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| Simulation tests play a crucial role in evaluating chemical biotransformation for regulatory purposes. For chemical biotransformation in surface water systems two OECD testing guidelines are relevant: OECD 308 and OECD 309 which assess transformation at the water-sediment interface and in the water body respectively. Major issues with these guidelines concern the relevance of the test conditions to properly reflect degradation in actual surface water bodies and a lack of guidance and practical tools for the derivation of actual degradation half-lives. This research project addressed both concerns. In WP I inverse modeling approaches were applied to derive total system and compartment-specific degradation half-lives (DegT 50 ts DegT 50 w and DegT 50 sed ) and their respective uncertainties. The persistence indicators derived from OECD 308 and 309 data all displayed significant uncertainties i.e. typically around a factor of 2 for DegT 50 ts and 1-2 orders of magnitude for DegT 50 w and DegT 50 sed . These results are in conflict with the presently used rigid persistence criteria. DegT 50 w values were found to always be higher than DegT 50 sed values for the same compound and accordingly OECD 309 results much more often led to a substance being classified as persistent than OECD 308 results did. The joint calibration of different experimental types via the bioavailability- and biomass-normalized k' bio reduced the uncertainty of DegT 50 w and DegT 50 sed but this reduction of uncertainty was small due to the limited extent of biotransformation observed in OECD 309 systems. It was suggested that a modified version of OECD 309 with more suspended sediment would improve the accuracy of estimating DegT 50 w and DegT 50 sed . WP II addressed the representativeness of the laboratory-based OECD 308 and 309 simulation tests to reflect and predict the chemicals' fate in actual surface water bodies. Together with a literature review discussing the major factors influencing chemical degradation in surface water bodies and how these are reflected in different laboratory-based test systems a case study on substance degradation in the river Rhine was conducted. In this case study monitoring data from the river Rhine were compared with experimental data from OECD 308 studies implemented in a chemical fate model to evaluate the appropriateness of OECD 308 data to reflect degradation in a large stream. It was found that application of compartment-specific half-lives did not contradict observed concentrations whereas application of DegT 50 ts clearly overestimated degradation. Overall based on the results of the project the execution of two simulation studies to assess biotransformation in water-sediment systems is recommended. These should be an OECD 308 study and a 309 study with as much suspended sediment as allowed. Doing so allows deducing compartment-specific half-life indicators with reduced uncertainty and allows considering the actual system dimensions in the field during exposure modelling as demonstrated in the Rhine case study. | |
| Simulationsstudien spielen bei der Bewertung der Biotransformation von Chemikalien für regulatorische Zwecke eine wichtige Rolle. Für die Biotransformation in Oberflächengewässern sind zwei OECD-Prüfrichtlinien relevant: OECD 308 und OECD 309 welche Transformation an der Wasser-Sediment-Grenzfläche beziehungsweise im Wasserkörper bewerten. Hauptkritikpunkte an diesen Richtlinien beziehen sich auf die Repräsentativität der Testbedingungen für den Abbau in realen Oberflächengewässern sowie auf den Mangel an fehlenden Anleitungen und Instrumenten um Abbau-Halbwertszeiten aus den Testresultaten abzuleiten. Dieses Forschungsprojekt adressiert beide Punkte. In Arbeitspaket I wurden inverse Modellierungsansätze angewendet um Abbau-Halbwertszeiten für das Gesamtsystem und die einzelnen Kompartimente (DegT 50 ts DegT 50 w und DegT 50 sed ) sowie ihre jeweiligen Unsicherheiten abzuleiten. Alle aus OECD 308 und 309-Daten abgeleiteten Persistenzindikatoren wiesen erhebliche Unsicherheiten auf. Diese liegen in der Regel bei einem Faktor von zwei für DegT 50 ts und ein bis zwei Größenordnungen für DegT 50 w und DegT 50 sed . Dieser Befund steht in Widerspruch mit der derzeitigen Verwendung von starren Persistenzkriterien. DegT 50 w-Werte lagen immer höher als DegT50 sed-Werte für die gleiche Verbindung. Entsprechend führten auch OECD 309-Ergebnisse wesentlich häufiger zu einer Persistenz-Klassifizierung für die gleiche Substanz wie OECD 308-Ergebnisse. Die gemeinsame Kalibrierung von verschiedenen Testsystemen mittels der Bioverfügbarkeits- und Biomasse-normalisierten k’bio reduzierte die Unsicherheit der DegT50 w und DegT50 sed. Die Reduktion der Unsicherheit war jedoch aufgrund des begrenzten Ausmaßes der beobachteten Biotransformation in OECD 309-Systemen gering. Es wurde vorgeschlagen dass eine modifizierte Version des OECD 309 mit mehr Schwebstoffen die Genauigkeit der Schätzung von DegT50 w und DegT50 sed verbessern würde. Arbeitspaket II adressierte die Repräsentativität der Labor-basierten OECD 308 und 309-Simulationstests um das Schicksal von Chemikalien in tatsächlichen Oberflächengewässern zu prognostizieren. Neben einer Literaturrecherche zu den wichtigsten Einflussfaktoren auf die Biotransformation von Chemikalien in Oberflächengewässern wurde eine Fallstudie über Substanzabbau im Rhein durchgeführt. Dazu wurden Daten aus der Rheinüberwachung mit Modellvorhersagen zum Verbleib von chemischen Substanzen im Rhein verglichen. Basierend darauf wurde die Angemessenheit von Halbwertszeiten die aus OECD 308-Daten hergeleitet worden sind zur Beschreibung des Verbleibs von Chemikalien in einem großen Fluss wie dem Rhein bewertet. Diese Fallstudie ergab dass die Anwendung von Kompartiments-spezifischen Halbwertzeiten nicht im Wiederspruch zu beobachteten Konzentrationen steht. Die Anwendung von DegT 50 ts jedoch überschätzte den Abbau deutlich. Insgesamt wird basierend auf den Ergebnissen des Projekts die Durchführung von zwei Simulationsstudien empfohlen um Biotransformation in Wasser-Sediment-Systemen zu beurteilen. Dabei sollte es sich um eine OECD 308- und eine 309-Studie mit der maximal erlaubten Menge an Schwebstoffen handeln. Dadurch würde es möglich werden Kompartiments-spezifische Halbwertszeit-Indikatoren mit reduzierter Unsicherheit abzuleiten sowie die tatsächlichen Dimensionen des realen Oberflächengewässers in der Expositionsmodellierungen zu berücksichtigen. |
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