Click here to load reader

Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater: van totale concentraties naar 'BLM

  • View
    43

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 [email protected] Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater: van totale concentraties naar 'BLM'. Karel De Schamphelaere, Colin Janssen. - PowerPoint PPT Presentation

Text of Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater: van totale concentraties naar 'BLM

  • Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater: van totaleconcentraties naar 'BLM' Karel De Schamphelaere, Colin Janssen

  • Take home messageToxiciteit van zware metalen bij zoetwater-organismen is NIET ALLEEN afhankelijk van de concentratie; Totale metaalconcentraties zeggen NIETS over potentile toxiciteit

    Vlakke normen, gebaseerd op totale concentraties, kunnen zowel over- als onder-beschermend zijn voor het aquatische leven DUS

  • BewijsvoeringWaarom zeggen totale concentraties niets over effecten? Biobeschikbaarheid!Effecten van fysico-chemie op metaaltoxiciteitHet Biotisch Ligand Model (BLM)Waarom werken vlakke normen niet?Wat zijn de mogelijke oplossingen?Hoe implementeren?Eerst: korte inleiding tot ecotoxicologieHoe kunnen we aquatisch leven beschermen?

  • Ecotoxicologie van metalenBiobeschikbaarheid = Metaal-toxiciteit (NOEC, EC50) is functie van water-karakteristieken, o.a. pH, Ca, DOC, etc.

  • Biobeschikbaarheid (1)D. magnaP. subcapitataCu > factor 10 variabiliteit DOC verklaart 65% van variantie pH ~ 20% SPECIATIE effecten

  • Biobeschikbaarheid (2)Zn COMPETITIE tussen metaalionen (hier Zn2+) en andere kationen (hier: Ca2+) verlaagt de toxiciteit Ook voor andere metalen (Cu, Cd, Ni, Pb) en andere kationen (Mg, Na, H) werd dit veelvuldig aangetoond

    Grafiek6

    1.97600.511.61700.453

    8.740.8217.3370.75

    12.350.8110.410.755

    19.20.815.670.75

    1.7080.486

    10.950.939

    20.840.88

    96h

    30d

    Ca2+-activity (mM)

    LC50 as Zn2+ activity (M)

    Blad1

    Blad1

    152

    97.4

    84

    212

    194

    32

    53

    108

    65.4

    51.7

    33.9

    112.6

    245.3

    163.1

    33.7

    DOC (mg/L)

    72h-EC50 (g Cu/L)

    Blad2

    154.5

    490.9

    62.2

    94.5

    244.2

    250.8

    143.3

    72.7

    DOC (mg / L)

    21d-NOEC (g Zn / L)

    Blad3

    Blad3

    1.97600.511.61700.453

    8.740.8217.3370.75

    12.350.8110.410.755

    19.20.815.670.75

    1.7080.486

    10.950.939

    20.840.88

    96h

    30d

    Ca2+-activity (mM)

    LC50 as Zn2+ activity (M)

    1.3190.47891.09800.42930

    1.540.4841.5190.481

    1.9860.4371.9650.435

    2.4910.431.9750.384

    4.0820.4982.8630.424

    96h

    30d

    Mg2+-activity (mM)

    LC50 as Zn2+ activity (M)

    2.18300.6071.84800.551

    4.2010.7532.6850.594

    96h

    30d

    Na+-activity (mM)

    LC50 as Zn2+ activity (M)

    15.7901.038.40500.655

    5.5490.7133.7230.554

    5.7680.9063.4090.695

    96h

    30d

    H+-activity (M)

    LC50 as Zn2+ activity (M)

  • Biobeschikbaarheid (3)Ca verlaagt toxiciteit van Cu (bovenaan)Ca verlaagt de accumulatie van Cu op de kieuw (competitie)[Cu-kieuw] bepaalt effect; = onafhankelijk van Ca bij 50% mortaliteit (onderaan)Gelijkaardige resultaten voor cel-oppervlak algen

    Meyer et al., 1999Environ. Sci. Technol. 33: 913-916

  • Biobeschikbaarheid (4)Totale concentraties zeggen inderdaad NIETS over effecten, door biobeschikbaarheidGrote variatie NOECs, EC50s, afhankelijk van watereign.

    Biobeschikbaarheid =een complexe combinatie van speciatie, competitie, en interactie met celoppervlakken/kieuweneen gecombineerd effect van verschillende parameters (pH, DOC, Ca, etc.)

    Al deze kennis uit >30 jaar wetenschappelijk onderzoek werd gentegreerd in het biotisch ligand model (BLM)

  • Biotisch Ligand Modelbiotisch ligand b.v. kieuwen, celoppervlak

  • BLM: Wat kan het? (1) Faktor 10 tot 30 variabiliteit in toxiciteit> 90% van predictie-fouten < faktor 2

  • BLM: Wat kan het? (2) Typisch: faktor 10 tot 30 variabiliteit in toxiciteit> 90% van predictie-fouten < faktor 2

  • BLM: Wat kan het? (3)Toxiciteit voorspellen voor:Verschillende metalen (Cu, Zn, Ni, Ag, Cd)Verschillende organismen van verschillende trofische niveaus (alg, invertebraat, vis)Verschillende blootstellingen (acuut/chronisch)Verschillende eindpunten (overleving, groei, reproductie)De variabiliteit/onzekerheid omtrent toxische en veilige concentraties verklaren/reduceren

  • Implementatie in beleid? US EPA overweegt BLM te gebruiken voor site-specifieke normering van CuIn kader van lopende EU risico-evaluaties van Zn, Cu, en Ni wordt BLM ook overwogen

    Vlaanderen?Wat heeft biobeschikbaarheid tot gevolg voor de doeltreffendheid van vlakke normen?Wat kan het BLM verbeteren?

  • Biotisch Ligand Modelbiotisch ligand b.v. kieuwen, celoppervlakToxisch effect

  • Vlakke normen (1)Veilige concentraties (NOECs) in natuurlijke waters voor Daphnia, alg, en forelAfgeleid uit eigen laboratoriumtesten

    basiskwaliteitsnormen oppervlaktewater VLAREM II:Ni: 50 g/L Cu: 50 g/LZn: 200 g/L

    VERSUS

  • Vlakke normen (2)Veilige concentraties in natuurlijke waters liggen zowel boven als onder de normVlakke norm is zowel onder- als overbeschermend!

  • De oplossingDe Sustainable development oplossing Site-specifieke normeringNormen uitgedrukt als biotisch ligand concentratie van een metaal= Normen (uitgedrukt als totale concentratie) afhankelijk van pH, DOC, Ca, etc., van site specifiek water= Normen berekend met BLM leiden tot overal zelfde graad van bescherming van aquatisch leven optimaal evenwicht milieu/industrie

  • De praktijk

    Hoe kunnen we ecologisch relevante normen afleiden?B.v. volgens EU Technical Guidance Document voor risico-evaluatie van chemische stoffenSpecies-gevoeligheidsdistributie methode (SSD)

    Biobeschikbaarheid? Gekende toxiciteitsdata van verschillende species met BLM vertalen naar eender welke combinatie van water-eigenschappenVoorbeeld van Cu en Zn

  • De praktijk (1)NOECs als totale concentraties: zeer grote intra-species variatieHypothese: door verschillen in biobeschikbaarheidhigh-quality NOECs uit literatuur

  • De praktijk (2)BLM reduceert onzekerheid omtrent literatuur-NOECsVoor ALLE species

  • De praktijk (3)Onzekerheid gereduceerd

  • De praktijk (3)DOC = 6 mg/LpH = 7.58.3HC5 =(g/L)Vertaal nu, met BLM, NOEC voor elk organisme naar site-specifiek water

  • 8.3HC5 =(g/L)DOC = 6 mg/LpH = 7.5BLMBLMBLMDe praktijk (3)Verschuiving van SSD (HC5)

  • De praktijk (4)Zelfde oefening voor Zn, niet voor n water, maarsimulaties voor EU relevante range voor DOC (1-10 mg/L)pH (6.5-8.5)hardheid (25-250 mg CaCO3/L)10de percentiel = 15 g Zn/L90ste percentiel = 50 g Zn/LNOECs voor verschillende waters berekend met BLM voor elk speciesHC5 voor elk water met SSDDistributie van HC5s

  • Take home message (bis)Totale metaalconcentraties zeggen niets over de potentile toxische effecten bij zoetwater-organismen

    Vlakke normen, gebaseerd op totale concentraties, kunnen zowel over- als onderbeschermend zijn voor het aquatische leven

    BLM opent de deur naar OPLOSSINGEN!DUSMAAR

    Ik dacht van, laat ik eens beginnen met de take home messageVlakke norm = in elk water dezelfde toegelaten concentratie Ik ga u er proberen van overtuigen dat u deze boodschap echt wel moet meenemen naar huis, maar uiteraard ook naar uw werk!Ik ga dit op een stapsgewijze manier doen Ik ga deze stellingen proberen te bewijzen door de volgende vragen te beantwoorden:Waarom zeggen totale concentraties niets? ., Om die vraag te beantwoorden zal ik uitweiden over het begrip biobeschikbaarhied, over effecten van fysico-chemie op metaal-toxiciteit en over het BLM en 2) waarom werken vlakke normen niet? Zijn er oplossing en hoe kunnen we biobeschikbaarheidskennis implementeren in wetgevend kader?Maar eerst zal ik een heel korte inleiding ecotoxicologie geven; want uiteindelijk vormt dat de wetenschappelijke basis om aq. Leven te beschermen, en ik wil een aantla begrippen uitleggen zodat de rest van het verhaal gemaakelijker te volgen is

    In de ecotoxicologie proberen we eigenlijk te bepalen hoe een organisme reageert op de concentratie van een stof, in dit geval een zwaar metaal, we doen dat door overleving, gorei, reproductie of andere parameters te gaan bepalen voor metalen make we onderscheid tussen essentile metalen en niet-essentile metalen; essentile metalen vertonen een typische klok dosis-repsone curve met een def, een opt en een toxisc bereik, niet essentiele kenne het deficientie-gebied nietIk ga het hier enkel over het toxische gebied hebbenOm leven te beschermen moeten we veilige concentraties afleiden (NOECs), NOEC/EC50 zijn maten voor toxiciteit, hoe hoger ze zijn, hoe lager de tox.Dan komt biobesch.: kort samengevat: metaal-tox is fctie van en dit verschuift de dosis-respons-curve, in dit vb naar hogere conc, maar omgekeerd kan evengoedMet dit in gedachten zal ik nu twee voorbeelden geven

    Twee voorbeelden van zgn. Speciatie-effectenDaphnia (zoetwater-kreeftachtige): Toename van pH en DOC zorgt voor afname van Cu toxiciteit met ong. Factor 10.Dit wordt verklaard doordat bij hogere DOC meer Cu gebonden wordt, waardoor het minder beschikbaar wordtpH effect wordt verklaard doordat bij hogere pH meer Cu in de vorm CuOH of CuCO3 voorkomtBij algen: zelfde effect van DOC, pH-effect iets complexer maar niet dieper op ingaanNaast deze speciatie-effecten heb je ook competitie-effecten

    Biobeschikbaarheid is dus een complex samengaan van speciatie en competitie-effeten, biobesch. Wordt bepaald door een combinatie van parameters zoals DOC, pH, Ca, Mg, etcHet aantal studies dat hiernaar gekeken heeft is werkelijk ontelbaarEen aantal jaar geleden werd dan aangetoond dat bij vissen tox veroorzaakt werd door de accumulatie van metalen in de kieuwen, en dat de concentratie van metaal op de kieuw het effect verklaarde, onafhankelijk van de chemieOm deze laatste drie slides samen te vatten, kunnen we duidelijk zijn dat totale conc? Inderdaad

Search related