Környezeti Kárelhárítás Építő B.Sc. - BMEEOVKASH2 4. Előadás: környezeti mennyiségi kockázatfelmérés Előadó: Jolánkai Zsolt

Alapfogalmak Átlagos napi dózis/bevitel (ÁND): a szennyezőanyag azon mennyisége, mely lenyelés, belégzés útján vagy bőrön keresztül jut a szervezetbe. Egységnyi testtömegre és egységnyi időre vonatkoztatva (mg/kg×nap). Egységnyi kockázat (Unit Risk; UR): az egységnyi kockázat egy felső becslése annak az élettartamra vonatkozó többlet kockázatnak, mely a szennyező vegyi anyag talajvízben 1 μg/l, levegőben 1 μg/m 3 koncentrációjú folyamatos expozíciójának következtében alakul ki. Kifejezése a meredekségi tényező (SF), az átlagos testtömeg és a belégzett levegő/lenyelt napi vízmennyiség figyelembe vételével történik: URair=SF×1/70 kg×20 m 3 /nap×10 -3; URwat=SF×1/70 kg×2 l/nap×10 -3 Célérték: számszerű szennyezőanyag koncentráció vagy elfogadható kockázati szint érték, illetve egyéb olyan környezetminőségi kritérium (pl. ivóvízszabványban szereplő határérték), mely biztosítja az emberi egészség és a környezet védelmét. Daganatkockázat (Carcinogenic Risk; CR):a daganatképző tulajdonságú, vagy a genetikai állományt (DNS) károsító vegyi anyagok kockázata a teljes élettartamra vonatkozó ÁND érték és a daganatkockázat valószínűségét leíró egységnyi kockázat (UR) vagy meredekségi tényező (SF) figyelembe vételével határozható meg. Háttér koncentráció (A): A szennyezőanyag természetes körülmények között jellemző, azaz antropogén hatástól mentes koncentrációja az egyes környezeti elemekben. Egészségkockázati hányados (HRQ): a determinisztikus hatású vegyi anyag becsült expozíciójának, azaz az átlagos napi szennyezőanyag felvétel (ÁND) mértékének és az elviselhetőnek tartott tolerábilis napi dózisnak (TDI) aránya. A kockázati hányados az alábbiak szerint minősíthető: ÁND/TDI minősítése < 0,01 elhanyagolható 0,01 – 0,1 kicsi 0,1 – 1 mérsékelt 1 – 10 nagy > 10 igen nagy

Alapfogalmak Kockázat (risk): A vegyi anyagok okozta káros hatás bekövetkezésének valószínűsége, tényleges vagy előrejelzett előfordulási gyakorisága, amennyiben az ember vagy az élőlények bizonyos fokú expozíciója bekövetkezik. Röviden a nem kívánatos következmény előfordulásának valószínűsége. Az ökoszisztéma, illetőleg az emberi egészség romlásának, károsodásának várható mértéke és bekövetkezési valószínűsége LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level): a dózis-válasz vizsgálatokban megállapított olyan legkisebb veszélyes anyag dózis (expozíciós szint), mely statisztikai vagy biológiai értelemben az exponált csoportokban megnöveli a megfigyelhető hatás gyakoriságának vagy súlyosságának növekedését a kontroll csoporthoz képest. Meredekségi tényező (Slope factor; SF): rákkeltő anyagok esetén a rák-kockázatnövekményt (dózis-válasz) leíró egyenes meredeksége a kis dózisok tartományában, mely a tesztorganizmusok szennyezőanyag dózisokra adott válaszából (daganatképződés) kerül meghatározásra. Ez az érték egy felső becslését adja az egységnyi bevitt szennyezőanyag okozta élettartamra vetített rák kialakulási valószínűségének. Kifejezése 1/(mg/kg´ nap) egységben történik. NOAEL (No Observed Adverse Effect Level): az állatkísérletben a vizsgált vegyi anyag legnagyobb dózisa, ahol statisztikailag vagy biológiailag szignifikáns káros hatás még nem figyelhető meg a vizsgált populációban a megfelelő kontroll populációhoz viszonyítva. Hatás esetlegesen megfigyelhető, de az nem minősíthető károsnak.

Alapfogalmak PEC (Predicted Environmental Concentration): a szennyezőanyag becsült, előrejelzett koncentrációja a környezetben ott, ahol a vizsgált élőlények expozíciója várható. PNEC (Predicted No Effect Concentration): a szennyezőanyagok olyan számított koncentrációja, amely az előrejelzések szerint az ökoszisztémát nem károsítja. Referencia dózis, megengedhető napi bevitel (RfD, ADI, TDI): a nem rákkeltő hatású vegyi anyagok elfogadható kockázat szintjét jelölő feltételezett biztonságos dózis, ami naponta “bevihető” az ember teljes életének minden napján anélkül, hogy bármiféle egészségkárosodást okozna. Ezt a dózist a tesztorganizmusok szennyezőanyag dózisokra adott válaszából határozzák meg a NOAEL vagy LOAEL és UF értékek ismeretében, az érzékeny alcsoportokat is vizsgálják. Kifejezése mg/kg´ nap egységben történik. Szennyezettségi határérték (B): felszín alatti víznél az ivóvízminőség és a vízi ökoszisztéma igényei, földtani közeg esetében a talajok multifunkcionalitásának és a felszín alatti vizek szennyezéssel szembeni érzékenységének figyelembevételével meghatározott kockázatos anyag koncentráció

Mennyiségi környezeti kockázatfelmérés EU jogi háttere Az Európai Közösség Bizottsága 1994. június 28-án kelt, (EC) 1488/94. számú rendelete összhangban az Európa Tanács (EEC) 793/93. számú rendeletével megalapozta az ismert vegyi anyagok emberre és környezetre vonatkozó kockázatfelmérésének elveit. A rendelet értelmében a kockázatfelmérésnek olyan összehasonlításon kell alapulnia, amely az anyag lehetséges káros hatásait (az ismert adatok vagy a valószerű előrejelzések alapján) az embert és a környezetet ért kitettséghez viszonyítja. Az emberre vonatkozó kockázatok becslése során figyelembe kell venni az anyag fizikai kémiai és toxikológiai tulajdonságait; a környezeti kockázatok becslése során pedig az anyag ökotoxikológiai és a környezetre kifejtett hatásait. Az egyes országok szabályozási koncepcióiban felfedezhető a területérzékenység vagy a területhasználat prioritása. Aktuális hazai jogszabály: 219/2004 (VII.21) Korm. Rendelet

Mennyiségi környezeti kockázatfelmérés Első hazai esetek: Monorierdőn veszélyes vegyi hulladék került a talajvízbe  Közegészségügyi toxikológiai módszerek alkalmazása (állatkísérletek) Nagytétényi Metallokémia területén talajszennyezettség vizsgálatok egészségi hatásait vizsgálták. Az Országos Környezeti Kármentesítési Program priorítási listájának megállapítása előzetes relatív kockázatbecsléssel, illetve a listán található források kármentesítése kockázat és költség-haszon elemzés alapján kerül(t) megvalósításra.

Kockázatfelmérés folyamata Kvalitatív kockázatbecslés a relatív sorrend megállapítására Mennyiségi általános kockázatfelmérés Mennyiségi hely-specifikus kockázatfelmérés kockázat szintje erősen függ a területhasználatoktól, expozíciós utaktól stb. A számítás iránya: a számítást a szennyező forrás – transzport útvonal –  expozíciós kapu – hatásviselő

Kockázatfelmérés folyamata A kockázatfelmérés módszere kiemelt fontosságúnak tekinti és úgy is kezeli a humán kockázatokat és azok értékelését, de az eljárás védendő értékként, hatásviselőként kezeli az emberi egészséget, az ökoszisztémát és a felszín alatti vizet is. Az emberi egészségkockázat felmérés főbb jellemzői: Négy fázis Veszély azonosítása: Mintavétel, analitika, károsanyag koncentrációk és kiterjedés a környezeti elemekben. Területhasználatok és emberi hatásviselők számbavétele Kitettség felmérése: Előre jelezhető átlagos napi szennyezőanyag bevitel/dózis meghatározása. Hatás vizsgálata (dózis-válasz): Az egyes szennyező anyag dózisokra toxikológiai kísérletek alapján határozzák meg a hatásviselők által adott választ. A még nem káros dózisok meghatározása. Kockázat felmérése: összevetik a kitettség felmérés és dózis-válasz vizsgálatok eredményeként kapott dózisokat és meghatározzák, hogy a számított kockázat milyen mértékű.

Kockázatfelmérés folyamata Expozíció: A hatásviselők kitettségének (expozíciójának) mértékét az expozíció helyére és időtartamára vonatkozóan mérni kell, vagy számítással becsülni. Számítás esetén becsülni kell a szennyezőanyag transzportját a szennyezőanyag forrástól az expozíció helyéig, és meg kell határozni az előrejelezhető környezeti koncentrációt (PEC). Dózis: A PEC ismeretében és az expozíciós paraméterek rögzítésével (pl. bőrfelület nagysága, napi lenyelt vízmennyiség) kiszámítják a dózist (ÁND). Környezeti kockázathoz a PEC-et lehet közvetlenül felhasználni. HRQ kiszámítása: Küszöbdózissal rendelkező vegyi anyagok esetén az ÁND értéket kell osztani a toxikológiai értékekből extrapolált megengedhető (elviselhető) dózisokkal (RfD, TDI). Daganatképző anyagok esetén a daganatkockázatot (Carcinogenic Risk; CR) a teljes élettartamra vonatkozó ÁND érték és a daganatkockázat valószínűségét leíró egységnyi kockázat (ÚR), vagy meredekségi tényező (SF) figyelembevételével határozható meg. A környezeti kockázat (Environmental Risk Quotient; ERQ) meghatározásakor a PEC értékét ökotoxikológiai vizsgálatok alapján extrapolációval előre jelzett, az ökoszisztémára károsan nem ható koncentrációkhoz (PNEC) viszonyítják.

Kockázati modell: A kockázatfelmérés a kockázati modell (más elnevezéssel: integrált kockázati modell, koncepció modell) felállításával indul. Ebben a fázisban szükséges meghatározni a kockázat lehetséges elemeit, úgymint a szennyező forrást, a lehetséges terjedési és expozíciós utakat és a potenciális hatásviselőket.

Kitettség becslése: Első lépés: PEC számítása A forrás és a hatásviselő expozíciós helye közötti terjedési úton a szennyezőanyagokat ért hatások mértékét a természetes koncentráció-csökkenés nagyságának (Natural Attenuation Factor; NAF) becslésével lehet megadni a forrás koncentrációinak ismeretében. Ez alapján már számolható a PEC. Transzport folyamatok: Fizikai: advekció, diffúzió, hígulás, párolgás Kémiai: megkötődés (szorpció), kémiai reakciók (abiotikusak, tehát metabolikusan aktív mikroorganizmusok nem vesznek részt benne) Biológiai: biodegradációs folyamatok: elektronátadási folyamat, melyben a szerves anyagok táp- és energiaforrásként hasznosulhatnak, az oxidációjukból nyert energia pedig a sejtek felépítéséhez és azok fennmaradásához járul hozzá. Aerob és anaerob lebontás is lehetséges. Aerob folyamatoknál az oxigén a végső elektron akceptor, anaerob lebontás esetén lehet nitrát, szulfát, redukált vas, mangán, valamilyen szerves anyag. A természetes kockázatcsökkenést leíró faktorok: Közegváltást leíró átadási faktorok (hígulási modellek) Oldalirányú terjedést leíró faktorok (különböző transzport modellek) Link

Kitettség becslése: Második lépés: Hatásviselők megállapítása Humán hatásviselők: ember, embercsoport, populáció Ökológiai hatásviselők: pl. mikroba populáció, magasabb rendű növények, egész tápláléklánc Felszín alatti vizek: Első jó vízadó réteg, talajvíz, mélyebb vízadó réteg Tényleges hatásviselők: Csak meglévő területhasználatok esetén lehet megadni. Pl. veszélyes hulladék égető esetén az ott dolgozó emberek csoportja tekinthető humán hatásviselőnek. Egy másik csoport adott esetben a közelben (milyen távolság?transzport számítások alapján) élő lakosság lehet. Potenciális hatásviselők: Feltételezett jövőbeni területhasználathoz kötődő hatásviselők Egyszerűen a számítás kedvéért nevezünk meg potenciális hatásviselőket: így a közegváltásokat is figyelembe lehet venni. Ebben az esetben ezek a hatásviselők lesznek a megfelelőségi pontok, tehát itt nem lehet nagyobb a szennyezőanyag koncentráció a megengedettnél.

Kitettség becslése: Harmadik lépés: terület- és vízhasználatok megnevezése Azért fontos mert az expozíciós paraméterek, mint az expozíciós gyakoriság, -időtartam mind a területhasználattól függnek. Emiatt térképen is be kell mutatni a területhasználatokat. Egy célszerű felosztás (gyakorlatban használt): ivóvízbázis, lakóterület, gazdasági terület (ipari/kereskedelmi terület), üdülő és szabadidő (sport, park) terület, mezőgazdasági terület, vagy konyhakert. (földmunka is lehet külön th.) Városi és szabadidős területhasználatoknál a gyermekeket külön hatásviselőnek kell tekinteni, mivel eltérőek az expozíciós paramétereik.

  Expozíciós szorzó (EM)

Forrás: (KU 6; Gruiz, 2001) Környezeti kockázatfelmérés folyamata Humán kockázatfelmérés folyamata

Szennyezők hatása, toxikussága Milyen anyagokra vizsgáljuk? → Elsőbbségi szennyező anyagok! Bioakkumuláció, biomagnifikáció, mobilitás, perzisztencia, a toxicitás, és a felhasznált mennyiség alapján döntik el, hogy melyek az elsőbbségi anyagok. Az anyagok toxikusságát toxikológiai vizsgálatok alapján határozták meg. Adatbázisok: WHO nemzetközi kémiai biztonság program (IPCS) adatbázisa Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatalának információs rendszere (US EPA IRIS) Nemzetközi Rákkutatási Központ (IARC) Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) adatbázisa.

Kockázatfelmérés Keverékek kockázata? A vegyi anyagok keverékének egyidejű expozíciója, valamint a több expozíciós útvonalon egyszerre kialakuló kitettség együttes és összegző értékelése szintén általános problémája a környezeti kockázatfelméréseknek A legtöbb EU országban a WHO állásfoglalását követve, a szerkezetében hasonló vegyületek (dioxinok-furánok és poliaromás szénhidrogének) egyidejű expozíciójakor ekvivalencia faktort használnak a toxicitás leírására. Az USEPA ajánlása szerint például az A (emberre nézve bizonyítottan rákkeltő hatású ) és B (emberre nézve valószínűleg rákkeltő) karcinogenitási osztályokba tartozó PAH (Polyaromatic Hydrocarbon) vegyületek karcinogenitása normálható a benz(a)pirén (BaP) karcinogenitására. Az egyes A-B osztályú PAH vegyületek koncentrációja BaP egyenérték koncentráció formában kifejezhető és összegezhető, ha toxicitási ekvivalens faktorokat (TEF) használnak. Például (1) benzo(a)pipén; TEF=1.0, (2) krizén; TEF=0.001, (3) benzo(b)fluorantén; TEF=0.1..

Kockázatfelmérés Szénhidrogének: Speciális eljárásra van szükség a nagy számú (több száz) összetevő miatt TPH (összes ásványolaj szénhidrogén) tehát nem elegendő, az egyes alkotókat külön kell vizsgálni (PAH, BTEX, alifások, stb) Indikátor módszer: E szerint a TPH várható kockázati szintjét kisszámú indikátor vegyülettel lehet jellemezni (BTEX, PAH, stb). Helyettesítő módszer: A TPH-t egyetlen szennyezővel helyettesítik (pl. benzol), így azonban erősen túlértékelhetjük a akockázatot. Egyik almódszere a teljes termék módszer, melynél a TPH-t olyan frakciókra (aromás és alifás) bontják fel, melyek toxicitási és mobilitási tulajdonságaik hasonlóak. Általában ezeket az eljárásokat vegyesen alkalmazzák. Daganatképző hatást indikátor módszerrel becslik, míg a nem karcinogén hatást teljes termék módszerrel vizsgálják. A teljes kockázat az egyes kockázati elemek összegzéséből adódik. Háttérkoncentrációt is figyelembe kell venni: Az előre jelzett környezeti koncentrációból, vagy dózisból le szokták vonni a háttérkoncentráció, vagy dózis értékét.

Ökológiai kockázatfelmérés 60-as, 70-es években vízi ökoszisztémákra (aquatic ecosystems) összpontosult a figyelem, 80-as évektől a szárazföldi ökoszisztémák (terrestrial ecosystems) károsodása is reflektorfénybe került. Ökológiai kockázatbecslés (Ecologycal Risk Assessment-ERA)-Ökológiai célú talajtesztek Védelmi szint meghatározása: Pl: Jelentős védelmi szint, ha a fajok 95%-ának védelme a cél. Ekkor mikrobiális közösségekre, növényekre és talajlakó faunákra vonatkozó toxikológiai vizsgálatokra is szükség van. Környezetminőségi paraméterek bevezetése. Ennek segítségével becsülhető a talajszennyezésből eredő környezeti kockázat. Alkalmazott eljárások: Általános-áttekintő értékeket irodalmi ökotoxikológiai értékek képviselik. Talajminőségi célértéket szennyezett mintákkal végzett ökotoxikológiai tesztekkel végzik néha. Ritkán biológiai tesztek és biomonitoring vizsgálatokra is sor kerül.

Környezeti kockázat Általános-áttekintő értékek használata: Ökológiai kockázatok meghatározásához sokszor alkalmaznak károsan nem ható környezeti koncentrációkat (Predicted No Effect Concentration; PNEC) A területről származó környezeti koncentrációkat összevetik irodalmi értékekkel. A PNEC érték az ökoszisztéma egészét károsan még nem befolyásoló szennyezőanyag koncentráció, amely az ökoszisztéma egyes tagjaira elvégzett ökotoxikológiai teszteredményekből extrapolálható. Az extrapoláció alapját az akut vizsgálatokból származó, bizonyos százalékú (pl. 50%) halálozási arányához (Lethal Concentration; LC50), vagy káros hatáshoz tartozó (pl. Effective Concentration; EC50) koncentrációk, illetve a krónikus vizsgálatokból nyerhető, káros hatást még nem mutató vegyi anyag koncentrációk (No Observed Effect Concentration; NOEC) adják.

Általános-áttekintő értékek használata: Ha a PNEC képzését kevés ökotoxikológiai vizsgálati eredmény birtokában kell elvégezni, akkor a legalacsonyabb akut LC50 értéket 1000-es biztonsági faktorral, míg a legalacsonyabb krónikus NOEC értéket, a 100-as biztonsági faktorral kell osztani. A biztonsági faktor értéke csökkenthető, ha több megbízható krónikus ökotoxikológiai vizsgálati eredmény áll rendelkezésre. Ez a faktoriális (Factorial Application Method; FAME) eljárás. Ha nagy mennyiségű ökotoxikológiai adat áll rendelkezésre, a talajminőségi célértékek meghatározására statisztikai eljárást szoktak használni. Az eljárás a különböző fajok érzékenységének változatosságát veszi figyelembe (faj-specifikus NOEC értékek) a károsan még nem ható koncentráció megállapításához. Az érzékenység változatossága miatt a toxikológiai adatok speciális eloszlást követnek, pl. log-normális vagy log-log eloszlást. Az eloszlásgörbe segítségével számítható az a koncentráció, ami az ökoszisztémában fellelhető fajok egy bizonyos százalékára (pl. 95% vagy 50%) még nem káros. Statisztikai okokból célszerű legalább öt, taxonómiailag azonos csoportból származó faj vizsgálata alapján extrapolálni, a kísérleti NOEC értékekből.

Ökotoxikológiai vizsgálatok szennyezett mintákkal: A szennyezett területekre vonatkozóan az ökológiai kockázatot a vizsgált területről származó talajminták extraktumaival, illetve közvetlenül a talaj és vízmintákkal végzett vizsgálatokkal, azaz az adott területre jellemző hely-specifikus biovizsgálatokkal határozzák meg. Ezzel figyelembe vehető: a szennyezőanyagok szinergista hatása miatt megnövekedett toxicitás a biodegradáció során keletkezett melléktermékek toxikus hatása a szorpció és a szennyezőanyagok öregedése miatt az időben megváltozott biológiai hozzáférhetőség. Biovizsgálat történhet: Pórusvízből oldószeres kivonatból (szilárd fázisú szennyezőanyag toxicitására). Itt fontos az extrahálószer megválasztása, annak modelleznie kell pl. a növény gyökerének felvevő képeségét. Laboratóriumi (mikrokozmosz) tesztek: egy vagy több faj egyedeit, illetve akár egy táplálkozási lánc egyes tagjait és a lánc egészét ért káros hatásokat becsli laboratóriumi körülmények között. Vannak terepi (mezo-, makrokozmosz) tesztek. Mikroorganizmusok vizsgálatára standard tesztek: Microtox, ToxiChromotest, MetPad, lumineszkáló Photorhabdus luminescens baktériumokkal végzett vizsgálatok. Magasabb rendű növények esetében magvak csíráztatása egy bevett módszer. Itt a gyökérhossz mérése is hozzá tartozik a vizsgálatokhoz.

Ökotoxikológiai vizsgálatok szennyezett mintákkal - folytatás: Talajfauna vizsgálatok: Gerinctelenekkel (pl. fonalasférgek, atkák) végzik. Standardizált ökotoxikológiai teszt vázlatos bemutatása: - különböző ökológiai funkcionális csoportba tartozó tesztszervezetek felhasználásával történnek. Az alapvizsgálatoknál a producens növényi teszteket (2 teszt) és állati konzumens teszteket (3 teszt) a szennyezett talajok kivonatai 10-szeres hígításaival végzik A reducens mikrobiológiai teszteket (3 teszt) a teljes hígítási sor (5-szörös, 10-szeres, 25-szörös, 50-szeres, 100-szoros, stb.) vizsgálatával végzik. Ezek alapján kell eldönteni, hogy szükség van-e kiegészítő vizsgálatokra. A tápláléklánc adott szintjén jelentkező káros ökotoxikus hatás az ökoszisztéma egészét károsítja!

Biomonitoring vizsgálatok biokoncentráció (vagy bioakkumuláció) vizsgálata: Az élőlények szöveteiben mért szennyezőanyag koncentráció alkalmas leginkább az expozíció meghatározására a biomarkerek monitoringja: A biomarkerek olyan anyagok, melyek vegyi anyaok expozíciójának, vagy toxicitásának hatásaként keletkeznek az élő szervezetben, egyfajta biológiai válasz. az indikátorfajok szerveződési struktúrájában beállt változások vizsgálata. Mindig kérdés, hogy a kiválasztott faj mennyire reprezentálja az egész ökoszisztéma kitettségét Felszín alatti vizek, mint hatásviselők A felszín alatti vizek védelme érdekében a kockázatfelmérések során az európai gyakorlatban “megfelelőségi pontokat” jelölnek ki a szennyező forrástól bizonyos távolságban. A “megfelelőségi pontok” olyan helyek, amelyeket a szennyezőanyagnak kitett hatásviselő helye és a szennyező forrás közötti térrészben, a szennyezőanyagok terjedési útvonalán jelölnek ki. Ezeken a pontokon a kockázatos anyagok koncentrációjának kisebbnek kell lenniük a környezeti közegekre megállapított – a feltételezett kitettség(ek)hez tartozó – elérendő koncentrációknál (pl. ivóvíz határérték). A “megfelelőségi pontok” helyének megválasztásakor ismerni kell a tényleges hatásviselők helyét, a fennálló és a jövőben tervezett területhasználatokat, a területhasználatokhoz és ezáltal a hatásviselőkhöz tartozó reális expozíciós lehetőségeket, valamint a szennyezőanyagok terjedését.