Forskaren Faith Kibuye använder en handhållen mätare för löst syre för att mäta nivåerna av löst syre på en studieplats nära ett vattenreningsverk i Susquehannaflodens bassäng. Kredit:Heather Preisendanz, Penn State
Flödeshastigheter och tid på året måste beaktas för att bättre förstå de potentiella riskerna med uppkommande organiska föroreningar i floder och vattendrag, enligt Penn State forskare som studerade föroreningskoncentrationer och flödesegenskaper på sex platser nära dricksvattenintag i Susquehanna River Basin.
Medan många studier har tittat på nivåerna av nya organiska föroreningar som läkemedel och bekämpningsmedel i floder och deras effekt på vattenlivet, detta är ett av de första projekten för att nära korrelera föroreningsnivåer med flöden, noterade forskaren Heather Preisendanz, docent i jordbruks- och biologisk teknik.
Dessutom, forskargruppen dokumenterade säsongsmässiga förändringar i föroreningskoncentrationer, med förhöjda nivåer av vissa föroreningar som ses under de varmare månaderna, utgör den största risken för fisk under deras lek och tidiga utvecklingsstadier, sa Preisendanz. Hennes forskargrupp vid College of Agricultural Sciences har studerat nya föroreningar i ytvatten och grundvatten sedan 2013.
Forskare arbetade med Pennsylvania-American Water Co. för att prova dricksvattenkällorna från sex reningsverk - tre i Susquehanna River, tre i reservoarer - alla i den mellersta delen av Susquehanna River Basin i centrala Pennsylvania.
Under tvåfasstudien, forskare letade efter föroreningar som tidigare upptäckts i Pennsylvania vatten. I fas I, alla vattenprover analyserades varannan månad för sju humana farmaceutiska föreningar, inklusive fyra antibiotika - ampicillin, sulfametoxazol, ofloxacin och trimetoprim; två smärtstillande medel — paracetamol och naproxen; och ett stimulerande medel - koffein. I fas II, de genomförde en intensiv provtagningsregim på en enda flodplats, fokusera på ett bredare utbud av nya organiska föroreningar.
Den här bilden visar hur ofta olika uppkommande organiska föroreningar hittades i forskningen, och i vilka koncentrationer. Kredit:Heather Preisendanz forskargrupp/Penn State
I fas I, sulfametoxazol, paracetamol och koffein detekterades oftast, i 54 %, 42 % och 35 % av proverna, respektive. trimetoprim, naproxen, ofloxacin och ampicillin upptäcktes i mindre än 35 % av proverna. Av de vanligast upptäckta läkemedlen, koffein hade den högsta genomsnittliga koncentrationen, medan sulfametoxazol och paracetamol hade lägre medelkoncentrationer. Ampicillin var den minst frekvent detekterade föreningen.
I fas II, Ytterligare 13 föreningar var inriktade på analys, inklusive humana och veterinära antibiotika - klortetracyklin, tetracyklin, oxytetracyklin, erytromycin, sulfadiazin, sulfadimetoxin, sulfametazin, och tylosin; ett antimikrobiellt medel - triclosan; ett antihistamin-cimetidin; ett antidiabetikum—metformin; en koffeinmetabolit—teobromin; och en neonikotinoid insekticid - tiametoxam.
I fas II, de vanligast upptäckta föreningarna var paracetamol och teobromin – båda i 89 % av proverna – koffein, finns i 87 % av proverna, och metformin i 84 % av proverna. Tiametoxam, naproxen och sulfametoxazol upptäcktes hos 21 %, 17 %, och 16 % av proverna, respektive. De övriga sex föreningarna detekterades i mindre än 2 % av proverna.
Koncentrationerna av nya organiska föreningar var låga, men de var utbredda, förklarade huvudforskaren Faith Kibuye, en doktorand vid Institutionen för lantbruks- och bioteknik när forskningen bedrevs.
"Övergripande, nya organiska föroreningar förekom i högre koncentrationer under kallare årstider än varmare årstider. Koncentrationen av tiametoxam, en neonikotinoid insekticid, ökade under högflödesperioder, sa Kibuye.
En vattenövervakningsstation vid en studieplats vid Susquehannafloden bestående av automatiserat löst syre, temperatur, pH- och vattennivåsensorer. Kredit:Faith Kibuye/Penn State
När flödena var höga, nivåerna av föroreningar från icke-punktkällor, troligen från jordbruksavrinning, var högst, och omvänt, när flödena var låga, koncentrationerna av föroreningar som vanligt förekommer i utsläpp från reningsverk var högst, forskare hittade.
"Detta beror på att stora stormhändelser, särskilt under vårmånaderna, mobilisera nya föroreningar, som bekämpningsmedel, från jordbruksmarker, ", sa Preisendanz. "Det förklarar det positiva sambandet mellan neonikotinoidkoncentrationer och flödeshastighet."
Bilden var mindre tydlig för föroreningarna som har både punktkällor och icke-punktkällor, Preisendanz lade till, eftersom vissa äldre kommuner har kombinerat storm- och sanitära avloppssystem som släpper ut orenat avloppsvatten vid högflödeshändelser.
Även utan vattenkvalitetsnormer för att definiera vilka nivåer som kan anses vara säkra för olika vattenlevande organismer och människors hälsa, forskarna beräknade riskbedömningar för föreningar som hittades i studien med hjälp av exponeringsgränser som redan fastställts av U.S. Food and Drug Administration. Dessa beräkningar visade att även om föreningarna utgjorde medel till hög risk för vattenlevande organismer, människors hälsorisk från att dricka vatten eller konsumera fisk är låg. Dock, studiens resultat, nyligen publicerad i Kemosfär , fastställde inte riskerna på grund av närvaron av flera föroreningar i vattnet samtidigt.
"Vi känner inte till effekten av att exponeras för en cocktail av dessa föreningar, även på låga nivåer, och om de kan ha en synergistisk effekt, " sade Preisendanz.
