ZÁPIS Z KONFERENCE ANALYTIKA ODPADŮ IV 215 SOUČÁST VÝSTUPU D6d1 PROJEKTU LIFE2WATER PART OF DELIVERABLE D6D1 OF LIFE2WATER PROJECT LISTOPAD 215 www.life2water.cz
1. INFORMACE O KONFERENCI Ve dnech 3.-4. 11. 215 se v Táboře uskutečnila odborná konference Analytika odpadů IV 215. Program konference, reaguje na změny právních předpisů a odráží aktuální problémy oboru analytika odpadů. Konference se pravidelně účastní zejména zástupci producentů odpadů, odpadový hospodáři, analytici, vzorkaři, zástupci veřejné správy, ekology, pověřené osoby, úředníci, zástupci vysokých škol, dodavatele laboratorní techniky a materiálů ale i další odborná veřejnost. 2. PŘÍSPĚVEK NA KONFERENCI Na konferenci byl prezentován příspěvek a ve sborníku konference byl otištěn příspěvek Sledování farmaceutických látek na výstupu z čistírny odpadních vod. SEZNAM PŘÍLOH Příloha č.1: Sledování farmaceutických látek na výstupu z čistírny odpadních vod Příloha č.2: Prezentace na konferenci 2
SLEDOVÁNÍ FARMACEUTICKÝCH LÁTEK NA VÝSTUPU Z ČISTÍRNY ODPADNÍCH VOD Taťána Halešová; Eva Hudečková; Marcela Seifrtová; David Kotrba; Radka Pešoutová ALS Czech Republic s.r.o., Na Harfě 336/9, 19 Praha 9, tatana.halesova@alsglobal.com Abstrakt Přítomnost farmaceutických látek v životním prostředí je v posledních letech čím dál častěji diskutovaným tématem, neboť farmaka jsou používána stále a ve velkém množství. Léčiva a farmaceutické přípravky se v organismu metabolizují nebo zůstávají v nezměněné podobě. Po vyloučení z organismu se dostávají do odpadních vod a v případě nedokonalého odstranění při procesu čištění jsou vypouštěny do životního prostředí, především vodních toků. Zde pak farmaceutické látky mohou působit na necílové organismy, ukládat se do sedimentů nebo se dále měnit a metabolizovat. Odstranění farmak v procesu čištění odpadních vod záleží především na jejich fyzikálně-chemických vlastnostech, formě a dalších faktorech, jako je použitá technologie, teplota, ph a další. Komunální čistírny odpadních vod jsou primárně konstruovány pro odstranění organického znečištění, sloučenin dusíku a fosforu, ale až na výjimky nejsou konstruovány pro odstraňování reziduí farmak a dalšího průmyslového znečištění z odpadní vody. Proto je důležité zaměřit se na sledování účinnosti odstranění těchto kontaminantů nejen z vod, ale i z čistírenského kalu, protože ten je nedílnou součástí procesu čištění odpadních vod. S ohledem na vlastnosti monitorovaných farmak je velmi důležité zvolit vhodné postupy pro odběr a analýzu těchto látek v odpadních vodách a stabilizovaných kalech. Krok přípravy vzorků a výběr vhodné instrumentace se ukazují jako zásadní pro sledování těchto látek v životním prostředí. 1. Použití léčiv a jejich spotřeba na území ČR Léčiva jsou látky sloužící k ochraně před chorobami, léčení nebo zmírnění projevů chorob. V současné době dochází k rozsáhlému užívání, často i nadužívání, což se následně projevuje jejich výskytem v životním prostředí. Mohou mít karcinogenní, genotoxické, mutagenní nebo teratogenní vlastnosti, některé narušují endokrinní systém, a tím prokazatelně způsobují sníženou plodnost, změnu pohlaví a mají další neblahé účinky na samce zvířat v přírodních a laboratorních podmínkách. V České republice se každoročně spotřebuje kolem 5 léčivých přípravků a přibližně 1 druhů účinných látek léčiv (1). Nejčastějšími používanými účinnými látkami jsou ibuprofen, paracetamol, diklofenak, diazepam, naproxen, sulfomethoxazol, karbamazepin či (1,2). Zajímanou skupinou látek jsou také kontrastní látky iohexol, iomeprol, iopamidol a iopromid, které jsou hojně využívány při rentgenových vyšetřeních. 2. Chování léčiv v životním prostředí Aktivní látky jsou po použití léků z těla vylučovány buď v nezměněné podobě a/nebo ve formě jejich metabolitů, které se prostřednictvím moči a stolice dostávají do čistírny odpadních vod (ČOV). Zde však nemusí být některé z nich dostatečně zachycovány a/nebo rozkládány a přecházejí tak dále prostřednictvím výstupů z čistíren odpadních vod (biologicky vyčištěná odpadní voda, stabilizovaný čistírenský kal) do vodních toků či půdy. Touto cestou se transportují do dalších částí ekosystému a není tak vyloučena kontaminace podzemních a pitných vod (3,4).
Jedním z hlavních zdrojů kontaminace jsou osídlené městské oblasti a nemocnice. Farmaceutické látky se mohou dostávat do půd i ze skládek. Stabilizované čistírenské kaly se používají jako druhotné hnojivo na zemědělských půdách, a díky tomu může dojít k proniknutí léčiv a jejich metabolitů až do potravního řetězce. Neméně podstatným vstupem léčiv do životního prostředí představuje využití vyčištěných odpadních vod k zavlažování. Ke kontaminaci vody a půdy přispívají i veterinární léčiva vylučovaná zvířaty a užívaná pro profylaktickou léčbu suchozemských a vodních hospodářských zvířat (4,5). Obr 1. Tok léčiv a jejich metabolitů v prostředí (5) Koloběh léčiv může vést k jejich vstupu do potravního řetězce a jejich akumulaci v živých organismech. Ačkoliv většina léčiv je navržena k působení v lidském těle, je pravděpodobné, že necílové organismy, které mají podobné biochemické dráhy, budou také ovlivněny (4,6). 3. Odstraňování a degradace léčiv Některá léčiva jsou rezistentní vůči biologické degradaci, příkladem je hojně využívaný diklofenak, který je nedostatečně odstraňován dosavadním způsobem čištěním odpadních vod. Hydrofilní léčiva zůstanou ve vodné fázi a hydrofobní léčiva se sorbují na kal (7,8). Pokročilé metody čištění, jako je membránová filtrace nebo oxidační procesy (chlorace, ozonizace a UV záření), jsou sice účinné, ale vzhledem k jejich vysoké ceně a spotřebě energie není jejich použití rozšířené (3). Degradace léčiv, vznik a výskyt jejich degradačních produktů v životním prostředí je stále předmětem sledování. 4. Legislativa Základním právním nástrojem v Evropské unii řešícím problematiku čištění odpadních vod je směrnice Rady 91/271/EEC o čištění městských odpadních vod. Směrnice má za cíl zajistit ochranu povrchových vod před znečišťováním způsobeným vypouštěním komunálních odpadních vod a
biologicky odbouratelných průmyslových odpadních vod. Kvalita vody ve výpustích a v recipientu se musí pravidelně monitorovat. V České republice je v současné době přibližně 2 5 ČOV, přičemž každoročně je vyčištěno necelých 1 mil m 3 odpadních vod. Při čištění odpadních vod vzniká čistírenský kal, produkuje ho nutně každá ČOV. Kal se skládá zjednodušeně ze zahuštěných nečistot ve vodě, obsahuje mnoho látek, z nichž je řada nebezpečných pro životní prostředí, v roce 213 vyprodukovaly ČOV v České republice cca 16 tisíc tun sušiny kalů (9-12). 25 celková prodkce kalu/rok 2 rekultivace t i s í c 15 1 kompostování skládkování t u n 5 2 21 22 23 29 21 211 212 213 spalování ostatní Graf 1: produkce kalu v ČR v letech 2 213, využití kalu z pohledu možné kontaminace životního prostředí Existuje několik legislativních předpisů, které se zabývají problematikou nakládání s kaly z ČOV. Směrnice Rady 86/278/ES o ochraně životního prostředí a zejména půdy při používání kalů z čistíren odpadních vod v zemědělství. Zákon č. 185/21 Sb., o odpadech a změně některých dalších zákonů, ve znění pozdějších předpisů Vyhláška č. 382/21 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě Vyhláška č. 294/25 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu Vyhláška č. 341/28 Sb., o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady Tyto předpisy stanovují sledování kritérií ve vzorcích kalů. Jsou sledovány především těžké kovy, rizikové prvky (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Zn), mikroorganismy (koliformní bakterie, enterokoky a salmonela) a u vybraných vzorků také organické polutanty (PCB, PAH, AOX) (13). Bohužel stanovením reziduí léčiv a jejich metabolitů se legislativa v oblasti odpadních vod ani kalů doposud nezabývá. Není legislativní předpis, kterým by se stanovily limitní koncentrace pro léčiva a jejich metabolity. 5. Stanovení farmaceutických látek Hladiny koncentrací léčiv ve vodných vzorcích jsou většinou nízké (v rozmezí ng/l až μg/l), z tohoto důvodu není možný přímý nástřik vzorků do chromatografického systému a je nezbytné vzorky před analýzou zakoncentrovat. V současnosti je při zpracování vodných roztoků nejvíce využívaná extrakce na tuhou fázi SPE (solid-phase extraction). Většinou není nutné vzorky po extrakci tuhou fází dále čistit, extrakt se odpaří pod proudem dusíku a převede do rozpouštědla, které je používané
v analytickém stanovení. Analýza těchto sloučenin v reálném vzorku vyžaduje objem vzorku 2-5 ml, v závislosti na typu vody, požadovaných detekčních limitech a citlivosti použité instrumentace. V případě přípravy vzorku kalu je cca,5 1 g vzorku za pomoci ultrazvuku extrahováno do organického rozpouštědla a následně přečištěno přes SPE (14, 15). Preferovanou metodou pro rutinní stanovení farmaceutických látek je kapalinová chromatografie ve spojení s tandemovou hmotnostní detekcí (LC-MS/MS), která umožňuje současné stanovení velkého množství analytů a díky citlivosti hmotnostního spektrometru dosáhnout velmi nízkých detekčních limitů. Jelikož v obou případech jde o analýzu látek o nízké koncentraci a ve velmi komplikované matrici (vyčištěná odpadní voda, čistírenský kal), při stanovení těchto látek může dojít k jevu, který nazýváme matričním efektem. Při tomto efektu dochází ke kvalitativnímu a kvantitativnímu ovlivnění stanovovaných látek přítomnou matricí (přítomnost kovů, solí, organických látek, ). Proto je důležité toto ovlivnění analýzy eliminovat, jednou z možností je právě dostatečné přečištění vzorku ale také např. menší objem nástřiku vzorku (není tedy vhodný přímý nástřik vzorku). 6. Monitoring léčiv v přečištěné odpadní vodě a čistírenském kalu výstup z ČOV 6.1. Výsledky měření vzorků odpadních vod Sledování a stanovení koncentrací vybraných léčiv v komunálních odpadních vodách je součástí již řešeného projektu LIFE2Water Ověření a vyhodnocení technologií pro terciární dočištění komunálních odpadních vod. Partneři projektu jsou AQUA PROCON s.r.o., Brněnské vodárny a kanalizace, a.s. a ALS Czech Republic, s.r.o., doba trvání projektu je 9/214-12/217. K tomuto účelu je využívána biologicky vyčištěná odpadní voda z ČOV v Brně Modřicích. V grafu 2 jsou uvedeny nalezené koncentrace léčiv z období duben srpen 215 na výstupu z ČOV do recipientu. Jednotlivé odběry jsou označeny číslem vzorků 1 až 16. Pro monitoring farmaceutických látek v odpadní vodě byl dosažen limit detekce 5 ng/l, ani v jednom vzorku nebyly detekovány kyseliny salicylová, klofibrová a paracetamol. Ostatní parametry měly nálezy nad limitem detekce a jsou uvedeny v grafech 2 a 3.
g/l g/l 1 2 3 4 5 karbamazepin 12 1 diazepam diklofenak furosemid 8 ibuprofen sulfamethoxazol 6 4 cyprofloxacin 2 naproxen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 naproxen cyprofloxa sulfameth ibuprofen furosemid diklofenak diazepam karbamaz Graf 2. koncentrace léčiv ( g/l) v biologicky vyčištěné odpadní vodě na ČOV Brno-Modřice 12 1 iopromide iohexol iopamidol iomeprol 8 6 4 2 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 iomeprol iopamidol iohexol iopromide Graf 3. koncentrace kontrastních látek ( g/l) v biologicky vyčištěné odpadní vodě na ČOV Brno-Modřice
g/kg 6.2. Výsledky měření vzorků čistírenských kalů V rámci sledování koncentrací farmaceutických látek byly také odebírány vzorky čistírenských kalů na různých místech České republiky. Vybrané farmaceutické látky byly sledovány na 28 místech, jednotlivé odběry jsou označeny číslem vzorků 1 až 28. Limit detekce pro stanovení léčiv v čistírenských kalech je,5-5 g/kg. Bylo analyzováno 11 léčiv, jejichž výsledky jsou uvedeny v grafu 4. U všech vzorků byly nalezeny residua léčiv. 18 16 14 12 1 8 6 4 2 naproxen paracetamol karbamazepin diazepam diklofenak furosemid klofibrová kys. salicylová kys. sulfamethoxazol 1 3 5 7 9 sulfamethoxazol 11 salicylová kys. 13 klofibrová kys. 15 furosemid 17 diklofenak 19 diazepam 21 karbamazepin 23 paracetamol naproxen 25 27 Graf 4. koncentrace léčiv ( g/kg) v čistírenských kalech na území ČR Paracetamol, diklofenak a byly ve vyšších koncentracích pozorovány jak v biologicky vyčištěné odpadní vodě tak v čistírenském kalu, jde o látky nedostatečně odstranitelné dosavadním způsobem čištění odpadních vod (8). 6.3. Výsledky měření vzorků kohoutkové vody Namátkově byly také odebrány kohoutkové vody v šesti velkých městech České republiky, které byly testovány na přítomnost často používaných léčiv karbamazepin, ciprofloxacin, diazepam, diklofenak, kys. klofibrová, furosemid, ibuprofen, naproxen, paracetamol, kys. salicylová, sulfamethoxazol,, a kontrastní látky iohexol, iomeprol, iopamidol, iopromid, pro zajímavost byl také sledován kofein viz. graf 5. Limit detekce pro léčiva v kohoutkových vodách byl stanoven na 3-5 ng/l. Z testovaných parametrů byly nad limitem detekce ojediněle pozorovány kys. salicylová, paracetamol a karbamazepin, opakovaně se vyskytl iomeprol. Kofein byl přítomen v každém testovaném vzorku.
g/l kofein karbamazepin ciprofloxacin kys. klofibrová,9,8,7 diazepam diklofenak furosemid ibuprofen,6,5,4,3,2,1, 1 2 3 4 5 6 sulfamethoxazol kys. salicylová paracetamol naproxen iopromid iopamidol iomeprol iohexol ibuprofen furosemid diklofenak diazepam kys. klofibrová ciprofloxacin karbamazepin kofein iohexol iomeprol iopamidol iopromid naproxen paracetamol kys. salicylová sulfamethoxazol Graf 5. koncentrace léčiv ( g/l) v kohoutkové vodě na území ČR Závěr V současnosti se na trhu vyskytuje velké množství hojně užívaných léčivých látek, které se velmi snadno dostávají na čistírny odpadních vod. Ty je nejsou schopny v současné chvíli při běžném procesu čištění odstraňovat. Residua léčiv jsou tak transportovány dále do životního prostředí, do recipientu nebo na půdu. I když není sledování těchto látek zahrnuto do legislativních předpisů, je velmi důležité jim věnovat pozornost a monitorovat přítomnost nejen výchozích látek, ale také rozkladných produktů a to nejen ve vyčištěně odpadní vodě, nýbrž i v čistírenském kalu, obzvlášť pokud tyto výstupy z ČOV vstupují dále do životního prostředí. Při volbě analýzy spektra látek je důležité přistupovat k výběru sledovaných parametrů zodpovědně a o neznámém vzorku si zjistit co nejvíce informací, nejlépe provést testovací monitoring na konkrétním vzorku. Je nutné zvolit vhodnou analytickou techniku, která zajistí prověření velkého rozsahu látek spolehlivě s požadovanými limity. Ukazuje se, že oba výstupy z ČOV jsou vzhledem k jejich vysoké produkci významným zdrojem kontaminace životního prostředí léčivy, jež se mohou dále v prostředí kumulovat a časem se objevit i ve zdrojích pitných vod. Diskutovanou možností jak eliminovat šíření a výskyt těchto látek v životním prostředí je zařadit na ČOV efektivní terciální stupeň dočištění odpadních vod a spalovat čistírenský kal. Poděkování Projekt LIFE2Water (LIFE13 ENV/CZ/475) je spolufinancován Evropskou unií v rámci programu LIFE+. Použitá literatura [1.] www.sukl.cz [2.] Kožíšek F., Sosnovcová J.: 211: Zpráva o kvalitě pitné vody v ČR za rok 211 [3.] www.life2water.cz
[4.] Enick, O.V., Moore, M.M.:27: Assessing the assessments: pharmaceuticals in the environment. Environ. Impact Assess. Rev. 27 (8): 77 729. [5.] Castensson S., Gunnarsson B.: 26: Environment and Pharmaceuticals, kap.1 Apoteket AB, Stockholm [6.] Jjemba, P.K.: 26: Excretion and ecotoxicity of pharmaceutical and personal care products in the environment. Ecotoxicol. Environ. Saf. 63: 113 13. [7.] Seiler, J.P.: 22: Pharmacodynamic activity of drugs and ecotoxicology can the two be connected, Toxicol Lett 131: 15-115. [8.] Zhang, Y., Geissen, S.U., Gal, C.: 28: Carbamazepine and diclofenac: removal in waste water treatment plants and occurrence in water bodies. Chemosphere, 73: 1151 1161. [9.] Statistická ročenka České republiky, Český statistický úřad www.czso.cz/csu/redakce.nsf/i/statisticke_rocenky_ceske_republiky [1.] www.agroporadenstvi.cz/default [11.] V. Jelínková, M. Beránková, D. Vološinová: 214: Možnosti s nakládání s kaly z ČOV a příslušná legislativa [12.] KOLEKTIV.: sborník referátů. Možnosti využití kalů z ČOV v zemědělství. Vydání 1. Praha: VÚVR, 2. ISBN 8-238-5333-3 [13.] Nařízení vlády 61/23 Sb. o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod [14.] Calderon-Preciado, D., Jimenez-Cartagena, C., Matamoros, V., Bayona, J.M. (211): Screening of 47 organic microcontaminants in agricultural irrigation waters and their soil loading. Water Res 45: 221-231 [15.] Klouda. P.:213: Moderní analytické metody, nakladatelství Pavel Klouda, Ostrava, ISBN 8-86369-7-2
23. 1. 216 Obsah prezentace úvod do problematiky proč je důležité sledovat farmaceutické látky osud léčiv v životním prostředí moderní techniky stanovení léčiv SLEDOVÁNÍ FARMACEUTICKÝCH LÁTEK NA VÝSTUPU Z ČISTÍRNY ODPADNÍCH VOD monitoring léčiv využití naší práce Ing. Taťána Halešová Analytika odpadů IV Tábor 3. - 4.11.215 RIGHT SOLUTI ONS RIGHT PARTNER Úvod do problematiky I léčivý přípravek jedna nebo více léčivých látek léčivá látka -ochraně před chorobami, léčení či zmírnění projevů chorob definice SÚKL za účelem obnovy, úpravy nebo ovlivnění fyziologických funkcí anebo ke stanovení lékařské diagnózy Úvod do problematiky II akumulace v životním prostředí - průmyslové výroby léčiv, odpad, ČOV dlouhodobé toxické účinky nízkých koncentrací působení na necílové činitele LÉČIVA - hlavní léčivý účinek - vedlejší účinky Proč farmaceutické látky Nejpoužívanější léčivé přípravky Česká republika povoleno přes 1 účinných léčivých látek ø 15 mil. balení přípravků/ měsíc ( 1 balení/osoba) 6 56 55 registrováno léčivých přípravků (rok) 5 4 4 výdej léčivých přípravků (rok) balení léčivých přípravků (mil./rok) 3 DDD (mil./rok) 2 1 7 7 3 8 5 6 5 8 6 35 3 2 27 211 215 Analgetika- paracetamol,, kyselina acetylsalicylová (kys. salicylová) Protizánětlivá a protirevmatická léčiva - naproxen, ibuprofen, diklofenak Psycholeptika- diazepam, karbamazepin Antitrombotika - Antibiotika- sulfomethoxazol, ciprofloxacin Regulátor lipidů v krvi fibráty (kys. klofibrová) www.sukl.cz www.sukl.cz 1
23. 1. 216 Koloběh léčiv v životním prostředí Produkce kalu v ČR a jeho využití 25 celková prodkce kalu/rok 2 rekultivace KAL VODA t i s í c t u n 15 1 5 kompostování skládkování spalování ostatní 2 21 22 23 29 21 211 212 213 Negativní dopady - souhrn - nepříznivé dopady na ŽP a necílové organismy - negativní dopady se objevují až po několika letech - koloběh látek v ŽP potravinový řetězec - dosavadní způsob čištění není účinný Stanovení léčiv I široké spektrum sloučenin různých fyzikálně-chemických vlastností rozdílné funkční skupiny požadavky na nízké limity příprava vzorků čisté vzorky - neznámý koktejlový efekt - CNS - hormonální systém přímý nástřik vzorku (centrifugace/filtrace) špinavé vzorky izolace cílové látky (UTZ, rozpouštědlo) přečištění (SPE, N 2 ) Stanovení léčiv II Chromatogram léčiva - LC/MS/MS Instrumentální (chromatografické) metody multireziduální analýzy léčiva steroidní hormony LC/MS/MS LOD 1 1 ng/l LOD,5-5 µg/kg 2
23. 1. 216 Přístroj Metoda Metoda A Stanovení léčiv v ALS Počet analytů Čas analýzy (min.) Množství vzorku Objem nástřiku (µl) LOD µg/l (µg/kg) µg/l Monitoring léčiv odpadní voda naproxen diazepam Karbamazepin 12 diklofenak LC/MS/MS Kofein Kyselina klofibrová Diazepam Furosemid Ciprofloxacin Iohexol Iomeprol Iopamidol Iopromid Sulfomethoxazol 2 5,5 5 1 ml (,5-1 g) 5,1 (,5) Čisté vzorky,1 (5) Špinavé 1 8 6 4 furosemid ibuprofen sulfamethoxazol cyprofloxacin karbamazepin Paracetamol Tramadol 2 Kyselina salicylová Metoda B 17-Alpha-Ethinylestradiol 17-Beta-Estradiol Estriol, Estron, Mestranol Diklofenak, Naproxen, 12 5 5 1 5,1 Čisté vzorky,1 Špinavé vzorky 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 naprox diazep diklofe furose ibuprof sulfam cyprofl karba Ibuprofen Terciální dočištění odpadní vody _ LIFE2Water Monitoring léčiv čistírenský kal naproxen paracetamol karbamazepin diazepam diklofenak furosemid 2, VSTUP klofibrová kys. salicylová kys. sulfamethoxazol 1,8 1,6 VÝSTUP (sonolýza ozónu) µg/kg 18 diklofenak (µg/l) 1,4 1,2 1,,8,6 16 14 12 1 8 6 4 2,4,2, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 26 27 28 sulfamethoxazol salicylová kys. klofibrová kys. furosemid diklofenak diazepam karbamazepin paracetamol naproxen Závěr Závěr je významné sledovat výskyt léčiv v ŽP? legislativní posun jako v případě pesticidů - sledování látek, které se mohou vyskytovat - sledování metabolitů důležitý je včasný monitoring! - akumulace ŽP -modernizace ČOV a ÚV odstraňování těchto látek -kaly? 3
23. 1. 216 Děkuji za pozornost Poděkování Projekt LIFE2Water (LIFE13 ENV/CZ/475) je spolufinancován Evropskou unií v rámci programu LIFE+. 4