Er zijn verschillende manieren om de milieurisico’s van microverontreinigingen te bepalen. In het beheergebied van waterschap Amstel, Gooi en Vecht is met drie van deze methoden een milieurisico-analyse uitgevoerd en de resultaten zijn met elkaar vergeleken.
door Ron van der Oost, Laura Moria, Bie Bouckaert, René van der Aa (Waternet)
Download hier de pdf van dit artikel.
Er zijn verschillende manieren om de milieurisico’s van microverontreinigingen in water te analyseren. Volgens de klassieke methode worden resultaten van chemische analyses van doelstoffen vergeleken met milieukwaliteitseisen. Met beide sporen van de Ecologische Sleutelfactor Toxiciteit (ESF-TOX) worden twee innovatieve chemische risicoanalyses uitgevoerd. Met het chemie-spoor wordt modelmatig met stofconcentraties de mengseltoxische druk bepaald. Het toxicologie-spoor meet effecten van het hele mengsel aan stoffen met biologische testen (bioassays) en berekent het risico met de SIMONI-Risico Indicatie (SRI).
Klassieke chemische monitoring
Van veertien locaties in het beheergebied van waterschap Amstel, Gooi en Vecht (AGV) zijn de meetgegevens van alle microverontreinigingen vanaf het jaar 2000 verzameld en geanalyseerd. De chemische toestand volgens de Kaderrichtlijn Water (KRW) toetst alle 45 (groepen) prioritaire stoffen, waarvoor milieukwaliteitseisen (MKE) zijn vastgesteld door de Europese Unie. Voor de MKE zijn maximaal toelaatbare concentraties (MAC-MKE, geen overschrijding toegestaan) en jaargemiddelde concentraties (JG-MKE, het gemiddelde van alle metingen moet hieronder liggen) vastgelegd.
Voor de ecologische toestand is het belangrijk dat ook de ‘overige verontreinigende stoffen’ geen nadelig effect op waterdieren hebben. Hiervoor zijn in dit onderzoek de Nederlandse MTR-normen (maximaal toelaatbaar risico) gehanteerd, die op een vergelijkbare manier zijn afgeleid als de MKE. In tabel 1 zijn de normoverschrijdingen van zes stofgroepen weergegeven voor de gemiddelde concentraties ten opzichte van JG-MKE (geel) en van de hoogst waargenomen concentraties ten opzichte van de MAC-MKE en/of MTR (oranje). Als beide normen worden overschreden is dat weergegeven in rood. Als er geen overschrijdingen zijn waargenomen is dat in groen aangegeven. Wanneer er geen kwaliteitsnormen voor water zijn (PCB’s) is het vlak grijs. Vlakken met een X geven aan dat deze analyses niet zijn uitgevoerd. Er zijn maar twee locaties onderzocht op medicijnresten en PCB’s. Voor deze stofgroepen bestaan geen (PCB’s) of zeer weinig (medicijnen) MKE of MTR normen.
Tabel 1. Overzicht van chemische analyses en normoverschrijdingen op 14 AGV-locaties
PAK = polycyclische aromatische koolwaterstoffen; PCB’s = polychloor bifenylen; OCB’s = organochloor bestrijdingsmiddelen; NPP = stikstof/fosfor pesticiden.
Verklaring locatiecodes: ADM022 = Stadsboezem Amsterdam, stad; AMS033 = Boezem Amstelland-West, West; AMS022 = Boezem Amstelland-West, Noord-West; BUS037 = 's Gravelandse vaartboezem, Naarden-Bussum; EEM015 = Gooiergracht bij Eemmeer (geen AGV punt); HAP007 = Hollands Ankeveense Polder, Oost; HIL088 = 's Gravelandse Polder, Hilversum; NLP001 = Noorder Legmeerpolder, landelijk; NLP037 = Noorder Legmeerpolder, Uithoorn; PZH001 = Polder Zevenhoven, bemalen gebied; VEC002 = Vechtboezen, Vecht bij Nederhorst; VEC005 = Vechtboezen, Vecht bij Uitermeer; VEC016 = Vechtboezem, Vecht bij ’t Slijk; ZLP115 = Zuider Legmeerpolder, landelijk.
Uit tabel 1 blijkt dat er op alle veertien locaties wel een of meer overschrijdingen van de chemische normen voor waterkwaliteit worden gevonden. Met de klassieke analyse op basis van een vergelijking van concentraties met de waterkwaliteitsnormen is op alle locaties een ecologisch risico door chemische stoffen aangetoond. Deze methodiek maakt echter geen onderscheid tussen zwaar vervuilde en minder vervuilde locaties.
ESF-TOX: chemie-spoor met msPAF
Het begrip ‘toxische druk’ staat voor het ecologische risico dat het mengsel van de aangetoonde stoffen kunnen veroorzakel. De.toxische druk wordt bepaald met de msPAF-analyse volgens het chemie-spoor van de Ecologische sleutelfactor Toxiciteit (ESF-TOX) [1]. Hierbij wordt gewerkt met gemeten concentraties van alle organische stoffen, metalen en nutriënten waarvan toxiciteitsgegevens bekend zijn. Met de gemeten stofconcentraties wordt bepaald welk percentage van de waterorganismen hiervan een negatief effect kan ondervinden, de zogeheten potentieel aangetaste fractie (PAF). De toxische druk wordt in de ESF-TOX per stof uitgerekend en gecombineerd tot de toxische druk van het hele mengsel (de meer-stoffen-PAF, msPAF).
Als voorlopige grenswaarden voor mogelijke acute (korte blootstelling) en chronische (langdurige blootstelling) risico’s voor de ecologie, worden respectievelijk een msPAF van 10 en 0,5 procent aangenomen. De gemiddelde stofconcentraties worden getoetst aan de chronische grenswaarde (0,5%) en de hoogst waargenomen stofconcentraties aan de acute grenswaarde (10%).
De toxische druk die met de gemiddelde concentraties werd bepaald is weergegeven in afbeelding 1A. De toxische druk op basis van de hoogst waargenomen concentraties (afbeelding 1B) is ruim zes keer zo hoog als die van de gemiddelde concentraties.
Afbeelding 1A. Toxische druk (% potentieel aangetaste fractie, msPAF) van 14 locaties in het AGV-beheergebied, berekend met gemiddelde stofconcentraties van 2000-2016 (tabel 1); rood = msPAF veroorzaakt door metalen; blauw = msPAF veroorzaakt door organische stoffen; rode lijn is grenswaarde voor mogelijk chronisch risico
Afbeelding 1B. Toxische druk (% potentieel aangetaste fractie, msPAF) van 14 locaties in het AGV-beheergebied, berekend met hoogst waargenomen stofconcentraties van 2000-2016 (tabel 1); rood = msPAF veroorzaakt door metalen; blauw = msPAF veroorzaakt door organische stoffen; rode lijn is grenswaarde voor mogelijk acuut risico
Omdat er ruim 100.000 stoffen bekend zijn die kunnen vóórkomen in de watercyclus zal een analyse op basis van een aantal doelstoffen nooit volledig zijn. Daarom wordt het SIMONI-model (slimme integrale monitoring) toegepast als toxicologie-spoor van de ESF-TOX. SIMONI geeft met effectmetingen een indicatie of het mengsel van alle aanwezige stoffen een nadelig effect heeft op waterorganismen. Hierbij wordt het ecologische risico beoordeeld met een batterij van vijftien bioassays (biologische testen met levende organismen of cellen). Met deze testbatterij worden de mogelijke risico’s van het extraheerbare mengsel van (on)bekende organische stoffen en hun afbraakproducten geanalyseerd. De bioassayresultaten worden vergeleken met Effect Signaalwaarden (ESW), een normering voor bioassayresultaten die indicatief zijn voor ecologische risico’s [2].
Het SIMONI model berekent met de ESW-vergelijkingen van alle bioassays een score voor het milieurisico, de SIMONI Risico Indicatie (SRI, voorheen SIMONI-score). Een gemiddelde overschrijding van 50 procent van de ESW van alle bioassays geeft een SRI van 1 [2]. Een SRI hoger dan 1 wordt beschouwd als een verhoogd milieurisico. Bij SRI tussen 0,5 en 1 is er al invloed van microverontreinigingen meetbaar, maar is het milieurisico aanvaardbaar. Een SRI <0,5 wordt gezien als een laag milieurisico. Uit de resultaten van bioassays komt niet naar voren welke stoffen de effecten veroorzaken. Hiervoor moet een nader onderzoek worden uitgevoerd op de locaties met verhoogde risico’s.
Vanaf 2010 heeft Waternet voor verschillende projecten proeven uitgevoerd met de combinatie van passieve bemonstering (passive sampling, PS) en bioassays. De SIMONI-procedures zijn uitgebreid beschreven in [3] en [4]. Naast de in het veld uitgevoerde bioassay met watervlooien zijn de PS-extracten in het laboratorium onderzocht met een batterij van veertien bioassays. Tabel 2 geeft een overzicht van de toxische eindpunten, de bioassays waarmee deze zijn geanalyseerd en voorbeelden van stofgroepen die een respons kunnen geven in die bioassays.
Om een indicatie van de chronische toxiciteit (langdurige blootstelling) te kunnen geven met snelle bioassays wordt het water geconcentreerd. Omdat zware metalen en nutriënten niet in de passive samplers worden opgenomen, worden met de bioassays in het laboratorium alleen effecten van organische microverontreinigingen onderzocht. De voordelen van passive sampling zijn dat er een tijd-geïntegreerd monster wordt genomen en dat alleen de opgeloste stoffen die biologisch beschikbaar zijn (en dus toxicologisch relevant) in de samplers worden opgenomen. Een nadeel is dat er een schatting moet worden gemaakt van de hoeveelheid water die door de PS wordt geconcentreerd. Het is overigens ook mogelijk om de SIMONI-analyse uit te voeren met groot-volume-watermonsters en vaste-fase extractie (Solid Phase Extraction, SPE).
Tabel 2. Overzicht van de SIMONI-bioassays en stofgroepen die daarmee kunnen worden aangetoond
De ecologische risicoanalyses zijn uitgevoerd door bioassayresultaten van de PS-extracten terug te rekenen naar waterconcentraties en te vergeleken met de effect-signaalwaarden (ESW) voor mogelijke ecologische risico’s. Alle bioassayresultaten zijn verwerkt in de SIMONI-scores, die als maat worden gebruikt voor het totale milieurisico. Een overzicht van alle meetpunten van de SIMONI-onderzoeken is weergegeven op de kaart in afbeelding 2, met kleurindicaties voor een verhoogd milieurisico (rood), een invloed van microverontreinigingen met een aanvaardbaar risico (geel) en een laag milieurisico (groen).
Afbeelding 2. Overzicht van de locaties in het AGV-beheergebied waar SIMONI-meetcampagnes zijn uitgevoerd. De kleuren van de meetpunten zijn indicatief voor het milieurisico: rood = verhoogd risico door organische microverontreinigingen (SRI > 1), geel = aanvaardbaar milieurisico (SRI 0,5-1) en groen = laag milieurisico (SRI < 0,5)
Evaluatie van de milieurisico’s
De milieurisico’s van microverontreinigingen in oppervlaktewater van het AGV-beheergebied zijn op veertien locaties geanalyseerd met klassieke chemische monitoring en de beide sporen van de ESF-TOX. Op basis van de klassieke chemische monitoring, met toetsing van de gemiddelden en de hoogst waargenomen concentraties microverontreinigingen van de periode 2000-2016 aan de milieunormen zouden alle veertien locaties een slechte chemische toestand hebben (zie tabel 1). De ESF-TOX-toetsingen, die in afbeelding 3 zijn weergegeven, geven een meer genuanceerd beeld. Uit afbeelding 3 blijkt dat de beide risicoanalyses op basis van organische stoffen redelijk goed met elkaar overeenkomen.
Afbeelding 3. Milieurisico’s van organische microverontreinigingen bepaald met chemische analyses (msPAF-org) en effectmetingen (SIMONI). Overschrijdingen van de voorlopige grenswaarden voor de risico’s na langdurige blootstelling (msPAF >0,5% en SIMONI-score >1) zijn in rood aangegeven
Met beide ESF-TOX-methoden werden verhoogde milieurisico’s aangetoond door glastuinbouw (NLP001, NLP037 en ZLP115) en riooloverstort (BUS037). Bij de vuilstort in de Ankeveense polder (HAP007) werd met de SIMONI-methode een verhoogd milieurisico aangetoond, dat niet kon worden bevestigd met een msPAF-analyse op de beperkte set chemische analyses die op deze locatie waren uitgevoerd. In de Amstel (AMS003) en de Vecht (VEC002) werden met het chemische spoor indicaties voor milieurisico’s aangetoond (vooral door lage concentraties medicijnresten), die met het effectgerichte SIMONI-spoor niet werden bevestigd.
Bij het Eemmeer (EEM015) werd de msPAF-grenswaarde door verhoogde PAK-concentraties overschreden. Op deze locatie was de assay ‘PAH CALUX’ (waarmee specifiek de risico’s van PAK’s worden aangetoond) helaas niet uitgevoerd. In de oude haven van Hilversum (HIL088) en in een Amsterdamse gracht (ADM022) werd met de msPAF een verhoogd risico aangetoond, dat vooral werd veroorzaakt door zware metalen. Bij de SIMONI-methode worden echter alleen risico’s van organische microverontreinigingen geanalyseerd omdat zware metalen en nutriënten zich niet ophopen in passive samplers. Er wordt nu onderzoek gedaan om een msPAF voor 8 metalen en ammoniak in te bouwen in het SIMONI-model, zodat ook bij deze methode de risico’s van het totale stoffenmengsel worden bepaald. Op de overige locaties werd met de beide methoden een laag of aanvaardbaar milieurisico aangetoond.
Conclusies
Referenties
1. Posthuma, L., Zwart D. de, Osté, L., Oost, R. van der, Postma, J. (2016), Ecologische Sleutelfactor Toxiciteit. Deel 1: Methode voor het in beeld brengen van de toxiciteit. STOWA-rapport 2016-15A2. Oost R van der et al. (2017). SIMONI (Smart Integrated Monitoring) as a novel bioanalytical strategy for water quality assessment: Part I. model design and effect-based trigger values. Environ. Toxicol. Chem. 36: 2385-2399.
3. Oost, R. van der en Nguyen, M.T. (2016). Ecologische Sleutelfactor Toxiciteit. Deel 4: SIMONI procedures voor effectgerichte monitoring. STOWA-rapport 2016-15D
4. Oost, R. van der et al. (2017). SIMONI (Smart Integrated Monitoring) as a novel bioanalytical strategy for water quality assessment: Part II. Field feasibility survey. Environ. Toxicol. Chem. 36: 2400-2416.
