In Zwitserland, meer dan 30, 000 verschillende stoffen worden dagelijks gebruikt in ontelbare producten – geneesmiddelen, cosmetica, schoonmaakmiddelen of industriële chemicaliën. Veel van deze stoffen komen – via rwzi’s – terecht in het oppervlaktewater, waar ze nadelige gevolgen hebben voor in het water levende organismen en drinkwaterbronnen. Om microverontreinigingen uit afvalwater te verwijderen, zo'n honderd strategisch geselecteerde rwzi's in Zwitserland zullen de komende jaren worden geüpgraded met een extra zuiveringsstap.

Het upgradeprogramma wordt op de voet gevolgd door wetenschappers van Eawag en het Eawag-EPFL Ecotox Centre. Zoals projectleider Christian Stamm aangeeft, "Dit biedt een unieke kans om te studeren, min of meer in realtime, hoe aquatische ecosystemen reageren op een vermindering van microverontreinigingen." de wetenschappers onderzochten de huidige chemische en biologische status, voorafgaand aan WWTP-upgrades. Stamm legt uit:"We wilden ook weten hoe microverontreinigingen uit gezuiverd afvalwater de samenstelling van biologische gemeenschappen en de functie van rivierecosystemen beïnvloeden. Hier, er zijn nog steeds aanzienlijke hiaten in onze kennis."

Talrijke microverontreinigingen in afvalwater

Tussen 2013 en 2014, Stamm en zijn team voerden regelmatig bemonstering uit in stroomopwaartse en stroomafwaartse stroomgebieden van 24 rwzi's en identificeerden de aanwezige stoffen (Fig. 1). De analyses tonen aan dat talrijke microverontreinigingen via gezuiverd afvalwater in rivieren terechtkomen. "Bijzonder opvallend was de toename van medicijnen en huishoudchemicaliën, " zegt Stamm - in het geval van medicijnen, de concentraties waren stroomafwaarts 30 keer hoger dan stroomopwaarts van rwzi's (Fig. 2). Een eerste beoordeling van het ecotoxiciteitsrisico gaf aan dat het ontstekingsremmende middel diclofenac en de pesticiden diazinon en diuron veel voorkomen in biologisch effectieve concentraties. Dit geldt ook voor andere stoffen op regionaal niveau.

Organismen stroomafwaarts van rwzi's vertoonden verschillende symptomen van stress veroorzaakt door microverontreinigingen. Bijvoorbeeld, genexpressie geassocieerd met cellulaire ontgifting werd waargenomen bij beekforel. Gammarid-populaties hadden geen jonge individuen, wijzend op een verminderde voortplanting of een verhoogde mortaliteit onder jongeren. De diversiteit van macro-invertebraten, die gevoelig zijn voor pesticiden, stroomafwaarts van de afvalwaterafvoeren werd verminderd. Ook aanwezig in afvalwater zijn antibiotica en resistente bacteriën, die de verspreiding van antibioticaresistentiegenen in ontvangende wateren kunnen bevorderen.

Verlies van aanpassingen na RWZI-upgrade

Algen en bacteriën, die de rivierbedding koloniseren in de vorm van biofilms en een belangrijke rol spelen in het voedselweb, worden ook beïnvloed door afvalwaterlozingen. Biofilms stroomafwaarts van rwzi's vertoonden een veel grotere tolerantie voor microverontreinigingen dan die welke stroomopwaarts leven. Volgens Stamm:"Hoe hoger de chemische belasting, hoe hoger de tolerantie, wat wijst op een oorzakelijk verband tussen blootstelling en biologische effecten."

Biofilms leverden bewijs voor de vroege effecten van een rwzi-upgrade:na de introductie van de aanvullende zuiveringsstap op de rwzi van Herisau, algen in de Glatt-rivier verloren relatief snel hun verhoogde tolerantie voor microverontreinigingen (Fig. 3). De geïnduceerde expressie van ontgiftingsgenen ging eveneens verloren bij stroomafwaarts levende beekforellen.

Gemaskeerde effecten onthuld door gootsysteem

Vaak, de effecten van microverontreinigingen kunnen niet direct in het veld worden gemeten, omdat ze worden gemaskeerd door de effecten van andere bestanddelen van afvalwater. Dus om de verschillende effecten te ontwarren, de onderzoekers voerden ook experimenten uit in een 16-kanaals gootsysteem (Fig. 4). Met behulp van dit systeem, zij toonden, bijvoorbeeld, dat terwijl de afbraak van organisch materiaal wordt geremd door microverontreinigingen, het wordt bevorderd door voedingsstoffen. Stamm zegt, "Dit ondersteunt onze bevindingen dat, afhankelijk van de voedingssituatie, bladafbraaksnelheden waren ongeveer tweederde lager stroomafwaarts dan stroomopwaarts van zuiveringsinstallaties." De statistische analyse geeft aan dat, bijvoorbeeld, bladversnipperende gammarid-populaties worden gedecimeerd door insecticiden.