Wat zijn de risicos van Polychloornaftalenen (PCN) in Moedermelk en Dealing met Industriële Verontreiniging?

Polychloornaftalenen (PCN) zijn persistent organische verontreinigende stoffen die via de lucht, water en voedsel in het milieu terechtkomen. In de moedermelk van de algemene bevolking in China worden PCN-niveaus gemeten tussen 211 en 2.497 pg/g lipidengewicht, wat als relatief laag wordt beschouwd. Hoewel er geen duidelijke carcinogene risico’s zijn voor zuigelingen die via moedermelk PCNs binnenkrijgen, is het belangrijk om de bronnen van deze verontreinigingen en hun impact op de gezondheid van mensen verder te onderzoeken. De onbedoelde uitstoot van PCNs tijdens industriële thermische processen blijkt de belangrijkste bron te zijn van deze stoffen in moedermelk.

PCNs, die oorspronkelijk werden gebruikt in commerciële producten, hebben door de jaren heen een significant effect gehad op menselijke blootstelling en gezondheidsrisico’s. Dit effect neemt echter af naarmate de tijd vordert. Veel onderzoeken richten zich slechts op enkele PCN-congeners, terwijl de volledige bijdrage van alle congeners aan het totaal TEQ (Toxische Equivalenten) vanwege een gebrek aan data nog onvoldoende in kaart is gebracht. Voor een completere beoordeling is het noodzakelijk om 75 verschillende congeners te detecteren, aangezien dit essentieel is voor het vaststellen van de bron van de PCNs in het milieu.

Er is tot nu toe weinig bekend over de aanwezigheid van PCNs in voedsel en de voedselinname door de mens, wat de kennis over de mate van blootstelling via voeding beperkt. De hoeveelheid PCNs die via de menselijke voeding wordt binnengekregen, is nog niet volledig verduidelijkt, en de langetermijneffecten van deze stoffen op de gezondheid van de mens moeten verder worden bestudeerd.

Gezien het feit dat PCNs opgenomen zijn in de Stockholm Conventie over Persistente Organische Verontreinigende Stoffen (POP’s), is een wereldwijde monitoring van deze stoffen essentieel om aan de vereisten van de Conventie te voldoen. Echter, er is wereldwijd nog geen consensus over de standaardmethoden voor de analyse van PCNs in verschillende milieu- en industriële media. Het vaststellen van gestandaardiseerde analysemethoden is cruciaal voor het vergelijken van gegevens en het bevorderen van verder onderzoek.

De variëteit aan bronnen van PCNs is groot, en er bestaan aanzienlijke verschillen in de schaal, procestechnologieën en vervuilingscontroletechnologieën tussen verschillende productiefaciliteiten binnen dezelfde broncategorie. De mechanismen achter de generatie van PCNs en de emissiekenmerken zijn dan ook nog steeds niet volledig begrepen en vergen uitgebreide en diepgaande studies. Het is van groot belang om verder onderzoek te doen naar de mechanismen die ten grondslag liggen aan de vorming van PCNs, zodat er technologieën kunnen worden ontwikkeld om de uitstoot van deze stoffen te verminderen.

Naast het identificeren van de vervuilingsbronnen, is het noodzakelijk om potentiële bronnen in kaart te brengen en de emissie nauwkeuriger te kwantificeren. Er dient daarnaast aandacht te zijn voor de niveaus van PCNs bij industriële arbeiders en omwonenden, om de gezondheidsrisico’s voor deze groepen te kunnen beoordelen.

Met het oog op de gezondheid van mensen, is het essentieel om verder onderzoek te verrichten naar de langdurige effecten van blootstelling aan PCNs via verschillende bronnen, inclusief de lucht, het water en de voeding. In de toekomst moeten er strengere normen komen voor de controle van deze stoffen, evenals meer transparantie over de werkelijke risico’s van blootstelling, vooral voor de meest kwetsbare groepen in de samenleving.

Wat zijn de meest effectieve methoden voor het saneren van petroleumverontreinigde bodems en grondwater?

Thermische behandelingen hebben zich bewezen als effectieve technieken voor het reinigen van zowel ex-situ als in-situ verontreinigde bodems, met name in het geval van petroleumverbindingen. Dit geldt vooral voor technologieën zoals warme luchtinjectie, stoominjectie, elektrische weerstandverwarming en andere elektrochemische technieken. Warme luchtinjectie verhoogt de faseovergangs- en diffusiesnelheden van organische verontreinigingen, waardoor volatilisatie wordt bevorderd en de mogelijkheid voor SVE (Soil Vapor Extraction) wordt vergroot. Stoomstrippen zorgt ervoor dat vloeistoffen met verontreinigingen voorafgaand aan het stoomcondensatiefront bewegen en gemobiliseerd worden, terwijl elektrische weerstandverwarming bijzonder effectief is voor bodems met een lage permeabiliteit, zoals klei, waardoor vastgehouden water en verontreinigingen kunnen worden gemobiliseerd en soms verdampt voor extractie.

Bovendien heeft Streche et al. (2018) de kosteneffectiviteit van elektrochemische technieken onderzocht, zoals de toepassing van gelijkstroomtechnologieën voor de sanering van petroleumverontreinigde bodems. Deze technieken kunnen verschillende processen bevorderen, zoals transport, mobilisatie, concentratie en elektro-oxidatie, afhankelijk van relevante redoxreacties. In-situ smolderen en verbranding zijn eveneens voorgesteld als mogelijke technieken voor het zelfonderhoudende vernietigen van petroleum in verontreinigde bodems. Dit kan leiden tot een hoog verwoestingspercentage (meer dan 90%) en zeer hoge temperaturen (boven de 500°C), wat de complete behandeling bevordert. Deze technologie is echter nog niet breed toegepast, hoewel het ook onderzocht is voor het saneren van materialen die verontreinigd zijn met per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS) (Duchesne et al., 2020).

In de context van grondwatersanering is de meest gangbare aanpak vaak de natuurlijke afbraak (MNA, Monitored Natural Attenuation), hoewel andere strategieën ook effectief kunnen zijn. Deze omvatten verbeterde bioremediatie, luchtbeluchting (air sparging), injectie van vloeibare of vaste oxiderende stoffen of doorlatende reactieve barrières (PRBs). De bioremediatie van petroleumpluimen in grondwater is goed onderzocht en breed toegepast. Hierbij wordt het gebruik van electronacceptoren en redoxcondities, die essentieel zijn voor de afbraak van petroleumverbindingen, goed begrepen (Edwards en Grbić-Galić, 1992; Davis, 2023; Wiedemeier et al., 1999). Micro-organismen gebruiken doorgaans eerst zuurstof, daarna nitraat, mangaan- en ijzeroxiden die op aquifer sedimenten aanwezig zijn, gevolgd door sulfaat, en uiteindelijk kan methanogenese optreden. In gevallen waar deze electronacceptoren in het grondwater of de aquifersedimenten niet aanwezig zijn, kan de bioremediatie worden versterkt door toevoeging van acceptoren zoals nitraat, zuurstof of sulfaat.

In sommige gevallen wordt de toevoeging van deze stoffen in pulsen toegepast, om te voorkomen dat de verontreiniging te veel wordt verplaatst en om de effectiviteit van de injectie te vergroten door het contactoppervlak tussen de injectant en de verontreinigingen te vergroten. Aangezien grondwaterstroming vaak laminaire eigenschappen heeft, kan dit echter ingewikkeld zijn en zijn niet alle injectiestrategieën even effectief. Luchtbeluchting (air sparging) is een andere techniek die breed wordt toegepast, vooral voor oplosbare petroleumverontreinigingen in het grondwater. Hierbij wordt lucht in het grondwater geïnjecteerd om de vluchtige stoffen te mobiliseren, maar de effectiviteit van deze techniek hangt sterk af van de grootte van de invloedssfeer en de relatieve hoeveelheden die gevlucht worden versus afgebroken.

Doorlatende reactieve barrières (PRBs) kunnen effectief zijn voor het saneren van grondwater, vooral wanneer een plume dreigt een ecosysteem te bedreigen of zich buiten een site te verspreiden. PRBs kunnen zowel in situ bioremediatie bevorderen door electronacceptoren toe te voegen als verontreinigingen opvangen. Dit soort barrières heeft echter beperkingen, zoals de vereiste voor bepaalde dieptes in aquifers, en de effectiviteit kan variëren afhankelijk van de specifieke omstandigheden ter plaatse.

NSZD (Natural Source Zone Depletion) is een benadering die de processen beschrijft die plaatsvinden in zowel de bodem als het grondwater en die verantwoordelijk zijn voor de afname van petroleum-LNAPL (Lichte Niet-Aqueuze Fase Vloeistoffen) bronnen. Dit wordt steeds meer geaccepteerd als een holistische beheerstrategie. Vooral in de vadose zone (de bovenste bodemlaag, boven het grondwater) kunnen bioremediatieprocessen veel sneller verlopen dan in het grondwater, wat de toepasbaarheid van NSZD vergroot. Het meten van de snelheid van deze afbraak kan gedaan worden door het monitoren van gasproductie, zoals kooldioxide en methaan, of door veranderingen in temperatuur en de samenstelling van LNAPL. Recent onderzoek (Rayner et al., 2024) heeft aangetoond hoe belangrijk de samenstelling en verwering van de brandstof is voor de snelheid van NSZD en bevestigt dat NSZD in sommige gevallen sneller kan zijn dan conventionele hersteltechnieken via putextractie.

Naast de effectiviteit van deze saneringstechnieken is het essentieel om de risico's van een site goed in kaart te brengen en te begrijpen welke behandelingsstrategieën het beste geschikt zijn voor het specifieke type verontreiniging. In sommige gevallen kan de inzet van NSZD-technieken niet alleen kosteneffectief zijn, maar ook duurzaam op de lange termijn. Echter, de toepassing van dergelijke technieken vereist dat risico’s adequaat worden beheerd en dat er monitoring op lange termijn is om de effectiviteit te waarborgen. Het is belangrijk dat bedrijven en regelgevers zich realiseren dat technologieën zoals NSZD, hoewel veelbelovend, altijd in combinatie met andere technieken moeten worden ingezet om het volledige spectrum van verontreinigingen effectief aan te pakken.

Hoe Organische Chloorverbindingen de Milieu en Biota Beïnvloeden

Organische chloorverbindingen (OCP's) kunnen via verschillende wegen de aquatische omgevingen binnendringen, zoals door atmosferische depositie, afvloeiing van vervuilde bodems of directe toepassing. In water kunnen OCP's zich verdelen tussen de opgeloste fase, zwevende deeltjes en sedimenten. Het gedrag van OCP's in aquatische systemen wordt beïnvloed door hun hydrofobiciteit, die meestal wordt uitgedrukt als de octanol-water verdelingscoëfficiënt (Kow). Zeer hydrofobe OCP's, zoals DDT en zijn metabolieten, hebben de neiging zich sterk te binden aan organisch materiaal in sedimenten en zwevende deeltjes. Aquatische organismen kunnen OCP's opnemen uit water, zwevende deeltjes en besmette voedselbronnen. Deze bioaccumulatie kan leiden tot biomagnificatie door voedselketens in aquatische systemen, wat resulteert in hogere concentraties in top-roofdieren.

Door hun lipofiele aard en weerstand tegen metabolische afbraak, kunnen OCP's zich ophopen in levende organismen. Bioaccumulatiefactoren voor OCP's kunnen zeer hoog zijn, vooral in aquatische organismen en soorten met een hoog lipidengehalte. De uiteindelijke bestemming van OCP's binnen organismen is afhankelijk van verschillende factoren, waaronder de opnamecapaciteit vanuit het milieu en het dieet, de metabolische capaciteit om OCP's te transformeren, en de eliminatiesnelheid door uitscheiding of biotransformatie. Sommige organismen, vooral bepaalde vissoorten, hebben verhoogde metabolische capaciteiten ontwikkeld om OCP's om te zetten in minder toxische metabolieten. Deze metabolieten kunnen echter soms nog steeds aanzienlijke toxiciteit en persistentie vertonen.

OCP's kunnen meerdere chemische transformaties ondergaan in het milieu, zoals hydrolyse, oxidatie en reductieve dehalogenering. De snelheid en de producten van deze reacties zijn afhankelijk van de omgevingsomstandigheden (pH, redoxpotentiaal) en de chemische structuur van het OCP. Fotochemische reacties spelen een belangrijke rol in de afbraak van OCP's in het milieu, vooral in de lucht en op het oppervlak van waterlichamen. Zowel directe fotolyse als indirecte fotochemisch gemedieerde reacties (bijvoorbeeld hydroxylradicaal) kunnen bijdragen aan de afbraak van OCP's. De efficiëntie van fotodegradatie verschilt echter sterk tussen de verschillende OCP's, afhankelijk van de lichtintensiteit, golflengte of het gebruik van fotosensitizers. Bijvoorbeeld, DDT is doorgaans vatbaarder voor fotolyse dan zijn meer chemisch resistente analogen zoals hexachloorbenzeen (HCB). Hydrolyse is ook een belangrijke afbraakroute voor bepaalde OCP's, vooral onder alkalische omstandigheden. Endosulfan kan bijvoorbeeld worden gehydrolyseerd tot endosulfandiol, een minder toxische en persistente stof.

Microbiële afbraak is een andere belangrijke afbraakkracht die de bestemming van OCP's in bodem- en aquatische omgevingen beïnvloedt. Verschillende bacteriën, schimmels en algen zijn geïdentificeerd die in staat zijn OCP's gedeeltelijk of volledig af te breken. De snelheid van deze biodegradatie is echter vaak traag, vooral voor sterk gechloreerde verbindingen. Het anaerobe afbraakproces van DDT kan bijvoorbeeld leiden tot de vorming van DDD (dichloordifenyl-dichloorethaan), een andere persistente organische verontreinigende stof. Het is ook belangrijk te vermelden dat dicofol en 4,4’-dichloorbenzenon kunnen worden geproduceerd via DDT-metabolisme, hoewel de metabolismepaden in de bodem nog niet volledig zijn opgehelderd.

De transport en transformatie van OCP's in het milieu worden voornamelijk bepaald door de interacties tussen de fysisch-chemische eigenschappen van de OCP's, zoals dampdruk, pKa, oplosbaarheid, bodemadsorptie, bodemfactoren zoals organisch materiaal, microbiële flora, pH, bodemvochtigheid en bodemfauna, plantensoorten en klimatologische omstandigheden. Bodemkenmerken hebben een grote invloed op het transport en de transformatie van OCP's in bodemsystemen. De belangrijkste factoren die hierbij een rol spelen zijn onder andere de pH van de bodem, het organisch materiaal in de bodem en de temperatuur.

De pH van de bodem beïnvloedt zowel de adsorptie als de afbraak van OCP's. Het is aangetoond dat de adsorptie van OCP's in de bodem zijn hoogste niveau bereikt wanneer de pH 6,14 is. De pH beïnvloedt ook de transformatie van OCP's in de bodem, doordat veranderingen in de moleculaire toestand van OCP's de colloïdale stabiliteit en de efficiënte adsorptieplaatsen in de bodem beïnvloeden. Daarnaast heeft de pH invloed op de microbiële activiteit in de bodem, die op zijn beurt de afbraak van OCP's beïnvloedt. Een hogere pH bevordert de microbiële activiteit, wat leidt tot een hogere afbraaksnelheid van OCP's.

Organisch materiaal in de bodem (SOM) speelt een cruciale rol bij het absorberen en afbreken van OCP's. OCP's kunnen via hydofobe interacties en covalente bindingen binden aan het organisch materiaal, wat de bio-beschikbaarheid van de verontreinigende stoffen vermindert en daardoor de schadelijkheid van OCP's in de bodemomgeving verlicht. De temperatuur van de bodem heeft ook invloed op het gedrag van OCP's, waarbij hogere temperaturen vaak de adsorptie van OCP's verminderen, aangezien dit normaal gesproken een exotherme reactie is.

Het is essentieel voor de lezer om te begrijpen dat de impact van OCP's op het milieu niet alleen afhankelijk is van hun chemische eigenschappen, maar ook van de interacties met biotische en abiotische factoren in het milieu. De afbraak en het transport van deze stoffen kunnen zowel versneld als vertraagd worden door specifieke omstandigheden, zoals bodem pH, temperatuur, en de aanwezigheid van bepaalde micro-organismen. Het dynamische gedrag van OCP's in ecosystemen maakt het cruciaal om verder onderzoek te doen naar de lange-termijngevolgen van hun aanwezigheid en de effectiviteit van strategieën voor het verminderen van hun milieu-impact.