Integrovaný přístup k hodnocení rizik vyplývajících z přítomnosti chemických látek v prostředí Ivan Holoubek RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@receto.muni.cz; http://receto.muni.cz Konference Průmyslová ekologie Research Centre for Toic Compounds in the Environment Hotel Jehla, Žďár nad Sázavou, 24-26/03/2010 http://receto.muni.cz 1
Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 2
Environmental Fate Harmful Effects Ecological and Human Risk Assessment RECETOX Toic Substances in the Environment Data Evaluation and Interpretation Environmental Policy and Management International Conventions Stockholm Convention on POPs Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 3
RECETOX integrovaný přístup Chemický aspekt Biologický aspekt Chemická struktura Látky Známý účinek Známé problémy Biologický účinek Směsi látek Neznámý účinek Neznámé problémý Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 4
Koncepční přístup - otevřené otázky Máme odpovídající informace týkající se znečišťujících látek?? Máme dostatečné množství informací o prostředí?? Jsme schopni využít informace, které máme?? Co víme o reálném environmentálním osudu látek?? Máme relevantní informace o prostředí?? Jak používáme, interpretujeme a prezentujeme data, která máme?? Produce, publish or perrish?? Jsou tyto informace užitečné pro rozhodování a změny?? Vědecký/politický zájem vs. Budoucí osud planety?? Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 5
Koncepční přístup - otevřené otázky Chemický přístup Biologický přístup Stanovení čehokoliv v čemkoliv?? Testování?? Co je zdrojem účinků?? Osud Které typy účinků můžeme očekávat?? Mechanismy účinků Vztahy mezi chemickými látkami a jejich biologickými účinky Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 6
Integrovaný přístup Laboratorní studie/terénní studie/modely Hodnocení chemické/biologické/rizik Co víme o reálném světě??? Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 7
Znečištění prostředí Znečišťující látky jsou přítomny ve složkách prostředí jako směsi Potentiální účinky kompleních směsí nemohou být snadno hodnoceny použitím chemických analýz vzhledem k jejich struktrurní rozmanitosti a možným interakcím Bioassays mohou poskytnout informace o celkovém potentiálu látek přítomných ve směsích Specifické mechanismy toických účinků narušování hormonální rovnováhy, dioinová toicita, imunotoicita, neurotoicita Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 8
Hodnocení rizik Epozice Účinky Atmosférická depozice WWTP Eroze a odtok Znečištěné úniky Laboratorní (a terénní) studie Ecotoikologické testy Predikovaná epoziční koncentrace (PEC) Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz Predikovaná koncentrace bez účinku (PNEC) 9
Environmentální osud Jak dobře rozumíme zdrojům, transportu a osudu chemických látek v prostředí? Cl H C CCl3 Cl Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 10
Proč potřebujeme data o životním prostředí? Výskyt a hladiny v prostředí účinnost opatření, úmluvy, směrnice, srovnání Studium osudu v prostředí vědecký zájem, více environmentálního realismu, lepší znalosti distribuce Monitoring časových, sezónních a prostorových trendů nástroj pro studium environmentálního osudu a distribuce Měření vs. modelování více environmentálního realismu, lepší znalosti vlastností, distribuce, účinnosti opatření Rozhodovací proces, analýza nákladů a užitků.. Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 11
Přístupy Detekce kontaminantů ve složkách prostředí hodnocení dopadů Přesná identifikace polutant Sofistikované mětody, ale často velmi drahé Není možná identifikace účinků Detekce účinku (problému) chemických látek na živé organismy na individuální nebo populační úrovni Využití specifických druhů indikujících kvalitu prostředí (bio-indikátory) a účinky látek Měření obsahu chemických látek v biakumulujících druzích Potřeby integrace obou přístupů Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 12
ng/m3 3.1.1996 3.7.1996 1.1.1997 2.7.1997 31.12.1997 1.7.1998 30.12.1998 30.6.1999 29.12.1999 28.6.2000 27.12.2000 27.6.2001 26.12.2001 26.6.02 25.12.02 25.6.03 24.12.03 23.6.04 22.12.04 22.6.05 21.12.05 21.6.06 20.12.06 20.6.07 19.12.07 PAHs [ng.m-3] ng/filter TEQ (ng/m 3 ) Složka prostředí - ovzduší POPs, g/s s jemná frakce jak je toikologicky významná; jaká část je tvořena dioin-like toicity bioaerosoly, o čem jsou data 100 particle phase gas phase PAHs in Ambient Air - Košetice 1996-2007 PAS - PAHs 10 Weekly Sampling 140 12000,00 1 120 100 Σ PAHs (Aerosol) Σ PAHs (Gas Phase) 10000,00 8000,00 Benzo(ghi)perylen Dibenz(ah)antracen Indeno(123cd)pyren Benzo(a)pyren Benzo(k)fluoranten 0.1 REF 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 A B 80 60 40 20 0 Sampling Date 6000,00 4000,00 2000,00 0,00 1.10.03 29.10.03 26.11.03 24.12.03 21.1.04 18.2.04 17.3.04 14.4.04 12.5.04 9.6.04 13.7.04 10.8.04 7.9.04 6.10.04 4.11.04 1.12.04 Date 29.12.04 26.1.05 23.2.05 23.3.05 20.4.05 18.5.05 15.6.05 13.7.05 10.8.05 7.9.05 5.10.05 2.11.05 30.11.05 Benzo(b)fluoranten Chrysen Benz(a)antracen Pyren Fluoranten Antracen Fenantren Fluoren Acenaften Acenaftylen Naftalen ng/m 3 1000 100 10 1 PAHs particle phase gas phase 0.1 REF 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 A B 700 Sum 16 PAHs Sum 28 PAHs 600 0,02 500 43% 0,016 Sample weight 400 300 0,012 200 100 9% 8% 8% 12% 20% 0,008 0,004 0 10-7,2 7,2-3 3-1,5 1,5-0,95 0,95-0,45 0,45-0 0 10-7,2 7,2-3 3-1,5 1,5-0,95 0,95-0,45 0,45-0 Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 13
Luciferase activity (%TCDD ma.) Složka prostředí led, sníh Cl h ice Cl Cl y Cl Cl y Cl z, y, z = 0-3 h OH (phenol is the major photoproduct from aqueous solution photolysis) POPs, g/s, fotoreakce, produkce toických produktů fotodegradace, souvislostí s globálními změnami klimatu Toikologická významnost 140 120 100 TCDD 6h TCDD 24h CB-DIOL 6h CB-DIOL 24 h 80 60 40 20 0 1.10-12 1.10-11 1.10-10 1.10-6 1.10-5 1.10-4 Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 14
PCB-153 air conc., pg/m 3 Složka prostředí - půda 50 40 CZ3 Measured Calculated DDTs 1 669.11 a-hch 71.85 30 20 10 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 b-hch 88.33 g-hch 118.89 d-hch 24.16 HCHs 303.23 PCB 153: 62.39 t Vytěkávání z půd v ČR 22 kg/r for PCB 153 / 0 C 65 kg/r for PCB 153 / 20 C Gas meter High-volume air sampling pump PUF adsorbing the PCBs in the air stream Glass volatilization chamber Soil sample PUF pre-cleaning air HCB 120.96 PCB153 61.39 PCBs 280.70 Emitované množství S PCBs z průmyslových zdrojů: 48 kg/r Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 15
III-04 IV-04 V-04 VI-04 VII-04 VIII-04 IX-04 X-04 XI-04 XII-04 XIII-04 I-05 II-05 III-05 IV-05 V-05 VI-05 VII-05 VIII-05 IX-05 X-05 XI-05 XII-05 XIII-05 I-06 II-06 III-06 IV-06 V-06 VI-06 VII-06 VIII-06 IX-06 X-06 XI-06 XII-06 XIII-06 I-07 II-07 III-07 IV-07 V-07 VI-07 VII-07 VIII-07 IX-07 X-07 XI-07 XII-07 XIII-07 I-08 II-08 III-08 IV-08 V-08 VI-08 VII-08 VIII-08 IX-08 X-08 Zdroj a jeho vlivy Zdroj Dlouhodobá výroba Stará zátěž Remediace účinná, úplná Co víme o takového lokalitě a, b, g, d-hch, proč d-??? Co se děje v podzemí??? 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 Research Centre for Toic Compounds 0 in the Environment http://receto.muni.cz 16
Hledání příčin/zdrojů Jaká je souvislost mezi stavem prostředí a zdravotními problémy Region - jeho problémy Kde jsou jeho příčiny prostředí, jeho znečištění, genetika, potravní návyky Pilotní studie: zdravotní indikátor environmentální faktory Zvýšená incidence Analýza příčin Identifikace zdrojů environmentálních dat relevantních z hlediska prostorů a času Interpretace významu jednotlivých faktorů a jejich interakcí Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 17
Jak dál Měření monitoring modelování Základní informace týkající se hladin a distribuce Nástroje pro hodnocení účinků, vlivů a rizik Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 18
GENESIS Global Environmental Assessment and Information System 19 Global Environmental Assessment Information System www.genasis.cz Ivan Holoubek, Ladislav Dušek,Karel Brabec, Jiří Hřebíček, Miroslav Kubásek, Pavel Čupr, Jana Klánová, Jaroslav Urbánek, Lukáš Kohút, Jiří Jarkovský, Luděk Bláha, Jakub Hofman, Milan Sáňka, Alice Dvorská, Linda Ládlová RECETOX, Přírodovědecká fakulta Institut biostatistiky a analýz MASARYKOVA UNIVERZITA
GENESIS Global Environmental Assessment and Information System Home Data Tools POPsWiKi POPs Bioindication EcoRA Scientific section About Project partners GENASIS Data About GENASIS Within the frame of the GENASIS project, we introduce a user-friendly information system for the visualization and analysis of contamination of all environmental components by persistent organic pollutants (POPs). The system evaluates actual POPs contamination, its long-term trends and seasonal fluctuations. The GENASIS project utilizes data from national and international monitoring networks to obtain as-complete-as-possible set of information and a representative picture of environmental contamination by POPs. Project outcomes are useful as information source both for general public and eperts, as well as for the process of the Stockholm Convention implementation. GENASIS News MONET Africa Results of monitoring in 2008 25.8.2009 20 Click on the map to see GENASIS data sources GENASIS Data Analysis Module Select tools of GENASIS analytical module and analyze data of GENASIS database in user friendly environment. S Data overview Site(s) descriptio n Time series summary Registered users Login Time series seasonality Time series trends Time series comparison Password? Spatial Environmental comparison models GENASIS Main Environmental Topics POPs Bioindication EcoRA Persistent organic pollutants (POPs) remain in the centre of scientific attention due to their slow rates of degradation, their toicity, and potential for both long-range transport and bioaccumulation in living organisms. This group of compounds covers large number of various chemicals from industrial products, such as PCBs, over pesticides, such as HCH and DDT, to by-products of combustion or chemical processes, such as PAHs. Due to high importance of POPs the Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants (POPs) entered into force on 17 May, 2004 and has currently 163 signatory parties. The main objective of the Stockholm Convention (SC) is to protect human health and the environment from persistent organic pollutants by reducing or eliminating their releases into the environment. Parties to the Stockholm Convention are required to develop National Implementation Plans to demonstrate their implementation of the Convention obligations including arrangements necessary for effectiveness evaluation of adopted measures.
GENESIS Global Environmental Assessment and Information System 21
Freshwater PAHs Czech Republic 1988-2007 Active GENESIS Global Environmental Assessment and Information System Analytical tools Launching analytical tools of the GENESIS system 22 Interactive selection of data http://genesis.receto.muni.cz Data selection Step 1: Matri Step 2: Compounds Step 3:Region Step 4: Time Human tissues Animal tissues N =0 N =0 PAHs PCBs DDTs N =XX =100 N =100 N =100 Europe N =80 Czech Republic N =50 Slovak Republic N =30 2008 2006 2004 End Food webs N =0 DDT N =100 DDD N =100 Europe N =20 2002 2000 DDE N =100 1998 Air Vegetation N =100 N =0 HCB HCH N =100 N =100 1996 1994 Start Soil N =100 =XX 1992 1990 Water Sediment N =200 N =20 1988 N =35 List of selected sites Interactive map viewer Apply selection List of selected sites Map selection Matri Compounds Region Time Map selection Selection N=35 Matri Compounds Region Time Map selection Freshwater PAHs Czech Republic 1988-2007 Active Selection N=35 Project Site CHARACTERISTICS, POLLUTION SOURCE MONET Bílý Kříž CHMI observatory, mountain background, north-eastern part MONET Brno-Kot. Urban area, city center, residential, heavy traffic pollution MONET Brno-Krof. Urban residential area, traffic MONET Buchlov Rural background, inland MONET Colorlak Industrial site, paint factory, former PCB consumer MONET Děčínský sněžník CHMI observatory, mountain background, north-western border MONET Churáňov CHMI observatory, mountain background, southern border MONET Jeseník CHMI observatory, mountain background, north-eastern part MONET Kleť Observatory, mountain background, southern border MONET Košetice CHMI observatory, rural background, inland - local combustion MONET Lib-Bed Rural residential area MONET Lib-centr Urban residential area, city center MONET Lib-Chrast. Residential site MONET Lib-Jest. Mountain background MONET Lib-Rádlo Rural residential area MONET Lib-Roch Urban residential area MONET Lib-Term Urban area, communal waste incinerator MONET Mokrá-ad. Rural industrial site, administration building of the cement factory MONET Mokrá-Hor. Rural residential area MONET Mokrá-kon CHMI observatory, rurar industrial area, cement factory, traffic MONET Napajedla Urban area, residential/industrial, city center MONET Otrokovice Urban area, residential/industrial, city center MONET Pha-Libuš Urban background MONET Přimda N =XX CHMI observatory, mountain background, southern border MONET Rad.-cem. Urban industrial area, cement factory MONET Rad.-Kos. Rural residential area MONET Rad.-Loch. Urban residential area MONET Radotín Residential site MONET Rudolice CHMI observatory, mountain background, north-western border MONET Rýchory CHMI observatory, mountain background, northern border MONET Sedlec CHMI observatory, rural background, southern-eastern part MONET Slušovice Rural residential area MONET SpN-Arch Spolana chemical factory, HCH, DDT, HCB contamination, impact of remediation MONET SpN-kr.dio. Spolana chemical factory, HCH, DDT, HCB contamination, impact of Alternative selection remediation table MONET SpN-Tom Rural residential area, impacted by Spolana Neratovice MONET SpN-Ton Urban residential area, impacted by Spolana Neratovice MONET Svratouch CHMI observatory, rural background MONET Šerlich CHMI observatory, mountain background, northern border Back to selection dialog N =XX Back to selection dialog Alternative map selection Bo models direct access to analytical tool Comparison of compounds direct access to analytical tool
Thank you very much for your kind attention Acknowledgements for the support of our work: UNEP/UNIDO/GEF EU DG Research Centre of Ecellence EC 5FP APOPSBAL ICA2 - CT2002-10007 MoEdu CR project INCHEMBIOL MSM0021622412 MoE CR GA CR CHMI http://receto.muni.cz/ holoubek@receto.muni.cz Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 23
RECETOX research team Thanks to all RECETOX colleagues and all coworkers http://receto.muni.cz Research Centre for Toic Compounds in the Environment http://receto.muni.cz 24