Membranfiltrering har provats på utflödena ur två stora avloppsverk i Oslo. E.coli som var resistenta mot fyra testade antibiotika kunde separeras med ultra- eller nanofiltrering, men effekten var inte lika komplett för motsvarande geninnehåll. Hushållen var dominerande leverantörer av antibiotikan; inte lasaretten.
Av: Jörgen Hanaeus
Separationen av fyra antibiotikaresistenta stammar från avloppsvatten har undersökts vid två avloppsverk i Oslo. Totalantalet av E.coli reducerades väl efter de idag tillämpade processerna (ca 2,2 logenheter) men en andel var relativt resistenta mot två av de fyra testade antibiotikumen: trimethoprim-sufamethoxazole och ampicillin; till en mindre del mot tetracykline och ciprofloxatin.
I labskaleförsök med membranfiltrering genom ultra- eller nanofilter kunde däremot alla E.coli avskiljas till under detektionsgränsen. Osäkerhet kvarstår om de resistenta bakteriernas DNA kan passera membranen i viss utsträckning.
Då det ena avloppsverket mottog praktiskt taget allt avloppsvatten från stora lasarett i Oslo, men ingående halter av testade antibiotikum-resistenta E.coli ändå var lika vid de båda verken, antogs att hushållen var de stora leverantörerna av dessa.
Bakgrund
Avloppsverk är i kraft av att vara en samlingspunkt för stora mängder och arter av mikroorganismer samt mottagare av avsevärda mängder antibiotika en viktig kontrollpunkt för antibiotikaresistens.
Det är viktigt att beakta både antibiotikaresistenta bakterier (ARB) och antibiotikaresistenta gener (ARG). Avloppsverken kan bland annat påverka urvalet av ARG, nybildning av ARG samt spridning av antimikrobiell resistens till recipienter; ett fenomen som i allt större utsträckning kopplas till avloppsverk.
I Norge har antibiotikaandelen som förbrukas i hushållen uppskattats till 85 %, vilket också talar för att det kommunala avloppsnätet är en stor transportör av sådant. Avloppsverken är dock inte konstruerade för att separera dessa komponenter.
Försök
Försöken här avsåg att i fullskala kvantifiera resistensen för Escherichia coli gentemot fyra vanliga antibiotika i Norge via delstegs provtagning i Oslos två stora avloppsverk:VEAS och BEVAS.
VEAS (600 000 pe) har mekanisk rening, koagulantdos, sandfång, polymerdos, sedimentering och nitri+efterdenitrifikation med bärarmaterial (Leca) och med metanoldos. Hydraulisk uppehållstid är 4 h och utgående vatten släpps i Oslofjorden på ca 50 m djup. Prov togs oktober 2014.
BEVAS (300 000 pe) har sil (3mm), sand- och fettfång, försedimentering, aktivt slam med simultanfällning (järnsulfat) samt tvåmediafiltrering med Filtralite 2,5 – 4 mm och sand 1,2 – 2 mm, också med utsläpp till Oslofjorden på 50 m djup. Hydraulisk uppehållstid ca 1 dygn. Prov togs under februari 2015.
Vidare undersöktes utgående avloppsvatten från verken i labskala m a p avskiljningseffekter för resistenta E.coli i ultrafilter resp. nanofilter. Ultrafiltret var crossflow, med ytan 1 dm2 och cutoff 10 kDa. Två nanofilter brukades: crossflow med 200 – 400 Da resp 150 Da. Försöken drevs till en produktion av ca 1,4 L filtrat.
De fyra antibiotika som testades var: Trimethoprim/ Sulphamethoxazole, Ciprofloxacin, Ampicillin och Tetracycline.
Resultat
Den totala koncentrationen av E.coli minskade påtagligt, >2,2 log enheter, från ca 4*104 CFU/mLvid båda avloppsverken. I VEAS-verket skedde reduktionen främst i biofilmprocessen medan avklingningen inträffade mer jämnt underhand i BEVAS-verket.
Andelen E.coli som var resistent mot de fyra testade antibiotikumen var jämförbar i de båda verken, i medeltal ca 8 % i VEAS-verket och 12 % i BEVAS-verket med Ciprofloxacin-resistens som den klart lägsta, ca 1,5 %. Ciprofloxacin och Tetracycline kom vid flera mättillfällen i lägre koncentrationer till verken, medan Tmp/S och Ampicillin-nivåerna alltid var höga, vilket kan vara ett skäl till den funna resistensfördelningen.
I VEAS-verket sker reduktionen av resistenta E. coli främst i de fysiska och kemiska stegen; ej mycket i biofilmprocessen.
Då avskiljningen av E. coli inte var total i verken och den antibiotikaresistenta andelen var överrepresenterad i den utsläppta restfraktionen kunde konstateras att antibiotikaresistenta E. coli tillförs Oslofjorden med nuvarande system.
Membranförsöken gav goda resultat avseende avskiljningen av E.coli från utgående vatten från verken. De testade membrantyperna gav alla fullständig avskiljning till under detektionsgränsen som var 10 CFU/mL för plattodling och bekräftad med MPN: <1/100 mL. Den totala reduktionen, avloppsverk+membran, av E.coli blev här då > 4,2 log enheter.
För membranen är då utmaningen att kontrollera om DNA kan passera eller om idag okänd samverkan mellan resistenta bakterier och gener i biofilm som bildas på membranen kan skapa problem. Vidare ska det avfall som bildas med avskiljda, resistenta bakterier och gener kunna hanteras. Energiåtgången måste ju som alltid beaktas vid membrananvändningen.
Slutsatser
Ej försumbara koncentrationer av E.coli -resistenta (mot fyra testade antibiotikum) bakterier lämnar trots god E.coli-avskiljning de två stora avloppsverken i Oslo och belastar Oslofjorden. Hushållen är de dominerande leverantörerna av resistenta bakterier.
Komplettering med ytterligare ett reningssteg är önskvärd, och membranfiltrering har gett lovande resultat. Ev passage av gener behöver dock undersökas. Med membranfilter kan även påräknas reduktion av andra problematiska ämnen (CEC).
Källa: Schwermer, C.U., Krzeminski, P., Wennberg, A.C.4), Vogelsang, C. & Uhl, W. (2018): Removal of antibiotic resistant E.coli in two Norwegian wastewater treatment plants and by nano-and ultra-filtration processes. Water Science & Technology, 77.4, pp 1115-8AF2A7BC-29E2-4ED0-A988-8C27B7485E9A.
Hela artikeln i Water Science & Technology finns att köpa här.
Författarna från:
Norwegian Institute for Water Research, Gaustadallén 21, N-0349, Oslo, Norge
Kontakt: carsten.schwermer@niva.no
