Chemische microverontreinigingen

Hoewel ons water steeds schoner lijkt te worden, kan de ecologie van het oppervlaktewater toch worden bedreigd door bekende en nieuwe chemische microverontreinigingen. De term microverontreinigingen is een verzamelnaam voor een grote groep stoffen met verschillende toepassingen en uiteenlopende chemische eigenschappen. Het gaat om hormonen, geneesmiddelen, bestrijdingsmiddelen, biociden, weekmakers, brandvertragende stoffen, perfluorverbindingen, geurstoffen, UV-filters, antioxidanten en nog veel meer. De risico’s van deze microverontreinigingen kunnen op twee manieren worden geanalyseerd. De traditionele risicoanalyse wordt uitgevoerd door de resultaten van chemische analyses van doelstoffen te vergelijken met milieukwaliteitsnormen (MKN). Omdat er maar voor een beperkte groep van stoffen milieukwaliteitsnormen beschikbaar zijn terwijl er honderdduizenden stoffen in het water kunnen voorkomen zal deze risicoanalyse nooit volledig zijn. Een alternatieve risicoanalyse wordt uitgevoerd door de effecten van het hele mengsel van extraheerbare stoffen te meten met een batterij biologische effectmetingen (bioassays). Dus niet alleen het topje, maar de hele ijsberg…

Biologische effectmetingen of chemische analyses..?

Combinatie van passive sampling en bioassays

Voor de SIMONI-methode wordt het water bemonsterd met passieve bemonstering (PS, passive sampling). Dit zijn materialen die een aantal weken in het water worden uitgehangen en waarin zich dezelfde stoffen ophopen als in de waterorganismen. Het zijn dus eigenlijk een soort “kunstmatige vissen”. Tijdens de bemonstering wordt in het veld ook een test met watervlooien uitgevoerd, waarbij de overleving na één week wordt gemeten. Na de PS-blootstelling in het water worden de extracten daarvan op het laboratorium getest met een batterij biologische effectmetingen met levende organismen of cellen (bioassays). Hiermee wordt zowel de algemene als de specifieke toxiciteit van het stoffenmengsel gemeten. Bij de algemene toxiciteit worden effecten gemeten zoals overleving, groei of reproductie in cellen, bacteriën, algen en watervlooien. De specifieke effecten, die met celkweken worden gemeten, betreffen de gevoeligheid voor stoffen met een bepaald werkingsmechanisme, zoals hormoonverstoring. SIMONI geeft met de resultaten van vijftien bioassays een indicatie of de milieuverontreinigende stoffen een risico vormen voor de ecologie.

Het uithangen van de kooien met passive samplers

Signaalwaarden voor effectmetingen

Met de bioassays worden de mogelijke risico’s van het mengsel van (on)bekende organische stoffen en hun afbraakproducten bepaald. Omdat bioassays erg gevoelig kunnen zijn, betekent niet elk gemeten effect dat er een risico voor de ecologie is. Waternet heeft daarom, in samenwerking met STOWA, voor alle bioassays effect-signaalwaarden (ESW) ontwikkeld. Deze ESW zijn bepaald met de toxiciteitsgegevens van stoffen die tot een effect leiden in de bioassays en met de achtergrondwaarden van de bioassays op ecologisch goede locaties. De ESW zijn dus een soort milieunormen voor bioassays, die worden gebruikt als indicator voor de ecologische risico’s. Een eerste indruk van de milieurisico’s krijgen we door alle bioassay-resultaten te vergelijken met hun ESW. Als een bioassay-effect hoger is dan de ESW, dan is er mogelijk sprake van een verhoogd milieurisico.

SIMONI Risico Indicatie (SRI)

Omdat een lichte overschrijding van één ESW nog geen gevaar voor de ecologie hoeft te betekenen is een model ontwikkeld om een indicatie voor het milieurisico te geven op basis van alle bioassay-resultaten, de SIMONI Risico Indicatie (SRI). De SRI wordt bepaald door een gewogen gemiddelde te nemen van alle bioassay-resultaten in de fase 1-screening. Het model is geijkt op basis van veldvalidatie in het beheergebied van Waternet, zodat een SRI >1 indicatief is voor een verhoogd milieurisico door microverontreinigingen. Als de SRI tussen 0,5 en 1,0 ligt is er al invloed van microverontreinigingen meetbaar, maar is het milieurisico nog aanvaardbaar. Een SRI <0,5 wordt gezien als een laag milieurisico. Omdat uit de resultaten van bioassays niet naar voren komt welke stoffen de effecten veroorzaken, wordt op de locaties met de hoogste SRI in fase 2 (risicoanalyse) een nader chemisch-toxicologisch onderzoek uitgevoerd. Het schema van de SIMONI-strategie is weergegeven in de volgende figuur.

Schematische weergave van de SIMONI strategie

Ecologische Sleutelfactor Toxiciteit

Sinds 2015 wordt SIMONI toegepast als toxicologie-spoor van de Ecologische Sleutelfactor Toxiciteit (ESF-TOX), waarbij met twee sporen een innovatieve chemische risicoanalyse wordt uitgevoerd. Met het chemie-spoor wordt met gemeten stofconcentraties de toxische druk berekend door modelmatige analyse van de potentieel aangetaste fractie waterorganismen (msPAF). Als toxicologie-spoor wordt de SIMONI-methode toegepast, waarbij de effecten van het hele mengsel aan stoffen worden geanalyseerd met biologische tests (bioassays) en het milieurisico wordt berekend met de SRI.

Toepassingen van SIMONI in Nederland

Bij Waternet wordt het SIMONI-model toegepast bij kwaliteitsonderzoek voor het watersysteem, voor afvalwater en voor drinkwater. Op de kaart hieronder zijn de locaties aangegeven die in de periode 2011-2018 met de SIMONI strategie zijn onderzocht. De hoogste risico’s worden gevonden op locaties die worden belast met verontreinigingen van de glastuinbouw, bij onverdund rwzi-effluent en bij riooloverstorten, vuilstorten en jachthavens. Omdat het model is opgenomen in de ESF-TOX, wordt het ook in de rest van Nederland toegepast om de waterkwaliteit te monitoren. De SIMONI-methode is bijvoorbeeld toegepast om de milieurisico’s van rubbergranulaat op kunstgrasvelden in kaart te brengen. Hierbij werden licht verhoogde milieurisico’s aangetoond in het drainagewater. Veel waterbeheerders onderzoeken met SIMONI of de resultaten van de landelijke Hotspotanalyse voor rwzi’s ook in de praktijk meetbaar zijn. Een aantal Nederlandse waterbeheerders krijgt een subsidie van het rijk om rwzi’s uit te rusten met een aanvullende zuivering voor het verwijderen van microverontreinigingen. Rijkswaterstaat heeft besloten dat de efficiëntie daarvan zowel met chemische analyses als met de SIMONI-effectmetingen moet worden onderzocht.

Locaties in het Waternet gebied met SIMONI Risico Indicatie (SRI) door microverontreinigingen: laag risico (groen), acceptabel risico (geel) en verhoogd risico (rood) voor de ecologie.

Onderzoek naar de ontwikkeling van SIMONI 2.0

Op dit moment worden verschillende onderzoeken uitgevoerd om het SIMONI-model te optimaliseren. Bij een promotieonderzoek op de Universiteit van Amsterdam worden verschillende onderdelen van het model verbeterd en onderbouwd. In opdracht van Rijkswaterstaat wordt nu een onderzoek uitgevoerd om het SIMONI-model te optimaliseren voor de toepassing bij rwzi-effluenten. Belangrijk daarbij is dat de bemonstering niet met passive sampling, maar met een groot-volume waterextractie wordt uitgevoerd. Omdat de extractie invloed heeft op de effect-signaalwaarden moeten deze ook voor de alternatieve methode worden ontwikkeld. Hiervoor wordt samengewerkt met de Kennisimpuls Water, een groot landelijk onderzoek naar beoordeling en verbetering van de waterkwaliteit, waarbij microverontreinigingen een belangrijke rol spelen. Als alles goed gaat kan over een paar jaar het verbeterde SIMONI 2.0-model worden gepresenteerd.