Tre tropiska våtmarksväxter har undersökts beträffande sin förmåga att tolerera och avskilja nio läkemedel och hygienprodukter i olika koncentrationer. Arterna Ciperus haspan och Heliconia psittacorum var framgångsrika i lab och lyckades avskilja två av ämnena till 99 % och fyra av ämnena till 80 %.
Av: Jörgen Hanaeus
De tre tropiska växterna Ciperus haspan (miniform av papyrus), Hedychium coronarium och Heliconia psittacorum (Papegojheliconia) provades i lab mot PPCP-produkterna acetylsalicylsyra, ibuprofen, metylhydrojasmanat (cis-MDJM), galaxolid, tonalid, koffein, naproxen, ketoprofen och diklofenac avseende tolerans och separation under 21 dygn för vardera aspekten.
Vid koncentrationen 1 mg/L för vartdera ämnet började växterna visa minskad tillväxt. Beträffande separationen avskiljdes tonalid och ketoprofen till 99% under de första 24 h och till 100 % efter 21 d. Acetylsalicylsyra, ibuprofen, galaxolid och naproxen avskiljdes efter 21 d till 100 %; koffein till 99 % och diklofenac till 93 % (dock en fotolytisk effekt; ej växtdominerad).
Artikeln
Farmaseptiska produkter och produkter för personlig hygien (tillsammans PPCP:s) är kemiskt och biologiskt aktiva ämnen som kan vara persistenta i naturen. Källor till dessa ämnen kan vara farmaseptika som analgesia, antibiotika, antikonvulsanter, fettregulatorer och hormoner eller hygienprodukter som tvålar, lotioner, solskydd, tandkräm mm. Bakgrund kan vara oanvänd medicin från hushåll eller sjukvården men även veterinärprodukter från djurhållning.
Konventionell avloppsrening har svårt att avskilja dessa ämnen effektivt; mer avancerade metoder är kostsamma. En våtmark kan då vara ett alternativ där växter, mikroorganismer och jordmaterial kan samverka i avskiljning av ovannämnda ämnen. Vissa studier rapporterar framgång.
Här undersöks hur några växter tolererar och avskiljer nio ämnen (PPCP). Studien är utförd i lab med ämnena acetylsalicylsyra (aspirin), ibuprofen, naproxen, ketoprofen och diklofenac (alla antiflammatoriska), metylhydrojasmanat (cis-MDJM), galaxolid och tonalid (doftämnen, parfym) samt växterna Ciperus haspan (miniform av papyrus), Hedychium coronarium och Heliconia psittacorum (Papegojheliconia), alla vanliga våtmarksväxter i tropiskt klimat.
Försök
För toleranstest (steg 1) valdes arton individer med jämförbar storlek ut av de tre arterna och grupperades i sex grupper om tre individer (triplikat). Växterna tvättades och gavs näringslösning och 3 dygns adaptionstid i 1 L-bägare med metallfolie omkring (för att motverka algbildning). Fem av grupperna tillfördes PPCP-cocktails i olika mängder: 10, 100, 1 000, 5 000 och 10 000 µg/L; den sjätte gruppen blev referens med endast näringslösning tillsatt (0 µg/L).
För separationstest (steg 2) valdes två av arterna ut från responsen i steg 1. För dessa togs två individer av lika storlek ut och en cocktail med PPCP:s som i steg 1 tillfördes 8 L-reaktorer, dock i koncentrationen 25 µg/L. Två reaktorer startades, utan växter men i samma omgivning i övrigt, för att bestämma fotonedbrytningen i reaktorn. Två referensreaktorer startades också, övertäckta och utan växter där syftet var att finna eventuell mikrobiell nedbrytning.
Steg 1 genomfördes under 21 d och inkluderade mätningar av stamlängder, rotlängder och biomassetillväxt för växterna (dag 1,3,12 och 21). Steg 2 tog även 21 d.
Resultat
Tolerans, steg 1:
Efter 21 dygn visar alla växtarter minskad tillväxt (g/g,d) relativt referensen vid ökande halt PPCP. C. haspan klarade sig bäst, medan de två övriga reagerade likartat. Vid halter >5 000 µg/L blev för alla växterna tillväxten negativ, dvs växterna hade förlorat massa.
Vid halterna 100 µg/L visade och H.coronarium låg resp. måttlig påverkan av chlorosis, vilket framkom redan efter 7 d. H psittacorum visade inte symptom vid denna halt. Vid de högsta testade halterna var påverkan stark, nära nekros för alla växterna.
Avskiljning, steg 2:
C.haspan och H. psittacorum visade bäst tolerans för PPCP valdes de till separationsförsöken.
Komponenterna acetylsalicylsyra, ketoprofen och tonalid avskiljdes till 100 % (detektionsgränsen) efter drygt ett dygn. Den snabba separationen gjorde det svårt att skilja mellan mekanismerna.
Koffein avskiljdes till 99 % i växtreaktorerna, till 90 % i de täckta reaktorerna och till 80 % i de reaktorer som exponerats för ljus.
Diclofenac separerades till 93 % av fotolytisk aktivitet, till 66 % av H. psittacorum, till 79 % av C. haspan och till 59 % av bionedbrytning.
Galaxolid avskiljdes till 76 % i H. psittacorum reaktorer, 83 % i C.haspan, 77 % med fotonedbrytning och 65 % med bionedbrytning
Ibuprofen avskiljdes till 99 % av H. psittacorum, C.haspan och fotonedbrytning samt till 92 % av bionedbrytning.
Naproxen avskiljdes till över 90 % i alla reaktorer, med indikation på att fotonedbrytning var den dominerande mekanismen.
MDJM separerades till 99 % av växten H. psittacorum, 74 % av C.haspan, 84 % av fotonedbrytning och 66 % i täckta reaktorer utan växter.
Slutsatser
Avskiljningen kunde delas i två grupperingar av de testade ämnena:
1) acetylsalicylsyra, koffein, galaxolid, ibuprofen, MJDM och tonalid som kunde avskiljas till mer än 90 % med planterade växter, samt
2) diklofenac, ketoprofen och naproxen som till största delen separerats med fotonedbrytning.
De valda växterna kunde alltså förbättra våtmarksarbetet och fullskaleförsök står närmast på önskelistan, liksom försök med lägre ämnesdoser.
Källa: Arredondo, A.a), Ramirez-Vargas, C.A.b,c), Cubillos, J.A.a), Arrubia, J.P.d), Morales-Pinzon e), Paredes, D.a) & Arias, C.A.b,c) (2022): Toxicity and removal of pharmaceutical and personal care products: a laboratory scale study with trophical plants for treatment wetlands. Water Science & Technology Vol 85, No 7, pp 2240-2253.
Water and Sanitation Research Group, Faculty of Environmental Sciences, Universidad Tecnologica de Pereira, Pereira A.A. 97, Colombia
Department of Biology, Aarhus University, Ole Worms Allé 1, Building 1135, Aarhus C. 8000, Danmark
WATEC, Aarhus University, Ny Munkegade 120, Aarhus C. 8000, Danmark
Water Resources Study Group, School of Chemistry, Universidad Tecnologica de Pereira, Pereira A.A 97, Colombia
Territorial Environmental Management Research Group, Faculty of Environmental Sciences, Universidad Tecnologica de Pereira, Pereira A.A 97, Colombia.
Kontakt: c.a.ramirez [a] bio.au.dk
