Spread of organic micropollutants and per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS) tofarmlands when irrigated with municipality wastewater

Återanvändning av avloppsvatten för jordbruksbevattning är ett sätt att minska efterfrågan på sötvatten, men det kan också introducera läkemedel, personliga hygienprodukter och andra kemikalier i jordbrukets ekosystem och livsmedelskedja. Syftet med denna studie var att mäta förekomsten av en rad potentiellt skadliga organiska mikroföroreningar (OMP), såsom läkemedel, personliga hygienprodukter, industrikemikalier, bekämpningsmedel och per- och polyfluoralkylsubstanser (PFAS) i avloppsvatten som används för bevattning och i den mottagande jordbruksmarken. Bevattningsvatten bestående av renat avloppsvatten vid två anläggningar på Gotland provtogs vid fyra tillfällen under juli och augusti 2021. Dessutom togs prover på jord och daggmaskar i september 2021 efter skörd från två åkrar bevattnade med avloppsvattnet samt från en åker som inte hade bevattnats alls. Potatis som fortfarande var i marken togs från ett av de bevattnade fälten. Ett brett spektrum av OMP-koncentrationer (ng/l till ug/l) hittades i bevattningsvattnet, och totalt upptäcktes 35 av 77 analyserade OMP. Totalt 19 av 24 olika PFAS detekterades i bevattningsvattnet i intervallet 0,1-1000 ng/l. Extraherbart organiskt fluor (EOF) och totala oxiderbara prekursorer (TOP) mättes även i vattenproverna. Intervallet för EOF var 366-507 ng/l och endast två av totalt åtta bevattningsvattenprover visade en liten ökning av perfluoroktansyra (PFOA) och perfluorhexansyra (PFHxA) efter oxidation. Ingen av OMP:erna i denna studie upptäcktes i något av jordproverna. Perfluoroktansulfonsyra (PFOS) hittades över detektionsgränsen i jord från båda bevattnade fälten (0,14-0,17 ng/ d.w.) men låg under detektionsgränsen i jord från referensplatsen. Perfluorbutansyra (PFBA) hittades i låga nivåer men över detektionsgränsen i ett av de bevattnade fälten (0,22 ng/g d.w.) och den närliggande referensplatsen (0,27 ng/g d.w.). EOF-analysen av jord resulterade inte i någon ytterligare information då detektionsgränsen var relativt hög (280 ng/g). Av 77 analyserade OMP:er hittades endast fem OMP:er (sotalol, oxazepam, metformin, etylparaben och venlafaxin) i daggmaskar i koncentrationsintervallet 8,4-160 ng/g d.w. Mellan fem och tio PFAS upptäcktes i daggmaskar från de två bevattnade fälten (19-35 ng/g d.w. för summan PFAS) och sju PFAS hittades i maskar från referensplatsen med en summakoncentration på 69 ng/g d.w. Endast två OMP-föreningar (6,6 ng/g d.w. för metformin och 340 ng/g d.w. för BAM) hittades i potatis som samlats in från en bevattnad åker, och ingen av de analyserade PFAS kunde detekteras. Den aktuella studien kunde bara upptäcka ett fåtal PFAS och andra OMP i jord och potatis från marken som bevattnats med avloppsvatten. Bioackumulering av fem OMP och upp till tio PFAS påvisades i daggmaskar på den bevattnade jordbruksmarken men även på referensplatsen. Således kunde ingen påverkan av avloppsvatten på marken eller daggmask påvisas. Detta var dock en begränsad studie och det kan inte uteslutas upptag av OMP till ätbara växter eller läckage till grundvatten.The reuse of wastewater for agricultural irrigation is one way to reduce the demand for freshwater but it can also introduce pharmaceuticals, personal care products, and other chemicals into the agricultural ecosystem and food chain. The aim of this study was to measure a range of potentially harmful organic micropollutants (OMPs), such as pharmaceuticals, personal care products, industrial chemicals, pesticides, and per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS), in wastewater effluent used for irrigation and in the receiving farmland. Four sampling occasions of effluent water at two wastewater treatment plants in Gotland were conducted during July and August 2021. In addition, soil and earthworms were sampled in September 2021 after harvest from two fields irrigated with the monitored wastewater and one field that had not been irrigated that season. Potatoes still in the ground were sampled from one of the irrigated fields. A wide range of OMP concentrations (ng/L to ug/L) were found in the effluent water, and in total 35 of 77 analyzed OMPs were detected. A total of 19 out of 24 different PFAS were detected in the effluent samples in the range of 0.1-1000 ng/L. Extractable organofluorine (EOF) and total oxidizable precursors (TOP) were measured in water samples in addition to target PFAS. The range for EOF in effluent samples were 366-507 ng/L and only two samples out of the total eight effluent samples showed a small increase in concentrations of perfluorooctanoic acid (PFOA) and perfluorohexanoic acid (PFHxA) after oxidation. None of the OMPs in this study was detected in any of the soil samples. Perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) was found over the detection limit in soil from both irrigated fields (0.14-0.17 ng/g d.w.) but was below the detection limit at the reference site. Perfluorobutanoic acid (PFBA) was found at low levels closely above the detection limit in one of the irrigated fields (0.22 ng/g d.w.) and the nearby reference site (0.27 ng/g d.w.). The EOF analysis of soil did not result in any further information due to an elevated detection limit (280 ng/g d.w.). Out of 77 analyzed OMPs, only five OMPs (sotalol, oxazepam, metformin, ethylparaben, and venlafaxine) were found in earthworms in the concentration range 8.4-160 ng/g d.w. Between five and ten PFAS were detected in earthworms from the two irrigated fields (19-35 ng/g d.w. for ΣPFAS) and seven PFAS were found in worms from the reference site with ΣPFAS concentration of 69 ng/g d.w. Only two OMP compounds (6.6 ng/g d.w. for metformin and 340 ng/g d.w. for BAM) were found in potatoes collected from one irrigated field, and none of the PFAS could be detected. The present study could detect only a few PFAS and other OMPs in soil and potatoes from the land irrigated with wastewater effluent. Bioaccumulation of five OMPs and up to ten PFAS was shown in earthworms at the irrigated farmland but also at the reference site. Thus, this study could not reveal any impact of irrigated wastewater to the soil or earthworm. However, this was a limited study and it cannot be excluded the uptake of OMPs to edible plants or leaching into groundwater