Odborné články
Vliv žížal na degradaci mikropolutantů v čistírenských kalech
Léčiva a látky osobní potřeby jsou stále často zmiňovanými mikropolutanty nejenom v přírodních vodách, ale také v půdách. Jedním z hlavních zdrojů v půdách je hnojení čistírenskými kaly, které obsahují velké spektrum různých mikropolutantů ze spotřeby léčiv a látek denní potřeby. Cílem je nalézt nákladově ekonomickou a k přírodě šetrnou metodu degradace těchto látek, před použitím takových kalů na zemědělskou půdu. Jednou takovou metodou může být do budoucna i vermikompostování čistírenských kalů za pomocí žížal Eisenia andrei. V nedávno proběhlém unikátním experimentu, co se komplexnosti týče, bylo prokázáno významné snížení těchto látek právě za použití žížal.
Problematika léčiv a látek osobní potřeby
Spotřeba léčiv a látek osobní potřeby se celosvětově neustále zvyšuje. Ročně dojde v průměru o tří až čtyřprocentní navýšení. Mezi mikropolutanty řadíme ty cizorodé látky, které se vyskytují v životním prostředí v řádově nízkých koncentracích (nanogramy, mikrogramy). Primárním zdrojem mikropolutantů jsou lidé (popřípadě zvířata) využívající tyto látky za účelem specifického účinku. U léčiv však běžně dochází k vylučování až 80 % původního množství látky v nezměněné, či metabolizované formě v moči a exkrementech. U statkových zvířat jsou poté tyto odpadní látky nejčastěji aplikovány na zemědělskou půdu jako objemné hnojivo. Spotřebovaná humánní léčiva a produkty denní potřeby odchází v odpadní vodě na čistírnu odpadních vod (ČOV), kde při procesu čištění dojde pouze k částečnému odbourání těchto mikropolutantů. Část neodbouraných látek opouští čistírnu ve „vyčištěné“ odpadní vodě do recipientu, zbytek se koncentruje do čistírenského kalu.
![](https://biom.cz/upload/c7b858a933eb8b04267cfb6c891ce453/image-20220629133040-1.jpeg)
![](https://biom.cz/upload/c7b858a933eb8b04267cfb6c891ce453/image-20220629133040-2.png)
Nakládání s čistírenskými kaly
Dominujícím způsobem odstraňování čistírenských kalů v ČR je jejich přímá aplikace do půdy a rekultivace (44 %) s kompostováním (32 %). To představuje nezanedbatelnou zátěž dotčených půd z hlediska kontaminace mikropolutantů. Ačkoliv je aplikace kalů do půdy regulována (zejména zákonem č. 541/2020 Sb. o odpadech a vyhláškou č. 273/2021 o podrobnostech nakládání s odpady), není v české legislativě nijak limitována aplikace kontaminovaných kalů mikropolutanty jako jsou například léčiva a látky osobní potřeby. Na druhou stranu množství rizikových prvků, halogenované organické sloučeniny (AOX), polychlorované bifenyly (PCB) a polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) jsou (podobně jako mikrobiální rozbor) stěžejními kritérii aplikovatelnosti.
![](https://biom.cz/upload/c7b858a933eb8b04267cfb6c891ce453/image-20220629133040-3.jpeg)
Možné řešení pomocí žížal
Mikropolutanty lze do určité míry uspokojivě degradovat pomocí žížal. Děje se tomu tak na základě třech hlavních mechanismů označovaných jako vermiakumulace, vermitransformace a vermidegradace. U vermiakumulace dochází k přijímání a ukládání kontaminantu do těl žížal. Tohoto mechanismu je docíleno ve větší míře konzumováním potravy s daným mikropolutantem. V menší míře k vermiakumulaci dochází při styku žížaly s roztokem, ve kterém se nachází daný mikropolutant v rozpuštěné podobě. U vermitransformace kontaminantů dochází k rychlé konverzi pomalu biodegradabilních pevných odpadů na hodnotná hnojiva za společného účinku žížal a mikroorganismů. Vermidegradace je mechanismus, kdy dochází k přeměně mikropolutantu na nižší chemické sloučeniny, případně u rizikových prvků ke změně valenčního stavu prvku. K tomu dochází díky mikroflóře obsažené uvnitř trávicího aparátu žížal a specifických enzymů jako je CYP450 a peroxidáza. Společně tyto 3 mechanismy označují proces zvaný vermiremediace.
Byly prokázány v mnoha publikovaných studiích pozitivní účinky epigeických žížal (nejčastěji rodu Eisenia a Dendrobena) na degradaci léčiv a látek osobní potřeby. Například Xia a kol. v roce 2020 publikovali výsledky experimentu založeném na degradaci antibiotik tetracyklinu z čistírenského kalu pomocí žížal. Uvedli mimo jiné i významnou závislost účinnosti na původní koncentraci mikropolutantu. U vysoce znečištěných kalů degradace tetracyklinu žížalami odpovídala 16,07 %, zatímco u nízkých koncentrací degradace vzrostla až ke 43,24 %.
![](https://biom.cz/upload/c7b858a933eb8b04267cfb6c891ce453/image-20220629133040-4.jpeg)
Metodika experimentu
Vermikompostování čistírenského kalu bylo provedeno v experimentu na pokusné stanici FAPPZ (ČZU) v Červeném Újezdu. Podstatou byl biologický rozklad surového čistírenského kalu smíchaného v určitém poměru se slaměnými peletami. Design experimentu probíhal ve dvou opakováních, a to s žížalami (vermikompostování za pomocí Eisenia andrei) a kontrolou žížal. Stanovení obsahu mikropolutantů vstupních materiálů, vzorků po měsíci degradace a na konci experimentu, umožnilo široké porovnání vlivu na degradaci těchto látek.
Laboratorní analýzy po odebrání všech vzorků prováděl Mikrobiologický ústav AV ČR na vysoce citlivých laboratorních zařízeních. Analýzy probíhaly v režimu „scheduled analysis“ pro 52 definovaných chemických látek ze skupin endokrinních disruptorů (např. bisfenol, genistein, estradiol, estriol, estron, daidzein), léčiv a látek osobní potřeby (diklofenak, gabapentin, ibuprofen, karbamazepin, kofein, paracetamol, tramadol).
![](https://biom.cz/upload/c7b858a933eb8b04267cfb6c891ce453/image-20220629133040-5.png)
Obsahy mikropolutantů vstupních surovin
Kapalinová chromatografie detekovala u slaměných pelet nejnižší množství mikropolutantů s relativně nízkými koncentracemi. Z celkových 52 stanovovaných látek bylo u slámy detekováno pouze pět z nich, a to kofein (10,23±4,44 ng/g), mirtazapin (1,75±0,12 ng/g), sulfapyridin (1,69±0,06 ng/g), telmisartan (3,74±0,34 ng/g) a venlafaxin (1,67±0,05 ng/g). U žížal byly detekovány pouze dva mikropolutanty, a to kofein (6,05±1,19 ng/g) a telmisartan (2,24±0,19 ng/g). Z hlediska kontaminace prostředí je toto poměrně závažné zjištění vzhledem ke složitosti cesty těchto látek od zdroje (lidský metabolismus) až po jejich absorpci do biomasy. Stanovené látky vykazují vysokou perzistenci v životním prostředí. Právě toto zjištění potvrzuje nutnost hledání řešení degradace mikropolutantů.
U čistírenkých kalů analýza detekovala 32 mikropolutantů ve velmi rozdílných koncentracích. Nejvyšší koncentrace byla zjištěna u telmisartanu (10 161±391,71 ng/g) používaného k léčbě esenciální hypertenze. Tato hodnota převyšovala ostatní koncentrace o dva řády. Další vysoké koncentrace byly zjištěny u triclosanu (543,24±62,07 ng/g), citalopramu (440,28±4,92 ng/g) a diclofenacu (284,22±16,97 ng/g).
Vliv žížal na degradaci mikropolutantů
Co se týče degradace léčiv během experimentu, projevil se významný pozitivní vliv žížal při jejich odstraňování (viz následující graf). U některých látek vliv žížal přesahoval i 30 % (tzn. o tolik % byl nižší obsah látky s použitím žížal oproti variantě bez žížal), což může znamenat významný pokrok v dekontaminaci těchto materiálů. Zajímavé bylo zjištění perzistence jednotlivých látek vůči rozkladu. Mezi naopak snadno degradovatelné pomocí žížal se řadí tyto látky:
- Triclosan – antibakteriální činidlo, použití v šamponech, zubní pastě, deodorantech
- Sulfanilamid – antibakteriální léčivo zejména proti kvasinkovým infekcím
- Amitriptylin - antidepresivum
- Carbamazepin – účinná látka pro léčbu epilepsie a neuropatické bolesti
![](https://biom.cz/upload/c7b858a933eb8b04267cfb6c891ce453/image-20220629133040-6.png)
Vzhledem k tomu, že vermikompostování je relativně nízkonákladový způsob zpracování bioodpadů (v porovnání s kompostováním odpadá např. překopávání), může do budoucna vermikompostování představovat nákladově efektivní řešení otázky kontaminace zemědělských půd mikropolutanty z čistírenských kalů.
Shrnuto z Diplomové práce: Pospíšil V. 2022. Vliv žížal na chování mikropolutantů v čistírenských kalech [MSc. Thesis]. Czech University of Life Sciences Prague, Prague.Tato práce vznikla v rámci projektu NAZV č. QK1910095 s názvem „Využití vermikompostování k eliminaci mikropolutantů za účelem bezpečné aplikace čistírenského kalu na zemědělskou půdu“.
TweetČlánek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
Náhrada rašeliny v zahradnických pěstebních substrátech
Bioplasty a kompostování
Kompost a kompostárny: mapování situace v ČR
Certifikace kompostů? Proč ne, ale….
Certifikace kompostů
Evropský parlament podporuje využití kompostů a digestátů místo průmyslových hnojiv
Zobrazit ostatní články v kategorii Bioodpady a kompostování
Datum uveřejnění: 29.6.2022
Poslední změna: 29.6.2022
Počet shlédnutí: 3182
Citace tohoto článku:
POSPÍŠIL, Vojtěch: Vliv žížal na degradaci mikropolutantů v čistírenských kalech. Biom.cz [online]. 2022-06-29 [cit. 2024-08-30]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/czt-obnovitelne-zdroje-energie-obnovitelne-zdroje-energie-obnovitelne-zdroje-energie/odborne-clanky/vliv-zizal-na-degradaci-mikropolutantu-v-cistirenskych-kalech>. ISSN: 1801-2655.
Komentáře:
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |