ILOW Innovatie symposium, Utrecht, 21 april 2011
Integrale monitoring van de waterkwaliteit met bioassays 15 februari 2011
Ron van der Oost
Overzicht • Emerging substances en risico’s • Alternatieven voor bestaande monitoring – Analyse waterkwaliteit met bioassays
• Waternet projecten emerging substances – – – –
Toxicogenomics KRW spagaat WIPE Slim monitoren & KRW V&S systeem
• Voorstel slimme monitoring strategie
21 april 2011
ILOW symposium
2
Emerging substances in de watercyclus Gedrag en biobeschikbaarheid ES Effecten op het ecosysteem (biodiversiteit) Oppervlaktewater & grondwater
Kwaliteit bron
Effluent
Drinkwater Effecten op de mens 21 april 2011
Afvalwater Influent ILOW symposium
3
Problematiek ‘emerging substances’
• • • • • • • •
Ruim 100.000 giftige stoffen in milieu Toxiciteit van stoffen
Ruim 10.000 “high production chemicals” (> 1000 ton/jaar) Milieunormen voor minder dan 200 stoffen... Weinig kennis over giftige stofeigenschappen known
Weinig kennis over combinatie toxiciteit
unknown
Weinig kennis over giftigheid van omzettingsproducten Weinig kennis over het gedrag van stoffen in het milieu Wat zijn de effecten en risico’s van (on)bekende stoffen…??
21 april 2011
ILOW symposium
4
Risicoanalyse milieuvreemde stoffen Met chemische analyses alleen het topje van de ijsberg onderzocht… Met effectgericht onderzoek ook effecten van onbekende stoffen en biobeschikbaarheid bepaald! Nader onderzoek nodig naar oorzaak effecten (TIE & EDA) Mogenlijke onderschatting van risico’s van emerging substances (nanodeeltjes, medicijnen, hormoonverstoorders, brandvertragers etc.) Meer betrouwbare analyse van risico’s voor mens & milieu met integrale monitoring 21 april 2011
ILOW symposium
5
WFD monitoring richtlijnen
Chemie: 33+ prioritaire stoffen
Ecologie: 5 groepen populaties
Maatregelen nemen om de waterkwaliteit te verbeteren als geen goede chemische of ecologische toestand wordt waargenomen
21 april 2011
ILOW symposium
6
Overzicht • Emerging substances en risico’s • Alternatieven voor bestaande monitoring – Analyse waterkwaliteit met bioassays
• Waternet projecten emerging substances – – – –
Toxicogenomics KRW spagaat WIPE Slim monitoren & KRW V&S systeem
• Voorstel slimme monitoring strategie
21 april 2011
ILOW symposium
7
Alternatieve monitoring
Ontwikkeling slimmere monitoring methoden:
• Integrale monitoring (chemie, biologie & toxicologie) • Identificatie van risico’s relevante microverontreigingen • Tijd geïntegreerde monitoring • Innovative monitoring methoden Doel: meer informatie over waterkwaliteit voor minder €$!
21 april 2011
ILOW symposium
8
Integrale monitoring
chemie
TRIADE benadering
stof organisme
biologie
habitat
effect
toxicologie
21 april 2011
ILOW symposium
9
Alternatieven voor KRW monitoring Niet-chemische factoren: habitat, microbiologie, hydrologie
Preventie: QSAR, bioassays (TEB)
Integrale monitoring richtlijnen
Chemische toestand: prioriteit stoffen Effecten: biomarkers, bioanalyses
21 april 2011
Relaties: relatie? bioassays (TIE)
Ecologische toestand: populaties
Humane Risico’s: DRINKWATER!
ILOW symposium
10
Voordelen & nadelen (D. de Zwart, RIVM) Bioassay metingen:
Chemische analyses:
☺ Slechts enkele metingen geven op
Zoeken naar een naald in de hooiberg:
kosteneffectieve wijze een betrouwbaar beeld van risico Weinig stofspecifiek ☺ Biobeschikbaarheid meegewogen ☺ Combinatietoxiciteit meegewogen ☺ Omzettingsproducten meegewogen ☺ Onbekende stoffen meegewogen Chronische blootstelling niet goed mogelijk Doorvergiftiging niet meegewogen ☺ Geen effect Geen zorgen Nog geen geaccepteerd referentiekader beschikbaar
drinkwaterbedrijven verplicht >>200 stoffen Niet alle stoffen mogelijk (matrix) Niet voldoende toxiciteits-gegevens beschikbaar voor ERA Geen info over biologische beschikbaarheid Geen info over combinatie-werking ☺ Sluit direct aan bij stofgerichte regelgeving Lage concentraties Nog steeds zorgen Surrogaat zekerheid en nauwkeurigheid
21 april 2011
ILOW symposium
11
In vivo bioassays Analyse van algemene toxiciteit met complete organismen Toepassing: ecologie, bioalarmering drinkwaterbronnen Voordeel: heel organisme, inclusief kinetiek (meercelligen) Nadeel: lage gevoeligheid Voorbeelden: – – – – –
Bacteriën: verstoring metabolisme, lichtuitstraling (Microtox) Algen: groeisnelheid Watervlooien: mobiliteit, sterfte Mosselen: openene/sluiten schelp Vissen: gedrag en beweging
21 april 2011
ILOW symposium
12
In vitro bioassays Analyse van specifieke effecten met (gemodificeerde) cellen Toepassing: hele watercyclus Voordeel: hoge gevoeligheid Nadelen: invloed van kinetiek onbekend, testbatterij nodig Voorbeelden van specifieke effecten: – – – – –
Dioxine-achtige toxiciteit: DR-Calux carcinogene effecten & genotoxiciteit (DNA schade): Ames II voortplanting, hormoonverstoring: ER/AR-Calux, REA (Thao) antibiotica activiteit: water-SCAN levertoxiciteit & neurotoxiciteit (blauwalgen): PP2A & AChE
21 april 2011
ILOW symposium
13
Effectgerichte analyse (EDA)
Meest relevante toxische stoffen
Bioassay screening, fractionering en chemische analyses van ES met mogelijk schadelijke effecten op mens & milieu 21 april 2011
ILOW symposium
14
Passive sampling: tijdsgeintegreerd beeld Passive sampling Apolair organisch
Polair organisch
Nutrienten, metalen 21 april 2011
Organismen metabolisme excretie
SPMD PS & SR
ADME (actieve) opname, distributie
POCIS
• Tijdsintegratie • Biobeschikbaarheid
Sorbisense
ILOW symposium
15
Passive sampling: tijdsgeintegreerd beeld
Steekmonsters
21 april 2011
Passieve bemonstering
ILOW symposium
16
‘Omics’ technieken: nieuwe biomarkers? GENOMICS
DNA: wat is er mogelijk?
TRANSCRIPTOMICS
PROTEOMICS
mRNA: wat gebeurt er?
Eiwitten: wat is het resultaat?
METABOLOMICS
Omzettingsproducten: wat is het gevolg?
Toekomst: indicatoren voor biodiversiteit en chemische risico’s 21 april 2011
ILOW symposium
17
Overzicht • Emerging substances en risico’s • Alternatieven voor bestaande monitoring – Analyse waterkwaliteit met bioassays
• Waternet projecten emerging substances – – – –
Toxicogenomics KRW spagaat WIPE Slim monitoren & KRW V&S systeem
• Voorstel slimme monitoring strategie
21 april 2011
ILOW symposium
18
Toxicogenomics DNA microarray technologie Control
Exposed
Expressie gen controle > blootgesteld
Expressie gen controle = blootgesteld
Expressie gen controle < blootgesteld
21 april 2011
ILOW symposium
19
KRW spagaat WS Chemical Chemie: status: priority Prioritaire pollutants stoffen
WW
DW Ecotoxiciteit vs. humane toxiciteit
• • • •
Keuze van prioritaire stoffen is gebaseerd op ecologie Bedreigingen voor drinkwater (polaire stoffen) genegeerd Afvalwater lobby: “regels voor emissie zijn te streng!” Drinkwater lobby: “regels KRW zijn niet streng genoeg!”
21 april 2011
ILOW symposium
20
Moeraszuiver afvalwater
Doelen: o analyse van risico’s en effecten van (on)bekende stoffen o optimaliseren inrichting zuiveringsmoerassen afvalwater o ontwikkeling integraal monitoring systeem o verbetering chemische en ecologische kwaliteit watersysteem Partners: Imares, Deltares, WUR, andere waterschappen
21 april 2011
ILOW symposium
21
WIPE: ES in natuurlijke RWZI nazuivering WIPE: ‘Waterharmonica’ Improving Purification Effectiveness Rietsloten
zuiveringsmoeras
Daphnia vijvers
IN Vis paaivijver
UIT
RWZI
IP-KRW onderzoek IMARES, Deltares, WUR, Waternet & WS 21 april 2011
ILOW symposium
22
WIPE integrale monitoring strategie RWZI WWTP
Position Positie 1
purification Zuiverings -
wetlands moeras
Position Positie 2 /
Chemische Chemical analyses analyse Passive Passive sampler sampler
InIn - vivo vivo bioassays bioassays In - vitro vitro bioassays bioassays
Position Positie 3
Chemische Chemical analyses analyse
Position Positie 4
InIn - vivo vivo bioassays bioassays In - vivo Invivo biomarkers biomarkers
Ontvangend oppervlaktewater receiving surface water
Sediment Sediment trap val
Chemische Chemical analyses analyse
stickleback mesocosms: • survival • growth • reproduction • biomarkers
In - vitro vitro bioassays bioassays
Triade relaties: chemie - ecologie - toxicologie 21 april 2011
ILOW symposium
23
WIPE pilot DNA array stekelbaars
Indicaties: - hormoonverstoring - dioxine toxiciteit - genotoxiciteit
21 april 2011
ILOW symposium
24
Slim monitoren watercyclus
Doelen: o aantonen mogelijke probleemstoffen in de watercyclus o analyse van de risico’s en effecten van (on)bekende stoffen o ontwikkeling intergrale monitoring strategie ES o verbetering chemische en ecologische kwaliteit watersysteem (mogelijke) partners: Waterproef, NIOZ, IVM, Deltares, STOWA, KWR, overige waterschappen
21 april 2011
ILOW symposium
25
Het KRW Volg & Stuursysteem
21 april 2011
ILOW symposium
26
Partners: STOWA, HHNK, Rijnland, Nelen & Schuurmans, Waterschapshuis
Het KRW Volg & Stuursysteem Een kennis- en informatiesysteem: .. dat ‘het veld’ centraal stelt .. voor verschillende gebruikers (operationeel beheerders, specialisten, beleidsmakers, managers en bestuurders); .. dat put uit verschillende gegevensbronnen; .. waarmee metingen en analyseresultaten op uniforme wijze kunnen worden gerapporteerd en gepresenteerd; .. voor het uitvoeren van berekeningen en analyses; .. voor het delen van kennis; .. dat de effectiviteit van KRW maatregelen demonstreert..!
21 april 2011
ILOW symposium
27
Het KRW Volg & Stuursysteem
21 april 2011
ILOW symposium
28
Volg & Stuursysteem: stoplichten
Belasting water
Licht
Bodem: samenstelling en kwaliteit
Habitatgeschiktheid
Verspreiding
Verwijdering/onderhoud
Organische belasting
Toxiciteit
Beleving
21 april 2011
ILOW symposium
29
Overzicht • Emerging substances en risico’s • Alternatieven voor bestaande monitoring – Analyse waterkwaliteit met bioassays
• Waternet projecten emerging substances – – – –
Toxicogenomics KRW spagaat WIPE Slim monitoren & KRW V&S systeem
• Voorstel slimme monitoring strategie
21 april 2011
ILOW symposium
30
Passive sampling (a)polar organics
Slim monitoren
Kees Booij, NIOZ Stoplicht Toxiciteit! yes
Above threshold?
Routine chemistry
RISK
no
Above threshold?
General toxicity
yes
POTENTIAL RISK
Advanced chemistry TIE, EDA, ADME Risk analysis
no
Corine Houtman, HWL-VU & Thao Nguyen, Waterproef-UvA Specific toxicity
yes
Above threshold?
no
Ron van der Oost, Waternet + WIPE
NO RISK
Besparen op monitoring
Passive samplers
Water
Chemie
Bioassays
populaties
A. Verlaging monsterfrequentie door tijdgeïntegreerde bemonstering B. Veel chemische analyses alleen na respons toxicologische screening C. Door bioassays en innovatieve testen (DNA chips), minder ecologisch onderzoek nodig
21 april 2011
ILOW symposium
32
Waternet onderzoek emerging sub’s
WS Slim monitoren
C
T
B
WIPE
C
T
KRW spagaat
C
T
Toxicogenomics DW
T
21 april 2011
B
AW
ILOW symposium
DW
33
Aanbevelingen ES monitoring • Niet alleen naar stoffen maar vooral naar risico’s kijken • Integrale TRIADE monitoring van de watercyclus (chemie, biologie & toxicologie) • Tijdgeintegreerde bemonstering PS toepassen • Optimaliseren toepassing innovatieve technieken bij risk assessment studies en ecologisch onderzoek (Hydrochip)
21 april 2011
ILOW symposium
34
Bedankt! STOWA, AgentschapNL (IP-KRW), KWR 21 april 2011
ILOW symposium
35
