MILJØFREMMEDE STOFFER I SPILDEVAND Effekter på vandmiljøet K. Ole Kusk, lektor Danmarks Tekniske Universitet
Hvad er et miljøfremmed stof? Organisk kemisk stof, som ikke dannes naturligt Inkluderer af og til også naturlige stoffer, som forekommer i unaturligt høje koncentrationer, f.eks. kobber
MANGE miljøfremmede stoffer Registrering af kemiske stoffer (REACH): 150.000 forskellige I daglig brug antages at 15.000 30.000 kemiske stoffer anvendes Spildevand Hvordan miljøvurderes stofferne? Fjernes de i rensningsanlægget?
Industri Mindre erhverv Boliger Hospitaler Spredt bebyggelse Spildevand Kraftig regn 3-5% Rensningsanlæg
Hvordan miljøvurderes: Fokuseres på tre hoved-egenskaber for de kemiske stoffer: Nedbrydelighed Ophobning i dyr (bioakkumulerbarhed) Giftighed overfor organismer (økotoksicitet)
Nedbrydelighed (henfald) af et kemisk stof: Forårsaget af bakterier (mikroorganismer) bionedbrydning Forårsaget af lys fotonedbrydning Forårsaget af vand eller ilt - hydrolyse / iltning/oxidation Nedbrydelighed udtrykkes typisk som den tid det tager for halvdelen af stoffet at forsvinde en såkaldt halveringstid for nedbrydningen
Ophobning i dyr (bioakkumulerbarhed) Undersøgelser af 4 ugers varighed Hvis koncentrationen i fisk bliver større end 500 gange vandkoncentrationen betegnes stoffet som bioakkumulerbart Bioakkumulerbare stoffer vil typisk også binde sig til slam i rensningsanlæg og til søsediment m.v.
Giftighed overfor organismer (toksicitet) Alger Krebsdyr Fisk
Metodik for toksicitetstest + Fortyndingsrække med forskellige koncentrationer Organisme
Inhibition Koncentrations-responskurve Effect curve fit 1.2 1 0.8 LogNorm curve fit (v. HA) Observed values 0.6 EC50 0.4 0.2 EC10 0 0.01 0.1 1 10 mg/l Sikkerhedsfaktor Testresultater i laboratoriet Sikker koncentration for miljøet
Vurdering af enkelt-kemikalier Viden om nedbrydelighed, bioakkumulerbarhed og toksicitet: Kan forudsige om det undersøgte kemiske stoffer fjernes i spildevandsanlægget Kan forudsige noget om skæbnen og effekten af undersøgte stoffer i naturen
PROBLEM: Spildevand er blandinger med mange hundrede måske tusinder - af forskellige kemikalier (sum-effekter)
Lægemiddelstoffer i spildevand på Kalundborg Centralrenseanlæg (indløb og udløb) Parameter Enhed Indløb Udløb Salicylsyre μg/l 12 <0,20 Acetylsalicylsyre μg/l 1,1 <0,20 Ibuprofen μg/l 1,9 0,14 Bendroflumethiazid μg/l <0,30 <0,30 Terbutalin μg/l <0,20 <0,20 Sulfamethizol μg/l 2,7 0,76 Paracetamol μg/l 93 <0,30 Penicillin V μg/l <0,10 <0,10 Furosemid μg/l 2,7 0,45 Enalapril μg/l <0,10 <0,10 Ketoconazol μg/l <0,20 <0,20 Kilde: Miljøprojekt Nr. 799 2003, Miljøstyrelsen
Den østrogene belastning af urenset spildevand (indløb) Koncentration i ng/l østrogen-ekvivalenter K = Kalundborg A = Avedøre U = Usserød K A1 A2 A3 U1 U2 U3 EEQ-Ø* 5,9 9,8 10,7 36,5 30,8 25,1 15,7 EEQ-I** 3,5 2,4 2,0 2,4 1,6 1,7 1,7 EEQ-I/EEQ 37% 20% 16% 6% 5% 6% 10% Naturlige/syntetiske østrogener (EEQ-Ø) og østrogenlignende industristoffer (EEQ-I) samt sidste gruppes andel af den østrogene belastning. * EEQ-Ø = sum af østrogeneffekter (estron, østrogen og p-pille-østrogen) ** EEQ-I = samlede østrogeneffekt af industri-kemikalier (Nonyl-penoler, Bisphenol A, plastblødgørere) Kilde: Miljøprojekt Nr. 799 2003, Miljøstyrelsen
Celle-assays på indløbs- og udløbsvand fra rensningsanlæg Assay Lynetten Indløb Lynetten Udløb Usserød Indløb Usserød Udløb Bio-EEQ (ng E2/L) YES assay Yeast cells 29 3.0 26 2.7 Bio-EEQ (ng E2/L) ER transactivation MVLN cells 32 2.5 32 1.4 Østrogene effekter Bio-EEQ (ng E2/L) Bio-AEQ (ng R1881/L) Bio-T3EQ (ng T3/L) Bio-TEQ (ng TCDD/L) Growth assay MCF-7 calls AR-transactivation CHO cells 55 1.4 55 0.8 5452 5.5 683 0.3 T-screen GH3 proliferation 190 nd 204 nd AhR transactivation Hepa1.12cR cells 7.6 3.0 7.0 1.7 Kilde: Kusk et al. 2010. Environ Toxicol Chem. In press Androgene effekter Thyroidhormon effekt Effekter af dioxinlignende stoffer
Hæmning af udviklingsrate Hæmning af udviklingsrate 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4 Lynette indløb - effekt på Acartia tonsa larveudvikling Indløb 1 10 100 % inflow water LogNorm curve fit Observed values 50% effect 10% effect Toksiske effekter af Lynettespildevand på planktonisk krebsdyr 1 0.8 0.6 Lynette udløb - effekt på Acartia tonsa larve udvikling Udløb 0.4 0.2 0 10 100 1000-0.2-0.4 % effluent LogNorm curve fit Observed values 50% effect 10% effect
Effekter kan sjældent linkes til specifikke miljøfremmede stoffer Flere årsager hertil Naturen er variabel Der er mange forskellige stoffer Der er mange forskellige arter Influensområde - Mange symptomer at observere
Eksempel: Deformiteter hos larver af ålekvabbe Deform rygrad Spiralformet rygrad Misdannede og manglende øjne Siamesisk tvilling? Individ med to hoveder Forekommer især i områder med dårlig vandudskiftning (samme gælder DNA-skader på blåmusling) Kilde: Faglig rapport fra DMU nr. 743, 2009
Østrogenpåvirkning af hanfisk (ålekvabber) Mikroskopisk snit af han-fiske-gonade fra ålekvabber med æg (pile). Kilde: Faglig rapport fra DMU nr. 743, 2009
Meget få undersøgelser af spildevands effekter Overvågning?? Ingen systematisk overvågning af effekter af miljøfremmede stoffer NOVANA * -overvågningsprogram omfatter: - Punktkilder (måling af enkeltstoffer): renseanlæg, industrier, regnbetingede udløb, spredt bebyggelse, dam- og havbrug - Stationer (organismer): Ålekvabber, skrubbe og blåmuslinger *: NOVANA = Det nationale program for overvågning af vandmiljøet og naturen
Opsummering: 15.000 kemiske stoffer i dagligt brug i EU Enkelt-stoffer vurderes vha. bionedbrydelighed, ophobning i og toksicitet overfor organismer Spildevand er blandinger med mange forskellige kemiske stoffer Fokus på hormonforstyrrende stoffer og lægemiddelstoffer
Opsummering: Renseanlæg reducerer mængden af kemiske stoffer, men fjerner dem ikke fuldstændig Ringe viden om spildevands toksiske effekter Effekter på organismer er observeret i miljøet, ofte er der ingen årsags-sammenhæng