En modell för ett ekonomiskt filtersystem som kan ta bort antibiotika från avloppsvatten har designats av samarbetspartners Agricultural Research Service (ARS) och University of California-Riverside (UCR).

Mikrobiolog Mark Ibekwe med ARS Agricultural Water Efficiency and Salinity Research Unit i Riverside, Kalifornien, och UCR jordkemist Daniel Ashworth konstruerade prototypsystemet med fyra lager av naturliga material:grus, sand, jord, och biokol i en kolonn 50 cm hög och 12 cm diameter.

De använde laboratoriemodellen för att ta bort fyra antibiotika:amoxicillin, cefalexin, sulfadiazin, och tetracyklin vid olika effektivitetsnivåer. Dessa fyra antibiotika valdes ut för testning i skalmodell eftersom de är bland de vanligaste i avloppsvatten från reningsverk. Konventionella system för reningsverk är relativt effektiva för att ta bort näringsämnen och bakterier men kan vara något ineffektiva för att ta bort antibiotika.

Effektiviteten av systemet i laboratorieskala varierade med det antibiotikum som utvärderades. Det avlägsnade framgångsrikt 98 procent av tetracyklinet, följt av 91 procent av cefalexin, 81 procent av amoxicillin och 51 procent av sulfadiazin. Antibiotikan hade initiala koncentrationer på 10 ppb, jämförbara med nivåer som har setts i kommunalt avloppsvatten.

Avlägsnandet av amoxicillin och cefalexin kontrollerades till stor del av kemisk nedbrytning i gruslagret, medan sulfadiazin till stor del avlägsnades genom en kombination av kemisk och mikrobiell nedbrytning i jorden blandat med biokolskikt. Tetracyklin avlägsnades i första hand genom kemiska reaktioner med vatten (hydrolys) i gruslagret.

"Dessa resultat visar vikten av att använda lager av olika material för att rikta in sig på olika antibiotika snarare än att förvänta sig ett lager och material kommer att kunna göra jobbet." sa Ibekwe.

Genom att öka tiden det tar för vattenströmmen att passera genom kolonnen förbättrades också avlägsningseffektiviteten, speciellt för amoxicillin och cefalexin. I denna design, det simulerade avloppsvattnet kommer in i botten av kolonnen för att mätta bottenskiktet och pumpas sedan upp genom kolonnen för att rinna ut genom toppen.

En "full-size" skalförstärkt version av forskarnas filtersystem - ett som kan tjäna ett reningsverk för småstäder - skulle vara cirka 2 meter hög och 50 cm i diameter, enligt Ashworth. Självklart, du kan använda multiplar av kolumnerna för att tillgodose ett större behov och fotavtrycket skulle fortfarande vara relativt litet, vilket är en av de kraftfulla funktionerna i detta system, Ashworth tillade.

Det finns några befintliga system som kan ta bort antibiotika från avloppsvatten, men dessa tenderar att vara mycket dyra eller kräva mycket mer utrymme. Denna forskning publicerades i Journal of Environmental Chemical Engineering .