Monitoring polaire stoffen in ruwwater met passive sampling en Non Target Screening

In de drinkwaterproductie gebruikt Vitens onder meer grondwater. Voor een veilige toepassing hiervan is het belangrijk om te weten welke chemische stoffen in het ruwwater zitten die potentieel schadelijk zijn voor mensen en dus verwijderd moeten worden. Uitspoeling via de bodem van stoffen die bovengronds worden gebruikt, zoals gewasbeschermingsmiddelen en medicijnen, of infiltratie vanuit het oppervlaktewater, zorgen ervoor dat deze stoffen in het grondwater terecht kunnen komen. Die kans wordt nog eens vergroot omdat de nieuw toegepaste stoffen in steeds hogere mate polair zijn waardoor ze goed oplosbaar zijn in water.

Huidige bemonsteringsmethoden en targetanalyses zijn ontoereikend om zicht te krijgen op welke tot nu toe onbekende stoffen in het ruwwater zitten. Hier zijn dus nieuwe technieken voor nodig. In dit project onderzoeken we hoe de identificatie van polaire antropogene stoffen kan worden verbeterd door middel van concentreringstechnieken en met Non Target Screening (NTS), gecombineerd met bioassays.

Technologie

De huidige methode om stoffen in ruwwater aan te tonen bestaat uit het nemen van een monster van 1 liter waarop target analyses worden uitgevoerd. Voor onbekende polaire antropogene stoffen werkt dit niet goed. Met dit project willen we die identificatie verbeteren door in (bronnen van) drinkwater van Vitens concentreringstechnieken voor polaire stoffen toe te passen en door gebruik te maken van Non Target Screening (NTS), gecombineerd met bioassays. De bioassays moeten uitwijzen of de nieuw geïdentificeerde stoffen ook werkelijk een humaan risico vormen. Analyses hiervan worden uitgevoerd in samenwerking met de Vrije Universiteit Amsterdam en valt buiten de scope van het huidige TKI-voorstel.

Uitdaging

Voor een verbeterde detectie met de NTS-screening is het belangrijk dat polaire stoffen bij monstername zoveel mogelijk worden geconcentreerd en de concentratiefactor hoog genoeg is om bioassays te kunnen uitvoeren. Hiervoor worden twee methoden onderzocht en geoptimaliseerd: passive sampling en groot volume extractie (SPE).

Met passive sampling kan gedurende een langere periode worden bemonsterd en worden daarmee eventuele fluctuaties in samenstelling vastgelegd. Het is een veelvuldig toegepaste methode voor monitoring van meer hydrofobe stoffen en licht polaire stoffen, maar is nog niet optimaal voor zeer polaire stoffen. Bovendien worden op extracten met name target analyses gedaan. De combinatie met NTS is nieuw en wat de meerwaarde ervan is in het uitvoeren en interpreteren van data is nog niet duidelijk. De combinatie van passive sampling met NTS en de optimalisatie hiervan voor polaire stoffen wordt in dit project onderzocht en geoptimaliseerd.

SPE is een wat meer gangbare methode en bemonstert een groter volume om lagere concentraties te kunnen meten. In dit onderzoek vergelijken we de extractie door SPE met die van passive samplers.

Naast de manier van bemonsteren wordt ook gekeken naar de vorming van metabolieten en welke stoffen tijdens de opwerking van de extracten eventueel verloren gaan. Kennis hierover is belangrijk om onderscheid te kunnen maken tussen stoffen die al in het water aanwezig waren en stoffen die tijdens de opwerking van de monsters zijn ontstaan.

Zodra de meest optimale SPE en passive sampling-methoden zijn gekozen, worden deze uitgetest in een pilot om ruwwater te onderzoeken op de aanwezigheid van polaire stoffen. Bemonsteringen vinden plaats bij drie productiebedrijven van Vitens, in totaal op negen ruwwater bemonsteringspunten. Met speciaal ontwikkelde doorstroomcellen voor passive sampling wordt gedurende enkele weken op zes verschillende plekken ruwwater bemonsterd. Tevens vindt bemonstering van water plaats tijdens ander stappen in de drinkwaterbereiding. Bij elke bemonsteringslocatie wordt ook eenmaal een groot volume extractie uitgevoerd.

Oplossing

Met de pilot wordt inzicht verkregen in de opname van stoffen door de passive samplers. Met behulp van NTS wordt bepaald welke polaire stoffen hiertussen zitten. Toepassing van zowel passive sampling als SPE geeft inzicht in eventuele variaties door de tijd heen. De groot volume bemonstering met SPE is een momentopname en met passive sampling wordt een gemiddelde kwaliteit over een langere periode verkregen.

Op basis van de resultaten wordt een standaardprocedure ontwikkeld voor het bemonsteren en opwerken van de extracten, zodat dit tevens mogelijk is voor andere ruwwaterstrengen, ook bij andere waterproductielocaties.

Het project is een nauwe samenwerking tussen Deltares en Vitens. Deltares heeft veel expertise op het gebied van passive sampling en veel ervaring in het toepassen hiervan en in het doorontwikkelen van samplers. De optimalisatie van de concentreringsmethodes en de bemonstering bij de pilots wordt uitgevoerd door Deltares. Vitens doet de NTS-analyses. De data worden gezamenlijk geïnterpreteerd en gerapporteerd.