Een model voor een economisch filtersysteem dat antibiotica uit afvalwater kan verwijderen, is ontworpen door medewerkers van de Agricultural Research Service (ARS) en de University of California-Riverside (UCR).

Microbioloog Mark Ibekwe van de ARS Agricultural Water Efficiency and Salinity Research Unit in Riverside, Californië, en UCR-bodemchemicus Daniel Ashworth construeerden het prototypesysteem met behulp van vier lagen natuurlijke materialen:grind, zand, bodem, en biochar in een kolom van 50 cm hoog en 12 cm diameter.

Ze gebruikten het laboratoriumschaalmodel om vier antibiotica te verwijderen:amoxicilline, cefalexine, sulfadiazine, en tetracycline op verschillende niveaus van efficiëntie. Deze vier antibiotica zijn geselecteerd om te testen in het schaalmodel, omdat ze tot de meest voorkomende behoren in afvalwaterzuiveringsinstallaties. Conventionele afvalwaterzuiveringsinstallaties zijn relatief effectief in het verwijderen van voedingsstoffen en bacteriën, maar kunnen enigszins ineffectief zijn bij het verwijderen van antibiotica.

De effectiviteit van het systeem op laboratoriumschaal varieerde met het te evalueren antibioticum. Het verwijderde met succes 98 procent van de tetracycline, gevolgd door 91 procent cefalexine, 81 procent amoxicilline en 51 procent sulfadiazine. De antibiotica hadden aanvankelijke concentraties van 10 ppb, vergelijkbaar met de niveaus die zijn waargenomen in gemeentelijk afvalwater.

De verwijdering van amoxicilline en cefalexine werd grotendeels gecontroleerd door chemische afbraak in de grindlaag, terwijl sulfadiazine grotendeels werd verwijderd door een combinatie van chemische en microbiële afbraak in de grond gemengd met een biochar-laag. Tetracycline werd voornamelijk verwijderd door chemische reacties met water (hydrolyse) in de grindlaag.

"Deze resultaten tonen het belang aan van het gebruik van lagen van verschillende materialen om verschillende antibiotica aan te pakken in plaats van te verwachten dat één laag en materiaal het werk zal kunnen doen." zei Ibekwe.

Het verlengen van de tijd die nodig is om de waterstroom door de kolom te laten gaan, verbeterde ook de verwijderingsefficiëntie, vooral voor amoxicilline en cefalexine. Bij dit ontwerp is het gesimuleerde afvalwater komt aan de onderkant van de kolom binnen om de onderste laag te verzadigen en wordt vervolgens door de kolom omhoog gepompt om er via de bovenkant uit te stromen.

Een "full-size" opgeschaalde versie van het filtersysteem van de onderzoekers - een die zou kunnen dienen voor een afvalwaterzuiveringsinstallatie in een kleine stad - zou ongeveer 2 meter hoog en 50 cm in diameter zijn, volgens Ashworth. Natuurlijk, je zou veelvouden van de kolommen kunnen gebruiken om aan een grotere behoefte te voldoen en de voetafdruk zou nog steeds relatief klein zijn, wat een van de krachtige eigenschappen van dit systeem is, Ashworth toegevoegd.

Er zijn enkele bestaande systemen die antibiotica uit afvalwater kunnen verwijderen, maar deze zijn meestal erg duur of hebben veel meer ruimte nodig. Dit onderzoek is gepubliceerd in de Journal of Environmental Chemical Engineering .