ABES – RS II Seminário Sul-Brasileiro de Gerenciamento de
Áreas Contaminadas
Avaliação de Risco
Receptores Ecológicos
Martin Bittens
CEPEMA-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
Quantitativa
de Risco
Avaliação
dos Dados
Avaliação de
Toxicidade
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)
Modelo Conceitual (Nível I – III)
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
Modelo Conceitual (Receptores Terrestres)
CDM, 2009
Plano de Trabalho – ASTM E2205
explicando 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 E2205
explicando 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
AVALIAÇÃO DE RISCO
Não
Monitoramento
Nenhuma
outra ação
Ponto de Decisão
O risco existe ou
é inaceitável?
Sim
Remediação
se possível
Investigação
mais detalhada
Avaliação de Risco
com novos dados
Cálculo do Quociente de Nocividade (HQ)
para Receptores Ecológicos
HQ 
Concentraç ão Medida ou Dose Tomad a
Valor de R eferência
• 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)
Efeito
NOEC
(μg/L)
Peixes
toxicidade
109.000
Invertebrados
toxicidade
>200.000
Invertebrados
toxicidade reprodutiva
>22.000
Espécies
EC50
(μg/L)
Princípio Básico
Se o NOEL(C) não estiver disponível:
PRECISO CALCULAR OU FAZER EXPERIMENTOS
Extrapolação 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 = 10
LOEL(C) × 0,1 = Critério Ecotoxicológico (VR)
Fator de Segurança = 100
EC50 × 0,01 = Critério Ecotoxicológico (VR)
Exemplos de Cálculos dos Valores de Referência
para Receptores Ecológicos
Efeito
NOEC
(μg/L)
Peixes
toxicidade
109.000
Invertebrados
toxicidade
>200.000
Invertebrados
toxicidade reprodutiva
>20.000
Espécies
EC50
(μg/L)
Não tem o NOEC (valor experimental) para invertebrados.
Escolher o valor mais baixo do EC50 = 20.000 μg/L
Aplicar o fator de segurança = 100
Calcular o Critério Ecotoxicológico Calculdado (VR)
= 20.000 X 0,01 = 200 μg/L
Calcular Coeficiente de Nocividade (HQ)
Equações
Equação geral: HQ 
• Água
• Sedimento
• Solo
Concentraç ão Medida ou Dose Tomad a
Valor de R eferência
(P)EC
HQ 
NAWQB
ou
(P)EC
HQ 
BCw
(P)EC
(P)EC
HQ 
ou HQ 
SQC
SQB
(P)DI
HQ 
(L )NOAEL
Exemplo: Solos
(P)DI
HQ 
(L )NOAEL
• (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]
Exemplo: Solos
(P)DIj  C soil , j  Ps  IR   Cij  Pij  IR
N
i 1
• (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]
Exemplo: Solos
Cenário:
• Área contaminada com
ativitades agriculturais
• 1 Composto j no solo
• Receptores: Vacas
• Alimento: grama e solo
consumido junto com a grama
Parâmetros para o cálculo da (P)DIj :
N = 1: i = grama
IR = 0,024 kg/kg PC d
Ps = 0,058, Pgrama = 0,942
Csoil, 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-2metilfenoxi)-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:
Efeito
NOEC
(μg/L)
Peixes
toxicidade
109.000
Invertebrados
toxicidade
>200.000
Invertebrados
toxicidade reprodutiva
>20.000
Espécies
EC50
(μg/L)
Solução: O Caso MCPP - Etapa 1
Composto Ácido-(2-(4-cloro-2-metilfenoxi)-propiônico
• 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 2
Composto Ácido-(2-(4-cloro-2-metilfenoxi)-propiônico
• Determinação do critério de qualidade necessário
para o sedimento:
SQB = f x K x WQB
f = Fração de massa de carbono orgânico = 2 %
K = C. de partição carbono orgânico-água = 19,95 L/Kg
WQB = 200 μg/L
 O critério para a avaliação do MCPP nos sedimentos:
SQB = 79,8 μg/kg
Solução: O Caso MCPP - Etapa 3
Composto Ácido-(2-(4-cloro-2-metilfenoxi)-propiônico
• Avaliação de Risco para a água superficial
MCPP
MCPP
Dados disponível
Tempo
Tempo
(ppb)
(ppb)
• C (MCPP) 200 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
• Mas: Os dados de concentração apresentam uma
tendência ascendente significativa (resultado da
estatística de Mann-Kendall).
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
tempo
(P)EC
WQB
HQ <1
WQB = 200 μg/L,
P(EC) = MCPP concentrações 2010 - 2015
Os HQ que são obtidos com as concentrações
medidas não excedem o valor de 1.
Em 2015 o HQ será maior do que 1
HQ ≥1
HQ <1
HQ 
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.
Revisão Bibliográfica
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.
Revisão Bibliográfica
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.
Obrigado!!
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Back-up
Valôres de Referência
U.S. EPA 2005
Back-up
Equações
U.S. EPA 2005
Água Superficial
Cálculo de HQ
1) HQ 
(P)EC
NAWQB
ou
2) HQ 
(P)EC
BCw
• 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 Superficial
Cálculo de BCw
LOAEL  BW
BCw 
W  F  BAF
• 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]
Sedimentos
(P)EC
(P)EC
HQ 
ou HQ 
SQC
SQB
• (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]
Sedimentos
SQB  f  K  WQB
• 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]