Wykorzystanie roślin pływających do usuwania bisfenolu A z wód zanieczyszczonych

Transkrypt

1 Wykorzystanie roślin pływających do usuwania bisfenolu A z wód zanieczyszczonych Urszula Kotowska, Justyna Kapelewska, Joanna Karpińska Zakład Chemii Środowiska Uniwersytet w Białymstoku Ul. Ciołkowskiego 1K Białystok VIII Krajowa Konferencja Bioindykacyjna, Kraków,

2 C 15 H 16 O 2 Bisfenol A 4,4'-dihydroksy-2,2-difenylopropan Nr CAS: MW: 228,29 g/mol S W : 120 mg/l Log K ow : 3,32 pk a : 10,1 M p : 153 o C B p : 220 o C (4 mmhg) Pierwsza synteza 1891 rok Aleksander Dianin Poliwęglany Żywice epoksydowe

3 Działanie na organizmy wodne 96h EC 50 [mg/l] 8,65 ± 0,26 1,00-3,10 3,90-20,00 (48h) 3,00-9,40 Organizm testowy Źródło Stephanodiscus hantzschii Li et al. (2009) Ecotoxicol. Environ. Safe., 72: Zielone algi Rozwielitki Staples et al. (1998) Chemosphere, 36: Ryby Działanie estrogenne supefemales powększone gruczoły płciowe, dodatkowe gruczoły płciowe, hiperowulacja Marisa cornuarietis Nucella lapillus 1 µg/l Oehlmann et al. (2000) Ecotoxicology 9: Xenopus laevis 2,24 µg/l Levy et al. (2004) Environ. Res. 94:

4 Działanie na organizm człowieka ( ) Jeśli nie masz BPA w swoim organizmie, nie żyjesz w świecie współczesnym. ( ) The Times B. Walsch, The Perils of Plastic, the Times, Apr. 01, 2010; Dodds E.C., Lawson W., Synthetic oestrogenic agents without the phenanthrene nucleus, Nature, 1936, 137: Odkłada się w tłuszczu; Zmiany w komórkach sutka; Prowadzi do rozrostu komórek nabłonka oraz przyrostu tkanki łącznej włóknistej; Zaburzenia pracy tarczycy; Niekorzystne zmiany w ciele migdałowatym; Problemy rozrodcze, niepłodność, nawracające poronienia, przedwczesne dojrzewanie Większe ryzyko nowotworów prostaty, piersi; Aktywuje białka chroniące komórki nowotworowe przed działaniem leków; Tłumienie metylacji DNA; Otyłość; Cukrzyca typu II; Zaburzenia układu dopaminergicznego; Zmiany w zachowaniu dzieci; Arytmia serca; * Y. Q. Huang et al. (2012) Environment International, 42: * N. Ben-Jonathan and R. Steinmetz (1998)Trends in Endocrinology and Metabolism 9:3-13. * M. Sowlat et al. (2016) Environmental Science And Pollution Research 23(21): * L.-H. Wu et al. (2018) Science Of The Total Environment 615: * A. Tomza- Marciniak et al. (2018) Journal of Applied Toxicology 38(1):51-80.

5 Uregulowania prawne Kanada Francja Zakaz stosowania BPA w materiałach opakowaniowych Od Zakaz stosowania BPA w butelkach i innych naczyniach dla dzieci Dyrektywa 2011/8/EU (Rozporządzenie Ministra Zdrowia, ) Od Maksymalna zawartość BPA w zabawkach 5% Od Maksymalna zawartość BPA w zabawkach 3% Od Maksymalna migracja BPA z zabawek dla dzieci do 36 miesięcy 0,1 mg/l Dyrektywa 2014/81/UE zmieniająca 2009/48/WE (Rozporządzenie Min. Gosp., ) Od Maksymalna migracja z opakowań do żywności 0,6 mg/l Dyrektywa 2011/10/UE Od Maksymalna migracja z opakowań do żywności 0,05 mg/l Dyrektywa 2018/213/UE BPA

6 Bisfenol A w środowisku wodnym Zakres [µg/l] Mediana [µg/l] f (%) Ścieki surowe Wartości lit. <0,01 12,06 0, <0,013 25,41 Ścieki oczyszczone 0,23 3,89 0, ,002 10,84 * Luo et al. (2014) Sci. Total Environ. 328: * Careghini A. et al. (2015) Environ. Sci. Pollut. Res. 22: * Kotowska U. et al. (2014) Environ. Sci. Pollut. Res. 21: * Kapelewska J., Kotowska U. et al. (2018) Microchem. J. 137: P [m 3 /dzień] Ef. usuw. BPA [%] Ładunek mg/dzień/1000 m Białystok (A) ,2 215 Łomża (B) ,3 30 Suwałki (C) ,1 187

7 Bisfenol A w odciekach i wodach gruntowych ze składowisk odpadów Badane składowiska (lata ) Status Pojemność [m 3 ] Gromadzenie odcieków MSW A Czynne Otwarte laguny MSW B Czynne Studnie podziemne MSW C Zamknięte (2013) Studnie podziemne Zakres [µg/l] Mediana [µg/l] f (%) Odcieki składowiskowe Wartości lit. [µg/l] <0, , , Wody gruntowe <0,003 6,88 0, ,009 1,3 * Careghini et al. (2015) Environ. Sci. Pollut. Res. 22(8): * Kalmykova et al. (2013) Water Res. 47: * Kurata et al. J. Mater. Cycles Waste Manag. (2008) * Baderna et al. (2011) Environ. Res. 111: * Kapelewska et al. (2016) Environ. Sci. Pollut. Res. 23: * Kapelewska J., Kotowska U. et al. (2018) Microchem. J. 137: Wody gruntowe czyste : 0,001 2,55 µg/l (740 µg/l) Wody powierzchniowe (rzeki, jeziora, morskie wody przybrzeżne): 0, µg/l

8 Rośliny stosowane w oczyszczalniach hydrobotaniczne Trzcina Azolla Sinice Pałka wodna Topola Rdestnica nawodna Wywłócznik Cibora Rzęsa Hiacynt wodny Rdest Spartyna Wedelia Sałata wodna Sit Marsylia Mozga trzcinowata Sitowie Polipogon Sitowie BPA Efektywność usuwania 65-99% Phragmites australis 0,0354 µg/kg gleby/godz. (ciągły przepływ 2,67 µg/l) Juncus acutus * C. Avila et al. (2010) Chemosphere 81: * C. Avila et al. (2013) Water Res. 47: * D. Zhang et al. (2014) Environmental Pollution 184: * M.A. Petoussi et al. (2014) Environ. Eng. Manag. J. 13(9):

9 Wykorzystanie roślin pływających w fitoremediacji Rodzina obrazkowate (Araceae) Podrodzina rzęsowe (Lemnaceae) Rzęsa drobna (Lemna minor) Wolfia bezkorzeniowa (Wolffia arrhiza)

10 Stosowane pożywki: Pożywka Hutnera (Hutner et al. (1950) Proc. Am. Philos. Soc. 94: ) Ścieki modelowe (W. Shi et al. (2010) Environ. Sci. Pollut. Res. 17: ) Ścieki rzeczywiste z oczyszczalni w Białymstoku Oznaczanie BPA w pożywce USAEME/GC-MS z derywatyzacją w matrycy (bezwodnik octowy) Metoda krzywej wzorcowej Zakres 0,1 200 µg/l R 2 > 0,993; RSD 4 11 %

11 Przyrost biomasy d -1 0,20 0,16 Lemna minor 0,12 0,08 0,04 d -1 0,00-0,04 0,24 0,20 0, Wolffia arrhiza 0,12 0,08 0,04 0,00 ścieki 1 syntetyczne 7 fitotron 8 14 ścieki rzeczywiste fitotron ścieki syntetyczne warunki naturalne ścieki syntetyczne z BPA 7,5 g ścieki syntetyczne z BPA 15 g ścieki syntetyczne z BPA 30 g

12 µg/l Efektywność usuwania bisfenolu A Ścieki syntetyczne µg/l 140 W.arrhiza 30g L.minor 30g 0 1 doba 3 doby 7 dób µg/l W.arrhiza 30g W.arrhiza 15g W.arrhiza 7,5g W.arrhiza 30g L.minor 30g Ścieki rzeczywiste

13 Mechanizm usuwania BPA 100 ml roztworu BPA o stężeniu 200 µg/l, trzy powtórzenia Nr eksperymentu Temperatura Naświetlanie Obecność roślin I 23±1 o C brak brak II 23±1 o C lampa fluorescencyjna, 16/8 h brak III 23±1 o C lampa fluorescencyjna, 16/8 h martwe (NaN 3, 2g/L, 5 dni) IV 23±1 o C lampa fluorescencyjna, 16/8 h żywe

14 Efektywność usuwania BPA w różnych warunkach µg/l Lemna minor I II C t, C 0 stężenie BPA w czasie t i t=0, [µg/l] k stała szybkości usuwania BPA w kolejnych eksperymentach (d -1 ) Wolffia arrhiza d III IV k hydrolizy = k I k fotodegradacji = k II k I k sorpcji = k III k II k pobierania = k IV k III I µg/l II III IV d Sumaryczne: T 1/2 (L. minor) = 2,60 dni T 1/2 (W.arrhiza) = 2,00 dni

15 Bilans masy BPA Wolffia arrhiza Lemna minor

16 Wnioski 1. Rośliny pływające wykazują dużą skuteczność w usuwaniu bisfenolu A zarówno z pożywek modelowych, jak i rzeczywistych. 2. W. arrhiza wykazuje nieco większą odporność na obecność zanieczyszczeń oraz efektywność usuwania BPA w porównaniu z L. minor. 3. Za usuwanie BPA w układach z wykorzystaniem roślin pływających w około 40% odpowiadają mechanizmy abiotyczne (hydroliza, fotodegradacja), w ponad 40% sorpcja na powierzchni roślin i w około 15% procesy życiowe roślin. Wyczerpująca ocena procesów usuwania zanieczyszczeń przez rośliny pływające wymaga odpowiedzi na pytania: 1. Czy i jakie metabolity BPA są obecne w pożywce po procesie oczyszczania? 2. W jakim stopniu zanieczyszczenia ulegają biodegradacji w tkankach roślinnych a w jakim są odkładane w elementach komórek?

17 Dziękuję za uwagę! Praca została częściowo sfinansowana ze środków NCN przyznanych na podstawie decyzji DEC-2013/09/N/ST10/02544

18 Rola roślin w oczyszczaniu ścieków