Tugas Paper Toksikologi LingkunganDosen: Prof.Dr.Ir. Muh.Sjahrul, M.Agr

CASE HISTORY :PCBs in the Hudson River(PCB di Sungai Hudson)

O L E H :ANGGIT SASMITAP0302214007

TEKNOLOGI LINGKUNGANPENGELOLAAN LINGKUNGAN HIDUPPASCASARJANA UNIVERSITAS HASANUDDINMAKASSAR2015

14

BAB 17. CASE HISTORY : PCBs in the Hudson River

17.1 PengantarDalam banyak hal kasus polychlorinated biphenyls (PCB) di Sungai Hudson adalah salah satu masalah klasik, berkaitan dengan dampak teknologi yang tidak terkendali di perairan alami. Sungai Hudson, yang berasal dari gunung Adirondack di New York, telah menjadi tempat perikanan komersial dan olahraga yang signifikan selama bertahun-tahun, tapi saat ini penangkapan ikan komersial telah menurun sebesar 60% dan olahraga memancing sangat dibatasi sepanjang bagian tertentu dari sungai karena tingkat PCB yang tinggi yang ditemukan di dalam jaringan ikan. Hudson adalah reservoir air minum bagi banyak masyarakat tepi sungai. Tingkat PCB melebihi pedoman pemerintah pusat untuk standar air minum ditemukan di daerah-daerah tertentu sebagai akibat dari pembuangan PCB ke dalam sungai selama 25 tahun terakhir.Meskipun yang paling terkenal, Sungai Hudson tentu bukan satu-satunya badan air yang menderita akibat pencemaran PCB. Batas toleransi sementara untuk jaringan ikan dari 5 ppm ditempatkan oleh Food and Drug Administration (FDA) terlampaui oleh ikan besar dan salmon di Great Lakes, lele dan ikan mas di Sungai Ohio, dan trout di New York Finger Lakes. PCB telah ditemukan pada hewan laut serta hewan darat di seluruh dunia. Persebaran dan sifat persistensi PCB adalah dasar untuk keprihatinan kita atas kehadiran PCB di lingkungan.

17.2 Karakteristik PCBPenyelidikan awal pestisida hidrokarbon diklorinasi yang ditemukan di lingkungan mengungkapkan bahwa hidrokarbon diklorinasi tingkat tinggi dalam jaringan hewan tergantung pada lingkungan perairan. Banyak peneliti juga melaporkan adanya senyawa organoklorin tidak dapat diidentifikasi sebagai pestisida diklorinasi atau metabolitnya. Pada tahun 1966, Jensen, selama mempelajari hidrokarbon diklorinasi pada ikan dan satwa liar, mengidentifikasi senyawa ini diketahui sebagai polychlorinated biphenyls atau PCBs, dan mengarahkan perhatian tentang hal tersebut sebagai bahaya lingkungan.Studi kimia selanjutnya dari senyawa ini mengungkapkan bahwa PCB adalah kelas senyawa yang memiliki struktur umum yang ditunjukkan pada Gambar 17.1, di mana x menunjukkan posisi yang dapat ditempati oleh salah satu klorin atau atom hidrogen. Ada total 210 kemungkinan kombinasi, tapi mungkin hanya 102 yang benar-benar ada, jika kita menganggap berbagai 5-8 atom klorin per molekul dan jumlah di setiap cincin yang berbeda dengan tidak lebih dari satu.Kesamaan dengan pestisida hidrokarbon diklorinasi (Gambar 17.1) dalam struktur menyebabkan kebingungan antara PCB dan residu pestisida dalam studi sampel lingkungan sebelum 1966. Analisis sampel lemak dan telur burung, baik sebelum maupun sesudah pemisahan PCB, menunjukkan rentang tingkat pestisida yang sebenarnya dari 0 sampai 100%. Besarnya komponen PCB bervariasi sesuai dengan tingkat trofik yang telah dipelajari dan jarak dari perkotaan ke daerah industri.

DieldrinPCB

Aldrin

Heptachlor

p,p-DDT

p,p-DDD

Gambar 17.1 Struktur Kimia beberapa senyawa hidrokarbon diklorinasi

Sifat-sifat kimia yang membuat PCB sebagai bahan industri yang bernilai adalah stabilitas termal yang sangat baik, ketahanan yang kuat terhadap serangan asam dan basa, dan general chemical inertness. Di antara sifat-sifat fisik yang paling penting dari PCB adalah tekanan yang rendah uap, kelarutan air yang sangat rendah, dan konstanta dielektrik tinggi. Mereka larut dengan pelarut organik dan kompatibel dengan berbagai jenis polimer. Rentang keadaan fisik mereka dari cair ke kristal menandakan bahwa tingkat klorinasi meningkat.Karena banyak bentuk dan sifatnya, PCB telah digunakan dalam berbagai aplikasi, misalnya, dalam pembuatan kapasitor, seperti plastik, dan cairan hidrolik, perekat, dan produk percetakan, dan masih banyak lagi kegunaan lainnya. Bahaya untuk pekerja di industri manufaktur atau yang menggunakan PCB telah dikenal selama bertahun-tahun. Berulang atau berkepanjangan kontak dapat menyebabkan chloracne. Keracunan sistemik dapat menyebabkan penyakit kuning, mual, muntah, penurunan berat badan, edema, sakit perut, dan luka hati.Salah satu contoh yang paling spektakuler dari keracunan PCB akut terjadi di Jepang dan telah dikenal sebagai insiden Yusho (rice oil disease). Pada tahun 1968 penyakit ini, yang menyerang lebih dari 1000 masyarakat Jepang, terkontaminasi PCB minyak beras selama proses produksi. Tingkat 2000 ppm PCB dalam minyak beras yang menyebabkan gejala penyakit termasuk kebutaan, jerawat parah, borok rahim, dan penggelapan kulit. Keguguran dan kematian bayi saat dilahirkan dan bayi yang hidup menderita pigmentasi normal sebagai akibat dari transmisi transplasental dari PCB.Toksisitas akut PCB bagi vertebrata dan invertebrata relatif rendah (lebih rendah dari DDT hingga dua lipat) dan berbanding terbalik dengan tingkat klorinasi. Rentang nilai LD50 250-1300 mg/kg ditemukan dalam literatur untuk tikus dalam eksperimen dengan memakan 1.254 isomer. Vertebrata yang lebih rendah jauh lebih rentan keracunan PCB daripada mamalia.Masalah keracunan kronis PCB adalah masalah yang jauh lebih serius daripada toksisitas akut. Bahaya PCB di lingkungan merupakan salah satu bahaya jangka panjang, meski keracunan dengan tingkat rendah. Penyebaran luas senyawa ini terus-menerus menimbulkan ancaman serius terhadap lingkungan.Toksisitas PCB kronis pada ayam ditemukan dengan tidak sengaja dan dilaporkan pada tahun 1970. Gustafson di University of Missouri mengamati bahwa ayam mati setelah ditempatkan di sebuah rumah makan yang baru dicat dengan cat epoxy. Penyelidikan yang diikuti mengungkapkan bahwa faktor beracun adalah PCB, Aroclor 1242, yang digunakan sebagai pengikat di cat.Patologi efek kronis subletal dosis PCB berbeda dalam mamalia dibandingkan burung. Pada mamalia terlihat pada jaringan hati, sedangkan pada burung efek merugikan terlihat di kantung perikardial, ginjal, dan limpa, serta hati.PCB telah ditemukan pengganggu dua jalur yang mempengaruhi ketebalan kulit telur burung. Karena mereka adalah penstimulasi hydroxylases steroid yang kuat, mereka berperan penting dalam menurunkan tingkat hormon estrogen steroid, yang mengatur cadangan kalsium pada burung. PCB juga mengurangi ketersediaan kalsium dengan mengganggu sistem karbonat anhidrase, yang mengontrol aliran kalsium dalam aliran darah ke saluran telur.Toksisitas PCB bagi organisme air lebih halus karena kelarutan terbatas senyawa ini. Dalam sistem alam kompleksitas disusun oleh dinamika jaring makanan yang rumit. Laporan terbaru dari berbagai efek metabolik yang ditimbulkan oleh PCB pada organisme yang berbeda berkisar dari kenaikan toksisitas dioksin dan kekurangan vitamin A untuk efek antitumor dari Aroclor 1254. Toksikologi PCB merupakan tingkat sel yang kompleks dan masih harus didefinisikan dengan jelas. Ringkasan dari berbagai efek yang ditimbulkan oleh paparan PCB dapat ditemukan dalam Dokumen Kriteria EPA untuk PCB dan dalam laporan yang diterbitkan oleh Departemen Kesehatan, Pendidikan dan Kesejahteraan Amerika Serikat, dikutip dalam "Suggested Reading."17.3. Sumber Polusi PCBPCB telah diproduksi di Amerika Serikat sejak 1929 secara eksklusif oleh Monsanto Company. Diperkirakan bahwa Monsanto telah menghasilkan sekitar 400.000 ton PCB selama periode 1948-1973. Perusahaan memproduksi sekitar satu-setengah dari PCB dunia. PCB juga telah dibuat di Jepang, Inggris, Perancis, Jerman, Italia, Spanyol, Cekoslovakia, dan Uni Soviet. Pada tahun 1971, Monsanto dengan sukarela mengumumkan bahwa mereka akan membatasi penjualan untuk "siklus tertutup" yaitu sistem pada transformator dan kapasitor.Penggunaan PCB oleh General Electric fasilitas kapasitor produksi di Hudson Falls dan Fort Edward di Sungai Hudson, New York (Gambar 17.2) keduanya telah meluas dan lama. Antara tahun 1966 dan 1974 fasilitas ini dibeli 78 x 106 lb PCB, yang mewakili sekitar 15% dari US penjualan domestik PCB selama waktu itu. PCB telah digunakan sebagai dielektrik kapasitor utama selama 25 tahun terakhir di General Electric. Meskipun penggunaan PCB dalam kapasitor dan transformer tidak mengakibatkan kerusakan lingkungan (kecuali jika barang-barang tersebut menjadi berkarat atau rusak ketika dibuang), proses manufaktur mereka menghasilkan volume debit air besar yang sarat PCB.Meskipun peningkatan kadar PCB yang pertama kali terlihat pada biota di Hudson River pada tahun 1969, pentingnya mereka tidak diakui secara luas. Pada tahun 1971, Biro Perikanan New York mempelajari bass bergaris dari Sungai Hudson memiliki kandungan PCB 11 ppm dalam telur dan 4 ppm dalam daging mereka. Pada bulan Desember tahun 1972, General Electric diterapkan EPA untuk membuat izin pembuangan yang menyatakan bahwa dua pabrik pemakaian rata-rata hidrokarbon klor 30 lb/hari. Izin tersebut berlaku efektif pada 31 Januari 1975.Sampai akhir musim panas 1973, debit PCB dipertahankan oleh Fort Edward Dam terdahulu. Negara memberikan izin untuk menghilangkan bendungan pada bulan Oktober 1973. Hal ini dimobilisasi volume besar sedimen yang dikumpulkan di belakang bendungan. Kemudian ditemukan bahwa sedimen tersebut terkontaminasi PCB. (Untuk menambah informasi, pada bulan April 1976, rekor banjir di wilayah itu menghanyutkan sedimen hilir yang mengandung PCB.) Itu terjadi pada tahun 1975 merupakan sampel sedimen ekstensif dan ikan dari Sungai Hudson. Pada akhirnya terlihat jelas keterlibatan fasilitas kapasitor manufaktur General Electric sebagai titik sumber yang berakibat PCB yang berjumlah besar di Hudson.

Gambar 17.2 Lembah Sungai Hudson

Sebagai tindakan atas informasi ini, Departemen Konservasi Lingkungan New York membawa tuduhan terhadap General Electric Company untuk kasus pencemaran Sungai Hudson dengan racun PCB. Pada bulan September 1976, penyelesaian antara kedua pihak telah diselesaikan. Sidang yang memutuskan penyelesaian akhir menemukan kedua belah pihak bersalah: pelecehan perusahaan dari pihak General Electric dan kegagalan regulasi pada pihak negara bagian New York. General Electric diperlukan untuk mengurangi pembuangan PCB untuk 1 g/ hari mulai September 1976, untuk 1 g/hari pada bulan Mei 1977, dan untuk berhenti menggunakan PCB pada bulan Juli 1977. General Electric dan Negara Bagian New York telah berbagi dalam biaya studi ekstensif sejak itu untuk memantau keberadaan dan tingkat PCB di Hudson, untuk menyelidiki kebutuhan tindakan perbaikan, dan untuk melaksanakan tindakan tersebut jika diperlukan.Meskipun sumber titik dengan jelas terbukti menjadi kontributor utama terhadap masalah PCB di Hudson, beberapa sumber lain juga telah diidentifikasi. PCB memasuki lingkungan dari limbah kota, melalui pencucian dari pembuangan dan tempat pembuangan sampah, dan dari pembakaran sampah. Mereka kemudian diangkut melalui sungai dan atmosfer. Deposisi dari atmosfer terjadi sebagai dryfall, hujan, dan salju.17.4 Persistensi dan Efek pada Biota SungaiPersistensi PCB di lingkungan akuatik dengan mudah diserap ke partikel yang cepat mengendap keluar dari kolom air menjadi bagian dari sedimen sungai. Di sana, oksigen merupakan faktor pembatas bagi sebagian besar mikroorganisme dan proses bidegradasi mikroba yang sangat dibatasi. Banyak mikroorganisme memiliki kemampuan untuk memetabolisme PCB, tetapi kondisi untuk pertumbuhan harus sesuai.Hasil penyelesaian ini adalah akumulasi dari PCB dalam organisme bentik sebanding dengan kadar lemak mereka. Tingkat PCB dalam makroinvertebrata yang menempel pada permukaan buatan dipelajari sepanjang Sungai Hudson. Sebagian larva nyamuk (Chironomidae) dikumpulkan, dengan organisme yang paling banyak berikutnya menjadi cacing oligocheate. Selama periode sampling, Juni 1976 sampai Agustus 1977, data yang dikumpulkan menunjukkan konsentrasi PCB secara konsisten lebih tinggi di organisme dari Upper Hudson di bawah Fort Edward daripada di bagian sungai lain. Tingkat PCB dalam ikan dan sedimen juga tertinggi di kawasan ini. Para makroinvertebrata yang dikumpulkan di Hudson River Estuary (bawah Troy) mengandung kadar di atas rata-rata, tetapi kurang dari kandungan PCB yang ada di Upper Hudson.PCB telah ditemukan berakumulasi di fitoplankton dan juga tumbuhan. Mereka telah terbukti mengurangi pertumbuhan beberapa tumbuhan air pada tingkat kurang dari 5 ppm. Sebuah diatom laut (Cylindrica closeterium) telah menunjukkan akumulasi Aroclor 1242 untuk konsentrasi sel 1100 kali dari tingkat ambien. Sintesis RNA dengan kuat menghalangi lebih dari 2 minggu selama eksposur PCB jangka panjang. Penundaan pertumbuhan mikroorganisme ini juga diamati untuk banyak spesies bakteri laut.Ikan yang memakan organisme yang lebih rendah ini kemudian menumpuk PCB dalam jaringan mereka. 5 ppm batas toleransi untuk ikan dimakan ditetapkan oleh FDA telah terlampaui oleh semua spesies sampel di bawah Hudson Falls kecuali ikan shad Amerika, ikan sturgeon besar, dan ikan mas. Industri kerang di Hudson River Estuary benar-benar ditutup, yang mewakili kerugian jutaan dolar untuk industri perikanan New York.

Gambar 17.3 Bioakumulasi PCBs pada Rantai Makanan

17.5 Pembuangan PCB di DaratanDiperkirakan bahwa sekitar 50% PCB di lembah Sungai Hudson segera mengisi daratan dan mengeruk daerah di Upper Hudson. Sekitar seperempat dari jumlah ini dikaitkan dengan mengeruk daerah kerukan yang berbatasan langsung dengan sungai. Mereka yang mengandung sedimen dikeruk dari sungai oleh negara bagian New York untuk pemeliharaan normal sungai untuk tujuan transportasi. Jumlah terukur resapan PCB atau ter-erosi dari daerah tersebut. Meskipun PCB hanya stabil sedikit, daerah ini juga memancarkan PCB ke udara.Beberapa spesies yang berbeda dari tanaman terestrial diperiksa di daerah yang berdekatan dengan lokasi pembuangan. Konsentrasi PCB dalam jaringan tanaman ini sangat bervariasi dari 2.770 ppm (berat kering) sampai tidak terdeteksi. Tanaman dengan tingkat PCB tertinggi adalah goldenrod, aster, dan rumput. Tanaman lebih tinggi kandungannya yang memiliki permukaan lengket, seperti staghorn sumac, juga memiliki tingkat tinggi. Debu yang terkait dengan tanaman ini adalah sumber utama dari PCB daripada transport sistemik. Pengaruh PCB pada tanaman terestrial adalah minimal. Bahkan pada konsentrasi tinggi, tidak ada kelainan atau tanda-tanda klorosis muncul. Namun, penggembalaan hewan di tanaman yang mengandung PCB menimbulkan ancaman serius terhadap lingkungan.17.6 Distribusi PCB di Sungai HudsonSejak tahun 1974 lebih dari 1.300 sampel sedimen telah diambil sepanjang Sungai Hudson untuk analisis PCB. Density Sampling terbesar ada di bagian sungai di selatan Fort Edward.Ditemukan bahwa sedimen berpasir dan berkerikil yang rendah kandungan PCB, sedangkan sedimen yang memiliki kandungan organik yang tinggi biasanya memiliki konsentrasi PCB lebih besar dari 50 ppm dan konsentrasinya jarang yang kurang dari 25 ppm di Upper Hudson. Selain itu, sedimen bertekstur halus memiliki tingkat lebih tinggi dari sedimen bertekstur kasar. Konsentrasi PCB di sedimen permukaan berkisar dari 100 ppm di Fort Edward, 60 ppm di Albany, 6 ppm di New York Harbor. Pada kedalaman 30 cm ke bagian tengah sedimen di Upper Hudson, konsentrasi yang lebih tinggi terlihat, (Tabel 17.1). Delapan bendungan antara Fort Edward dan Troy memberikan perubahan elevasi 36 m. Sedimen berkumpul di balik bendungan tersebut. Ketika bendungan Fort Edward telah dihapus, perpindahan PCB terus mengikuti sungai. Kumpulan yang terlihat dengan sedimen yang baru Tabel 17.1 Profil PCB di Sedimen bagian TengahDepth in coreMean PCB concentration

(cm)(ppm)No. of samples

Old Fort Edward Dam to Thompson Island Dam (5-mile stretch)

0-89387

8-1611257

16-30120103

30-4613363

46-707527

70-91699

915Thompson Island Dam to Northumberland Dam (5-mile stretch)7

0-810247

8-1615323

16-3013051

30-464822

46-70611

70-913Northumberland Dam to Federal Lock at Troy (30-mile stretch)1

0-82248

8-164725

16-304962

30-461422

46-7056

70-913New York City Harbor1

0-104

10-206

20-307

30-606

60-80Not detectable

Source: Adapted from New York State Department of En vironmental Conservation Technical Paper 51,1978.mengendap kemudian menjadi dasar sungai setelah itu terganggu oleh arus tinggi dan lalu lintas kapal, menyebabkan resuspension dan redeposition sedimen sungai. Secara umum, konsentrasi yang lebih tinggi dari PCB ditemukan di endapan berlumpur di dekat tepi sungai daripada di pusat, pada daerah kecepatan tinggi sungai. Tumpukan sedimen cenderung tidak tersuspensi ulang, sehingga PCB cenderung menumpuk di sana.Survei perairan untuk kasus PCB telah berlangsung sejak tahun 1970, kecuali air dari Sungai Hudson dan Mohawk (anak sungai dari Sungai Hudson), PCB tidak terdeteksi di air tanah dan air permukaan. PCB tidak terdeteksi pada bagian utara General Electric, tetapi umumnya terdeteksi di tempat lain di Upper Hudson. Hanya ada data terbatas mengenai konsentrasi PCB di Lower Hudson, dan ini berasal dari daerah Poughkeepsie dan Troy. Nilai yang telah diukur berkisar antara 0,1 dan 1,1 ppb.Sumber PCB di biota didominasi berasal dari rantai makanan. Organisme kecil berfungsi untuk mengangkut senyawa ini dari lingkungan sedimen, sehingga terjadi distribusi yang luas dalam kehidupan air lainnya. Jumlah total PCB yang ada dalam biota Sungai Hudson sangat kecil (sekitar 0,1%) dibandingkan dengan jumlah besar dalam sedimen dan lokasi pembuangan tanah (Tabel 17.2).Meskipun sangat sulit untuk diperkirakan, PCB dihitung bahwa lembah Sungai Hudson mengirimkan 3 ton PCB ke Lower Basin pada tahun 1977. Hal ini dirasakan bahwa banyak dari ini berasal dari daerah-daerah yang sangat terkontaminasi tertentu di Upper Hudson, terutama tumpukan sedimen yang berada di atas daerah bendungan yang dihilangkan di Fort Edward. Sebagian besar PCB ini telah pindah hilir, hasilnya ada daerah lain di Upper Basin yang sangat terkontaminasi.Tabel 17.2 Distribusi PCB di lembah Sungai HudsonSitePCBs (tons)

Upper Hudson440

Lower Hudson220

Landfills and dumps530

Dredge Spoils160

River Biota0.1-1

Source: Adapted from New York State Departement of Enviromental Conservation Technical Paper 51, 1978

17.7 Tindakan PerbaikanDilema apa yang harus dilakukan sekarang yaitu masalah telah ditetapkan menjadi perhatian segera karena sebagian besar tindakan perbaikan menjadi kurang efektif dimana PCB menjadi lebih tersebar. Satu tahun telah dihabiskan dalam mengevaluasi teknologi kontrol yang tersedia untuk masalah PCB di Sungai Hudson (Tabel 17.3).Tabel 17.3 Teknologi Kontrol untuk Sedimen terkontaminasi PCBMethodStatus of development

Removal DredgingActivated carbon sorptionBioharvesting of fishSorption by oil-soaked matsCommon practice, but technology for disposal of the dredged spoils has only been tested on a pilot scale for 1 year

Laboratory tested

Conceptual

Conceptual

Destruction in placeDegradation by UV ozonationBiodegradation by microorganismsChemical treatment

Pilot scale development for closed systems

Laboratory tested (rapid development)

Conceptual

Fixing in placeSorptionErosion control of river bottomChemical fixationPhysical covering of sediments

Laboratory tested

Conceptual

Conceptual

Conceptual

Source: Adapted from New York State Departement of Enviromental Conservation Technical Paper 51, 1978Tindakan yang New York State yang mungkin akan diambil adalah pengerukan parsial, meskipun total pengerukan lembah Upper Hudson juga telah diusulkan. Biaya lingkungan dan wajib pajak akan tinggi dan masalahnya mungkin hanya dipindahkan ke tempat lain sebagai masalah sampah, semenjak dikeruknya sedimen harus ditempatkan di suatu tempat atau dibuang dengan beberapa cara lain. Tujuan dari metode pembuangan adalah penempatan pada isian tempat dari kerukan, yang berarti bahwa komponen kerukan sedimen (PCBs dsb) maupun produk degradasi dari komponen ini harus ditahan pada tempat yang telah dipilih oleh garis dan penutup. Kedua lokasi dari tempat ini dan metode penahanan adalah dua masalah yang sangat serius yang belum diselesaikan sebelum pengambilan tindakan.

1