Alternativa metoder för att bedöma kemiska risker i mark

Transkript

1 Alternativa metoder för att bedöma kemiska risker i mark Effektbaserade metoder i kartläggning och riskbedömning av kemikalier i förorenade områden Magnus Engwall Forskningscentrum MTM, Örebro Universitet

2 Environment and Health Group at MTM research center, Örebro University Research areas Global distribution and stability of POPs and other organic pollutants Human exposure to POPs Human POP epidemiology POPs in industrial processes (ash, exhaust gas, sludge, soil remediation) Receptor-mediated toxicity of POPs Avian developmental toxicity of POPs Method development chemical analysis and bioanalysis Intercalibration studies UNEP collaboration

3 Förorenade områden Riskbedömning av förorenad mark baseras på kemisk analys av ett fåtal ämnen Majoriteten av ämnen är inte inkluderade Okända risker Ingen hänsyn till samverkansmekanismer Sekundära effekter av sanering Bildande av okända gifter, oxy-paher, metylerade PAHer Förändrad tillgänglighet av kvarvarande gifter

4 t(corr)[2], p(corr)[2] Förorenade jordar kan innehålla mycket komplicerade blandningar av kemikalier 1.0 Loadings Bi Plot Comp[1] vs. Comp[2] L2:5_1 L2:6_1 L1:3_1 GC-MS full scan > 1400 markörer L2:6_4 L2:7_4 L2:7_1L1:2_1 NM1 L1:1_1 L2:5_4 L1:3_4 Oljeförorenade jordar pitea lovsta malmo umea pitea lovsta s lanna umea s ss malmo s Bakgrundsjordar L1:2_4 CE1 kovik sak1 L1:1_4 AB1GH4 GH3 CE3 GH2 GH1 CE2 AB2 CE4 sak2 AB3 AB5 AB4 CE5 GH5 NM5 Observations X variables Olje- och PAH-förorenade jordar t(corr)[1], p(corr)[1] EZinf o 2 - untitled4 (M1: PCA-X) :48:50 (UTC+1)

5 Effektbaserad riskbedömning av förorenade områden väg framåt?

6 Effektbaserad riskbedömning kan göras med bioreporters Cellbaserade biologiska testmetoder. Baserade på kända toxiska verkningsmekanismer. Snabba, känsliga och billiga, kan påvisa effekter av kemikalier som kemisk analys inte letar efter/inte kan analysera. Kan uppskatta sammanlagda risker med komplicerade kemikalieblandningar, kan detektera cocktaileffekter. För detektion av effekter av dioxinlika ämnen, PAHer, hormonstörande ämnen genotoxiska ämnen mm.

7 Kemisk analys och biologisk analys Kemisk analys Mekanismspecifik bioanalys

8 Till exempel PAHer Riskbedömning PAH-förorenad mark Baseras på analys av 16 PAHer Generella riktvärden för PAHer i jord Ämnesgrupp KM MKM PAH med låg molekylvikt, PAH-L 3 15 PAH med medelhög molekylvikt, PAH-M 3 20 PAH med hög molekylvikt, PAH-H

9 Polycycliska aromatiska ämnen (PACer) Polycycliska aromatiska kolväten (PAHer) Icke substituerade Substituerade oxy-paher Metylerade PAHer Heterocycliska kolväten Azaarener och många fler.

10 PAHer binder till dioxinreceptorn (modifierad från Behnisch et al, 2001). Dioxinreceptorn anledning till dioxiners, PCBer och PAHers giftighet H4IIE-luc är en cellbaserad mekanismspecifik bioanalys Integrerat svar på den totala responsen av alla ämnen som binder till och aktiverar dioxinreceptorn (AhR) Exempel på ämnen som aktiverar dioxinreceptorn: dioxiner (TCDD), PCBer, PAHer PAHer är giftiga via bindning och aktivering av dioxinreceptorn

11 Exempel på en bioreporter: H4IIE luc- assay Rat hepatoma cell line stably transfected with a luciferase reporter gene Mechanism specific and detects all compounds that bind and activate the dioxin receptor Dioxins, PCBs, PAHs... Can be used in combination with chemical analysis (mass balance analysis) how much of the effect can be explained by the analysed compounds? Generates bioassay-derived TEQs (bio-teqs) Bio-TEQ = total effect of all dioxin-like compounds in a sample expressed as a concentration

12 Hur kan bioreporterstudier kombineras med Bioreporter Dos-responsanalys beräkning av bio-teq -värde för en blandning (anger totalinnehållet av ämnen som ger den studerade biologiska effekten) Dos-responsanalys för samtliga analyserade toxiska ämnen TEF eller REP-värden (anger hur toxiskt ämnet är i relation till en referenskemikalie, tex TCDD) kemisk analys? Jämför bio-teq mot kem-teq Kemisk analys Så utförlig kvantitativ analys som möjligt av ingående toxiska ämnen Beräkning av kem-teq-värden för varje ämne genom multiplicering med respektive REP/TEQ-värde Summering av alla ämnens toxicitetsnormaliserade halt (TEQ) till ett totalvärde på ämnenas sammanlagda toxicitet uttryckt i kem- TEQ (pg/g) bio-teq=kem-teq effekten beror på de analyserade ämnena, additiv effekt bio-teq>kem-teq effekten kan inte förklaras enbart av de analyserade ämnena bio-teq<kem-teq antagagonism (mkt ovanligt)

13 STDPAH 0.1 ng/ul Scan EI TIC 3.38e5 % Metodik Sampling PAH-contaminated soils Work up: homogenization and sieving<2mm Total extraction -pressurized liquid extraction, PLE With in cell cleanup (10% deactivated silica) Time GC-MS analysis Chem-TEQ Biological analysis Bio-TEQ

14 Soil-O a (0) Soil-O a (700) Soil-O, b (0) Soil-O, b (700) Soil-P (0) Soil-P (350) Soil-OP (0) Soil-OP (650) TEQ (pg/g d.w. soil) SoilTOX bio-teq 24 h chem-teq 24 h Baseline toxicity range (BTR) 1000 BTR urban 100 BTR arable 10 1 Dioxinreceptor-agonister i jordar före och efter biologisk sanering Andel kända AhR agonister i jordarna Analyserade ämnen kunde förklara 2 to 20 % av den potentiella toxiciteten i jordarna

15 Soil-O a (0) Soil-O a (700) Soil-O, b (0) Soil-O, b (700) Soil-P (0) Soil-P (350) Soil-OP (0) Soil-OP (650) SoilTOX bio-teq 72 h chem-teq 72 h Persistenta dioxinreceptor-agonister i jordarna Många av dioxinreceptor-agonisterna var nedbrytbara i bioanalysen. I de flesta prover; 10 till 30% av aktiviteten beror av mer långlivade ämnen. 0,2 till 6% av effekten kan förklaras av de 43 ämnen som analyserats. 10 1

16 SOILEFFECT Utveckling av bioreporter-baserad mätning och riskbedömning av giftiga kemikalier i förorenade områden Bioreporterbaserad kartläggning och hälso- och ekologisk riskbedömning av förorenade områden kan: Ta hänsyn till toxiska interaktioner och effekter av komplexa blandningar av kemikalier. Möjliggöra riskbedömning baserad på total toxicitet istället för kemisk analys. Bedöma risker med hormonstörande ämnen. Ta hänsyn till biotillgänglighet. Bidra till kostnadseffektiva markundersökningar och bättre beslutsunderlag för kostnadseffektiv efterbehandling. 6,2 Mkr

17 SOILEFFECT Utveckling av bioreporter-baserad mätning och riskbedömning av giftiga kemikalier i förorenade områden Nya bioanalytiska testmetoder BG1-ERE, Hepa 6.1, Hepa H1L7.5c3 and T47D-ARE Lipid oxidation assay Provtagningsmetoder Passiv provtagning biotillgänglighetsbaserad transportvägsbaserad Utvärderings och bedömningsmetoder Relativ riskbedömning Kvantitativ hälsoriskbedömning Spridning av resultat till myndigheter och företag Soil (plastic strips, hydrophilic samplers) Dioxin-like chemicals (TEQs) Site survey Soil (total toxicants) Bioreporter systems Endocrine disruptors (EEQs etc) Risk assessment Soil dust Soil gas phase Genotoxic compounds Quantitative health risk assessment (TEQ approach) Relative ecological risk assessment

18 Relative ecological risk assessment Individual sample toxicity BTR enables a relative risk assessment approach. The toxicity tested samples can be put into context. BTR gives an answer to the question: is the measured toxicity a problem or not?? BTR TOXIC RANGE Not OK OK Background soil toxicity database Contaminated soil toxicity database

19 Clean ecological and urban soils - Baseline toxicity range (BTR) - Soil samples from clean sites in Sweden - SLU Ecological farms food production - Bioassay of clean soils to obtain the BTR - Urban samples tested in similar manner - To get general urban soil toxicity levels - This will generate an urban BTR - The BTR and the urban BTR will then be compared against the remediation toxicity - It is then possible to set acceptable limit of deviation from the corresponding baseline soil toxicity - The BTR data is stored (and updated) in a database - Long term freeze storage of the samples - Swedish clean soil bank Skara - Lanna Malmö - Alnarp Piteå - Öjebyn Umeå - Röbäcksdalen Uppsala - Lövsta SLU - Lövsta Urban soil - Umeå

20 Sammanfattning Bioreporters kan idag detektera totaleffekter av PAHer, dioxiner, PCBer, och en lång rad hormonstörande och genotoxiska ämnen Bioreporters kan vara pålitliga, känsliga och prisvärda Bioreporters kan detektera kemikaliers samverkanseffekter Bioreporters ger en bredare bild av kemikaliers potentiella effekter än vad kemisk analys kan ge Potential som alternativ och komplement vid kartläggning och riskbedömning av förorenade områden undersöks just nu i SOILEFFECT

21 Vad krävs för tillämpning av bioreporterbaserad kartläggning och riskbedömning? Standardisering av provtagningsmetoder Standardisering av bioreporters Utveckling av databas med bakgrundstoxicitet i jord Lättbegriplig tolkning av resultat Inkludering i SNVs rekommendationer Acceptans hos beställare, myndigheter och konsulter Laboratorier som kör testerna

22 Spridning av resultat Avhandlingar Information under: SOILEFFECT Renare marks möten Kontakta

23

24