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

Introducción

Estructura química de las dioxinas y furanos

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

Objetivos

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.

Materiales y Métodos

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

Resultados y discusión

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

Conclusiones

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