Pharmaceuticals in the Environment : Concentrations Found in the Water, Soil and Crops in Kampala

• Main Authors: Björnberg, Emma, Elenström, Anna-Klara
• Format: Others
• Language: English
• Published: Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper 2016
• Subjects: pharmaceuticals; Nakivubo channel; wastewater; soil; crop; wetland; risk assessment; treatment; läkemedel; Nakivubokanalen; avloppsvatten; jord; gröda; våtmark; riskanalys; rening
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-303685

In Kampala, the capital of Uganda, there is an extensive use of water mixed with wastewater for irrigation of crops. The water is taken from Nakivubo channel that flows through the centre of the city, and since the wastewater treatment in the city is insufficient, the channel water might contain pharmaceuticals that are spread to the farmlands and the crops that are grown in Nakivubo wetland. The aim of this Master’s thesis was to examine the concentration of some selected pharmaceuticals in water, soil and crop samples collected from Nakivubo channel and the area surrounding it. The water was analysed from five measurement points in the Nakivubo channel and Lake Victoria. The solid samples comprised of soil and crops collected from cocoyam, maize and sugar cane fields in the Nakivubo area. The pharmaceutical analyses were carried out through pharmaceutical extraction (solid phase extraction and QuEChERS) and the use of LC-MS (liquid chromatography combined with mass spectrometry). The capacities of the water and soil to reduce pharmaceuticals were analysed and a risk assessment was made in order to determine if it was harmful to drink water from Lake Victoria, the source of drinking water for Kampala, or to eat the crops that were grown in the wetland. A majority of the pharmaceuticals studied (42 substances) were detected in the water samples (29 substances). The most common pharmaceuticals detected in the water were atenolol, carbamazepine, sulfamethoxazole and trimethoprim. The antibiotics trimethoprim and sulfamethoxazole showed the highest average concentrations in the various water samples (26100 ng/l and 3790 ng/l respectively). Fewer pharmaceuticals were detected in the soil compared to the water (11 substances). The pharmaceuticals most frequently found in the soil were carbamazepine and pyrimethamine and they also had the highest average concentrations along with trimethoprim, 4.6-9.4 ng/g, 8.4-14.0 ng/g and 39.6 ng/g, respectively. No pharmaceuticals could be detected in the edible part of maize and sugar cane, but lidocaine, trimethoprim and pyrimethamine were found in detectable concentrations in the yam (on average 1.2-2.2 ng/g). A significant negative correlation could be found between carbamazepine and total suspended solids (TSS) in the water (linear regression: y = -0.67x +3.98, R2 = 0.35, p < 0.05, n = 14). The risk assessment showed that the concentrations found in the yam and water in Lake Victoria together with the average daily intake of yam and drinking water was not hazardous to the people of Kampala. However, eating more than 0.5 kg of yam daily might pose a risk with regards to pyrimethamine. On the other hand, the concentration in the yam might decrease when it is boiled, and this has not been accounted for. === I Ugandas huvudstad Kampala är det vanligt att vatten blandat med avloppsvatten från den centrala Nakivubokanalen används för bevattning av grödor. Avloppsreningen i staden är bristfällig och som ett resultat släpps mycket orenat avloppsvatten ut i naturen. Det är dock oklart om det finns läkemedel i Nakivubokanalen som tas upp av jordbruksmark och grödor odlade i Nakivubos våtmark. Syftet med det här examensarbetet var att studera koncentrationen av utvalda läkemedel i vatten-, mark- och grödprover insamlade i och längs Nakivubokanalen. Prover från fem mätplatser studerades i kanalen och Victoriasjön. Mark och grödprover fanns tillgängliga som samlats in från jams-, sockerrör- och majsfält i och kring Nakivubos våtmark. Läkemedelsanalyserna genomfördes med hjälp av läkemedelsextraktion i form av fastfasextraktion och QuEChERS samt LC-MS (vätskekromatografi kombinerat med masspektrometri). Utöver läkemedelsanalysen studerades markens och vattnets förmåga att rena läkemedel. Det utfördes även en enkel riskbedömning för att se om det var farligt att äta grödor odlade i våtmarken eller dricka vatten från Victoriasjön, som är Kampalas dricksvattenkälla. De flesta (29 st) av de 42 studerade läkemedlen detekterades i vattenproverna. De vanligast förekommande läkemedlen i vattnet var atenolol, karbamazepin, sulfametoxazol, och trimetoprim. Trimetoprim och sulfametoxazol hade de högsta koncentrationerna i de olika mätpunkterna i vattnet i medeltal, 26 100 ng/l respektive 3790 ng/l. I marken detekterades 11 av de 42 läkemedelsämnena. De vanligast detekterade läkemedlen i marken var karbamazepin samt pyrimethamine och det var också dessa som hade högst koncentrationer i medeltal, tillsammans med trimetoprim. Dessa tre läkemedel hade koncentrationer på 4,6-9,4 ng/g; 8,4-14,0 ng/g respektive 39,6 ng/g. Inga läkemedel kunde detekteras i majsen och sockerrören, men jamsen hade detekterbara koncentrationer av både lidokain, trimetoprim och pyrimethamine (1,2-2,2 ng/g i medeltal). I vattnet erhölls ett signifikant negativt samband mellan karbamazepin och totalt suspenderat material (linjär regression: y = -0,67x + 3,98; R2= 0,35; p < 0,05; n = 14). Riskanalysen visade att det inte bör vara farligt att äta jamsen eller dricka vattnet från Victoriasjön givet de koncentrationer som uppmättes och de mängder jams och vatten som förtärs dagligen. Det kan dock utgöra en risk att äta mer än 0,5 kg jams om dagen.