I Schweiz, mer än 30, 000 olika substanser används dagligen i otaliga produkter – läkemedel, kosmetika, rengöringsmedel eller industrikemikalier. Många av dessa ämnen hittar sin väg – via reningsverk – till ytvatten, där de har negativa effekter på vattenlevande organismer och dricksvattenresurser. För att ta bort mikroföroreningar från avloppsvatten, ett hundratal strategiskt utvalda reningsverk i Schweiz kommer att uppgraderas under de kommande åren med ytterligare ett reningssteg.

Uppgraderingsprogrammet följs noga av forskare vid Eawag och Eawag-EPFL Ecotox Centre. Som projektledare Christian Stamm påpekar, "Detta ger en unik möjlighet att studera, mer eller mindre i realtid, hur akvatiska ekosystem reagerar på en minskning av mikroföroreningar." I den inledande fasen, forskarna undersökte den nuvarande kemiska och biologiska statusen, före avloppsuppgraderingar. Stamm förklarar:"Vi ville också ta reda på hur mikroföroreningar från renat avloppsvatten påverkar sammansättningen av biologiska samhällen och flodernas ekosystems funktion. Här, det finns fortfarande stora luckor i vår kunskap."

Många mikroföroreningar i avloppsvatten

Mellan 2013 och 2014, Stamm och hans team genomförde regelbundna provtagningar i områden uppströms och nedströms om 24 reningsverk och identifierade de ämnen som fanns (fig. 1). Analyserna visar att många mikroföroreningar kommer ut i floder i renat avloppsvatten. "Särskilt slående var ökningen av mediciner och hushållskemikalier, säger Stamm – när det gäller mediciner, koncentrationerna var 30 gånger högre nedströms än uppströms avloppsreningsverk (Fig. 2). En första ekotoxicitetsriskbedömning visade att det antiinflammatoriska medlet diklofenak och bekämpningsmedlen diazinon och diuron förekommer i stor utsträckning i biologiskt effektiva koncentrationer. Detta gäller även andra ämnen på regional nivå.

Organismer nedströms avloppsreningsverk visade olika symptom på stress utövad av mikroföroreningar. Till exempel, genuttryck associerat med cellulär avgiftning observerades hos öring. Gammaridpopulationer saknade unga individer, tyder på nedsatt reproduktion eller ökad dödlighet bland unga. Mångfalden av makroryggradslösa djur, som är känsliga för bekämpningsmedel, reducerades nedströms avloppsvattenutlopp. Antibiotika och resistenta bakterier finns också i avloppsvatten, som kan främja spridningen av antibiotikaresistensgener i mottagande vatten.

Förlust av anpassningar efter uppgradering av reningsverk

Alger och bakterier, som koloniserar flodbädden i form av biofilmer och spelar en viktig roll i näringsväven, påverkas också av avloppsvattenutsläpp. Biofilmer nedströms avloppsreningsverk visade en mycket större tolerans mot mikroföroreningar än de som lever uppströms. Enligt Stamm:"Ju högre kemikaliebelastning, ju högre tolerans, som indikerar ett orsakssamband mellan exponering och biologiska effekter."

Biofilmer gav bevis på de tidiga effekterna av en uppgradering av reningsverket:efter införandet av det extra reningssteget vid reningsverket i Herisau, algerna i floden Glatt förlorade sin ökade tolerans mot mikroföroreningar relativt snabbt (fig. 3). Det inducerade uttrycket av avgiftningsgener gick också förlorat i öring som lever nedströms.

Maskerade effekter avslöjas av rännsystemet

Ofta, effekterna av mikroföroreningar kan inte mätas direkt i fält eftersom de är maskerade av effekterna av andra beståndsdelar i avloppsvattnet. Så för att reda ut de olika effekterna, forskarna genomförde även experiment i ett 16-kanaligt rännasystem (Fig. 4). Genom att använda detta system, de visade, till exempel, att medan nedbrytningen av organiskt material hämmas av mikroföroreningar, det främjas av näringsämnen. Stamm säger, "Detta stöder våra upptäckter att, beroende på näringssituationen, Bladnedbrytningshastigheten var cirka två tredjedelar lägre nedströms än uppströms reningsverk." Den statistiska analysen indikerar att , till exempel, lövstrimlande gammaridpopulationer decimeras av insekticider.