Med økende global vannmangel blir gjenbruk av avløpsvann stadig viktigere. Avanserte prosesser som ozonering, UV-bestråling og filtrering gjennom biologisk aktivert karbon brukes ofte for å fjerne mikroforurensninger og patogener som overlever konvensjonell avløpsrensing. Selv om disse prosessene reduserer konsentrasjonene av mange råstoffer betydelig, kan oksidasjon og fotokjemiske reaksjoner generere transformasjonsprodukter med biologiske egenskaper som avviker fra de opprinnelige forbindelsene. Noen biprodukter kan være cytotoksiske, gentoksiske eller hormonforstyrrende stoffer; rutinemessig kjemisk overvåking kan imidlertid ikke fange opp deres kombinerte effekter. Videre er enkelttoksisitetstester utilstrekkelige til å karakterisere blandinger som samtidig aktiverer eller hemmer forskjellige hormonreseptorer. Derfor er det behov for integrerte, effektbaserte vurderinger på tvers av flere toksikologiske endepunkter.
En studie publisert i tidsskriftet Energy & Environment Nexus og utført av Mei Mas team ved Det kinesiske vitenskapsakademiet viser nå at mens konvensjonelle og avanserte behandlinger reduserte flere østrogen- og skjoldbruskkjertelrelaterte effekter, økte UV-bestråling og såkalt ozonisering uventet den antiandrogene aktiviteten til potensielt bekymringsverdige nivåer.
Forskerne undersøkte et typisk avløpsrenseanlegg i Tianjin, Kina, samt to pilotskala-rensesystemer. Prøver ble tatt på elleve punkter, inkludert anleggets innløp, primærrensing, A2O-rensing, sekundærrensing, UV-desinfeksjon, ozonering, flokkulering og behandling med biologisk aktivert karbon. Organiske forbindelser ble ekstrahert fra vannprøvene ved hjelp av fastfaseekstraksjon. Forskerne testet deretter ekstraktene med to-hybrid gjæranalyser som inneholdt humane reseptorer for østrogen alfa, androgen og skjoldbruskkjertelhormon beta. Dette tillot dem å måle både reseptoraktiverende og reseptorhemmende effekter. Bioaktivitet ble uttrykt som ekvivalent konsentrasjon av referansekjemikalier; for androgenreseptorhemmende aktivitet utledet forskerne en effektbasert terskel på 7,97 mikrogram flutamidekvivalenter per liter.
Østrogenreseptoraktiverende aktivitet var spesielt uttalt i både ubehandlet og forbehandlet avløpsvann. Den minket kontinuerlig under behandlingen og var under deteksjonsgrensen etter sekundær klaring. Østrogenreseptorhemmende aktivitet minket også fra 58,4 mikrogram per liter i tilløpet til omtrent 7,8 til 9,2 mikrogram per liter etter behandling. Skjoldbruskkjertelreseptorhemmende aktivitet minket fra 0,56 milligram per liter til 0,0085 milligram per liter i hovedrenseanlegget. I pilotanleggene reduserte ozonering og ozonering etterfulgt av biologisk aktivert karbon denne verdien ytterligere. Flokkulering førte imidlertid til en liten økning i skjoldbruskkjertelreseptorhemmende aktivitet. Det er mulig at gjenværende hormonforstyrrende kjemikalier konkurrerte med andre organiske stoffer om fjerning.
Mønsteret som ble observert ved androgenreseptoren var spesielt bekymringsfullt. Ingen aktiverende effekt ble observert, men en hemmende effekt ble observert gjennom hele behandlingskjeden. A2O-behandling reduserte aktiviteten betydelig fra 156,6 til 12,4 mikrogram flutamidekvivalenter per liter. Påfølgende UV-bestråling og ozonering økte imidlertid aktiviteten igjen, noe som førte til at det behandlede avløpsvannet oversteg den nylig avledede terskelen. Biologisk aktivt kullbehandling etter ozonering reverserte ikke denne økningen fullstendig. Forskerne mistenker at ufullstendig mineraliserte transformasjonsprodukter, slik som de som er et resultat av hydroksylering, dealkylering, dekarboksylering eller deaminering, er ansvarlige for de forhøyede nivåene.
Samlet sett viser studien at ytelsen til avløpsrensing ikke kan vurderes utelukkende basert på fjerning av forurensende stoffer eller et enkelt biologisk endepunkt. UV-bestråling og ozonisering er fortsatt verdifulle for mikrobiell reduksjon og nedbrytning av forurensende stoffer, men driftsforholdene og nedstrømsprosessene deres må optimaliseres for å forhindre dannelse eller vedvarende farlige transformasjonsprodukter. Konsekvensbasert overvåking av flere endepunkter kan avdekke risikoer som ikke overses av konvensjonell kjemisk analyse og bidra til å bedre balansere behandlingsytelse og miljøsikkerhet i gjenvunnet vann.
Originalpublikasjon:
Maximum Academic Press: «Integrert effektbasert analyse av risikoer for hormonforstyrrelser i avansert avløpsrensing: forhøyede farer fra ozonering og ultrafiolette prosesser» https://www.maxapress.com/article/doi/10.48130/een-0026-0014
