1 / 25

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

Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater: van totale concentraties naar 'BLM'. Karel De Schamphelaere, Colin Janssen.

havard
Download Presentation

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

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater: van totaleconcentraties naar 'BLM' Karel De Schamphelaere, Colin Janssen

  2. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Take home message • Toxiciteit van zware metalen bij zoetwater-organismen is NIET ALLEEN afhankelijk van de concentratie; • Totale metaalconcentraties zeggen NIETS over potentiële toxiciteit • ‘Vlakke normen’, gebaseerd op totale concentraties, kunnen zowel over- als onder-beschermend zijn voor het aquatische leven DUS

  3. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Bewijsvoering • Waarom zeggen totale concentraties niets over effecten? • ‘Biobeschikbaarheid’! • Effecten van fysico-chemie op metaaltoxiciteit • Het Biotisch Ligand Model (BLM) • Waarom werken vlakke normen niet? • Wat zijn de mogelijke oplossingen? • Hoe implementeren? • Eerst: korte inleiding tot ecotoxicologie • Hoekunnen we aquatisch leven beschermen?

  4. overleving groei reproductie Niet-essentieel (Cd, Pb, Ni) deficientie Essentieel (Cu, Zn, Ni) optimum toxiciteit Concentratie Veilige concentratie = ‘No observed effect concentration’ = NOEC < NOEC ‘50% Effect Concentratie’ = EC50 < EC50 Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Ecotoxicologie van metalen Biobeschikbaarheid = “Metaal-toxiciteit (NOEC, EC50) is functie van water-karakteristieken”, o.a. pH, Ca, DOC, etc.

  5. 250 200 150 21-day NOEC (µg Cu/L) 100 50 20 15 8.0 10 7.0 pH 5 mg DOC/L 6.0 Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Cu D. magna • ‘SPECIATIE’ effecten Biobeschikbaarheid (1) P. subcapitata • > factor 10 variabiliteit • DOC verklaart 65% van variantie • pH ~ 20%

  6. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Zn Biobeschikbaarheid (2) • “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

  7. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be • 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 Biobeschikbaarheid (3) Meyer et al., 1999 Environ. Sci. Technol. 33: 913-916

  8. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Biobeschikbaarheid (4) • Totale concentraties zeggen inderdaad NIETS over effecten, door biobeschikbaarheid • Grote variatie NOECs, EC50s, afhankelijk van watereign. • Biobeschikbaarheid = • een complexe combinatie van speciatie, competitie, en interactie met celoppervlakken/kieuwen • een gecombineerd effect van verschillende parameters (pH, DOC, Ca, etc.) • Al deze kennis uit >30 jaar wetenschappelijk onderzoek werd geïntegreerd in het ‘biotisch ligand model’ (BLM)

  9. Ca2+ Water Organisme Mg2+ H+ pH Me-DOC [Me] op ‘biotisch ligand’ Toxisch effect Me2+ Na+ pH MeCO3 MeOH+ Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Biotisch Ligand Model ‘biotisch ligand’ b.v. kieuwen, celoppervlak

  10. Toward an algal Cu-BLM – 8th ICOBTE – Adelaide, april 6, 2005 – Karel.Deschamphelaere@Ugent.be BLM: Wat kan het? (1) • Faktor 10 tot 30 variabiliteit in toxiciteit • > 90% van predictie-fouten < faktor 2

  11. Toward an algal Cu-BLM – 8th ICOBTE – Adelaide, april 6, 2005 – Karel.Deschamphelaere@Ugent.be BLM: Wat kan het? (2) • Typisch: faktor 10 tot 30 variabiliteit in toxiciteit • > 90% van predictie-fouten < faktor 2

  12. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be • 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 BLM: Wat kan het? (3)

  13. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Implementatie in beleid? • US EPA overweegt BLM te gebruiken voor site-specifieke normering van Cu • In 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?

  14. Ca2+ Water Organisme Mg2+ H+ pH Me-DOC [Me] op ‘biotisch ligand’ Me2+ Na+ pH MeCO3 MeOH+ VLAKKE NORM Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Biotisch Ligand Model ‘biotisch ligand’ b.v. kieuwen, celoppervlak Toxisch effect

  15. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Vlakke normen (1) • Veilige concentraties (NOECs) in natuurlijke waters voor Daphnia, alg, en forel • Afgeleid uit eigen laboratoriumtesten • basiskwaliteitsnormen oppervlaktewater VLAREM II: • Ni: 50 µg/L • Cu: 50 µg/L • Zn: 200 µg/L VERSUS

  16. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Vlakke normen (2) • Veilige concentraties in natuurlijke waters liggen zowel boven als onder de norm • ‘Vlakke norm’ is zowel onder- als overbeschermend!

  17. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be • De “Sustainable development” oplossing • Site-specifieke normering • Normen 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 oplossing

  18. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be • Hoe kunnen we “ecologisch relevante” normen afleiden? • B.v. volgens EU Technical Guidance Document voor risico-evaluatie van chemische stoffen • Species-gevoeligheidsdistributie methode (SSD) • Biobeschikbaarheid? • Gekende toxiciteitsdata van verschillende species met BLM vertalen naar eender welke combinatie van water-eigenschappen • Voorbeeld van Cu en Zn De praktijk

  19. Species Sensitivity Distribution NOEC baars NOEC Alg NOEC plant NOEC watervlo NOEC forel NOEC HC5 = 8.3 µg/L = basis voor norm Data compilation: Patrick Van Sprang, EURAS slak Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be De praktijk (1) NOECs als totale concentraties: zeer grote intra-species variatie Hypothese: door verschillen in biobeschikbaarheid ‘high-quality’ NOECs uit literatuur

  20. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be De praktijk (2) • BLM reduceert onzekerheid omtrent literatuur-NOECs • Voor ALLE species

  21. HC5 = (µg/L) 8.3 Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be De praktijk (3) • Onzekerheid gereduceerd

  22. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be De praktijk (3) DOC = 6 mg/L pH = 7.5 HC5 = (µg/L) 8.3 • Vertaal nu, met BLM, NOEC voor elk organisme naar site-specifiek water

  23. 43 • Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be De praktijk (3) BLM BLM BLM DOC = 6 mg/L pH = 7.5 HC5 = (µg/L) 8.3 • Verschuiving van SSD (HC5)

  24. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be De praktijk (4) • Zelfde oefening voor Zn, niet voor één water, maar… • …simulaties voor EU relevante range voor • DOC (1-10 mg/L) • pH (6.5-8.5) • hardheid (25-250 mg CaCO3/L) • NOECs voor verschillende waters berekend met BLM voor elk species • HC5 voor elk water met SSD • ‘Distributie’ van HC5’s • 10de percentiel = 15 µg Zn/L • 90ste percentiel = 50 µg Zn/L

  25. Ecotoxiciteit van metalen in oppervlaktewater – Leuven – 23 september 2005 Karel.Deschamphelaere@Ugent.be Take home message (bis) • Totale metaalconcentraties zeggen niets over de potentiële 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! DUS MAAR

More Related