Et helhedssyn på uønskede stoffer i drikkevandet
Over hele verden stiger koncentrationerne af medicinrester og andre uønskede stoffer i drikkevandet. Ekspert råder til helhedsanalyser af vand i stedet for at bruge uendelige ressourcer på at analysere og undersøge alle stoffer hver for sig.
Af Birgitte Svennevig
Hvad enten vi drikker vand fra hanen eller fra købeflasker, vil vi aldrig få helt rent vand; det vil altid indeholde et mylder af forskellige stoffer.
»I dag er det sådan, at vi drikker pesticidrester, når vi drikker vand. De er under grænseværdierne, men de er der. Vi finder også stadig flere og flere medicinrester, og vi kan formentlig i snarlig fremtid også finde medicinrester i alt det vand, vi drikker,« siger Frants Roager Lauritsen, der er professor ved Syddansk Universitet og ekspert i de kemiske forbindelser, der opstår i forbindelse med rensning af vand.
Det gælder både det danske postevand, der pumpes op fra undergrunden og det rensede overfladevand, som næsten alle andre lande forsyner sig med.
Det store spørgsmål er så, om det gør noget – når bare stofferne holder sig under grænseværdierne?
»Det er der ingen, der ved. Men vi ved, at de aktive stoffer i for eksempel pesticid- og medicinrester kan interagere med hinanden, og de kan ved rensning blive nedbrudt til andre kemiske forbindelser, som kan være mere sundhedsskadeligt end det oprindelige lægemiddel eller pesticid,« siger Frants Roager Lauritsen.
Kombinationsmulighederne for nye forbindelser og biprodukter, der kan optræde i drikkevandet, er altså tæt på uendeligt mange.
Medicinrester i drikkevandet
Der optræder flere og flere fremmede stoffer i drikkevandet, og det er primært pesticider og lægemidler. Lige nu har pesticiderne størst fokus, eftersom flere og flere af disse 20-30 år efter brug er trængt så langt ned gennem jorden, at de nu når frem til det grundvand, vi bruger. Mens pesticiderne hører til gruppen af kendte forurenere, optræder lægemidler i stort tal på lister over det, som kaldes ”Emerging Organic Contaminants”. Altså lister, som omfatter stoffer, der endnu ikke er omfattet af lovgivning, men som er under observation.
For eksempel har et nyt omfattende review angivet en liste over de 10 hyppigst fundne Emerging Organic Contaminants i europæiske grundvandsstudier, og her udgør lægemidler 6 ud af de 10. Størstedelen af lægemidlerne bliver skyllet ud med urinen i toilettet af mennesker, der tager medicin. Ifølge en rapport fra DANVA fra 2021 er der i Danmark især tale om medicinrester fra antibiotika, antidepressiva, hormonstoffer, antiinflammatoriske midler og medicin mod hjerte/kar-sygdomme.
Vi bør se på helheder frem for enkeltstoffer
På den baggrund mener Frants Roager Lauritsen, at det er nødvendigt at forbedre de metoder, vi i dag bruger til at vurdere, hvor effektivt et vandrensningsanlæg reelt renser vandet.
»Der sker så meget og så hurtigt med vores drikkevand, at vi har brug for at kunne få hurtige svar på, om vandet er toksisk – og om vores rensningsmetoder virker,« siger han og fortsætter:
»Med den traditionelle tilgang, hvor en vandforsyning kvalitetssikrer drikkevandet ud fra analyser og screeninger for kendte stoffer, kan der let gå år, før man opdager et nyt forurenende stof. Herefter kan der igen gå år, før man har klarlagt det nye stofs toksikologiske effekt, og hvor effektivt rensningsanlægget fjerner det.«
Derfor mener Frants Roager Lauritsen, at vi skal ændre kurs og gå over til at bruge nogle metoder, som hurtigt og bredt kan vurdere, om en given drikkevandsressource – det kan være en sø – udgør en toksikologisk fare.
»Hvis det er tilfældet, skal vi kunne afgøre, om en forhåndenværende renseteknologi kan fjerne gift-faren, og vi skal også kunne afgøre, om rensningen skaber uønskede biprodukter; om ét farligt stof bare bliver transformeret til nogle andre,« siger han.
Selv arbejder han på at udvikle en bærbar reaktor, der kan monitorere kemiske og biologiske processer, mens de sker. Reaktoren kan i løbet af kort tid fortælle, om det kan lykkes at omdanne de skadelige stoffer til uskadeligt vand og kuldioxid, når vandet desinficeres, eller om desinficeringen i stedet fører til dannelsen af skadelige biprodukter.
Med en sådan reaktor kan man både overvåge et vandrensningsanlæg og rent forskningsmæssigt bruge reaktoren til at teste og optimere helt nye, avancerede rensningsteknologier.
Biprodukter ved desinficering af vand
Globalt set skal vand til drikkevandsbrug stort set altid desinficeres, før det kan drikkes. Der findes mange forskellige måder, hvormed vandet kan desinficeres. Oftest gøres det ved hjælp af klor, fordi klorering effektivt neutraliserer de fleste patogener, og så er det forholdsvist billigt og let at håndtere.
Når råvand desinficeres med klor, er det ikke bare patogenerne, som neutraliseres. Både naturligt forekommende og menneskeskabte organiske stoffer i vandet reagerer også med det aktive kloreringsstof (hypoklorsyre/hypoklorit, HOCl/OCl-) og danner små nedbrydningsprodukter, som kan være harmløse, men potentielt også kan være endnu mere sundhedsskadelige end det oprindelige stof.
Disse nedbrydningsprodukter kaldes desinfektions-biprodukter. Mest kendt er de sundhedsskadelige trihalometaner (for eksempel kloroform, CHCl3), som stort set altid dannes i forbindelse med en klorering af vand. I mange år har de skabt stor bekymring i forbindelse med svømmehaller, hvor kloreringen kan føre til forholdsvist høje koncentrationer af trihalometan (> 10 ug/L), og i dag er der fastsat grænseværdier for trihalometan.
Ud over trihalometaner er haloaminer, haloeddikesyrer, nitrosaminer, haloaldehyder og haloaromatiske stoffer eksempler på almindelige desinfektions-biprodukter, der er potentielt sundhedsskadelige. Det er dog vigtigt altid at huske, at gevinsten ved at neutralisere patogener langt overstiger ulempen ved de dannede desinfektions-biprodukter.
Kunstig intelligens skal holde øje med vandkvaliteten
Mens Frants Roager Lauritsen arbejder på at udvikle reaktoren til kemisk karakterisering af vandrensningsprocesser, arbejder andre forskere på at udvikle metoder til bredspektret karakterisering af vands toksikologiske fare, hvor man forudsiger en vandprøves toksikologiske effekt ud fra vekselvirkninger mellem specifikke biologiske receptorer og de molekyler, der optræder i vandprøven.
Til sammen kan reaktoren og sådanne bredspektrede karakteriseringsmetoder levere tilstrækkelig information til at kvalitetssikre drikkevand, også når der opstår nye forureningsfarer. Og hvis man kobler kunstig intelligens og machine learning på de store mængder data, som indsamles ved overvågning, kan fremtiden komme til at byde på effektiv overvågning af vores drikkevand.
»En computer kan så hurtigt og præcist fortælle os, om vandet er sikkert at drikke eller ej – og hvad der skal til for at rense det,« siger Frants Roager Lauritsen. ♦
Figuren viser et typisk kloreringsforsøg, hvor en phenolopløsning (1,5 mg/L) i almindeligt postevand kloreres ved tilsætning af natriumhypoklorit (12 mg/L). Selve reaktionen startes ved 600s, hvor natriumhypoklorit tilsættes, og der ses en hurtig (sekunder) dannelse af klorphenol, som når et maksimum efter cirka 1 minut, hvorefter koncentrationen falder. Den dannede klorphenol videreomdannes til diklorphenol med en maksimal koncentration efter cirka 3 min, hvorefter koncentrationen falder, efterhånden som diklorphenolen omdannes til triklorphenol med maksimum efter cirka 8 minutter, hvorefter triklorfenolen langsomt forsvinder.
Frants Lauritsen har ikke kunnet påvise en videre klorering til tetra- og pentaklorphenol. Kort efter phenoldannelsen ses en produktion af trihalometanen kloroform, som når et maksimum efter cirka 30 minutter, hvorefter en videreomdannelse af kloroform til trihalometanen bromdiklormetan ses. De hidtidige undersøgelser har vist en stor variation i reaktionsforløb afhængig af forsøgsomstændighederne.
Reaktor giver mulighed for at overvåge desinfektionsprocesser
Phenol (C6H5OH) er et godt modelstof til at illustrere reaktionerne, når vand desinficeres ved klorering, da både naturligt forekommende organiske stoffer i råvand såvel som sprøjtemidler og lægemidler ofte indeholder stoffer afledt af phenol. Illustrationen viser et muligt reaktionsforløb for omdannelsen af phenol til først klorerede phenoler og derefter trihalometaner (kloroform) ved neutral pH. Karakteristisk for de dannede klorphenoler er, at phenolerne med 1-2 kloratomer ofte giver drikkevand en særdeles dårlig lugt og smag, mens phenoler med flere kloratomer er stærkt sundhedsskadelige.
Som det fremgår af figuren, følger kloreringen af phenol et kompliceret reaktionsforløb, og præcist hvilke mellem- og slutprodukter, der er tilstede, hvornår og i hvilke mængder, er vanskeligt at sige, medmindre man kan følge kinetikken bag reaktionen. Til det formål har Frants Roager Lauritsen sammen med sine kolleger udviklet en lille laboratoriereaktor, hvori en desinfektionsproces kan gennemføres, mens man kontinuerligt måler, hvilke klorerede forbindelser, der dannes.
Råvandet, som skal undersøges for dannelse af desinfektions-biprodukter, kommes direkte ned i reaktoren, hvorefter desinfektionsprocessen startes ved injektion af et eller flere aktive rensestoffer, eventuelt kombineret med bestråling med UV-lys. Reaktoren er monteret på et transportabelt massespektrometer på en sådan måde, at flygtige biprodukter i reaktionsblandingen diffunderer igennem en polymermembran ind i massespektrometret, hvor de ioniseres og adskilles efter vægten af de intakte ioniserede molekyler eller fragmenter deraf. På denne måde kan koncentrationen af de individuelle desinfektions-biprodukter bestemmes som funktion af tiden under selve reaktionsforløbet.
Det er planen at udvide den nuværende laboratoriereaktor med teknologi, der gør det muligt at analysere den totale mineralisering af de organiske forureninger i vandet, for eksempel via en total organisk kulstofanalyse. Herudover skal der indbygges fiberoptik i reaktoren, således at der samtidigt kan udføres online absorbans- og fluorescens-analyser, for eksempel af haloaminer. Ambitionen er, at laboratoriereaktoren eksperimentelt skal kunne validere en drikkevandsbehandlingsteknologi til en specifik vandrensningsopgave indenfor 2 timer.
Se hele bladet
Du kan se hele blad nr. 1-2022 som bladre-pdf og hente det som pdf.