Οικοτοξικολογικές αναλύσεις σε νερά και υγρά απόβλητα Αθανάσιος Κούγκολος Καθηγητής Περιβάλλοντος και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Τμήμα Μηχανικών Χωροταξίας, Πολεοδομίας και Περιφερειακής Ανάπτυξης Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Βόλος

Εκτίμηση της ποιότητας νερού και αποβλήτων Προσδιορισμός φυσικοχημικών παραμέτρων και έλεγχος συμμόρφωσης προς τις νομοθεσίες (TOC, COD, NO - 3, PO 3- 4, βαρέα μέταλλα…) Προσδιορισμός μικροβιολογικών παραμέτρων και έλεγχος συμμόρφωσης προς τις νομοθεσίες (Κολοβακτηριοειδή ολικά, κοπρανώδη…) Προσδιορισμός τοξικότητας με τη χρήση ζωντανών οργανισμών-δεικτών

Χαρακτηριστικά υγρών αποβλήτων Φυσικά χαρακτηριστικά Ολικά στερεάTS Ολικά πτητικά στερεάTVS Σταθερό υπόλειμμαTFS Ολικά αιωρούμενα στερεάTSS Πτητικά αιωρούμενα στερεάVSS Ολικά διαλυμένα στερεάTDS Πτητικά διαλυμένα στερεάVDS ΘολότηταNTU Χρώμα ΜυρωδιάTON Θερμοκρασία o C or o F Πυκνότηταp ΑγωγιμότηταEC

Ελεύθερη αμμωνίαNH 4 + Οργανικό άζωτοN Ολικό άζωτο Kjeldahl TKN (org N + NH 4 + ) ΝιτρώδηNO 2 - ΝιτρικάNO3 - Ολικό άζωτοTN Ανόργανος φώσφοροςInorg P Ολικός φώσφοροςTP Οργανικός φώσφοροςOrg P pH ΑλκαλικότηταSum(HCO 3- + CO OH - - H + ) ΧλωριόνταCl - ΘειικάSO 4 2- Βαρέα μέταλλαAs, Cd, Cr, Co, Cu, Mo, Se,… Χαρακτηριστικά υγρών αποβλήτων Ανόργανα χημικά χαρακτηριστικά

Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνοBOD 5 Χημικά απαιτούμενο οξυγόνοCOD Ολικός οργανικός άνθρακαςTOC Οργανικά συστατικάδιαλύτες, φαινόλες, PAH, PCB, VOC… Χαρακτηριστικά υγρών αποβλήτων Οργανικά χημικά χαρακτηριστικά Διάφοροι μικροοργανισμοίEscherichia coli, Total coliforms, fecal coliforms… ΤοξικότηταTU, % Βιολογικά χαρακτηριστικά

Οι ρύποι στο περιβάλλον Δεν υπάρχει μεμονωμένη δράση των χημικών στο περιβάλλον!  Οι ζωντανοί οργανισμοί ενός οικοσυστήματος εκτίθενται σε ένα μίγμα χημικών ουσιών  Με τις αναλύσεις ρουτίνας ανιχνεύεται μόνο ένας περιορισμένος αριθμός χημικών ουσιών  Η συνδυασμένη δράση μεταξύ διαφόρων ουσιών μπορεί να αυξήσει την τοξικότητα τους

Δράση ενός μίγματος χημικών ουσιών = Ανάμιξη χρωμάτων σε διάφορες αναλογίες Τελικό χρώμα; =

Δράση των ρύπων στους ζωντανούς οργανισμούς Οξεία: Επίδραση σε σχετικά μικρό χρονικό διάστημα Χρόνια:Μικρές δόσεις σε σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα Θανατηφόρα:Έκθεση η οποία προκαλεί θάνατο (LD 50 ) Υπο-θανατηφόρα:Δεν προκαλεί άμεσα θάνατο, αλλά μπορεί να προκαλέσει διέγερση, αδιαθεσία ή ασθένεια Συσσωρευτική: Χρόνια έκθεση που αυξάνει την πιθανότητα θανάτου Μεταλαξιγόνος: Προκαλεί καρκίνους – Καταστροφή του DNA

Επίδραση τοξικών στην τροφική αλυσίδα Τροφική αλυσίδα Παραγωγοί (φυτά) Καταναλωτές (ζώα) Οργανισμοί που αποσυνθέτουν (βακτήρια και μύκητες)

Οικοτοξικολογικές αναλύσεις  Οξεία τοξικότητα  Τοξικότητα μακράς περιόδου  Πειράματα αναπαραγωγικής ικανότητας  Πειράματα βιοσυσσώρευσης  Πειράματα μεταλλαξιγένεσης

Οικοτοξικολογικές αναλύσεις Προσδιορισμός της επίδρασης ενός δείγματος στην επιβίωση ή στο ρυθμό ανάπτυξης ζωντανών οργανισμών Τοξικότητα % Ποσοστό θνησιμότητας ή αναστολής κάποιας φυσιολογικής λειτουργίας που προκαλεί ένα δείγμα στο ζωντανό οργανισμό EC(L) 50 : Effective (Lethal) Concentration of 50 % Δραστική συγκέντρωση του δείγματος που προκαλεί 50 % επίδραση (ή θανάτωση) στον ζωντανό οργανισμό LOEC: Lowest Observed Effect Concentration Η χαμηλότερη συγκέντρωση του δείγματος όπου παρατηρείται επίδραση στον ζωντανό οργανισμό NOEC: No Observed Effect Concentration Η συγκέντρωση του δείγματος όπου δεν παρατηρείται καμία επίδραση στο ζωντανό οργανισμό

Οργανισμοί που χρησιμοποιούνται στις οικοτοξικολογικές αναλύσεις Βακτήρια Μικροφύκη Ψάρια Καρκινοειδή

Χημικές ουσίες Επιφανειακά νερά Υπόγεια νερά Ιζήματα Βιοτοξίνες Υγρά απόβλητα Στερεά απόβλητα Εδάφη Ιλύες Παρακολούθηση ποιότητας πόσιμου νερού Θαλάσσιο περιβάλλον Που εφαρμόζονται οι οικοτοξικολογικές αναλύσεις

Παρακολούθηση της τοξικότητας των υγρών αποβλήτων Προστασία υδάτινου αποδέκτη Παρακολούθηση της τοξικότητας στερεών αποβλήτων Προστασία εδάφους και υπόγειου υδροφορέα Παρακολούθηση της τοξικότητας του πόσιμου νερού Προστασία των καταναλωτών από αναπάντεχη ή σκόπιμη ρύπανση του πόσιμου νερού

Κριτήρια επιλογής της μεθόδου για τον προσδιορισμό της τοξικότητας: Ευαισθησία Επαναληψιμότητα Πιστοποίηση Απλότητα Κόστος

Οι πιο διαδεδομένες μέθοδοι μέτρησης τοξικότητας Βακτήρια εκπομπής φωτός Vibrio fischeri (Microtox test) ISO /98 - Εκπέμπουν φως ως παραπροϊόν της αναπνοής τους - Συνθήκες έκθεσης: 15 min, 15 ο C - Μέτρηση: % αναστολή της φωταύγειας Φυτοπλαγκτόν Pseudokirchneriella subcapitata ISO 8692/96 - Συνθήκες έκθεσης: 72 h, ο C, ~7000 lux - Μέτρηση: % αναστολή της ανάπτυξης Οστρακόδερμα Daphnia magna ISO 6341/96 - Συνθήκες έκθεσης: 24 h, 20 o C - Μέτρηση: % θνησιμότητα

φυσιολογική εκπομπή φωταύγειας Προσθήκη ρυπασμένου δείγματος!! αναστολή εκπομπής Βακτήρια εκπομπής φωτός Vibrio fischeri (Microtox test) Φωτοβακτήρια Vibrio fischeri Αναλυτής τοξικότητας Μέτρηση της αναστολής της φωταύγειας μετά από χρόνο έκθεσης 5, 15 ή και 30 min

Φυτοπλαγκτόν Pseudokirchneriella subcapitata Αδρανοποιημένο φυτοπλαγκτόν Ενεργοποίηση Μέτρηση της αναστολής της ανάπτυξης του φυτοπλαγκτού μετά από 72 h

Οστρακόδερμα Daphnia magna Μέτρηση της θνησιμότητας για έκθεση των οργανισμών στο δείγμα 24 και 48 h Επώαση εφιππίων Προσθήκη των δειγμάτων και των οργανισμών στις κυψελίδες μέτρησης Έκθεση των οργανισμών στο δείγμα για 48 h

Συγκέντρωση, mg/L Επίδραση, % Pb2+ Zn2+ 50 Pb 2+ IC IC 50 Zn 2+ IC IC 50 Τοξικότητα μόλυβδου και ψευδάργυρου στο φωτοβακτήριο Vibrio fischeri

Συνδυασμένη τοξικότητα χημικών ουσιών (Προσθετική – Συνεργιστική – Ανταγωνιστική) Θεωρητικά αναμενόμενη τοξικότητα: Υπολογίζεται βάσει της θεωρίας των πιθανοτήτων P(E) = P 1 + P 2 – P 1  P 2 /100 Όπου: P(E): η θεωρητικά αναμενόμενη τοξικότητα P 1, P 2 : η τοξικότητα των ουσιών 1 και 2, όταν αυτές δρουν μεμονωμένα Παρατηρούμενη τοξικότητα Η παρατηρούμενη πειραματικά τοξικότητα του μίγματος

Συνδυασμένη τοξικότητα μολύβδου και χαλκού (Τοξικότητα στο φωτοβακτήριο Vibrio fischeri)

Συνδυασμένη τοξικότητα χαλκού και ψευδαργύρου (Τοξικότητα στο φωτοβακτήριο Vibrio fischeri)

Συνδυασμένη τοξικότητα κασσίτερου και κυανιούχων (Τοξικότητα στο οστρακόδερμο Daphnia magna)

Βιοσυσσώρευση  Τα οργανικά και ανόργανα συστατικά απορροφώνται από τους ζωντανούς οργανισμούς μέσω διάφορων μηχανισμών (τροφή, αναπνοή, διείσδυση μέσω της κυτταρικής μεμβράνης)  Βιοσυσσώρευση: Η παραμονή των συστατικών στο σώμα των ζωντανών οργανισμών  Βιομεγέθυνση: Όταν τα συστατικά περνούν μέσω της τροφής σε άλλους (ανώτερους) ζωντανούς οργανισμούς

Βιοσυσσώρευση κασσίτερου στο καρκινοειδές του αλμυρού νερού Artemia franciscana

Παράγοντας βιοσυγκέντρωσης κασσιτέρου στο καρκινοειδές του αλμυρού νερού Artemia franciscana

Βιοσυσσώρευση κασσιτέρου στο καρκινοειδές του αλμυρού νερού Artemia franciscana σε συνδυασμό με την παρουσία CN - ή Be

Έλεγχος τοξικότητας στο πόσιμο νερό Ρύπανση του πόσιμου νερού Κίνδυνος Ανάγκη για άμεση ανίχνευση της τοξικότητας! Συνεχής (on-line) παρακολούθηση

Μέτρηση τοξικότητας με συστήματα συνεχούς λειτουργίας Βακτήρια εκπομπής φωτός Vibrio fischeri Φυτοπλαγκτόν

Οστρακόδερμα Daphnia magna Ψάρια Μέτρηση τοξικότητας με συστήματα συνεχούς λειτουργίας

Ελληνική νομοθεσία – Οικοτοξικολογικές αναλύσεις ΦΕΚ Τεύχος Β 354/ ΚΥΑ για τον καθορισμό μέτρων, όρων και διαδικασιών για την επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων και άλλες διατάξεις Παράρτημα ΙV Πίνακας 6: Μέγιστες επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις ουσιών προτεραιότητας και τοξικότητας σε ανακτημένα υγρά απόβλητα Οξεία τοξικότητα στον οργανισμό δείκτη Daphnia magna (πριν από την απολύμανση) Οριακή τιμή: 1 μονάδα τοξικότητας (TU <1)

Σύνοψη Τα υγρά και στερεά απόβλητα αποτελούν ένα πολύπλοκο μίγμα συστατικών, ορισμένα από τα οποία μπορεί να προκαλέσουν δυσμενείς επιδράσεις στους ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς των υδάτινων οικοσυστημάτων Η εκτίμηση της επικινδυνότητας των αποβλήτων με την εφαρμογή χημικών αναλύσεων εντοπίζει ορισμένα από τα συστατικά που ‘μπορεί’ να προκαλέσουν δυσμενείς επιδράσεις στους ζωντανούς οργανισμούς Η βιοδιαθεσιμότητα των συστατικών και διάφορες συνεργιστικές ή ανταγωνιστικές δράσεις μεταξύ των συστατικών, μπορεί να αλλάξουν σημαντικά την επικινδυνότητα των αποβλήτων όπως αυτή εκτιμήθηκε με τις φυσικοχημικές αναλύσεις

Ευχαριστώ για την προσοχή σας !