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Se define ANÁLISIS CUANTITATIVO DE RIESGOS (ACR) como el proceso por el cual se identifican o evalúan los riesgos potenciales y reales que la presencia de un suelo y/o agua subterránea contaminada puede suponer para la salud humana de los usuarios o ecosistemas en un escenario de riesgos determinado.
RIESGO: probabilidad de que ocurra un efecto adverso sobre la salud debido a la exposición de elementos químicos en el terreno.
ESCENARIO DE RIESGOS: define cualitativamente las condiciones y mecanismos de distribución de la contaminación en el emplazamiento identificando las rutas de exposición que ponen en contacto a la población o ecosistemas con el contaminante. Todo ACR se compone de 4 partes fundamentales:
§ Modelo conceptual del emplazamiento.
§ Análisis de toxicidad de los contaminantes.
§ Análisis de la exposición.
§ Análisis del riesgo (índices de peligrosidad y riesgo).
El Modelo Conceptual corresponde a la idealización del emplazamiento y su entorno, desde el punto de vista de la geología (características de los suelos), hidrogeología (características de los acuíferos), hidrología, usos del suelo, vías de exposición y receptores potenciales.
Es decir, se trata de definir el escenario para una situación temporal definida (la actual, la futura previsible, situación hipotética, etc.) y el conjunto de condiciones del emplazamiento en términos de los elementos que constituyen la cadena de riesgos.
En la figura anterior, se muestra una estación de servicio, en la que uno de sus tanques de almacenamiento presenta una fuga de combustible. Esta fuga ha provocado la contaminación de los suelos y la generación de una pluma de afección en las aguas subterráneas, contaminando un acuífero. Aguas abajo de la E.S ., se encuentra una vivienda que cuenta con un pozo de aprovechamiento de las aguas subterráneas, utilizado para el consumo humano y riego de una pequeña huerta. Se definen de este modo dos receptores principales: los trabajadores de la E.S. y los residentes y usuarios del pozo receptor. Las vías de exposición quedan definidas por la inhalación de vapores procedentes de suelos y aguas subterráneas para la E.S. y la inhalación de vapores en espacios abiertos e ingestión de aguas subterráneas en el entorno de uso residencial.
La principal fuerte de información para la elaboración el ACR procede de los estudios de caracterización ambiental del emplazamiento.
En general toda caracterización de riesgos responde a un esquema sencillo, constituido por tres elementos fundamentales: foco (causa del impacto), rutas de exposición y receptores. Para que exista riesgo, es necesario que los tres elementos citados se den simultáneamente.
FOCO: causa original de la contaminación de los suelos y aguas subterráneas debida a una instalación o actividad contaminante localizada.
RUTA DE EXPOSICIÓN: relacionan el foco de la contaminación con los receptores finales de aquélla. Se compone de foco-contaminante-medio-mecanismo de movilización-vía de exposición-receptor.
RECEPTORES: individuos representativos de grupos de la población expuestos a la contaminación procedentes del foco a través de una o varias rutas de exposición.
El análisis de la toxicidad se centra en establecer de forma cuantitativa y cualitativa las características toxicológicas de los distintos compuestos contaminantes presentes en los focos de contaminación.
De esta manera los compuestos contaminantes pueden clasificarse en 4 grupos en base a los procesos biológicos a los que afectan:
§ Efectos tóxicos: en general, cualquier daño producido en el organismo como resultado de la interacción físico-química de una sustancia y el sistema biológico.
§ Efectos cancerígenos: daños que se manifiestan en la aparición de tumores malignos en cualquier tejido.
§ Efectos mutagénicos: daños que se manifiestan en alteraciones de los componentes hereditarios del material genético.
§ Efectos teratogénicos: daños producidos en el feto que se manifiestan en defectos de nacimiento no hereditarios.
Desde el punto de vista del tratamiento toxicológico y su aplicación en la evaluación de riesgos, se diferencian dos tipos de contaminantes:§
§ Contaminantes sistémicos o no cancerígenos: contaminantes que se caracterizan por presentar un umbral por debajo del cual no se puede apreciar ningún efecto adverso. Se admite un umbral o dosis máxima admisible para cada compuesto.
Para definir la relación dosis-respuesta en los contaminantes cancerígenos, se recurre a modelos matemáticos a partir de datos experimentales en el rango de los efectos observables, a partir de los cuales se elabora una curva dosis-respuesta. Para estimar la respuesta en dosis bajas, se simplifica la curva a una recta. De ahí se obtienen los valores de factor pendiente (Sf) o la unidad de riesgo de cáncer (URF), utilizados para caracterizar la relación dosis-respuesta.
De este modo se tienen los siguientes parámetros:
§ Sfo (mg/kg día-1): Factor de Pendiente oral (solo ingestión y contacto dérmico).
§ Sfi (mg/kg día-1): Factor de Pendiente de inhalación.
§ URF: Factor de Riesgo Unitario por Inhalación (solo inhalación).
Factor pendiente: hace referencia al límite superior del intervalo de confianza de una estimación de la probabilidad de respuesta por unidad de exposición durante todo el periodo de vida y cuantifica el incremento de probabilidad de desarrollar cáncer como resultado de la exposición a una sustancia.
Unidad de riesgo: se le da la misma interpretación que el caso del factor pendiente, pero expresado en unidades de concentración del contaminante en el medio de contacto.
El riesgo de padecer cáncer a causa de la exposición a un determinado agente cancerígeno se expresa como incremento de probabilidad frente a las condiciones de fondo, es decir sin la presencia del contaminante.
Existen clasificaciones de compuestos cancerígenos, internacionalmente reconocidas (IARC, International Agency for Research on Cancer y USEPA):
Clasificaciones de compuestos cancerígenos | ||
Grupo IARC | Grupo USEPA | Descripción |
1 | A | Cancerígeno probado para el hombre |
2 2A 2B | B B1 B2 | Probable cancerígeno para el hombre Suficiente evidencia en animales y limitada en humanos Suficiente evidencia en animales y evidencia inadecuada humanos |
3 | C D E | Posible cancerígeno para el hombre No clasificable como cancerígeno para el hombre Existe evidencia de que no es cancerígeno para el hombre |
Como se indicaba anteriormente, los contaminantes no cancerígenos son aquellos que por debajo de un umbral o concentración de referencia no se observan efector adversos.
Estos umbrales definidos para cada compuesto y para distintas vías de exposición (ingestión, inhalación y contacto dérmico) se denominan concentraciones de referencia o dosis de referencia (Rf).
Se definen:
§ RfDo (mg/kg día) (RFD): Dosis Oral de referencia (ingestión y contacto dérmico).
§ RfDi (mg/m3) (RFC): Dosis de Inhalación de referencia.
Existen gran número de organizaciones o agencias que recogen documentan en bases de datos, todos los parámetros toxicológicos necesarios para abordar estudios de evaluación de riesgos.
Entre las principales cabe destacar:
§ Organización Mundial de la Salud (OMS): Programa Internacional sobre Seguridad Química (IPCS), que publican los documentos Environmental Health Criteria (EHC). http://www.inchem.org/pages/ehc.html
§ Agencia Internacional de Investigación del Cáncer (IARC) de la OMS : Principal referencia a nivel mundial sobre el cáncer. Programa de Evaluación de Riesgos Cancerígenos para la Salud Humana (IARC Monographs Programme on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans). http://monographs.iarc.fr/
§ USEPA: Base de datos IRIS (Integrated Risk Information Service). http://www.epa.gov/iris/
§ Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (INHST). http://www.mtas.es/insht/practice/vlas.htm
§ Texas Texas
El análisis de la exposición de un determinado receptor tipo a un determinado contaminante se expresa en términos de dosis/ingesta del mismo para cada una de las vías de exposición.
INGESTA MEDIA: corresponde a la cantidad de contaminante a la que se ve expuesto un receptor a través de una vía de exposición concreta promediada sobre un periodo de exposición determinado y normalizado por el peso corporal del receptor. La más utilizada corresponde a la diaria, que se expresa como masa de contaminante por unidad de peso del receptor y día.
La siguiente expresión permite calcular la ingesta media diaria:
donde:
I = ingesta media diaria.
C = concentración representativa de la exposición.
TC = tasa de contacto.
P = peso corporal del receptor.
TE = tiempo de exposición.
PE = periodo de exposición.
PERIODO DE EXPOSICIÓN: se define como la duración total del intervalo de tiempo sobre el que se promedia la exposición. Para contaminantes cancerígenos (PE = 70 años), para contaminantes sistémicos con efectos agudos (PE = variable del orden de horas), subcrónicos (PE = 7 años) y crónicos (PE = 30 años para adultos y 6 años para niños).
TIEMPO DE EXPOSICIÓN: se define como el sumatorio de las duraciones de cada uno de los episodios en los que el receptor está efectivamente en contacto con los contaminantes a lo largo del periodo de exposición. Se estable como producto de frecuencias (fi) con que tienen lugar los episodios de exposición y las duraciones (di) de los mismo.
TASA DE CONTACTO: es la cantidad del medio contaminado (suelo, agua, aire, alimentos) que entra en contacto con el receptor en la unidad de tiempo a la que se refiere la ingesta (por ejemplo: 50-100 mg/día por ingestión accidental de suelo, 1 l/día por ingestión de agua ó 250 g/día de ingesta de carne).
La caracterización del riesgo integra los resultados del análisis de la toxicidad y de la exposición, basándose en la determinación de los índices de riesgos, a partir de la definición de los escenarios, contaminantes, vías de exposición y receptores potenciales.
La caracterización del riesgo se realiza en dos etapas:
§ Cálculo unitario del índice de riesgo asociado a cada contaminante y vía de exposición por separado.
§ Cálculo acumulado del índice de riesgo, derivado de la exposición a varios contaminantes para una misma vía.
Se definen 2 índices de riesgos, según el tipo de contaminante (cancerígenos o no cancerígenos):
Se define como una estimación del incremento de la probabilidad de desarrollar cáncer como resultado de una exposición a una sustancia a través de una determinada vía. Se determina mediante la siguiente expresión:
Rij = índice de riesgo cancerígeno resultante de la exposición al contaminante (i) a través de la vía (j).
Iij = ingesta media diaria de contaminante, promediada para 70 años de exposición (mg/Kg·día).
FPij = factor de pendiente (mg/Kg·día)-1.
Se considera riesgo aceptable cuando es inferior a 10-4 ó 10-6 (10-5 según R.D. 9/2005).
El índice de riesgo acumulado se obtiene como sumatorio de los índices individuales de todos los contaminantes para varias rutas de exposición.
Se calcula como el cociente entre la dosis de exposición y la dosis de referencia toxicológica, para una misma vía y periodo de exposición. Su expresión es:
Rij = índice de riesgo cancerígeno resultante de la exposición al contaminante (i) a través de la vía (j).
Iij = ingesta media diaria de contaminante, promediada para el periodo de exposición evaluado (mg/Kg·día).
DRij = dosis de referencia toxicológica (mg/Kg·día).
Se considera riesgo aceptable cuando el cociente es inferior a 1.
Se denomina como Índice de Peligrosidad (Hazard Index) al sumatorio de los índices de riesgo para sustancias no cancerígena.
INGESTIÓN
§ Ingestión de suelo
§ Ingestión de alimentos contaminados.
§ Ingestión de aguas contaminada como bebida.
§ Ingestión de agua contaminada durante el baño recreativo.
§ Ingestión de alimentos agrícolas y ganaderos producidos en suelos contaminados.
INHALACIÓN
§ Inhalación de partículas bien en el interior de las viviendas o bien en el exterior.
§ Inhalación de vapores emanados por el suelo en el interior de las viviendas o en el exterior.
§ Inhalación de vapores que emanan del agua contaminada.
CONTACTO DÉRMICO
§ Absorción de contaminantes por la piel a través de contacto directo con el suelo (exterior) o con el polvo (interior).
§ Contacto dérmico con el agua contaminada.
§ Contacto dérmico con el agua contaminada durante el baño recreativo.
Se denomina modelo de transporte al conjunto de procesos mediante los cuales el contaminante se pone en contacto con los posibles receptores desde el foco de contaminación.
Los principales procesos que genéricamente intervienen en la migración de contaminantes en los suelos y aguas subterráneas son los siguientes:
§ Advección: movimiento de los contaminantes con el flujo de las aguas subterráneas.
§ Dispersión: refleja la mezcla de fluidos debido a las heterogeneidades del acuífero.
§ Difusión: movimiento debido a la existencia de gradientes de zonas de más a menos concentración.
§ Absorción-desorción: procesos que se dan entre la matriz sólida (suelo) y los contaminantes.
§ Dilución: proceso de mezcla de los contaminantes con el agua.
§ Volatilización: proceso de transferencia de los contaminantes (volátiles) a los intersticios (poros) del suelo.
§ Biodegradación: reacciones de oxidación-reducción ejercidas por microorganismos existentes en el suelo.
§ Degradación abiótica: procesos de transformación de los contaminantes en otros compuestos a través de procesos no biológicos (hidrólisis).
§ Intercambio entre fases disueltas y no disueltas: en la medida en que existan fases no disueltas (LNAPL o DNAPL), pueden constituir fuentes de aporte a la contaminación disuelta en las aguas subterráneas.
Las premisas y/o hipótesis planteadas en cada uno de modelos se recoge a continuación:
MODELO | PREMISAS |
Johnson & Ettinger | § Para compuestos con baja volatilidad se asume una fuente contaminante infinita, mientras que para compuestos volátiles se asume una fuente de contaminación finita con una tasa de volatilización constante (basada fundamentalmente en propiedades químicas) durante el periodo de exposición. § Las concentraciones de los contaminantes están distribuidas uniformemente en la zona afectada. § Se asume que no se produce biodegradación u otro mecanismo de pérdida de concentración de contaminantes en los suelos afectados, en las aguas subterráneas afectadas o en la fase gaseosa una vez volatilizados. § La dilución en aire de los contaminantes desde el punto de volatilización del suelo, se modeliza con un modelo de caja simple de dispersión de contaminantes. § Para la difusión de aire en espacios cerrados se tiene en cuenta un término adicional para estimar la difusión a través de las fracturas en la base de la edificación. En este término se utilizan factores como el porcentaje de fracturas en la base del edificio a través de las cuales se produce la volatilización al interior del edificio, y la tasa de renovación de aire. |
ASTM / SAM (Soil Attenuation Model) | § Se asume una fuente de contaminación infinita. § Las concentraciones de contaminantes en el lixiviado alcanzan un equilibrio inmediato con los suelos afectados. § La dilución del lixiviado en las aguas subterráneas se modeliza con un modelo de caja simple. § El volumen de lixiviado generado se considera que es igual a la infiltración, la cual se estima a partir de la precipitación, asumiendo un suelo natural sin cubrición artificial impermeable. El modelo considera que todo el agua infiltrada que atraviesa los suelos afectados (el lixiviado) alcanza el agua subterránea, independientemente de el espesor de suelo no afectado que tenga que atravesar y de su permeabilidad. § Ocurre una percolación vertical del lixiviado. § Se asume que se produce una atenuación de las concentraciones de contaminantes disueltos en el lixiviado debido a la absorción en el suelo no afectado. § Se asume que no hay biodegradación en el suelo o en el lixiviado que suponga una atenuación adicional. |
Dispersión Gaussiana 3-D | § Se asume que la altura del foco es equivalente a la zona en la que se produce la respiración. § Los receptores siempre están situados según la dirección predominante del viento durante todo el periodo de exposición. § Las concentraciones en la fuente son las derivadas del modelo de volatilización. § La dirección del viento siempre sigue una línea recta desde el foco hasta los potenciales receptores. |
Doménico | § El potencial punto receptor está situado en el centro de la pluma de contaminación en aguas y exactamente aguas abajo de la fuente. § Se asume que las dimensiones de la fuente de contaminación son constantes. § En el caso más restrictivo, se asume que no se produce biodegradación en los compuestos hidrocarburados con el paso del tiempo. |
Existen gran cantidad de modelos que permiten realizar los cálculos de la exposición y niveles de riesgo para la salud humana como consecuencia de la contaminación del suelo.
Cabe destacar los siguientes:
§ CETOX-human (Dinamarca).
§ CLEA (Reino Unido).
§ CSOIL, SUS, HESP, Risk Human (Holanda).
§ INERIS (Francia).
§ ROME
§ RBCA Tool Kit (USA
§ Arriskugest (País Vasco).
Fernando Herrera Rodríguez
Director Técnico GEOTECNIA 2000
f-herrera@geotecnia2000.com
