Biologiczne Oczyszczalnie Ścieków a Usuwanie Antybiotyków

Szczegóły: Opublikowano: 19. December 2025

Odkrycie antybiotyków uważa się za jeden z przełomów w medycynie. Pozwoliły opanować wiele chorób, jednak wraz z nimi pojawiły się nowe zagrożenia. Antybiotykooporność powoduje tysiące zgonów na świecie.

Wraz z rozwojem cywilizacyjnym rośnie zagrożenie przedostawania się antybiotyków do wód. Szczególnym zagrożeniem jest przedostawanie się antybiotyków do wód.

Liczne zanieczyszczenia, takie jak farmaceutyki i inne pozostałości leków, są stale uwalniane do oczyszczalni ścieków (OŚ) w wyniku ich stosowania przez ludzi (w szpitalach, gospodarstwach domowych), produkcji (np. przemysł farmaceutyczny) oraz zastosowania w weterynarii i produkcji rolniczej (np. antybiotyki i pestycydy / herbicydy).

Jednym z głównych przyczyn jej powstania jest nadkonsumpcja chemioterapeutyków, a co za tym idzie zanieczyszczenie nimi wód i gleby. Również inne farmaceutyki, jak np. niesteroidowe leki przeciwzapalne, są oznaczane w wodach powodując m.in.

Źródłami uwalniania farmaceutyków do środowiska są ścieki komunalne i przemysłowe, odpady medyczne, rolnictwo, a także codzienne użytkowanie leków. Warto jednocześnie zauważyć, że wykorzystanie leków weterynaryjnych często przewyższa skalę stosowania ich w medycynie ludzkiej. Choć ich użycie przynosi niewątpliwe korzyści zdrowotne, konieczne jest uwzględnienie związanych z tym zagrożeń środowiskowych. Jednym z najistotniejszych problemów jest uwalnianie pozostałości farmaceutyków i ich metabolitów do środowiska.

Przeczytaj także: Biologiczne oczyszczanie ścieków z EasyBio

W Polsce roczna sprzedaż leków wynosi około 25 784 tony, z czego większość trafia do wód powierzchniowych, gdzie nierzadko są ujęcia wody pitnej. Z tego powodu obecność farmaceutyków w wodach ma szczególne znaczenie dla jakości wody pitnej. Stężenia antybiotyków w wodach powierzchniowych wahają się od kilku do kilkudziesięciu ng/l. Wartości stężeń są uzależnione od odległości od źródła zanieczyszczenia, położenia kraju oraz przyjętej metody analitycznej.

Podczas badań stwierdzono zmiany stężeń antybiotyków, na które wpływ miała głównie częstotliwość stosowania antybiotyków i czynniki środowiskowe. Obecność antybiotyków w środowisku wodnym może prowadzić do lekooporności bakterii.

Źródła zanieczyszczeń antybiotykami

Głównym źródłem zanieczyszczeń są:

przemysł farmaceutyczny
szpitale
zakłady weterynaryjne
gospodarstwa domowe

W hodowli zwierząt stosuje się, często nielegalnie, antybiotyki jako stymulatory wzrostu (tzw. Stosowanie profilaktycznych dawek antybiotyków w hodowli drobiu, bydła i trzody chlewnej jest dużo większe niż w celach leczniczych. Wysokie ryzyko skażenia antybiotykami i ich metabolitami stwarza hodowla. W hodowli zwierząt zużyto 7 982 tony preparatów antybakteryjnych. sprzedano 581 ton antybiotyków do stosowania w medycynie weterynaryjnej. Stosowane w tak dużych ilościach kumulują się w tkankach i mięsie.

Dodawanie leków do wody wiąże się z podobnym ryzykiem. Bardzo duży odsetek rolników ma dostęp do leczniczych produktów weterynaryjnych poza zakładem leczniczym dla zwierząt. przeciwbakteryjnych, by mieć większą kontrolę nad zużyciem tych środków oraz wdrożenie dobrych praktyk dla lekarzy weterynarii. Monitoring będzie kontynuowany do 2020 r. wraz z Państwową Inspekcją Sanitarną, która włączyła się w badania w 2015 r. ilości antybiotyków.

Przeczytaj także: Zasada działania BOŚ

Istnieją różne czynniki napędowe i punkty zapalne przyczyniające się do rozwoju oraz rozprzestrzeniania lekooporności. Antybiotyki nie są nadużywane tylko w terapii ludzi, ale także w produkcji żywności. Stosowane są w rolnictwie do zwalczania bakterii atakujących rośliny, akwakulturach oraz produkcji zwierzęcej. Dowody naukowe pozwalają potwierdzić ścisły związek między rozwojem oporności na antybiotyki u ludzkich patogenów a stosowaniem antybiotyków w produkcji rolnej. Żywność pochodzenia zwierzęcego/roślinnego oraz nawozy organiczne mogą służyć jako ważne wektory migracji genów.

Procesy Oczyszczania Ścieków

Oczyszczanie ścieków obejmuje procesy mechaniczne, fizyczne, biologiczne i chemiczne, które wpływają na losy farmaceutyków i mikroorganizmów. Choć sam proces oczyszczania ma zmniejszyć liczbę bakterii w ściekach, szczególnie tych patogennych, to jednocześnie może przyczynić się do wzrostu ich oporności. W ściekach powszechnie obecne są środki higieny osobistej, środki dezynfekujące, a także metale ciężkie, co sprzyja budowaniu oporności bakterii.

Antybiotyki mogą podlegać procesom hydrolizy, degradacji i adsorpcji na osadach - cząstkach organicznych i nieorganicznych. Jednak nie są usuwane w oczyszczalniach ścieków w wystarczającym stopniu. Większość substancji jest nielotna ze względu na wysoką masę cząsteczkową. Efektywność konwencjonalnych procesów (mechaniczno-biologiczne oczyszczanie z wykorzystaniem osadu czynnego) waha się od 50 do 80 proc., w zależności od wykorzystywanych technologii, parametrów operacyjnych i właściwości fizykochemicznych leków.

Zwykle procesy oczyszczania są skupione wokół efektywnego usuwania związków azotu, fosforu, zawiesin oraz wybranych substancji organicznych o dużej podatności na biodegradację. W najwyższych stężeniach w ściekach występują makrolidy (np. erytromycyna), sulfonamidy, trimetoprym i chinolony. Badania wykazały, że są one odporne na biodegradacje, a więc również trudne do usunięcia w komorach biologicznego oczyszczania ścieków.

Zarówno zrzuty ścieków, jak i ich wykorzystanie, na przykład do nawadniania upraw, to potencjalna droga przedostawania się do środowiska genów i mikroorganizmów antybiotykoopornych oraz samych antybiotyków. Badania pokazują, że zarówno poziom antybiotyków, jak i genów antybiotykooporności zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości od miejsca zrzutu ścieków. Jednak mikroorganizmy mogą przywierać do cząstek organicznych i nieorganicznych osadów, dzięki czemu trwają w środowisku i podlegają dalszemu transportowi.

Przeczytaj także: Oczyszczalnia biologiczna - na jakiej głębokości?

Skuteczność Oczyszczania w Polskich Oczyszczalniach

Eksperci z IOŚ-PIB badają substancje czynne farmaceutyków w ściekach surowych (wpływających do oczyszczalni), ściekach oczyszczonych (wypływających z oczyszczalni) i osadach ściekowych w ok. 30 oczyszczalniach ścieków w Polsce, w tym 6 obsługujących powyżej 200 tys. mieszkańców. W ten sposób oceniana jest efektywność usuwania farmaceutyków w procesach oczyszczania ścieków.

Badania wykazały, że stężenia farmaceutyków w ściekach dopływających wahały się od 7 ng/l do 1019 ng/l, przy czym najwyższe wartości odnotowano dla ketoprofenu (249-1019 ng/l), sulfametoksazolu (89-693 ng/l) i karbamazepiny (22-624 ng/l). W ściekach oczyszczonych (zrzucanych do rzek), stężenia niektórych farmaceutyków były wyższe niż w dopływających - tak było m.in. w przypadku fluoksetyny (204-2266 ng/l) i karbamazepiny (303-1555 ng/l). Osad ściekowy również zawierał znaczne ilości farmaceutyków, z najwyższymi stężeniami fluoksetyny (164-406 μg/kg), karbamazepiny (13-119 μg/kg) i metoprololu (8,5-28 μg/kg).

Z badań wynika, że tylko naproksen, kwas salicylowy i ketoprofen były skutecznie usuwane we wszystkich oczyszczalniach, z efektywnością od 66 do 100%. Pozostałe substancje czynne farmaceutyków, takie jak ibuprofen, sulfametoksazol czy furosemid, wykazywały zróżnicowaną skuteczność, nawet do 99%. Z kolei diklofenak, karbamazepina, fluoksetyna, loratadyna, metoprolol, propranolol i mianseryna w większości przypadków były obecne w ściekach oczyszczonych (odpływających z oczyszczalni) , a ich stężenia pozostawały na podobnym poziomie jak w ściekach nieoczyszczonych (wpływających do oczyszczalni).

Średnia, dzienna emisja farmaceutyków z badanych oczyszczali obsługujących ponad 200 tys. mieszkańców wyniosła 524 mg na 1,0 tys. mieszkańców, co odpowiada 191 g rocznie na 1,0 tys. mieszkańców. Oznacza to, że co roku do rzek trafia co najmniej 40 Mg substancji czynnych farmaceutyków. Największy udział w masie emisji badanych 16 substancji miały: ketoprofen (29-55% dziennego ładunku), sulfametoksazol (7-30%), karbamazepina (3-37%) i fluoksetyna (1-27%).

Metody Usuwania Antybiotyków

W wodach powierzchniowych ma fotodegradacja promieniami UV. chemicznym. fotokatalizatora. jak katalizator. Ding i wsp. grafenu. substancji. adsorpcyjnej. wodnych. granulowanej, formowanej i pylistej.

Konwencjonalne oczyszczanie ścieków oparte na systemach osadu czynnego nie są w stanie usunąć wielu organicznych mikrozanieczyszczeń, w tym większości farmaceutyków. eXenoTM to rozwiązanie Veolia Water Technologies do skutecznego i ekonomicznego biologicznego usuwania pozostałości leków ze ścieków. eXenoTM bazuje na reaktorach AnoxKaldnesTM MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) i mikroorganizmach narastających w postaci biofilmu na plastikowych nośnikach (kształtkach).

Dzięki zastosowaniu wielu reaktorów w szeregu , technologia MBBR umożliwia selekcję specyficznych mikroorganizmów wyspecjalizowanych w usuwaniu trudnych do biodegradacji związków, takich jak farmaceutyki. eXenoTM może być zaprojektowany do pełnego oczyszczania ścieków (na przykład z przemysłu farmaceutycznego, gdzie kilka reaktorów MBBR jest stosowanych szeregowo) oraz na etapie doczyszczania na komunalnej oczyszczalni ścieków po istniejącym procesie z osadem czynnym.

Przykłady zastosowania technologii MBBR:

Dostosowany do wymagań proces MBBR obejmujący sześć etapów oczyszczania ścieków z produkcji do jakości wymaganej do zrzutu do jeziora, służącego jako źródło wody pitnej dla rejonu Sztokholmu.
Pięciostopniowy proces MBBR do usuwania trudno degradowalnych związków organicznych pochodzących z produkcji farmaceutycznej, w tym fenoli i wysokich stężeń organicznych związków azotu.
Projekt rozwojowy częściowo finansowany przez Duńską Agecję Ochrony Środowiska (EPA), koncentrujący się na technologii MBBR do usuwania farmaceutyków głównie ze ścieków szpitalnych.
Projekt rozwojowy kontynuujący odkrycia z Mermiss, skupiający się na oczyszczaniu ścieków z konwencjonalnego systemu osadu czynnego za pomocą MBBR (projekt częściowo finansowany przez Duńską Agencję Ochrony Środowiska).

Niezależnie od procesu produkcyjnego i bez względu na lokalizację zakładu dostarczamy rozwiązania obejmujące uzdatnianie wody i oczyszczanie ścieków. Dobieramy technologie odpowiednie do indywidulanych warunków, dostarczamy systemy do produkcji wody oczyszczonej, wody do iniekcji (WFI), instalacje do oczyszczania specyficznych i trudnych ścieków pochodzących zakładów produkcji API (aktywne składniki do produkcji gotowych form leków), farmaceutyków, kosmetyków i biotechnologii.

Wpływ na środowisko i zdrowie

Badania pokazują, że konwencjonalne oczyszczalnie mechaniczno-biologiczne nie są w stanie całkowicie chronić środowiska przed farmaceutykami. Leki wciąż trafiają do rzek i jezior, gdzie mogą kumulować się w łańcuchu pokarmowym. Ich trwałość i aktywność biologiczna zwiększają ryzyko długofalowych skutków dla ekosystemów wodnych.

Ocena ryzyka ekologicznego (RQ) wykazała, że fluoksetyna i loratadyna stanowią zagrożenie dla glonów, dafni i ryb, podczas gdy ibuprofen wykazał umiarkowane ryzyko, a sulfametoksazol oddziaływał głównie na glony. Pozostałe badane farmaceutyki (o oznaczonym stężeniu) nie stwarzały istotnego ryzyka dla analizowanych organizmów wskaźnikowych.

Pozostałości leków stosowanych w domach, szpitalach czy w weterynarii trafiają do ścieków. Konwencjonalne oczyszczalnie nie radzą sobie jednak z oczyszczaniem wód z tych wszystkich związków. Farmaceutyki, które przyjmujemy, ostatecznie - w postaci niezmienionej lub jako aktywne metabolity - trafiają do kanalizacji. Miejskie oczyszczalnie ścieków powinny je neutralizować, zanim woda wróci do środowiska.

Uwolnione do środowiska wodnego zachowują swoją aktywność biologiczną nawet przy bardzo niskich stężeniach i mogą stanowić zagrożenie dla ekosystemów. Problem ten nie dotyczy tylko Polski. Podobne obserwacje niskiej skuteczności usuwania farmaceutyków w konwencjonalnych oczyszczalniach odnotowano w wielu innych krajach, m.in. Hiszpanii, Włoszech, Kanadzie, Korei, Chinach czy Algierii. Pokazuje to, że stosowana powszechnie technologia (tzw.

Antybiotykooporność

Mikroorganizmy szybko przenoszą geny oporności między szczepami, przy czym szczególną rolę odgrywa tu środowisko, w którym się znajdują. Mikrobiomy ludzkie to złożone ekosystemy obejmujące bakterie, wirusy, archeony lub eukarioty, które współewoluują w środowisku podlegającym różnym naciskom selekcyjnym, takim jak przyjmowanie antybiotyków, kontakt z zanieczyszczeniami, choroby oraz styl życia. W ludzkim organizmie ważną rolę pełnią bakterie komensalne - mikroorganizmy niepatogenne, występujące m.in. na błonach śluzowych przewodu pokarmowego, oddechowego i moczowo-płciowego u ssaków, w tym ludzi.

Istnieją dowody na transfer genów oporności na antybiotyki między bakteriami komensalnymi a patogenami bakteryjnymi w jelicie człowieka. Na przykład, powszechnie występująca w naszych jelitach pałeczka okrężnicy Escherichia coli została dobrze przebadana jako wskaźnik nadzoru i rozprzestrzeniania się nabytych genów oporności na antybiotyki wśród patogenów w środowisku. Mikrobiom jelitowy zawiera szeroką gamę genów oporności, ale badania najczęściej wyróżniają oporność przeciwko tetracyklinie, β-laktamom, aminoglikozydom i glikopeptydom. Niektóre geny antybiotykoporności obecne u zdrowych ludzi pojawiają się, już w okresie niemowlęcym, ponieważ mogą być przekazywane z organizmu matki.

Racjonalna antybiotykoterapia i oporność na antybiotyki jest ściśle powiązana z biologicznym oczyszczaniem ścieków. Reaktor biologiczny oczyszczalni ścieków przypomina basen, do którego spływają ścieki z naszych domów i zakładów pracy. Następnie mieszają się one wraz z osadem czynnym. Wnętrze reaktora to szara, niezbyt przyjemnie pachnąca zawiesina, w której można znaleźć wszystko: resztki z obiadu, wodę z wanny, żywe i martwe bakterie z naszych jelit, patogeny, antybiotyki i ich metabolity. Całość przypomina „hotspot” antybiotykooporności.

Inicjatywy i przyszłość oczyszczalni

Rozwiązanie na ten problem szykuje Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, które w ramach dysponowanych środków z Funduszy Europejskich ogłosiło pod koniec ubiegłego roku przedsięwzięcie Oczyszczalnia Przyszłości, przeznaczając na jego realizację 27 mln złotych.

Parametrem obligatoryjnym, który NCBR postawiło za cel podmiotom biorącym udział w przedsięwzięciu jest zaprojektowanie technologii oczyszczania ścieków z mikrozanieczyszczeń, w tym m.in. - Konwencjonalne procesy oczyszczania ścieków są niewystarczające do całkowitej eliminacji pozostałości substancji leczniczych.

Innowacja przedsięwzięcia NCBR polega na nowym spojrzeniu na strumień ścieków komunalnych jako na zasób wody, energii i surowców wtórnych przy jednoczesnym zachowaniu podstawowych wymogów zakładów oczyszczania ścieków tj. zapewnienia bezpieczeństwa sanitarnego oraz optymalizacji kosztów eksploatacji oczyszczalni. Oprócz dezynfekcji ścieków, NCBR zwrócił uwagę także na jakość i ilość wody, która będzie zawracana do miasta oraz klasę otrzymanych produktów.

Eksperci spodziewają się 90-100% poziomu odzyskanych produktów, które mają być następnie ponownie wykorzystane np. w rolnictwie. Zespół, który osiągnie najlepszy końcowy efekt zaprojektowanej innowacyjnej technologii, zbuduje demonstrator i przez kolejne 2 lata zobowiązany będzie do utrzymania nowopowstałej instalacji.

Sukces przedsięwzięcia przyczyni się do rozwoju przedsiębiorstw wodno-kanalizacyjnych, firm produkujących innowacyjne technologie dla oczyszczalni i ich kontrahentów, zarówno na rynku krajowym jak i na eksport. Pozwoli to również stworzyć liczne, trwałe miejsca pracy, poprawi bezpieczeństwo energetyczne i umożliwi dostawę wody na lokalne potrzeby. Nowoczesne oczyszczalnie mogą więc przyjąć nową formę innowacyjnych systemów do odnowy wody, odzysku surowców i produkcji energii.

Tabela: Efektywność Usuwania Farmaceutyków w Oczyszczalniach

Farmaceutyk	Efektywność Usuwania
Naproksen	66-100%
Kwas salicylowy	66-100%
Ketoprofen	66-100%
Ibuprofen	Zróżnicowana
Sulfametoksazol	Zróżnicowana
Furosemid	Zróżnicowana
Diklofenak	Niska
Karbamazepina	Niska
Fluoksetyna	Niska
Loratadyna	Niska
Metoprolol	Niska
Propranolol	Niska
Mianseryna	Niska

tags: #biologiczna #oczyszczalnia #ścieków #a #usuwanie #antybiotyków