Einsatz von Biotestverfahren aus Sicht des Ländervollzugs

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1 Einsatz von Biotestverfahren aus Sicht des Ländervollzugs Workshop Möglichkeiten und Perspektiven von Biotestverfahren in der Gewässerüberwachung und Bewertung Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz, 30./ Dr. Brigitte von Danwitz

2 Gliederung Aufgaben des LANUV (Umweltanalytik) Abwasseranalytik im LANUV-NRW Einsatz von Biotests für die Abwasserüberwachung Vollzug Abwasserverordnung und Abwasserabgabe Oberflächenwasser (WRRL)-Monitoring Einsatzbeispiel Monitoring Denkanstöße für den Workshop 2

3 Abwasseranalytik im LANUV-NRW Amtliche Abwasserüberwachung als Dienstleistung für die Bezirksregierungen (Genehmigungs- und Überwachungsbehörden) Überwachung der einzuhaltenden Grenzwerte (Bescheide) Analysen zur Erhebung der Abwasserabgabe Berichtspflichten EU (z.b. Kommunalabwasser) Sonderuntersuchungsprogramme im Rahmen des investigativen WRRL-Monitorings und zur Maßnahmenbeurteilung 3

4 Biotests für die Abwasserüberwachung Einsatz einer Testpalette mit organismischen Tests sowie des umu-tests im LANUV Genormte Verfahren (DIN, DIN EN ISO, Methodenvalidierung) Analytische Qualitätssicherung: AQS-Merkblätter für Biotests (LAWA-Empfehlungen*) Regelmäßige Ringtests für einige Biotests (Kompetenznachweis von Prüflaboratorien): LÜRV (2007, 2010, 2014), Daphnien- und Leuchtbakterientest (Verfahren der Abwasserverordnung), reale (dotierte) Umweltproben, (Teilnahme an Ringtests erforderlich zum Kompetenznachweis, jeweils Labore pro Testverfahren) (kostenpflichtig, Koordination durch Länderbehörden) *) Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA): AQS - Analytische Qualitätssicherung, Merkblätter für die Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchungen incl. Rahmenempfehlungen 4

5 Probenaufkommen Abwasserüberwachung mit Biotests Verfahren Norm Anzahl Proben/Jahr (2016) Fischeitest DIN EN ISO Daphnientest DIN Algentest DIN Leuchtbakterientest DIN EN ISO Lemnatest DIN EN ISO umu-test DIN Probenahmen Abwasser: LANUV ~ Proben/Jahr 5

6 Fischeigiftigkeit der Abwasserproben in 2016 Fischeitests nach DIN EN ISO ( ), Verdünnungsstufen G Ei 6

7 Vollzug Abwasserverordnung und Abwasserabgabe (1) Ordnungsrechtliche und finanzielle Folgen (Abwasserabgabe) für den Einleiter erfordern eine besonders hohe Qualität der Analyse im Hinblick auf die Rechtsmittelfestigkeit (Abgleich mit Eigenüberwachungswerten des Einleiters) Strikte Einhaltung der Norm ist unumgänglich; Anforderung in der Norm muss, sollte, kann (s.a. DIN 820-2, Anhang G, Formulierung von Festlegungen) sind 1:1 umzusetzen Richtlinien mit verschiedenen Durchführungsoptionen (z.b. OECD 201 Algae toxicity:.several species of non-attached microalgae and cyanobacteria may be used) und der Anforderung sollte sind für formale Überwachungsaufgaben i. d. Regel nicht adäquat 7

8 Vollzug Abwasserverordnung und Abwasserabgabe (2) Der gesamte Ablauf der Analyse von Probenahme über Probenkonservierung, Probenvorbereitung (z.b. Abtrennung von Schwebstoffen), Testdurchführung und Auswertung ist festgelegt (Anlage 1 zu 4 Analysen- und Messverfahren, Abwasserverordnung) und muss strikt befolgt werden die Kette ist nur so stark wie ihr schwächstes Glied! Sowohl Probenahmeprotokolle als auch (Bio-)Testprotokolle haben Urkundenstatus vor Gericht Das LANUV Labor unterliegt einem Qualitätsmanagement nach DIN EN ISO/IEC

9 Oberflächengewässer- Monitoring (WRRL) Monitoring gemäß Oberflächengewässerverordnung OGewV ( ) ( 9 und 11, Normen, Analysenmethoden, Labore) in NRW (Stand 2016): Überblicksmessstellen 50 Operative Messstellen ca Investigative Messstellen Bestandsaufnahme Bewirtschaftungsplan (NRW) Maßnahmenprogramm ist wesentlicher Teil des Bewirtschaftungsplans 9

10 Oberflächengewässer -Monitoring (WRRL) Erkennung der relevanten Einflussfaktoren für ein Maßnahmenprogramm! statt UQN mit auf Basis von in-vitro-biotests: Einsatz eher ergänzend im investigativen Monitoring freie Wahl der Methoden bei der Ermittlung von Ursachen Spezifische in-vitro-biotests (MoA) könnten bei der Beurteilung von Ursachen für Defizite einen Beitrag leisten aber: Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Biozönose? 10

11 Einsatzbeispiel Monitoring Erprobung des YES-Tests im LANUV NRW (ISO Normentwurf, Stand 2014) Gewässerproben aus dem Längsprofil eines Flusses Messstellen oberhalb und unterhalb von Kläranlagen sowie der Kläranlagenabläufe Fragestellung: räumliches Belastungsmuster, Haupteintragspfade 11

12 YES-Test: EEQ (ng/l) x aufkonzentriert Fließrichtung Deutliche Belastung durch die Einleitung der ersten großen Kläranlage ( ) ins Gewässer, weitere Kläranlagen haben eine geringere Bedeutung (n) Anzahl Probenahmen, Min, Max und Quartile, Probenahmestelle pyes-test, Ergebnisse der aufkonzentrierten (10 x nach 1000 x Anreicherung und Rückverdünnung) Proben ohne Rückrechnung 12

13 Einsatzbeispiel Gewässerproben Detailbetrachtung Ergebnisse pyes-test: linke Spalte: Standard rechte Spalte: Probe Analysen und Grafiken: BfG, S. Buchinger Detaillierte Auswertung von Belastungsmustern (und -quellen) mit einem in-vitro-biotest, der nicht nur Ergebnisse als EEQ angibt, sondern ansatzweise eine Identifikation von auslösenden Stoffe erlaubt. (Untersuchungsergebnisse der BfG mit LANUV-Proben aus der Niers) 13

14 Einsatz von in-vitro Biotests Denkanstöße für die Workshop- Diskussionen 14

15 Wirktests statt chemischer Analytik (1) Aufbau einer Konkurrenz von chemischer Analytik und ökotoxikologischen Untersuchungsverfahren ist nicht zielführend. Die Verfahren sind nicht austauschbar, da sie unterschiedliche Aussagen ermöglichen: - chem. Analytik: Identifizierung und Quantifizierung einzelner Stoffe - Bioanalytik: Detektion von (summarischen) Effekten, die in biologischen Zielstrukturen induziert werden, Quantifizierung unter Bezugnahme auf eine Referenzsubstanz (Äquivalente) Bioanalytik wird HPLC-Verfahren nicht ersetzen, da diese Analysen weit mehr Informationen liefern als ein einzelner Biotest. Zur Bestimmung weiterer Stoffe werden diese Verfahren in jedem Fall eingesetzt. 15

16 Wirktests statt chemischer Analytik (2) Analytik bekannter Stoffe und auch Non Target-Analysen führt zu langen Stofflisten mit Konzentrationsangaben, die nicht mehr bewertbar sind (z.b. hinsichtlich Kombinationswirkungen), aber Ein Biotest-Ergebnis (als Summenparameter) wirft in der Praxis stets die Frage nach den verursachenden Stoffen auf. (spezifische in-vitro-verfahren (MoA) können eine Hilfestellung bei der Ursachenermittlung von Defiziten sein) Es sind sich ergänzende Herangehensweisen, die in unterschiedlichen Situationen ihre jeweiligen Stärken haben In der Praxis sollte für Monitoring-Fragestellungen ein vielfältiges Instrumentarium zum Einsatz kommen können Nachweisempfindlichkeit ist nicht das einzige Auswahlkriterium 16

17 Aufwand und Kosten in der Praxis (1) in-vitro-biotest mit GVOs - spezielle Anforderungen an Laborausstattung (S1) - spezielle Anforderungen an Personalqualifikation (Zulassung nach GenTSV, Vertreterregelung, BBS) Testpalette für verschiedene Wirkweisen erfordert Umgang mit verschiedenartigen Kulturen (Aufwand zur Vermeidung von Querkontaminationen zu berücksichtigen) Testkits Abhängigkeit vom Hersteller (Patente, Standardisierung, Normungsmöglichkeiten) 17

18 Aufwand und Kosten in der Praxis (2) Anschaffungskosten und Betrieb eines molekularbiologischen Labors sind nicht unbedingt billiger als die Kosten für ein chemisches Labor mit HPLC-MS/MS Wie viele Biotests würden benötigt, um die Stoffpalette eines HPLC Analysengangs abzudecken? Analysenkosten sollten nicht schöngerechnet werden, um den Einsatz zu propagieren. Wesentlicher ist die Beurteilung des zusätzlichen Erkenntnisgewinns. 18

19 Verfügbarkeit der (qualitätsgesicherten) Analytik (1) Sollten in-vitro-tests für formale Überwachungszwecke (z.b. Aufnahme in die Abwasserverordnung zur Einleiterüberwachung oder das WRRL-Monitoring mit Überwachung von UQN) eingesetzt werden, wären aufgrund der erforderlichen Rechtsmittelsicherheit gleich hohe Ansprüche an die Qualitätssicherung wie bei etablierten Biotestverfahren zu stellen. Entsprechendes gilt beim Einsatz der Verfahren zur Beurteilung einer vorgegebenen Reinigungsleistung von Kläranlagen (z.b. 4. Reinigungsstufe 80% Minimierungsanforderung) mit finanziellen Auswirkungen 19

20 Verfügbarkeit der (qualitätsgesicherten) Analytik (2) Gibt es für einen flächendeckenden Einsatz schon genügend (zugelassene) Labore, die eine um in-vitro-biotests erweiterte Testpalette beherrschen und qualitätsgesichert (Erfüllung der Anforderungen gemäß DIN EN ISO/IEC 17025, siehe OGewV, 9 und 11 sowie Anlage 9) Analysen für Vollzugsaufgaben nach Wasserrahmenrichtlinie (und Abwasserverordnung) durchführen könnten? Aktuell werden z.b. nur in wenigen staatlichen oder privaten Laboren alle in der Abwasserverordnung aufgeführten Biotests (invivo-tests + umu-test) vorgehalten. 20

21 Methodische Fragen (1) Matrix Abwasser/Oberflächenwasser schwieriger als Substanztestung Methodenvalidierung für Anwendungszweck erforderlich, LOD/LOQ sind matrixabhängig Wo sind Grenzen für den Einsatz (z.b. Cytotoxizität, sonstige Probeninhaltsstoffe, Salze) Führt die Probenaufkonzentrierung zu einer Abtrennung von Belastungen aus dem Feststoff? Wie werden diese Belastungen bewertet? 21

22 Methodische Fragen (2) Sind für bioanalytische Verfahren besondere Anforderungen an die Probenahme (z.b. Filtration oder Anreicherung vor Ort, Probenahmegerätschaften, Qualitätssicherungsmaßnahmen für die Probenahme, z.b. Blindwerte) und Probenvorbereitung zu stellen? Wie wirkt sich dies auf den Aufwand für die einzelne Probenahme aus? Passiv sampling Verfahren flächendeckend einsetzbar? (Beispiel NRW: ca Operative Messstellen) 22

23 Methodische Fragen (3) Wie gleichwertig sind verschiedene Testverfahren z.b. zur Bestimmung östrogener Wirkungen, zumal sie Wirkungen summarisch ermitteln? Selbst für Screeningzwecke sollte eine Einigung auf 1 Testverfahren pro spezifische Wirkung (Konventionsverfahren wie bei der Abwassertestung ) angestrebt werden, damit kein Flickenteppich von Befunden auf Basis verschiedener Tests entsteht. Wie werden Wirkschwellen (Triggervalues) festgelegt? Gibt es Safe-Levels? 23

24 Fazit Biotestverfahren haben sich für Überwachungszwecke bewährt In-vitro-Biotests bieten gute Chancen zur weitergehenden Erfassung und Beurteilung von Wirkungspotentialen und sollten neben chemischen Analysenverfahren zum Einsatz kommen Das LANUV wird sich unter anderem aus dem Blickwinkel des Vollzugs in die weiteren Entwicklungen einbringen 24

25 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. Brigitte von Danwitz Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen FG 64.5 Aquatische Ökotoxikologie Leibnizstraße Recklinghausen 25