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

Abstract

Las zonas mineras que han quedado abandonadas, muy frecuentemente ocupan grandes extensiones, y en la actualidad, debido al gran crecimiento urbanístico quedan dentro de espacios de uso residencial o muy próximas, con el consiguiente riesgo que eso conlleva para la salud de las personas. La investigación de esta Tesis Doctoral, se centra en el entorno de la Sierra minera de Cartagena- La Unión (Murcia) en la Bahía de Portmán, y forma parte del “Proyecto Piloto para la recuperación de los suelos contaminados de la Bahía de Portmán”. En esta zona, las actividades de extracción y lavado de mineral del pasado, han provocado unas concentraciones en elementos potencialmente tóxicos (EPTs) que alcanzan altos niveles, constituyendo uno de los puntos más contaminados del Mediterráneo, con más de 60 Mt de residuos mineros. Antes de llevar a cabo la recuperación de este tipo de emplazamientos, es necesario aplicar un análisis de riesgos, con el fin de minimizar los riesgos para la salud y los costes asociados con el tratamiento, que puedan generar las diferentes técnicas de recuperación. El uso de técnicas basadas en adsorbentes cálcicos, son cada vez más utilizadas, ya que son capaces de aumentar el pH y disminuir la movilización de metales pesados. El objetivo principal que se pretende conseguir con este trabajo es evaluar la relación entre el tipo de tratamiento in situ y la minimización de riesgos para la salud de las personas, en Tecnosoles construidos en suelos de zonas de minería polimetálica abandonadas, si esos suelos se dedicaran a un uso residencial. Se construyeron Tecnosoles con distintos porcentajes de carbonato cálcico, procedente de filler calizo (material con partículas menores de 250 µm), mediante su adición y mezcla, con diferentes materiales contaminados seleccionados en la bahía, manteniendo la superficie de los suelos al aire (sin ninguna cubierta), simulando unas condiciones reales de alteración. Tras 2 años de maduración, se lleva a cabo la toma de muestras y el tratamiento en laboratorio de los materiales, donde se determinan las características físicas, químicas y mineralógicas, así como metales totales, solubles, además de las concentraciones biodisponibles por ingesta oral. Los materiales seleccionados son representativos de los existentes en la bahía, 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 análisis de riesgos según la metodología dada por USEPA. 1. Identificación de Peligros, donde se detalla el modelo conceptual que incluye los focos, rutas, vías y receptores. Además, se hace un exhaustivo análisis comparativo de la biodisponibilidad oral, en función de la mineralogía y el tamaño de partícula. 2. Evaluación toxicológica, que recoge los valores toxicológicos relacionados con los elementos potencialmente tóxicos para la salud de las personas. 3. Evaluación de la exposición, referida a las dosis de exposición y concentración de exposición diarias, y por último, 4. Caracterización del riesgo, donde se cuantifican los riesgos para cada una de las vías de exposición y para cada contaminante (cancerígeno/no cancerígeno). El análisis de riesgos se aplica para las tres vías de exposición, ingesta oral, inhalación y contacto dérmico, y todos los contaminantes. Se observa que la vía que más influye en el riesgo global es la ingesta oral, tanto en adultos como en niños. Los riesgo por inhalación y contacto dérmico son insignificantes. Los resultados demuestran que los suelos con una composición mineralógica rica en natrojarosita y copiapita, junto con una fracción granulométrica fina, pH ácidos y alta concentración de As biodisponible, presenta un riesgo cancerígeno global alto. Si tenemos en cuenta los diferentes tratamientos con carbonato cálcico, observamos que para este tipo de materiales el riesgo aumenta con la carbonatación. Por otro lado, los suelos con una granulometría más gruesa, pH básico, con siderita como mineral mayoritario y mayores concentraciones de Zn y Pb biodisponibles, presentan un peligro no cancerígeno 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 tecnología de recuperación in situ con materiales carbonatados para uso residencial, si se construyen Tecnosoles de mezclas de suelo contaminado-carbonato cálcico sin la cubrición adecuada.

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 Unión (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.