 17,65 %), Cetirizine (o 13,32 %), Sulfapyridine (o 9,84 %) a Amitriptyline (o 1,25 %). Zvýšení zaznamenaly mikropolutanty, od nejnižšího zkoncentrování po nejvyšší: Triclosan (o 33,82 %), Carbamazepine (o 42,31 %), Atorvastatin (o 52,23 %), Ibuprofen (o 140,21 %), Sulfanilamide (o 193,23), Telmisartan (o 317,63 %) a Bisphenol A (BPA) (o 342,7 %).

Abstract:

The fates of selected micropollutants were tested in different ratios of mixtures of sewage sludge and straw pellets. The sewage sludge was selected from a wastewater treatment plant in a smaller town. A total of five different mixtures of sewage sludge and straw pellets were established. The individual variants examined in this work were: sewage sludge itself weighing 45 kg. Mixture of sewage sludge (75 % by weight weighing 33.75 kg) and straw pellets (25 % by weight weighing 6.75 kg). Mixture of sewage sludge (50% by weight weighing 22.5 kg) and straw pellets (50 % by weight weighing 13.5 kg). Mixture of sewage sludge (25 % by weight weighing 11.25 kg) and straw pellets (75 % by weight weighing 20.25 kg). The last variant investigated consisted of 100 % straw pellets weighing 27 kg. A total of ten aerobic fermenters were established. Each mixture was monitored in duplicate. The experiment lasted four months and took place at the FAPPZ experimental station in Červený Újezd. The experiment was established on March 19, 2020 and the last samples were taken from the fermenters on July 16, 2020. From the composting experiment in aerobic composters with controlled aeration intensity, samples were taken every month, which were frozen and subsequently lyophilized. The contents of selected micropollutants from the group of pharmaceuticals (eg Diclofenac, Gabapentin, Ibuprofen, Carbamazepine, Caffeine, Paracetamol, Tramadol) and endocrine disruptors (eg Bisphenyl, Genistein, Estradiol, Estriol, Estron, Estron, Daidzein) were determined in such treated samples. The first assumption: during composting, there is a significant decrease in the content of micropollutants. Based on the results, it was found that during the first month of composting there is a significant reduction in the contents of the monitored micropollutants, except for aerobic fermenter No. 10 (Straw pellets alone weighing 27 kg). At the end of the total experiment time, four months, the assumption was fulfilled in aerobic fermenters with a mixture of sewage sludge (50 % by weight weighing 22.5 kg) and straw pellets (50 % by weight weighing 13.5 kg), then in a mixture sewage sludge (25 % by weight of 11.25 kg) and straw pellets (75 % by weight of 20.25 kg) and in an aerobic fermenter containing 27 kg of straw pellets alone. Another assumption: the different proportions of sewage sludge and straw pellets has an effect on the content of micropollutants from the group of pharmaceuticals and endocrine disruptors in the final compost. The assumption was confirmed on the basis of the monitoring of micropollutants after one and four months of the composting process. Micropollutants changed their concentrations in various ways. After reducing the contents of the monitored micropollutants, the ratio of sewage sludge to straw pellets was 75%. The ratio of sewage sludge and straw pellets showed the highest ability to reduce the observed micropollutants. The straw pellets themselves have proven to be the least suitable for the degradation of micropollutants. The pellets showed the ability to concentrate the contained micropollutants Caffeine (range 7.68 - 53.46 %), Telmisartan (74.47 – 2 079.37 %) and Venlafaxine (decrease by 17.38 %, concentration by 14.94), except for two Mirtazapine and Sulfapyridine, which have reduced their concentrations below the detection limit of the device. Last assumption: individual drugs and endocrine disruptors are degraded with varying intensity during composting. The assumption has been partially confirmed. When comparing the concentrations after four months of composting with the concentrations at the beginning of the experiment, the micropollutants decreased, Acetaminophen (Paracetamol), Carbamazepine - 10,11-epoxide, Gabapentin and Sulfamethoxazole, below the detection limit of the instrument. Trimethoprim micropollutants (by 97.35 %), Estrone (by 95.55 %), Hydrochlorothiazide (by 91.95 %), Omeprazole (by 91.21

Abstract:

%), Genistein gradually reduced their concentration, from the highest percentage change to the lowest. (by 88.66%), Clarithromycin (by 82.40 %), Paraxanthine (by 68.37 %), Atenolol (by 64.43%), Daidzein (by 62.49 %), Metoprolol (by 53.92 %), Diclofenac (51.91 %), Mirtazapine (50.16 %), Caffeine (42.41 %), Citalopram (36.08 %), Lamotrigine (35.42 %), Equol (22.26 %), Venlafaxine (20.12 %), Tramadol (17.65%), Cetirizine (13.32 %), Sulfapyridine (9.84 %) and Amitriptyline (1.25 %). Micropollutants increased, from the lowest concentration to the highest: Triclosan (by 33.82 %), Carbamazepine (by 42.31%), Atorvastatin (by 52.23 %), Ibuprofen (by 140.21 %), Sulfanilamide (by 193,23 %), Telmisartan (by 317.63 %) and Bisphenol A (BPA) (by 342.7 %).

Keywords

slaměné pelety, čistírenský kal, degradace, Kompostování, farmaka, endokrinní disruptory

Keywords

Composting, pharmaceuticals, endocrine disruptors, straw pellets, sewage sludge, degradation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Aleš Hanč, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Waste Technology