Vegyi anyagok a környezetben Környezettoxikológia

Átírás

1 A környezetvédelem alapjai Vegyi anyagok a környezetben Környezettoxikológia Dr. Feigl Viktória, Dr. Molnár Mónika November 2. vfeigl@mail.bme.hu Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék Környezeti Mikrobiológia és Biotechnológia Csoport

2 Előadás tematika Vegyi anyagok a környezetben, veszély és kockázat Környezeti kockázatfelmérés Környezettoxikológia Környezettoxikológiai tesztek osztályozása Környezettoxikológiai módszerek (víz és talaj) példák Page 2

3 VEGYI ANYAGOK GYÁRTÁSA Növekvő tendencia a világ minden részében! Forrás: United Nations Environment Programme, Page 3

4 Veszély Vegyi anyag KOCKÁZAT Környezeti minták szennyezett környezet Veszélyessége: kémiai szerkezetéből adódó immanens tulajdonság Mindent ami problémát okoz meg kell ismerni!! Vegyi anyag kikerül a környezetbe Page 4 Vegyi anyagok tesztelése KOCKÁZATMENEDZSMENT Vegyi anyag kockázata a környezettel való kölcsönhatás révén nyilvánul meg 4

5 A talaj szennyezettség főbb forrásai Európában (2014-es adatok) A talajszennyezés főbb lokális forrásai Átlag (22 ország) (%) Hulladék lerakás és kezelés 38,1 Ipari és kereskedelmi tevékenység 34,0 Tárolás 10,7 Egyéb 8,1 Szállítási balesetek 7,9 Hadászat 3,4 Nukleáris tevékenység 0,1 Page 5

6 A TALAJ SZENNYEZŐANYAGAI (2011-ES ADATOK) Megjegyzés: -PAH: policiklikus aromás szénhidrogének - BTEX: aromás szénhidrogének: benzol, toluol, etil-benzol, xilol - CHC: klórozott szénhidrogének Hasonló adatok felszíni vizekre és talajvízre! Page 6

7 A KÖRNYEZETI KOCKÁZAT KIALAKULÁSA SZENNYEZŐ- FORRÁS TERJEDÉSI ÚT HATÁSVISELŐ / EXPOZÍCIÓ jelenlegi oldott szennyezőanyag csóva feltételezett csóva Környezeti kockázat akkor alakulhat ki, ha a szennyezőanyagok a vízzel- vagy a levegővel történő terjedés útján vagy direkt kontaktus révén (pl. a szennyezett talaj közvetlen lenyelésével) a hatásviselők (élőlények vagy ember) expozícióját okozzák. A környezeti kockázat az ökoszisztéma, illetőleg az emberi egészség romlásának, károsodásának várható mértéke és bekövetkezési valószínűsége. Page 7 Forrás: BGT Hungária Kft.

8 A KOCKÁZATKEZELÉS 8 Page 8

9 A KÖRNYEZETI KOCKÁZATFELMÉRÉSEK TÍPUSAI HATÁSVISELŐK SZERINT Humán kockázatfelmérés, azaz egészségkockázat felmérés Védendő érték az emberi egészség. A hatásviselő lehet egyetlen ember, embercsoport vagy egy emberi populáció. Érzékeny (gyerekek, öregek, várandós anyák, kármentesítést végzők) vagy kevéssé érzékeny alcsoportok (munkahelyi hatásviselők). Ökológiai kockázatfelmérés Ökológiai hatásviselő lehet egy mikroba populáció, magasabb rendű élőlények (növények, állatok) vagy egy táplálkozási lánc egésze, de akár a teljes ökoszisztéma is. 9 Page 9

10 KVANTITATÍV KÖRNYEZETI KOCKÁZATFELMÉRÉS A kockázat mérésének alapja: a kitettség és a hatás összevetése Kockázati tényező: (RQ= Risk Quotient) RQ= PEC/PNEC Előre jelezhető környezeti koncentráció: (PEC=Predicted Environmental Concentration) Előrejelzés szerint károsan még nem ható koncentráció: (PNEC= Predicted No Effect Concentration) 10 Page 10

11 A KOCKÁZATI TÉNYEZŐ ÉRTÉKEIHEZ RENDELHETŐ VESZÉLYEZTETÉSI SZINTEK (EU-TGD) RQ = PEC/PNEC Veszély < 0,001 elhanyagolható 0,001 0,1 kicsi 0,1 1 enyhe 1 10 nagy 10 igen nagy 11 Page 11

12 DEFINÍCIÓK Környezettoxikológia: A környezettoxikológia a vegyi anyagoknak az ökológiai rendszerek szerkezetére és funkciójára gyakorolt (káros) hatását vizsgálja és ebből igyekszik előrejelzést adni a teljes ökoszisztémára (része az ember). Teljes ökoszisztémák minden részletére kiterjedő vizsgálata nem lehetséges, ezért kiválasztott, jellemző fajok vagy laboratóriumi tesztorganizmusok válasza alapján következtetünk az ökoszisztéma egészére. Page

13 A környezettoxikológia a kockázatmenedzsmentben Vegyi anyagok valamint szennyezett területek kockázatának jellemzésére Támogatja a környezetmenedzsment és környezetpolitika döntéseit Hatáson alapuló határértékek és más környezetminőségi kritériumok képzéséhez Page 13 Károsan még nem ható koncentráció Monitoring-rendszerek tervezéséhez Kockázatcsökkentési intézkedésekkel kapcsolatos döntésekhez Kockázatcsökkentési intézkedés kiválasztása Remediáció célértékének meghatározása

14 Toxicitási tesztek, toxikus anyagok hatása A toxicitás tágabb értelemben egy anyag káros (mérgező) hatása egy biológiai szervezetre. A toxikus anyag lehet szerves vagy szervetlen vegyület, vagy elem, amely a káros biológiai hatást kiváltja. Vegyi anyag, xenobiotikum Természetes anyag pl. botulinum toxin (Clostridium botulinum), aflatoxinok (mikotoxin, Aspergillus flavus), növényi toxinok, állati venomok Page 14

15 Vegyi anyagok kölcsönhatása a környezettel és a környezettoxikológia fő funkciói A vegyi anyag kölcsönhatásának leírása az élőlény aktív helyével A hatás helye, receptor Fiziológia és viselkedés Közösségi paraméterek Vegyi anyag bekerülése a környezetbe Ökoszisztémára gyakorolt hatások Biotranszformáció A vegyi anyag sorsának és transzportjának leírása Biokémiai paraméterek Populációs paraméterek A vegyi anyag ökoszisztémára gyakorolt hatásainak leírása és jellemzése Page 15

16 Ökotoxikológiai tesztek osztályozása a fajok száma szerint Egy fajt alkalmazó teszt Jól ismert, kontrollált forrásból Baktérium, alga, gomba, növény, állat Több fajt alkalmazó teszt Kölcsönhatás a fajok között Mikrokozmosz, mezokozmosz, szabadföldi vizsgálatok Page 16

17 Táplálkozási láncok trófikus szint Trófikus szint: az organizmus táplálkozási láncon belül elfoglalt pozíciója. Környezeti minták tesztelése: ált. három különböző trófikus szintről származó tesztorganizmussal napfény Autotrófok/ elsődleges termelők Növényevők/ elsődleges fogyasztók Húsevők I/ másodlagos fogyasztók Húsevők II/ harmadlagos fogyasztók Lebontók Page 17 légzési veszteség hulladékanyagok tápanyagfelvétel anyagcsere során

18 Mikrokozmosz és mezokozmosz tesztek Mikrokozmosz: 100 cm 3 térfogatú rázatott lombiktól vagy 500 kg-os tenyészedény kísérlettől több száz liter térfogatig. Laboratóriumban hét Mezokozmosz: Valóságos ökoszisztéma hűségesebb modellje. Általában szabadban. Sokszor az ökoszisztéam izolált része. 5 6 hónap Page 18

19 Szabadföldi vizsgálat Megfigyelés vagy kísérlet Pl. in situ biomonitoring Indikátor-organizmusok vizsgálata (passzív biomonitoring) Vizsgáló által a környezetbe helyezett organizmus (aktív biomonitoirng) Természetes rendszerek időszakos, térbeli és evolúciós heterogenitása Nehéz, drága, ellentmondásos Glasgow et al Page 19

20 Ökotoxikológiai tesztek: tesztelendő ökoszisztéma szerint Tesztelendő ökoszisztéma Vizi ökoszisztéma (víz + üledék) Tengeri ökoszisztémák Édesvízi ökoszisztémák Szárazföldi ökoszisztéma Page 20

21 EGY FAJT ALKALMAZÓ KÖRNYEZETTOXIKOLÓGIAI TESZTEK - PÉLDÁK Page 21

22 Aliivibrio fischeri biolumineszcencia gátlási teszt Tesztorganizmus: Aliivibrio fischeri Tengeri baktérium, fényt emittál A kurtafarkú tintahal hordozza a Aliivibrio fischeri-t az úgynevezett "fényszervben". A teszt elve a Aliivibrio fischeri által emittált lumineszcens fény detektálása; toxikus anyagok jelenlétében a fényemisszió csökken. Page 22 Kurtafarkú tintahal Euprymna scolopes Baktériumszuszpenzió mikroszkópos képe (fluoreszcens festett sejtek) Folyadék kultúra jól megvilágított helyen Folyadék kultúra sötétben

23 Koncentráció-válasz összefüggés Szigmoid görbe EC20 EC50 EC 10, EC 20, EC 50, EC 90 = hatásos koncentráció (Effect Concentration), mely a mérési vagy vizsgálati végpont 10, 20, 50, 90 %-os csökkenését okozza. Page 23

24 Protozoa (Tetrahymena pyriformis) szaporodás gátlási teszt Állati egysejtű (protozoa), csillós Mérete µm között, nevét körteszerű alakjáról, ill. a sejtszáj négy mozgó, hártyaszerű képletéről kapta. Kutatások kedvelt tesztorganizmusa könnyű fenntarthatósága, gyors szaporodása miatt, de főként azért, mert sejtje sokban hasonlít a fejlettebb gerincesek sejtjeihez (sejtmembrán összetétele, kulcsenzimek, inzulin és adrenalin termelés). Mérési végpont: sejtszám Page 24

25 Vízibolha (Daphnia magna) teszt Daphnia magna tesztorganizmus Akut teszt Daphnia magna immobilitási teszt (ISO 6341:1996, OECD 202), óra Daphnia magna szívritmus teszt e=related Krónikus teszt Daphnia magna reproduktivitási teszt (ISO 10706:2000, OECD 211), 21 nap Page 25

26 Békalencse (Lemna minor) teszt A békalencsék a víz felszínén úszó egyszikű, lágyszárú vízinövények. Nagyon elterjedt, gyorsan szaporodó évelők. Méretük 2 12 mm lehet. Virágaik egyivarúak. Ritkán virágoznak, általában testük sarjadzásával szaporodnak. Mérés végpontja: levélkeszám, ép, zöld levélrészek területe, klorofill tartalom (etanolban extrahálva, mérés: spektrofotométer) Page 26

27 Fehér mustár Növényi biotesztek Sinapis alba réz-oldatban, növekvő koncentráció balról jobbra Alkalmazott tesztnövények: fehér mustár (Sinapis alba), kerti zsázsa (Lepidium sativum), retek (Raphynus sativus), búza (Triticum sativum), angolperje (Lolium perenne) stb. A növényi magokat közvetlenül a talajba ültetjük direkt kontakt a növényi gyökerek és a talaj között, vagy szűrőpapírra mért tesztoldatra/vízmintára. Page 27

28 A talaj komplex rendszere Prescott et al., 1993 Page 28 Mátrix szennyezőanyag bióta közötti kölcsönhatás vizsgálatára: direkt kontakt talajtesztek 28

29 Folsomia candida mortalitási teszt A Folsomia candida (Collembola) az ugróvillások rendjébe tartozó, ősi rovar. Apró (3 4 mm hosszú) fehér állatkák. Talajban élnek (m 2 -enként ~ állatka). Fontos szerepük van a talajfunkció fenntartásában Hasi tömlővel lélegeznek, talajgőzökre érzékenyen reagálnak Illékony szerves szennyezőanyagokra érzékenyek. Mérési végpont: pusztulás (akut), utódok száma (reprodukciós) A vizsgálathoz azonos korú (14 napos) állatkák szükségesek uri.edu Page 29 Kifejlett állat petékkel Kifejlett egyedek fiatal állatokkal Kifejlett Collembola

30 Földigiliszta (Eisenia fetida) teszt Közepesen érzékeny tesztorganizmus. Az expozíciós útvonalak közül a bőrkontaktus és az emésztés dominál. Mérési végpontok: Akut és krónikus toxicitás esetében: az állatok száma, letalitás Reproduktivitásnál: az utódok száma Bioakkumuláció vizsgálata esetén: koncentráció a szövetekben. Page 30

31 Talajlégzés mérése A talajban lévő mikroorganizmusok aktivitása mérése CO 2 termelés mérésével Aktivitás és aktiválhatóság mérés Szennyezőanyag bontás intenzitásának mérése (biodegradáció, termelt CO 2 mennyisége arányos az elbontott szennyezőanyag mennyiséggel) Remediáció tervezése (pl. levegőztetés hatása, tápanyag adagolás hatása, hozzáférhetőséget növelő adalékanyag hozzáadása) 31 Page 31

32 Talajmikrobiológiai vizsgálatok Általános talajmikrobiológiai vizsgálatok Összcsíraszám meghatározása Gombaszám meghatározása Higiénés talajmikrobiológiai vizsgálatok Coliformszám, fekálcoliformszám meghatározása Fekálstreptococcus-szám meghatározása Összes coliform, Endo-agar Page 32

33 Ajánlott irodalom Gruiz Katalin, Horváth Beáta, Molnár Mónika: Környezettoxikológia. Műegyetemi kiadó, KÖRINFO weboldal ( A témával foglalkozó tárgyak: Környezettoxikológia, biomérnök és környezetmérnök MSc Környezeti kockázatmenedzsment, biomérnök MSc Page 33

34 Köszönöm a figyelmet! Elérhetőség: Dr. Feigl Viktória, vfeigl@mail.bme.hu