Odstranjevanje izbranih protimikrobnih učinkovin s hibridno kavitacijsko-plazemsko tehnologijo iz vodnih matric različnih kompleksnosti (Causma)

Vzporedno z rastjo svetovnega prebivalstva in življenjskega standarda se povečuje tudi onesnaževanje okolja. Eden najbolj perečih globalnih problemov je vse večja onesnaženost površinske in podzemne vode, ki vodi v svetovno pomanjkanje vodnih virov. V zadnjem desetletju se je nabralo dovolj dokazov, ki kažejo, da zdravilne učinkovine skozi čistilne naprave nenehno vstopajo v vodno okolje in nanj negativno vplivajo. Težave se še poslabšajo, ko se bolnišnična odpadna voda, ki vsebuje visoke koncentracije različnih protimikrobnih učinkovin, vključno z antibiotiki, spušča neposredno v kanalizacijski sistemi.

Pristojni organi v Evropski uniji so se tega problema lotili tako, da so sestavili seznam prednostnih snovi, katerih emisije v okolje je potrebno pozorno spremljati. Podatki, zbrani v okviru te pobude, bodo privedli do strožje zakonodaje z določitvijo sprejemljivih okoljskih koncentracij teh spojin v iztokih čistilnih naprav. Zdravila so postala nepogrešljiv del našega življenja, in ker se njihova uporaba ne bo kmalu zmanjšala, bo to le povečalo njihov negativni vpliv na okolje. Situacija se zdi skoraj nerešljiva in ni jasno, kako bi jo bilo mogoče zadovoljivo rešiti v bližnji prihodnosti. Najprimernejša rešitev je nadgradnja konvencionlnih postopkov čiščenja odpadnih voda z alternativnimi procesi.

V skladu s koncepti EU za čisto in trajnostno čiščenje odpadne vode se bo predlagani projekt Causma osredotočil na zagotavljanje alternativne, okolju prijazne in ekonomsko sprejemljive tehnologije čiščenja odpadne vode. Napredni oksidacijski procesi so dobro orodje za oksidacij in celo mineralizacijo številnih nevarnih onesnaževal v vodnih matrikah različnih kompleksnostih, s čimer se zmanjša njihov škodljiv vpliv na okolje. V predlaganem projektu Causma bomo raziskali učinkovitost dveh naprednih oksidacijskih procesov, hidrodinamske kavitacije in nizko-temperaturne plazme. Čeprav je učinkovitost obeh procesov dokazana, je podatkov o njunih učinkih na različna onesnaževala, ko sta kombinirani, zelo malo ali nič. Projekt Causma bo zapolnil to veliko vrzel z inovativnim kombiniranjem obeh procesov v hibridno tehnologijo. Ko bosta procesa v kombinaciji bo oksidacijski potencial tehnologije maksimalen vnos energije pa minimalen. Učinkovitost posameznega procesa in njune kombinacije bo raziskana za zdravilne učinkovine, predvsem protimikrobne učinkovine iz seznama prednostnih snovi: eritromicin, klaritromicin, azitromicin, amoksicilin, ciprofloksacin, sulfametoksazol in trimetoprim. Določitev in ovrednotenje učinkov kombinirane tehnologije na izbrane učinkovine bomo najprej opravili v MilliQ vodi in na koncu na realnih vzorcih bolnišnične odpadne vode.

Verjamemo, da lahko z kombinacijo hidrodinamske kavitacije in nizko-temperaturne plazme dostavimo tehnologijo za obdelavo odpadne vode, ki je enostavna, okolju prijazna, ekonomsko izvedljiva, robustna in enostavna za prenos na industrijski nivo.

DS1: Vodenje projekta (M1-M36)

·         Naloga 1.1: Poročanje o napredku in stroških (M1-M36)

·         Naloga 1.2: Nadzor in upravljanje kakovosti (M1-M36)

DS2: Razvoj in optimizacija analizne metode (M1-M12)

·         Naloga 2.1: Razvoj hitrih metod za kvantifikacijo v enostavnih matricah (M1-M5)

·         Naloga 2.2: Razvoj multirezidualnih analiznih metod (M4-M12)

DS3: Optimizacija RGHK (M1-M12)

·         Naloga 3.1: Nadzor kavitacije in črpalne zmogljivosti RGHK (M1-M8)

·         Naloga 3.2: Karakterizacija kavitacije v RGHK (M6-M10)

·         Naloga 3.3: Raziskava kavitacijske erozije (M9-M12)

DS4: RGHK zaporedno vezan z venturi-plazma napravo (M13-M24)

·         Naloga 4.1: Optimizacija venturi-plazma naprave (M13-M18)

·         Naloga 4.2: Meritve razelektritvenih in plazemskih parametrov (M15-M18)

·         Naloga 4.3: Zaporedna vezava venturi-plazma naprave z RGHK (M17-M21)

·         Naloga 4.4: Optimizacija naprave za odstranjevanje protimikrobnih učinkovin (M18-M23)

·         Naloga 4.5: Ocena energijske učinkovitosti (M23-M24)

DS5: Izdelava nove hibridne plazma-kavitacija naprave (M24-M36)

·         Naloga 5.1 Zasnova in izdelava RGHK z integrirano plazmo (M25-M30)

·         Naloga 5.2 Optimizacija naprave za odstranjevanje protimikrobnih učinkovin (M30-M35)

·         Naloga 5.3 Ocena energijske učinkovitosti (M34-M36)

DS6: Razširjanje in izraba rezultatov (M1-M36)

·         Naloga 6.1 Predstavitev rezultatov znanstveni skupnosti (M7-M36)

·         Naloga 6.2 Predstavitev rezultatov širši javnosti (M1-M36)

 

·         Naloga 6.3 Predstavitev rezultatov industrijski skupnosti (M34-M36)

[1] ZUPANC M s sod. Removal of bisphenol A by plasma-cavitation technology (Causma): Water Innovation and Circularity Conference (WICC) [COBISS.SI-ID 156037891]

[2] ZUPANC M & PETKOVŠEK M. Cavitation exploitation, beyond the scope of CABUM: keynote at the Workshop on cavitation exploitation 2023. [COBISS.SI-ID 181856771]

[3] ZUPANC M s sod. Process intensification through cavitation. Next Challenges of Biorefineries: 3rd BioSPRINT Workshop [COBISS.SI-ID 156089859]

[4] ZUPANC M s sod. The use of hydrodynamic cavitation for waste-to-energy approach to enhance methane production from waste activated sludge. Journal of environmental management. 2023, [COBISS.SI-ID 167876867]

[5] ZUPANC M s sod. Inactivation of the enveloped virus phi6 with hydrodynamic cavitation. Ultrasonics Sonochemistry. 2023, [COBISS.SI-ID 148619523]

[6] FILIPIĆ A s sod. Cavitation alone or in combination with plasma for waterborne virus inactivation. Workshop on Cavitation Exploitation 2023, [COBISS.SI-ID 167612931]

[7] GOSTIŠA J s sod. On the path to pin disc hydrodynamic cavitation reactor commercialisation. Workshop on Cavitation Exploitation 2023, [COBISS.SI-ID 167604227]

[8] BOČEK Ž s sod. Dynamics of oil–water interface at the beginning of the ultrasonic emulsification process. Ultrasonics Sonochemistry. 2023, [COBISS.SI-ID 170581251]

[9] PRIMC G s sod. Method and device for disinfection of liquid: United States Patent US 11,807,555 B2, 2023-11-07, [COBISS.SI-ID 45799939]