Legacy and emerging pollutants: their sampling, determination and risk assessment

Mgr. Ondřej Audy, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Jako persistentní organické polutanty (POPs) označujeme skupinu látek, které v prostředí odolávají biotickému i abiotickému rozkladu. Díky tomu může docházet k jejich transportu na velké vzdálenosti od místa původu a k jejich akumulaci v živých organismech a prostředí. Velké množství POPs patří mezi toxické látky, které mají negativní dopad na člověka i ostatní živé organismy. Pro efektivní sníženi nebo eliminaci rizik způsobovaných těmi nejrozšířenějšími a nejnebezpečnějšími POPs bylo nutno podniknout opatření na globální úrovni. Stockholmská úmluva o persistentních organických polutantech vstoupila v platnost v roce 2004 s cílem regulovat persistentní, bioakumulativní a toxické POPs. V původní podobě Úmluva zahrnovala především látky používané v průmyslu a zemědělství, později byla rozšířena i o látky používané v produktech osobní spotřeby a ve vnitřním prostředí schopných přímo působit na člověka. Pro vyhodnocení účinků podniknutých opatření byl vytvořen Globální monitorovací plán Stockholmské úmluvy o POPs, sledující čtyři klíčové matrice, včetně vzduchu. Pro vzorkování vzduchu bylo vybráno pasivní vzorkování, jakožto levná a efektivní metoda vzorkování POPs. Cílem této práce bylo vyhodnotit použití polyuretanové pěny k pasivnímu vzorkování původních i nově zařazených POPs ve vnitřním i vnějším prostředí. Byla provedena kalibrační studie pasivního vzorkovače s využitím paralelního aktivního vzorkování pro celkem sedm skupin látek. Výkon vzorkovače závisel na podmínkách prostředí; pro látky nacházející se v ovzduší zároveň v plynné fázi i vázané na částicích poskytoval vzorkovač menší variabilitu a lepší výkon ve vnitřním prostředí oproti použití ve vnějším prostředí. Použitelnost pasivního vzorkování vzduchu ve vnitřním prostředí byla poté prokázána v mezinárodní studii spojené se vzorkováním prachu a inertních povrchů v domácnostech ze Severní Ameriky (Kanada, USA) a Střední Evropy (Česká republika). Zjištěné rozdíly v hladinách zpomalovačů hoření a pesticidů odpovídaly jejich historickému používání v konkrétních zemích. Byla nalezena jednoznačná závislost mezi hladinou původních POPs a stářím budovy. Krom toho relativně vysoké hladiny desítky let zakázaných POPs, jako například polychlorovaných bifenylů nebo organochlorových pesticidů zdůrazňují význam vnitřního prostředí pro expozici člověka nejen novým, ale i původním polutantům.

Abstract:

Persistent organic pollutants (POPs) are a group of chemicals that are resistant to biotic and abiotic degradation in the environment. This makes them capable of accumulation in biota and the environment and able to travel long distances from their point of origin/emission. Many POPs are potent toxicants, causing adverse effects in humans and wildlife. Global regulatory action was needed to reduce or eliminate risk from the most ubiquitous and dangerous POPs. The Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants was established in 2004 to regulate persistent, bioaccumulative and toxic POPs. Originally focused on agricultural and industrial chemicals, later amendments included compounds used in consumer products found in indoor environments with direct relevance to human exposure. To assess the effectiveness of regulatory actions, the Global Monitoring Plan of the Stockholm Convention was developed, covering sampling of four core matrices, including air sampling. For that purpose passive sampling was selected as a cheap and effective method for sampling of POPs. The aim of this thesis was to evaluate use of passive air sampling of both old and newly added POPs using polyurethane foam passive air sampling in indoor and outdoor environments. A calibration study was performed using parallel passive and active air sampling and results were evaluated for seven classes of compounds. Sampler performance was affected by environmental and meteorological conditions, resulting in less variability and better performance for compounds found both in gas phase and on particles in indoor environments compared to outdoors. The applicability of passive air sampling in indoor environments was then demonstrated by an international sampling campaign using passive air sampling in conjunction with settled floor dust and window film sampling in homes in in North America (Canada and USA) and Central Europe (Czech Republic). Differences in levels of flame retardants and pesticides corresponded to past usage and consumption in respective countries. A clear relationship was found between levels of legacy POPs and the age of the buildings. Moreover, significant levels of POPs regulated decades ago, such as polychlorinated biphenyls and organochlorine pesticides, highlights importance of indoor environment for human exposure for both legacy and emerging compounds.

Keywords

persistent organic pollutants, passive sampling, flame retardants, indoor environment, air, persistentní organické polutanty, pasivní vzorkování, zpomalovače hoření, vnitřní prostředí, vzduch

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 1. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 26. 6. 2018
• Supervisor: Ph.D. Lisa Emily Melymuk
• Reader: prof. Ing. Josef Čáslavský, CSc., Assoc. Prof. Gilberto Fillmann, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Environmental Chemistry