Östrogener i renat avloppsvatten som letar sig in i tillfälliga våtmarker som kallas vernal pools kvarstår i veckor eller till och med månader, enligt forskare, som antyder att uthållighet kan ha konsekvenser för dessa kritiska akvatiska livsmiljöer.

En åtta veckor lång studie av östrogeners beteende i tre vernala pooler i området för Penn State's Living Filter, tagit fram dessa fynd som ger insikt i nuvarande reningsbrist och vattenåteranvändning i allmänhet. The Living Filter är ett 600 hektar stort område där Penn State har sprayvattnat allt sitt avloppsvatten på åkrar och skog sedan 1980-talet.

Denna vårstudie 2015 sammanföll avsiktligt med utvecklingsperioden för inhemska amfibielarver, anses vara ett "ekologiskt relevant" intervall av forskare, eftersom östrogener har potential att orsaka endokrina störningar hos amfibier.

Förutom att mäta närvaron och koncentrationen av östrogener hos både de behandlade, sprutat avloppsvatten och poolvatten, forskare installerade sensorer i varje pool och mätte olika fysikaliska och kemiska parametrar, som inkluderade löst syre, oxidationsreducerande potential, vattennivå, vattentemperatur, elektrisk konduktivitet, pH, och nederbörd under hela studieperioden.

I det mycket syresatta vattnet i bäckar och floder, östrogener bryts ner relativt snabbt. Men denna studie visade, för första gången, att östrogenerna kvarstår i det syrefattiga vattnet i vårpölar och till och med omvandlas till moderföreningar, förklarade huvudforskaren Odette Mina, en doktorand vid College of Agricultural Sciences när studien genomfördes.

"Jag valde dessa pooler specifikt på grund av deras närhet till spraybevattningssidorna, möjliggör direkt tillförsel av det behandlade avloppsvattnet till poolvattnet, sa Mina, nu verkställande direktör för Penn State's Energy and Environmental Sustainability Laboratories.

"Tillstånden för dammarna skiljer sig mycket från bäckar. De innehåller stående vatten där andmat växer, så de fysikaliska och kemiska parametrarna påverkar uthålligheten, omvandling och nedbrytning av östrogenerna."

Eftersom forskare tog prov på det renade avloppsvattnet under varje veckovis spraybevattning, såväl som vattnet i vårbadarna, de upptäckte några anmärkningsvärda skillnader, visar omvandlingar i bassängerna. Östron – ett östrogen som utsöndras naturligt av människor – fanns i nästan 100 procent av proverna i vårpoolen, med relativt höga koncentrationer.

Forskarna analyserade också det vernala poolvattnet för andra naturligt utsöndrade östrogener, inklusive 17 alfa-östradiol, 17 beta-östradiol, och östriol, samt östrogen, 17 alfa-etinylestradiol - ett syntetiskt östrogen som ofta används i p-piller. Det syntetiska östrogenet detekterades i färre än 10 procent av proverna från vårpoolen.

"När östrogener introduceras i dessa anoxiska (syrefattiga) pooler, de tenderar att omvandlas fram och tillbaka mellan moderföreningar och metaboliter och bryts inte ned som de skulle göra under aeroba (syrerika) förhållanden, Mina sa. "Närvaron av naturliga östrogener i vårpölarna som inte upptäcktes i spraybevattningsutloppet tyder på omvandling av östron, en metabolit, tillbaka till dess moderföreningar, 17 alfa-östradiol och 17 beta-östradiol. "

Denna omvandling har aldrig tidigare dokumenterats i vernala pooler, och eftersom moderföreningarna generellt är starkare än deras metaboliter, dessa fynd har viktiga ekologiska konsekvenser.

"Det syntetiska östrogenet, 17 alfa-etinylestradiol, upptäcktes endast i den första bevattningsomgången, " sa Mina. "Det var en tid då studenter fortfarande var på campus, och eftersom den yngre befolkningen tar preventivmedel, det hamnar i avloppsvattnet. Eleverna var hemma under sommaren i de senare bevattningsrundorna."

Resultaten av forskningen, som publicerades denna månad i Lantbruk, Ekosystem och miljö , är betydande, enligt Heather Gall, biträdande professor i jordbruks- och biologisk teknik, vars forskargrupp ledde studien.

Hon noterade att den planerade, fördelaktig återanvändning av vatten har blivit en allt vanligare bevarandepraxis över hela världen, väcker frågor om graden av vattenrening som behövs för att mildra negativa miljöpåverkan.

Avloppsreningsverk är inte konstruerade med förmåga att ta bort hormoner eller andra framväxande föroreningar, och det finns för närvarande inga vattennormer för dessa föroreningar. Låga koncentrationer av läkemedel, personliga hygienprodukter och bekämpningsmedel i vatten – för att bara nämna några – är kända för att orsaka reproduktionsstörningar hos fiskar och andra vattenlevande organismer. När avloppsvatten återanvänds för bevattning, vissa miljöavvägningar kommer sannolikt att inträffa.

"Detta var den första studien som tittade på östrogens beständighet i vårpooler, men vi vet från annan forskning att vattenlivet kan påverkas av extremt låga koncentrationer av östrogener och andra nya föroreningar, ", sa Gall. "Denna forskning fokuserade på Penn State's Living Filter, men vernal pooler runt om i landet påverkas av avrinning från felaktigt fungerande septiska system och andra hushålls- och jordbrukskällor av nya föroreningar."

Galls forskargrupp planerar uppföljningsstudier i vår för att utvärdera om läkemedel och andra hormonstörande föreningar finns i dessa känsliga livsmiljöer.