Nedbrytning av läkemedel i avloppsslam för biogasproduktion.

Nedbrytning av läkemedel i
avloppsslam för biogasproduktion.
2015-01-29
Dalalsnds MIljökontor
Martin Odalgård
Innehåll
Summary ................................................................................................................................................. 2
Sammanfattning ...................................................................................................................................... 2
Inledning och Syfte .................................................................................................................................. 3
Bakgrund ................................................................................................................................................. 4
Läkemedlens väg från människa till gröda .............................................................................................. 5
Läkemedel i kroppen ........................................................................................................................... 5
Läkemedel i reningsverk ...................................................................................................................... 5
Läkemedel i sluten tank....................................................................................................................... 6
Hygienisering ....................................................................................................................................... 6
Diskussion .............................................................................................................................................. 11
Åtgärder för att förbättra slamkvaliteten för slam från slutna tankar.................................................. 13
Summary
Dalslands environmental office (DMK) is since 2012 involved in the Interreg project Implement,
whose aim is to increase the knowledge and develop the potential for biogas production. For DMK,
questions concerning the handling of sewage and household waste have been in focus. The
municipality has a large number of individual wastewater facilities, where the toilet is discharged to a
septic tank. There is a great potential to bring the nutrients collected through these to productive
farmland and the chemically bound energy can be utilized by permitting the sewage sludge to
undergo anaerobic digestion for biogas production. This digestion could take place in any of the
existing facilities located in the municipality today. However, there is concern that the drug or
remnants of these are transferred to the crops and affect the consumer. In a scenario where the
black water from septic tank to a greater extent are returned to agricultural land, requires the issue
of the extent to which drug residues are broken down through the various stages and the degree to
which they may be taken up by crops, elucidated. This study is a brief review of the research on the
chemical, physical and biological agents that have the potential to break down the drug in question,
from the time it leaves the body until it can finally be taken up by plants.
Sammanfattning
Dalslands miljökontor (DMK) är sedan 2012 delaktiga i interregprojektet Implement, vars syfte är att
öka kunskapen om och utveckla potential för biogasproduktion. För DMK:s del har frågor som berör
hantering av avlopps- och hushållsavfall varit i fokus. I kommunen finns ett stort antal enskilda
avloppsanläggningar, där toaletten avleds till en sluten tank. Det finns en stor potential att återföra
de näringsämnen som samlas upp via dessa tankar till produktiv åkermark. Även den kemiskt bundna
energin kan nyttiggöras genom att avloppsslammet genomgår rötning för biogasproduktion. Denna
rötning skulle kunna ske i någon av befintliga rötgasreaktorer som finns i kommunen idag. Det finns
dock en oro för att läkemedel eller rester av dessa tas upp i grödor och påverkar konsumenten. I ett
scenario där svartvatten från enskilda avloppsanordningar i större utsträckning ska återföras till
åkermark, behöver frågan om i vilken utsträckning läkemedelsrester bryts ner genom de olika stegen
samt i vilken grad de riskerar att tas upp av grödor, belysas. Denna litteraturstudie är en kortfattad
genomgång av forskningen på de kemiska, fysiska och biologiska agens som har potential att bryta
ner läkemedlet i fråga, från det att det lämnar kroppen till att det slutligen kan tas upp av växter.
Inledning och Syfte
Svartvatten, dvs fekalier, urin och toalettpapper, som samlas upp i sluten tank utan annan
inblandning av vatten än spolvattnet, innehåller alla de makro- och mikronäringsämnen som är en
förutsättning för växtodling samt har mycket låga halter av ovidkommande substanser som metaller
och organiska föroreningar (Estévez, 2014). Ca 90 % av näringsämnen och 99,99 % av patogena
organismer (bakterier/virus/parasiter) från hushållens avloppsvatten kommer via svartvattnet
(Christensen m fl, 2013). Källsorterat svartvatten innehåller låga halter av tungmetaller, ofta i nivå
med mineralgödsel, vilket motsvarar ca en tiondel av metallinnehållet i stallgödsel (Jönsson et al,
2004).
I Sverige finnas ca 700 000 små avloppsanläggningar, varav hälften inte uppfyller de krav som ställs
och 130 000 inte har längre gående rening än slamavskiljning (HaV, 2014). Studier på reduktion av
läkemedelssubstanser i markbäddar har genomförts i begränsad utsträckning, men tyder för de flesta
typer av undersökta substanser, på en något bättre kvittblivning än vad som är fallet i
avloppsreningsverk (AVR) (Ejhed et al., 2012).
En stor del av avloppsanordningarna inom Dalslands Miljökontors område kommer att behöva
åtgärdas inom den närmsta 10 till 20 årsperioden. I Mellerud bedöms det finnas ca 3500 hushåll med
enskild avloppsanordning och vid tidigare inventeringar och tillsynsprojekt har 80 % av dessa
bedömts som undermåliga, men på längre sikt kommer alla att behöva åtgärdas. Storleken på det
genomsnittliga hushållet i Sverige 2012 var 2,22 personer (SCB) och i genomsnitt utsöndrar vi 0,5 kg
fosfor (P) /år, 4,6 kg kväve (N) /år samt 1,2 kg kalium (K) /år. Om dessa näringsämnen samlades upp
från hushåll med enskilda avloppsanordningar i Melleruds kommun, skulle detta årligen bidra med ca
3900 kg P, 36 000 kg N samt 9300 kg K. Produktion och distribution av motsvarande mängd
näringsämnen i form av konstgödsel ger upphov till ca 200 000 kg CO2-ekvivalenter och mängden
fosfor motsvarar behovet för ca 150-200 ha spannmålsodling.
Funktion och robusthet hos små avloppsanordningar för enskilda hushåll varierar kraftigt mellan
olika konstruktionstyper, marksubstrat, ålder och skötsel. De tunga lerjordar som karaktäriserar stora
delar av Dalboslätten är inte lämpliga för infiltration, utan här är andra, mer kostsamma typer av
anordningar, nödvändiga. Uppsamling av svartvatten i sluten tank med extremt snålspolande
toaletter eller vakuumtoaletter kan vara ett kostnadseffektivt sätt att både drastiskt minska halterna
av patogena organismer samt näringsläckage från små avloppsanordningar och på samma gång
skapa förutsättningar för ett kretslopp av näringsämnen, vilka kan återföras till produktiv
jordbruksmark i närområdet.
När återföring av slam med humant ursprung aktualiseras i samhällsdebatten, kommer ofta frågan
om läkemedelsrester upp. Det finns en stor oro att läkemedel eller rester av dessa tas upp i grödor
och påverkar konsumenten. I ett scenario där svartvatten från enskilda avloppsanordningar i större
utsträckning ska återföras till åkermark, behöver frågan om i vilken utsträckning läkemedelsrester
bryts ner genom de olika stegen samt i vilken grad de riskerar att tas upp av grödor, belysas. Från det
att läkemedlen hamnar i den slutna tanken till det att rötresten läggs på åkermark och kvarvarande
läkemedel kan tas upp av växande grödor, kommer substansen att exponeras för olika typer av
kemiska, termiska, fysikaliska och biologiska agens, vilka har potential att bryta ner substansen i
fråga; syrerika/syrefattiga samt sura miljöer i de slutna tankarna, värme eller basisk miljö i
hygieniseringssteget, åter igen sur miljö och värme i rötgasreaktorn och därefter efterlagring och
slutligen spridning på åkermark, där både markbakterier och UV-ljus kan bryta ner substansen.
Denna litteraturstudie syftar till att ge en överblick över i vilken mån olika läkemedelssubstanser
bryts ner av olika agens samt i vilken utstäckning de kan förvänts tas upp av växter.
Bakgrund
Läkemedelssubstanserna når avloppsvattnet främst genom att utsöndras via urin och till en mindre
del via fekalier samt genom oriktig kassering, då preparaten töms i toalett. Insatser för att begränsa
mängden inkommande läkemedel till avloppsreningsverk (AVR) är begränsad till information mot
enskilda om hantering av kasserade läkemedel. (Wahlberg C. B., 2010)
I Sverige används cirka 7 600 olika läkemedel fördelade på över 1 000 olika verksamma substanser.
(Wahlberg C. B., 2010) Aktiva substanser är framtagna för en specifik terapeutisk effekt och kan
därför även påverka andra organismer, vars enzymer, hormoner och receptorer ofta påminner om
människans (Gunnarsson et al. 2008). Läkemedlens vattenlöslighet samt likheten, med avseende på
cellstruktur och receptorer, mellan å ena sidan människan och å andra sidan vattenlevande
ryggradsdjur, medför att den senare gruppen är extra utsatt för läkemedels påverkan. Bl a har
fiskpopulationer nedströms reningsverk i England uppvisat förskjutning i könskvot samt tvekönade
fiskar, med både testikel- och äggstocksliknande vävnader (Wahlberg C. B., 2008). I en
toxicitetsklassificeringsstudie på ett stort antal läkemedel (671) visade sig ca en tredjedel av dessa
vara potentiellt mycket toxiska för akvatiska organismer (Sandersson H, 2004).
Studier i Sverige (Larsson, 1999) visar på en kraftig biokoncentration av det konstgjorda östrogenet
etinylöstradiol (EE2) i fisk. Könsdifferentieringen, processen i vilken honor och hanar utvecklas,
påverkas redan vid mycket låga halter av EE2 (Örn. S., 2003) och en feminisering och påverkan på
befruktningsgraden är också tydlig redan vid låga halter (Parrott, 2005). I naturliga ekosystem kan
detta få omfattande konsekvenser, vilket påvisats i en kanadensisk studie (Kidd, 2007), där man
under flera års tid tillsatte EE2 till en sjö och i halter som motsvarar de som kan uppmätas direkt
utanför ARV-recipienter, varvid fiskpopulationen kollapsade totalt.
Antiinflammatoriska läkemedel som diklofenak som använts för behandling av boskap har, genom att
orsaka njursvikt och därpå följande gikt, slagit ut populationer av vitryggade gamar i Indien och
Pakistan (Oaks, 2004); även fiskens gälar och leverstorlek påverkas av denna typ av substanser
(Wahlberg C. B., 2008).
Även betablokerare, blodfettssänkande mediciner, antieleptika och serotoninåterupptagshämmare
(SSRI) har i flera studier visat sig påverka akvatiska arter, så som fiskar, kräftdjur, amfibier och
blötdjur. Påverkan sker på fertilitet, parnings- och födosöksbeteende och rörlighet, och redan vid
koncentrationer som ligger i nivå med eller under vad som kan uppmätas i miljön (Wahlberg C. B.,
2008)
Antibiotika är av flera skäl problematiskt, dels då det påverkar de biologiska processerna i
reningsverken –som sköts av bakterier- och även bakteriesamhällen i recipienten samt då det finns
en risk för ökad antibiotikaresistens och att denna resistens kan överföras mellan olika stammar av
bakterier. (Wahlberg C. B., 2008)
Läkemedel ges en kemisk design som syftar till att försvåra nedbrytning och därmed öka
förutsättningarna för att nå önskad terapeutisk effekt. (Wahlberg C. B., 2008) I huvudsak kan
nedbrytning hänföras till en eller en kombination av kategorierna: Sur eller basisk hydrolys, termisk
påverkan, oxidation, fotolys (Blessy et al, 2014) samt nedbrytning av enzym som t ex β-laktamas, som
utsöndras av bakterier (Kümmerer et al, 2008). Antibiotika i gödsel från djurstallar anses brytas ner
mest effektivt genom i, kompostering (aerob, bakteriell nedbrytning) ii, rötning (anaerob, bakteriell
nedbrytning) iii, nedbrytning vid lagring av gödsel samt iv, nedbrytning efter spridning på mark
(aerob, bakteriell nedbrytning samt fotolys). (Massé et al, 2014)
Läkemedlens väg från människa till gröda
Läkemedel i kroppen
För att effektivt stå emot den sura miljön i magsäcken och mikrofloran i tarmkanalen är
läkemedelssubstanser ofta svårnedbrytbara och låter sig därför inte heller lätt bryts ned i
reningsverkens processer. (Wahlberg C. B., 2008) De är också i huvudsak - 95 % av alla läkemedel –
vattenlösliga i sin ursprungliga form eller har ombildats till vattenlösliga metaboliter och hamnar
därför i mindre utsträckning i slamfraktionen. (Wahlberg C. B., 2010)
Människan och andra djur, framför allt ryggradsdjur, har ett enzymatiskt system för kvittblivning av
såväl hormoner som läkemedel som av kroppsfrämmande ämnen som rena miljögifter. Vattenlösliga
substanser kan utsöndras direkt via urinen och fettlösliga, lipofila ämnen, görs mera vattenlöslig
genom enzymatisk ombildning och ibland även genom konjugering med andra, kroppsegna
molekyler, och blir därmed lättare att avlägsna från kroppen. Ett konjugerat läkemedel eller annat
kroppsfrämmande ämne kan i reningsverken spjälkas, varvid modersubstansen återbildas – detta
förklarar varför vissa läkemedel uppmäts i högre nivåer efter än före reningsverken. Ren nedbrytning
i kroppen sker också i varierad grad, beroende på vilken typ av substans som är i fråga. (Wahlberg C.
B., 2008)
Av den antibiotika som ges till djurbesättningar, beräknas ca 70-90 % av de ursprungliga
substanserna lämna kroppen oförändrade eller som aktiva metaboliter (Massé et al, 2014).
Läkemedel i reningsverk
Läkemedel är generellt sett inte volatila till sin karaktär och kommer sannolikt i mycket liten
utsträckning att avgå i gasform från reningsverk eller annan öppen hantering.
Avloppsreningsverk är inte primärt konstruerade för att rena eller på annat sätt avlägsna läkemedel
(Wahlberg C. B., 2008). Stockholm Vatten har under fyra år genomfört projektet Läkemedel –
förekomst i vattenmiljön, förebyggande åtgärder och möjliga reningsmetoder, med syfte att
undersöka möjligheterna att minska tillförsel av läkemedel till avloppsnätet, att kartlägga halterna i
utsläppen från reningsverken, i recipienten och i dricksvatten, att ta reda på hur läkemedelsrester
avskiljs eller bryts ned i de olika reningsstegen i dagens reningsverk samt att genom försök med
kompletterande reningstekniker testa om reningen av läkemedelsrester kan förbättras. Över 90
läkemedel valdes ut, baserat på försäljningsvolymer, terapeutisk verkan, kemisk-fysikaliska
egenskaper och möjlighet till utveckling av analysmetodik. Av dessa återfanns 78 i inkommande
vatten till reningsverken.
Inom ramen för Stockholm Vattens projekt genomfördes massbalansberäkningar för 44 olika
läkemedelssubstanser i två av de ingående AVR -Bromma och Henriksdal. Beräkningarna baseras på
ett relativt litet provtagningsunderlag - endast två mättillfällen. Resultatet visar på att i utgående
vatten, som genomgått mekanisk, biologisk samt kemisk rening, har mellan 20 – 50 % av mängden
läkemedel försvunnit. Av de ca 20 – 25 % som via avskilt slam gick vidare till rötning reducerades upp
till hälften av mängden läkemedel i denna process och endast 3 av 87 analyserade läkemedel
återfanns i halter över 1 ng/kg TS. Avgörande för graden av nedbrytning av läkemedel bedöms i
första hand var uppehållstiden –ju längre uppehållstid i reningsverket, ju högre grad av nedbrytning.
Rötning av slam kan ske satsvis eller via kontinuerligt flöde, båda med varierande uppehållstider. Vid
kontinuerligt inflöde, sker också ett kontinuerligt uttag. Detta medför att uppehållstiden för uttaget
material, i det enskilda fallet, kan vara kort och att nedbrytningen av läkemedelssubstanser därför är
begränsad. (Wahlberg C. B., 2008)
Graden av nedbrytning av läkemedel i ARV är delvis relaterad till upphållstiden (Wahlberg C. B.,
2010) En sammanställning över reduktion av ett antal vanligt förekommande läkemedel i AVR med
respektive utan kvävereduktion –där kvävereduktionssteg innebär en längre uppehållstid- visar på en
minskning av läkemedel med ca 19 % där kväverening finns, samt en ökning med ca 5% i AVR som
saknar kväverening. (Wahlberg C. B., 2008). Generellt kan sägas att då slamåldern är under 3 dygn är
nedbrytningen av läkemedel mycket låg, men ökar snabbt vid slamåldrar upp till 10 dygn. Efter 10
dygn ger inte ytterligare ökning av slamålder en proportionell ökning av nedbrytning (Wahlberg C. B.,
2008). För vissa läkemedel, som antiinflammatoriska diklofenak, ökar nedbrytningen när slammets
ålder uppgår till mellan 20 och 60 dygn. (Clara, 2005) Anledningen till detta är sannolikt att
nedbrytningen är av pseudo-första ordningens kinetik, dvs koncentrationsberoende, men också
beroende av slammets sammansättning, i detta fallet sammansättning av bakterieflora (Wahlberg C.
B., 2008) Den förbättrade nedbrytningen vid högre slamålder beror på att fler långsamväxande
bakterier har chans att etablera sig. (Cerne, 2006)
Läkemedel i sluten tank
Inga studier har påträffats beträffande vilka bakterilla processer som sker i en sluten tank för
toalettavlopp, men det är inte orimligt att anta att dessa i stor utsträckning är de samma som
motsavarande i ett AVR med aktivslam, dvs både aerob och anaerob nedbrytning.
Hygienisering
SP, Sveriges tekniska forskningsinstitut, har tagit fram ett certifieringssystem för säker och spårbar
hantering av slam med humanursprung. För att certifieras enligt denna standard krävs att slammet
genomgår något slags hygienisering. Hygieniseringen kan vara antingen termisk, där substratet värms
upp till en viss temperatur under en viss tid; genom urea, där pH höjs och ammoniak avdödar
potentiellt patogena mikroorganismer samt med hjälp av kalk, varvid pH höjs kraftigt.
Ureahygienisering
Ureahygienisering innebär att urea tillsätts till ca 1 % (viktprocent), vilket bryts ner till ammoniak av
bakteriellt producerade enzym, (Nordin, 2010) och pH stiger till mellan 8,6 och 9,5 (Estévez, 2014).
Flera kända antibiotika, tillhörande penicillingruppen, bryts snabbt ner till verkningslösa substanser
då pH överskrider 7,5 (Deshpande et al, 2004), t ex är halveringstiden för Oxytetracycline 1,5 gånger
kortare vid pH 10,0 än vid pH 7,0 (Adriana et al., 2000). Gadkariem studerade
nedbrytningshastigheten av Diloxanide furoate, ett läkemedel mor amöbainfektioner, vid låga och
höga pH. Vid pH som motsvarar de i magen var substansen stabil efter två timmar, men redan vid
moderat basiska förhållanden - pH 8,5 - var dess halveringstid endast 12 minuter. (Gadkariem et al.,
2004)
Studier på nedbrytning av Clobazam, ett lugnande läkemedel som tillhör gruppen bensodiazepiner,
visar på att substansen snabbt bryts ned vid höga pH (pH 14) och i något mindre omfattning vid låga
pH (Souri, 2014), magsyraproduktionshämmande substanser som famotidin bryts ner vid höga pH
(Singh et al, 2001) och även Voriconazole, ett läkemedel för behandling av svampinfektioner, bryts
ner i hög grad i basiska miljöer, men i mycket liten omfattning under sura förhållanden (Badr Eldin et
al, 2010). Atorvastatin, ett blodfettreglerande läkemedel som tillhör gruppen statiner, bryts ner vid
både höga och låga pH-värden (Oliveira, 2013).
Termisk hygienisering
I en studie på antibiotikat Ceftazidime, (Andréia de Haro et al., 2012) exponerades substansen för en
temperatur på 45 ⁰C under 24 timmar, varvid 85 % av läkemedelssubstansen bröts ned.
Halveringstiden för ett annat antibiotikum, Oxytetracycline, visade sig vara 54 gånger kortare vid 43
⁰C än vid 25 ⁰C (Adriana et al., 2000) I ovan nämnd studie på Clobazam exponerades denna substans,
både i sin fasta form och i lösning, för en temperatur på 80 ⁰C under 5 dygn, men nedbrytningen var
nästan obefintlig. Generellt antas att en temperaturökning med 10 ⁰ ger 2 till 5 gånger snabbare
nedbrytning (Andréia de Haro et al., 2012).
Rötning
I studier av på nedbrytning av antibiotikasubstanserna Tylosin under rötning i 2 – 4 dagar bröts i
genomsnitt 95 % av läkemedlet ner (Chelliapan et al, 2006) samt Chlorotetracycline, där 75 %
nedbrytning av uppnåddes under 33 dygns rötning (Arikan, 2008).
En undersökning av hur flera typer av läkemedel påverkas av rötning gjordes i samband med EUprojektet Poseidon. Två pilotrötkammare testades vid mesofil (37 °C) och termofil (55 °C) rötning.
Rötkamrarna tillfördes en blandning av primär- och överskottslam. En säkerställd anaerob biologisk
nedbrytning till mer än 80 % var bevisad bara för naproxen (NSAID) och sulfametoxazol (antibiotika).
(Wahlberg C. B., 2008)
Analyser utförda på slam före och efter rötning vid Linköpings AVR visar att halten av fyra olika
läkemedelsföreningar (atenolol, metoprolol, naproxen och paracetamol) minskar med ca tio gånger
efter rötning och i Svenskt Vattens studie på AVR i Bromma och Henriksdal uppskattas nedbrytnigen
av de 44 olika läkemedelssubstanserna uppgå till ca 50 %. (Wahlberg C. B., 2008)
Kompostering
I en nyligen publicerad studie (Yu Bin Ho, 2013) undersöktes nedbrytningstiden hos nio vanliga
antibiotikasubstanser och ett hormon under kompostering av stallgödsel. Under de 40 dagar som
studien pågick skedde en 99 % reduktion av de studerade substanserna; halveringstiden låg mellan
1,3 - 3,8 dagar (se tabell 1). Dolliver studerade nedbrytningshastigheten hos fyra olika antibiotika
under två typer av kompostering – i stuka och i behållare. Stukan omblandades och vattnades en
gång per vecka och den isolerade, slutna behållaren, roterades kontinuerligt. Chlorotetracyclin bröts
ner snabbt – mer än 99 % på 10 dygn; Monesin och Tylosin reducerades med mellan 54 och 76 % och
Sulfamethazine bröts inte ner över huvud taget. (Dolliver et al, 2008)
I marken
Ett begränsat antal studier har genomförts på koncentrationer och nedbrytning av läkemedel i mark
samt upptag i växter. I huvudsak berör dessa studier veterinärmediciner och då främst antibiotika
som tillförts mark via stallgödsel. Studier (Kümmerer et al, 2008) visar på en relativt långsam
nedbrytning i mark av antibiotikagruppen tetracykliner, ett bredspektrumantibiotika som används
både inom human- och veterinärmedicin (FASS, 2015). Substanserna förefaller adsorbera till partiklar
i övre markskiktet och därmed är läckage till grundvatten och plantrötternas tillgänglighet till dessa
begränsade (Hamscher et al. 2000, 2002); I en studie (Lillenberg et al., 2010) tillsattes
bredspektrumantibiotika från gruppen fluoroquinoloner till jord i koncentrationer mellan 10 och 80
µg/ml. Man fann då att adsorptionen till partiklar låg mellan 99,5 och 100 %. (Med ökad adsorption
följer minskad biotillgänglighet.) Sannolikt påverkar höga halter av antibiotika diversitet och
abundans i markens mikroflora, men inga allvarliga effekter har noterats på t ex mask och
hoppstjärtar (Boxall et al., 2006).
Boxhall et al studerade halveringstiden (DT50) i jord samt tiden för 90% reduktion (DT90) i jord för tio
olika human- och veterinärläkemedel, 7 antibakteriella, 2 parasiticider samt ett antiinflammatorisk
läkemedel. Halveringstiden var mindre än 103 dygn för samtliga undersökta substanser utom en
(Enrofloxacin, antibakteriell), medan DT90 översteg 152 dygn för hälften av substanserna. I en annan
studie (Schlüsener et al., 2006) bestämdes halveringstiden för sex vanliga antibiotika i jord, vilka
fanns variera från någon vecka och upp till längre tid än vad experimentet varade (120 d). (Se tabell
1.)
Alla landlevande däggdjur producerar hormoner som de lämnar på mark via sin avföring. Detta har
lett till en evolutionär anpassning av markens mikroflora till att metabolisera dessa hormoner. Denna
anpassning är sannolikt stor på åkermark som brukats regelbundet och i synnerhet där gödsling med
stallgödsel är frekvent. (Jönsson et al, 2004)
Erytromycin
Salinomycin
Oleandomycin
Roxithromycin
Tiamylin
Tylosin
Amoxicillin
Diazinon
Enrofloxacin
Florfenicol
Levamisol
Oxytetracyclin
Phenylbutazone
Sulfadiazin
Trimethoprim
Doxycyclin
Flumequin
Norfloxacin
Tilmicosin
Tabell 1.
DT50
DT50
DT50
DT90
(dygn)
(Schlüsener et al)
(dygn)
(Boxhall et al)
(dygn)
(Yu Bin Ho, 2013)
(dygn)
(Boxhall et al)
12
5
27
>120
16
8
1,4
<103
<1
<103
>152
<103
<103
<103
<103
<103
<103
2,2
2,8
1,4
3,7
3,8
1,3
2,1
2,0
<103
<1
<152
>152
>152
>152
>152
<152
<103
>152
Exponering för solljus
Exponering av läkemedelssubstanser för ljus kan inducera fotooxidation genom mekanismer där fria
radikaler är involverade. Främst är det funktionella grupper, så som karbonylgrupper, aminooxider,
alkener m fl, som påverkas (Blessy, 2014)
I en studie (Thiele-Bruhn, 2007) undersöktes icke-biotisk nedbrytning av nio olika antibiotika genom
att sprida dessa i prover av sand, matjord samt grisgödsel. Proverna steriliserades först, för att på så
vis kunna utesluta bakteriell nedbrytning. Proverna exponerades för ljus från en båglampa och
ljusförhållanden jämförbara med de som råder i Centraleuropa under senvinter eftersträvades.
Exponeringen varade under 28 dygn och kontrollprover förvarades under samma tid i mörker.
Koncentrationsminskningen var tydligast i proverna med grisgödsel, där mellan 3 och 20 % av de
ursprungliga koncentrationerna fanns kvar efter 28 dygn och upp till 69 % av substanserna fanns kvar
i kontrollproverna. Minskningen var över lag mindre tydlig i jord- och sandproverna jämfört med
proverna med grisgödsel. Författarna menar att bidragande orsaker till detta kan vara bättre
ljuspenetration samt att grisgödsel kan innehålla ämnen, framför allt komplexbundna metalljoner,
som katalyserar nedbrytningen. I en studie på antibiotikumet Ceftazidime, (Andréia de Haro et al.,
2012) exponerades substansen för både UV-ljus (254 nm) samt synligt ljus (320 nm) under 24
timmar, varvid 85 respektive 86 % av läkemedelssubstansen bröts ned. Vidare visade sig
halveringstiden för ett annat antibiotikum, Oxytetracycline, vara 72 % kortare då det exponerades för
ljuset från en 15 W fullspektrums akvarielampa (Adriana et al., 2000).
Effekten av fotonedbrytning av läkemedel bedöms som störst i öppna vattenförekomster och i
mindre utsträckning då läkemedlet befinner sig på marken (Kümmerer et al, 2008). Thiele-Bruhn drar
dock slutsatsen att fotodegradering av antibiotika i stallgödsel är relevant om denna sprids i tunna
lager, tider på året då solinstrålningen är hög (Thiele-Bruhn, 2007).
Upptag i växter
Forskningen på upptag av läkemedelssubstanser i växter är relativt begränsad och de studier som
genomförts är i huvudsak inriktade på veterinärmedicinska substanser; dock finns flera antibiotika
som är gemensamma för människor och djur. I den vetenskapliga litteraturen antas att organiska
molekyler med en molekylvikt >1000 inte kan adsorberas av cellmembran (Sandersson H, 2004), dock
har de flesta, vanligt förekommande läkemedel, en väsentligt lägre molekylvikt än 1000 (Boxall et al.,
2006).
I en studie av Chenxi et al (Chenxi et al, 2010) på upptag av PPCP (pharmaceuticals and personal care
productes) studerades den antieleptiska substansen Karbamazepin, antihistaminen Difenhydramin,
SSRI preparatet Fluoxetin samt de två antimikrobiella ämnena Triklosan och Triklokarban hos soja.
Resultaten visar på en anrikning, biokoncentrering, i rot, stam och blad. Störst var
biokoncentrationsfaktorn för Karbamazepin samt för Triklosan och Triklokarban. Halten i själva
bönan var, efter 110 dagar, under detektionsgränsen för alla ämnen utom för de sistnämnda. I
plantor av råg som vattnats med vatten innehållande de antibakteriella sulfonamiderna
Sulfamethazine och Sulfadimethoxine, anrikades dessa i rötterna, men återfanns aldrig i skotten
(Ferro et al., 2010).
Fältförsök där upptag av tre olika antibiotikasubstanser (chlortetracycline, sulfadiazine och
trimethoprim) från svingödsel till vete analyserades, visade på mycket lågt upptag i vetekornet (0,043
mg/kg torrvikt), men i storleksordningen 10 – 20 gånger större upptag i rot, blad och stam (Grote et
al., 2007)
En studie på upptag av SSRI-preparatet Fluoxetin i blomkål visar på att i genomsnitt 8 % av tillförd
substans togs upp av växten och substansen återfanns endast i stam och blad (Redshaw et al, 2008).
Upptag av Karbamazepin har även studerats i gurka (Shenker et al, 2011) samt i Engelskt rajgräs
(Winkler et al, 2010). I testerna på gurka togs mellan 5 och 14 % av substansen upp och huvuddelen
återfanns i blad, stammar och rötter och endast en mindre del lokaliserades till frukten. I Engelskt
rajgräs återfanns 53 % av den tillsatta mängden tre månader efter uppstart.
Boxhall et al (Boxall et al., 2006) undersökte också upptaget av respektive substans från porvattnet
till morot och sallad. Flera av substanserna tas upp och koncentraras i biomassan, medan andra
återfinns i lägre koncentrationer i växten än i porvattnet. Artikelförfattarna ser inget tydligt mönster
för vilka typer av läkemedel som lätt tas upp och inte, utan menar snarare att en lång rad egenskaper
hos substanserna och växterna samt markkemin påverkar.
En invändning är att de in vitro-försök på upptag i växter har genomförts vid mycket höga
koncentrationer, långt över i naturen observerade halter (Kümmerer et al, 2008). Upptaget av
antibiotika i växter är starkt relaterat till växtperiodens längd (Lillenberg et al., 2010). Anrikningen i
rötter och blad, snarare än translokering till frukt, tyder på att denna drivs av plantans transpiration
(Shenker et al, 2011).
Diskussion
Avloppsslam från enskilda fastigheter utanför det kommunala avloppsnätet och med separerade
avloppssystem, där toaletten avleds till sluten tank, behandlas i dagsläget nästan uteslutande i AVR.
Genom att inte låta klosettvattnet komma till AVR, begränsas läkemedelssubstansernas negativa
påverkan på akvatiska ekosystem, givet att den alternativa behandlingsmetoden är mer effektiv med
avseende på nedbrytning av dessa eller att läkemedelsrester eller andra oönskade substanser inte
når akvatisk miljö. Ett begränsat antal studier på markbaserade enskilda avloppsanordningars
kapacitet att reducera halterna av läkemedelssubstanser har genomförts, men de pekar i riktning på
att denna typ av reningsanordningar är bättre med avseende på detta än vad som är fallet med AVR
(Ejhed et al., 2012).
Läkemedel är inte en kemiskt sett homogen grupp och kan därför besitta vitt skilda kemiska och
fysikaliska egenskaper. Litteraturen visar på stora skillnader i nedbrytningshastighet då de exponeras
för olika kemisk, fysikalisk och biologisk påverkan. Därför kan inga tydliga slutsatser dras i fråga om
vilken eller vilka behandlingsmetoder som är mest effektiva för kvittblivning av substanserna i fråga.
Graden av nedbrytning av läkemedel i ARV är i huvudsak relaterad till slammets ålder och är av
pseudo-första ordningens kinetik, dvs koncentrationsberoend, men också avhängig något ytterligare
faktor, i detta sammanhang sammansättningen av slammets bakterieflora. Det genomsnittliga
tömningsintervallet av slutna tankar i Melleruds kommun ca 1 tömning/år, vilket innebär att den
teoretiska uppehållstiden för en enskild läkemedelsmolekyl är 0,5 år, förutsatt ett boende och en
läkemedelsanvändning som är jämt fördelat över året. Uppehållstiden överskrider väsentligen den
upphållstid om ca 10 dygn, vid vilken nedbrytningen av läkemedelssubstanser inte längre ökar i AVR,
samt de 20 – 60 dygn som krävs för en effektiv nedbrytning av diklofenak (Clara, 2005).
Huruvida nedbrytningen i AVR är direkt applicerbar på förhållandena i slutna tankar går inte att
fastställa, då studier saknas inom detta område. I ett scenario där slam från slutna tankar rötas,
blandat med t ex stallgödsel och slakteriavfall, är substratets uppehållstid i reaktorn 15 – 30 dygn,
sedan sker en efterlagring av rötrest. Då det är förbjudet att sprida gödsel under vissa perioder på
året, kan längden på denna efterlagring variera från dagar upp till ett halvår. Detta innebär att då
rötresten läggs på jordbruksmark, har mellan 7 och 13månader förflutit sedan läkemedlen hamnade i
den slutna tanken, förutsatt värmehygienisering; har hygienisering skett genom ureabehandling
tillkommer ytterligare ca 2 månaders behandlingstid
En i sammanhanget viktig skillnad mellan AVR och slutna tankar är att koncentrationerna av
läkemedel, näringsämnen, torrsubstans mm relativt vatten, är väsentligt högre i den slutna tanken:
till ett AVR transporteras stora volymer vatten från det samlade hushållsspillvattnet inklusive
processvatten från olika verksamheter samt i viss utsträckning också dagvatten och tillkommande
vatten genom in-läckage på ledningar. Till den slutna tanken avleds endast toalettvatten, 0,5 till 5
L/spolning. Då nedbrytningshastigheten är koncentrationsberoende, talar detta, tillsammans med
den långa uppehållstiden, för en hög grad av nedbrytning av läkemedelssubstanser i slutna tankar.
Förutsatt en kontinuerlig medicinering med samma typ av läkemedel föreligger också en viss
möjlighet för specialisering vad avser bakterieflorans förmåga att bryta ner denna substans
(Wahlberg C. B., 2008) (Jönsson et al, 2004).
Vidare visar studier vid Hammarby Sjöstads försöksanläggning på, att för en del föreningar kan
kombinationen av aerob och anaerob förhållanden vara mera effektivt än då enbart aeroba
förhållanden råder. För två läkemedelssubstanser, citalopram (SSRI) och ranitidin
(histaminreceptorblockerare mot sura uppstötningar) var halten ut från ett avloppsreningsverk med
kombinerad aerob och anaerob behandling mindre än en tredjedel av halten efter enbart aerob
behandling i de båda provtagningarna. (Wahlberg C. B., 2008) Positiva effekter av kombinationen av
aerob och anaerob nedbrytning är också en av slutsatserna i en omfattande metastudie på ämnet
(Massé et al, 2014), där över 80 vetenskapliga artiklar studerats (dock med avseende på stallgödsel).
I de studier som finns på nedbrytning av läkemedel och stallgödsel under aeroba och anaeroba
förhållanden är uppehållstiden ofta upp till en månad och ibland mer, och halveringstiden spänner
mellan ett par dagar och en månad (Massé et al, 2014). Den förvaring som sker i slutna tankar
överskrider sannolikt dessa tidsspann, vilket även gäller för ureahygienisering, som vanligtvis pågår
ca 2 månader.
Det är rimligt att anta att tillgången till syre i en sluten tank vid inloppspunkten är relativt god, då det
tillkommande spolvattnet är syresatt. Det är också ett rimligt antagande att omrörningen i en sluten
tank är låg och att nytillkommet spolvatten sannolikt inte omblandas med slam som befinner sig på
upp till ett par meter bort från inloppet, varvid perifert slam sannolikt inte syresätts och anaeroba
zoner bildas. Det fastigheter som idag har slutna tankar är i huvudsak fritidsboenden. Fritidsboenden
nyttjas som regel relativt intensivt någon till några månader och sedan inte alls under en längre tid.
Syreförhållandena i den slutna tanken kan då antas vara goda under den period då en kontinuerlig
tillförsel sker, varvid avloppsslammet komposteras. Då syret förbrukats tar den anaeroba
nedbrytningen vid.
Flera läkemedel har i studier brutits ned vid höga och låga pH-värden. Några av dessa studier är sk
stresstester, där substanserna utsätts för extrema pH-värden (pH 13 respektive -1 till 1). Vid
hygienisering med urea stiger pH till ca 9,5 (Estévez, 2014) och i rötningsprocessen kan pH
underskrida 6 (Jarvis et al, 2009), d v s mycket långt från dessa extremer. Flera läkemedel, i synnerhet
antibiotika har dock visat sig brytas ned effektivt redan vid pH-värden över 7,5 (Deshpande et al,
2004).
Litteraturen visar på en stor variation i värmekänslighet hos olika läkemedelssubstanser: allt från
flera antibiotika som bröts ned effektivt vid temperaturer mellan 40 – 45 ⁰C, till Clobazam, som inte
bröts ned alls vid 80 ⁰C under 5 dygn. Värmehygienisering är ett av de alternativ som kan bli aktuellt i
ett scenario där substrat från slutna tankar ska behandlas i biogasanläggningar. I de
hygieniseringskrav som SP, Sveriges tekniska forskningsinstitut, satt upp (SPCR 178, 2012) anges att
pastörisering ska ske vid 70 ⁰C under 1 timma. I Mellerud finns både rötgasreaktorer med mesofil
rötning (ca 37 ⁰C) och med termofil rötning (ca 52 ⁰C) och den hydrauliska uppehållstiden i dessa är
upp till en månad. Sannolikt kommer flera läkemedelssubstanser att väsentligt reduceras genom
termisk nedbrytning under dessa faser av hanteringen.
Flera studier visar på en inte obetydlig grad av fotoinducerad nedbrytning i samband med att
läkemedelssubstanser exponeras för solens ultravioletta spektrum. De studier som tagits del av i
samband med denna litteraturstudie har genomförts i Tyskland, d v s på lägre breddgrader än
Sverige. Uppskattningsvis är solinstrålningen i Tyskland ca 100 – 200 W/m2 större än vad som är fallet
i Sverige. Utfallet av denna skillnad i exponering står inte att finna i tillgänglig litteratur.
Åtgärder för att förbättra slamkvaliteten för slam från slutna tankar
Det är viktigt med tydlig och upprepad information till fastighetsägare som levererar slam till
jordbruket. Det finns betydande risker att annat än urin, fekalier och toalettpapper hamnar i
toaletten. Inte minst gäller detta överblivna och kasserade läkemedel. Andra kemiska ämnen som
läcker från plastmaterial och hemelektronik, så som ftalater och flamskyddsmedel samt tungmetaller
från partiklar, hamnar i stor utsträckning i dammet och därför ska svabbvattnet inte spolas ner i
toaletten.
Referenser
Adriana et al. (2000). The Kinetics of Oxytetracycline Degradation in Deionized Water under Varying
Temperature, pH, Light, Substrate, and Organic Matter. Journal of Aquatic Animal Health.
Andréia de Haro et al. (2012). Stability Study and Degradation Kinetics of Ceftazidime in
Pharmaceutical Preparations. Advances in Analytical Chemistry.
Arikan. (2008). Degradation and metabolization of chlortetracycline during the anaerobic digestion of
manure from medicated calves. J. Hazard. Mater.
Badr Eldin et al. (2010). Determination of Voriconazole and its Degradation products in
Pharmaceutical formulations using High Performance Liquid Chromatography with UltraViolet Detection. Eurasian Journal of Analytical Chemistry.
Blessy et al. (2014). Development of forced degradation and stability indicating studies of drugs—A
review . Journal of Pharmaceutical Analysis.
Boxall et al. (2006). Uptake of Veterinary Medicines from Soils into Plants.
Cerne et al. (2006). Litteraturstudie om behandling av läkemedelsrester i.
Chelliapan et al. (2006). Performance of an up-flow anaerobic stage reactor (UASR) in the treatment
of pharmaceutical wastewater containin macrolide antibiotics. Water Res.
Chenxi et al. (2010). Uptake of Pharmaceutical and Personal Care Products by Soybean Plants from
Soils Applied with Biosolids and Irrigated with Contaminated Water.
Christensen m fl. (2013). Bad-, disk- och tvättvatten – hur farligt är det? Rapprt 2013:1.
Kunskapscentrum Små Avlopp.
Clara et al. (2005). The solid retention time – a suitable design parameter to evaluate the capacity of
wastewater treatment plants to remove micropollutants. Water Research.
Redshaw et al. (2008). Uptake of the pharmaceutical Fluoxetine Hydrochloride from growth medium
by Brassicaceae. Elsivier.
Deshpande et al. (2004). Degradation och B-lactam antibiotics. Current science.
Dolliver et al. (2008). Antibioric Degradation during Manure Composting. Journal of Environmental
Quality.
Ejhed et al. (2012). Enskilda avlopp som källa till läkemedelsrester och andra kemikalier.
Estévez, B. V. (2014). Blackwater sanitization with urea in Sweden – sanitization effect and
environmental impact.
FASS. (2015). Hämtat från FASS: www.FASS.se
Ferro et al. (2010). Antibacterial sulfonamides: Accumulation and effects i barley plants.
Gadkariem et al. (2004). Chemical and photochemical stability studies on diloxanide furoate in
carbohydrates and polyols solutions . JOURNAL OF FOOD AND DRUG ANALYSIS .
Grote et al. (2007). Incorporation of veterinary antibiotics into crops from manured soil.
Landbauforschung Völkenrode.
HaV. (2014). Hämtat från Havs- och Vattenmyndighetens hemsida:
https://www.havochvatten.se/hav/fiske--fritid/avlopp/spola-med-rent-samvete.html
Jarvis et al. (2009). Mikrobiologisk handbok för biogsanläggningar.
Jönsson et al. (2004). Guidelines on the use of urine and faeces in crop production, EcoSanRes
Programme.
Kidd et al. (2007). Collapse of a fish population after exposure to a synthetic estrogen. PNAS, ss.
8897–8901.
Kümmerer et al. (2008). Pharmaceuticals in the Environment: Sources, Fate, Effects and Risks.
Larsson et al. (1999). Ethinyloestradiol - an undesired fish contraceptive? Aquat. Toxicol., ss. 91-97.
Lillenberg et al. (2010). Enrofloxacin and Ciprofloxacin Uptake by Plants from Soil.
Massé et al. (2014). Potential of Biological Processes to Eliminate Antibiotics in Livestock Manure: An
Overview. Animals.
Miljö (u.d.). Avlopp i kretslopp - lösningar för glesbygden.
Nordin et al. (2010). Ammonia Sanitisationof Human Excreta. Treatment Technology for Production of
Fertiliser.
Oaks et al. (2004). Diclofenac residues as the cause of vulture population decline in Pakistan. Nature,
ss. 630–3.
Oliveira et al. (2013). Degradation Kinetics of Atorvastatin under Stress Conditions and Chemical
Analysis by HPLC.
Parrott et al. (2005). Life-cycle exposure of fathead minnows (Pimephales promelas) to an
ethinylestradiol concentration below 1 ng/L reduces egg fertilization success and
demasculinizes males. Environ. Toxicol., ss. 131–141.
Redshaw et al. (2008). Uptake of the pharmaceutical Fluoxetine Hydrochloride from growth medium
by Brassicaceae.
Sandersson et al. (2004). Toxicity classification and evaluation og gour pharmaceuticals classes:
antibiotics, antineoplastics, cardivascular, and sex hormones. . Toxicology.
SCB Hämtat från SCB: http://www.scb.se/sv_/Hitta-statistik/Statistik-efteramne/Befolkning/Befolkningenssammansattning/Befolkningsstatistik/25788/25795/Behallare-for-Press/367855/
Schlüsener et al. (2006). Persitence og antibiotics such as macrolides, tiamulin and salinomycin in
soil.
Shenker et al. (2011). Uptake og carbamazepine by cucumber plants - A case study related to
irrigation with reclaimed wastewater. Elsivier.
Singh et al. (2001). New findings on degradation of famotidine under basic conditions: Identification
of a hitherto unknown degradation product and the condition for obtaining the
propionamide intermediate in pure form. Journal of pharmaceutical siences.
Souri et al. (2014). A stability indicating HPLC method for the determination of clobazam and its basic
degradation product characterization.
SPCR 178. (2012). Certifieringsregler för System för kvalitetssäkringav fraktioner från små avlopp.
SPCR 178.
SVA Hämtat från Statens Veterinärmedicinska Anstalt: http://www.sva.se/sv/Mer-omSVA1/Publikationer/Antibiotikaresistens/Faktablad-om-antibiotika-och-djur/
SVA (2013). Use of antimicrobials and occurrence of antimicrobial resistance in Sweden.
Thiele-Bruhn et al. (2007). Photodegradation of pharmaceutical antibiotics on slurry and soil
surfaces. Landbauforschung Völkenrode, ss. 13-23.
Wahlberg et al. (2008). Avloppsreningsverkens förmåga att ta hand om läkemedelsrester och andra
farliga ämnen, Rapport 5794. Naturvårdsverket.
Wahlberg et al. (2010). Läkemedelsrester i Stockholms vattenmiljö.
Winkler et al. (2010). Ryegrass uptake og carbamezepine and ibuprofen applied by urine
fertilaization.
Yu Bin Ho et al. (2013). Degradation of veterinary antibiotics and hormone during broiler manure
composting. Elsivier.
Örn. S et al. (2003). Gonad development and vitellogenin production in zebrafish (Danio rerio)
exposed to ethinylestradiol and methyltestosterone. Aquat. Toxicol., ss. 397–411.