Läkemedelsrester i avloppsvatten. Berndt Björlenius Stockholm Vatten VA AB

Transkript

1 Läkemedelsrester i avloppsvatten Berndt Björlenius Stockholm Vatten VA AB

2 Bakgrund aktiva substanser ingår i läkemedel på den svenska marknaden Drygt 3% används inom slutenvården Ca 2 % används inom djursjukvård De aktiva substanserna är: Svårnedbrytbara Biologiskt aktiva Oftast vattenlösliga Utsöndras främst via urinen

3 Stora mängder läkemedel År 2008 såldes 5,7 miljarder DDD (Definierad Daglig Dygnsdos) för ca 34 miljarder kronor. En ökning med 4,2 % jämfört med 2007 Mellan ökade försäljningen med 95% räknat i DDD De 100 mest sålda läkemedlen i Sverige innehåller över ton aktiv substans De ca 60 vi valt ut i Stockholmsområdet innehåller ca 52 ton aktiv substans (25 ton om man räknar bort ibuprofen och paracetamol) Det blir 142 kg om dagen. Uppmätt i inkommande avloppsvatten i Bromma och Henriksdal är ca 60 kg/d.

4 Kända miljöeffekter, östrogena ämnen Fiskar i engelska floder tvekönade Juvenila hanfiskar som exponerats för avloppsvatten producerar vitellogenin Höga halter östrogener och östrogenliknande substanser i avloppsvatten Etinylestradiol mer potent och mer svårnedbrytbart än naturliga östrogener Effekter även på bl a groddjur och snäckor

5 Kända miljöeffekter, andra ämnen Några exempel: Flera gamarter i Indien riskerar dö ut pga diclofenac (Voltaren) i döda kor Karbamazepin och metoprolol kan orsaka cellförändringar i flera organ i regnbåge ned till 1 µg/l Ibuprofen och Fluoxetin påverkar simaktiviteten hos märlkräfta vid 10 ng/l i labförsök Progestinet levonorgestrel finns i utg. avlopp i halter som påverkar fetiliteten hos fisk, 1 ng/l (Fick et al, 2010)

6 Åtgärder vid källan - förebyggande arbete Överblivna läkemedel, åtgärder Minska åtgången av läkemedel Förskrivarnas val av läkemedel Andra åtgärder vid källan; -cellkulturer -lokal rening -urininsamling och rening

7 Val av läkemedel 59 läkemedel från olika ATCkoder har valts ut i projektet Representerar olika fysikalisk/ kemiska egenskaper DDD i Stockholm har omräknats till kg/år Analysmetoder har utvecklats och standardsubstanser letats upp (ITM, AnalyCen, Gryaab) I slutet av projektet analyserades totalt 96 läkemedel

8 Läkemedel detekterade i rå- och dricksvatten (ng/l) Mälaren n=4 Råvatten n=11 Dricksvatten n=11 MV antal detekt. MV antal detekt. MV antal detekt. Atenolol 1,6 4 1,2 11 0,40 2 Cetirizine 0,64 7 0,63 5 0,57 3 Citalopram <0,5 0 0,51 4 0,71 3 Dextropropoxifen 0,13 5 0,16 3 0,12 4 Diklofenak <0,3 0 0,46 4 0,28 1 Furosemid 1,1 4 0,68 3 0,67 3 Ibuprofen 0,50 5 0,55 5 0,55 4 Metoprolol 1,1 8 1,3 11 0,56 10 Naproxen 1,1 8 0,89 8 0,43 4 Oxazepam 1,9 4 1,7 3 1,58 3 Medtagna i tabellen är de 13 av de 82 analyserade läkemedel som detekterats mer än en gång i rå- eller dricksvatten Sulfametoxazol <0,6 0 1,1 2 <0,6 0 Tramadol 9,3 8 6,4 5/5 5,90 5/5 Trimetoprim 0,27 7 0,27 5 0,21 3

9 Oxazepam i Lovö vattenverk Halt: 1,6 ng/l En tablett Sobril, lägsta dosen: 5 mg (= ng) Motsvarar m 3 vatten Dvs års förbrukning (2 L/d)

10 Mälarens tillrinningsområde

11 Halter i in- och utgående avloppsvatten vid Henriksdal (ng/l) (Mv av 61 resp. 80 prover) Inkommande Utgående

12 Reduktionsgrader i Henriksdal Av 70 läkemedel reduceras följande mer än 90 %: Paracetamol Ciprofloxacin Ibuprofen Norfloxacin Enalapril Atorvastatin Estriol Ketokonazol Hydrokortison Ofloxacin (om partikelfasen räknas med) Estron Tetracyklin (om partikelfasen räknas med) 19 läkemedel reduceras med mellan 50 och 90 % 20 reduceras med mellan 20 och 50 % 20 reduceras med mindre än 20 % I Bromma är reduktionsgraderna lite sämre, sannolikt beroende på kortare uppehållstid och lägre slamålder

13 Provtagningspunkter Nyvarp Oxdjupet Lambarfjärden Långhällsudde Centralbron (Stockholm City) Halvkakssundet Blockhusudden Koviksudde NV Eknö Ytvatten Mälaren Recipientprovtagning Råvattenintag Utsläpp renat avloppsvatten

14 Läkemedelsrester i recipienten (Saltsjön) (n=4), ng/l 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 Furosemid Metoprolol Atenolol Tramadol Hydroklortiazid Oxazepam Naproxen Cetirizine 10,0 5,0 0,0 Centralbron Blockhusu. Halvkaks. Koviksudde Oxdjupet Nyvarp NV Eknö Analyserat av Eurofins AB

15 Läkemedel i slam, mg/kg TS 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 Henriksdal Bromma Läkemedel som förekommer i över 0,1 mg/kg TS av 86 st analyserade. (n=6) 1,5 1,0 0,5 0,0 Analyserat av Eurofins AB

16 Studerade reningsmetoder Kategorier Biologiska metoder Separerande metoder Aktivt Slam (CAS) Membranbioreaktor (MBR) Biofilm System (MBBR) Nanofiltrering(NF) Omvänd osmos (RO) Aktivt kol (AC) Oxidativa metoder (kem/fys) Ozonering (O 3 ) Ultraviolett ljus + väteperoxid (UV/H 2 O 2 ) Berndt Andreas Lena Klas Åsa

17 Biologiska metoder inklusive befintliga biosteg MBR platta membran (L2) & Biofilm System MBBR

18 Biologiska metoder Slamålderns betydelse - Summahalter avskiljning [%] Dygn

19 Kompletterande metoder till ett reningsverk Läkemedel s rening

20 Oxiderande metoder - Oxidationsmedel Oxidationsmedel Styrka Klorgas 1 Väteperoxid 1,3 Ozon 1,5 Hydroxylradikaler (UV/H 2 O 2 ) 2

21 Oxiderande metoder - Ozonering

22 Oxiderande metoder Ozonering delförsök Summahalt som funktion av ozondosen Summa med < - tecken [ng/l] Summa borttaget <-tecken [ng/l] Avskiljningsgrad som funktion av ozondosen Avskiljningsgrad medel [%] go3/m3] [go3/m3] 16

23 Dos-responskurva för reduktionsgraden vid ozonering

24 Oxiderande metoder Biologiska vs. Ozonering 32 L2 MBR

25 Oxiderande metoder Utmaning för ozoneringen Isosorbidmononitrat Ketoprofen

26 Oxiderande metoder Ultraviolett ljus+väteperoxid Väteperoxid (H 2 O 2 ) och UV-ljus ger upphov till hydroxylradikaler

27 Oxiderande metoder Ultraviolett ljus+väteperoxid UV-ljus i intervallet 200 till 280 nm kallas UVC Väteperoxiddos: 3 30 (100)g H2O2/m3 Kontakttid: 3 till 15 minuter UV-dos: (1600)Wh/m3 Tre olika lamptyper testade

28 Oxiderande metoder Ultraviolett ljus+väteperoxid

29 Separerande metoder Nanofiltrering & Omvänd osmos Hög avskiljning Ingen nedbrytning (Mycket) hög energiåtgång

30 Separerande metoder Aktivt kol Mycket hög reduktion Ingen nedbrytning Kolet måste reaktiveras eller kastas

31 Separerande metoder Aktivt kol -kapacitet 0,5 SEK/m 3 2 SEK/m 3 3 SEK/m 3 0,5 SEK/m 3

32 Jämförelse behandlingsmetoderna

33 Reningsgrader med olika metoder

34 Reningsgrader med olika metoder Summahalt av 46 ämnen [ng/l] , Hdal in Hdal ut L2 MBR ut Ozon 10 g/m3 UV 100Wh/m3 40 mg/l AC 140 g/m3 NF VRF 1 20 RO VRF 20

35 Påverkan på akvatiska organismer av kompletterande reningsmetoder Henriksdal ARV Inloppsvatten Henriksdal Försedimentering Henriksdal aktiv slam Dricksvatten Henriksdal eftersedimentering Henriksdal Sandfilter Ozon 5 mg/l Aktivt kol filter Aktivt kol filter Ozon 5 mg/l Ozon 15 mg/l Biofilm reaktor (MBBR) UV/H 2 O 2 10 mg/l A1 Dricksvatten + 2% Hdal utg A2 Hdal Sandfiltrerat (Hdal utg) A3 Hdal Aktivt kol filtrerat A4 Hdal Lågdos Ozonerat vatten A5 Hdal Högdos Ozonerat vatten A6 Hdal Lågdos Ozonerat+ Biofiltrerat A7 Hdal UV/H 2 O 2 utgående

36 Effektstudier i avloppsvatten renat med olika metoder Regnbåge metabolitprofiler, organstorlek, dioxinliknande och östrogena effekter, beteendestudier (Sahlgrenska akademin, GU) Zebrafisk embryotoxicitet, könsutveckling, reproduktion (ITM, SU + SLU) Kräftdjur (Nitocra) reproduktion, utveckling, populationstillväxt Alger (Ceramium, Pseudokirchneriella) tillväxthämning Bakterier (Microtox ) hämning av luminiscens (ITM, SU)

37 Ekotoxtester sammanvägda i rankingtabell (Breitholtz&Larsson, 2009) Pluspoäng = förbättrad effekt jämfört m konv. reningsteknik Minuspoäng = försämrad effekt jämfört m konv. reningsteknik Reningsteknik Konventionellt renat avloppsvatten = referensnivå Alg Tillväxt 0 (=måttl.) Kräftdjur 0 (=neg. popul.tillv.) 0 (= som kontr.) Populationstillväxt Påverkan på plasmametaboliter Dioxinliknande effekter 0 (=betyd.) 0 (=betyd.) Organstorlek Reproduktionstest 0 (=ej betyd.) Östrogen påverkan 0 (=mätbar) *Test endast på juvenil tillväxt under 2007 e.a. = test ej genomförd Kemisk analys Summa Rankning Summa poäng 0 (=viss red.) ±0 6 Renat avloppsvatten + Aktivt kol 1 +1 ± e.a Renat avloppsvatten + Ozon (5mg/L) ± ± Renat avloppsvatten + Ozon (15 mg/l) ± Renat avloppsvatten + MBBR +1 ±0* 2 ±0 +2 e.a Renat avloppsvatten + UV/H 2 O 2 1 ±0 2 ±0 +1 e.a ±0 6 MBR 1 ±0* 2 +1 ±0 ± Fisk

38 Slutsatser från utvärderingen av reningsmetoderna Dagens reningsverk tar inte bort alla läkemedelsrester Kompletterande reningsmetoder kan förbättra avskiljningen av läkemedelsrester. Biologiska metoder, MBR & MBBR räcker inte till, avskiljning < 80% Ozonering, aktivt kol och omvänd osmos gav de mest lovande resultaten De utvärderade typerna av UV/H 2 O 2 var inte optimalt designade

39 Slutsatser från utvärderingen av reningsmetoderna Nanofiltreringen hade begränsad effekt i vår riggning. Omvänd osmos hade hög avskiljning, men drog mycket energi. De studerade metoderna kan även ha positiva effekter på andra ämnen, likväl som vissa har på avskiljningen av mikroorganismer. Sett till resursanvändningen är lågdos-ozonering huvudalternativet för avskiljning av läkemedelsrester. Risken för bildning av biprodukter vid ozoneringen måste beaktas och utredas vidare. Efterföljande biosteg, MBBR, hade ingen effekt enligt de ekotoxikologiska testerna. Effektstudier på vattenlevande organismer är centrala för utvärdering av metoder och beslut om åtgärder.

40 Kostnadsskattning Kostnadsrelationer skattning baserad på litteraturuppgifter Process Faktor Ozonering 1,0 MBBR 1,1 Aktivt kol, littvärde för koldos 1,5 UV + väteperoxid 2,2 Aktivt kol, egen utvärdering för koldos 5,0 Omvänd osmos 6,9

41 Vad får vatten- och avloppsreningen kosta? För hela Sverige skulle totalkostnaden uppgå till mellan 2 och 6 miljarder kr/år ( kr p/år). Driften av Sveriges VA-verksamhet (vatten och avlopp) kostade som jämförelse 14 miljarder kr under år Reduktionen av läkemedelsrester mm skulle i bästa fall innebära 10 % höjning av nuvarande kostnad, 40% i sämsta fall. Försäljningen av läkemedel i Sverige uppgick 2004 till 33 miljarder kr.

42 Sammanfattning Dagens reningsverk tar inte bort alla läkemedel ur avloppsvatten Läkemedelsrester hittas i dricksvatten och recipient om än i låga halter Kompletterande reningsmetoder kan avlägsna läkemedel ur avloppsvatten Aktivt kol, ozonering samt omvänd osmos (RO) gav de bästa resultaten Ekotoxikologiska tester visar att ozon i låg dos samt aktivt kol är mest lovande sett ur ekologiskt perspektiv De studerade metoderna kan troligen även reducera andra ämnen De oxiderande metoderna reducerar också mikroorganismer Slamkvalitén blir inte bättre med de studerade teknikerna Det kostar energi och resurser vem ska betala? Vi behöver veta mer om effekter av läkemedel i miljön MistraPharma kan ge svar

43 Tack till: Våra samarbetspartners: IVL Goodpoint (fd Kemi&Miljö) ITM, Stockholms Universitet Sahlgrenska akademin, Göteborgs Universitet SLU Eurofins Vår referensgrupp för val av läkemedel: Anna-Karin Johansson, Läkemedelsverket Åke Wennmalm, Sll Bo Gunnarsson, Apoteket AB Joakim Larsson, GU Samt många kollegor på Stockholm Vatten

44 Slutrapport och delrapporter finns på: Kontakt:

45 Tack för uppmärksamheten!