Identifiering av omvandlingsprodukter från antivirala läkemedel bildade vid biologisk rening och deras förekomst i det urbana vattenkretsloppet En tysk studie har belyst förekomsten av antivirala läkemedel i inkommande avloppsvatten och identifierade nedbrytningsprodukter vid biologisk rening samt deras påverkan på det urbana vattenkretsloppet.
Av: Bengt Andersson
Förekomsten av antivirala läkemedel (bromsmediciner mot virussjukdomar) i det urbana vattenkretsloppet och omvandlingsprodukter (TP, transformation products) efter biologisk rening har inte undersökts tidigare på samma sätt som förekomsten av andra läkemedel. Studier av antivirala läkemedel i det urbana kretsloppet är viktiga av två skäl. Det ena är risken för utveckling av resistenta virus, som kan uppkomma då virus exponeras för läkemedel i miljön, och det andra är den direkta toxiska påverkan på vattenmiljön av läkemedlen och deras TP.
Syftet med refererad studie var att för några utvalda läkemedel belysa vilka TP som bildas och vilka omvandlingskedjor som föreligger vid nedbrytning av läkemedlen vid biologisk rening. Dessutom var syftet att påvisa förekomsten av dessa ämnen i det urbana vattenkretsloppet och att belysa effekten av avancerade reningsprocesser som ozon- och aktivt kolbehandling.
Genomförande
Fem antivirala läkemedel (abavacir (ABV), emtricitabin (EMT), ganciklovir (GCV), lamivudin (LVU) och zidovudin (ZDV)), som används som bromsmediciner för hepatit B, HIV, herpes och influensa, valdes ut för studien.
Försök i laboratorieskala genomfördes för bestämning av hastighetskonstanterna för biologisk nedbrytning av ämnena samt för identifiering av TP. Vid försöken användes ett aktivt slam från avloppsreningsverket i Koblenz. Vid bestämning av nedbrytningskonstanterna och identifiering av TP spikades läkemedlen så att en koncentration av 10 mg/l uppnåddes vid försökets början. Läkemedlen analyserades med LC-MS/MS och TP med LC-HRMS, där ämnena kvantifierades mot kommersiellt tillgängliga referensstandarder.
För bestämning av förekomsten av antivirala läkemedel i det urbana vattenkretsloppet analyserades prov från inkommande och utgående avloppsvatten från 9 kommunala avloppsreningsverk och massbalanser upprättades. Vid ett av reningsverken studerades effekten av ozonbehandling av utgående avloppsvatten och vid ett av de andra verken studerades effekten av aktivtkolbehandling.
Dessutom analyserades ytvatten från 9 floder och vattendrag i Tyskland, som var recipienter för avloppsvatten, samt råvatten och dricksvatten från 5 vattenverk med olika typer av råvatten.
Resultat
En måttlig till hög avskiljning observerades för samtliga antivirala läkemedel med en avskiljningsgrad mellan 53 % för ZDV och > 99 % för ABV. Nedbrytningen följde första ordningens kinetik med hastighetskonstanter mellan 56 l/d*gSS för ABV och 0,5 l/d*gSS för ZDV. Trots dessa skillnader observerades samma omvandlingsreaktioner för samtliga ämnen utom för GCV med oxidation av den sista hydroxyldelen till motsvarande karboxylsyra (TP-COOH). Några andra bildade TP kunde även identifieras och kvantifieras genom jämförelse med referensstandard.
TP-COOH för ABV, EMT och LMV bidrog med cirka 80 % till massbalansen och utgjorde den klart dominerande TP.n. Andra kvantifierade TP utgjorde mindre än 5 % för ABV och omkring 10 % för EMT och LMV. Massbalansen för ZDV uppvisade stora gap, där TP-COOH endast svarade för cirka 20 – 25 %, vilket sannolikt kunde förklaras av bildandet av andra hittills okända TP.
Koncentrationen av antivirala läkemedel i inkommande avloppsvatten varierade mellan 21 ng/l för ABV och 980 ng/l för EMT. Utgående halter var oftast lägre än detektionsgränsen. TP-COOH var väsentligt högre i utgående än i inkommande avloppsvatten med halter upp till 1320 ng/l för ABV-COOH. Eftersom halterna av TP-COOH var väsentligt högre än halterna av ursprungliga antivirala läkemedel är det viktigt att beakta påverkan av TP på vattenmiljön. Studier av system med Daphnia magna har visat att TP-COOH visade en högre toxicitet än ursprungsämnena.
Avancerad rening med ozon visade att med en dos av 0,83 g O3/g DOC och en uppehållstid av 20 minuter kunde både resterande antivirala läkemedel och TP-COOH avskiljas fullständigt. Vid rening med aktivtkol med en dosering av 10 mg/l var avskiljningen av TP-COOH inte fullständig på grund av den ökade polariteten.
Endast ZDV av de antivirala läkemedlen kunde detekteras i floder och vattendrag beroende på en lägre avskiljning vid biologisk rening. Däremot detekterades samtliga TP-COOH i de flesta undersökta vattendrag i halter mellan 16 och 750 ng/l med högre halter i mindre vattendrag.
Analys av fem vattenverk visade att flera TP-COOH förekom i dricksvattnet i halter upp till mellan 41 och 84 ng/l beroende på TP, vilket belyser att TP-COOH är stabila ämnen med låg avskiljning vid infiltration i mark. Vid vattenverk med ozonering eller aktivtkolbehandling kunde TP-COOH inte detekteras.
Slutsatser
Genomförd studie av förekomsten av 5 utvalda antivirala läkemedel och deras omvandlingsprodukter vid biologisk rening visade att
- nedbrytningsreaktionerna var i stort de samma med oxidation av hydroxyldelen till motsvarande karboxylsyra medan kinetiken varierade högst påtagligt
- identifierade TP-COOH detekterades i signifikant högre koncentrationer i floder och vattendrag än ursprungsämnena och toxiciteten av TP kan vara högre än för de ursprungliga läkemedlen
- en hög biologisk stabilitet medförde en otillräcklig avskiljning av TP genom infiltration i mark med en stor risk för negativ påverkan på grundvatten och på dricksvatten
- genom rening med ozon kunde såväl ursprungsämnena som TP-COOH avskiljas fullständigt medan en lägre avskiljningsgrad erhölls genom rening med aktivt kol
Källa: J. Funke, C. Prasse, T.A. Ternes. Identification of transformation products of antiviral drugs formed during biological wastewater treatment and their occurrence in the urban water cycle. Water Research 98 (2016), pp 75 – 83.
