ERA NET SIINN Project

Fate and effect of wastewater‐borne manufactured nanomaterials inaquatic ecosystems

Verbleib und Auswirkungen von synthetischen Nanomaterialien aus Kläranlagenausflüssen auf aquatische 

Ökosysteme 

Josef WanzenböckForschungsinstitut für Limnologie Mondsee, Universität Innsbruck

http://www.fenomeno‐nano.de/

ERA‐NET ‐ Initiative zur Integration europäischer Forschungssysteme

Mehr als 80% der Forschungsarbeit im öffentlichen Sektor wird in Europa auf nationaler Ebene geleistet und erfolgt hauptsächlich über nationale und regionale Forschungsprogramme. Um die Erschaffung eines vitalen Europäischen Forschungsraums (European Research Area ‐ ERA), eines der großen strategischen Ziele Europas, zu verwirklichen, müssen nationale und regionale Forschungsprogramme stärker koordiniert und aufeinander abgestimmt werden.Diesem Grundgedanken folgend wurde das ERA‐NET Schema als Teil des 6. und 7. EU‐Rahmenprogramms entwickelt und im aktuellen Horizont 2020 Programm weiter verstärkt, um weiterhin grenzüberschreitende Forschungs‐ und Technologiezusammenarbeit zu ermöglichen.

FP7 ERA‐NET on NanosafetySafe Implementation of Innovative Nanoscience and Nanotechnology

Das Problem: Nanomaterialien aus Kläranlagenausflüssen …

Abb. 1. Schema der Verbreitung von MNMs in einer typischen aquatische Nahrungskette und anvisierte Risikoabschätzung.

Der zentrale Schlüsselfaktor von FENOMENO ist die Analyse des Verbleibs von MNMs in der Nahrungskette und der chronischen Toxizität von MNMs, sowohl unter Laborbedingungen unter Einsatz von Ausflüssen aus Modellkläranlagen, als auch in dazu parallelen Feldstudien mit dem einzigartigen Fokus auf realen MNMs

PartnerNumber Country Organisatio

nPrincipal 

Investigator Other personnel

1

Project Consortium Coordinator

Germany University of Siegen (USiegen)

Prof. Dr.Holger Schönherr

Prof. Dr. Klaudia Witte, Jun.‐Prof. Dr. Carsten Engelhard, Dr. Dr. h.c. Carl Friedrich Gethmann, Prof. Dr. Klaus‐Dieter Kuhnert, 

2 Germany FraunhoferIME

Prof. Dr.Christian Schlechtriem

Dr. Kerstin Hund‐Rinke; Dr. Karsten Schlich

3 Austria University of Innsbruck (UIBK)

Univ. Doz. Dr.Josef Wanzenböck

Dr. Dunja Lamatsch

4 Portugal University Aveiro(UAVR)

Dr. Isabel Lopes

Dr. Susana Loureiro, Prof.Dr. Amadeu Soares

Abb. 2: Zusammenarbeit und Workflow der Partner(die WP Leiter sind hervorgehoben) 

WP 1: Isolation und Charakterisierung von künstlichen Nanomaterialien in WasserprobenProf. Dr. Holger Schönherr  Department Chemie – Biologie, Physikalische Chemie I

Tasks ‐ Aufgaben

TiO2

AgNPs

Modell‐Kläranlagen (OECD TG 303)

Ausfluss

1.1. Abwasser von Modell‐Kläranlagen

1.2. Entwicklung analytischer Methoden zur MNM Detektion und Charakterisierung in Abwasser von Modellkläranlagen

1.3. Analytische Methoden zu MNM Detektion und Charakterisierung in Umweltproben

Task 1.2Entwicklung analytischer Methoden zur MNM Detektion und Charakterisierung in Abwasser von Modellkläranlagen

FENOMENO

• Es werden verbesserte, ultrasensitive Methoden für die Elementanalyse, den Partikelnachweis und die Partikel‐Charakterisierung benötigt:

Inductively coupled plasma – mass spectrometry (ICP‐MS) Optical dark field microscopy Scanning electron microscopy (SEM & EDX) Transmission electron microscopy (TEM) Atomic force microscopy (AFM) X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS)

Task 1.3 Entwicklung analytischer Methoden zur MNMDetektion und Charakterisierung in Umweltproben

FENOMENO

• Die unter Task 1.2. erwähnten Methoden werdenverfeinert und auf Wasserproben aus dem Mondseeangewandt. 

• State-of-the-art ICP-MS• iCap Q, Thermo Fisher Scientific

WP 2 Biologische AuswirkungenProf. Dr. Klaudia WitteDepartment Chemie – Biologie,FG Ökologie und Verhaltensbiologie

Task 2.1‐2.4Kurz‐ und langfristige Auswirkungen von MNMs auf unterschiedliche ökotoxikologische Endpunkte bei Algen, Daphien und Fischen. Entwicklung von Sensorsystemen durch computergesteuerte Bildverarbeitung.

FENOMENO

Algen – Zooplankton (Daphnia*)– Fisch *Testorganismen: Daphnien aus Kulturen sowie aus dem Mondsee 

WP 3 Bioakkumulation von künstlichenNanomaterialien in der aquatischen NahrungsketteProf. Dr. Christian SchlechtriemFraunhofer Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie

TiO2

AgNPs

Modellkläranlage

(OECD TG 303)

Ausfluss

Biokonzentration und

Bioakkumulation

Algen

Daphnia

Juvenile Fische

Task 3.1/3.2 Biokonzentration und Bioakkumulation von MNMs in Algen, Daphnien und Fischen

Probenanalyse(Task 3.3)

WP4: Räumlich‐ zeitliche Verteilung von MNMs in SeenUniv. Doz. Dr. Josef Wanzenböck, Dr. Dunja LamatschForschungsinstitut für Limnologie Mondsee, Universität Innsbruck

Die Arbeiten werden durch Feldstudien (WP4) komplementiert, in denen die zeitliche und räumliche Verteilung von MNMs in natürlichen Seen und deren Nahrungsketten untersucht werden soll. Dabei ist der Mondsee in Österreich besonders gut für diese bislang beispiellose Studie geeignet, da er den seltenen Fall eines Sees darstellt, der das gereinigte Wasser aus einer kommunalen Kläranlage direkt empfängt. Als Referenz‐See wird ein unbelasteter See ohne Klärwerkseinleitung untersucht. 

WP4: Räumlich‐ zeitliche Verteilung von MNMs in Seen

Wasserproben und Schlüsselorganismen der Gewässer Nahrungskette (Algen, Daphnia, Fisch: Felchen, Hecht) sowie Wasserpflanzen und Muscheln werden viermal pro Jahr gesammelt und die räumliche Verteilung von NPs an vier verschiedenen Stellen entlang von Transekten von der Kläranlage im nordwestlichen Teil des Sees in Richtung des südöstlichen Abstroms des Sees analysiert. 

WP4: Räumlich‐ zeitliche Verteilung von MNMs in Seen

WP5: Biochemische BiomarkerWP6: RisikoanalyseDr. Isabel LopesCentre for Environmental and Marine Studies

WP2

Task 5.1/ 5.2: In MNM haltigen biologischen Proben (Algen, Daphniaund Fisch) aus WP2 ‐ WP4 werden die Auswirkungen der MNMs aufbiochemische Biomarker für oxidativen Stress, neurologischeReaktionen, Störungen im Hormonsystem, Zytotoxizität und DNA‐Schäden untersucht und beurteilt.

Task 5.1 Analyse vonbiochemischen Biomarkernin Modellorganismen

Task 5.2 Analyse vonbiochemischen Biomarkern inOrganismenn aus dem Freiland.

WP4

WP6: Risikoanalyse

Die Ergebnisse aus den ökotoxikologischen Labortests (bezüglich unterschiedlicherEndpunkte), im Zusammenspiel mit zusätzlichen Literaturdaten, ermöglichen es PNEC ‐Werte (Predicted No Effect Concentrations) abzuleiten.Die gemessenen Umweltkonzentrationen (Measured environmental concentrations ‐MEC)bilden die Basis für die Berechnung von Risikoquotienten (RQ) für den Mondsee.

Task 6.1: Risikoabschätzung von MNMs im Mondsee (case sudy).

Task 6.2: Integration von Daten aus Feldstudie, Bioakkumulation und Biomarkeranalysefür eine umfassende Risikoanalyse.

http://www.fenomeno‐nano.de/

Project start: 1.4.2015, Duration: 36 months, Total funding: 1.112.194 €

Projektkoordinator: Prof. Dr. Holger Schönherr: schoenherr@chemie.uni‐siegen.deProjektleiter Österreich:Univ. Doz. Dr. Josef Wanzenböck: josef.wanzenboeck@uibk.ac.at