Forskaren Alison Franklin, doktorand vid Högskolan för lantbruksvetenskap, sätter locket på ett jordprov taget från Penn State's Living Filter med en Giddings hydrauliska jordprovtagare. Hon letade efter antibiotika. Kredit:Jack Watson Research Group/Penn State
Jord kan vara ett naturligt filter som kan fungera som en tertiär rening av avloppsvatten, förhindra att antibiotika förorenar grundvattnet, enligt forskare som genomförde en studie vid Penn State's Living Filter.
Forskare analyserade ödet och transporten av tre antibiotika som är viktiga för människors hälsa - sulfametoxazol, ofloxacin och trimetoprim—i jord och grundvatten vid det levande filtret, ett 50 år gammalt system för återanvändning av avloppsvatten som sprutbevattnar behandlat avloppsvatten från University Park campus reningsverk på 600 hektar gård och skog. I allmänhet, forskare fann att varje antibiotikum betedde sig annorlunda när de exponerades för markprofilen, men de fick insikt i hur jord kan förbättra reningen av avloppsvatten.
För närvarande, Det mesta renade avloppsvattnet runt om i världen släpps ut av reningsverk i floder. Dock, de flesta av dessa anläggningar är inte kapabla att helt ta bort läkemedel som antibiotika. Som ett resultat, många floder innehåller låga halter av läkemedel som misstänks skada vattenlevande organismer. I vattendrag som ger dricksvatten, låga halter av antibiotika kan utgöra hälsorisker för människor, bidra till utvecklingen av antibiotikaresistens.
Ett alternativ till att släppa ut renat avloppsvatten i vattendrag och eventuellt bidra till antibiotikaresistens och andra ekologiska problem är att spraya det på land, som Penn State har gjort i mer än fem decennier på Living Filter, noterade Jack Watson, professor i markfysik och markbiogeokemi. Hans forskargrupp vid Högskolans Lantbrukshögskola ledde studien.
"Med låga nivåer av antibiotika i miljön på grund av utsläpp av avloppsvatten från reningsverk i vattendrag, oron ökar för effekterna på människors hälsa, sade han. Jord, på grund av dess fysiska och kemiska natur, i många fall kan erbjuda en annan behandlingsnivå för att avlägsna antibiotika från renat avloppsvatten. Den här studien börjar utvärdera effektiviteten av det konceptet."
Renat avloppsvatten sprutas på grödor och skogsområden vid Living Filter. Det finns få anläggningar som den i östra USA, men återanvändning av avloppsvatten för att tillhandahålla bevattningsvatten och för att fylla på akviferer är en vanlig praxis i den torra amerikanska västern och i Mellanösterns öknar. Kredit:Pennsylvania State University
Det finns få faciliteter som Penn State's Living Filter i östra USA, men återanvändning av avloppsvatten för att tillhandahålla bevattningsvatten och för att fylla på akviferer är en vanlig praxis i den torra amerikanska västern och i Mellanösterns öknar, påpekade huvudforskaren Alison Franklin, en doktorand i markvetenskap och biogeokemi.
Franklin samlade jordprover på en plats på Living Filter som inte hade fått bevattning på sju månader, och sedan på samma plats efter en bevattning och igen efter 10 veckors bevattning. Franklin tog också grundvattenprover tre gånger om året under fem år för att fånga säsongsvariationer.
Forskarna fann vanligtvis sulfametoxazol i de högsta koncentrationerna i avloppsvatten från reningsverk med ofloxacin och trimetoprim i lägre koncentrationer. I jorden, ofloxacin var närvarande i de högsta koncentrationerna efter sju månader utan bevattning, men sulfametoxazol nådde inte högre koncentrationer än ofloxacin förrän efter att avloppsvattnet kontinuerligt tillförts. Trimetoprim upptäcktes endast i jord efter 10 veckors avloppsbevattning.
Dessa resultat tyder på att ofloxacin kan finnas kvar i jorden under långa tidsperioder, Franklin förklarade, medan sulfametoxazol och trimetoprim kanske inte finns kvar efter att avloppsvattningen upphört.
Grundvattenkoncentrationerna var vanligtvis mycket lägre än mark- eller avloppsvattenkoncentrationerna, och endast sulfametoxazol hittades konsekvent.
Penn State's Living Filter är ett 50 år gammalt system för återanvändning av avloppsvatten som sprutbevattnar behandlat avloppsvatten från University Parks campus avloppsreningsverk på 600 hektar gård och skog. Unikt i östra USA, anläggningen ger möjligheter för forskare att genomföra ett brett utbud av vattenkvalitetsexperiment. Kredit:Penn State
"Med tanke på att antibiotika interagerar med markprofilen och grundvattenkoncentrationerna ofta var mer än 1, 000 gånger lägre än avloppsvatten, markprofilen verkar vara en adekvat tertiär rening för avloppsvatten från reningsverk, ", sa hon. "Det skulle leda till förbättrad vattenkvalitet och skydd av människors hälsa."
Resultaten av forskningen, som publicerades idag, 10 september, i Journal of Environmental Quality , är viktigt, Franklin tror, eftersom de antyder att markanvändning av renat avloppsvatten i vissa fall kan vara ett kostnadseffektivt sätt för avloppsreningsverk att uppgraderas för att ta bort antibiotika och kanske andra nya föroreningar, för, från deras avloppsvatten.
Det kan vara kritiskt, Franklin tror, om regeringen beslutar att fastställa vattenkvalitetsnormer för antibiotika och andra läkemedel.
"Det finns mycket forskning som tittar på vad som kan göras vid reningsverk för att förbättra deras förmåga att ta bort nya föroreningar - men lösningarna är dyra att implementera och kan vara under 100 procent effektiva, " sa hon. "Så, vårt arbete tyder på att speciellt med vattenbrist, vi skulle kunna återanvända vatten och rena det när det går ner i markprofilen innan det når grundvattensystemet."
Alla markprofiler kan inte hindra antibiotika från att nå grundvattnet, Franklin medgav, så det skulle bero på jordkvaliteten och typen. Men dessa fynd tyder på att på platser, landapplicering av behandlat avloppsvatten - som görs i Penn State - kan visa sig vara ett ekonomiskt sätt att ta bort antibiotika från behandlat avloppsvatten.
"Kanske behöver vissa avloppsreningsverk inte totalrenoveras, ", sa Franklin. "Kanske kan de eftermonteras för att återanvända vattnet genom att spruta behandlat avloppsvatten på land."
