Hvordan moderne kemiske analysemetoder hjælper os til at forstå dynamikken af mikroforureninger i spildevandet.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder
(læs originalartiklen her)
Af Kristoffer Kilpinen1, Selina Tisler2, Peter Mortensen1 og Jan H. Christensen2
1 Eurofins Miljø A/S
2 Institut for Plante- og Miljøvidenskab, Københavns Universitet
I over fire årtier er mængden af miljøfremmede stoffer i naturen steget markant. Disse stoffer, som ofte er menneskeskabte, udgør en potentiel risiko for både miljø og sundhed. Renseanlæg har traditionelt haft fokus på fjernelse af næringsstoffer for at modvirke iltsvind samt på reduktion af sygdomsfremkaldende mikroorganismer. Senere kom der fokus på tungmetaller, og i de seneste år har fokus udvidet sig til en række organiske stoffer, herunder per- og polyfluoralkylstoffer (PFAS). Mange udbredte stoffer fra hverdagen, eksempelvis fra sæber, kosmetik og lægemidler er dog stadig dårligt reguleret, selvom renseanlæg ofte fungerer som punktkilder for netop disse forbindelser.
Med revisionen af EU’s Byspildevandsdirektiv i 2024 er der indført krav om, at renseanlæg skal fjerne mindst 80 procent af 12 udvalgte kemikalier, herunder flere lægemidler (se faktaboks 1). Dette er et vigtigt skridt, men dækker kun en lille del af det samlede kemiske fingeraftryk i spildevand. Ved moderne analysemetoder kan der identificeres tusinder af mikroforureninger i både indløb og udløb – mange af dem ukendte eller sjældent målte, og flere med potentiel miljøfarlighed på niveau med eller over de udvalgte 12 stoffer.
Hidtidig har forskningen primært fokuseret på gennemsnitskoncentrationer i spildevandet. Men i lyset af de betydelige investeringer, der kræves for at opgradere renseanlæg til kommende EU-krav, er der behov for en bedre forståelse af dynamikken i spildevandsanlæggene. En mere nuanceret forståelse er afgørende for at kunne dimensionere og målrette fremtidige tiltag effektivt.
I projektet VANDALF, der er støttet af Innovationsfonden, er der gennemført den mest omfattende målekampagne for mikroforurening i spildevandsanlæg i Danmark. Over 200 prøver blev udtaget fra både indløb og udløb, primært ved Damhusåen renseanlæg, som dækker en stor del af hovedstadsområdet, men også fra syv øvrige anlæg i Københavnsområdet, Odense og Nordfyn.
Hvorfor anvende kromatografiske teknikker?
Miljøfremmede stoffer spænder fra meget vandopløselige (hydrofile) lægemidler til stærkt hydrofobe forbindelser. Da intet enkelt analysekemisk setup kan dække hele dette kemiske spektrum, blev der anvendt en kombination af tre komplementære teknikker, alle koblet til højopløst massespektrometri (HRMS), som i stigende grad anvendes i miljøanalyser på grund af sin høje følsomhed og selektivitet:
1. LC-HRMS (reversed-phase): Velegnet til polære forbindelser som lægemidler, pesticider og organiske syrer.
2. GC×GC-HRMS (med derivatisering): Effektiv til flygtige og semipolære forbindelser, herunder visse industrikemikalier og pesticider. Todimensionel gaskromatografi (GC×GC) muliggør markant bedre separation af komplekse blandinger end konventionel éndimensionel GC.
3. SFC-HRMS: En nyere teknik i miljøsammenhæng, hvor superkritisk CO2 anvendes som mobilfase. Metoden udfylder analysekløften mellem LC og GC og dækker et bredt spektrum af polære til moderat hydrofobe forbindelser.
Ved at kombinere disse platforme blev der identificeret flere hundrede stoffer – herunder mange hidtil ukendte miljøfremmede forbindelser. De tre teknikker viste sig at være komplementære:
GC×GC-HRMS identificerede flest unikke forbindelser (128 unikke) og var særlig effektivt til at detektere flygtige og semivolatile stoffer. LC-HRMS havde den højeste andel af identificerede farmaceutiske stoffer, mens SFC-HRMS var bedst til at dække et bredt spektrum af molekylmasser og polariteter (figur 2) [1].
Hvad kan vi lære af resultaterne?
Undersøgelserne viser, at selvom renseanlæggene generelt fjerner en stor del af de miljøfremmede stoffer i indløbsvandet, findes der stadig en kompleks blanding af stoffer inklusive nedbrydningsprodukter i udløbsvandet med tilsvarende eller højere koncentrationer end i indløbet [2].
Forskelle i renseeffektivitet over tid
Det store antal prøver gjorde det muligt at analysere tidslige variationer i koncentrationer for en lang række stoffer. Et eksempel ses i figur 3, hvor koncentrationen af antibiotikaet roxithromycin stiger markant fra september til december. Denne stigning sammenfalder med lavere temperaturer, forventet højere infektionstryk og dermed øget medicinforbrug i befolkningen – og illustrerer, hvordan både sæson og forbrugsadfærd påvirker spildevandets kemiske sammensætning [3].
Tilsvarende blev der identificeret klare ugentlige trends, som vist i figur 4 for MDMA (3,4-methylendioxy-N-methylamfetamin, også kendt somecstasy). Her ses de højeste koncentrationer i spildevandet mandag til onsdag, hvilket afspejler øget weekendforbrug. Tidsforskydningen skyldes anlæggets hydrauliske opholdstid, hvor stoffet først registreres i udløbet 3-4 dage efter udledning [3].
Mange miljøfremmede stoffer fjernes normalt med mere end 99 procent effektivitet på spildevandsanlæg, eksempelvis koffein og paracetamol. Undersøgelserne viste dog, at kraftige regnhændelser kan forårsage kortvarige koncentrationsspikes i udløbsvandet med høje koncentrationer. I løbet af en halvanden måned lang måleperiode blev der registreret 12 hændelser med markante stigninger i koncentrationen af ellers let nedbrydelige stoffer i udløbet. Det tyder på, at en væsentlig andel af den samlede udledning af visse stoffer kan være knyttet regnvejrshændelser (se figur 5) [3].
Kilder til miljøfremmede stoffer
Den omfattende datamængde i projektet har muliggjort sporing af kilder til miljøfremmede stoffer via korrelationsanalyser. Regnhændelser udgør en særlig kompleks påvirkning af spildevandet: De fortynder eksisterende kemikalier fra husholdninger og industri, men tilfører samtidig nye miljøfremmede stoffer til spildevandet. Blandt disse er stoffer fra dækslid (for eksempel 1,3-diphenylguanidine og hexamethoxymethylmelamine), PFAS og andre stoffer fra udvaskning af deponier og biocider fra maling og træbeskyttelse, som afvaskes fra bygninger. Ét af de identificerede biocider, tebutryn, er særligt problematisk på grund af sin høje økotoksicitet over for alger og blev påvist i potentielt skadelige koncentrationer ved alle otte undersøgte renseanlæg [4]. Stoffet fjernes desuden næsten ikke under renseprocessen, hvilket understreger dets persistens og miljømæssige betydning.
Geografiske forskelle i spildevandssammensætning
Analyserne viste tydelige geografiske forskelle i spildevandets kemiske profil. Eksempelvis blev der fundet højere koncentrationer af kosmetikrelaterede stoffer og narkotika i København sammenlignet med Fyn, hvorimod anlæggene på Fyn havde et højere niveau af lægemidler relateret til en ældre befolkningsprofil, som for eksempel blodfortyndende medicin. På visse anlæg kunne de største koncentrationer af miljøfremmede stoffer direkte knyttes til specifikke industriudledninger [2,4,5]. Denne viden om sammenhængen mellem opland og spildevandssammensætning er afgørende for at kunne målrette og optimere fremtidige renseteknologier.
Konklusion
Regnhændelser, dvs. når “det pisser ned”, tilfører en kompliceret påvirkning af spildevandet. Vandalf-projektet har vist, at en dyb forståelse af dynamikken i spildevandsanlæg er central for at vurdere, hvilke stoffer der reelt udledes til miljøet. Kendskab til sammensætningen og variationen i indløbsvandet – herunder påvirkninger fra regn, sæsoner og forbrugsmønstre – er nødvendigt for at kunne dimensionere og designe effektive renseforanstaltninger. Det bliver særlig vigtigt i lyset af kommende krav i EU’s Byspildevandsdirektiv, hvor rensning for organiske mikroforureninger skal styrkes markant.
Vandalf-projektet har også demonstreret styrken ved moderne HRMS-metoder. Disse metoder giver adgang til en detaljeringsgrad og et stofomfang, som ikke er muligt med traditionelle målrettede analyser. HRMS-baseret screening har vist sig som et uundværligt værktøj i kortlægningen af både kendte og ukendte miljøfremmede stoffer og udgør en vigtig del af fremtidens overvågnings- og beslutningsgrundlag.
E-mail:
Kristoffer Kilpinen: kristoffer.kilpinen@etn.eurofins.com
Referencer
1. Tisler, S., Kilpinen, K., Devers, J., Castro, M., Jørgensen, M.B., Mandava, G., Lundqvist, J., Cedergreen, N., & Christensen, J.H. (2025). Mapping Emerging Contaminants in Wastewater Effluents through Multichromatographic Platform Analysis and Source Correlations. Environmental Science & Technology, 59(11), 5766-5774. https://doi.org/10.1021/acs.est.5c01139.
2. Tisler, S., Engler, N., Jørgensen, M.B., Kilpinen, K., Tomasi, G., & Christensen, J.H. (2022). From data to reliable conclusions: Identification and comparison of persistent micropollutants and transformation products in 37 wastewater samples by non-target screening prioritization. Water Research, 219, 118599. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118599.
3. Kilpinen, K., Tisler, S., Jørgensen, M.B., Mortensen, P., & Christensen, J.H. (2024). Temporal trends and sources of organic micropollutants in wastewater. Science of The Total Environment, 957, 177555. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.177555.
4. Kilpinen, K., Devers, J., Castro, M., Tisler, S., Jørgensen, M.B., Mortensen, P., & Christensen, J.H. (2023). Catchment area, fate, and environmental risks investigation of micropollutants in Danish wastewater. Environmental Science and Pollution Research. https://doi.org/10.1007/s11356-023-30331-z.
5. Tisler, S., Savvidou, P., Jørgensen, M.B., Castro, M., & Christensen, J.H. (2023). Supercritical Fluid Chromatography Coupled to High-Resolution Mass Spectrometry Reveals Persistent Mobile Organic Compounds with Unknown Toxicity in Wastewater Effluents. Environmental Science & Technology, 57(25), 9287-9297. https://doi.org/10.1021/acs.est.3c00120.
FAKTABOKS 1:
De 12 indikatorstoffer
Amisulprid (antipsykotisk lægemiddel)
Carbamazepin (epilepsimedicin)
Citalopram (antidepressiv)
Clarithromycin (antibiotikum)
Diclofenac (smertestillende NSAID)
Hydrochlorothiazid (vanddrivende medicin)
Metoprolol (beta-blokker, hjertemedicin)
Venlafaxin (antidepressiv)
Benzotriazol (korrosionshæmmer)
Candesartan (blodtryksmedicin)
Irbesartan (blodtryksmedicin)
4- og 6-methylbenzotriazol (korrosionshæmmere)
