GRÆNSEVÆRDIER FOR UORGANISKE SPORSTOFFER - aluminium, arsen og nikkel i drikkevand

Transkript

1 GRÆNSEVÆRDIER FOR UORGANISKE SPORSTOFFER - aluminium, arsen og nikkel i drikkevand Projektleder, biolog Astrid Zeuthen Jeppesen, Watertech Projektleder, kemiingeniør Loren Ramsay, Watertech ATV MØDE Miljødebat Grænseværdier Risikoaspekter Schäffergården 16. juni 2004

2

3 RESUME Siden 1993 har GEUS (Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse) gjort status for uorganiske sporstoffer over antallet af overskridelser af grænseværdier for drikkevand i forskellige måleprogrammer. Aluminium, arsen og nikkel er de 3 uorganiske sporstoffer, som er de mest belastende for dansk drikkevand. Overskridelserne af grænseværdien for aluminium er koncentret i Sydvestjylland. Arsenoverskridelserne konstateres i overvejende grad på Sydsjælland, Østjylland og på Fyn, mens nikkel overskridelserne i langt overvejende grad ses i den østlige del af Sjælland. Ved gennemgangen af grænseværdierne kan man konstatere, at der mangler data som kan bestyrke eller afkræfte de hypoteser, der er fremsat om stoffernes farlighed. Fastsættelsen af grænseværdien i drikkevand for aluminium er ikke sundhedsbaseret med er fastlagt udfra et hensyn til behandling af overfladevand, hvor aluminium tilsættes som koaguleringsmiddel. Det er uafklaret om aluminiums spiller en rolle i forbindelse med udviklingen af Alzheimers Syndrom. Den gældende grænseværdi for arsen er sundhedsbaseret, og er fastlagt udfra toksiske effekter. Arsen har dog vist sig at være kræftfremkaldende for mennesker, men grundet usikkerheder med hensyn til hvorledes risikoberegning skal foretages samt praktiske vanskeligheder ved fjernelse af arsen på vandværker, indgår kræftrisikoen ikke i grænseværdien. Grænseværdien for nikkel er sundhedsbaseret, og er af midlertidig karakter. Den er i udgangspunktet ikke baseret hudkontaktallergi, men på konstaterede toksiske effekter i dyreforsøg (rotter). Nye studier har vist tegn på fostertoksicitet. Senest har en vurdering af nikkel i EU s risikovurderingsprogram vist, at gældende grænseværdi yder beskyttelse af både allergikere og gravide. BAGGRUND Grundvands kemiske sammensætning er afgørende for, om grundvandet er egnet til drikkevand, og indholdet af sporstoffer er siden 1990 blevet overvåget regelmæssigt i 70 overvågningsområder (GRUMO). Vandværkerene har siden 1989 målt for sporstoffer i vandforsyningsboringer. Desuden er udvalgte sporstoffer blevet overvåget siden 1989 i 5 landovervågningsoplande (LOOP) /1/og/2/. De uorganiske sporstoffer kan overordnet opdeles i 3 grupper /1/: Toksiske stoffer, som har sundheds- og miljømæssigt skadelige efffekter, Essentielle stoffer, som er nødvendige for den menneskelige organisme, men som er sundhedsskadelige og økotoksiske i højere koncentrationer. En gruppe stoffer, som normalt ikke forekommer i så høje koncentrationer, at de udgør et problem, men som kan have både humantoksikologiske og økotoksikologiske effekter i visse koncentrationer. Siden 1993 har GEUS for uorganiske sporstoffer gjort status over antallet af overskridelser af grænseværdier for drikkevand i forskellige måleprogrammer i perioden , herunder

4 grundvandsovervågningsprogrammet GRUMO og vandværkernes boringskontrol. Af rapporten Grundvandsovervågning 2003 fremgår det, at aluminium, arsen og nikkel er de 3 uorganiske sporstoffer, som er de mest belastende for drikkevandet med flest overskridelser i overvågningsprogrammet GRUMO i procent af analyserede indtag (filtre), hvilket understøttes af data fra boringskontrollen /1/. Vi synes derfor, at det er relevant at gå et spadestik dybere med disse 3 sporstoffer og afdække betydningen af disse overskridelser for drikkevandskvaliteten i Danmark og dermed også påvirkningen af befolkningens sundhed. FORMÅL Formålet med dette indlæg er at belyse, hvorledes de gældende grænseværdier for stofferne aluminium, arsen og nikkel sikrer menneskers sundhed, og de konsekvenser overskridelserne måtte have. GRÆNSEVÆRDIER For drikkevand er der fastsat grænseværdier for bl.a. indholdet af sporstoffer, som det maksimalt tilladelige indhold. Grænseværdien er opdelt i en værdi ved indgang til ejendom og en anden værdi ved forbrugers taphane /2/. Denne opdeling skyldes, at forbrugerens installationer kan bidrage til drikkevandets indhold af sporstoffer ud over det, der findes i det behandlede vand fra vandværket. Indholdet af et sporstof i grundvandet består af et bidrag, som stammer fra de geologiske aflejringer samt i visse tilfælde et bidrag fra samfundsmæssigt aktivitet fx forurening eller afsænkning. Grænseværdien i drikkevand er for aluminium er 100 µg/l ved indgang til ejendom og 200 µg/l ved forbrugers taphane. De tilsvarende grænseværdier er for arsen er 5µg/l (indgang til ejendom) og 10µg/l (taphane). For nikkel er der endnu ikke foretaget en opdeling, og grænseværdien er 20 µg/l både ved indgang til ejendom og ved taphanen /2/. Grænseværdierne vises på figur 1.

5 Konc. ug/l aluminium arsen nikkel indgang til ejendom forbrugers taphane Figur 1 Grænseværdier i drikkevand for aluminium, arsen og nikkel ved indgang til ejendom og ved forbrugers taphane /2/. FUND I DANMARK Aluminium er et af de mest udbredte metaller i jordskorpen, hvor det udgør ca. 8 %. Koncentrationen af opløst aluminium i grundvand er stærkt afhængig af ph og højest under sure betingelser. Aluminiumforbindelser anvendes ofte i udlandet til vandbehandling af overfladevand, hvor det kan medføre forhøjede koncentrationer i drikkevand /3/. Arsen er naturligt forekommende i mange grundvandsmagasiner, men forekommer blandt andet også i grundvandet i forbindelse med punktkilder fx træimprægneringsvirksomheder /4/. Naturligt forekommende arsen i dansk grundvand er hovedsagelig forbundet med reducerede magasiner. Nikkel findes i pyrit (jernsulfider). Ved den såkaldte "barometerånding", hvor der sker en lufttransport mellem jorden og atmosfæren på grund af trykforandringer- fx via en boring sker der en iltning af jorden over grundvandsspejlet. Jernsulfiderne i jorden iltes, hvilket kan resulterer i for højt indhold af nikkel i drikkevandet. Dette fænomen ses bla. i Køge Bugt området /5/. 15 % af GRUMO-boringerne overskrider i mindst én analyse grænseværdien (ved indgang til ejendom) i drikkevand for aluminium, mens det for arsen og nikkel er 16 og 6 % af GRUMOboringerne, som overskrider grænseværdien for arsen henholdsvis nikkel.

6 Boringskontrollen viser et tilsvarende billede. Grænseværdien i drikkevand for aluminium er overskredet med mindst én analyse i 11% af vandværksboringerne /1/. Overskridelserne vises i figur 2, og er i følge rapporten Grundvandsovervågning 2002 koncentreret i Sydvestjylland, vest for isens hovedopholdslinie og tilskrives den generelt lavere ph i disse områder /6/. For arsen ses tilsvarende overskridelser med mindst én analyse i 16% af vandværkboringerne. Arsenoverskridelserne kan i overvejende grad konstateres på Sydsjælland, Østjylland og på Fyn. I 3 % af vandværksboringerne ses ligeledes overskridelser for nikkel, som i langt overvejende grad er koncentreret i den østlige del af Sjælland /1/ antal filtre (%) aluminium arsen nikkel GRUMO Boringskontrol Figur 2 Antal filtre (%), hvor råvandet overskrider Grænseværdien (ved indgang til ejendom) i mindst én måling i perioden /1/ SUNDHEDSMÆSSIGE ASPEKTER Aluminium Aluminium er et meget almindeligt forekommende stof, som anvendes i forbindelse med vandbehandling i lande, der anvender overfladevand til drikkevand. Aluminiumsalte tilsættes for at reducere indholdet af organisk materiale samt for at sikre klart vand (ingen farve), samt passende turbiditet og niveau af mikroorganismer /7/. I Danmark tilsættes aluminium kun ganske få steder, i forbindelse med vandbehandling af grundvand i vandforsyningen /17/. Analyse for aluminium indgår kun i kontrollen med uorganiske sporstoffer i vandet i vandforsyningsanlægs ledningsnet samt i boringskontrol af vand i de enkelte boringer i et vandforsyningsanlæg, hvis ph er under 6 /2/.

7 Det er vurderet, at 4 % af den orale eksponering kommer via drikkevand /7/. For raske personer, er der ikke nogen stor indikation på, at aluminium er akut toksisk, selvom aluminium forekommer i såvel fødevarer, drikkevand som medicinske præperater. Ligeledes er der heller ikke konstateret kroniske effekter /7/. Det har været postuleret, at aluminium kan spille en rolle i udviklingen af Alzheimers syndrom hos mennesker /7/. Aluminiumindholdet findes i forhøjede koncentrationer i hjernen hos mennesker, som er døde af Alzheimers syndrom. En mulig forklaring på den høje koncentration af aluminium i hjernevævet hos mennesker med Alzheimers sydrom, er ændret blodhjernebarriere, som tillader mere aluminium end der normalt akkumuleres /3/. WHO har foretaget en evaluering af 20 epidemiologiske studier med henblik på at teste hypotesen om, at aluminium i drikkevand skulle være en risikofaktor for udviklingen af Alzheimers syndrom. Undersøgelserne viste ingen entydig sammenhæng. Dog fandt man i et enkelt studie, som anvendte kognitiv forringelse som et mål, en relativ risiko på 1,72 ved aluminiumkoncentationer over 85 µg/l. WHO præciserer, at denne type data er utilstrækkelige til at vise den postulerede sammenhæng mellem indtag af aluminiumholdig drikkevand og Alzheimers syndrom, hvorfor WHO indtil videre har undladt at fastlægge en sundhedsbaseret grænseværdi /7/. WHO har dog udmeldt en grænseværdi i drikkevand på 200 µg/l, som tager udgangspunkt i det niveau, der burde kunne opnås på vandværker, der anvender aluminium i vandbehandling. På disse vandværker, kan grænseværdien kun overholdes, hvis vandbehandlingsprocessen er optimeret. /7/. Arsen Arsen er et særdeles sundhedsskadeligt stof, der så vidt vides ingen gavnlig funktion har i kroppen. Man udsættes for arsen via maden og drikkevandet. Arsen i mad (specielt fisk og skalddyr) er organisk bundet og menes ikke at være særlig toksisk. Arsen i drikkevand er næsten udelukkende uorganisk. Uorganisk arsens uønskede effekter kan opdeles i akuttoksiske, kroniske og kræftfremkaldende. Akutte effekter er ikke relevante i grundvandssammenhænge, da den dødelige dosis af arsentrioxid den mest akutgiftige arsenforbindelse - er ca. 0,6 mg/kg legemsvægt pr. dag /9/, svarende til at man skal drikke 2 liter vand med en koncentration på ca µg/l. Værdier på dette niveau ses normalt ikke i dansk grundvand. Indtagelse af lavere doser over en årrække kan medføre en lang række kroniske effekter. Mest kendt er nok hyperpigmentering (pletter på huden) og keratose (fortykket/forhornet hud), men neurologiske-, hjerte/kar-, mave/tarm- lever-, blod- og reproduktionseffekter kendes også. Kroniske effekter formodes at være afhængig af diæt.

8 Arsen er klassificeret af IARC i Gruppe 1 (kræftfremkaldende for mennesker) /16/. Indtagelse af arsen over en årrække giver også risiko for forskellige former for kræft, herunder hud-, lunge-, lever-, blære-, nyre- og tarmkræft. Hudkræft, lungekræft og blærekræft er de mest hyppige. I december 2003 trådte en ny grænseværdi for arsen i kraft. Det nye drikkevandskrav er udregnet på basis af en såkaldt tolerabel daglig indtagelse (TDI), som blev fastlagt i 1983 (FAO/WHO) til 0,002 mg/kg legemsvægt. Denne værdi blev fastsat efter kroniske ikkekræftfremkaldende effekter (arsenicisme), fordi Human exposure to levels of arsenic below those which cause arsenicism do not appear to carry a carcinogenic risk. Senere undersøgelser har vist, at denne udtalelse ikke længere er korrekt. Der hersker blandt andet en del usikkerhed omkring den præcise arsenkoncentration, der medfører kræft. En beregningsmetode, der refereres af WHO (1996) kommer frem til at drikkevandskriteriet for arsen burde være 0,017 µg/l, såfremt man kun vil acceptere en livstidsrisiko på 1 pr. million, hvilket man normalt sigter efter i Danmark. Den nye skærpede grænseværdi i drikkevand på 10 µg/l er dermed 600 gange for højt, hvis man tager hensyn til det nuværende bedste bud på kræftrisikoen. NRC regner med at kriteriet på 10 µg/l medfører tilfælde af kræft pr. million personer /8/. Hvorfor har WHO alligevel valgt at holde fast ved den anbefalede grænseværdi på 10 µg/l? Begrundelserne har WHO i 2003 angivet som følger /14/: At der er usikkerhed ved risikovurderingen af arsens kræftfremkaldende egenskaber At den praktiske kvantificeringsgrænse ligger i intervallet 1 10 µg/l At der er praktiske vanskeligheder ved fjernelse af arsen fra drikkevandet Den første begrundelse virker atypisk, da usikkerheder i følge forsigtighedsprincippet skal komme den, der er udsat for risiko, til gode. Med hensyn til den anden begrundelse, har Danmarks 3 største miljølaboratorier oplyst, at de analyserer arsen med ICP/MS-metoden, og at de har en detektionsgrænse på 0,03-0,05 µg/l. Dette er en ændring af praksis, idet en række forskellige metoder, herunder grafitoven-aas og ICP også blev anvendt for få år siden. Hermed er den anden begrundelse ikke aktuelt i Danmark i dag. Den tredje begrundelse er formodentlig heller ikke korrekt i dag. Forsøg fra tyder på, at arsen kan fjernes fra drikkevand under vandbehandling uden store vanskeligheder eller udgifter. Dog mangles endnu fuldskalaerfaringer. Miljøstyrelsen har fulgt WHO s anbefalinger i forbindelse med fastsættelsen af den nye grænseværdi for arsen, men foretog i 2002 forud for grænseværdifastsættelsen en vurdering af kræftrisikoen. Man vurderede, at der er usikkerheder med hensyn til mekanismer for den kræftfremkaldende effekt, således at det er uklart, om der kan og i givet fald hvordan der skal foretages en risikoberegning, hvorfor anbefalingen blev at følge WHO s anbefalede værdi på 10 µg/l.

9 Nikkel I Danmark udsættes man i størst udstrækning for nikkel gennem maden, hvor den daglige kost i gennemsnit indeholder ca. 160 µg. Det er særlig kornprodukter, visse grøntsager, cacao, the, og chokolade, at nikkel findes i forholdsvis høje koncentrationer, mens drikkevarer kun giver et mindre bidrag. Optag af nikkel fra maden skønnes at være under 1 % /15/. Nikkel er af IARC klassificeret i Gruppe 1 (kræftfremkaldende for mennesker) /19/. Det anses for at være kræftfremkaldende i forbindelse med indånding af nikkelholdigt støv, hvorimod udsættelse gennem indtagelse eller via hudontakt ikke vurderes som kræftfremkaldende /15/. Selv om nikkeloptaget via hudkontakt udgør en ringe del af det samlede nikkelindtag, har det vist sig, at hudkontaktallergi, dvs. kontaktallergi i forbindelse med nikkelholdige smykker og knapper mv. er den mest almindelige effekt af nikkel, som ses i Danmark /15/. En undersøgelse fra 1992 har vist at 10 % af alle danske kvinder (35-69 år) og 2-4 % mænd (15-69 år) er nikkelfølsomme /7/. Nikkelallergikere har reageret ved hudkontakt med nikkelopløsninger med indhold ned til 360 mg nikkel/ l på intakt hud og ned til 0,5 mg/l på irriteret hud under damptæt forbinding (laboratorieforføg). Desuden er hudeksem blevet forværret, hvis nikkelallergikere indtager nikkelholdig kost. Fastende nikkeloverfølsomme personer har fået forværret deres nikkeleksem efter indtagelse af en enkelt dosis ned til 0,6 mg/l letopløselig nikkel (provokationsforsøg) /15/. WHO s grænseværdi i drikkevand for nikkel på 20 µg/l er baseret på data fra et 2 års studie med rotter, som blev publiceret i Her fandt man frem til en NOAEL på 5 mg/kg legemsvægt pr. dag. Effekten var nedsat vækst/ændring af vækstfordeling /7/. Af /15/ fremgår det, at WHO s grænseværdi er baseret på en beregnet TDI-værdi på 5 µg/kg/d, og at 10% af TDI-værdien tildeles eksponering gennem drikkevand. Ved WHO s gennemgang i 1993 fandt man ikke anledning til ændring af drikkevandskravet, hvorfor grænseværdien fortsat er 20 µg/l for nikkel /7/. I 1998 blev WHO s grænseværdi for nikkel i drikkevand gjort midlertidig, da der var nye studier som viste tegn på fostertoksicitet. I 2003, var den stadig midlertidig. Danmark (MST) har imidlertid været pennefører på vurderingen af nikkel i EU s risikovurderingsprogram, og på baggrund heraf, er det muligt at lave et skøn over grænseværdien for allergi og fosterskadende effekt. Det vurderes, at hvis grænseværdien overholdes, ydes der beskyttelse både af allergikere og gravide /18/. KONKLUSION OG PERSPEKTIVERING Gennemgangen af grænseværdierne for stofferne aluminium, arsen og nikkel har vist, at der er tale om stoffer, der på forskellig vis kan påvirke menneskers sundhed. Ved gennemgangen af grænseværdierne kan man konstatere, at der mangler data som kan bestyrke eller afkræfte de hypoteser, der er fremsat om stoffernes farlighed.

10 I rapporten Grundvandsovervågning 2003 kan man konstatere, at grænseværdierne for drikkevand (ved indgang til ejendom) for aluminium, arsen og nikkel overskrides hyppigt i GRUMO-boringer og vandværksboringer /1/. Overskridelserne af grænseværdien i drikkevand i vandværksboringer for aluminium er koncentret i Sydvestjylland, arsenoverskridelserne konstateres i overvejende grad på Sydsjælland, Østjylland og på Fyn, mens nikkel overskridelserne i langt overvejende grad ses i den østlige del af Sjælland /1/, /6/. Fastsættelsen af grænseværdien i drikkevand for aluminium på 200 µg/l ved forbrugers taphane er ikke sundhedsbaseret, men er fastsat ud fra hensyn til behandling af overfladevand, hvor aluminium tilsættes som koaguleringsmiddel. Det har været postuleret, at aluminium kan spille en rolle i udviklingen af Alzheimers syndrom hos mennesker, men WHO har konkluderet, at foreliggende data er utilstrækkelige til at be- eller afkræfte denne sammenhæng. Gældende grænseværdi for arsen i drikkevand ved forbrugers taphane er sundhedsbaseret, og er fastsat på baggrund af toksiske effekter (kroniske). Gennemgangen viser, at der også er tale om en kræftrisiko, men at der er usikkerheder med hensyn til ekstrapolering til de lave doser, der er tale om i dansk drikkevand. Grænseværdien på 10 µg/l ved forbrugers taphane er 600 gange for høj ved én af ekstrapoleringsmetoderne. NRC regner med, at grænseværdien på 10 µg/l medfører tilfælde af kræft pr. million personer /8/, hvilket ikke er i overensstemmelse med den hidtidige praksis i Danmark, hvor der normalt accepteres en livstidsrisiko på 1 pr. million, når det drejer sig om stoffer i drikkevand. Grænseværdien for nikkel i drikkevand på 20 µg/l ved forbrugers taphane er midlertidig, og er ikke fastsat på bagrund af nikkelallergi men ud fra konstaterede toksiske effekter i dyreforsøg (rotter). Desuden har nikkel vist tegn på fostertoksicitet. Hudskontaktallergi er den mest almindelige effekt af nikkel i Danmark, men det vurderes at gældende grænseværdi yder tilstrækkelig beskyttelse af både allergikere og gravide Undersøgelser viser, at hver 10. kvinde i Danmark er nikkelallergiker, men at hudkontaktallergien først fremprovokeres ved koncentrationer langt over gældende grænseværdi. Det vurderes, at grænseværdien yder beskyttelse af både gravide og allergikere, men det synes dog relevant at fokusere på andre eksponeringsveje. Forkortelser GRUMO: LOOP: WHO: FAO: IARC: NRC: TDI: ICP/MS AAS NOAEL Vandmiljøplanens grundvandsovervågningsprogram Vandmiljøplanens landovervågningsprogram World Health Organization Food and Agriculture Organization of the United Nations International Agency for Research on Cancer National Research Council Tolerabel daglig indtagelse Induktiv Coupled Plasma/Massespektrometri (analyseteknik) Atom Absorption Spektrometri (analysteknik) No Observed Adverse Effect Level

11 REFERENCER /1/ GEUS Grundvandsovervågning 2003, Uorganiske sporstoffer. /2/ MEM Bekendtgørelse 871 om vandkvalitet og tilsyn med vandforsyningsanlæg. MEM, /3/ Miljøstyrelsen Miljøprofiler for aluminium I et livscyklusperspektiv. Bilag 13. Sundhedsmæssige effekter af aluminium. /4/ Miljøstyrelsen, Branchevejledning for forurenede træimprægneringsgrunde, nr. 8 af /5/ Miljøstyrelsen Nikkelfrigivelse ved pyritoxidation forårsaget af barometerånding pumpning", Arbejdsrapport nr. 5. /6/ GEUS Grundvandsovervågning 2002, Uorganiske sporstoffer. /7/ WHO, 1998 Guideline for dringking Water quality, 2. ed. Addendum to Vol.2. World Health Organization, Geneva Switzerland /8/ National Research Council (NRC), Arsenic in Drinking Water: 2001 Update /9/ ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) Toxicological Profile for Arsenic. Agency for Toxic Substances and Disease Registry, U.S. Public Health Service, Atlanta, GA. ATSDR/TP- 88/02. /10/ FAO/WHO Joint Expert Committee on Food Additives (JECFA), Food and Agriculture Organisation, United Nations, Rome, Italy go World Health Organization, Geneva Switzerland. /11/ WHO, Guideline for drinking Water quality, 2. ed. Vol. 1. Recommandations. World Health Organization, Geneva Switzerland. /12/ WHO, Guideline for drinking Water quality, 2. ed. Vol. 2. Recommandations. World Health Organization, Geneva Switzerland. /13/ WHO, Guideline for drinking Water quality, 2. ed. Addendum to Vol.1. World Health Organization, Geneva Switzerland /14/ WHO, Guideline for drinking Water quality, 3 rd. Draft for comments. World Health Organization, Geneva Switzerland /15/.Miljøstyrelsen Miljøprojekt nr Afskæringskriterier for forurenet jord. /16/ International Agency for Research on Cancer (IARC), Monograph on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, Vol 84. /17/ Watertech E Hovgaard. Pers. Komm. /18/ Miljøstyrelsen C. Ihlemann, Pers. Komm. /19/ International Agency for Research on Cancer (IARC), Summaries and evaluations. Nickel and nickel compounds, Vol. 49.