Going Green

Význam tématu

V antropocenní éře, kdy lidská činnost silně ovlivňuje klima a kvalitu vody, je promyšlené monitorování vodních polutantů klíčové pro ochranu životního prostředí a veřejného zdraví.

Cíle a přehled studie / článku

Tento článek představuje tři fáze analýzy znečišťujících látek ve vodě: monitoring, porozumění chování a řízení environmentálních dopadů. Na základě šesti případových studií z výzkumu a praxe ukazuje současné metody a aplikace.

Použitá metodika a instrumentace

Metodiky zahrnují:

• Solid-phase extraction (SPE) pro stanovení interakcí farmaceutik s kalem
• Cloud point extraction s APDC/Triton X doplněné o FAAS pro simultánní detekci těžkých kovů
• Liquid chromatography–mass spectrometry (LC-MS) a gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) pro analýzu EDC a organických mikropolutantů
• Triple quadrupole mass spectrometry (TQMS) pro kvantifikaci aminokyselin v aerosolech
• Pilotní filtrační testy s aktivním uhlím (GAC a PAC) ve WWT za účelem odstranění organických mikropolutantů
• Atomová force microscopy (AFM) pro charakterizaci mechanických vlastností Rhodococcus spp.

Hlavní výsledky a diskuse

• Rychlá SPE metoda pro odhalení interakcí APIs s kalem s důrazem na iontové výměny, π–π a vodíkové vazby
• Simultánní stanovení Ag, Cd, Ni, Co a Pb v povrchové vodě s detekčními limity v μg/L
• Sezónní variace účinnosti odstraňování estrogenů na čističkách odpadních vod, zvýšená degradace v létě díky mikrobiální aktivitě
• Prokázání dominance hydrofilních aminokyselin v mořských aerosolech a jejich vliv na tvorbu mraků
• Vyšší efektivita PAC oproti GAC díky větší kontaktní ploše a recirkulaci adsorbentu
• Mechanické vlastnosti Rhodococcus ovlivněné exopolysacharidy a pH, klíčové pro bioremediaci

Přínosy a praktické využití metody

Implementace citlivých analytických postupů a filtrací posiluje kontrolu kvality vod, umožňuje včasné varování před rizikem kontaminace a podporuje rozvoj čistíren odpadních vod a bioremediačních technologií.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj nanosenzorů a mikročipových technologií pro detekci jednotlivých molekul
• Integrace strojového učení a modelování pro předpovědi osudu polutantů
• Rozšíření biofiltrů a geneticky upravených mikroorganismů pro cílené čištění
• Zavádění recirkulace adsorbentů a udržitelné managementy uhlíkových stop

Závěr

Interdisciplinární přístup a špičkové instrumentální metody umožňují efektivně monitorovat, interpretovat a řídit znečištění vod. Klíčem je kvalita ultračisté vody v laboratoři a robustní protokoly, které přinášejí spolehlivá data a podporují udržitelné environmentální řešení.

Reference

1. Arndt K. et al. 15N investigation into the effect of a pollutant on the nitrogen metabolism of Tetrahymena pyriformis. Environ. Health Perspect. 1998, 106(8), 493.
2. Barbaro E. et al. Amino acids in Antarctica: evolution and fate of marine aerosols. Atmos. Chem. Phys. 2014, 14, 17067.
3. Belhaj D. et al. Fate of selected estrogenic hormones in an urban sewage treatment plant in Tunisia. Sci. Total Environ. 2015, 505, 154.
4. Berthod L. et al. A solid-phase extraction approach for the identification of pharmaceutical–sludge adsorption mechanisms. J. Pharm. Anal. 2014, 4(2), 117.
5. Berthod L. et al. Effect of sewage sludge type on the partitioning behaviour of pharmaceuticals. Environ. Sci.: Water Res. Technol. 2017, 2, 154.
6. Dor E. et al. The Effects of Herbicides Targeting Aromatic and Branched Chain Amino Acid Biosynthesis. Front. Plant Sci. 2017, 8:707.
7. Gadupudi C.K. et al. Endocrine Disrupting Compounds Removal Methods from Wastewater in the United Kingdom: A Review. Sci. 2019, 1, 15.
8. Gaudin Z. et al. Robust method for investigating nitrogen metabolism of 15N labeled amino acids. Anal. Chem. 2014, 86(2), 1138.
9. Karmakar R.N. Forensic Medicine and Toxicology. 2010.
10. Kuyukina M. & Ivshina I. Application of Rhodococcus in Bioremediation. In Biology of Rhodococcus, 2010.
11. Meinel F. et al. Pilot-Scale Investigation of Micropollutant Removal with GAC and PAC. Water Air Soil Pollut. 2014, 226(1), 1.
12. Meinel F. et al. Pilot-scale study of powdered activated carbon recirculation for micropollutant removal. Water Sci. Technol. 2016, 74(4), 927.
13. Naeemullah K. et al. Simultaneous determination of silver and other heavy metals in aquatic environment. Arabian J. Chem. 2014, 9(1), 105.
14. Pen Y. et al. Effect of extracellular polymeric substances on the mechanical properties of Rhodococcus. Biochim. Biophys. Acta 2015, 1848(2), 518.
15. Sadat S.M. et al. Development of a new method for biomonitoring of multiple metals. J. Occup. Environ. Hyg. 2018, 15(12), 833.
16. Schiffer J.M. et al. Sea Spray Aerosol: Where Marine Biology Meets Atmospheric Chemistry. ACS Cent. Sci. 2018, 4, 1617.