In een droog jaar nemen concentraties van veel geneesmiddelen in Europese rivieren toe door een lagere verdunning. Maar ook een tegenovergesteld effect is mogelijk, want sommige medicijnen breken juist sneller af door droogte en warmte. Het is van groot belang om hiermee rekening te houden in het waterkwaliteitsbeheer volgens een onderzoek van de Universiteit Utrecht.
Welke effecten droogte heeft op waterkwantiteit is uitgebreid wetenschappelijk onderzocht, maar wat de gevolgen zijn voor waterkwaliteit is nog een onderschoven kindje. Met het Utrechtse onderzoek is deze kennislacune een beetje gedicht. “We hebben een beter inzicht gekregen in de impact van droogte op de hoeveelheden medicijnen in oppervlaktewateren”, zegt Mark Lentz, hoofdauteur van de studie.
Mark Lentz
Het onderzoek heeft volgens hem aangetoond dat er in droge jaren zowel stijgende als dalende concentraties van geneesmiddelen kunnen voorkomen. “Een toename wordt veroorzaakt door een lagere verdunningscapaciteit van rivieren en stromen. Een afname komt door gunstige omstandigheden voor de afbraak van medicijnen, waaronder hogere watertemperaturen. Het illustreert het complexe en dynamische karakter van watersystemen tijdens een droogteperiode.”
Lentz was tot voor kort masterstudent bij het departement Fysische Geografie van de Universiteit Utrecht en werkt na zijn afstuderen nu als geohydrologisch adviseur bij Royal HaskoningDHV. Samen met universitair hoofddocent Michelle van Vliet en promovendus Duncan Graham heeft hij een artikel over het onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Science of The Total Environment.
Situatie van Elbe en Rijn in 2018 bekeken
Het onderzoek is uitgevoerd tussen eind 2021 en medio 2023. Het was aanvankelijk de bedoeling om rivieren in heel Europa onder de loep te nemen, maar dat bleek vanwege een gebrek aan goede data niet zinvol. Lentz: “Wij kwamen er vrij snel achter dat er vooral voor de Elbe en de Rijn genoeg data over medicijnresten, watertemperatuur en debieten beschikbaar zijn om effecten van droogte goed te kunnen analyseren. Voor andere rivieren zijn veel minder data voorhanden.”
De situatie in het jaar 2018 staat centraal, zegt Lentz. “Toen was er een extreme droogte in grote delen van Europa, onder meer in Duitsland en Nederland. We hebben de concentraties van geneesmiddelen in de twee rivieren in dat jaar vergeleken met die van een aantal referentiejaren waarin de rivierdebieten en watertemperatuur een langjarig gemiddelde vertegenwoordigen.”
Focus op vier geneesmiddelen
In het onderzoek ligt de focus op de aanwezigheid van de resten van vier veel gebruikte geneesmiddelen: carbamazepine (anti-epilepticum), diclofenac (pijnstiller), metoprolol (bètablokker voor hart- en vaatziekten) en sulfamethoxazol (antibioticum). Van Vliet licht toe: “Wij hebben deze medicijnen om meerdere redenen geselecteerd. Zij komen veel voor in wateren, worden vanuit diverse groepen gebruikt en kunnen verschillend reageren tijdens droogte.”
Michelle van Vliet
Vooral moeilijk afbreekbare geneesmiddelen worden volgens Van Vliet echt als een probleem gezien. “Ze zijn lastiger te verwijderen in een rioolwaterzuiveringsinstallatie. Ook nemen vooral van deze medicijnen de concentraties toe tijdens droogte. Voor diclofenac geldt dat niet. Dit medicijn breekt juist sterker af bij droogte, zeker in combinatie met hogere temperaturen.”
Toename van concentraties bij drie medicijnen
Bij carbamazepine, metoprolol en sulfamethoxazol is er een duidelijke toename van de concentraties in de rivieren te zien in een droog jaar (zie de grafiek). De belangrijkste bron zijn afvalwaterzuiveringsinstallaties waarvan er veel langs de Elbe en Rijn te vinden zijn. Lentz: “Bij droogte neemt het water in deze rivieren flink af waardoor het afvalwater minder wordt verdund. Doordat de hoeveelheid geloosde medicijnresten constant bleef gedurende de onderzoeksperiode, namen door de lagere verdunningsfactor de concentraties toe tijdens de droogte van 2018. Bij sommige meetstations in de Elbe ging het om een toename met 40 tot 50 procent.”
De waterkwaliteit in de Elbe vertoont wel een sterkere verslechtering in vergelijking met de Rijn, vertelt Lentz. “Dat komt vooral omdat de Elbe in de zomer en het vroege najaar afhankelijk is van regenwater. De Rijn wordt dan gevoed door zowel regenwater als smeltwater vanuit de Alpen. Daarom had de Elbe in 2018 een lage verdunningscapaciteit.”
Het gaat volgens Van Vliet om een substantiële toename van concentraties van geneesmiddelen. “Dit wordt met name een probleem als het leidt tot overschrijdingen van grenswaarden.”
Snellere afbraak bij diclofenac
In tegenstelling tot de drie andere geneesmiddelen namen de concentraties van diclofenac af in 2018. Dat heeft te maken met de twee afbraakprocessen fototransformatie en biodegradatie, legt Lentz uit. “Fototransformatie verwijst naar de chemische veranderingen die optreden wanneer een stof wordt blootgesteld aan licht, zoals de zon. Bij biodegradatie gaat het om de afbraak van een stof door biologische processen. Micro-organismen zoals bacteriën, schimmels of algen zorgen hiervoor.”
Tijdens de droogte van 2018 waren de condities die deze processen aansturen erg gunstig, aldus Lentz. “Onder andere veel zonneschijn en hoge watertemperaturen zorgden ervoor dat diclofenac gemakkelijk afgebroken werd.” Er was vooral een duidelijke relatie tussen concentraties van diclofenac en watertemperatuur te zien, voegt Van Vliet eraan toe. “Als deze temperatuur hoger wordt, nemen de concentraties van diclofenac redelijk lineair af.”
Aandacht nodig in waterkwaliteitsbeheer
De belangrijkste aanbeveling uit het onderzoek is om in het waterkwaliteitsbeheer rekening te houden met veranderingen in droogte. Hierdoor kan de voorziening van water van goede kwaliteit voor ecosystemen en menselijk gebruik worden verbeterd.
Het belang hiervan wordt groter door de klimaatverandering, zegt Lentz. “Daardoor zal bijvoorbeeld droogte vaker voorkomen en intensiever worden. Een andere ontwikkeling is de vergrijzing van de bevolking, met als gevolg een groter gebruik van geneesmiddelen. Het vraagt om goede metingen van de aanwezigheid van medicijnresten in watersystemen.”
Meerdere invalshoeken mogelijk
Lentz wijst erop dat vanuit meerdere invalshoeken naar de aanbeveling kan worden gekeken. “Voor de waterschappen gaat het vooral over de uitbreiding en optimalisatie van rioolwaterzuiveringsinstallaties, om geneesmiddelen en andere opkomende verontreinigingen te kunnen verwijderen. Daarnaast is het belangrijk om te bekijken waar de medicijnen vandaan komen, dus het versterken en handhaven van voorschriften voor de afvoer van geneesmiddelen door onder andere fabrieken en ziekenhuizen. En verder is het zaak om meer bewustzijn bij de bevolking te creëren. Hoe kun je op een juiste manier afkomen van ongebruikte of verlopen medicijnen?”
Van Vliet noemt ook de discussie over het meebetalen van de farmaceutische industrie aan waterzuivering en over de lozingsvergunningen. “Houd hierbij er juist rekening mee dat de rivierafvoer gaat veranderen en droogte vaker kan optreden. Dit beïnvloedt direct de concentraties van vooral de wat meer persistente geneesmiddelen en uiteraard ook andere verontreinigingen in het oppervlaktewater.”
De Universiteit Utrecht gaat in ieder geval door met het onderzoek naar geneesmiddelen en andere microverontreinigingen. “Wij willen dat verder onderzoeken”, zegt Van Vliet. “Onder andere door te kijken naar meer opkomende stoffen, naast de geneesmiddelen, en naar verschillende klimaatextremen. We ontwikkelen in onze onderzoeksgroep tevens procesgebaseerde waterkwaliteitsmodellen, soms in combinatie met machine learning technieken. De bedoeling hiervan is om ook projecties te kunnen maken van toekomstige veranderingen in waterkwaliteit en inzicht te bieden in de effecten van waterkwaliteitsmaatregelen.”
De linker afbeelding toont de beschikbaarheid van metingen van carbamazepine voor de periode 2000-2020 in Europa, waarbij de stroomgebieden van de Rijn en Elbe zijn gemarkeerd. De rechtergrafiek illustreert de verandering in concentraties van de geneesmiddelen carbamazepine, sulfamethoxazol en metoprolol. Daarbij zijn de concentraties tijdens de droogte van 2018 (in rood) toegenomen in vergelijking met de referentiejaren (in grijs). Bron grafieken: onderzoeksartikel in Science of The Total Environment.
