A világ egyre növekvő népességének ellátásához a gazdáknak sok növényt kell termeszteniük. A növényeknek folyadékra van szükségük a növekedéshez és a virágzáshoz, és az öntözésére használt víz a becslések szerint a globális édesvíz-felhasználás 70%-át teszi ki. A világ sok térségében azonban vízhiány sújtja az országokat. Emiatt a gazdák számára komoly kihívást jelenthet, hogy elegendő vizet tudjanak biztosítani a növénytermesztéshez. A kutatók jelenleg olyan alternatív vízforrások után kutatnak, amelyek fenntartható módon képesek kielégíteni a jelenlegi és jövőbeli öntözési igényeket.
A tisztított kommunális szennyvíz felhasználható a növények öntözésére. Ehhez azonban számos kihívással kell megküzdeni. A városi szennyvíz például antibiotikumokat tartalmazhat.
Ezek az antibiotikumok elősegíthetik az antibiotikumoknak ellenálló baktériumfajok kialakulását a szennyvízzel öntözött mezőgazdasági területeken
– magyarázta Michael Schmidt, a kaliforniai Riverside-ban található amerikai Salinity Laboratory kutatója. A U.S. Salinity Laboratory az USDA Mezőgazdasági Kutatószolgálatának (ARS) része.
Schmidt a vezető szerzője egy új kutatásnak, amely kimutatta, hogy a települési szennyvízben lévő antibiotikumok eltávolítására helyi növényi anyagokat vagy élelmiszer-hulladékot lehetne felhasználni. A kutatók bioszénnel, egy faszénhez hasonló anyaggal dolgoztak, amely szerves anyagok magas hőmérsékleten, oxigén hiányában történő hevítésével jön létre. A bioszén adszorpció révén a kutatók által mért három antibiotikum több mint 97%-át távolította el a kommunális szennyvízből.
Schmidt a marylandi Baltimore-ban tartott 2022-es ASA-CSSA-SSSA éves találkozón mutatta be munkáját.
Bebizonyítottuk, hogy a helyi mezőgazdasági melléktermékek segíthetnek eltávolítani az antibiotikumokat a tisztított szennyvízből. Ez egy potenciálisan költséghatékony és környezetbarát stratégiát jelent arra, hogy különböző szennyeződéseket távolítsunk el a szennyvízből
– nyilatkozta Schmidt.
Fontos kiemelni, hogy Schmidt és a kutatótársai helyben elérhető növényi anyagokat – pisztáciahéjat és datolyapálma leveleket – használtak a bioszén előállításához. A helyi anyagokat így nem kell nagy távolságokra szállítani. Ez csökkentheti a költségeket, az erőforrás-fogyasztást és a környezetszennyezést.
A tanulmányt Kaliforniában végezték, amely államként 2020-ban több mint 453 592 tonna pisztáciát termelt. Míg országos szinten Dél-Kalifornia a legjelentősebb régió a datolyatermesztésben, a mezőgazdasági termelés a dél-kaliforniai Coachella-völgyben lokalizálódik. Emellett Amerika egész délnyugati részén települési fák formájában termesztik őket.
Minden egyes datolyapálmafa évente akár 18 kg szárított levelet is termelhet. Így ezek kiváló lehetséges bioszén-forrásnak lehetnek
– magyarázta Schmidt.
Azt is kimutatták a kutatók, hogy az antibiotikumok szennyvízből való eltávolítására való képessége szempontjából nagy különbséget jelentett, hogy hogyan állították elő a bioszenet, szemben azzal, hogy miből állították elő. A bioszén előállítása porózus, szénben gazdag, faszénszerű anyagot eredményez.
– A bioszén előállításának kulcsa a hevítés során fellépő oxigénhiány – hangsúlyozta Schmidt. Az oxigénnel történő hevítés során ugyanis elsősorban hamu (és nem bioszén) keletkezik.
Schmidt és a kutatótársai a bioszén előállításához a növényi anyagokat 400, 600 és 800 °C-ra hevítették. Ezután megvizsgálták, hogy a különböző hőmérsékletű bioszén milyen hatékonyan távolít el három különböző antibiotikumot a szennyvízből. Az antibiotikumok, amelyekre ebben a vizsgálatban összpontosítottak, a szulfametoxazol, a szulfapiridin és a trimetoprim voltak. Ezeket azért választották ki, mert a helyben gyűjtött, tisztított szennyvízben is előfordultak. Azt tapasztalták, hogy a 800 °C-on előállított bioszén távolította el a leghatékonyabban az antibiotikumokat.
Kimutattuk, hogy a bioszén előállítási körülményei nagy szerepet játszanak az antibiotikumok eltávolításában. Ez hasznos lehet azon tudósok számára, akik más anyagokat is felhasználnak a bioszén előállításához erre a célra
– mondta Schmidt.
A bioszén több kémiai mechanizmuson keresztül távolítja el az antibiotikumokat a szennyvízből. E kémiai mechanizmusok hatékonysága függhet a bioszén fizikai jellemzőitől. A tanulmány kimutatta, hogy a bioszén ezen fizikai jellemzőinek mérése időt és költségeket takaríthat meg.
Az antibiotikumok nyomainak szintjét mérő kísérletekhez költséges műszerekre van szükség. Megmutattuk, hogy a bioszén viselkedése potenciálisan könnyen mérhető tulajdonságok révén értelmezhető. Ez segíthet egyszerűsíteni a jövőbeni erőfeszítéseket a bioszén adszorbensek optimalizálására a szennyvízből történő szennyezőanyag-eltávolítás érdekében
– tette hozzá Schmidt.
Schmidt és a kollégái részt vesznek a bioszén alapú víztisztító rendszerek megépítésére irányuló kísérletekben.
A jövőbeni kutatások ezeket a bioszén-anyagokat és más anyagokat is beépítik majd a méretarányos vízkezelő rendszerekbe. A cél az, hogy ezek a tisztítórendszerek képesek legyenek olyan mennyiségű víz kezelésére, amely a szántóföldi öntözés szempontjából releváns
– árulta el Schmidt.
Ezt a kutatást egy, a USDA-ARS által finanszírozott belső projekt részeként finanszírozták. A munkát a USDA-ARS Salinity Laboratory kutatói, Daniel Ashworth és Mark Ibekwe, valamint Nydia Celis talajtani szakértő támogatta.
Forrás: https://www.agronomy.org/news/science-news/using-biochar-remove-antibiotics-wastewater/
