Fate and Behavior of Pharmaceuticals in Groundwater of Arid and Semi-Arid Climates - Examples from the Lower Jordan Valley

Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit zur potentiellen Anreicherung von pharmazeutischen Spurenstoffen im Grundwasser semi-arider und arider Gebiete war ein Spurenstoffscreening im Grundwasser, Oberflächenwasser und Abwasser des Jordantals. Erhöhte Konzentrationen von Pharmazeutika im Grundwasser verglichen zum Oberflächenwasser warfen dabei die Frage auf, ob sich persistente Spurenstoffe, wie z.B. Röntgenkontrastmittel, unter den gegebenen Bedingungen über längere Zeiträume im Grundwasser anreichern und ob hierbei ökotoxikologisch relevante Konzentrationen entstehen können. Die daran anknüpfenden Untersuchungen dieser Arbeit wurden in zwei Regionen durchgeführt: Dem Unteren Jordantal und den Wadies Shueib und Kafrein. Am Talboden des Untere Jordantals wird extensive Bewässerungslandwirtschaft betrieben, wozu eine Mischung aus lokalem Grundwasser und importiertem Klärwasser genutzt wird. Dies bedeutet einen kontinuierlichen externen Stoffeintrag, der durch die zusätzliche Grundwasserentnahme zur Bewässerung zyklisch der Verdunstung ausgesetzt wird. Die Hydromorphologie ist charakterisiert durch geringen Niederschlagsraten, hohen Verdunstungsraten und dem Toten Meer als abflussloser lokaler Senke. Grundwasser befindet sich hauptsächlich in quartären Sedimenten. Die Wadis Shueib und Kafrein sind Seitentäler an der östlichen Kante des Jordantals die nach Westen hin steil abfallen und im oberen Drittel stark urbanisiert sind. Das Grundwasser ist durch anthropogene Schadstoffeinträge häufig kontaminiert, was sehr wahrscheinlich auf eine z.T. unzureichende oder defekte Abwasserinfrastruktur zurückgeführt werden kann. Grundwasser findet man in der durch verkarstete Kalkstein- und Dolomitformationen geprägten Gegend in zwei Aquifersystemen in Tiefen von 50 bis 75 m. Im Rahmen einer mehrjährigen Beprobungskampagne wurde die zeitliche und räumliche Verteilung verschiedener verschmutzungsrelevanter Parameter, wie Pharmakarückstände oder die Konzentration von Nitrat und coliformer Bakterien erfasst und ausgewertet. Parallel zu den Untersuchungen im Gelände wurde der Anreicherungsprozess im Labormaßstab anhand von ungesättigten Säulenversuchen untersucht. Im Laborversuch konnte hierbei für zwei Substanzen (Bezafibrat und Carbamazepin) eine evaporative Anreicherung unter biologisch inhibierten Bedingungen nachgewiesen werden, welche sich in der Größenordnung der verdunsteten Wassermenge bewegt. Die Akkumulationsraten waren ebenfalls in der gleichen Größenordnung wie die der konservativen Stoffe Chlorid oder Bromid. Die Experimente zeigten das evaporative Anreicherungspotential von abbauresistenten Pharmaka welches hier zum ersten Mal nachgewiesen werden konnte. Dieser Prozess sollte bei zukünftigen Risikobetrachtungen berücksichtigt werden. Eine Übertragung der Laborergebnisse unter naturnahen Bedingungen auf das Untere Jordantal zeigt auf absehbare Zeit keine Gesundheitsrisiken durch die Verwendung von Klärwasser in der Landwirtschaft. Im Rahmen der Beprobungskampagne konnte der Anreicherungseffekt im Untersuchungsgebiet durch über die Zeit stetig ansteigende Schadstoffkonzentrationen im Grundwasser nicht verifiziert werden. Dennoch lassen sich anhand der räumlichen und zeitlichen Spurenstoffverteilung und Konzentrationsentwicklung wichtige Informationen über die lokale Kontaminationsdynamik im Grundwasser ableiten. Die großflächige Verbreitung des Röntgenkontrastmittels Amidotrizoesäure (Standardsubstanz in der Diagnostik bis zur Vermeidungsempfehlung seit 2000) bei fast völliger Abwesenheit im Klär- und Oberflächenwasser, sowie über den Untersuchungszeitraum steigende Detektionsraten von Iopamidol (ein möglicher Ersatzstoff) geben Hinweise auf Änderungen in der Verschreibungspraxis. Anhand eines konzeptionellen Models konnte die Eintrags-, Transport und Auswaschungsdynamik der beiden Röntgenkontrastmittel für das Wadi Shueib beschrieben werden. Die Korrelation der Pharmaka- und Nitratkonzentration im Grundwasser der urbanen Einzugsgebiete Wadi Shueib und Wadi Kafrein weist auf Leckagen im Kanalsystem und in Klärgruben als Quelle der Nitratkontamination hin. Die Anzahl der an den Messstellen gefunden pharmazeutischen Substanzen korrelierte ebenfalls mit den Konzentrationen anderer typischer Abwasserinhaltsstoffe wie Nitrat und E. coli und kann somit als Abwasserindikator genutzt werden. Beide Feldstudien zeigen, dass persistente Spurenstoffe als nützliche Tracer für anthropogene Kontamination eingestuft werden können

Weekly variations of discharge and groundwater quality caused by intermittent water supply in an urbanized karst catchment

Leaky sewerage and water distribution networks are an enormous problem throughout the world, specifically in developing countries and regions with water scarcity. Especially in many arid and semi-arid regions, intermittent water supply (IWS) is common practice to cope with water shortage. This study investigates the combined influence of urban activities, IWS and water losses on groundwater quality and discusses the implications for water management. In the city of As-Salt (Jordan), local water supply is mostly based on groundwater from the karst aquifer that underlies the city. Water is delivered to different supply zones for 24, 48 or 60 h each week with drinking water losses of around 50–60%. Fecal contamination in groundwater, mostly originating from the likewise leaky sewer system is a severe challenge for the local water supplier. In order to improve understanding of the local water cycle and contamination dynamics in the aquifer beneath the city, a down gradient spring and an observation well were chosen to identify contaminant occurrence and loads. Nitrate, Escherichia coli, spring discharge and the well water level were monitored for 2 years. Autocorrelation analyses of time series recorded during the dry season revealed weekly periodicity of spring discharge (45 ± 3.9 L s−1) and NO3-N concentrations (11.4 ± 0.8 mg L−1) along with weekly varying E. coli levels partly exceeding 2.420 MPN 100 mL−1. Cross-correlation analyses demonstrate a significant and inverse correlation of nitrate and discharge variations which points to a periodic dilution of contaminated groundwater by freshwater from the leaking IWS being the principal cause of the observed fluctuations. Contaminant inputs from leaking sewers appear to be rather constant. The results reveal the distinct impact of leaking clean IWS on the local groundwater and subsequently on the local water supply and therefore demonstrate the need for action regarding the mitigation of groundwater contamination and reduction of network losses from sewer leakage. Furthermore, these investigations contribute to an improved understanding of urban water cycle systems in the Middle-East which may help water managers in the region to conserve precious resources

Empagliflozin in Patients with Chronic Kidney Disease

Background The effects of empagliflozin in patients with chronic kidney disease who are at risk for disease progression are not well understood. The EMPA-KIDNEY trial was designed to assess the effects of treatment with empagliflozin in a broad range of such patients. Methods We enrolled patients with chronic kidney disease who had an estimated glomerular filtration rate (eGFR) of at least 20 but less than 45 ml per minute per 1.73 m(2) of body-surface area, or who had an eGFR of at least 45 but less than 90 ml per minute per 1.73 m(2) with a urinary albumin-to-creatinine ratio (with albumin measured in milligrams and creatinine measured in grams) of at least 200. Patients were randomly assigned to receive empagliflozin (10 mg once daily) or matching placebo. The primary outcome was a composite of progression of kidney disease (defined as end-stage kidney disease, a sustained decrease in eGFR to < 10 ml per minute per 1.73 m(2), a sustained decrease in eGFR of & GE;40% from baseline, or death from renal causes) or death from cardiovascular causes. Results A total of 6609 patients underwent randomization. During a median of 2.0 years of follow-up, progression of kidney disease or death from cardiovascular causes occurred in 432 of 3304 patients (13.1%) in the empagliflozin group and in 558 of 3305 patients (16.9%) in the placebo group (hazard ratio, 0.72; 95% confidence interval [CI], 0.64 to 0.82; P < 0.001). Results were consistent among patients with or without diabetes and across subgroups defined according to eGFR ranges. The rate of hospitalization from any cause was lower in the empagliflozin group than in the placebo group (hazard ratio, 0.86; 95% CI, 0.78 to 0.95; P=0.003), but there were no significant between-group differences with respect to the composite outcome of hospitalization for heart failure or death from cardiovascular causes (which occurred in 4.0% in the empagliflozin group and 4.6% in the placebo group) or death from any cause (in 4.5% and 5.1%, respectively). The rates of serious adverse events were similar in the two groups. Conclusions Among a wide range of patients with chronic kidney disease who were at risk for disease progression, empagliflozin therapy led to a lower risk of progression of kidney disease or death from cardiovascular causes than placebo