Behavior of sewage sludge-borne organic contaminants in Finnish agricultural soils

Sewage treatment plants produce circa 150 000 dry tons of sewage sludge in Finland each year. Sewage sludge contains a great amount of organic matter and nutrients but also a wide variety of harmful substances such as persistent organic pollutants and pharmaceuticals. Sewage sludge is waste material that must be properly disposed of. While more efforts are made to close nutrient cycles, the use of sewage sludge in agriculture has become a more attractive option also in Finland. In this study it was assessed whether or not organic contaminants present in sewage sludge may prove to be a problem for sludge applications in Finnish agriculture. The study was performed using mathematical models and data collected from literature. 34 different organic contaminants were selected and their accumulation into agricultural soil was simulated assuming that sludge was applied yearly. In addition, leaching was simulated for seven of the compounds. The simulated concentrations in soil and drain water were compared to predicted no effect concentrations (PNEC) given for each compound. Compound-specific data on each substances' behavior in soil environment and concentrations in sewage sludge was collected from literature. Because the data given in different sources varied, simulations were run for each compound using combinations of different values. For each compound 3–23 simulations were run. Simulations were performed with two models developed for simulating pesticide behavior in agricultural soils, PECsoil-calculator and MACRO 5.2. Finnish data on weather and soil properties were used in the simulations. For many compounds the simulated concentrations in soil and water were in the range of concentrations measured in field trials. According to the simulations, the most problematic compounds present in sludge are triclosan, 17α-ethinylestradiol, ibuprofen and carbamazepine. Triclosan and 17α-ethinylestradiol were the only compounds that exceeded their PNECsoil-values. Persistent organic pollutants such as PFAS- and PBDE-compounds accumulated into the soil very efficiently but did not exceed their PNECsoil-values. Leaching to sub-surface drains and below them was a significant end-point for carbamazepine and ibuprofen. These compounds did not exceed their PNECwater-values. However, the highest yearly average concentration in drain water simulated for ibuprofen exceeded the environmental quality standard proposed for it. The peak concentration in drain water simulated for triclosan was circa 70 times higher than its PNECwater-value. The compound-specific values used in the simulations contained a lot of variation. This increases the uncertainty of the results. However, the simulations demonstrate that based on current knowledge the agricultural use of sewage sludge may in some extreme cases cause harm for the environment.Jätevedenpuhdistusprosesseissa syntyy Suomessa vuosittain n. 150 000 kuivatonnia lietettä. Jätevesilietteeseen sitoutuu runsaasti orgaanista ainesta ja ravinteita mutta myös mahdollisesti laaja kirjo erilaisia haitallisia aineita aina pysyvistä orgaanisista yhdisteistä lääkeaineisiin. Puhdistamoliete on jätettä, josta täytyy hankkiutua jollain tapaa eroon. Pyrittäessä suljettuihin ravinnekiertoihin on mielenkiinto puhdistamolietteen maatalouskäytön lisäämiseksi kasvanut myös Suomessa. Tässä tutkimuksessa selvitettiin matemaattisten mallien avulla, voivatko lietteen sisältämät orgaaniset haitta-aineet muodostua Suomessa ongelmaksi lietteen maatalouskäytölle. Työssä simuloitiin kirjallisuudesta valittujen 34:n orgaanisen yhdisteen kertyvyyttä maaperään, kun lietettä levitetään vuosittain suomalaisen lannoitelainsäädännön rajoissa. Lisäksi seitsemälle yhdisteelle simuloitiin huuhtoutumista maaprofiilissa. Tuloksia verrattiin kirjallisuudessa kullekin yhdisteelle ilmoitettuun haitattomaksi arvioituun pitoisuustasoon (PNEC). Mallinnuksissa käytetyt lähtöarvot kerättiin kirjallisuudesta. Eri lähteissä ilmoitettujen lähtöarvojen vaihtelevuuden takia kullekin yhdisteelle ajettiin simulaatioita käyttäen eri lähtöarvojen yhdistelmiä. Kutakin yhdistettä kohti kertyi 3–23 simulaatiota. Mallintamiseen käytettiin kasvinsuojeluaineille kehitettyä PECsoil-laskuria, MACRO 5.2. huuhtoumamallia sekä suomalaista sää- ja maaperäaineistoa. Simuloidut pitoisuudet eri ympäristön osissa ovat monien yhdisteiden osalta samaa suuruusluokkaa kuin kenttäkokeissa havaitut. Suoritettujen simulaatioiden perusteella ongelmallisimpia lietteessä esiintyviä yhdisteitä ovat triklosaani, 17α-etinyyliestradioli, ibuprofeeni sekä karbamatsepiini. Vain triklosaani ja 17α-etinyyliestradioli ylittivät niille ilmoitetut PNECsoil-tasot. Myös pysyvät orgaaniset yhdisteet, kuten PFAS- ja PBDE-yhdisteet kertyivät maaperään hyvin tehokkaasti kuitenkaan ylittämättä niille ilmoitettuja haitattomaksi arvioituja pitoisuutasoja. Huuhtoutuminen oli merkittävintä karbamatsepiinille ja ibuprofeenille. PNEC-tasoon suhteutettuna triklosaanin pitoisuus salaojavedessä oli kuitenkin korkein. Triklosaani ylitti sille ilmoitetun PNEC-tason korkeimmillaan n. 90-kertaisesti. Ibuprofeenille mallinnettu yhdistepitoisuuden korkein vuosikeskiarvo salaojavedessä puolestaan ylitti yhdisteelle ehdotetun ympäristönlaatunormin n. 70-kertaisesti. Käytetyissä lähtöarvoissa oli hyvin suuria vaihteluita, mikä lisäsi tulosten epävarmuutta. Lisäksi yhdisteiden mahdollista haittaa voitiin tarkastella kerrallaan vain yksittäisille yhdisteille, eikä mahdollisia yhteisvaikutuksia voitu ottaa huomioon. Tässä työssä suoritetut mallinnukset kuitenkin osoittavat, että nykytietämyksen perusteella jätevesilietteen käyttö maanparannusaineena saattaa tietyissä ääritapauksissa aiheuttaa haittaa ympäristölle

Haitalliset aineet kierrätyslannoitteissa ja niiden raaka-aineissa

Haitallisten aineiden esiintymistä kierrätyslannoitteissa ja niiden raaka-aineissa selvitettiin maa- ja metsätalousministeriön rahoittamassa Jätelannoite-hankkeessa. Hankkeen tavoitteena oli tuottaa lisätietoa kansallisen lannoitelainsäädännön uudistamisen tueksi. EU:n uusi Lannoitevalmisteasetus (2019/1009) määrittelee laatukriteerit ja sallitut syötteet EU-lannoitevalmisteille, joille tulee myös taata vapaa liikkuvuus EU-alueella. Asetus rajaa EU-lannoitevalmisteiden sallittujen raaka-aineiden ulkopuolelle useita jäteperäisiä materiaaleja, joita on kuitenkin Suomessa käytetty pitkään lannoitevalmisteina tai niiden raaka-aineina. Tällaiset materiaalit jäävät jatkossa kansallisen lainsäädännön piiriin. Näihin materiaaleihin lukeutuvat mm. yhdyskuntajätevesiliete, lanta ja metsäteollisuuden lietteet. Suomessa lannoitelainsäädäntö asettaa raja-arvot ja seurantavelvoitteet kahdeksalle lannoitteiden sisältämälle haitalliselle raskasmetallille. EU:n Lannoitevalmisteasetus puolestaan määrittelee laatukriteerit näiden lisäksi myös muutamille orgaanisille yhdisteryhmille, kuten PCDD/F-, PAH- ja PCB-yhdisteille. Monissa EU-maissa on jo aiemmin sovellettu kansallisia raja-arvoja Lannoitevalmisteasetuksen piiriin kuuluville haitallisille aineille, mutta paikoin myös esim. PFAS- ja LAS-yhdisteille sekä ftalaateille. Lisäksi kirjallisuudessa on nostettu esille monia muita huolta aiheuttavia yhdisteitä. Tässä työssä kartoitettiin eri maissa lannoitevalmisteille sovellettavia laatukriteerejä. Näitä verrattiin Suomesta saatavilla olevaan pitoisuusaineistoon. Lisäksi pyrittiin tarkastelemaan missä määrin kirjallisuudessa esille nostettuja yhdisteitä on määritetty suomalaisista materiaaleista. Aineiston saatavuus vaihtelee materiaaleittain. Yhdyskuntajätevesilietteistä ja ruoppausmassoista on saatavilla eniten pitoisuustietoja, kun taas eläinperäisten ja elintarviketeollisuuden sivuvirtojen kohdalla aineistoa on hyvin vähän. Kirjallisuuden perusteella hankkeessa pyrittiin myös tunnistamaan materiaalikohtaisesti sellaisia haitallisia aineita, joiden esiintymistä kierrätyslannoitevalmisteissa ja niiden raaka-aineissa olisi aiheellista selvittää aiempaa tarkemmin. Tällaisiin yhdisteisiin lukeutuvat mm. metsäteollisuuden lietteiden mahdollisesti sisältämät kvaternaariset ammoniumyhdisteet, eläinperäisten ja elintarviketeollisuuden sivuvirtojen lääke- ja torjunta-ainejäämät, ruoppausmassojen sisältämät organotinat, ja yhdyskuntajätevesilietteiden sisältämät lääkejäämät, LAS-yhdisteet, siloksaanit ja synteettiset myskit. Kierrätyslannoitteiden turvallisen käytön edistämiseksi tulisi jatkossa määritellä kriteerit tai raja-arvot ympäristön pilaantumisen ehkäisemiseksi. Tämä edellyttää materiaaleihin liittyvien haitta-aineiden ja niiden pitoisuuksien tuntemista. Materiaaleille, joiden sisältämiä haitallisia aineita tai niiden pitoisuustasoja ei tunneta riittävästi, kriteerien asettaminen ja riskien arviointi on vaikeaa. Hallinnollisia vaihtoehtoja koskevia jatkotoimenpiteitä arvioitaessa onkin aiheellista tiedostaa, että ympäristönsuojelun korkean tason ja hyötykäytön edistämisen välillä saattaa olla vaikeasti yhteensovitettavia ristiriitoja.Hazardous substances in recycled fertilisers and their raw materials This report focuses on the occurrence of hazardous substances in recycled fertilisers and their raw materials. The study was carried out as a part of the project Jätelannoite, funded by the Ministry of Agriculture and Forestry of Finland. The project aimed to produce information to support drafting national fertiliser legislation. The new EU Fertilising Product Regulation (2019/1009) defines quality criteria and accepted input materials for EU fertilising products, for which free movement within the EU must be ensured. The regulation excludes several waste-based materials from the list of accepted input materials. Many of these materials have been used as raw materials for fertilisers in Finland, and they will remain within the scope of national regulation. These materials include e.g. sewage sludge, manure, and sludges from the forest and paper industry. The Finnish national fertiliser legislation sets limit values and monitoring obligations for eight hazardous heavy metals. The EU Fertilising Product Regulation sets additional quality criteria for selected groups of organic contaminants, such as PCDD/F, PAH, and PCB substances. Several EU member states have already previously set national limit values for these substances, and in some cases also for PFAS and LAS compounds as well as phthalates. Several other compounds of potential concern have been brought up in the literature. In this study, we did a review of the chemical quality criteria set for fertilisers in different countries. These criteria were compared to concentration levels in Finnish materials. Additionally, we looked at how extensively the parameters regulated in different countries or brought up in the literature have been measured in Finnish materials. There is great variation between materials in data availability. In general, there is more information available on hazardous substances in sewage sludge and dredged materials than in animal-based by-products and food industry by-products. Based on the literature, we identified hazardous substances related to different types of recycled fertilisers and their input materials. The occurrence of the identified contaminants in these materials should be investigated more thoroughly. The identified contaminants include e.g. quaternary ammonium compounds potentially present in sludges from the forest and paper industry, residues of pharmaceuticals and pesticides present in animal by-products and food industry by-products, organotin compounds often found in dredged materials, and pharmaceutical residues, LAS compounds, siloxanes and synthetic musks present in sewage sludge. To promote the safe use of recycled fertilisers and to prevent environmental pollution, quality criteria or limit values for hazardous substances should be developed. This requires knowledge of the contaminants present in different materials, and their concentration levels in those materials. Setting quality criteria and estimating the risks of materials for which such information is not available is challenging. When evaluating different regulatory approaches, it should be noted that there may be severe conflicts between ensuring a high level of environmental protection and promoting the use of recycled fertilisers.Skadliga ämnen i återvunna gödselmedel och deras råvaror Denna rapport behandlar förekomsten av skadliga ämnen i återvunna gödselmedel och deras råvaror. Arbetet genomfördes inom ramen för projektet Avfallsgödsel, som finansierades av Jord- och skogsbruksministeriet. Målet med projektet var att producera mer information som stöd för reformen av den nationella gödsellagstiftningen. EU:s nya förordning om gödselfabrikat (2019/1009) fastställer kvalitetskriterierna och de tillåtna flödena för EU-gödselfabrikat, som också ska garanteras fri rörlighet inom EU. Förordningen utesluter flera avfallsbaserade material, som dock länge har använts som gödselfabrikat eller som råvaror för dessa i Finland, från de tillåtna råvarorna för EU-gödselfabrikat. Sådana slags material kommer i fortsättningen att omfattas av den nationella lagstiftningen. Till dessa material hör bland annat kommunalt avloppsslam, gödsel och skogsindustrins slam. I Finland fastställer gödsellagstiftningen gränsvärden och uppföljningsskyldigheter för åtta skadliga tungmetaller som hittas i gödselmedel. EU:s förordning om gödselfabrikat fastställer kvalitetskriterier utöver för dessa, även för några organiska grupper av föreningar, såsom PCDD/F-, PAH- och PCB-föreningar. I många EU-länder har man redan tidigare tillämpat nationella gränsvärden för de skadliga ämnen som omfattas av förordningen om gödselfabrikat, men ställvis också för till exempel PFAS- och LAS-föreningar samt för ftalater. Dessutom har man i litteraturen också lyft fram många andra föreningar som orsakar oro. I detta arbete kartlade man de kvalitetskriterier som tillämpas på gödselfabrikat i olika länder. Man jämförde dem med det material om halter som finns tillgängligt i Finland. Dessutom strävade man efter att granska i vilken mån föreningar som lyfts fram i litteraturen har definierats i finländskt material. Stoffets tillgänglighet varierar från material till material. Det finns mest information om halterna av kommunalt avloppsslam och muddermassor, medan det finns mycket lite material om biflöden från djur och från livsmedelsindustrin. Utgående från litteraturen strävade man i projektet också efter att materialspecifikt identifiera sådana skadliga ämnen vars förekomst i återvunna gödselfabrikat och deras råvaror man skulle ha skäl att utreda noggrannare än tidigare. Till sådana föreningar hör bland annat kvartära ammoniumföreningar som eventuellt finns i skogsindustrins slam, läkemedelsrester och bekämpningsmedelsrester i djurs och livsmedelsindustrins biflöden, muddringsmassornas organotiner och läkemedelsrester i det kommunala avloppsslammet, LAS-föreningar, siloxaner och syntetiska mysker. För att främja en säker användning av återvunna gödselmedel bör man i fortsättningen fastställa kriterier eller gränsvärden för att förebygga förorening av miljön. Detta förutsätter att man känner till de skadliga ämnena i olika material och deras halter. För material, vars skadliga ämnen eller haltnivåer man inte känner till, är det svårt att fastställa kriterier och bedöma riskerna med dem. När man bedömer de fortsatta administrativa åtgärderna för olika alternativ är det också skäl att vara medveten om att det kan förekomma motstridigheter i samband med samordnandet av en hög nivå på miljöskyddet och främjandet av nyttobruket som är svåra att ihop

Perfluorattujen alkyyliyhdisteiden ympäristötutkimukset ja riskinarviointi

Tässä raportissa arvioidaan sammutusvaahtojen käytön seurauksena maaperään päässeiden per- ja polyfluorattujen alkyyliyhdisteiden (PFAS) ympäristökäyttäytymistä ja -riskejä neljällä paloharjoitusalueella (Kuopio, Joroinen, Joensuu ja Porvoo). Harjoitusalueiden ympäristötutkimuksissa ja niihin perustuvissa kohdearvioinneissa tarkastellaan erityisesti PFAS-yhdisteiden kulkeutumista ja siitä aiheutuvia riskejä vesiympäristölle ja pohjaveden käytölle. Hankkeen tulokset vahvistavat kansainvälisiin tutkimuksiin pohjautuvaa käsitystä PFAS-yhdisteiden esiintymisestä ja ympäristökäyttäytymisestä sammutusvaahtojen käyttökohteissa. Raportissa annetaan esimerkkejä ja yleisiä suosituksia mm. kohdetutkimuksissa ja riskinarvioinnissa sovellettavista menetelmistä sekä PFAS-yhdisteiden laboratoriomäärityksistä. Lisäksi raportissa esitetään arvio PFAS-yhdisteiden aiheuttamista riskeistä sekä suositukset tarvittavista jatkotoimista hankkeen tutkimuskohteissa

Emissions and environmental levels of pharmaceuticals : Upscaling to the Baltic Sea Region

The report describes the Baltic Pharma Load model (BPL) and the estimated environmental loads and concentrations of selected active pharmaceutical ingredients (APIs). The BPL model was developed as a part of the project Clear Waters from Pharmaceuticals (CWPharma) funded by the EU’s Interreg Baltic Sea Region Programme. The calculation model uses national sales statistics as the driving parameter and takes into account selected differences in country-specific practices in e.g. waste management and sewer network coverage. The GIS-based model was compiled as a series of command scripts using the computing language and environment R (R Core Team 2020) and a calculation grid covering the entire Baltic Sea drainage basin. The calculation grid divides the Baltic Sea Region (BSR) into one square kilometer grid cells, with each grid cell containing the background information required for the calculations. The BPL model and the calculation grid are available in the .zip-file as a series of R scripts and .rds-files

Lääkkeiden käytön ympäristövaikutukset

• Suurin osa ympäristön lääkejäämistä syntyy ihmisten käyttämistä ja jäteveteen eritetyistä lääkkeistä. • Ympäristöpitoisuuksia tai haittavaikutuksia on määritetty vain murto-osalle käytössä olevista lääkeaineista. • Euroopan lääkeviraston ympäristöriskinarviointia koskeva ohjeistus auttaa tunnistamaan ympäristön kannalta haitallisimmat lääkeaineet. • Myös Suomessa joidenkin lääkeaineiden ympäristöpitoisuudet ylittävät haittavaikutuksia aiheuttavan raja-arvon

Ympäristöön päätyvien lääkeainejäämien aiheuttama riski pintavesille Suomessa

Lääkeaineriskit-taulukon ensimmäinen versio julkaistiin 27.11.2019. Taulukkoa päivitetään satunnaisesti, kun uutta aineistoa on saatavilla. Uusimman version päiväys on nähtävissä pdf-tiedoston oikeasta ylälaidasta

Lääkeaineiden ympäristöriskin arvioinnin epävarmuuslähteitä

Finnish summary. English summary. Tieteellinen kommentti.nonPeerReviewe