Antibiotika, která jsou nezbytná pro moderní medicínu a zemědělství, představují významné environmentální riziko kvůli své perzistenci v životním prostředí s potenciálem podněcovat rozvoj antibiotické rezistence. Přestože čistírny odpadních vod využívají různé metody pro zpracování odpadních vod, standardní procesy často selhávají v efektivní eliminaci těchto kontaminantů. Tato práce se zaměřuje na přítomnost antibiotik v odpadních vodách a na využití pokročilých oxidačních procesů pro jejich odstranění. V experimentální části práce byly testovány různé konfigurace Foto-Fentonovy reakce za účelem optimalizace podmínek pro maximální degradaci vybraných antibiotik. Experimenty byly prováděny na reálných vzorcích odpadních vod, které obsahovaly vysoké množství farmaceutických reziduí. Zkoumán byl vliv procesních parametrů, jako je koncentrace a dávkování oxidačního činidla, množství katalyzátoru a teplota, na účinnost degradace. Výsledky ukázaly vysokou účinnost degradace pro sledovaná léčiva, často přesahující 90 %. Diplomová práce také poskytuje přehled dalších metod pro účinné odstraňování specifických polutantů z vod, osvětluje problematiku antibiotik v životním prostředí a zdůrazňuje nutnost integrace efektivnějších metod čištění do stávajících procesů.
Anotace v angličtině
Essential to modern medicine and agriculture, antibiotics pose a significant environmental risk due to their persistence in the environment and their potential to promote the development of antibiotic resistance. Although wastewater treatment plants use a variety of methods to treat wastewater, standard processes often fail to effectively remove these contaminants. This thesis focuses on the presence of antibiotics in wastewater and the use of advanced oxidation processes for their removal. In the experimental part of this thesis, different configurations of the Photo-Fenton reaction were tested in order to optimise the conditions for maximum degradation of selected antibiotics. The experiments were carried out on real wastewater samples that contained a high amount of pharmaceutical residues. The influence of process parameters, such as the concentration and dosage of the oxidising agent, the amount of catalyst and temperature, on the degradation efficiency was tested. The results showed a high degradation efficiency for the studied drugs, often exceeding 90%. The diploma thesis also provides an overview of other methods for the effective removal of specific pollutants from water, explains the issue of antibiotics in the environment and emphasizes the need to integrate more effective methods into existing water purification processes.
Klíčová slova
Antibiotika, životní prostředí, odpadní vody, pokročilé oxidační procesy, Foto-Fentonova reakce, antibiotická rezistence, degradace antibiotik, čištění odpadních vod, environmentální rizika, efektivní technologie
Antibiotika, která jsou nezbytná pro moderní medicínu a zemědělství, představují významné environmentální riziko kvůli své perzistenci v životním prostředí s potenciálem podněcovat rozvoj antibiotické rezistence. Přestože čistírny odpadních vod využívají různé metody pro zpracování odpadních vod, standardní procesy často selhávají v efektivní eliminaci těchto kontaminantů. Tato práce se zaměřuje na přítomnost antibiotik v odpadních vodách a na využití pokročilých oxidačních procesů pro jejich odstranění. V experimentální části práce byly testovány různé konfigurace Foto-Fentonovy reakce za účelem optimalizace podmínek pro maximální degradaci vybraných antibiotik. Experimenty byly prováděny na reálných vzorcích odpadních vod, které obsahovaly vysoké množství farmaceutických reziduí. Zkoumán byl vliv procesních parametrů, jako je koncentrace a dávkování oxidačního činidla, množství katalyzátoru a teplota, na účinnost degradace. Výsledky ukázaly vysokou účinnost degradace pro sledovaná léčiva, často přesahující 90 %. Diplomová práce také poskytuje přehled dalších metod pro účinné odstraňování specifických polutantů z vod, osvětluje problematiku antibiotik v životním prostředí a zdůrazňuje nutnost integrace efektivnějších metod čištění do stávajících procesů.
Anotace v angličtině
Essential to modern medicine and agriculture, antibiotics pose a significant environmental risk due to their persistence in the environment and their potential to promote the development of antibiotic resistance. Although wastewater treatment plants use a variety of methods to treat wastewater, standard processes often fail to effectively remove these contaminants. This thesis focuses on the presence of antibiotics in wastewater and the use of advanced oxidation processes for their removal. In the experimental part of this thesis, different configurations of the Photo-Fenton reaction were tested in order to optimise the conditions for maximum degradation of selected antibiotics. The experiments were carried out on real wastewater samples that contained a high amount of pharmaceutical residues. The influence of process parameters, such as the concentration and dosage of the oxidising agent, the amount of catalyst and temperature, on the degradation efficiency was tested. The results showed a high degradation efficiency for the studied drugs, often exceeding 90%. The diploma thesis also provides an overview of other methods for the effective removal of specific pollutants from water, explains the issue of antibiotics in the environment and emphasizes the need to integrate more effective methods into existing water purification processes.
Klíčová slova
Antibiotika, životní prostředí, odpadní vody, pokročilé oxidační procesy, Foto-Fentonova reakce, antibiotická rezistence, degradace antibiotik, čištění odpadních vod, environmentální rizika, efektivní technologie
Antibiotika patří mezi kategorii nejdůležitějších a nejpoužívanějších skupin léčiv a jsou buď produkována mikroorganismy, nebo jsou uměle syntetizována. Jedná se o látky schopné inhibovat růst a množení jiných mikroorganismů. Antibiotika, která se nacházejí ve složkách životního prostředí, mají jako ostatní léčiva, toxický vliv na organismy, které v něm žijí. V případě antibiotik však dochází navíc ke vzniku rezistence.
1. Cílem této diplomové práce je zpracování literární rešerše na téma výskyt antibiotik ve složkách životního prostředí s důrazem na výskyt antibiotik ve vodním prostředí. Uveďte, jaká rizika tyto látky ve složkách životního prostředí představují a jaké je jejich omezení s ohledem na legislativu.
2. Zpracujete přehled dostupných postupů a metod, kterými je možné antibiotika z vodního prostředí eliminovat.
3. V experimentální části ověřte a optimalizujte technologii přímé fotochemické destrukce antibiotik metodou pokročilé oxidace pomocí oxidačního činidla aktivovaného účinkem UV záření.
Zásady pro vypracování
Antibiotika patří mezi kategorii nejdůležitějších a nejpoužívanějších skupin léčiv a jsou buď produkována mikroorganismy, nebo jsou uměle syntetizována. Jedná se o látky schopné inhibovat růst a množení jiných mikroorganismů. Antibiotika, která se nacházejí ve složkách životního prostředí, mají jako ostatní léčiva, toxický vliv na organismy, které v něm žijí. V případě antibiotik však dochází navíc ke vzniku rezistence.
1. Cílem této diplomové práce je zpracování literární rešerše na téma výskyt antibiotik ve složkách životního prostředí s důrazem na výskyt antibiotik ve vodním prostředí. Uveďte, jaká rizika tyto látky ve složkách životního prostředí představují a jaké je jejich omezení s ohledem na legislativu.
2. Zpracujete přehled dostupných postupů a metod, kterými je možné antibiotika z vodního prostředí eliminovat.
3. V experimentální části ověřte a optimalizujte technologii přímé fotochemické destrukce antibiotik metodou pokročilé oxidace pomocí oxidačního činidla aktivovaného účinkem UV záření.
Legrini O., Oliveros E., Braun A. M., 1993. Photochemical processes for water treatment. Chem. Rev. 93, pp. 671-698.
G. K. Paulus, L. M. Hornstra, N. Alygizakis, J. Slobodnik, N. Thomaidis, and G. Medema, "The impact of on-site hospital wastewater treatment on the downstream communal wastewater system in terms of antibiotics and antibiotic resistance genes,” Int. J. Hyg. Environ. Health, vol. 222, no. 4, pp. 635–644, 2019.
Evropská komise, SDĚLENÍ KOMISE EVROPSKÉMU PARLAMENTU, RADĚ A EVROPSKÉMU HOSPODÁŘSKÉMU A SOCIÁLNÍMU VÝBORU Strategický přístup Evropské unie k léčivým přípravkům v životním prostředí, 2019. https://eur-lex.europa.eu. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/CS/TXT/uri=CELEX:52019DC0128 (accessed Dec 19, 19).
Legrini O., Oliveros E., Braun A. M., 1993. Photochemical processes for water treatment. Chem. Rev. 93, pp. 671-698.
G. K. Paulus, L. M. Hornstra, N. Alygizakis, J. Slobodnik, N. Thomaidis, and G. Medema, "The impact of on-site hospital wastewater treatment on the downstream communal wastewater system in terms of antibiotics and antibiotic resistance genes,” Int. J. Hyg. Environ. Health, vol. 222, no. 4, pp. 635–644, 2019.
Evropská komise, SDĚLENÍ KOMISE EVROPSKÉMU PARLAMENTU, RADĚ A EVROPSKÉMU HOSPODÁŘSKÉMU A SOCIÁLNÍMU VÝBORU Strategický přístup Evropské unie k léčivým přípravkům v životním prostředí, 2019. https://eur-lex.europa.eu. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/CS/TXT/uri=CELEX:52019DC0128 (accessed Dec 19, 19).