Effekten av en ökad dosering av magnesium vid struvitutfällning från urin undersöktes med belysning av fosforåtervinningsgrad och struvitens morfologi, renhet och innehåll av läkemedelsrester.
Av: Bengt Andersson
Återvinning av fosfor från urin genom struvitutfällning är en hållbar metod, där en ren produkt lämplig som gödningsmedel i jordbruket kan skapas. Utfällning av struvit eller magnesium-ammonium-fosfat (MAP) kan ske då jonkoncentrationen av fosfat, magnesium och ammonium är högre än lösningskonstanterna. Vid ett molförhållande Mg: P av 1,1:1 resp. 1,33:1 kan erfarenhetsmässigt mer än 90 resp. 98 % av fosforn återvinnas från urin.
Struvitutfällningen påverkas av olika förhållanden som pH, temperatur, andra katjoner som Ca, K och Na och omrörningsintensitet. Studier har även visat att återvunnen struvit från humanurin kan innehålla läkemedelsrester, särskilt tetracykliner (tetracyklin (TC), demeklocyklin (DMC) och oxytetracyklin (OTC)) som allmänt används mot infektionssjukdomar. Tetracykliner har en unik struktur, som kan genomgå kelering med metalliska katjoner.
Inga studier har tidigare genomförts för att utvärdera effekten av magnesiumdoseringen på innehåll av läkemedelsrester i struvit. Syftet med refererad studie var därför att belysa doseringens effekt på fosforåtervinningsgrad, innehåll av läkemedel, morfologi och renhet för att maximera återvinning och minimera läkemedelsrester i struviten.
Genomförande av undersökningen
Försöken utfördes som batchtest med två olika typer av urin, en syntetisk urin sammansatt enligt litteraturen och humanurin insamlad från 13 friska personer under 24 timmar. De båda typerna av urin toppades med 0,7 mg/l av TC, OTC och DMC.
5 olika molförhållanden av Mg: P undersöktes (0,5:1 för syntetisk urin resp. 0,6:1 för humanurin utan tillsats av Mg, 1:1, 1,2:1, 1,5:1 och 2:1). Alla försöken utfördes vid pH 9,6 och vid rumstemperatur. Omrörningen efter dosering av magnesium var kraftig under 10 minuter och långsam under 12 timmar. Efter omrörning separerades utfällningen och vattenfasen genom glasfiberfilter med 1 mm porstorlek. De två faserna analyserades med avseende på NH4-N, PO4-P, Mg, Ca, K och Na samt läkemedelsrester. Utfällningens morfologi bestämdes genom scanning elektronmikroskopi (SEM).
Resultat
Försöken visade att molförhållandet Mg: P hade en signifikant inverkan på innehållet av läkemedelsrester i struvitutfällningen, på morfologin, på kvantitet och renhet i struviten och på fosforåtervinningen.
Morfologiskt förekom struvit i olika former från nålliknande kristaller med sfärisk form ordnade i oregelbundna kluster mycket lika amorf kalciumfosfat vid de lägre doseringarna till mer X-liknande kristaller av något mindre längd vid de högre doseringarna.
Läkemedelsresterna i struviten minskade vid ökat molförhållande eftersom en ökad mängd magnesium vid konstant mängd fosfor och ammonium medförde en mindre sannolikhet för att kelat av TC.s-Mg skulle finnas i utfällningen. Andelen av läkemedelsrester i struviten vid utfällning av syntetisk urin var högst vid molförhållandet 1:1 (99,6 % för TC, 75,3 % för DMC och 64,8 % för OTC) och den minskade vid ökat förhållande (0,2 % för TC, 2,9 % för DMC och icke detekterbart för OMC vid molförhållandet 2:1). Samma trend erhölls för utfällning av humanurin även om andelen vid molförhållandet 2:1 var högre (33,8 % för TC, 20,4 % för DMC och 5,4 % för OMC) än för syntetisk urin.
Renheten av struviten ökade med ökat Mg: P-förhållande från 95 till cirka 97 % med syntetisk urin och från 83 till 97 % med humanurin. Kalciumhalten i struviten vid utfällning av syntetisk urin var försumbar vid ett Mg: P-förhållande över 1:1 och vid utfällning av humanurin minskade halten från knappt 15 % utan magnesiumdosering till en försumbar halt vid ett förhållande av 2:1. Andelen fosfor i struviten uppgick till mellan 22,7 och 25,3 % för syntetisk urin och till mellan 18,5 och 22,8 % för humanurin med något lägre andel vid de högre doseringarna.
Fosforåtervinningen ökade med ökat förhållande Mg: P för både syntetisk urin och humanurin. Vid molförhållanden mellan 1,2:1 och 2:1 var återvinningen tämligen konstant mellan 94,3 och 95,5 % för syntetisk urin och mellan 86,2 och 88,5 % för humanurin. Den lägre återvinningsgraden för humanurin berodde på innehållet av organiskt material och andra orenheter som påverkade utfällningshastigheten för struviten.
Sammantaget konstaterades att optimalt Mg: P-förhållande med avseende på samtliga parametrar var 2:1.
Slutsatser
Studien visade att
- optimalt Mg: P-förhållande vid utfällning av struvit av urin var 2:1, där andelen läkemedelsrester i struviten var låg, där fosforåtervinningen var över 94 % för syntetisk urin och 88 % för humanurin och där renheten var över 97 % för både syntetisk urin och humanurin
- andra föreningar i humanurin inte hade någon påverkan på struvitutfällning och avskiljning av läkemedelsrester
Källa: P. Kemacheevakul, S. Chuangchote, S. Otani, T. Matsuda, Y. Shimizu. Effect of magnesium dose on amount of pharmaceuticals in struvit recovered from urine. Water Science & Technology 72.7 (2015) pp 1102 – 1110.
