Det råder stor osäkerhet kring nya föroreningar i akvatiska ekosystem och grundvatten, och en nyligen genomförd Penn State-studie av föreningar från läkemedel och personliga hygienprodukter tillför inte mycket klarhet. Men det gav insikt i transporten av kemikalierna, enligt forskare vid Lantbrukshögskolan.

Forskningen, som genomfördes vid Penn State Wastewater Treatment Plant och Uuniversity's Living Filter, analyserade ödet för sju nya föroreningar:paracetamol, ampicillin, koffein, naproxen, ofloxacin, sulfametoxazol, och trimetoprim.

Studiens mål var att spåra dessa föreningar genom reningsverket för avloppsvatten och slutligen till brunnarna vid det levande filtret för att bedöma anläggningens avlägsnandeeffektivitet och förmågan hos det levande filtrets jordprofil att ge ytterligare behandling av föreningarna som kvarstod i utsläpp.

En gång i veckan från oktober 2016 till mars i år, 24-timmars kompositprover togs efter varje behandlingsprocess genom anläggningen. Vattenprover samlades in månadsvis från 14 grundvattenbrunnar vid Living Filter. Resultaten av forskningen - även om de inte var avgörande - var tankeväckande och användbara, enligt Heather Gall, biträdande professor i jordbruks- och biologisk teknik.

"Studien var unik genom att den gav en ögonblicksbild av jord som fungerar som ett biogeokemiskt filter för att ta bort några nya föroreningar, sa Gall, som presenterade resultaten vid det årliga mötet för American Society of Agricultural and Biological Engineers, i Spokane, Washington.

"Penn State var den idealiska platsen att titta på förflyttningen av läkemedel från avloppsvatten till grundvatten eftersom universitetet har spraybevattnat allt sitt behandlade avloppsvatten på nästan 600 tunnland jordbruks- och skogsmark känd som Living Filter sedan början av 1980-talet, "sade Gall." Och närliggande brunnar låter oss titta på koncentrationerna av kemikalierna som nådde det relativt djupa grundvattnet över platsen. "

I allmänhet, Gall förklarade, studien avslöjade att avloppsreningsverket effektivt avlägsnade paracetamol och koffein och uppvisade säsongsbetonade variationer i avlägsningseffektiviteten för de andra föreningarna. Den aktiva slamkomponenten i anläggningen var det mest effektiva steget för att minska föroreningskoncentrationerna. Koncentrationerna i grundvattnet var vanligtvis minst en storleksordning lägre än koncentrationerna i reningsverkets avloppsvatten, vilket tyder på att jorden i allmänhet fungerade som ett effektivt biogeokemiskt filter, utom vid snösmältning.

Fältarbete för studien - som utfördes av ledande forskare Brittany Ayers, vid den tiden en grundutbildning vid Penn State Schreyer Honors College – utfördes i en mängd olika väderförhållanden, som påverkade hur reningsverket hanterade de kemiska föreningarna, Gall noterade. Mikrober i behandlingsprocessen, som bryter ner och tar bort föroreningarna, verkade inte vara lika effektiv under kylan, vinterförhållanden.

Låga temperaturer verkade inte påverka jordens förmåga att filtrera bort föroreningar; dock, kraftig nederbörd och betydande snösmältningshändelser minskade borttagning, vilket innebär att högre koncentrationer observerades i brunnarna efter dessa händelser.

"Det som var intressant med det här projektet var att dessa prover i första hand togs under de kalla månaderna, och vi ser inte ofta fältstudier gjorda under vintern. Men det hände eftersom forskningsprojektet var en del av studentens examensarbete, och gjort under vårterminen, " sa Gall. "Så vi såg påverkan av kalla förhållanden, frys-upptiningscykler, och tung, långvariga regn."

Studiet av nya föroreningar är viktigt eftersom människor använder en mängd olika kemikalier i sina vardagliga liv, inklusive receptbelagda läkemedel, receptfria läkemedel och personliga vårdprodukter. Kemikalierna i dessa produkter kommer in i avloppsvattenströmmen och avlägsnas inte helt av avloppsreningsverken, vilket gör att dessa kemikalier och deras metaboliter kvarstår i det behandlade avloppsvattnet.

Även om dessa föreningar anses vara vattenföroreningar, de är ännu inte reglerade av några vattenkvalitetsnormer. De har upptäckts i ytvatten, grundvatten, avloppsvatten och till och med dricksvatten – dock de långsiktiga konsekvenserna för icke-målarter såsom vattenlevande djur och människors hälsa är i stort sett okända.

Det anses allmänt att dessa föreningar har nått vattenmiljön så länge de har använts kommersiellt, men bara under det senaste decenniet eller så har miljöforskning utförts i stor utsträckning och oro över läkemedels effekter i vattendrag har väckts.

Framsteg inom teknik och analytisk kemi har sänkt gränserna för detektion, möjliggör detektering av dessa kemikalier i koncentrationer så låga som delar per miljard och delar per biljon. Relativt låga koncentrationer är kända för att påverka fiskar och groddjur.