Human health risk assessment of exposure to environmental pollutants in the chemical / petrochemical industrial area of Tarragona (Catalonia, Spain)

Abstract

Tesi: Human health risk assessment of exposure to environmental pollutants in the chemical/petrochemical industrial area of Tarragona (Catalonia, Spain).<br/><br/>Autor: Martí Nadal<br/><br/>Resum:<br/><br/>Un dels complexos químics/ petroquímics més importants del sud d'Europa està ubicat a Tarragona. En els darrers anys, ha augmentat la preocupació pública envers els possibles efectes adversos que el complex industrial podria tenir per a la salut de la població resident a Tarragona. En resposta, el 2002 s'inicià un estudi per tal de determinar els nivells de diversos contaminants a l'àrea. En concret, es van recollir mostres de sòls i vegetació (bledes silvestres) en diversos punts dels Polígons Nord i Sud, així com del centre urbà de Tarragona i diversos barris residencials. Finalment, es van prendre mostres fora de l'àrea d'influència directa de les indústries (controls). En totes les mostres, es van determinar les concentracions d'arsènic (As), cadmi (Cd), crom (Cr), mercuri (Hg), manganès (Mn), plom (Pb) i vanadi (V). Per altra banda, també s'hi analitzaren els nivells de policlorodibenzo-p-dioxines i furans (PCDD/Fs), bifenils policlorats (PCBs), naftalens policlorats (PCNs) i hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs). <br/><br/>Els sòls recollits en el complex químic i les àrees urbana/residencial presentaren les concentracions més elevades per a tots els contaminants analitzats. La diferència respecte a les zones petroquímica i no contaminada fou significativa pel Cr, el V, els PCDD/Fs i els PCBs. No obstant, els nivells de tots els contaminants en sòl foren clarament menors a les concentracions màximes permeses en les legislació. Quant a les bledes, no es van trobar diferències significatives per a cap dels contaminants, llevat del V. En conseqüència, es podria considerar que Tarragona presenta un cert grau de contaminació per part d'aquest metall.<br/><br/>L'aplicació del mapa auto-organitzatiu de Kohonen (SOM) i l'anàlisi de components principals (PCA) permeté la identificació d'alguns punts del sud-oest del complex químic, i del centre urbà de Tarragona, pels seus alts nivells de contaminació. De fet, la presència d'una planta de producció de clor, així com el règim de vents predominant (mestral) i l'altura de les torxes i xemeneies de la refineria (facilitant la dispersió lluny del focus) serien una explicació raonable de les concentracions relativament més elevades de l'àrea química.<br/><br/>Les actuals concentracions de metalls pesants no suposen un augment rellevant dels riscos no cancerígens per a la població. No obstant, un cert nombre de casos de càncer podria derivar de la ingesta d'As (a causa dels baixos nivells d'As establerts per l'US EPA) i inhalació de Cr (ja que es va assumir que el Cr6+ era 1/6 del crom total). L'avaluació de riscos de l'exposició a PCDD/Fs es dugué a terme en funció del nivell socioeconòmic de la població. L'exposició directa suposa menys del 2% del total. Globalment, els habitants de les àrees residencials estan més exposats a les PCDD/Fs a causa de la ingesta dietètica. De tota manera, els riscos associats a aquesta exposició són assumibles. <br/><br/>Considerant les baixes concentracions de PAHs, es va estudiar la influència de la temperatura i la radiació solar en la fotodegradació de PAHs. S'observà que ambdues variables podrien tenir un efecte sinergètic. Per tal d'estudiar l'estat integral de contaminació a Tarragona, es desenvolupà un Índex de Risc Integral en base al SOM. Així, es va elaborar un ranking dels diversos contaminants en funció de la seva persistència, bioacumulació i toxicitat. Posteriorment, es va dissenyar un mapa del risc de la zona mitjançant la representació espacial de l'Índex amb un Sistema d'Informació Geogràfica.<br/><br/>Tot i que el risc per metalls pesants i contaminants orgànics no és significatiu, fóra molt recomanable dur a terme mesures continuades del nivells d'aquests i altres contaminants en les àrees industrials i urbanes de Tarragona. Així mateix, caldria fer un esforç conjunt per tal de reduir els nivells ambientals d'As, Cr i V.<br/><br/><br/>Thesis: Human health risk assessment of exposure to environmental pollutants in the chemical/petrochemical industrial area of Tarragona (Catalonia, Spain).<br/><br/>Author: Martí Nadal<br/><br/>Summary:<br/><br/>One of the most important chemical/petrochemical complexes in Southern Europe is located in Tarragona (Catalonia, Spain). In recent years, public concern over possible adverse health effects for the population living near the industrial complex has increased. In response, in 2002 we initiated a wide survey to determine the current levels of various pollutants in the area. Specifically, samples of soils and vegetation (wild chards) were collected in several locations of the chemical and petrochemical industrial complex of Tarragona, as well as in Tarragona downtown and some residential suburbs. Finally, a few samples were collected outside the direct influence of the chemical industries (controls). Concentrations of arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Cr), mercury (Hg), manganese (Mn), lead (Pb), and vanadium (V) were determined in those samples. In turn, the levels of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and furans (PCDD/Fs), polychlorinated biphenyls (PCBs), polychlorinated naphthalenes (PCNs), as well as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were also determined in the same samples.<br/><br/>Soils collected near the chemical complex and in urban/residential areas showed the highest concentrations for all the chemicals analyzed. The difference with respect to the petrochemical and unpolluted areas was significant for Cr, V, PCDD/Fs and PCBs. However, the levels of all pollutants in soil were clearly lower than the maximum allowed concentrations established by the legislation. With regard to chard samples, no significant differences were observed for any of the pollutants, excepting V. Consequently, it can be considered that Tarragona is impacted by some degree of pollution by this metal. <br/><br/>The application of Kohonen's Self-Organizing Map (SOM) and Principal Component Analysis (PCA) allowed to identify some sampling locations in the south-western corner of the chemical area, and in Tarragona downtown, due to relatively high levels of pollution. In fact, the presence of a chlor-alkali plant, as well as the predominant wind regime (from North) and the height of stacks and torches of the oil refinery (making easier the dispersion far away these sources), would be a reasonable explanation why higher concentrations were found in the chemical area.<br/><br/>The current concentrations of heavy metals do not pose relevant non-carcinogenic risks for the population. However, a certain number of cancer cases could derive from As ingestion (due to the low As levels established by US EPA) and Cr inhalation (according to the assumption that Cr+6 is 1/6 of the total chromium). Human health risk assessment of PCDD/F exposure was carried out according to the socioeconomic status of the population. The environmental exposure only means less than 2% of the total exposure. Overall, people of residential areas result more exposed to PCDD/Fs. However, non-carcinogenic and carcinogenic risks associated to that exposure would be assumable.<br/><br/>Considering the low levels of PAHs, the influence of the temperature and solar radiation on the PAH photodegradation was studied. It was found that both variables might have a synergistic effect over PAH degradation. To study the global state of pollution in the area of Tarragona, a SOM-based Integral Risk Index was developed. Inorganic and organic pollutants were ranked according to different properties of persistence, bioaccumulation, and toxicity. Subsequently, a risk map of the zone was designed as the spatial representation of this Index with a Geographic Information System (GIS). <br/><br/>Although the risk by heavy metals and organic pollutants is not notable, continuous measurements of these and other pollutants in the industrial and urban Tarragona are remarkably advisable. Likewise, some efforts should be done to reduce the environmental levels of As, Cr, and V.