Český objev: Jak z odpadních vod dostat antibiotika, drogy a hormony

Rozhovor si také můžete poslechnout v audioverzi.

Nejde jenom o antibiotika a obecně o léčiva, ale také hormony, drogy a další skupiny látek, které se objevují v odpadních vodách a následně mohou škodit organismům, rostlinám, živočichům i lidem.

Právě tým okolo Jiřího Rathouského z Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského Akademie věd ČR našel způsob, jak z odpadních vod antibiotika odstranit. S využitím světla a fotokatalyzátoru je možno tyto látky znečisťující prostředí (odborníci jim říkají polutanty – pozn. red.) mineralizovat, tedy přeměnit je na vodu, oxid uhličitý a malé množství solí nebo kyselin.

Proč jsou antibiotika v odpadních vodách problém a jak se tam vlastně dostávají?

Antibiotika se do odpadních vod dostávají od lidí i zvířat v chovech, pokud nejsou v organismu metabolizována (strávena – pozn. red.). Škodlivé jsou především z toho důvodu, že nežádoucím způsobem hubí mikroorganismy, bakterie. Proto rozhodně nechceme, aby se dostávala do životního prostředí, protože to narušuje přírodní cykly. Představme si, že vodou s antibiotiky zavlažujeme zahradu, což nutně vede k poškození zahradní fauny i flóry. V řekách či vodních nádržích se děje totéž.

Není to obecnější problém? Co další léky?

Ano, netýká se to jenom antibiotik, ale i dalších léčiv nebo hormonů. U všech těchto látek je nebezpečné to, že jsou velmi účinné i při velmi nízkých koncentracích. Například hormony mohou mít naprosto fatální dopady na ryby a jiné organismy. Je kupříkladu známo, že se kvůli hormonům měnilo pohlaví ryb. Skutečně jde o reálné nebezpečí. A to nemluvím o tom, že by tuto vodu pili lidé. Existuje velmi nebezpečná skupina látek, která se nazývá endokrinní disruptory, které mohou narušovat funkci a činnost běžných hormonů. Je tedy potřeba tyto látky z odpadních vod co nejvíce odbourat, ideálně je zcela odstranit. Této problematice se věnuje naše doktorandka Barbora Walderová.

Ale standardními metodami to nejde, že?

Ano, je to tak, standardní systémy čištění tyto látky nedokážou odstranit. Například u běžné biologické metody s využitím mikroorganismů je problém v tom, že antibiotika a další nežádoucí látky mohou tyto mikroorganismy zahubit, čímž se sníží účinnost čištění odpadních vod. Standardní metody čištění prostě s těmito látkami nepočítají. Jde třeba ale také o různé povrchově aktivní látky, které jsou například obsaženy v pracích či čisticích prostředcích, i v přípravcích denní péče o pokožku. Jejich spotřeba navíc roste.

A co třeba drogy?

Spolu s Vysokou školou chemicko-technologickou máme další doktorandku, Terezu Maříkovou, která se speciálně zabývá právě stimulanty, tedy drogami v odpadních vodách. Ty se také začínají ukazovat v poměrně vysokých koncentracích, hlavně ve městech. Jde o další skupinu látek, které je potřeba odstraňovat.

Což vaše metoda dokáže, je to tak?

Fotokatalická metoda není až tak náš vynález. Používá se v různých souvislostech delší dobu. Náš přínos je v tom, že jsme k této možnosti přistoupili velmi systematicky a současně se snažíme o přenos této metody do reálného využití. Náš ústav je sice součástí Akademie věd a hlavní činností je základní výzkum, ale i tak se snažíme zohlednit možnost nových technologií v praktickém využití.

Ještě ale zůstaňme u fotokatalické technologie. V čem je její princip?

V tom, že se využívá světla, ať už z umělého zdroje, nebo ze slunce, které je absorbováno látkou, které se říká fotokatalyzátor. V důsledku této absorpce vznikají reaktivní částice, kyslíkaté reaktivní látky, které jsou schopny různé skupiny látek znečisťujících prostředí ve vodě degradovat (rozložit – pozn. red.). Stupeň degradace může být skutečně velmi zásadní. Ideální je samozřejmě úplná degradace, každopádně je zapotřebí molekulu látky znečisťující prostředí co nejvíce rozbít. S fotokatalýzou jsou spojeny i další výhody.

Jaké to jsou?

Jednou z nich je univerzálnost, což znamená, že se dá použít pro nejrůznější skupiny škodlivých látek. Další je nenáročnost, jednoduchost. K fungování této technologie stačí jen světlo a fotokatalyzátor. Nejsou zapotřebí žádné vysoké teploty nebo tlaky, nemusíte přidávat další reaktanty (látky vstupující do chemické reakce – pozn. red.), aby byla metoda účinná. Vzhledem k tomu, že v případě antibiotik nebo jiných škodlivin jde o skutečně velmi nízké koncentrace, slouží fotokatalýza jako další stupeň ke standardním metodám. Je možné ji nasadit před standardním čištěním i po něm. V prvním případě chrání mikroorganismy, které jsou součástí biologického čištění. V tom druhém je možné fotokatalýzou odstranit zbytky nežádoucích látek, které ve vodě zůstaly po standardním čištění. Dokonce jsme se zabývali i otázkami spojenými s využíváním takzvané šedé vody.

V jakém smyslu?

Globálním trendem, zvláště ve vybraných regionech, je snižovat spotřebu pitné vody. Šedá voda se používá tam, kde pitná voda není nutná a je zbytečně nákladná. Třeba na zalévání nebo splachování. Ve vybraných domech se proto vytvářejí uzavřené cykly, kde se použitá voda čistí a znovu používá. Jenže v této vodě by se mohly hromadit právě léčiva a další škodliviny. Do takového systému by se mohl zapojit fotoreaktor, který by odpadní vodu dočišťoval. Prováděli jsme skutečně obsáhlý výzkum, při němž jsme používali reálnou šedou vodu, abychom se přiblížili reálným podmínkám. Výsledkem bylo, že je možné koncentrace škodlivin v šedé vodě výrazně snížit.

Spolupracovali jsme na tom s Vysokou školou chemicko-technologickou. Rád bych se v této souvislosti zmínil o šikovné nigerijské doktorandce Bukole Lois Ojobe. Nigerie je šestou nejlidnatější zemí světa, jen její největší město Lagos s aglomerací má asi 21 milionů obyvatel. A potýkají se tam opravdu s vážným nedostatkem vody. Po ukončení studia tato doktorandka uvažuje o přenosu fotokatalytických technologií do domovské země, což by byla velmi zajímavá komercionalizace našeho výzkumu.

Předpokládám, že všechno, co se vám zatím podařilo, vzniklo v laboratorních podmínkách. Jak to vypadá s využitím v reálném prostředí?

Skutečně je nyní zapotřebí inženýrské řešení, z něhož by pak vyplynulo praktické využití takového zařízení. Následně by je bylo možno nabídnout na trhu. Hledáme firmy, s nimiž bychom spolupracovali. Zrovna teď připravujeme projekt o zavedení této technologie v Ústeckém kraji, kde jsou představy, že by to nejen zlepšilo kvalitu vod, ale tamní firmy by získaly zajímavý výrobní produkt, který by se dal využít i jako exportní komodita. Jsme ve stádiu, že plánujeme spolupráci s vybranými konstruktéry a firmami, které by potom mohly technologii převzít a vyrábět.

Za jak dlouho to bude?

U tohoto konkrétního projektu v Ústeckém kraji se počítá s asi tříletou vývojovou fází, po níž by nastoupila konstrukce prototypu a výroba. Záleží také na tom, jak budou úspěšné komerční subjekty. Doufám ale, že se to podaří dotáhnout do zdárného konce.

Má z toho Akademie věd také nějaké peníze?

Mohou se pak například prodávat licence. Zrovna teď něco takového chystáme, i když se to týká jiné oblasti – restaurování památek. Nejde ale jen o finanční přínos, ale také o zpětnou vazbu. Získáme poznatky, co aplikační sféra (použití výsledků výzkumu a vývoje v praxi – pozn. red.) vlastně potřebuje, na co bychom se měli zaměřit nebo jaké problémy se při aplikaci určitého vědeckého poznání objevují. Na některé se v malém laboratorním měřítku nemusí přijít a objeví se právě až v okamžiku, kdy se technologie zavádí do praxe.

Jaký je to i pro vás osobní pocit dokázat vymyslet nový postup, který dokáže vyřešit určitý problém?

Samozřejmě dobrý. Jsem pokaždé rád, když se podaří vědeckou práci dovést do technologické fáze. Po celou dobu své vědecké dráhy se snažím být v kontaktu s aplikační sférou. Je to dobré i proto, že díky tomu víme, na co bychom se měli zaměřit. Jak už jsem to zmiňoval, existují problémy, které v laboratoři třeba nepokládáme za důležité, ale v reálu jsou velice závažné. To pak může vést k tomu, že se nějaká zajímavá metoda nebo materiál nedá použít ve velkém měřítku, protože jeho výroba je například příliš náročná nebo při ní vznikají toxické látky, které je obtížné odstranit, a podobně. Snažíme se takovým situacím ve své práci vyhýbat, abychom nevytvářeli něco, co se pak reálně nedá využít.