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Antibiotics in urban waters
Käseberg, Thomas
Quelle: Dresdner Berichte, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft der Technischen Universität Dresden
Dresden (Deutschland)
Selbstverlag
2020, 171 S., Abb., Tab., Lit.
Serie: Dresdner Berichte, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft der Technischen Universität Dresden, Nr.47
Sprache: Englisch
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[Quelle: http://d-nb.info]
The discovery of antibiotics is considered as one of the most significant scientific achievements of the 20th century – lives of millions of people and animals have been saved. Thenceforth, substantial amounts of administered antibiotics and their metabo-lites have been excreted into waste stream via urine and faeces. In this dissertation, primary focus is the qualitative balance of 14 antibiotics and one metabolite in urban water management and in urban waters, respectively. In particular, antibiotics pre-scribed to human beings are drained in the urban sewer system and finally enter the environment: (i) Continuously via the effluent of the wastewater treatment plant after a partially effective removal or degradation or (ii) Intermittent via combined sewer overflow structures due to capacity limitations of the urban drainage system. The fate and the potential effects and risks of these substances on ecosystems and hu-man health are of major concern – their direct toxic effect to all trophic levels as well as the global spread of antibiotic resistance genes are challenging. Hence, an assessment of microbial community activity due to antibiotic exposure is presented. In particular, systematic work has been carried out to study the presence and character-istics of 14 antibiotics in urban waters. In detail, investigations were conducted to gain scientific knowledge with respect to adsorption, desorption, abiotic, biotic and photolyt-ic degradation as well as activity-inhibition of microorganism communities in sewage and of natural freshwater biofilm communities, respectively, due to inevitable urban drainage overflows. In order to provide information to assist potential management strategies, which miti-gate surface water pollution and minimize the adverse impacts of antibiotics on activity of microorganism communities, the following specific topics were addressed: ⑴ The occurrence of 14 antibiotics and one metabolite were determined in sewag-es at three sampling sites in the city of Dresden, Germany. ⑵ The adsorption affinities of 14 antibiotics and one metabolite to size dependent sewer sediments were determined in experimental investigations, three sam-pling campaigns and subsequently an antibiotic-specific adsorption coefficient, normalized to organic content, was quantified. ⑶ The desorption affinity and -dynamics of 14 antibiotics and one metabolite were quantified in size dependent sewer sediments in experimental investigation and with statistical analysis. ⑷ The abiotic, biotic and photolytic degradation affinity of 14 antibiotics and one metabolite were quantified based on batch experiments with three different sewages at 7°C and 22°C, with artificial irradiation and different dilution ratios of the sewage at 30°C and subsequently a model framework decrypted ranges of abiotic, biotic and photolytic degradation coefficients. ⑸ The occurrence of three antibiotics, namely ciprofloxacin, clarithromycin and doxycycline was determined in sewage sampled during dry weather conditions in a small catchment of Dresden, which spills intermittently combined sewage (a mixture of sewage and storm water) to an adjacent brook in the case of capacity limitations of the urban drainage system during periods of intense rainfall and subsequently the three antibiotics were determined in the adjacent brook water. ⑹ Then, the activity-inhibition of microorganism community in sewage of this small catchment was quantified due to an exposition with three different antibiotics and three different antibiotic concentrations. ⑺ Last but not least, the activity-inhibition of natural freshwater biofilm communities in the adjacent brook was quantified via exposure to three antibiotics, which were individually dosed in three different concentrations, and also in mixture. ⑻ Finally, a two-dimensional hierarchical cluster analysis with dendrogram and heat map based on before mentioned activity inhibition of natural freshwater biofilm communities were conducted to identify hot spots of antibiotic tolerant and resistant bacterial subpopulations due to inevitable urban drainage system overflows.
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