Going Green

Význam tématu

Ochrana vodních zdrojů před znečištěním je klíčová vzhledem k narůstajícím environmentálním tlakům, od farmaceutických látek až po těžké kovy či mikroplastické částice. Monitorování, pochopení a řízení znečišťujících látek umožní včasné zásahy a udržitelnou správu vodního prostředí.

Cíle a přehled studie / článku

Článek shrnuje šest případových studií rozdělených do tří oblastí:

• Monitoring – měření farmaceutických látek ve vratné kalu a kovů ve vodách.
• Pochopení – sledování hormonálních disruptorů a chování aerosolů v rozlehlých oblastech.
• Management – využití aktivního uhlí pro odstranění organických mikropolutantů a bioremediace ropných látek pomocí bakterií.

Použitá metodika a instrumentace

• Solid-phase extraction (SPE) pro studium adsorpce farmaceutik na kal.
• Cloud point extraction s cheláty APDC a mikely Triton X následně FAAS.
• GC–MS a LC–MS pro kvantifikaci endokrinně disruptivních chemikálií.
• Triple quadrupole mass spectrometry (TQMS) a chromatografie pro analýzu aminokyselin v aerosolech.
• Pilotní filtrační systémy s granulárním a práškovým aktivním uhlím (GAC, PAC).
• Biochemické a biomechanické metody: kultivace Rhodococcus, AFM, modelování.

Hlavní výsledky a diskuse

• SPE metoda odhalila významné interakce farmaceutik s kalem: iontová výměna, π–π a H-vazby doplňují hydrofobní mechanismy.
• Současná extrakce a FAAS umožnily simultánní stanovení stříbra, kadmia, niklu, kobaltu a olova v µg/L.
• V tuniské čistírně odpadních vod vykazoval odstraňování endokrinních disruptorů sezónní variabilitu, s vyšší účinností v létě díky bakteriálním biofilmům.
• V Antarktidě byla prokázána převaha hydrofilních aminokyselin v mořských aerosolech, což ovlivňuje tvorbu mrakových kondenzačních jader.
• Pilotní studie potvrdila lepší výkon PAC oproti GAC pro odstraňování organických mikropolutantů díky větší kontaktní ploše a době setrvání.
• Rhodococcus vykazuje zvýšenou adhezivitu v raných růstových fázích díky extracelulárním polymerním látkám; pH ovlivňuje konformaci EPS a účinnost bioremediace.

Přínosy a praktické využití metody

• Robustní monitorování kontaminantů ve vodě a šancí na včasné odhalení změn.
• Podpora optimalizace čistíren odpadních vod a hodnocení rizik pomocí přesnějších modelů distribuce polutantů.
• Efektivní odstraňování organických mikropolutantů aktivním uhlím a optimalizovanou recyklací PAC.
• Vývoj cílené bioremediace ropných a chemických havárií za využití specializovaných bakterií.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace reálného času a in situ senzorů pro okamžitý monitoring nízkých koncentrací polutantů.
• Propojení experimentálních dat s výpočetními modely a strojovým učením pro predikci osudů látek.
• Vývoj nanostrukturálních adsorbentů a upravených biofiltrů pro specifické třídy kontaminantů.
• Inženýrské přístupy k tvorbě efektivních mikrobních konsorcií pro cílenou bioremediaci.

Závěr

Interdisciplinární přístupy ve škálách od molekulárních mechanismů až po pilotní procesy poskytují klíčové nástroje pro ochranu vodních ekosystémů. Další inovace a spolupráce jsou nezbytné k udržitelnému řízení a odstraňování environmentálních polutantů.

Reference

• Arndt K. et al. (1998) 15N investigation into the effect of a pollutant on the nitrogen metabolism of Tetrahymena pyriformis as a model for environmental medical research. Environmental Health Perspectives, 106(8), 493.
• Barbaro E. et al. (2014) Amino acids in Antarctica: evolution and fate of marine aerosols. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, 14(11), 17067.
• Belhaj D. et al. (2015) Fate of selected estrogenic hormones in an urban sewage treatment plant in Tunisia (North Africa). Science of The Total Environment, 505, 154.
• Berthod L., Roberts G. & Mills G. (2014) A solid-phase extraction approach for the identification of pharmaceutical–sludge adsorption mechanisms. Journal of Pharmaceutical Analysis, 4(2), 117.
• Berthod L. et al. (2017) Effect of sewage sludge type on the partitioning behaviour of pharmaceuticals: a meta-analysis. Environmental Science: Water Research & Technology, 2, 154.
• Dor E. et al. (2017) The Effects of Herbicides Targeting Aromatic and Branched Chain Amino Acid Biosynthesis Support the Presence of Functional Pathways in Broomrape. Frontiers in Plant Science, 8:707.
• Gadupudi C.K. et al. (2019) Endocrine Disrupting Compounds Removal Methods from Wastewater in the United Kingdom: A Review. Science, 1, 15.
• Gaudin Z. et al. (2014) Robust method for investigating nitrogen metabolism of 15N labeled amino acids using AccQ•Tag UPLC-PDA-ESI-MS: Application to a parasitic plant-plant interaction. Analytical Chemistry, 86(2), 1138.
• Karmakar R.N. (2010) Forensic Medicine and Toxicology, 3rd ed. Academic Publishers.
• Krivoruchko A. et al. (2019) Review: Advanced Rhodococcus Biocatalysts for Environmental Biotechnologies. Catalysts, 9, 236.
• Kuyukina M. & Ivshina I. (2010) Application of Rhodococcus in Bioremediation of Contaminated Environments. In Biology of Rhodococcus SE-9. Microbiology Monographs, Springer, 231.
• Meinel F. et al. (2014) Pilot-Scale Investigation of Micropollutant Removal with Granular and Powdered Activated Carbon. Water, Air, & Soil Pollution, 226(1), 1.
• Meinel F. et al. (2016) Pilot-scale study of powdered activated carbon recirculation for micropollutant removal. Water Science & Technology, 74(4), 927.
• Naeemullah K. et al. (2014) Simultaneous determination of silver and other heavy metals in aquatic environment receiving wastewater from industrial area, applying an enrichment method. Arabian Journal of Chemistry, 9(1), 105.
• Pen Y. et al. (2015) Effect of extracellular polymeric substances on the mechanical properties of Rhodococcus. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1848(2), 518.
• Sadat S.M. et al. (2018) Development of a new method for biomonitoring of multiple metals in occupational exposure. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 15(12), 833.
• Schiffer J.M. et al. (2018) Sea Spray Aerosol: Where Marine Biology Meets Atmospheric Chemistry. ACS Central Science, 4, 1617.