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ABES – RS II Seminário Sul-Brasileiro de Gerenciamento de Áreas Contaminadas

Avaliação de RiscoReceptores Ecológicos

Martin BittensCEPEMA-Poli-USP

4 e 5 de Novembro 2013

Avaliação de Risco á Saúde Humana

Avaliação de Risco é a sistematização de informações disponíveis das áreas contaminadas com os objetivos de:1) calcular o risco (probabilidade) de obter um câncer

(fator de risco); 2) calcular o quociente de nocividade (HQ) que indica

se a exposição causa efeitos não carcinogênicos ou não há efeitos.

Note que o HQ não é uma probilidade!!

Avaliação de Risco á Saúde Humana

A avaliação de risco é realizada em quatro etapas distintas:

Avaliação de Exposição

Avaliação dos Dados

Avaliação de Toxicidade

Avaliação Quantitativa

de Risco

Modelo Conceitual da Área Contaminada

Avaliação de Risco Ecotoxicológico

Receptores Ecológicos devem ser integrados na avaliação de risco (Resolução CONAMA 420/2009, Art. 27, §1):Animais terrestres e aéreos (contato direto

com o solo e água superficial)Animais aquáticos (contato direto com a

água e o sedimento)Plantas (contato direto)Organismos (na água e no solo)

Plano de Trabalho 3 etapas (ASTM E2205)Aquisição dos dados e informações

- Caracterização inicial da área de interesse- Lista com receptores relevantes (espécies)

Análise e Avaliação(1)Vias de exposição(2)Critérios ecotoxicológicos de avaliação

Análise de Incertezas- Identificação dos efeitos de incertezas nos dados e resultados M

odel

o Co

ncei

tual

(Nív

el I

– III

)

Modelo Conceitual (Receptores Terrestres)

CDM, 2009

Plano de Trabalho – ASTM E2205explicando etapa 2

Vias de exposição

- Identificação dos receptores e habitats real ou potencial- Identificação das exposições real ou potencial aos receptores e habitats

Critérios ecotoxicológicos de avaliação- Definição dos critérios aplicáveis na área/valores de referência- Avaliação das condicões do local com os critérios definidos

Plano de Trabalho – ASTM E2205explicando etapa 3

Análise de Incertezas

- Quantificação das incertezas nos dados utilizados (mais dados ou não)- Quantificação das tendências em tempo e espaco nas concentrações (HQ)nos meios (por ex. ar, solo, água) - Análise de sensibilidade para a identificação dos parâmetros relevantes- Cálculo das probabilidades para eventos de exposição

Ponto de DecisãoO risco existe ou

é inaceitável?

SimNão

Nenhuma outra ação

Remediaçãose possível

Investigação mais detalhada

Monitoramento

Avaliação de Risco com novos dados

AVALIAÇÃO DE RISCO

Cálculo do Quociente de Nocividade (HQ) para Receptores Ecológicos

eferênciaValor de Ra Dose Tomadouão MedidaConcentraç

HQ

• HQ = Quociente de nocividade [sem unidade]• Concentração medida = Concentração ambiental (água, ar,

solo, etc.) [mg/kg, μg/L]• Dose tomada = quantidade de contaminante por peso

corporal e por dia [mg/kg PC × d]• Valor de Referência = Critério Ecotoxicológico

Princípio Básico

O quociente de nocividade (HQ) compara a concentração/dose tomada de um contaminante com o valor de referência adequado Valor de referência adequado (concentração/dose

tomada que não causa efeitos adversos para receptores ecológicos)

Valores de HQ menores ou igual a 1 significam que a concentração/dose tomada do contaminante não causam efeitos adversos (doença ou lesão);

O HQ não indica um risco em termos de uma probabilidade.

Valores de Referência (VR)- Hierarquia -

1. Nível (concentração) sem efeitos observáveis, NOEL(C) – no observed effect level: nível de efeito não observado - quantidade de substância que não causa efeito na população exposta.

2. Nível (concentração) mínimo com efeitos observáveis, LOEL(C) – lowest observed effect level: nível mais baixo de efeito observado – menor quantidade de uma substância que causa efeito na população exposta.

3. Concentrações que causam efeitos para a quantidade das populações expostas (por ex.: EC50, EC100).– Esses VR são os mais importantes, mas se não existirem podem ser

usados outros critérios, desde que baseados em efeitos ecotoxicológicos.

Exemplos de Valores de Referência para Receptores Ecológicos

São encontrados em vários sites na internet e em publicações científicas, por ex.: ECOTOX Database (www. epa.gov/ecotox/quick_query.htm)

Espécies Efeito NOEC(μg/L)

EC50(μg/L)

Peixes toxicidade 109.000

Invertebrados toxicidade >200.000

Invertebrados toxicidade reprodutiva >22.000

Princípio Básico

Se o NOEL(C) não estiver disponível: PRECISO CALCULAR OU FAZER EXPERIMENTOSExtrapolação da concentração de efeito mais baixos (LOEL(C), EC50) com fatores de segurança (10, 100), que é dependente da qualidade dos dados. Por exemplo:

Fator de Segurança = 10LOEL(C) × 0,1 = Critério Ecotoxicológico (VR)

Fator de Segurança = 100EC50 × 0,01 = Critério Ecotoxicológico (VR)

Exemplos de Cálculos dos Valores de Referência para Receptores Ecológicos

Não tem o NOEC (valor experimental) para invertebrados.Escolher o valor mais baixo do EC50 = 20.000 μg/LAplicar o fator de segurança = 100Calcular o Critério Ecotoxicológico Calculdado (VR) = 20.000 X 0,01 = 200 μg/L


EC50(μg/L)




Calcular Coeficiente de Nocividade (HQ) Equações

• Água

• Sedimento

• Solo

SQBECP

HQouSQC

ECPHQ

)()(

NOAELLDIP

HQ)(

)(

wBCECP

HQouNAWQB

ECPHQ

)()(

eferênciaValor de Ra Dose Tomadouão MedidaConcentraç

HQ Equação geral:

Exemplo: Solos

• (P)DI = Dose diária (prevista), [mg/kg PC × d]• LOAEL = Nível (dose) mínimo com efeitos

adversos observáveis, [mg/kg PC × d]• NOAEL = Nível (dose) sem efeitos adversos

observáveis, [mg/kg PC × d]

NOAELLDIP

HQ)(

)(

Exemplo: Solos

• (P)DIj = Exposição total (prevista) ao contaminante (j), [mg/kg d]

• Csoil, j = Concentração do contaminante (j) no solo, [mg/kg]

• Ps = Proporção do solo consumido com alimento

• IR = Taxa de ingestão do alimento, [kg alimento/kg PC d]• PC = Peso corporal da espécie exposta• N = Número total do tipo do alimento (por ex., grama, plantas)

• Pij = Proporção do tipo do alimento (i) consumido,

• Cij = Concentração do contaminante (j) no tipo alimento (i), [mg/kg]

N

iijijsjsoilj IRPCIRPCDIP

1,

)(

Exemplo: Solos

Cenário:

• Área contaminada com ativitades agriculturais

• 1 Composto j no solo• Receptores: Vacas• Alimento: grama e solo

consumido junto com a gramaParâmetros para o cálculo da (P)DIj :N = 1: i = gramaIR = 0,024 kg/kg PC d Ps = 0,058, Pgrama = 0,942Csoil, j = 500 mg/kg, Cgrama, j = 50 mg/kg(P)DIj = 0,696 + 11,304 = 12 mg/kg PC d, NOAEL = 7,2 mg/kg PC d HQ = 12 mg/kg PC d / 7.2 mg/kg PC d = 1.67

Exemplo: O Caso MCPP Composto Ácido-(2-(4-cloro-2-metilfenoxi)-propiônico

• Foi encontrado em uma água superficial o composto MCPP (Ácido-(2-(4-cloro-2-metilfenoxi)-propiônico, CAS-Nr. 93-65-2).

• Não existem NAWQB e referências de qualidade para sedimentos.

• Resultados de analíse das amostras incluem os dados de 3 anos passados.

Solução: O Caso MCPP - Etapa 1 Composto Ácido-(2-(4-cloro-2-metilfenoxi)-propiônico

• Solução – Etapa 1: determinação do Critério Ecotóxicológico necessário para água superficial.

• Dados de Toxicidade na literatura apresentam os seguintes valores:


EC50(μg/L)





• A menor concentração com efeito é 20.000 μg/L (EC50).

• A base de dados publicada não é completa, assim o EC50 deve ser corrigido com o fator de segurança de 100 (EC50 × 0,01).

• O critério para a avaliação do MCPP na água superficial é:

WQB = 200 μg/L

Solução: O Caso MCPP - Etapa 2Composto Ácido-(2-(4-cloro-2-metilfenoxi)-propiônico

• Determinação do critério de qualidade necessário para o sedimento:

SQB = f x K x WQBf = Fração de massa de carbono orgânico = 2 %K = C. de partição carbono orgânico-água = 19,95 L/KgWQB = 200 μg/LO critério para a avaliação do MCPP nos sedimentos:

SQB = 79,8 μg/kg


• Avaliação de Risco para a água superficialDados disponível

• C (MCPP) 200 ppb

• Mas: Os dados de concentração apresentam uma tendência ascendente significativa (resultado da estatística de Mann-Kendall).

Tempo MCPP (ppb) Tempo MCPP

(ppb)

5-Jul-10 16 4-Oct-11 80

28-Oct-10 16 21-Feb-12 96

22-Feb-11 65 8-May-12 65

24-May-11 34 14-Aug-12 83

16-Aug-11 67 9-Oct-12 90

tempo MCPP (ppb) HQ Tempo MCPP (ppb) HQ

05jul.10 16 0,1 04 out.11 80 0,4

28out.10 16 0,1 21fev.12 96 0,5

22fev.11 65 0,3 08 mai.12 65 0,3

24mai.11 34 0,2 14ago.12 83 0,4

16ago.11 67 0,3 09out.12 90 0,5

WQB = 200 μg/L, P(EC) = MCPP concentrações 2010 - 2015

WQBECP

HQ)(

HQ <1HQ <1

HQ

≥1

Os HQ que são obtidos com as concentrações medidas não excedem o valor de 1.Em 2015 o HQ será maior do que 1

Resumo

Na avaliação de risco para áreas contaminadas:

• Integrar tudos os receptores que existem na área de interesse;

• Construir o modelo concentual;• Selecionar os parâmetros necessários (talvez difícil:

para encontrar os valores de referência para receptores ecológicos);

• Calcular os valores de risco em tempo e espaço.

Revisão Bibliográfica

ASTM E2205: Standard Guide for Risk-Based Corrective Action for Protection of Ecological Resources, 2009.

SADA: Spatial Analyses and Decision Assistance. Vers. 5.0. Institute for Environmental Modeling. University of Tennessee, 2009.

ARAMS: Adaptive Risk Assessment Modeling System. Version 1.4. U.S. Army Engineer Research and Development Center –ERDC, 2009.


Trophic Trace 4.0: A Tool for Assessing Risks from Trophic Transfer of Sediment-Associated Contaminants. Menzie-Cura & Associates, Inc. Winchester (MA), 2005.

RAMAS® Ecorisk: Software for Rapid Ecological Risk Analysis. Janos G. Hajagos and Scott Ferson. Applied Biomathematics. Setauket, New York, 2003.

TWEM: Terrestrial Wildlife Exposure Model. Version 2.1. U.S. Army Center for Health Protection and Preventative Medicine, 2003.


U.S. Environmental Protection Agency (2005): Guidance for Developing Ecological Soil Screening Levels. OSWER Directive 9285.7-55. Office of Solid Waste and Emergency Response. 1200 Pennsylvania Avenue, N.W., Washington, DC 20460.

CDM (2009): Final Screening Level Ecological Risk Assessment. Puchack Well Field Site, Operable Unit 2. Pennsauken Township, New Jersey. Work Assignment No. 007-RICO-02JL. Prepared for U.S. Environmental Protection Agency, New York.

[email protected]

Back-upValôres de Referência

U.S. EPA 2005

Back-upEquações

U.S. EPA 2005

Água SuperficialCálculo de HQ

wBCECP

HQouNAWQB

ECPHQ

)()2

)()1

• HQ = Quociente de nocividade [sem unidade]• (P)EC = Concentração ambiental (medida ou prevista),

[mg/L]• 1) NAWQB = Critérios nacionais de qualidade da água

ecotoxicológico, [mg/L] ou NOEL(C) ou calcular

• 2) BCw = Concentração de referência na água– Quando tiver dados confiáveis e detalhados (Investigação

Detalhada)

Água SuperficialCálculo de BCw

• BCw = Concentração de referência na água

• LOAEL = Nível (concentração) mínimo com efeitos adversos observáveis, [mg/kg PC × d]

• BW = Peso corporal do receptor (exemplo:animal), [kg]• W = Taxa de consumo da água, [L/d]• F = Taxa de consumo dos alimentos, [kg/d]• BAF = Fator de bioacumulação (razão entre a concentração do

contaminante no tecido de peixes e a concentração na água), [L/kg]

BAFFWBWLOAEL

BCw

Sedimentos

• (P)EC = Concentração ambiental (prevista ou medida), [µg/kg]

• SQC = Critérios de qualidade para sedimentos (PEL, ER-M, etc.), [µg/kg]

• SQB = Referência de qualidade para sedimentos, [µg/kg]

SQBECP

HQouSQC

ECPHQ

)()(

Sedimentos

• SQB = Referência de qualidade para sedimentos, [µg/kg]

• f = Fração de massa de carbono orgânico [sem unidade]

• K = Coeficiente de partição carbono orgânico-água, [L/Kg]

• WQB = Referência de qualidade para água, [µg/L]

WQBKfSQB

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