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UNIVERSITATROVIRA I VIRGILI
FACULTAD DE MEDICINA YCIENCIAS DE LA SALUD
ESCUELA TÉCNICA SUPERIORDE INGENIERÍA QUÍMICA
ANÁLISIS DE FLUJOS DE SUBSTANCIAS:UNA HERRAMIENTA APLICADA A LA
EVALUACIÓN DE RIESGOS POR DIOXINAS EN LA PROVINCIA DE TARRAGONA
Propiedades fisicoquímicas de las PCDD/Fs
Importante toxicidad
Baja solubilidad en agua
Gran estabilidad térmica
Baja reactividad química
Substancias áltamente lipófilicas
Efectos tóxicos generales de las PCDD/Fs
suficiente
limitada y sugerente
insuficiente
sarcoma de tejidoslimfoma tipo Hodking’scloracné cáncer de pulmón
cáncer de tráqueamieloma múltipleporfiria adquirida
otros tipos de cáncer, leucemiadefectos de nacimientodesorden en sist. inmunológicodesórdenes neuropsíquicos
Evidencia
2,3,7,8-TCDD
“conocido agente cancerígeno en humanos”
Grupo I
(IARC 1997)
Efectos tóxicos cancerígenos de las PCDD/Fs
Factores Internacionales de Equivalencia Tóxica (I-TEQ)
Dioxinas2,3,7,8-TCDD 11,2,3,7,8-PeCDD 0,51,2,3,4,7,8-HxCDD 0,11,2,3,6,7,8-HxCDD 0,11,2,3,7,8,9-HxCDD 0,11,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0,01OCDD 0,001
Furanos2,3,7,8-TCDF 0,11,2,3,7,8-PeCDF 0,052,3,4,7,8-PeCDF 0,51,2,3,4,7,8-HxCDF 0,11,2,3,6,7,8-HxCDF 0,11,2,3,7,8,9-HxCDF 0,12,3,4,6,7,8-HxCDF 0,11,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0,011,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0,01OCDF 0,001
I-TEFs
Principales fuentes de dioxinas
Formación en procesos de combustión e incineración
Productos secundarios en
Movilización desde fuentes secundarias
IRSU
IRE
automóviles
fuel en industria
industria química
industria de pulpa y papel
lodos de depuradora a suelos
lixiviados
Evaluar los riesgos sobre la salud por exposición a PCDD/Fs en la provincia de Tarragona
mediante el Análisis de Flujos de Substancias
1. Inventario de las emisiones anuales de PCDD/Fs al aire, suelo y agua.2. Estudio comparativo con otros inventarios.3. Aplicación del Análisis de Flujos de Substancias.4. Evaluación de riesgos y cálculo de su disminución ante medidas de reducción de emisiones.5. Estudio de la viabilidad a través del Análisis Coste-Beneficio.
Inventario de emisiones de PCDD/Fs
Factores de emisión (FE)
Concentraciones (C)
E total=E analizada i + E no-analizada i
E no-analizada i =FEi*NAi
E no-analizada i = Ci*Qi
Índice de confianza (IC) de los Factores de Emisión
LS: Límite superiorLI: Límite inferior
IC DefiniciónAlto LS=2LIMedio LS=5LIBajo LS=10LI
Métodos de Funciones de daño
1. Especificación de la carga de las fuentes
2. Modelo de dispersión/transporte
3. Evaluación de riesgos
4. Evaluación económica de impactos
1. Inventario de fuentes
2. Análisis de Flujos de Substancias (AFS)
3. Evaluación de riesgos
4. Análisis Coste-Beneficio (ACB)
Funciones de Daño Presente trabajo
Análisis de Flujos de Substancias (AFS)
Fuentes de información
Datos
Identificación del sistema
Reconciliación y estimación de flujos
Información a priori
SimulaciónAnálisis de Control
Modelo matemático del AFS
Sistema invariante en el tiempo, lineal y estático:
fº=
ºz
ºy
ºx
M=
R
T
A
Mfº=0
ecuaciones de balance de masa
ecuaciones de transferencia
relaciones lineales adicionales
subvector de flujos medidos con ruido
subvector de flujos no medidos
subvector de flujos medidos exactos
Análisis de Control
f=Lbfb
f: vector de los flujosfb (base de control): subvector de f
p%j
fi
bfij
bl
El efecto de incrementar el valor de un flujo de la base de control en un p% viene dado por la expresión:
Evaluación de riesgos sobre la salud
Reducción del flujo anual mg I-TEQ/año
Reducción de la dosis pg I-TEQ/día/kg
Factor potencia cancerígeno día.kg/pg I-TEQ
Reducción del riesgo anual de la población
USEPA 2000
Análisis Coste-Beneficio (ACB)
1. Identificación de los costes y beneficios relevantes
2. Asignación de valores monetarios a los costes y beneficios
3. Comparación de costes y beneficios para la toma de decisiones
tangibles
intangibles
• capital de inversión• trabajo
• vida humana• tiempo• factores medioambientales
Comparación de costes y beneficios para latoma de decisiones sobre un proyecto
VPBN0
IVPN
N
1nnr)(1
nBN0
IVPN
N
1nnr)(1nC-nB
0IVPN
si VPN>0 entonces el proyecto es viable
Fuentes de PCDD/Fs identificadas en la prov.
Primarias Productos
• Industria
• Una IRSU
• Una IRE
• Vehículos a motor
• Edificios
• Incendios forestales
• Transformadores y condensadores
• Pesticidas
• Plantas depuradoras de aguas residuales
• Madera tratada con PCP
• Compost
Pl. cementera IRSU IRE Procesado de petróleo Central térmica Pl. de PVC/MVC Pl. de gas cloro Pl. papeleras Pl. de percloroetileno Horno crematorio
Mapa de fuentes industriales de PCDD/Fs
FE de PCDD/Fs al aire (ng I-TEQ/kg)
Fuente FE IC Distribución FEinf.
FEsup.
Combustión de Fuel Oil 0,20 L log-normal 0,06 0,63Combustión de Gas Oil 0,22 L log-normal 0,07 0,70Cementeras 0,37 H normal 0,24 0,48Producción MVC/PVC 0,499 L log-normal 0,18 1,36Hornos crematorios 500 L log-normal 158 1.581
L: IC bajo; H: IC alto
Flujos de PCDD/Fs de la industria al aire
g I-TEQ/año
Fuente NA Flujo inf. Flujo sup.3,55E8 kg/año 1,3E-3 0,0132,14E7 L/año 0,022 0,23Combustión1,46E8 kg/año 9,2E-3 0,092
1,50E6 tm clinker/año 0,4 0,72Cementeras1,75E6 tm clinker/año 0,42 0,84
Pl. MVC/PVC 2,70E8 kg/año 0,049 0,366H. Crematorios 578 cuerpos/año 9,0E-5 9,0E-4TOTAL 0,901 2,261
Diagramas de emisiones de PCDD/Fs al aire
1,1-4,1 g I-TEQ/año
00,20,40,60,8
11,21,41,61,8
IRSU
IRE
Com
bustió
n de f
uel
Vehícu
los c
on p
lom
o
Vehícu
los s
in p
lom
oVeh
ículo
s dies
elPl.
cem
ente
ras
Producc
ión M
VC
/PV
C
Ince
ndios f
ores
tales
Hor
nos cr
emat
orio
s
Diagramas de descargas de PCDD/Fs al suelo
110,7-234,5 g I-TEQ/año
0
50
100
150
200
250
IRSU
IRE
Pl. ce
men
teras
Producc
ión d
e clor
o
Fábric
as M
VC/PVC
Fábric
a per
cloro
etilen
o
Proce
sos p
ulpa/p
apel
Ince
ndios en
vehícu
los
Ince
ndios en
edifi
cios
Ince
ndios fo
resta
les
Transfo
r./Con
dens.
PCP mad
era
Pestic
idas
Desca
rga d
e lod
os
Compos
t de R
SU
Diagramas de vertidos de PCDD/Fs al agua
0,01-0,45 g I-TEQ/año
00,020,040,060,080,1
0,120,140,160,180,2
IRE
Desca
rga d
e ace
ite
Ince
ndios e
n vehícu
los
Ince
ndios e
n edifi
cios
Ince
ndios f
ores
tales
Desca
rga d
e lod
os
Comparación entre inventarios
Aire
Suelo
Agua
0,4 mg I-TEQ/km2
4,5 g I-TEQ/hab
27,4 mg I-TEQ/km2
301 g I-TEQ/hab
9,5 mg I-TEQ/km2
104,4 g I-TEQ/hab
Austria (0,3)
Alemania (3,6)
UK (17,4)
-
Suecia (6,7)
Canadá (167,9)
Diseño del AFS: subsistemas
30 subsistemas
Entorno C. de recogida de residuosAire atmosférico SedimentosEdificios Fuentes móvilesPl. de compostaje de RSU IRSUPl. de compostaje de lodos PapelCultivos PesticidasCosechas PlásticoPeces Suelo
Diseño del AFS: subsistemas
Pescado para alimentación TextilHumanos Transf. y condens.IRE Pl. depuradorasIndustria Incendios forestalesAnimales BosquesCarnes para consumohumano
Residuos sólidos urbanos
Vertederos para RSU Madera
Estimación de flujos de deposición
dep. a suelos
dep. a sedimentos
dep. a vegetales
Deposición a suelo: 11,3-63,9 g I-TEQ/año
Deposición a vegetales: -3,2-12,6 g I-TEQ/año
Deposición a sedimentos: 19,3-82,5 g I-TEQ/año
Estimación de flujos de acumulación (A)
fi fo
A
fo < fi
sedimentos: 27,9-74,6suelos: 35,0-80,8vertederos: -0,35-4,0humanos: 0,04-0,06
g I-TEQ/año
suelos
vertederos hombre
sedimentos
Estimación de flujos de generación (G)
fi fo
fo > fi
g I-TEQ/añoindustria: 113,0-203,3incendios edificios: 0,06-18,3incendios forestales: 0,28-10,6IRSU: -1,2-4,7vehículos: 0,49-2,2trans. y condens.: 0,02-0,03
industria
incendios de
edificios
incendios de
vehículos
incendios forestales
IRSU otros
atmósfera: 90,5
productos: 4,3 A: 111,05G: 240,3 D: 0,015
provincia Tarragona
salidas:160,5
Esquema básico de flujos de PCDD/Fs
g I-TEQ/año
A: acumulaciónG: generaciónD: disminución
Validación de los flujos
Flujo Estimadoen AFS
Experimental
Acumulación ensuelo
57,9 34,4 Schuhmacher et al. 1997,1998; Domingo et al. 1999
Acumulación ensedimentos
51,3 41,8 Tolosa et al. 1995
Flujos de entradaen bosques
4,5 0,92 Schuhmacher et al. 1998,Domingo et al. 1999
Flujos de entradaen cultivos
0,10 0,23 Domingo et al. 1999
g I-TEQ/año
Análisis de Controldeposición en cultivos
Importación de pescados 0,0Emis. de la industria al aire 1,7Emis. de IRE al aire 0,0Emis. de vehículos al aire 0,8Emis. de la IRSU al aire 0,0Emis. al aire de inc. forestal 0,3Agroresiduos a compostaje 0,0Entrada desde atmósfera 97Entrada de pesticidas 0,0Importación de madera 0,0RSU destinados a la IRSU 0,0Lodos a vertederos ext. 0,0Biodegradación de bosques 0,0Lixiviados de trans./condens. 0,0
aguas
Análisis de Control
Importación de pescados 21Vert. de la industria 0,0Vert. de la IRE 0,0Vert. de inc. en edificios 0,0Vert. de inc. en vehículos 0,0Agroresiduos a compostaje 0,0Generado en la IRSU 0,0Vert. de inc. forestales 0,0Entrada de pesticidas 0,0Aguas de las EDARs 0,0Importación de madera 0,0Producción de carnes 76RSU destinados a IRSU 0,0Entrada en árbol por raíz 3,1
Evaluación de riesgos
Reducción del índice de riesgo anual de la población
Reducción dela dosis
2,8%
Factor depotencia
97,1%
planta cementera
Análisis de Sensibilidad
.000
.006
.013
.019
.026
0
64.25
128.5
192.7
257
0.05 0.20 0.35 0.50 0.65
Media=0,30Var=0,010,06-1,15
ACB: Beneficios (Bn)
VEVS=$ 2,3-12,4 millones
Cáncer VC (€) en 1999Leucemia 2.597.980Pulmón 1.961.960
Estómago 1.854.160Nasal 1.746.360
USEPA
IER
.000
.007
.014
.022
.029
0
71.75
143.5
215.2
287
0.00 1.25 2.50 3.75 5.00
.000
.008
.015
.023
.031
0
76.25
152.5
228.7
305
0.00 0.38 0.75 1.13 1.50
Media=2,29 millones $Var=1,070,21-11,79 millones $
Media=0,61 millones eurosVar=0,070,08-2,54 millones euros
ACB: Costes del filtro de carbón activo TGT
.000
.006
.013
.019
.025
0
63.5
127
190.5
254
2.50 2.57 2.64 2.71 2.78
.000
.007
.013
.020
.026
0
65.75
131.5
197.2
263
2.35 2.41 2.48 2.54 2.60
• carbón activo (reposición)
• tejido (reposición)
• eléctrico (compresor aire)
• gestión y transporte
• inversión (I0)
USEPA
IER
Media=2,64 millones $; 2,46-2,82
Media=2,48 millones euros; 2,31-2,64
ACB: Valor presente neto (VPN)
N
1nnr)(1nC-nB
0IVPN
25
1nn0,07)(1
nC-nB0
IVPN
.000
.008
.017
.025
.033
0
83.25
166.5
249.7
333
-50.00 -30.00 -10.00 10.00 30.00
.000
.007
.014
.021
.028
0
70
140
210
280
-37.50 -33.13 -28.75 -24.38 -20.00
Media=-11,72 millones $Var=150,69-36,89-81,86 millones $
Media=-28,91 millones eurosVar=9,62-35,23- -4,36 millones euros
15%USEPA IER
Se ha realizado un inventario de fuentes antropogénicas de PCDD/Fs al aire, suelo, agua en la provincia de Tarragona
Emisión total= 111,9-239,6 g I-TEQ/año
se ha estimado el valor de todos los flujos no medidos en la provincia y optimizado el valor de 32 flujos medidos
100% red. emisiones al aire 1,7% red. humanos
Se ha abierto una metodología de gestión medioambiental en base a la variable flujo
AFS
Evaluación de riesgos
ACB
red. del índice de riesgo cancerígeno anual: 0,30
AC
100% red. emisiones en proyecto
proyecto viable en un 15% ($); no viable en euros