Universität für Bodenkultur WienDepartment für Wasser-Atmosphäre-Umwelt
Risikoabschätzung für Spurenstoffe
Maria Fürhacker
Universität für Bodenkultur WienInstitut für Siedlungswasserbau, Industriewawwerwirtschaft und Gewässerschutz,
Muthgasse 18, A-1190 [email protected]
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Inhalt
� Einleitung: Was sind Spurenstoffe� Einleitung: Was sind Spurenstoffe
� Probleme durch Kontaminanten
� Risikoabschätzung versus Vorsorgeprinzip
� WHO, WRRL, TWVO, Bewässerungsrichtlinie WHO
� Risikomanagement
� Schlussfolgerungen
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Spurenstoffe
� Durch unsere Aktivitäten gelangen hunderttausende verschiedener Chemikalien gewollt oder unabsichtlich in die Umwelt; das Wasser ist dabei ein wichtiger Eintrags- und Ausbreitungspfaddabei ein wichtiger Eintrags- und Ausbreitungspfad
� einige dieser Chemikalien sind in relativ hohen Konzentrationen (mg/L) zu finden (z.B. P oder N die zur Eutrophierung führen)
� andere sind in Konzentrationen von µg/L oder in noch geringeren Spuren zu finden
Spurenstoffe, Mikroverunreinigungen oder micropollut
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Quellen von Spurenstoffen
Körperpflegemittel(Personal care products):
ChemikalienDetergentien(Personal care products):
z.B. Pharmaka, Antibiotika, HormoneDuftstoffe (polyzyklischer Moschusstoff, Galaxolid)
Biozide
DetergentienWeichmacher
Flammschutzmittel
N, P, Pestizideneue Produkte,bessere Analytik
„Emerging Contaminants“
Pharmaka im Wasser
Konzentrationen im Ablauf: im oberen ng/L bis µg/L Bereich im OW im ng/L Bereich
ARA Ablauf
Umweltrisiko wird durch Verdünnung
reduziert
Source: Barcelo, 2008Project:Aquaterra
Konzentration im OW unterhalb der ARA
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Pharmaka im Grundwasser und UferfiltratMax. Konzentrationen, % Proben >LOQ (BLAC, 2003)
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Uferfiltratmax µg/l
GWmax µg/lSchmerzmittel
Lipidsenker
beta-Blocker
KontrastmittelAntiepileptika
Schmerzmittel
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Diclo
fenac
Phenaz
onCar
bamaz
epin
Met
oprolo
l Pro
pranolo
l
Bezaf
ibra
tClo
fibrin
säure
Fenofib
rinsä
ureAm
idotri
zoes
äure
µg
/l
22%
3 %3 %
16 %
1 % 2 %1 % 3 % 1 %
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Pressemeldungen
Hermaphrodite Frogs Found in Suburban Ponds
Just as frogs’ mating season arrives, a study by a Yale professor raises a troubling issue. How many frogs will be clear on their role in the annual springtime ritual?
By FELICITY BARRINGERPublished: April 8, 2008
annual springtime ritual?
Study Finds Traces of Drugs in Drinking Water in 24 Major U.S. RegionsMONDAY, MARCH 10, 2008
Toxins on Tapby Wendy Gordon, M.S.
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Wissenschaftliche Risikoabschätzung gegenüber Wahrnehmung und Reaktion
Hysterie
Angst
MissinformationÜber-
reaktion
PanikWirklichesRisiko
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Möglichkeiten der Grenzwertsetzung
Risikoabschätzung
Vorsorgeprinzip
Effekt/ oder predicted no effect concentration
(PNEC)
Exposition (TDI)/oderUmweltkonzentrationPredicted environmental concentration(PEC)
GW-values0,1 µg/l0,01 µg/l
TW-Werte0,1 µg/l
European Medicines Agency
EMEA, 20060,25*0,01 µg/l
für Pestizide und Metaboliten (TWVO, 1998)
LAWA, 2004 0,01 µg/l
Maßnahmen
RisikocharakterisierungPEC/PNEC > 1
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Vorteile/Nachteile
RisikoabschätzungVorsorgeprinzip
ans Ziel anpassbar Setzen von Prioritäten möglich braucht valide Datengrundlage
und Zeit
verzögerte Reaktion
Erlaubt potentiell disaströse Umweltgefahren zu regeln
auch wenn Ausmaß und Effekt noch nicht ausreichend erforscht sind
politische Entscheidung
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Gefährdung/Risiko
Gefährdung: qualitativ� Inherente Eigenschaft einer Substanz, eines Objektes oder einer
Aktivität, die ein Potential hat einen Schaden zu verursachen
Risiko = Gefährdung x Exposition
Aktivität, die ein Potential hat einen Schaden zu verursachen
Risiko: quantitativ� Schadintensität (Dosis)
� Eintrittswahrscheinlichkeit
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Harmonisierter Ansatz zu Risiko-abschätzung/und -management (Stockholm Framework)
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Grundlagen für die Begrenzung von Spurenstoffen
� ChemikalienREACH –steht für Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals
� OberflächenwasserWRRL (60/2000/EG), Liste der prioritären Stoffe (PS/PHS) WRRL (60/2000/EG), Liste der prioritären Stoffe (PS/PHS) � POPUNEP, Stockholm Convention 2004� Trinkwasser EU: Drinking Water Directive (98/93/EC)WHO 3rd GDWQ 2004� BewässerungswasserWHO: Third edition of the WHO Guidelines for the safe use of wastewater,
excreta and greywater, 2006
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Stufen der Risikoabschätzung
Gefährdungsabschätzung(Hazard Identification)
Identifikation eines Gesundheitsgefährdungspotentials einer Substanz, reversible/irreversible Effekte
(CMR kanzerogen, mutagen, reproduktionstoxisch)
Dosis-WirkungsbeziehungWelche Konzentration erzeugt die
gewählten Wirkungen
RisikocharakterisierungAbschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit und
der Schwere des Schadens
ExpositionsabschätzungKonzentration, DauerArt der Exposition
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Dosis-Wirkungsbeziehung
% Wirkung
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
NOECEC10
NOEC = No-Observed-Effect ConcentrationEC10 = Konzentration bei der 10 % der
max. Wirkung erreicht werden
Substanzen mit Schwellenwert
Konzentration (mg/kg) (C) (logarithmisch)
range of controls
10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2
0
10Kontrollbereich
EC10
Wirkung
log Dosis
z.B. CMR – SubstanzenKonzentrationen die mit einem zusätzlichen Krebsrisiko von 10-4 bzw. 10-6
verbunden sind, können durch Mulitplikation oder Division des Richtwertes mit 10 errechnet werden.
Substanzen ohne Schwellenwert
Risk level 10-5
Das heisst: "0" Effekt nur bei "0„ Dosis
Beziehung ist für irreversible Effekte(z.B. teratogene oder kanzerogene) linear
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Berechnung der WHO-Richtwerte (WHO, 2004)
TDI (tolerable daily intake)
TDI = NOAEL or LOAEL
UF
Richt/Grenzwert
GV = TDI * BW * P
C
Reversible Wirkung (mit Schwellenwert)
UFNOAEL = no-observed adverse effect level
LOAEL = lowest observed adverse effect level
UF = uncertainty factor (10 - 10000)
CTDI = tolerable daily intake
BW= body weight
P = for drinking water fraction (%)
C = daily water consumption
Für CMR Substanzen:ModellberechnungenRisikoniveau 10-4 - 10-6
Irreversible Wirkungen (ohne Schwellenwert)
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Tolerierbares Gesundheitsrisiko (WHO, 2004)
CMR Stoffe
Zusätzliches Risiko10-5
Krankheitsfälle (Disease burden) 1*10-6 DALY per person per year
Mikrobiologische Kontaminationen
10-5 1*10-6 DALY per person per year
NO zero risk 1*10-6 DALY per person per year (µDALY pppy) entsprechend einer milden aber häufigeren Durchfallserkrankung (z.B. Auftrittswahrscheinlichkeit 1*10-5 bei einem jährlichen Risiko von 1 in 1000 (1 in 10 über die Lebenszeit
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DALY = Disability adjusted life years(WHO, 2004)
� Das Prinzip der DALY ist es, verschiedene Gesundheitseffekte gleichzeitig zu betrachten.
� DALY ist die Summe der verlorenen Lebenszeit (YLL the sum of years of life lost by premature mortality) und die Jahre der verlorenen of life lost by premature mortality) und die Jahre der verlorenen Gesundheit (YLD years of healthy life lost in states of less than full health, i.e., years lived with a disability)
� DALY = YLL + YLD � 0 (gesund) ……. 1 (tot).
� Der Hauptvorteil ist, dass man Effekte aggregieren kann und auf die Lebensqualität und Lebensquantität beziehen kann.
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Darstellung des tolerierbaren Risikos
DALYs …….zur Standardisierung des Risikos, das durch Risikos, das durch verschiedene Stoffe, bzw. Pathogene hervorgerufen wird.
70
WH
O
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Ökotoxikologische RisikoabschätzungWRRL (TGD, 2003)
Expositions-charakterisierung
Effekt-charakterisierung
Analy
Ökotoxikologische RISIKOABSCHÄTZUNG
Diskussion zwischen Risiko-Abschätzern und Managern (Planung)
PROBLEM FORMULIERUNG
Daten-Aquisition Verifikation
charakterisierung
(PEC)
charakterisierung
(PNEC)
lysis
Risk Management
Diskussion zwischen Risiko-Abschätzern und Managern(Result)
Verifikation und Monitoring
RISK CHARACTERISATION
no risk: PEC/PNEC <1 risk: PEC/PNEC >1
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Relevante Auswahlkriterien: PBT – Kriterien(TGD, 2003)
PBT Kriterien: Persistenz-Bioakkumulierbarkeit-Toxizität
(4) NOEC - no observed effect concentration; CMR - carcinogenic, mutagenic or toxic to reproduction.
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Effekt Messungen: Verschiedene trophische Stufen
Fent, K. Ökotoxikologie, 2 Aufl., 2003
Fische
Daphnia
Algen
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Kalkulation von TW Grenzwerten basierend auf den TGD (Lepper, 2002)
� QSDW Qualitätsstandard für TW (mg/l) � TLHH ADI/TDI etc. in mg/kg Körpergewicht pro
Tag) � BW Körpergewicht (70 kg) � Trinkwasseraufnahme (2 l pro Tag)
Specific Quality Standards
Overall Quality Standards
Atrazin: Berechnung der Zielwerte für OWbasierend auf den TGD (EU, 2005)
Nr.E Q S for Priority Substances
(WFD)PS/PHS
AA-EQSinland water (µg/l)
MAC-EQSInland water (µg/l)
3 Atrazin (PHS) 0.6 2.0
AA: annual average; MAC: maximum allowable conc.
n.a. = not applicable
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Atrazin Trinkwasser (WHO, 2004)
Die gesundheitsbasierten Richtwerte, die 1993 mit 0.002 mg/L für Atrazinfestgesetzt wurden, wurden durch das Final Task Force Meeting 2003 bestätigt.
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Grenzwertfestsetzung TWVO 98/83/EC
Parameterwerte basieren auf:wissenschaftlichen Erkenntnissen Vorsorgeprinzip (z.B. Pestizide)basierend auf WHO GDWQ
Die Qualitätskontrolle von TW soll in Zukunft von der Kontrolle beim Verbraucher
auf ein Qualitätsmanagement entlang der Produktions- und Verteilungskette übergehen:from capture to tap.
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Vergleich zwischen unterschiedlichen Berechnungsmethoden
Atrazin
H-RAVP VPE-RA
Berücksichtigung des TW
TWVO(98/93/EC)
0.1 µg/l
WHO3rd GDWQ 2004
2 µg/l
WRRL2000/60/EC
AA 0.6 µg/lMAC 2 µg/l
EU-Grundwasser2006/118/EC
0.1 µg/l
Berücksichtigung des TW
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POPs (persistent organic pollutants)
* Aldrin
* Chlordan
* Mirex
* Toxaphen
Gruppe giftiger, besonders schwer abbaubarer Verbindungen,
Gesundheitsrisiko und eine Gefahr für die Umwelt
Ziel des Umweltprogramms (UNEP): Reduzierung
* Chlordan
* DDT
* Dieldrin
* Endrin
* Heptachlor
* Toxaphen
* Hexachlorbenzol
* PCB
* Dioxine (PCBB/F)
* Furane
Auswahlkriterien: Persistenz, Bioakkumulation, Semi-Volatilität
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WHO Guidelines für Reuse von AW undExkrementen
Basieren auf einem Ziel von 1 µDALY dies kann erreicht werden wenn:
� alle Maßnahmen zusammen Pathogenreduktionen von 6-7 log ergeben.
� eine Virenreduktion von 6-7 Logs erreicht werden
� und zusätzlich die Helmintheneier < 1Ei/l sind
Dieses Ziel kann überprüft werden z.B.:
Gesundheit der BevölkerungAbwasserqualität
FunktionskontrollenSpezifsche Techniken
Verifizierung durch Monitoring von E. coli oder thermotoleranten Coli < 10
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Kombinationen von unterschiedlichen Maßnahmenum das gesundheitsbasierte Ziel von 10-6 DALY’s pppy zu erreichen (WHO, 2006)
Source: WHO guidelines for safe use of wastewater, excreta and grey water, 2006Source: WHO guidelines for safe use of wastewater, excreta and grey water, 2006
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Inaktivierung von Pathogenen bei derAbwasserreinigung (WHO, 2006)
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WHO Guidelines, Reuse, Separationssysteme - Grauwasser
� Risiko durch pathogene Bakterien wie Legionella, Mycobacteria und Pseudomonas aeruginosa– Exposition nicht größer als gegenüber heißem Leitungswasser, aber fäkale Querkontaminationen
� Um die entsprechende log-Reduktion zu gewährleisten werden von der WHO verschiedenen Maßnahmen vorgeschlagen: Lagerung, Grauwasserbehandlung, Tropfbewässerung, Einarbeitung des Materials in den Boden, Wartezeit zwischen Aufbringung und Ernte, oder Einarbeitung des Materials in den Boden, Wartezeit zwischen Aufbringung und Ernte, oder Waschen Kochen, Schälen Desinfizieren der Produkte.
� Exkreta haben relativ geringe Gehalte an Schwermetallen und persistenten organischen Stoffen. Es sollte allerdings nicht vergessen werden, dass die meisten Medikamente über den Urin ausgeschieden werden und dadurch relativ hohe Konzentrationen im Urin vorkommen
� Versalzung besonders in ariden und semiariden Gegenden, wo die Salze nicht regelmäßig ausgewaschen werden
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Schlussfolgerungen
� Für eine schnelle Reaktion auf neue Stoffe mit schlechter Datenlage –Vorsorgeprinzip erlaubt eine schnelle Reaktion
� Für die Erstellung einer Hitliste in Hinblick auf das Risikomanagement -Risikoabschätzung
� TGD findet sich die Vorgangsweise für WRRL und auch für REACH� WHO beschreibt den Ansatz für die Berechnung gesundheitsbasierter Richtwerte � WHO beschreibt den Ansatz für die Berechnung gesundheitsbasierter Richtwerte
für Trinkwasser� WHO gibt auch die Ziele für die Wiederverwendung von Ausscheidungen oder
Abwasser vor
� ABER “emerging contaminants” mit neuen Formen von vorerst unsichtbaren aber zeitverzögerten Effekten, die momentan noch nicht erfasst sind (z.B. CMR, endokrinen allergenen oder neurotoxischen Effekten), erfordern auch neue Formen von RA und RM
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Danke für Ihre AufmerksamkeitDanke für Ihre Aufmerksamkeit
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