Karbamatsepiinin ja nitrosamiinien adsorptio jätevesistä hiilipohjaisilla adsorbenteilla

Abstract

Lääkeaineet, niiden aineenvaihduntatuotteet sekä jätevedenkäsittelyssä orgaanisista yhdisteistä syntyvät myrkylliset nitrosamiiniyhdisteet eivät poistu perinteisessä jätevedenkäsittelyssä. Niiden stabiilisuus ja pysyvyys jätevesissä aiheuttaa haittaa ekosysteemille ja ihmisten terveydelle jo pieninä konsentraatioina. Karbamatsepiini on yksi yleisimmin havaituista lääkeaineista jätevesissä ympäri maailman ja se toimii myös potentiaalisena prekursorina karsinogeenisille nitrosamiineille.

Adsorptio eri hiilipohjaisilla adsorbenteilla on havaittu tehokkaaksi menetelmäksi poistaa mikrosaasteita jätevesistä. Tutkielman tavoitteena oli vertailla erilaisten hiilipohjaisten adsorbenttien, kuten aktiivihiilen, biohiilen ja hydrohiilen, soveltuvuutta karbamatsepiinin poistoon sekä arvioida näiden materiaalien mahdollisuuksia myös nitrosamiinien adsorptioon. Tutkielmassa käsiteltiin adsorbenttien valmistusta, karakterisointia, adsorptiokapasiteetteja sekä panos- että kolonnikokeissa sekä syvennyttiin karbamatsepiinille tyypillisiin adsorptiomekanismeihin.

Biomassapohjaiset adsorbentit osoittautuivat vähintään yhtä tehokkaiksi adsorbenteiksi karbamatsepiinille kuin kivihiilipohjaiset aktiivihiiliadsorbentit sekä panos- että kolonnikokeissa. Karbamatsepiini osoittautui adsorboituvan pääosin samoin adsorptiomekanismein riippumatta hiilipohjaisesta adsorbentista. Hallitseviksi adsorptiomekanismeiksi arvioitiin hydrofobiset vuorovaikutukset ja π–π- elektronidonoriakseptorivuorovaikutukset. Näiden mekanismien lisäksi adsorbentin huokoisuudella ja pinta-alalla havaittiin olevan vähintään yhtä tärkeä rooli kuin monimutkaisemmilla mekanismeilla. Nitrosamiinien havaittiin olevan haastavampia poistaa adsorptiolla, mutta biomassapohjaiset adsorbentit ovat näyttäneet potentiaalia myös haastavampien yhdisteiden poistoon. Lisäksi biomassapohjaisten adsorbenttien havaittiin olevan helposti regeneroitavissa esimerkiksi liuotinhuuhtelulla tai lämpökäsittelyllä.

Tulosten perusteella erityisesti aktivoidut biomassapohjaiset adsorbentit, kuten biohiili ja hydrohiili, tarjoavat tehokkaita ja ympäristöystävällisiä vaihtoehtoja perinteiselle aktiivihiilelle. Adsorbenttien regeneroitavuus ja mahdollisesti paikallinen saatavuus tekevät niistä lupaavia materiaaleja lääkeaine- ja nitrosamiinisaasteiden hallintaan jätevedenkäsittelyssä.