Un modèle de système de filtrage économique capable d'éliminer les antibiotiques des eaux usées a été conçu par des collaborateurs de l'Agricultural Research Service (ARS) et de l'Université de Californie-Riverside (UCR).

Le microbiologiste Mark Ibekwe de l'unité de recherche sur l'efficacité de l'eau agricole et la salinité de l'ARS à Riverside, Californie, et le chimiste des sols de l'UCR Daniel Ashworth ont construit le système prototype en utilisant quatre couches de matériaux naturels :gravier, sable, sol, et biochar dans une colonne de 50 cm de haut et 12 cm de diamètre.

Ils ont utilisé le modèle à l'échelle du laboratoire pour éliminer quatre antibiotiques :l'amoxicilline, céfalexine, sulfadiazine, et la tétracycline à divers niveaux d'efficacité. Ces quatre antibiotiques ont été sélectionnés pour être testés dans le modèle réduit car ils sont parmi les plus courants dans les effluents des stations d'épuration. Les systèmes conventionnels de station d'épuration des eaux usées sont relativement efficaces pour éliminer les nutriments et les bactéries, mais peuvent être quelque peu inefficaces pour éliminer les antibiotiques.

L'efficacité du système à l'échelle du laboratoire variait selon l'antibiotique évalué. Il a réussi à éliminer 98 pour cent de la tétracycline, suivi de 91 % de la céfalexine, 81 pour cent d'amoxicilline et 51 pour cent de sulfadiazine. Les antibiotiques avaient des concentrations initiales de 10 ppb, comparables aux niveaux observés dans les eaux usées municipales.

L'élimination de l'amoxicilline et de la céfalexine était en grande partie contrôlée par la dégradation chimique dans la couche de gravier, tandis que la sulfadiazine a été en grande partie éliminée par une combinaison de dégradation chimique et microbienne dans le sol mélangée à une couche de biochar. La tétracycline a été principalement éliminée par des réactions chimiques avec l'eau (hydrolyse) dans la couche de gravier.

"Ces résultats montrent l'importance d'utiliser des couches de matériaux différents pour cibler différents antibiotiques plutôt que de s'attendre à ce qu'une couche et un matériau soient capables de faire le travail." dit Ibekwe.

L'augmentation du temps nécessaire au flux d'eau pour traverser la colonne a également amélioré l'efficacité d'élimination, en particulier pour l'amoxicilline et la céfalexine. Dans cette conception, les eaux usées simulées entrent par le bas de la colonne pour saturer la couche inférieure, puis sont pompées à travers la colonne pour s'écouler par le haut.

Une version "grande taille" à grande échelle du système de filtrage des chercheurs, qui pourrait desservir une station d'épuration des eaux usées d'une petite ville, mesurerait environ 2 mètres de haut et 50 cm de diamètre, selon Ashworth. Bien sûr, vous pourriez utiliser des multiples des colonnes pour répondre à un besoin plus important et l'empreinte serait encore relativement petite, qui est l'une des caractéristiques puissantes de ce système, ajouta Ashworth.

Il existe des systèmes existants qui peuvent éliminer les antibiotiques des eaux usées, mais ceux-ci ont tendance à être très coûteux ou nécessitent beaucoup plus d'espace. Cette recherche a été publiée dans le Journal de génie chimique de l'environnement .