Metalliyhdisteiden riskien luonnehdinta vesiekosysteemeille

Kohteesta Opasnet Suomi
Versio hetkellä 21. maaliskuuta 2013 kello 17.21 – tehnyt Jouni (keskustelu | muokkaukset) (luokiteltu)
Loikkaa: valikkoon, hakuun


Edistymisluokitus
Opasnetissa lukuisat sivut ovat työn alla eri vaiheissa. Niiden tietosisältöön pitää siis suhtautua harkiten. Tämän sivun sisällön edistyminen on arvioitu:
Tämä sivu on täysluonnos
Sivu on kirjoitettu kertaalleen alusta loppuun eli kaikki olennaiset sisällöt ovat jo paikoillaan. Kuitenkaan sisältöjä ei ole vielä kunnolla tarkistettu, ja esimerkiksi tärkeitä viitteitä voi puuttua.





Metalliyhdisteiden riskien luonnehdinta vesiekosysteemeille

Miten metalliriskien luonnehdinta toteutetaan vesistöille? Mitä laskentakaavoja käytetään numeeriseen laskentaan? Miten riskin suuruus päätellään ja arvioidaan?


Perusarvionti

Jos haitta-aineille on saatavilla ympäristönlaatunormeja eli EQS -arvoja, niin nämä pitäisi ensin huomioida ennen PNEC arvon johtamista.

Vesistöjen alustavassa riskin arvioinnissa veden arvioituja tai mitattuja liukoisia metallipitoisuuksia verrataan yhteisöllisiin/kansallisiin/paikallisiin ympäristönlaatunormeihin (EQS – Environmental Quality Standards), jos sellainen on asetettu tarkasteltavalle aineelle. Ympäristönlaatunormilla tarkoitetaan sellaista vesiympäristölle vaarallisen tai haitallisen aineen pitoisuutta pintavedessä, sedimentissä tai eliöstössä, jota ei saa ihmisen terveyden tai ympäristön suojelemiseksi ylittää (VNa 1022/2006). [1] [2]


EU-tasolla ja Suomessa pintaveden metalleille ympäristönlaatunormeja on annettu vain kadmiumille, elohopealle, lyijylle ja nikkelille. EU:n prioriteettilistalla on 33 ainetta (VESPA liite 1C) (VNa 1022/2006).


Metallien (Cd, Hg, Pb, Ni) ympäristönlaatunormi viittaa liukoiseen pitoisuuteen eli vesinäytteen liuosfaasiin (µg/l, suodatettu 0.45µm). Arvioinnissa voidaan ottaa huomioon:

  • metallien ja metalliyhdisteiden luonnolliset taustapitoisuudet, lisäämällä ympäristölaatunormiin arvio luontaisesta taustapitoisuudesta. Metallien vertailupitoisuus on luonnollisen taustapitoisuuden ja ympäristönlaatunormin summa.
  • veden kovuus, pH tai muut veden laadun parametrit, jotka vaikuttavat metallien biosaatavuuteen. Esim. veden kovuus vaikuttaa kadmiumin normiin (jaetaan viiteen luokkaan).
  • Metalleille sovelletaan aritmeettisena vuosikeskiarvona ilmaistua ympäristölaatunormia (AA-EQS), joka perustuu eliöiden pitkäaikaisiin vaikutuksiin (NOEC).
  • MacQS on raja-arvo hetkellisen pitoisuuden maksimiarvolle (perustuu akuutteihin vaikutuksiin, EC50), jota ei käytetä kuitenkaan metalleille.


Metalleille: 

Ekologinen RCRaq = PECdissolved (µg/l) / AA_EQS (µg/l)

Muilla aineilla kuin metalliyhdisteillä ympäristönlaatunormi ilmaistaan kemikaalin kokonaispitoisuutena: 

Ekologinen RCRaq = PECtotal (µg/l)/AA-EQS (µg/l)

Määrittelyperusteet ympäristönlaatunormeille (EQS: vesi, sedimentti ja eliömatriisit) löytyy oppaasta: Technical Guidance for Deriving EQS under the Water Framework Directive (TGD-EQS 2011) [3]


Tarkennettu arvio

Jos ympäristönlaatunormit ylittyvät tai kemikaalille ei ole olemassa EQS -arvoa, niin riskinarvion epävarmuuksien vähentämiseksi haitta-aineen biosaatavuuspitoisuutta tarkennetaan mahdollisuuksien mukaan vaiheittain tarkentuvalla arvioinnilla: (ECHA 2008) [4]


1) Yleisen PNECaq johtaminen

2) Biosaatavuus erojen korjaus

  • Liukoisten pitoisuuksien käyttö
  • fysikokemialliset spesiaatiomallit
  • Bioligandimallit


Vaihe 1:

Yleinen PNEC arvo vesistölle johdetaan kolmen vesiympäristön eri ravintoketjutason ekotoksisuusaineistoista:

  • perustuottajat (levät)
  • kuluttajat (hyönteiset)
  • kalat

Toksisuustestien tulokset esitetään tavallisesti kokonaispitoisuuksina. Useimmat vesitoksisuustestit, jotka on tehty keinotekoisella vedellä (alhainen DOC, suspendoitunut kiintoaineksen määrä), pyrkivät maksimoimaan biosaatavuutta, ja näissä tapauksissa kokonaispitoisuuden voidaan katsoa olevan sama kuin liukoisen pitoisuuden. Käytettäessä testaukseen luonnon vesiä, myös mahdollisten abioottisten tekijöiden vaikutus on selvitettävä. Lähestymistapaa ei pidetä riittävän konservatiivisena, jos toksisuustiedot on johdettu yhdessä abioottisten tekijöiden kanssa, mikä saattaa lieventää haitta-aineen toksisuutta. Aineistolle on suositeltavaa tehdä biosaatavuuskorjauksia (vaihe 2).


Vaihe 2:

(Bio)saatavuuden korjaus

Metallien biosaatavuus ja toksisuus vesiympäristössä eivät riipu yksistään metallin kokonaisannoksesta, vaan myös veden fysikokemiallisista ja biologisista ominaisuuksista. Jos metallien biosaatavuuserojen korjaus on mahdollista, se parantaa riskinarviointia ja tuottaa kentälle ja kohteisiin paremmin soveltuvia PNEC arvoja. Korjaus ei ole pakollinen, mutta sillä voidaan estää riskien yliarviointia vähemmän alttiille vesistöille.

Liukoisten pitoisuuksien käyttö

Jos metallin kokonaispitoisuudet ympäristössä tunnetaan, mutta sopivia biosaatavuusmalleja ja/tai muita syötetietoja (esim. fysikokemialliset muuttujat) ei ole saatavilla, riskin kuvaus pitää tehdä liukoisen pitoisuuden perusteella.

Syöte:

Kaikille vesinäytteille on suositeltavaa laskea biosaatavapitoisuus, mutta se edellyttää, että myös muut laskentaa tukevat muuttujat on analysoitu samanaikaisesti metallien kanssa. Biosaatavuuden laskeminen voi olla kyseenalaista, jos vesinäytteiden metallipitoisuudet ja muut muuttujat on analysoitu eri aikaan.

Vesinäytteen keskimääräiset syötemuuttujat:

  • aritmeettinen keskiarvo: pH ja Ca
  • mediaani (50. persentiili): DOC (mahdollisesti jakautunut log-normaalisesti). Aritmeettinen keskiarvo voi olla yliarvio.

Metallien liukoinen pitoisuus voidaan laskea veden kokonaispitoisuudesta kaavalla: 

Cdissolved = Ctotal/ (1 + Kd × Cs × 10-6),

missä

Kd = jakaantumiskerroin (L/kg)

Cs = suspendoituneen kiintoaineksen pitoisuus (mg/L)


Riskiluku liukoiselle pitoisuudelle on: 

RCR =PECdissolved/PNECdissolved

Fysikokemialliset spesiaatiomallit

Jos metallin kokonaispitoisuudet ympäristössä tunnetaan sekä sopivia spesiaatiomalleja ja syötetietoja (esim. abioottisia muuttujia Ca, H+, DOC,..) on saatavilla, riskin kuvaus tehdään tarkasteltavan metallin esiintymismuodon (metal species) perusteella vähentämään riskiarvion epävarmuutta.

Esimerkkejä spesiaatiomallista ovat mm. MINTEQA2, WHAM, CHESS (Paquin et al. 2003)

http://www.epa.gov/ceampubl/mmedia/minteq/ 


RCR= PECmetal species/PNECmetal species

Metallin esiintymismuotona käytetään useimmiten vapaata metalli-ionia, mutta se ei ole aina paras ennuste kaikille metalleille ja toiset olomuodot kuten neutraalit yhdisteet (AgCl, HgS) ja anioniset yhdisteet (SeO2-, AsO42-) voivat lisätä haitallisuutta (ECHA 2008).


Biosaatavuuden korjaus BLM –mallien (biotic ligand models) avulla

Jos metallien biosaatavuuden arviointiin on olemassa valmiita laskentatyökaluja, niiden käyttö riskinarvioinnissa on suositeltavaa (ECHA 2008).

BLM- malli on alun perin kehitetty arvioimaan akuuttia (lyhytaikaista) toksisuutta kaloille (Di Toro et al. 2001 [5], Paguin et al. 2002 [6]) perustuen olemassa oleviin kemiallisiin, toksikologisiin, biologisiin ja fysiologiin tietoihin. Nykyään etenkin Euroopassa arvioinnissa on siirrytty painottamaan enemmän vesieliöiden kroonisia haittavaikutuksia; toisin sanoen eloonjäämisen ohella tarkastella myös kasvu- ja lisääntymisvaikutuksia. Toksisuustiedot pohjautuvat eri ravintoketjutasojen kuten levien, hyönteiset ja kalojen vasteisiin.

Bio-met biosaatavuus laskentaohjelma on krooninen BLM normalisointi työkalu, joka on kehitetty kuparille, nikkelille ja sinkille:


"Bio-met_bioavailability_tool" (Arche Consulting http://www.arche-consulting.be/)

Malli laskee paikallisen EQS-arvon, liukoisen tai biosaatavan metallipitoisuuden ja riskiluvun. Kohdekohtaisia riski arvioita voidaan tehdä ainoastaan kuparille, nikkelille ja sinkille. Mallilla voi laskea yleisen EQS:n ja riskiarvion myös kadmiumille ja lyijylle. Syötteenä malliin tarvitaan mitatut vesinäytteiden liukoiset metallipitoisuudet (µg/L), pH, DOC ja Ca -pitoisuus.


Biosaatavuuden korjauksen jälkeen riskiarvio voidaan laskea seuraavasti: 


RCR  =PEC dissolved/PNEC (bioavailable dissolved)

Viitteet

  1. ↑ Valtioneuvosto 2006. Valtioneuvoston asetuksessa vesiympäristölle vaarallisista ja haitallisista aineista (1022/2006, VESPA –asetus, muutoksia 868/2010) http://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2010/20100868?search[type]=pika&search[pika]=EQS
  2. ↑ http://ihcp.jrc.ec.europa.eu/our_activities/public-health/eqs
  3. ↑ European Communities 2011. Common Implementation Strategy for the Water Framework Directive (2000/60/EC). Guidance Document No. 27. Technical Guidance For Deriving Environmental Quality Standards, http://circa.europa.eu/Public/irc/env/wfd/library?l=/framework_directive/guidance_documents/tgd-eqs_cis-wfd/_EN_1.0_&a=d
  4. ↑ [ECHA] European Chemicals Agency. 2008. Guidance on information requirements and chemical safety assessment. Appendix R.7. 13-2: Environmental risk assessment for metals and metal compounds. http://echa.europa.eu/documents/10162/17224/information_requirements_r7_13_2_en.pdf
  5. ↑ Di Toro DM, Allen HE, Bergman H, Meyer JS, Paquin PR, Santore CS. 2001. Biotic ligand model of the acute toxicity of metals. 1. Technical Basis. Environmental Toxicology and Chemistry 20:2383-2396
  6. ↑ Paquin PR, Gorsuch JW, Apte S, Batley GE, Bowles KC, Campbell PGC, Delos CG, Di Toro DM, Dwyer RI, Galvez F, Gensemer RW, Goss GG, Hogstrand C, Janssen CR, McGeer JC, Naddy RB, Playle RC, Santore RC, Schneider U, Stubblefield WA, Wood CM, Wu KB. 2002a. The biotic ligand model: a historical overview. Comparative Biochemistry and Physiology C 133:3-36
Noudettu kohteesta http://fi.opasnet.org/fi-opwiki/index.php?title=Metalliyhdisteiden_riskien_luonnehdinta_vesiekosysteemeille&oldid=18245