Análisis probabilístico del riesgo en la salud por exposición a metales pesados en áreas mineras contaminadas

Jiménez Oyola, Samantha Tamara (2021). Análisis probabilístico del riesgo en la salud por exposición a metales pesados en áreas mineras contaminadas. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. de Minas y Energía (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.68810.

Description

Title: Análisis probabilístico del riesgo en la salud por exposición a metales pesados en áreas mineras contaminadas
Author/s:
  • Jiménez Oyola, Samantha Tamara
Contributor/s:
  • García-Martínez, Mª Jesús
  • Ortega Romero, Marcelo Fabián
Item Type: Thesis (Doctoral)
Read date: 2021
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. de Minas y Energía (UPM)
Department: Energía y Combustibles
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Este estudio tiene como objetivo evaluar el riesgo para la salud derivado de la exposición a metales pesados y metaloides a través de diferentes rutas, de cara a la identificación de los agentes tóxicos de mayor preocupación y las rutas de exposición que más aportan al riesgo. La investigación se desarrolló en dos áreas mineras metálicas con antecedentes de contaminación (geogénica y antropogénica): el Distrito Minero de mercurio Almadén localizado en España, y el Campo Minero aurífero Ponce Enríquez situado en Ecuador. Para el caso de estudio Almadén, se evaluó el riesgo no cancerígeno basado en el Cociente de Peligro (HQ). Para este propósito, se analizó la concentración de Hg en muestras de cultivos locales (n = 81), setas silvestres (n = 16), pescado del mercado local (n = 28), suelo de áreas recreativas (n = 12), agua de grifo (n = 18), aire en el interior de las viviendas (n = 228) y aire exterior (n = 6743). Para el caso de estudio Ponce Enríquez, se evaluó el riesgo no cancerígeno y cancerígeno en términos de Cociente de Peligro (HQ) y Riesgo de Cáncer (CR), respectivamente. Se analizó el contenido en As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, y Zn en muestras de agua de grifo (n = 19), aguas superficiales (n = 21), sedimentos de río (n = 172) y suelos (n = 58). Para los dos casos de estudio, se obtuvo información de los parámetros de exposición de los residentes a través de encuestas locales. La evaluación del riesgo se realizó aplicando tanto el método tradicional determinístico como el método probabilístico, mediante el uso de técnicas de remuestreo (bootstrap) e inferencia Bayesiana. Además, en Ponce Enríquez se analizó la distribución espacial del contenido de metales pesados y metaloides en las matrices de estudio, y se realizó mapas de riesgo puntual. Finalmente, se identificó las variables con mayor influencia en los resultados del riesgo a partir de un análisis de sensibilidad. La evaluación probabilística de riesgo no cancerígeno en Almadén mostró un nivel de riesgo inaceptable (HQ > 1) debido al consumo de verduras y pescado con altos contenido de Hg. El 70 % de los receptores adultos está por encima del umbral de riesgo aceptable. La ingesta de verduras es la ruta con mayor contribución al riesgo, seguida de la ingesta de pescado. Por otro lado, el consumo de setas silvestres, la ingesta y el contacto dérmico con el suelo, la ingesta de agua, el contacto dérmico con el agua de grifo y la inhalación de aire, arrojaron valores de HQ por debajo del límite de seguridad para el percentil 97.5, por lo que no representan un riesgo para la salud de los adultos residentes del área. En análisis de sensibilidad mostró que la concentración de Hg en verduras y pescado fue el factor con mayor influencia en la evaluación del riesgo para los habitantes de Almadén. En Ponce Enríquez, la exposición a metales pesados y metaloides resultó en niveles inaceptables de riesgo cancerígeno (TCR > 1E-05) y no cancerígeno (HI > 1) para los habitantes del campo minero. Las rutas de mayor preocupación fueron la ingesta de agua del grifo, la ingesta incidental de agua superficial, y la ingesta incidental de sedimentos durante las actividades recreativas en los ríos locales. La exposición a los sedimentos fue la ruta crítica, con más del 95 % de receptores adultos y niños sometidos a un nivel de riesgo cancerígeno mayor que el aceptable. Por otro lado, la ingesta incidental de agua superficial solo generó riesgo en la población menor de edad, con un 6 % de niños expuestos a niveles mayores al umbral de exposición segura. Finalmente, la exposición al agua de grifo arrojó valores de riesgo de cáncer por encima de lo permitido para 30 % de la población adulta y 76 % de la población menor de edad. El análisis de sensibilidad mostró que la concentración de As y la frecuencia de exposición fueron los principales factores que contribuyeron al resultado del riesgo, a través de la ingesta de agua de grifo e ingesta incidental de agua superficial. Por otro lado, la frecuencia de exposición fue el factor clave en la evaluación del riesgo con respecto a la ingesta incidental de sedimentos contaminados. Los riesgos asociados a la ingesta accidental de suelo y el contacto dérmico con el suelo resultaron por debajo del límite de seguridad y no representan un riesgo para la salud humana. Los mapas puntuales de riesgo (resultados del análisis determinístico) junto con el análisis probabilístico, permitieron complementar los resultados, identificando que la zona sur del área de estudio es la que presenta una mayor afectación ambiental y un mayor riesgo para los pobladores del campo minero. Los hallazgos de esta investigación pueden proporcionar una línea base para la gestión ambiental de las áreas mineras objeto de estudio. Además, proporcionan información válida para la comunicación y manejo del riesgo. De manera general, los resultados indican la necesidad de profundizar en la investigación de las fuentes de abastecimiento de agua potable en el campo minero Ponce Enríquez, además de la implementación de estrategias para reducir la exposición de los residentes en los ríos locales. En Almadén, las estrategias deben ir enfocadas en implementar mecanismos de control de los alimentos cultivados localmente, puesto que la ingesta de estos productos supone un riesgo importante para los consumidores, principalmente los niños. ----------ABSTRACT---------- This study aims to evaluate the health risks of exposure to heavy metals considering different routes and identify the most concerning toxic agents and most dangerous exposure routes. The research was developed at two metallic mining sites with antecedent contamination (geogenic and anthropogenic): the Almadén mercury mining district, located in Spain, and the Ponce Enríquez gold mining camp, located in Ecuador. The Almadén case study assessed the non-carcinogenic risk based on the Hazard Quotient (HQ). To this end, the Hg concentration was analyzed in samples of local crops (n = 81), wild mushrooms (n = 16), local market fish (n = 28), soil of recreational areas (n = 12), tap water (n = 18), indoor air (housing) (n = 228) and ambient air (n = 6743). For the Ponce Enríquez study case, the non-carcinogenic risk was evaluated in terms of Hazard Quotient (HQ) and Cancer Risk (CR). The contents of As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn were analyzed in samples of tap water (n = 19), surface water (n = 21), river sediments (n = 172), and soil (n = 58). For both study cases, information on the exposure parameters of residents was obtained from local surveys. Risk evaluation was carried out by applying the traditional deterministic method and the probabilistic method, employing the resampling (bootstrap) and Bayesian inference techniques. At the Ponce Enríquez site, the spatial distribution of the content of heavy metals was analyzed for the study matrices, and point risk maps were built. In addition, sensitivity analysis was carried out to determine the variables with a more substantial influence on risk results. The probabilistic assessment of non-carcinogenic risk at Almadén revealed an unacceptable risk (HQ > 1) due to the high contents of Hg in vegetables and fish. 70 % of the adult receptors are over the acceptable risk threshold. The consumption of vegetables is the route with the most significant contribution to risk for adult receptors, followed by the consumption of fish. The consumption of wild mushrooms, accidental ingestion of soil, dermal contact with soil, consumption of water, dermal contact with tap water, and inhalation of air presented HQ values that were under the safety limit for the 97.5 percentile, and therefore represent a threat to the health of the populations that reside in the area. The sensitivity analysis demonstrated that the concentration of Hg in vegetables and fish was the most influencing factor when evaluating the risk to the health of Almadén residents. At Ponce Enríquez, exposure to heavy metals resulted in unacceptable levels of carcinogenic (TCR > 1E-05) and non-carcinogenic (HI > 1) risks for the inhabitants of the mining camp. The most concerning routes were the ingestion of tap water, the accidental ingestion of surface water, and the accidental ingestion of sediments during recreational activities in local rivers. Exposure to sediments was the most critical route, with more than 95 % of adult and children receptors subject to high carcinogenic risk levels, exceeding the threshold. The accidental ingestion of surface water only generated risk to the children population, with 6 % of children exposed to levels higher than the safety threshold. Exposure to tap water yielded carcinogenic risk values over the allowed threshold for 30 % of the adult population and 76 % of the children population. The sensitivity analysis showed that the concentration of As and the frequency of exposure were the main factors contributing to the risk result through the consumption of tap water and the accidental ingestion of surface water. Frequency of exposure was a crucial factor in the risk assessment regarding the unintentional ingestion of contaminated sediments. The risks associated with the accidental ingestion of soil and dermal contact with soil were under the safety levels and did not represent a threat to human health. The point risk maps (results of the deterministic analysis) and the probabilistic analysis were complementary and helped identify the South zone of the study area as the most environmentally affected, posing the highest risk to the populations of the mining camp. The findings of this research provide the basis for the environmental management of the mining sites studied herein. In addition, valid information was also reported for risk communication and management. Overall, the results indicate the need to deepen knowledge on the potable water sources at the Ponce Enríquez mining camp and implement strategies to reduce the exposure of residents at local rivers. At Almadén, the strategy must be focused on implementing control mechanisms for the locally farmed food, as the ingestion of these products supposes an essential risk to consumers, especially children.

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Item ID: 68810
DC Identifier: https://oa.upm.es/68810/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:68810
DOI: 10.20868/UPM.thesis.68810
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 18 Oct 2021 05:12
Last Modified: 18 Oct 2021 05:12
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