Rozwiązanie pozwalające oczyszczać roztwory wodne ze związków endokrynnie czynnych, czyli takich, które mogą oddziaływać na nasz organizm, właśnie zostało objęte ochroną patentową. To efekt wspólnych, kilkuletnich prac eksperymentalnych badaczy z Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu Gdańskiego. W przyszłości może nam pomóc oczyszczać ścieki pochodzące m.in. z przemysłu czy działalności badawczo-wdrożeniowej, np. z pozostałości leków i środków antykoncepcyjnych.

O problemie oczyszczania ścieków z zanieczyszczeń biologicznie czynnych mówi się od lat. Do kanalizacji trafiają m.in. hormony i antybiotyki z przyjmowanych przez nas leków – nie tylko ze względu na wrzucanie niewykorzystanych lekarstw do toalety (co niestety ciągle się zdarza), ale i po prostu wraz z naszymi odchodami.

Resztki z leków wydalają także zwierzęta hodowlane, a ścieki zawierające takie związki mogą też generować zakłady przemysłowe.

Póki co w oczyszczalniach nie mamy bardzo skutecznych i ekonomicznych metod unieszkodliwiania substancji biologicznie czynnych. Dlatego istnieje ryzyko, że takie związki przenikają do środowiska.

Plazmowe „pioruny”

Trwają więc poszukiwania efektywnych i niedrogich rozwiązań. Od sześciu lat wspólne badania z tym związane prowadzą naukowcy z Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu Gdańskiego. Ich pomysłem jest wykorzystanie plazmy – a konkretnie tzw. nietermicznej plazmy atmosferycznej.

Sprowadza się to do zastosowania bardzo wysokiej energii do powietrza atmosferycznego (czyli gazu), żeby przekształcić je w zbiór naładowanych cząsteczek. W praktyce wygląda to tak, że naukowcy wytwarzają niewielkie „pioruny”, które stykając się z daną powierzchnią czy – w tym przypadku – roztworem wodnym, oczyszczają go z zanieczyszczeń.

– Patent, który właśnie uzyskaliśmy w Urzędzie Patentowym RP, dotyczy naszego pierwszego systemu plazmowego, czyli układu reakcyjno-wyładowczego zaprojektowanego przez nas już kilka lat temu i wielokrotnie wykorzystywanego do innych zastosowań. Jego zasada działania jest bardzo prosta. Ciecz wprowadzamy do komory wyładowczej i tam traktujemy ją jednym „piorunem” o określonych właściwościach – tłumaczy obrazowo dr hab. inż. Anna Dzimitrowicz, prof. uczelni z Wydziału Chemicznego PWr. – I to dzieje się w sposób ciągły, czyli w przyszłości ścieki mogą stale przepływać i na bieżąco być oczyszczane z substancji organicznych. Ciągle rozwijamy to rozwiązanie -  opracowaliśmy także inne systemy plazmowe, tzw. szczotki plazmowe. Można je sobie wyobrazić jak słuchawkę prysznicową, tylko zamiast wody wychodzą z niej nasze „pioruny”, co zwiększa skuteczność i tempo oczyszczania próbki.

Rozwiązanie pozwala na jednoczesne usuwanie roztworów wodnych z Bisfenolu A (BPA), Bisfenolu S (BPS), 17-alfa-etyloestradiolu (EE2), Deksametazonu (DXM), Benzofenonu (BPH), Dapsonu (DPS) oraz 2-Nitrofenolu (2-NIP) – i co bardzo istotne – nie wymaga stosowania żadnych dodatkowych substancji (np. kosztownych szlachetnych gazów wyładowczych, takich jak np. hel) czy odczynników chemicznych i/lub wysokich temperatur.

Badacze wykazali, że ich system zapewnia około 70 proc. skuteczności usuwania zanieczyszczeń (dane są różne dla poszczególnych związków biologicznie czynnych). W pierwszym opracowanym przez naukowców systemie woda przepływała przez instalację z szybkością przepływu około 3,5 cm³/min, czyli ok. 180 cm³ na godzinę.

– Przy czym należy pamiętać, że to było nasze pierwotne rozwiązanie, a patent dotyczy samego sposobu dezaktywacji zanieczyszczeń, a nie konkretnego urządzenia. Te instalacje, które obecnie testujemy, to już 0,5 litrów na minutę, czyli ok. 30 litrów na godzinę, a wkrótce zaczniemy prace nad bardziej przemysłowymi instalacjami – podkreśla dr hab. inż. Piotr Jamróz, prof. uczelni, także z Wydziału Chemicznego PWr.

Nie tylko oczyszczalnie ścieków

Na razie naukowcy weryfikowali działanie opracowanego przez siebie sposobu dezaktywacji związków endokrynnie czynnych na specjalnie przygotowanych próbkach laboratoryjnych. Wkrótce zaczną współpracę z partnerem z przemysłu, by prowadzić z nim zaawansowane testy. Próbki od partnera  będą trafiać jednocześnie do zespołu naukowców z Uniwersytetu Gdańskiego i na naszą uczelnię, gdzie będą badane w nowo utworzonym Zakładzie Inżynierii Genetycznej przy Katedrze Chemii Analitycznej i Metalurgii Chemicznej PWr

Jak podkreślają naukowcy, opracowywane przez nich rozwiązanie w przyszłości mogłoby stać się nie tylko jedną z instalacji wykorzystywanych w całym systemie np. zakładów oczyszczania ścieków, ale także mogłoby posłużyć np. w przemyśle farmaceutycznym, zakładach produkcji rolnej czy nawet w szpitalach – żeby oczyszczać ścieki ze związków biologicznie aktywnych na miejscu, zanim jeszcze trafią do kanalizacji.

Badania nad wynalazkiem były prowadzone w ramach projektu Sonata 15 Narodowego Centrum Nauki „Zastosowanie zimnych plazm atmosferycznych generowanych w kontakcie z przepływającym roztworem do bezpośredniej degradacji antybiotyków oraz obniżenia odporności wielolekowej w środowisku naturalnym”.

Liderką projektu była dr hab. inż. Dzimitrowicz, prof. uczelni, a badania razem z nią prowadzili (i prowadzą nadal) prof. Paweł Pohl, dr hab. inż. Piotr Jamróz, prof. uczelni, dr hab. inż. Piotr Cyganowski, prof. uczelni i dr inż. Dominik Terefinko – z Politechniki Wrocławskiej oraz dr Agata Motyka-Pomagruk, dr hab. inż. Wojciecj Śledź, dr hab. Magda Caban, prof. uczelni i prof. Piotr Stepnowski – z Uniwersytetu Gdańskiego.

Wspólne prace badawcze (w ciągu 5 lat) zaowocowały także czterema innymi zgłoszeniami patentowymi związanymi z opracowywanym rozwiązaniem oraz dziewięcioma artykułami w punktowanych zagranicznych czasopismach naukowych.

lucy