I Baltimore, Maryland, läckande avloppsinfrastruktur levererar tiotusentals mänskliga doser av läkemedel till Chesapeake Bay varje år. Så rapporterar en ny studie i Miljövetenskap och teknik som övervakade ett stadsnätverk under en årslång period. De upptäckta läkemedelskoncentrationerna var ihållande, variabel, och inträffade på ekologiskt relevanta nivåer.

Läkemedelsföroreningar till sötvatten är ett globalt problem som är dåligt kvantifierat. Blandningar av droger i sjöar, floder, och strömmar kan störa djurens biologi och beteende, algtillväxt, och andra ekologiska processer – med skadliga kaskadeffekter.

Huvudförfattare Megan Fork, en postdoktoral forskarassistent vid Cary Institute of Ecosystem Studies, säger, "Läkemedel kommer in i sötvatten genom flera vägar, inklusive avloppsvatten från rening av avloppsvatten och septiska system, samt avrinning från jordbruket. En viktig, men ofta förbisedd bidragsgivare är åldrande och felaktig avloppsvatteninfrastruktur, vilket är vanligt i många äldre städer."

I ett år, veckovisa vattenprover samlades in från sex platser i Baltimores Gwynns Falls vattendelare. Fork förklarar, "Eftersom Gwynns Falls strömmar inte tar emot avloppsvatten, vi kunde uppskatta årliga belastningar av läkemedelsföroreningar som tillskrivs enbart läckande rör." Platser representerade en gradient av utveckling, allt från förort till mycket urban. Teamet tog också prov på en skogbevuxen referensplats nordväst om Gwynns Falls vattendelare.

Prover screenades för 92 farmaceutiska föreningar. På de sju studieplatserna, 37 unika föreningar upptäcktes. Det vanligaste var antibiotikumet trimetoprim. Den högsta koncentrationen av läkemedel upptäcktes där Gwynns Falls möter Baltimores Inner Harbor. Här, det smärtstillande preparatet paracetamol var vanligast. Läkemedelskoncentrationerna var högre på mer tätbefolkade platser.

För att uppskatta mängden farmaceutiska föreningar som läckande rör levereras till vattendelaren varje år (den årliga "belastningen"), teamet parade data om läkemedelskoncentrationer som upptäckts vid Gwynns Falls utlopp med flodutsläppshastigheter registrerade av en USGS övervakningsstation på platsen. Årliga belastningar beräknades för nio läkemedelsklasser.

Resultaten:läckande rör i Gwynns Falls vattendelare levererar motsvarande tiotusentals doser av farmaceutiska föreningar till Baltimores Inner Harbor; detta inkluderar 30, 000 vuxna doser av antidepressiva, 1, 700 doser antibiotika, och ca 30, 000 tabletter paracetamol. Koncentrationerna var miljörelevanta - på nivåer som kunde påverka organismers beteende, biologi, och andra ekologiska processer – och mycket varierande, vilket innebär att vattenlevande organismer utsätts för en ständigt föränderlig blandning av föreningar.

Fork förklarar, "Att fastställa mängderna av föroreningar som läkemedel är viktigt eftersom låga koncentrationer kan vilseleda tillsynsmyndigheter och chefer att tro att de är obetydliga. I Baltimore ser vi redan att strömboende bakterier är resistenta mot vanliga antibiotika, vilket tyder på att låg kronisk exponering kan resultera i betydande effekter på strömmen."

Nästa, teamet beräknade den årliga vattendelaren "massbalans" för åtta läkemedelsklasser. Målet:att avslöja vägarna genom vilka farmaceutiska föreningar som konsumeras i Gwynns Falls vattendelare kommer in i miljön, och hur dessa vägar skiljer sig mellan föreningar.

Massbalansberäkningar tog hänsyn till data om:per capita avloppsvattenvolym, mängden läkemedel som konsumeras (uppskattad med hjälp av nationella uppgifter om recept, skalas till befolkningen i Gywnns Falls vattendelare), koncentrationer av läkemedel i avloppsvatten, andelen farmaceutiska föreningar som metaboliseras i kroppen kontra andelen som utsöndras, mängden läkemedelsföroreningar som avlägsnas genom rening av avloppsvatten, mängden som läcker, och mängden som kommer ut i miljön via renat avloppsvatten från avloppsanläggningen.

Även om Gwynns Falls vattendelare inte tar emot avloppsvatten från reningsverk, avloppsvatten som produceras i Gwynns Falls vattendelare leds bort för behandling i en närliggande vattendelare. Efter behandling, detta avlopp släpps ut i Chesapeake Bay. Detta avledda avloppsvatten ingick i massbalansberäkningarna.

Emma Rosi, senior medförfattare och akvatisk ekolog vid Cary Institute, förklarar, "Våra resultat visar att växter och djur som exponeras för avloppsvatten från läckande rör får en annan blandning av föreningar än de som exponeras för avloppsvatten från reningsverk. I Gwynns Falls vattendelare, avloppsvatten är den huvudsakliga leveransvägen för antibiotika, medan smärtstillande medel är mer benägna att komma in i miljön via läckande infrastruktur. Denna typ av information är avgörande för att bedöma organismers exponering för olika föreningar och associerade effekter."

Att minska tillförseln av läkemedel till sötvatten kräver kommunala investeringar i att reparera gammal och skadad avloppsvatteninfrastruktur, och uppgradering av reningsanläggningar för avloppsvatten för att mer effektivt ta bort dessa föroreningar. Kvantifiera årliga mängder läkemedel som kommer in i sötvatten, och identifiera vägar för tillträde till miljön, kan vägleda reglering och tillhandahålla mått för att bedöma framtida insatser för att minska föroreningar.

Rosi konstaterar, "Vi uppskattar att nästan 1 % av det råa avloppsvattnet med ursprung i Gwynns Falls vattendelare rinner ut i miljön via läckande infrastruktur. Om vi ​​extrapolerar våra beräkningar till hela Chesapeake Bays vattendelare, Vi uppskattar att cirka 11,7 miljarder liter råavloppsvatten kan komma in i bukten via läckor varje år – och bära med sig en rad farmaceutiska föreningar som kan påverka vattenlevande organismer och störa ekosystemprocesser."

Med Fork avslutande, "Våra fynd understryker att det finns läkemedel i sötvatten, och behovet av att undersöka och redogöra för alla föroreningsvägar, inte bara uppenbara sådana som avloppsvatten från reningsverk."

Denna forskning är ett bidrag till Baltimore Ecosystem Study, en webbplats för långsiktig ekologisk forskning finansierad av US National Science Foundation. I över 20 år, Gwynns Falls studieplatser har övervakats för vattenföroreningar; dessa data bidrar till en växande mängd forskning som tittar på nya miljöföroreningar.