Pozostałości leków w nawozach: niewidoczny, ale poważny problem
Antydepresanty, środki nasenne i inne substancje psychoaktywne trafiają do kanalizacji na dwa sposoby — przez ludzki organizm oraz przez nieużywane tabletki spłukiwane w toalecie. Oczyszczalnie ścieków świetnie radzą sobie z bakteriami i wirusami, ale z lekami — już znacznie gorzej.
To, co pozostaje po oczyszczaniu wody, to gęsta, bogata w składniki odżywcze masa zwana osadami ściekowymi lub biostałymi. Zawiera azot, fosfor i materię organiczną, dlatego jest powszechnie stosowana jako nawóz na polach uprawnych — zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak i w Europie.
Wraz z cennymi składnikami odżywczymi trafiają jednak na pola pozostałości farmaceutyków, środków czyszczących i innych trudno usuwalnych substancji chemicznych. Nawet bardzo niskie stężenia substancji psychoaktywnych budzą niepokój naukowców, bo związki te zaprojektowano tak, by działać już w minimalnych dawkach.
Dlaczego tradycyjne oczyszczalnie słabo radzą sobie z lekami
Oczyszczalnie ścieków zostały zbudowane z myślą o trzech głównych zadaniach: eliminacji patogenów, rozkładzie materii organicznej oraz redukcji metali ciężkich i substancji odżywczych. Nowoczesne związki farmaceutyczne to zupełnie inne wyzwanie.
- Leki są chemicznie stabilne i trudno ulegają biodegradacji.
- Silnie wiążą się z materią organiczną obecną w osadach.
- Oczyszczalnie pracują przy stosunkowo krótkich czasach retencji, podczas gdy rozkład niektórych substancji wymaga znacznie więcej czasu.
W efekcie wiele leków nie opuszcza instalacji wraz z wodą, lecz pozostaje w osadach. Gdy te osady trafiają na pola, substancje farmaceutyczne rozprzestrzeniają się po glebie i łąkach.
Badania wykazują, że rośliny mogą pobierać niektóre pozostałości leków z gleby nawożonej osadami lub z wody irygacyjnej. Co więcej, długotrwała ekspozycja stwarza realne zagrożenie dla organizmów wodnych i życia glebowego.
Naukowcy sięgają po grzyby białej zgnilizny jako naturalne oczyszczacze
Zespół badaczy z Johns Hopkins University postanowił znaleźć tanie, biologiczne rozwiązanie problemu pozostałości farmaceutycznych w osadach ściekowych. Uwagę skupiono na tak zwanych grzybach białej zgnilizny — organizmach, które w naturze rozkładają drewno.
Do eksperymentu wybrano dwa pospolite gatunki: boczniak ostrygowaty (Pleurotus ostreatus) oraz wrośniaka różnobarwnego (Trametes versicolor). Oba słyną z wyjątkowej zdolności do rozkładu ligniny — niezwykle twardej substancji nadającej drewnu jego wytrzymałość.
Aby wykonać tę pracę, grzyby wydzielają do otoczenia potężne enzymy o szerokim spektrum działania. Nie atakują jednego konkretnego cząsteczki, lecz całą gamę złożonych struktur organicznych. To właśnie sprawia, że są tak obiecujące w kontekście usuwania pozostałości farmaceutycznych silnie związanych z materią organiczną.
Te same enzymy, które powoli rozkładają pień drzewa w leśnej ściółce, potrafią również rozrywać cząsteczki antydepresantów i innych leków.
Jak przebiegał eksperyment z osadami ściekowymi i grzybami
Badacze pobrali osady ściekowe z miejskiej oczyszczalni i wzbogacili je w warunkach laboratoryjnych dziewięcioma powszechnie stosowanymi substancjami psychoaktywnymi, w tym antydepresantami — citalopramem i trazodonem.
Następnie pozwolili obu gatunkom grzybów rosnąć bezpośrednio na tych osadach przez okres do sześćdziesięciu dni. Równolegle prowadzono próby w płynnych pożywkach, co umożliwiło porównanie wyników z „czystego" środowiska laboratoryjnego z realiami prawdziwych, złożonych osadów.
Za pomocą zaawansowanej spektrometrii mas naukowcy śledzili stężenia leków i poszukiwali nowych substancji powstających w trakcie ich rozkładu.
Niemal całkowite usunięcie pozostałości farmaceutycznych
Wyniki okazały się imponujące. Obydwa gatunki grzybów skutecznie zredukowały stężenie ośmiu z dziewięciu testowanych substancji. Stopień usunięcia wahał się od mniej więcej połowy do niemal całkowitej eliminacji po dwóch miesiącach.
W wielu przypadkach najlepsze rezultaty osiągnął boczniak ostrygowaty, usuwając ponad 90 procent kilku antydepresantów. To szczególnie istotne odkrycie, bo gatunek ten jest łatwo dostępny i uprawiany na masową skalę do celów spożywczych.
Co zaskakujące, w prawdziwych osadach rozkład był niekiedy intensywniejszy niż w laboratoryjnej pożywce. To wyraźnie pokazuje, jak ważne jest testowanie w rzeczywistych warunkach — substancja szybko zanikająca w czystej cieczy może zachowywać się zupełnie inaczej w złożonej mieszaninie tłuszczów, humusu i metali ciężkich.
Nie tylko ukrywanie, ale prawdziwa detoksykacja
Kluczowe pytanie w badaniach nad bioremediację brzmi: czy substancje znikają dlatego, że gdzieś się przyklejają, czy faktycznie ulegają chemicznemu rozkładowi na mniej szkodliwe składniki?
Analiza wykazała, że grzyby rzeczywiście chemicznie przekształcają cząsteczki leków. Badacze zidentyfikowali ponad czterdzieści nowych związków powstających w wyniku rozkładu, utleniania lub innych przekształceń pierwotnych cząsteczek.
Korzystając z narzędzia do oceny ryzyka Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA), oszacowali toksyczność tych nowych substancji. Większość produktów rozkładu okazała się mniej szkodliwa niż oryginalne leki — co wskazuje na prawdziwą detoksykację, a nie jedynie przesunięcie problemu.
Wydaje się, że grzyby nie tylko sprzątają — faktycznie czynią osady ściekowe bezpieczniejszymi dla środowiska i zdrowia publicznego.
Droga ku zastosowaniu na skalę przemysłową: mikoaugmentacja w oczyszczalniach
Celowe wprowadzanie grzybów do skażonego środowiska w celu jego naturalnego oczyszczenia nazywa się mikoaugmentacją. Grzyby białej zgnilizny szczególnie dobrze nadają się do tego celu, ponieważ:
- chętnie zasiedlają stałe podłoża, takie jak drewno czy granulki osadów;
- są szeroko dostępnymi i stosunkowo tanimi gatunkami;
- nie wymagają dużych nakładów energii ani skomplikowanych urządzeń;
- mogą być stosowane w procesach porcjowego przetwarzania osadów.
W teorii można by dodać dodatkowy etap do obecnego procesu obróbki osadów: zanim materiał trafi na grunty rolne, oczyszczalnie przez kilka tygodni lub miesięcy pozwalałyby wyselekcjonowanym grzybom kolonizować osady. Następnie slib mógłby być suszony lub kompostowany — z grzybami, które zdążyłyby już wykonać większość swojej pracy.
Co to oznacza dla rolnictwa i zdrowia publicznego
Na całym świecie rośnie zaniepokojenie tak zwanymi „wschodzącymi zanieczyszczeniami" — lekami, substancjami hormonopodobnymi i mikroplastikami. Osady ściekowe odgrywają tu kluczową rolę jako nośnik tych substancji na grunty rolne.
Jeśli grzyby potrafią rozkładać znaczną część najbardziej opornych związków, zmienia to profil ryzyka związanego ze stosowaniem osadów na polach. Rolnicy otrzymywaliby glebę z mniejszą ilością pozostałości farmaceutycznych, a wody gruntowe i powierzchniowe byłyby mniej narażone na chroniczne zanieczyszczenie.
Na dłuższą metę skorzystałyby też przedsiębiorstwa wodociągowe, bo do systemu wodnego trafiałoby mniej trudno usuwalnych substancji. A sami obywatele mieliby mniejsze szanse na przyjmowanie śladowych dawek substancji psychoaktywnych poprzez warzywa czy wodę z kranu.
Pytania bez odpowiedzi i kolejne kroki badawcze
Badanie przeprowadzono w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Przed wdrożeniem na szerszą skalę konieczne jest rozwiązanie kilku praktycznych kwestii:
- Jak szybko grzyby zasiedlają prawdziwe pryzmy osadów w oczyszczalniach ścieków?
- Jak stabilne są produkty rozkładu i czy rzeczywiście pozostają mniej szkodliwe w glebie i wodzie?
- Jakie są koszty dodatkowego czasu składowania i infrastruktury w stosunku do korzyści środowiskowych?
- Która kombinacja gatunków grzybów najskuteczniej radzi sobie z najszerszym spektrum leków i innych substancji chemicznych?
Niezbędne będzie też zaangażowanie decydentów i organów regulacyjnych, które muszą określić, jak traktować biologiczne etapy przetwarzania w przepisach dotyczących stosowania osadów — w tym normy dla stężeń leków resztkowych oraz wytyczne dotyczące kontrolowanego stosowania grzybów w skali przemysłowej.
Czym dokładnie są grzyby białej zgnilizny?
Nazwa „biała zgnilizna" odnosi się do charakterystycznego wyglądu drewna zaatakowanego przez te grzyby — staje się ono jaśniejsze i włókniste. Co wyróżnia te organizmy, to zdolność do rozkładu nie tylko celulozy, ale i ligniny — jednego z najtwardszych naturalnych polimerów.
Enzymy wykorzystywane w tym procesie, takie jak lakkazy i peroksydazy, są wyjątkowo aktywne i mało selektywne. Stąd szerokie zastosowania przemysłowe: od bielenia masy papierniczej, przez rozkład barwników, aż po eliminację farmaceutyków.
Kto hoduje grzyby na kawie lub słomie, pracuje w istocie z tymi samymi biologicznymi maszynami. Kluczowa różnica polega na tym, że w laboratorium celowo dobiera się gatunki i warunki optymalne do rozkładu zanieczyszczeń — nie pod kątem smaku czy plonów w kuchni.
Praktyczne wskazówki dotyczące ograniczania pozostałości leków
Choć badanie otwiera przede wszystkim nowe perspektywy dla oczyszczalni ścieków i decydentów, każdy z nas może już teraz podjąć konkretne kroki, by ograniczyć problem pozostałości farmaceutycznych:
- Stare i niewykorzystane leki oddawaj do apteki lub punktu zbiórki odpadów — nigdy nie spłukuj ich w toalecie ani nie wylewaj do zlewu.
- Stosuj leki wyłącznie zgodnie z zaleceniami lekarza lub farmaceuty, aby ograniczyć marnowanie i nadużywanie.
- Zwracaj uwagę na oznaczenia ekologiczne środków czyszczących — wiele z nich przyczynia się do chemicznego skażenia ścieków.
Dla rolnictwa i zarządców zasobów wodnych badanie otwiera drzwi do większej synergii między ekologią a techniką. Tam, gdzie dotąd dominowały rozwiązania chemiczne i mechaniczne, grzyby, bakterie i inne organizmy coraz wyraźniej jawią się jako sprzymierzeńcy w utrzymaniu czystości wody i gleby.
