Environmental Project, 977 – Survey of Estrogenic Activity in the Danish Aquatic Environment

Kortlægningen af østrogener i det danske ferskvandsmiljø viser, at de store og avancerede renseanlæg fjerner østrogener fra spildevandet ret effektivt. Det samme gælder de teknologisk mere simple biologiske sandfiltre. Derimod har de mekaniske og mekanisk-biologiske anlæg uden slambehandling en meget lav renseeffektivitet. Denne type anlæg, der typisk er små, er mest almindelige i landzonen, hvor enkeltejendommes septiktanke med lav renseeffektivitet yderligere vil bidrage til østrogenbelastningen af vandmiljøet. I de vandløb og søer, som ikke modtager spildevand, er koncentrationen i almindelighed under niveauer, der giver hormonforstyrrelser i fisk, mens der i vandløb, som modtager spildevand, er dobbelt så mange prøver med mere end 1 ng/l.

Det vakte opsigt og bekymring omkring det danske ferskvandsmiljø da en undersøgelse i Århus Amt i 2000 viste, at op til 44% af populationer af ørreder og skaller i nogle af amtets vandløb udviste tegn på kønshormonale forstyrrelser (feminisering). En opfølgende undersøgelse i Voel Bæk godtgjorde, at de observerede kønsforstyrrelser i ørredbestanden ikke alene kunne tilskrives udledningen fra det lokale renseanlæg, men også måtte bero på andre kilder så som udledninger fra markdræn med tilsluttede septiktanke.

En præliminær kortlægning i 2002 af indholdet af steroidhormoner i udløbene fra en række danske renseanlæg viste, at disse stoffer kunne påvises i det rensede spildevand fra 15 ud af de 19 undersøgte anlæg. Resultaterne af udenlandske undersøgelser indikerer, at hovedparten af den østrogene aktivitet skyldes naturlige og syntetiske (p-pille) østrogener snarere end forskellige industrikemikalier med østrogen aktivitet, de såkaldte xenoøstrogener. Dette billede blev bekræftet i en anden dansk undersøgelse på to renseanlæg, hvor den østrogene aktivitet langt overvejende (hhv. 80-94% og 90-95%) kunne tilskrives indholdet af de tre vigtigste steroidøstrogener.

Miljøstyrelsen ønskede på denne baggrund at iværksætte en undersøgelse med karakter af en egentlig kortlægning af niveauerne af østrogener i danske ferskvandsmiljøer samt kilderne hertil. Undersøgelsen skulle baseres på en biologisk laboratorietestmetode støttet af kemiske analyser med fokus på steroidøstrogenerne østron, østradiol og ethinyløstradiol (p-pille østrogenet).

Box 1: Østrogener målt i analyseprogram. (Der analyseres også for 17-østradiol, som ligner 17-østradiol.)

Østron (E1)	17β-Østradiol (E2)	Ethynyløstradiol (EE2)

Kortlægningen har samlet set omfattet udtagning af 341 prøver fra 148 lokaliteter i danske ferskvandsmiljøer samt mulige forureningskilder, ikke mindst renseanlæg af forskellige typer. Alle prøver er ved en biologisk test (assay) kaldet YES blevet analyseret for østrogen aktivitet fra de frie (aktive) østrogener såvel som den samlede pulje af potentiel aktivitet fra konjugerede (dvs. bundne, midlertidigt inaktive) østrogener, hvorved der er tilvejebragt næsten 700 datasæt. Hertil skal lægges ca. 150 prøver, som blev analyseret kemisk for både frie og konjugerede steroidøstrogener. I alt har kortlægningen således omfattet næsten 1000 datasæt fordelt på 7 typer af ferskvandsmiljøer og 11 typer af mulige forureningskilder. Udvalgte ferskvandslokaliteter og udledningssteder blev prøvetaget 2-4 gange i løbet af året og i tilknytning til renseanlæggene blev der indsamlet recipientprøver både op- og nedstrøms udløbspunkterne.

Alle prøver blev testet med en biologisk test for østrogen aktivitet, YES testen, og omkring 40% blev også analyseret med en kemisk metode (GC-MS) for østrogenerne vist Boks 1.

Boks 2: Konjugering

Steroidøstrogener er stoffer, der let opløses i og bindes til fedt, og de kan derfor kun dårligt udskilles fra kroppen via nyrerne medmindre, der først sker en kemisk omdannelse, således at de bliver mere vandopløselige. Denne proces kaldes konjugering og består i, at der hæftes en vandopløselig molekyledel (en sulfat- eller en glucoronidgruppe) på østrogenet, hvorved det samlede molekyles egenskaber ændres så det lettere kan udskilles. Det konjugerede østrogen har ingen østrogen aktivitet, men efter udskillelsen kan konjugatet, når det kommer ud i spildevandssystemet, blive spaltet igen og derved genvinde sin aktivitet.

Resultaterne af kortlægningen peger på, at der næppe forekommer udbredte effekter af østrogener i danske ferskvandsmiljøer. Umiddelbart nedstrøms udledninger af dårligt renset spildevand til små recipienter, eller i forbindelse med overløbssituationer, vil der dog sandsynligvis kunne optræde koncentrationer over effektniveauer kendt fra litteraturen.

I 33% af prøverne fra vandløb og søer var den eventuelle østrogene aktivitet så lav, at den lå under den biologiske testmetodes detektionsgrænse på 0,05 ng/l (et nanogram = en milliontedel milligram). Der har dog kunnet påvises østrogen aktivitet med YES-assayet i praktisk taget alle typer af ferskvandsmiljøer i Danmark, dog typisk i koncentrationer på mindre end 1 ng/l.

I næsten 70% af prøverne fra recipienter for spildevandsudledninger fra renseanlæg var den østrogene aktivitet i vandløbet umiddelbart nedstrøms udledningspunktet højere end aktiviteten opstrøms. Længere nedstrøms kunne påvirkningen fra renseanlægget typisk ikke erkendes mere. I den påvirkede zone af vandløbene var niveauet for østrogenaktiviteten typisk 1-5 ng/L svarende til ca. 5-10 gange niveauet på baggrundslokaliteterne.

Til hver prøver hører to resultater fra YES assayet (fri og total østrogen aktivitet) og i de prøver, der er analyseret kemisk, er fire specifikke steroidøstrogener blevet bestemt på fri form samt som total mængde. Resultaterne fra alle feltundersøgelser er vist herunder.

Figur 1 Præsentation af alle resultater fra biotest og kemiske analyser af østrogen aktivitet.

To anlæg i hver kategori af renseanlæg (dvs. i alt 12 anlæg) blev udvalgt til mere grundig undersøgelse, herunder udtagning af en indløbsprøve. Østrogenaktiviteten lå i hovedparten af disse prøver i intervallet 20-90 ng/L, men enkelte værdier var betydeligt højere. Det viste sig, at mere end 90% af østrogenerne var på fri form allerede i indløbet og dermed at spaltningen af konjugaterne øjensynligt finder sted hurtigt i spildevandsystemet.

Det kvantitativt dominerende østrogen i spildevand er stoffet østron (E1) efterfulgt af 17β-østradiol (E2), der typisk udgjorde ca. 30% af det samlede indhold. Det hyppigst anvendte aktivstof i svangerskabsforebyggende midler (p-piller), ethynyløstradiol (EE2), forekom i godt halvdelen af indløbsprøverne, men kun i beskedne koncentrationer.

De moderne eller udbyggede renseanlæg (kategorierne A og B) er forsynet med procestrin, der, typisk ved hjælp af aktivt slam, skal fjerne kvælstof fra spildevandet ved nitrifikation/denitrifikation (MBND-anlæg; kategori A) eller alene ved nitrifikation (MBN-anlæg; kategori B). Østrogeniveauet i udløbene fra disse renseanlæg er i næsten alle tilfælde kun nogle få ng/l og i enkelte tilfælde under detektionsgrænsen. Også i de teknologisk simple rodzoneanlæg (kategori E) og biologiske sandfiltre (kategori F) opnås der en god udløbskvalitet, ikke mindst i sidstnævnte, hvor der i en betydelig del af prøverne ikke kunne påvises nogen østrogen aktivitet. Resultaterne af udløbsprøverne er illustreret på Figur 2 herunder.

Figur 2 Kort med rensenlægslokaliteter og indikation af østrogen aktivitet i udløb. For de 12 anlæg med fire årstidsprøver er årsgennemsnittet anvendt. Baseret på østrogen aktivitet målt i ng/L fra biotest for total østrogen.

I modsætning til disse anlægstyper indeholdt udløbsvandet fra traditionelle, lavteknologiske anlæg, dvs. mekaniske og mekanisk-biologiske anlæg (hhv. kategori C og D), østrogener i høje niveauer. Indholdet i udløbsprøverne kan praktisk taget ikke skelnes fra indholdet i indløbsprøverne og der synes dermed ikke at ske nogen nævneværdig fjernelse af østrogener fra spildevand ved anvendelse af disse teknologier.

I mere end 100 prøver af renset spildevand fra en bred vifte af renseanlæg kunne vi kun påvise EE2 i koncentrationer større end 1 ng/L i seks prøver fra fem renseanlæg i kategorierne C, D, E og F. På grund af stoffets høje potens tegner EE2 sig dog i enkelte tilfælde for en betydelig del (50%) af den samlede østrogene aktivitet omregnet til E2-ækvivalenter, men i de fleste tilfælde tegner E1 sig for 60-70% af aktiviteten og E2 for 30-40%.

Figur 3 Kort med lokaliteter for overfladevand og indikation af østrogen aktivitet i udløb. For lokaliteter med mere end en prøve er gennemsnittet anvendt. Baseret på østrogen aktivitet målt i ng/L i biotest for total østrogen.

Udløb fra septiktanke, der i vid udstrækning stadig bruges på isoleret beliggende, ukloakerede ejendomme i det åbne land, indeholdt generelt høje koncentrationer af østrogener med et (vægtet) gennemsnit på mere end 70 ng/L. I kategori H, dræn fra marker hvor gylle var udbragt omkring to uger før første prøvetagning, blev der påvist østrogen aktivitet i 4 ud af 8 prøver. Indholdet var dog lavt, 0,1-1 ng/L, og ikke forårsaget af biomarkøren for kvæg, 17α-E2, men skyldtes hovedsageligt østron (E1). I kategori I, dræn fra marker behandlet med spildevandsslam før forårsprøvetagningen i 2004, kunne der påvises lav østrogen aktivitet i alle fem prøver. En efterårsprøve fra én lokalitet indeholdt dog mere end 30 ng/L, hvilket fører til en mistanke om, at drænet også transporterer spildevand fra en septiktank eller lignende. Vandet i to forsinkelsesbassiner for opsamlet regnvand fra veje og tage udviste ingen østrogen aktivitet i YES-assayet.

For de syv typer af ferskvandsmiljøer tilsammen blev der fundet et vægtet gennemsnitsindhold af østrogen aktivitet på mindre end 1 ng/L. I ca. 30% af prøverne var indholdet under detektionsgrænsen. Baggrundsvandløbene havde de laveste indhold af samtlige kategorier, mens baggrundssøer viste sig at udvise næsten den samme østrogene aktivitet som formodet mere belastede søer.

Andelen af prøver med kvantificerbar østrogen aktivitet i forhold til det samlede antal prøver inden for en kategori var lidt højere i kategorierne N og O, dvs. hhv. vandløb og søer i områder med stor husdyrtæthed, end i de øvrige, men de vægtede gennemsnit adskilte sig ikke. Alt i alt må forskellene mellem de forskellige typer ferskvandsmiljøer betegnes som meget små.

Det var ikke forventet, at der skulle optræde systematiske regionale variationer med hensyn til spildevands indhold af østrogener som følge af forskelle i fysiske eller naturbetingede forhold. En mindre, demografisk betinget variation på grund af den generelt yngre befolkning i byområder og deraf følgende mere hyppig anvendelse af p-piller kunne derimod ikke på forhånd udelukkes. Der er dog ikke fundet tegn på dette i undersøgelsen.

Heller ikke de tilvejebragte data fra ferskvandsmiljøet giver nogen indikationer af systematiske regionale variationer som følge af forskelle i jordbundsforhold, nedbør eller arealanvendelse på makro-niveau.

Den samlede østrogene aktivitet i spildevandsudledninger synes ikke at have sammenhæng med årstiden, ligesom det relative forhold mellem frie og konjugerede østrogener heller ikke udviser årstidsafhængighed.

Prøverne fra de vandløb som modtager spildevand fra de 12 udvalgte renseanlæg er taget i sæt enten vinter-sommer eller forår-efterår. I de fem vinter-sommer sæt, der er til rådighed, er indholdet i sommerprøverne højest. Billedet i forår-efterårsprøverne er mindre tydeligt, men med en tendens til højere indhold i efterårsprøverne. Der synes ikke at være nogen årstidsafhængighed i den relative sammensætning mht. frie og konjugerede former.

Prøverne taget fra kilder i det åbne land er af natur sæsonbetingede eftersom de enten er knyttet til en sæsonbetinget aktivitet (så som udbringning af gylle eller slam) eller transportmekanismen (dræn) er stærkt afhængig af, om der er overskudsnedbør eller ej (som igen er sæsonbetinget). På et dambrug med blandet produktion blev der konstateret større forskel mellem opstrøms og nedstrøms prøver taget om efteråret end om foråret. Dette kunne enten skyldes en større andel af kønsmodne fisk om efteråret eller en sæsonrelateret anvendelse af hormonstoffer.

I ferskvandsmiljøet i øvrigt kunne der ikke iagttages noget sæsonbetinget mønster i de prøver, der blev udtaget forår-efterår, mens der i vinter-sommer prøvesættene synes at være mere aktivitet i sommerprøverne. Dette skyldes muligvis en ren fortyndingseffekt, der er større i vintermånederne.

En gennemgang af i alt 46 sæt af recipientdata fra 34 ud af de 36 undersøgte renseanlæg (et datasæt manglede og et blev forkastet) viste, at i 24 ud af 35 tilfælde, hvor østrogen aktivitet kunne påvises (altså 68%), var den østrogene aktivitet nedstrøms udledningspunktet højere end opstrøms. I fem tilfælde var aktiviteten den samme, mens der i de sidste seks tilfælde (17%) var højere aktivitet i opstrøms- end i nedstrømsprøven. I langt de fleste tilfælde var forskellene dog små, og kun i et tilfælde afgørende anderledes.

Sammenfatning og konklusioner