Evaluación en nave cerrada de los riesgos para la salud en tecnosoles procedentes de residuos de minería polimetálica

Resumen

RESUMEN Las zonas mineras que han quedado abandonadas, muy frecuentemente ocupan grandes extensiones, y en la actualidad, debido al gran crecimiento urbanistico quedan dentro de espacios de uso residencial o muy proximas, con el consiguiente riesgo que eso conlleva para la salud de las personas. La investigacion de esta Tesis Doctoral, se centra en el entorno de la Sierra minera de Cartagena- La Union (Murcia) en la Bahia de Portman, y forma parte del Proyecto Piloto para la recuperacion de los suelos contaminados de la Bahia de Portman. En esta zona, las actividades de extraccion y lavado de mineral del pasado, han provocado unas concentraciones en elementos potencialmente toxicos (EPTs) que alcanzan altos niveles, constituyendo uno de los puntos mas contaminados del Mediterraneo, con mas de 60 Mt de residuos mineros. Antes de llevar a cabo la recuperacion de este tipo de emplazamientos, es necesario aplicar un analisis de riesgos, con el fin de minimizar los riesgos para la salud y los costes asociados con el tratamiento, que puedan generar las diferentes tecnicas de recuperacion. El uso de tecnicas basadas en adsorbentes calcicos, son cada vez mas utilizadas, ya que son capaces de aumentar el pH y disminuir la movilizacion de metales pesados. El objetivo principal que se pretende conseguir con este trabajo es evaluar la relacion entre el tipo de tratamiento in situ y la minimizacion de riesgos para la salud de las personas, en Tecnosoles construidos en suelos de zonas de mineria polimetalica abandonadas, si esos suelos se dedicaran a un uso residencial. Se construyeron Tecnosoles con distintos porcentajes de carbonato calcico, procedente de filler calizo (material con particulas menores de 250 µm), mediante su adicion y mezcla, con diferentes materiales contaminados seleccionados en la bahia, manteniendo la superficie de los suelos al aire (sin ninguna cubierta), simulando unas condiciones reales de alteracion. Tras 2 anos de maduracion, se lleva a cabo la toma de muestras y el tratamiento en laboratorio de los materiales, donde se determinan las caracteristicas fisicas, quimicas y mineralogicas, asi como metales totales, solubles, ademas de las concentraciones biodisponibles por ingesta oral. Los materiales seleccionados son representativos de los existentes en la bahia, y presentan unas concentraciones totales muy elevadas en Fe y EPTs, Pb (3100-900 mg/kg), Zn (10500-2000 kg), Fe (33-24 %), Cd (8.4-0.2 mg/kg) y Cu (41-18 mg/kg). Los resultados obtenidos se presentan en las 4 etapas del analisis de riesgos segun la metodologia dada por USEPA. 1. Identificacion de Peligros, donde se detalla el modelo conceptual que incluye los focos, rutas, vias y receptores. Ademas, se hace un exhaustivo analisis comparativo de la biodisponibilidad oral, en funcion de la mineralogia y el tamano de particula. 2. Evaluacion toxicologica, que recoge los valores toxicologicos relacionados con los elementos potencialmente toxicos para la salud de las personas. 3. Evaluacion de la exposicion, referida a las dosis de exposicion y concentracion de exposicion diarias, y por ultimo, 4. Caracterizacion del riesgo, donde se cuantifican los riesgos para cada una de las vias de exposicion y para cada contaminante (cancerigeno/no cancerigeno). El analisis de riesgos se aplica para las tres vias de exposicion, ingesta oral, inhalacion y contacto dermico, y todos los contaminantes. Se observa que la via que mas influye en el riesgo global es la ingesta oral, tanto en adultos como en ninos. Los riesgo por inhalacion y contacto dermico son insignificantes. Los resultados demuestran que los suelos con una composicion mineralogica rica en natrojarosita y copiapita, junto con una fraccion granulometrica fina, pH acidos y alta concentracion de As biodisponible, presenta un riesgo cancerigeno global alto. Si tenemos en cuenta los diferentes tratamientos con carbonato calcico, observamos que para este tipo de materiales el riesgo aumenta con la carbonatacion. Por otro lado, los suelos con una granulometria mas gruesa, pH basico, con siderita como mineral mayoritario y mayores concentraciones de Zn y Pb biodisponibles, presentan un peligro no cancerigeno alto. Se observa que con el tratamiento con filler calizo, el peligro disminuye. Finalmente, se concluye que es preciso tener precauciones en el uso de la tecnologia de recuperacion in situ con materiales carbonatados para uso residencial, si se construyen Tecnosoles de mezclas de suelo contaminado-carbonato calcico sin la cubricion adecuada. ABSTRACT Due to the ever increasing demand for building land, abandoned mining areas may well find themselves dedicated to housing developments, with the corresponding risk for human health. The research behind this doctoral thesis forms part of the Pilot Project to recover the contaminated soils of Portman Bay. The mountains that enclose Portman Bay form the mining district of Cartagena- La Union (Murcia, SE Spain), and contain very high concentrations of potentially toxic elements (PTEs). Indeed, they are regarded as one of the most contaminated areas of the Mediterranean Basin. Calcareous adsorbents are increasingly used for decontamination purposes because they increase the pH and reduce the mobilisation of heavy metals. The main aim of this study therefore was to evaluate the relation between the type of in situ treatment and the minimisation of human health risks in Technosols eleborated in soils of abandoned polymetallic mining zones in case such zones are used for housing development. The Technosols were elaborated with different percentages of calcium carbonate contained in limestone filler, mixed with different contaminated materials taken from the bay. The surface of the soils was in contact with the air (no covering) to simulate real alteration conditions. After two years, samples were taken to the laboratory, where the physical, chemical and mineralogical characteristics are determined, along with the content of total and soluble metals, and the concentrations bioavailable by oral ingestion. The materials were chosen as being representative of those existing in the bay, presenting very high total concentrations of Fe and PTEs, Pb (3100-900 mg/kg), Zn (10500-2000 mg/kg), Fe (33-24 %), Cd (8.4-0.2 mg/kg) y Cu (41-18 mg/kg). The results obtained are presented in four stages of the analysis methodology recommended by the USEPA. 5. Identification of risks. 6. Toxicological evaluation. 7. Evaluation of exposure. 8. Risk characterisation. The risk analysis covered three ways of exposure - oral ingestion, inhalation and skin contact - and included all the contaminants. Oral ingestion was seen to be represent the highest risk both in adults and children, while risk by inhalation and skin contact was insignificant. The results pointed to soils rich in natrojarosite and copiapite, with a fine granulometric fraction, acid pH values and high concentrations of bioavailable As, presenting a high carcinogenic risk. Following the different treatments with calcium carbonate, the risk of these materials can be said to increase. However, soils with a coarse granulometry, basic pH, containing siderite as the major mineral and higher concentrations of bioavailable Zn and Pb, the noncaner hazard quotient was high. Treatment with limestone filler decreased the hazard quotient. Finally, it is recommended that care should be taken when using carbonated material in in situ recovery techniques for potential housing development if Technosols are elaborated from mixtures of calcium carbonate and contaminated soils without suitable cover.