RIESGOS AL AMBIENTE Y A LA SALUD DERIVADOS DE UNA CONTAMINACIÓN CON HIDROCARBUROS Caso específico: Suelo y Subsuelo Dra. Susana Saval Bohórquez Los problemas de contaminación con hidrocarburos pueden ser: Intencionales, por falta de una cultura ambiental o una actitud negativa. En su mayoría, corresponden a pasivos ambientales, se encuentran dentro de instalaciones industriales en operación o abandonadas. Accidentales, corresponden a un evento fortuito e inesperado, generalmente a consecuencia de un error humano, éstos son identificados como “emergencias ambientales”. Según las estadísticas elaboradas por la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (Profepa-SEMARNAT), la mayor parte de las emergencias ambientales ocurren en la cobertura terrestre, por derrame o fuga, principalmente durante el transporte por ducto o por carretera. Estadísticas de Emergencias Ambientales según PROFEPA (Período 1993 – 2009) Características de los productos del petróleo que determinan su destino en el ambiente: Densidad (gravedad específica) Determina su posición con respecto al agua; el petróleo y todos sus productos derivados tienen una densidad menor a la del agua, por lo tanto forman una capa flotante. Viscosidad Determina su migración vertical en el subsuelo. Productos de alta viscosidad: permanecen en la superficie del suelo (crudo, desechos petroleros) Productos de baja viscosidad: migran verticalmente hacia el agua subterránea (gasolina, gasolvente, gasavión, turbosina, diesel, queroseno) (BTEX: benceno, etilbenceno, tolueno, xilenos) EJEMPLOS DE CONTAMINACIÓN DE SUELO SUPERFICIAL POR DERRAME DE PRODUCTOS DE ALTA VISCOSIDAD COMBUSTÓLEO CRUDO LASTRES EJEMPLOS DE CONTAMINACIÓN DEL SUBSUELO POR DERRAME DE PRODUCTOS DE BAJA VISCOSIDAD MEZCLA GASOLINA DIESEL Elementos necesarios para la evaluación del riesgo Fuente de Contaminación Matrices contaminadas Medios afectados SITIO CONTAMINADO Tipo(s) de contaminante(s) Puntos y vías de exposición Mecanismos de trasporte* (Rutas de exposición) Receptores MODELO CONCEPTUAL CONCEPTOS CLAVE Mecanismo de transporte (ruta de exposición): trayectoria que sigue un contaminante desde la fuente de emisión hasta el contacto con las poblaciones receptoras. Vía de exposición: forma mediante la cual el contaminante entra en contacto con el cuerpo, tejido o barreras de interacción del organismo receptor: ingestión, inhalación, contacto dérmico MODELO CONCEPTUAL MEDIO DE TRANSPORTE (AIRE) MECANISMO DE LIBERACIÓN (VOLATILIZACIÓN/SUSPENSIÓN DE PARTÍCULAS) FUENTE DE CONTAMINACIÓN (ALMACENAMIENTO DE DESECHOS) INHALACIÓN PUNTO DE EXPOSICIÓN MEDIO DE EXPOSICIÓN (SUELO) INGESTIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA INGESTIÓN DE LECHE Y CARNE INGESTIÓN DE PRODUCTOS DEL CAMPO MECANISMO DE LIBERACIÓN (DERRAME) MECANISMO DE LIBERACIÓN (LIXIVIACIÓN) NIVEL FREÁTICO DIRECCIÓN DE FLUJO DEL AGUA SUBTERRÁNEA MEDIO DE TRANSPORTE (AGUA SUBTERRÁNEA) Para evaluar el riesgo al ambiente y la salud que constituye un sitio contaminado con productos del petróleo es necesario identificar los contaminantes críticos contenidos en el producto y conocer sus características fisicoquímicas Vía de exposición: inhalación Compuestos químicos con valores elevados de: - Constante de la Ley de Henry - Presión de vapor - Coeficiente de dispersión en aire Vías de exposición: ingestión y contacto dérmico Compuestos químicos con valores elevados de: - Solubilidad - Coeficiente de dispersión en agua - Coeficiente de sorción (en suelo) ESQUEMA GENERAL PARA LA IDENTIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS DE TRANSPORTE ORIGEN DE LA CONTAMINACIÓN ALMACENAMIENTO DE QUÍMICOS MEDIO AFECTADO SUELO SUPERFICIAL TRANSPORTE POR DUCTO TOMAS CLANDESTINAS MECANISMOS DE TRANSPORTE (RUTAS DE EXPOSICIÓN) EROSIÓN DEL SUELO POR VIENTO VOLATILIZACIÓN SUELO SUBSUPERFICIAL VÍAS DE EXPOSICIÓN RECEPTORES INGESTIÓN Y CONTACTO DÉRMICO CON EL SUELO •RESIDENCIAL •COMERCIAL •INDUSTRIAL •RECEPTOR ECOLÓGICO DISPERSIÓN ATMOSFÉRICA ACUMULACIÓN EN ESPACIOS CERRADOS INHALACIÓN DE PARTÍCULAS O DE VAPORES EN EL AIRE •RESIDENCIAL •COMERCIAL •INDUSTRIAL •TRABAJADOR DE LA CONSTRUCCIÓN •RECEPTOR ECOLÓGICO LIXIVIACIÓN ACCIDENTES CARRETEROS AGUA SUBTERRÁNEA DISPOSICIÓN DE DESECHOS SEDIMENTOS Y AGUAS SUPERFICIALES ADVECCIÓN DESCARGA A CUERPOS SUPERFICIALES INGESTIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA POTABLE •RESIDENCIAL •COMERCIAL •INDUSTRIAL CONTACTO DÉRMICO E INGESTIÓN DE AGUAS SUPERFICIALES •RESIDENCIAL •RECREACIONAL •RECEPTOR ECOLÓGICO PARA DEFINIR LOS CONTAMINANTES CRÍTICOS SE REQUIERE Contar con información actualizada sobre los efectos a la salud humana de los contaminantes para distinguir entre: * Toxicidad aguda (efectos no-cancerígenos) y * Toxicidad crónica (efectos cancerígenos) (dosis mínimas de compuestos bioacumulables) CRITERIOS USEPA* PARA LA CLASIFICACIÓN DE SUSTANCIAS QUÍMICAS CON BASE EN EL RIESGO DE CÁNCER PARA CUALQUIER VÍA DE EXPOSICIÓN Carcinógeno a humanos con suficiente evidencia de estudios epidemiológicos A Ejemplos: benceno, cloruro de vinilo Probable carcinógeno a humanos, con evidencia limitada de estudios epidemiológicos Ejemplo: formaldehído B1 Probable carcinógeno a humanos, con suficiente evidencia de estudios con animales, pero inadecuada evidencia de estudios epidemiológicos B2 Ejemplos: benzo(a)pireno, dibenzo(a,h)antraceno, benzo(a)antraceno, benzo(b)fluoranteno, benzo(k)fluoranteno, indeno(1,2,3-cd)pireno, hexaclorobenceno, 1,2-dicloroetano, cloroformo, tetracloruro de carbono, tricloroeteno, tetracloroeteno, cloruro de metileno, lindano, aldrin Posible carcinógeno a humanos con limitada evidencia de estudios con animales C Ejemplos: 1,1-dicloroetano; 1,4-dicloroetano; 1,3-dicloroetano; 1,1,2-tricloroetano; 1,1,2,2-tetracloroetano No clasificable como carcinógeno a humanos por inadecuada evidencia en estudios con animales D Ejemplos: etilbenceno, tolueno y xilenos Evidencia de no-carcinogenicidad en humanos y ninguna evidencia en animales de diferentes especies E Ejemplo: fenvalerato (pydrin) •Agencia de Protección al Ambiente, Estados Unidos de Norteamérica Nota: los ejemplos incluyen productos petroquímicos MODELO CONCEPTUAL DIRECCIÓN DEL VIENTO WIND DIRECTION A B TRANSFORMACIÓN TRANSFORMATION DEPOSITACIÓN POR LLUVIA WET DEPOSITION DISPERSIÓN DISPERSION DEPOSITACIÓN EN SECO DRY DEPOSITION EVAPORATION/ CONCENTRACIÓN REENTRAINMENT POR EVAPORACIÓN IN AIR EN AIRE VÍAS DE EXPOSICIÓN BIOACUMULACIÓN BIOACCUMULATION EN ALIMENTOS IN FOOD CANCER CÁNCER TARGET ORGANO/TEJIDO OBJETIVO ORGAN/TISSUE INGESTIÓN CONTACTO DÉRMICO INHALATION INHALACIÓN INGESTION DERMAL EFECTOS NON-CANCER NO-CANCERÍGENOS ENDPOINTS - EFECTOS RESPIRATORIOS DEFECTOS DE NACIMIENTO EFECTOS REPRODUCTIVOS EFECTOS NEUROLÓGICOS EXCRECIÓN EXCRETION INGESTA/CONSUMO INTAKE/UPTAKE 12 Esquema integral de una evaluación de riesgo a la salud 3. IDENTIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES CRÍTICOS 4. CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTAMINANTES CRÍTICOS 2. CUANTIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES Estudio de caracterización 1. IDENTIFICACIÓN DE LOS MEDIOS AFECTADOS Revisión y análisis de la información 7. IDENTIFICACIÓN DE LAS VÍAS DE EXPOSICIÓN: • Ingestión • Inhalación • Contacto dérmico 6. IDENTIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS DE TRANSPORTE 5. CARACTERÍSTICAS DE LOS RECEPTORES Conocimiento del sitio de estudio RESULTADOS QUE SE ESPERAN ÍNDICE DE RIESGO DE CÁNCER ÍNDICE DE PELIGRO POR TOXICIDAD NIVELES ESPECÍFICOS BASADOS EN RIESGO ACCIONES DE REMEDIACIÓN QUE SE DEFINEN Y ACUERDAN CON LA AUTORIDAD CASO POR CASO Características de los receptores (Humanos) Uso del suelo: industrial/comercial, residencial, agrícola, área natural protegida - Peso corporal promedio - Exposición: duración de las jornadas de trabajo - Duración de la exposición para toxicidad crónica y toxicidad aguda (años de trabajo en esa instalación) - Área superficial de la piel que podría estar en contacto directo con el contaminante - Factor de adherencia a la piel - Ingestión diaria de agua y de suelo - Contacto dérmico e ingestión de aguas superficiales - Consumo de pescado - Recursos naturales no biológicos (suelo de conservación y agua ambiental) - Especies protegidas y/o en peligro de extinción - Especies con valor y/o uso económico Si las concentraciones de los contaminantes críticos son no-detectables o no-carcinógenas, se presume entonces que no hay riesgo a la salud y se considera sólo el riesgo al ambiente. Criterios para calificar el riesgo al ambiente en instalaciones industriales cuando la contaminación en suelo alcanza al agua subterránea (presencia de producto libre): • Exposición directa al producto contaminante • Tipo de trabajadores en la instalación (oficina y campo) • Usos del agua subterránea y superficial • Migración horizontal y vertical del producto contaminante • “Inmovilización” del producto contaminante • Conexión con algún cuerpo de agua superficial y si fuera el caso, existencia de fauna o flora que podría verse afectada Marco regulatorio en México, que rige lo relacionado con la evaluación de riesgo al ambiente y la salud de un sitio contaminado: - Ley General de Prevención y Gestión Integral de Residuos (LGPGIR) - Reglamento de la LGPGIR (arts. 140, 141, 142) ___ ___ ___ En caso de hidrocarburos - NOM-138-SEMARNAT/SS-2003 En caso de metales y metaloides aplica la - NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2007 Material de apoyo: Guía técnica para elaboración de estudios de riesgo ambiental de sitios con suelos contaminados (SEMARNAT-DGGIMAR Dirección General de Gestión Integral de Materiales y Actividades Riesgosas ) Un caso de estudio: Sitio contaminado con hidrocarburos y compuestos orgánicos clorados (hidrocarburos clorados y plaguicidas) ASTM-PS 104-98 Standard Provisional Guide for Risk-Based Corrective Action (RBCA) RBCA Tool Kit for Chemical Releases, Groundwater Services SUSTANCIAS DETECTADAS EN AGUA SUBTERRÁNEA COMPUESTO CLASIFICACIÓN USEPA CONCENTRACIÓN PROMEDIO mg/L SOLUBILIDAD EN AGUA mg/L VOLATILIDAD Cte. Ley Henry (adim) Xilenos D 0.030 198 0.29 Etilbenceno D 0.016 515 0.26 Tolueno D 0.013 169 0.325 Benceno A 0.044 1750 0.229 B2 0.00095 0.006 0.0619 6.2 600 0.219 Hexaclorobenceno trans-1,2-dicloroeteno cis-1,2-dicloroeteno D 1.2 800 1.32 1,2-dicloroetano B2 88.0 8690 0.0495 1,1-dicloroetano C 0.38 5500 0.635 1,4-diclorobenceno C 0.023 145 0.066 1,3-diclorobenceno C 0.018 123 0.134 1,2-diclorobenceno D 0.015 150 0.08 Cloroformo B2 0.56 9640 0.14 Clorobenceno D 0.13 472 0.153 Tetracloruro de carbono B2 0.13 762 1.24 A 5.0 254 3.55 B2 0.81 1,000 0.414 1,1,2-tricloroetano C 10.0 5,930 0.0305 1,1,1-tricloroetano D 0.09 1,260 0.709 Tetracloroeteno B2 1.1 200 0.759 C 0.55 718 0.0825 B2 0.072 13,000 0.0903 0.0025 3.93 0.318 Cloruro de vinilo Tricloroeteno 1,1,2,2-tetracloroetano Cloruro de metileno Acenafteno Naftaleno D 0.039 31 0.0199 Lindano B2 0.0001 6.8 0.000577 Aldrin B2 0.0001 0.0784 0.0206 MEDIO AFECTADO MECANISMOS DE TRANSPORTE VÍAS DE EXPOSICIÓN RECEPTORES TRABAJADORES DE INDUSTRIAS ALEDAÑAS DISPERSIÓN ATMOSFÉRICA INHALACIÓN DE VAPORES VOLATILIZACIÓN ACUMULACIÓN EN ESPACIOS CERRADOS SUELO SUBSUPERFICIAL LIXIVIACIÓN AGUA SUBTERRÁNEA INGESTIÓN DE AGUA TRABAJADORES CONSTANTES EN PLANTA TRABAJADORES OCASIONALES EN PLANTA ADVECCIÓN ALREDEDORES DE LA ZONA INDUSTRIAL MECANISMOS DE TRANSPORTE (RUTAS DE EXPOSICIÓN) FACTORES DE RIESGO POR CÁNCER VÍA DE EXPOSICIÓN Hidrocarburo o compuesto químico INHALACIÓN DE HIDROCARBUROS PROVENIENTES DE SUELO Y SUBSUELO TRABAJADORES PERMANENETES EN PLANTA TRABAJADORES OCASIONALES EN PLANTA TRABAJADORES PERMANENETES EN OFICINAS TRABAJADOR ES DE INDUSTRIAS ALEDAÑAS INGESTIÓN Y CONTACTO DÉRMICO CON SUELO TRABAJADORES PERMANENETES EN PLANTA TRABAJADORES OCASIONALES EN PLANTA INGESTIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA TRABAJADORES PERMANENETES EN PLANTA EN INDUSTRIAS ALEDAÑAS EN LOS ALREDEDORES DE LA ZONA INDUSTRIAL Factores de riesgo por sustancia. Riesgo aceptable 1 E-6 (uno en 1,000,000 de individuos puede ser afectado por cáncer) Xilenos* Tolueno* Etilbenceno* Benceno 7.0 E-9 3.9 E-11 5.9 E-7 7.0 E-9 1.7 E-10 4.8 E-12 4.5 E-6 2.0 E-8 5.0 E-9 Hexaclorobenceno 2.5 E-9 1.2 E-12 1.6 E-7 2.5 E-9 1.3 E-12 7.2 E-14 5.3 E-6 2.4 E-8 5.9 E-9 2.1 E-5 8.4 E-8 1.3 E-3 2.1 E-5 6.6 E-7 1.9 E-8 2.8 E-2 1.2 E-4 3.1 E-5 1.2 E-9 1.5 E-11 7.2 E-8 1.2 E-9 8.8 E-10 2.6 E-11 2.0 E-6 8.7 E-9 2.2 E-9 2.1 E-7 1.4 E-9 1.6 E-5 2.1 E-7 3.0 E-9 8.8 E-11 1.2 E-5 5.3 E-8 1.3 E-8 1.3 E-7 9.0 E-10 1.2 E-5 1.3 E-7 1.7 E-8 4.9 E-10 6.1 E-5 2.7 E-7 6.8 E-8 1,2-trans dicloroeteno* 1,2-cis dicloroeteno* 1,2-dicloroetano 1,1-dicloroetano* 1,4-diclorobenceno 1,3-diclorobenceno* 1,2-diclorobenceno* Cloroformo Clorobenceno* Tetracloruro de carbono Nota: las sustancias marcadas con * son no-carcinógenas a humanos, por ello no fue posible calcular el riesgo de cáncer Hoja 1 de 2 FACTORES DE RIESGO POR CÁNCER VÍA DE EXPOSICIÓN Hidrocarburo o compuesto químico INHALACIÓN DE HIDROCARBUROS PROVENIENTES DE SUELO Y SUBSUELO TRABAJADORES PERMANENETES EN PLANTA TRABAJADORES OCASIONALES EN PLANTA TRABAJADORES PERMANENETES EN OFICINAS EN INDUSTRIAS ALEDAÑAS INGESTIÓN Y CONTACTO DÉRMICO CON SUELO TRABAJADORES PERMANENETES EN PLANTA TRABAJADORES OCASIONALES EN PLANTA INGESTIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA TRABAJADORES PERMANENETES EN PLANTA EN INDUSTRIAS ALEDAÑAS EN LOS ALREDEDORES DE LA ZONA INDUSTRIAL Factores de riesgo por sustancia. Riesgo aceptable 1 E-6 (uno en 1,000,000 de individuos puede ser afectado por cáncer) Cloruro de vinilo 9.7 E-5 1.0 E-7 9.6 E-3 9.7 E-5 2.0 E-6 6.0 E-8 3.3 E-2 1.5 E-4 3.7 E-5 Tricloroeteno 1.1 E-7 8.8 E-11 5.6 E-6 1.1 E-7 4.8 E-9 1.4 E-10 3.1 E-5 1.4 E-7 3.5 E-8 1,1,2-tricloroetano 1.0 E-6 1.8 E-8 5.3 E-5 1.0 E-6 9.6 E-8 2.8 E-9 2.0 E-3 9.1 E-6 2.3 E-6 tetracoloeteno 2.4 E-8 1.7 E-10 2.2 E-6 2.4 E-8 1.7 E-8 4.9 E-10 1.9 E-4 8.6 E-7 2.2 E-7 1,1,2,2-tetracoloetano 3.1 E-7 2.5 E-8 2.3 E-5 3.1 E-7 1.1 E-7 3.2 E-9 3.8 E-4 1.7 E-6 4.2 E-7 Cloruro de metileno 6.6 E-10 1.6 E-10 6.3 E-5 6.6 E-10 2.6 E-9 7.6 E-11 1.9 E-6 8.3 E-9 2.1 E-9 Lindano 2.6 E-11 7.8 E-13 5.1 E-10 2.6 E-11 6.2 E-11 1.8 E-12 4.6 E-7 2.0 E-9 5.1 E-10 Aldrin 7.1 E-10 9.2 E-12 2.0 E-8 7.1 E-10 1.3 E-11 7.7 E-13 6.1 E-6 2.7 E-8 6.8 E-9 2.8 E-4 7.1 E-5 1,1,1-tricloroetano* Acenafteno* Naftaleno* Factores de riesgo acumulado (por todos los compuestos juntos) Riesgo aceptable 1 E-5 (uno en 100,000 individuos puede ser afectado por cáncer) Acumulado 1.2 E-4 2.3 E-7 1.1 E-2 1.2 E-4 3.0 E-6 8.6 E-8 6.4 E-2 Nota: las sustancias marcadas con * son no-carcinógenas a humanos, por ello no fue posible calcular el riesgo de cáncer Hoja 2 de 2 RESUMEN DEL ESTUDIO DE EVALUACIÓN DE RIESGO A LA SALUD HUMANA Vía de exposición / Receptor / Escenario Valor aceptable Carcinogenicidad Toxicidad Probabilidad Riesgo Índice Peligro 1 de 100,000 - 1 - 1 de 8,333 SÍ 0.35 NO 1 de 91 SÍ 23 SÍ 1 de 4,347,826 NO 0.042 NO 1 de 8,333 SÍ 0.35 NO 1 de 333,333 NO 0.0016 NO 1 de 11,627,906 NO 0.0012 NO 1 de 16 SÍ 35 SÍ 1 de 3,571 SÍ 0.15 NO 1 de 14,084 SÍ 0.039 NO Inhalación de vapores provenientes de suelo y manto freático Trabajadores permanentes En planta En oficinas Trabajadores de la construcción En planta Zona industrial Aledaña Ingestión y contacto dérmico con el suelo Trabajadores Permanentes Ocasionales Ingestión de agua subterránea En planta En industrias aledañas Fuera de la zona industrial DETERMINACIÓN DE LOS NIVELES ESPECÍFICOS DE REMEDIACIÓN CON BASE EN EL RIESGO S U E L O AGUA SUBTERRÁNEA Niveles específicos de remediación con base en riesgo mg/kg Concentración en suelo (mg/kg) mayor al límite aceptable basado en riesgo ? Niveles específicos de remediación con base en riesgo mg/l Concentración en agua (mg/L) mayor al límite aceptable basado en riesgo ? Xilenos 17,000 X 200* X Tolueno 62.0 X 20 X Etilbenceno 180.0 X 10 X Benceno 0.032 X 0.0099 √ Hexaclorobenceno 0.021 X 0.00018 √ 1,2-Transdicloroeteno 3.8 X 2.0 √ 1,2-Cisdicloroeteno 7.4 X 1.0 √ 1,2-Dicloroetano 0.0097 √ 0.0031 √ 1,1-Dicloroetano 0.78 X 0.56 X 1,4-Diclorobenceno 12.0 X 0.12 X 1,3-Diclorobenceno 25.0 X 3.1 X 1,2-Diclorobenceno 220.0 X 9.2 X Cloroformo 0.019 X 350 √ SUSTANCIA * concentraciones por arriba de la saturación en suelo o de la solubilidad en agua CONTINÚA …… DETERMINACIÓN DE LOS NIVELES ESPECÍFICOS DE REMEDIACIÓN CON BASE EN EL RIESGO S U E L O AGUA SUBTERRÁNEA Niveles específicos de remediación con base en riesgo mg/kg Concentración en suelo (mg/kg) mayor al límite permisible basado en riesgo ? Niveles específicos de remediación con base en riesgo mg/l Concentración en agua (mg/L) mayor al límite permisible basado en riesgo ? Clorobenceno 8.0 X 2.0 X Tetracloruro de carbono 0.029 X 0.0022 √ Cloruro de vinilo 0.00079 √ 0.00015 √ Tricloroeteno 0.17 X 0.026 √ 1,1,2-Tricloroetano 0.02 X 0.050 √ 1,1,1-Tricloroetano 29.0 X 2.0 X Tetracloroeteno 0.045 X 0.0055 √ 1,1,2,2-Tetracloroetano 0.0063 √ 0.014 √ Cloruro de metileno 0.036 X 0.038 √ Acenafteno 280* X 3.9* X Naftaleno 37,000 X 31.0* X Lindano 0.011 X 0.00022 X Aldrin 0.00033 X 0.000017 √ SUSTANCIA * concentraciones por arriba de la saturación en suelo o de la solubilidad en agua Muchas gracias por su atención Dra. Susana Saval [email protected] Tel. 56 23 36 78 Instituto de Ingeniería, UNAM Edificio 5, Piso 2o, Cubículo 313 Cd. Universitaria, México, D.F., 04510