Er is aanzienlijke onzekerheid over opkomende verontreinigingen in aquatische ecosystemen en grondwater, en een recent Penn State-onderzoek naar verbindingen uit farmaceutische producten en producten voor persoonlijke verzorging bracht niet veel duidelijkheid. Maar het gaf wel inzicht in het transport van de chemicaliën, volgens onderzoekers van het College of Agricultural Sciences.

Het onderzoek, die werd uitgevoerd in de afvalwaterzuiveringsinstallatie van Penn State en de Living Filter van de Uuniversity, analyseerde het lot van zeven opkomende verontreinigingen:paracetamol, ampicilline, cafeïne, naproxen, ofloxacine, sulfamethoxazol, en trimethoprim.

Het doel van het onderzoek was om deze verbindingen via de afvalwaterzuiveringsinstallatie en uiteindelijk naar de bronnen bij de Living Filter te volgen om de verwijderingsefficiëntie van de installatie en het vermogen van het bodemprofiel van de Living Filter om verdere behandeling te bieden van de verbindingen die in de afvalwater.

Een keer per week van oktober 2016 tot maart van dit jaar, 24-uurs composietmonsters werden verzameld na elk behandelingsproces door de fabriek. Bij de Living Filter werden maandelijks watermonsters genomen uit 14 grondwaterputten. De bevindingen van het onderzoek - hoewel geenszins overtuigend - waren tot nadenken stemmend en nuttig, volgens Heather Gall, assistent-professor landbouw- en biologische technologie.

"Het onderzoek was uniek omdat het een momentopname opleverde van de bodem die werkte als een biogeochemisch filter om enkele opkomende verontreinigingen te verwijderen, " zei Gal, die de bevindingen presenteerde op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Society of Agricultural and Biological Engineers, in Spokane, Washington.

"Penn State was de ideale plek om te kijken naar de verplaatsing van geneesmiddelen van afvalwater naar grondwater, omdat de universiteit al haar behandelde afvalwater sinds het begin van de jaren tachtig heeft geïrrigeerd op bijna 600 hectare landbouw- en bebost land dat bekend staat als het levende filter. " zei Gall. "En met nabijgelegen putten kunnen we kijken naar concentraties van de chemicaliën die het relatief diepe grondwater over de site bereikten."

In het algemeen, Gall legde uit, de studie onthulde dat de afvalwaterzuiveringsinstallatie acetaminophen en cafeïne effectief verwijderde en seizoensvariabiliteit vertoonde in de verwijderingsefficiëntie van de andere verbindingen. De actiefslibcomponent van de installatie was de meest effectieve stap voor het verlagen van de verontreinigingsconcentraties. De concentraties in het grondwater waren doorgaans minstens een orde van grootte lager dan de concentraties in het afvalwater van de zuiveringsinstallatie, wat suggereert dat de bodem over het algemeen fungeerde als een effectief biogeochemisch filter, behalve tijdens sneeuwsmeltevenementen.

Veldwerk voor het onderzoek - dat werd uitgevoerd door hoofdonderzoeker Brittany Ayers, op het moment dat een student aan het Penn State Schreyer Honours College werd uitgevoerd in verschillende weersomstandigheden, die van invloed waren op de manier waarop de zuiveringsinstallatie met de chemische verbindingen omging, merkte Gall op. Microben in het behandelingsproces, die de verontreinigingen afbreken en verwijderen, leek niet zo efficiënt te zijn tijdens de kou, winterse omstandigheden.

Lage temperaturen leken geen invloed te hebben op het vermogen van de bodem om verontreinigingen uit te filteren; echter, zware neerslag en significante sneeuwsmeltgebeurtenissen verminderde verwijdering, wat betekent dat er na deze gebeurtenissen hogere concentraties werden waargenomen in de putten.

"Interessant aan dit project was dat deze monsters voornamelijk in de koude maanden werden genomen, en we zien niet vaak dat veldonderzoek in de winter wordt gedaan. Maar dat gebeurde omdat het onderzoeksproject onderdeel was van de honoursthesis van de student, en gedaan tijdens het voorjaarssemester, Gall zei. "Dus we zagen de invloed van koude omstandigheden, vries-dooi cycli, en zwaar, langdurige regen."

De studie van opkomende verontreinigingen is belangrijk omdat mensen in hun dagelijks leven een grote verscheidenheid aan chemicaliën gebruiken, inclusief medicijnen op recept, vrij verkrijgbare medicijnen en producten voor persoonlijke verzorging. De chemicaliën in deze producten komen in de afvalwaterstroom terecht en worden niet volledig verwijderd door afvalwaterzuiveringsinstallaties, waardoor deze chemicaliën en hun metabolieten in het behandelde afvalwater blijven bestaan.

Hoewel deze verbindingen als waterverontreinigende stoffen worden beschouwd, ze zijn nog niet gereguleerd door enige waterkwaliteitsnormen. Ze zijn aangetroffen in oppervlaktewater, grondwater, afvalwater en zelfs drinkwater, maar de langetermijngevolgen voor niet-doelsoorten zoals in het water levende dieren en de menselijke gezondheid zijn grotendeels onbekend.

Algemeen wordt aangenomen dat deze verbindingen het aquatisch milieu hebben bereikt zolang ze commercieel worden gebruikt, maar pas in de afgelopen tien jaar is er op grote schaal milieuonderzoek gedaan en is er bezorgdheid geuit over de effecten van geneesmiddelen in waterlichamen.

Vooruitgang in technologie en analytische chemie hebben de detectielimieten verlaagd, waardoor de detectie van deze chemicaliën mogelijk is in concentraties zo laag als delen per miljard en delen per biljoen. Van relatief lage concentraties is bekend dat ze vissen en amfibieën aantasten.