EVALUACIÓN DE EXPOSICIONES CAPÍTULO 5 EVALUACIÓN DE EXPOSICIONES

Visión General Exposición y Riesgo - ¿Qué consecuencias provocan las diferentes sustancias en el ambiente y en las personas? Ejemplos de algunas Regulaciones - ¿Existen regulaciones concernientes a diferentes sustancias? Diseño Químico más seguro Narración : En este capítulo, discutiremos los diferentes tipos de exposición, y también los riesgos asociados con estas exposiciones. También daremos ejemplos de sustancias reguladas y de industrias reguladas. Finalmente, presentaremos el tema de diseño químico más seguro.

Estimando Exposiciones

Tipos de Exposición OCUPACIONAL : La exposición del trabajador en la industria. COMUNIDAD : Exposición de la Población que rodea un área industrial debido a las corrientes de desecho. Narración : En este capítulo discutiremos estos dos tipos de exposición, ocupacional y de comunidad.

Exposición Ocupacional y de Comunidad Tres pasos están relacionados a la exposición: 1) Reconocimiento : todas las fuentes y fuentes potenciales 2) Evaluación : nivel y duración de la exposición 3) Control (y Eliminación) : en base a fuente, vía, e información de la exposición del trabajador/población. Narración : Existen tres pasos al lidiar con la exposición, reconocimiento de las sustancias y sitios de exposición potenciales, evaluación de la concentración y duración de la exposición y finalmente un paso de control y/o eliminación orientado a reducir la exposición.

Exposición Ocupacional Reconocimiento Usa descripciones esquemáticas y escritas para identificar: - Fuentes potenciales de exposición (i.e. operaciones unitarias específicas). - Mecanismos que reducen la exposición del trabajador (i.e. sistemas de ventilación). Vías de Exposición - Inhalación - Contacto Dérmico - Ingestión Narración : Al caracterizar la exposición potencial del trabajador, es común comenzar por examinar diagramas esquemáticos y descripciones escritas de las instalaciones de la planta. Estas descripciones deben detallar donde pueden ocurrir las exposiciones potenciales, así como los sistemas instalados para prevenir o minimizar la exposición. También debe estar claro cuando los trabajadores están manejando materiales peligrosos y que medidas preventivas existen para proteger al trabajador. También es importante recordar que existen diferentes vías, a saber: inhalación, contacto dérmico e ingestión. Las primeras dos vías son mas comunes y frecuentemente tienen reacciones y consecuencias más severas.

Exposición Ocupacional Evaluación Los objetivos de monitorear la exposición del trabajador incluyen: - Línea base - Diagnóstico - Conformidad - Tipos de Monitoreo: - Personal (i.e. Medición de la zona a respirar) - Área ( i.e. Monitoreo general para controlar exposiciones a largo plazo) La Evaluación de la exposición ocupacional incluye: Evaluación de la inhalación y Evaluación Dérmica Narración : El monitoreo de la exposición del empleado es un paso importante del proceso de evaluación. El monitoreo puede tener tres objetivos diferentes. Un estudio de monitoreo con un objetivo de línea base es llevado a cabo para evaluar el rango de las exposiciones del trabajador y para determinar la aceptabilidad de las exposiciones a los químicos. También es usado para evaluar la necesidad de controles para reducir las exposiciones. El monitoreo de Diagnóstico es conducido para identificar las fuentes y tareas principales que contribuyen a la exposición a químicos específicos. También es usado para seleccionar las estrategias de control y/o eliminación apropiadas para reducir la exposición a estas fuentes conocidas. El monitoreo de conformidad es llevado a cabo para demostrar conformidad con las regulaciones gubernamentales, usualmente se hace examinando y monitoreando al trabajador "más expuesto". Existen diferentes tipos de monitoreo, el monitoreo personal es realizado para caracterizar la exposición de un trabajador a un químico específico, mientras que el monitoreo de área es usado más frecuentemente para examinar la composición del aire del ambiente, específicamente para medir el nivel de origen de los contaminantes químicos cuando se refiere a exposición a largo plazo y sustancias químicas crónicas. La evaluación dérmica y de inhalación serán discutidas en las siguientes diapositivas.

Evaluación: Evaluación de Inhalación Técnicas de Monitoreo Incluyen: - Simulador de respiración - Muestra estática Técnicas de Control incluyen: - Respiradores y otros dispositivos - Procesos alternos o modificaciones a los equipos Modelos usados en el lugar de monitoreo para evaluar inhalación son: Balance de Masa y Modelo de Dispersión. Narración : Existen muchas técnicas de monitoreo para evaluar la exposición e inhalación de sustancias por los trabajadores. El simulador de respiración es una bomba operada con baterías sujetada a un empleado en su zona de inhalación que estimula la respiración y colecta el ambiente del aire para análisis futuros. Las técnicas de control también existen para minimizar el impacto de las emisiones necesarias. Estas incluyen respiradores y otros dispositivos usados por los trabajadores así como modificaciones a los equipos y procesos alternos. (i.e. Sistemas de ventilación, cubierta de tanques abiertos, etc.) Aunque las velocidades de monitoreo de inhalación de sustancias químicas tóxicas es una opción, un método mucho más simple es emplear un modelo. Los dos modelos más importantes serán discutidos en las siguientes diapositivas, el modelo de caja y el modelo de dispersión que considera las concentraciones en un área dada. El modelo de caja asume que un área dada tiene una concentración constante y uniforme de una sustancia dada, mientras que el modelo de dispersión puede ser usado para evaluar un área dada con una variedad de concentraciones.

Balance de Masa o Modelo de Caja El contaminante se encuentra disperso uniformemente en el área (caja) (5.1) Donde: C : concentración del contaminante en el aire de el área de trabajo (masa/longitud3), V : volumen del área de trabajo (longitud3), T : tiempo durante el cual el contaminante ha sido emitido, G : velocidad de emisión del contaminante al aire (masa/tiempo), Q : velocidad de ventilación en el área de trabajo (longitud3/time), k : factor de mezclado para considerar mezclado incompleto en el área de trabajo (sin unidades), Co : concentración del contaminante en el aire entrando al área de trabajo (masa/longitud3). Narración : La ecuación 5.1 es la ecuación general de balance de masa para cualquier modelo de caja dado con concentraciones uniformemente distribuidas de contaminantes. Una vez que las velocidades de emisión, de ventilación y las concentraciones alcanzan el estado estable, la ecuación 5.1 se convierte en la ecuación 5.2 (siguiente diapositiva). Asumiendo una ventilación constante, la ecuación 5.3 también puede ser usada para estimar el incremente de una concentración traída por una nueva fuente (siguiente diapositiva). Los valores de k pueden ser encontrados en la literatura y típicamente están en el rango de 0.3 a 0.7 para pequeños cuartos sin ventilación. Áreas de trabajo con ventilación promedio usualmente tienen valores de k de 0.5 y las áreas de trabajo con ventilación pobre frecuentemente tienen valores de k de 0.1. La determinación del valor de G depende de la fuente de contaminante y de los modelos para el área/fuente dados. Existen muchos modelos diferentes y ecuaciones que pueden ser usados para determinar G. Los parámetros para el presentado aquí son: G es la velocidad de evaporación (g/scm2) ; MW es el peso molecular de las especies que se evaporan (g/mol); VP es la presión de vapor de el contaminante evaporándose (atm); v es la velocidad de aire paralelo a la superficie del líquido que se evapora (cm/s); T es la temperatura de la superficie del líquido que se evapora (K): delta x es la longitud del estanque de evaporación en la dirección del flujo de aire (cm); P es la presión del ambiente (atm).

Balance de Masa o Modelo de Caja (continuación) En estado estable (Steady State, ss) la ecuación 5.1 se transforma como sigue: (5.2) Con ventilación constante una nueva fuente de contaminación puede ser estimada usando: (5.3) Donde : (5.4)

Modelo de Dispersión Variación de la concentración (de la fuente) en un área dada Donde: U es la velocidad del viento en la dirección x (lengitud/tiempo) C es la concentración del contaminante en el aire (masa/longitud3) D es el coeficiente de difusión (longitud2/tiempo) x es la distancia, en la dirección del viento, de la fuente (longitud) r es la distancia de la fuente al punto de muestreo (longitud) G es la velocidad de emisión del contaminante desde la fuente (masa/tiempo) (5.5) Narración : En un área dada, la difusión de una sustancia dada o contaminante es un movimiento neto de una región de mayor concentración a menor concentración. La ecuación 5.4 demuestra este movimiento con la ayuda del movimiento de convección en la dirección x. La ecuación 5.5 es una variación de la ecuación 5.4, aislando la concentración y asumiendo también un espacio infinito. (5.6)

Evaluación: Evaluación de Exposición Dérmica Los mecanismos de exposición dérmica son: - Contacto directo entre piel y sustancia. - Transferencia de la sustancia desde una superficie contaminada a la piel. - Deposición o impacto en la piel. Las técnicas de monitoreo incluyen: - Almohadillas absorbentes. - Muestras de limpieza. - Técnicas computarizadas. Las técnicas de Control incluyen: - Usar ropa de protección. - Sustitución por una sustancia química menos tóxica (que no impactará por ingestión o inhalación). Narración : La evaluación dérmica estima las sustancias que pueden causar daños/irritaciones a la piel así como sustancias que pueden entrar al cuerpo a través de la piel causando efectos dañinos. Los irritantes dérmicos incluyen ácidos, álcalis, y muchos más materiales irritantes y corrosivos. Los efectos que estas sustancias tienen en los trabajadores es la segunda causa más importante de enfermedad ocupacional. Muchas sustancias que pasan a través de la piel y tienen efectos tóxicos (en la piel u otros órganos del cuerpo) la atraviesan tan rápidamente que su velocidad de absorción se parece a las velocidades de inhalación. Ejemplos de los tres mecanismos incluyen: 1) Contacto directo por salpicado o inmersión. 2) Transferencia de una superficie de trabajo contaminada a la piel del trabajador. 3) Depósito o impacto de aerosoles y sprays. Existen muchas técnicas de monitoreo y control para evaluar y prevenir la exposición dérmica.

Evaluación de Exposición Dérmica Modelamiento Donde : DAR : velocidad de absorción dérmica de la dosis de la sustancia química (masa/tiempo), S : área superficial de la piel en contacto con el químico (longitud2), Q : cantidad depositada en la piel por evento (masa/longitud2/evento), N : número de eventos de exposición por día (evento/tiempo), WF : fracción en peso de la sustancia química a tratar en la mezcla (adimensional), ABS : fracción de la dosis aplicada absorbida durante el evento (adimensional). (5.7) Narración : La cantidad de sustancia que entra en contacto con la piel puede ser estimada usando una suma de todos los productos de la piel expuesta y la cantidad de químico que contacta la piel expuesta. Estimados de la cantidad de la sustancia contactada son frecuentemente erróneos debido a la vaporización en la piel o a la absorción dentro de la piel.

Evaluación de Exposición Dérmica : Modelamiento (continuación) (5.8) Donde : DA : dosis de la sustancia química absorbida dérmicamente (masa), S : área superficial de la piel en contacto con el químico (longitud2), Kp : coeficiente de permeabilidad para el químico en cuestión en la mezcla (longitud/tiempo), ED : duración de la exposición (tiempo), WF : fracción en peso de la sustancia química en cuestión en la mezcla (adimensional),  : densidad de la mezcla (masa/longitud3). Narración : esta ecuación es similar a la mostrada previamente (5.7) pero es usada para calcular la masa o dosis absorbida por la piel en vez de la velocidad.

Exposición de la Comunidad Reconocimiento Reconocimiento de Contaminantes del Aire: - Principales sustancias y subproductos que pueden causar daño. - Patrones climáticos principales y comunidades potencialmente afectadas por descargas. - Cambios de fase (en corrientes acuosas o en tierra). Narración : En el reconocimiento de la exposición de la comunidad, es importante no solo notar que contaminantes son liberados y en que forma, sino también a donde van y en que concentración. Determinar una exposición promedio a las poblaciones y ambientes de los alrededores es importante pero también requiere investigación exhaustiva. No solo es importante el efecto inmediato, sino que los ingenieros/analistas deben también estudiar los efectos de las sustancias a largo plazo, ya sea por persistencia en el ambiente, o por transformaciones. Esta diapositiva y la siguiente detallan algunos temas que deben ser identificados en tres medios (aire, tierra y agua).

Reconocimiento de Contaminantes del Agua: Exposición de la Comunidad : Reconocimiento (continuación) Reconocimiento de Contaminantes del Agua: - Sustancias y subproductos principales que pueden causar daño. - Usos de flujos y corrientes de agua (planta de tratamiento de agua, pesca,etc). Cambios de fase (volatilización, ab/adsorción en partículas sólidas, etc). Reconocimiento de Contaminantes Sólidos: - Filtración potencial y volatilización de sustancias.

Estándares o Directrices Descripción Fuentes Estándares o Directrices Los Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs) son emitidos como gases de ciertos sólidos o líquidos. Los VOCs incluyen una variedad de químicos, algunos de los cuales pueden tener efectos adversos a la salud a largo y corto plazo. Las concentraciones de muchos VOCs son consistentemente mayores en lugares cerrados (hasta 10 veces mayores) que en lugares abiertos. Los VOCs son emitidos por un gran grupo de productos que oscilan en los miles. Ejemplos incluyen: pinturas y lacas, decapantes, artículos de limpieza, pesticidas, materiales de construcción, equipo de oficina como copiadoras e impresoras, líquidos de corrección y papel carbón, materiales de gráficos y artesanías incluyendo pegamentos y adhesivos, marcadores permanentes y soluciones fotográficas. No se han establecido estándares para los VOCs fuera del entorno industrial. OSHA regula el formaldehído, un VOC específico, como carcinógeno. OSHA ha adoptado un nivel Permisible de Exposición (PEL) de .75 ppm, y un nivel de acción de 0.5 ppm. HUD ha establecido un nivel de .4 ppm para casas rodantes. En base a la información actual, es aconsejable mitigar el formaldehído presente en niveles mayores a 0.1 ppm. Fuente: http://www.epa.gov/iaq/schools/tfs/guidee.html

Estándares o Directrices Descripción Fuentes Estándares o Directrices El plomo es un mental altamente tóxico. Fuentes de plomo incluyen agua potable, alimentos, suelo, aire y polvo contaminados.La pintura a base de plomo es una fuente común de polvo de plomo. La Comisión de Seguridad del Consumidor (The Consumer Product Safety Commission) ha prohibido el plomo en la pintura. Efectos en la Salud Medidas de Control El plomo puede causar daños serios a los riñones, al sistema nervioso, y a los glóbulos rojos. Los niños son particularmente vulnerables. La exposición al plomo en niños puede provocar retrasos en el desarrollo físico, bajos niveles de IQ, periodos mas cortos de atención, y un incremento en problemas de conducta. Medidas preventivas para reducir la exposición a plomo incluyen: limpieza de áreas de juego; limpieza frecuente de pisos y cornisas de ventanas y otras áreas lisas con trapo mojado; mantener a los niños alejados de áreas donde la pintura esté descascarillada o cayéndose; prevenir a los niños de masticar alféizares u otras áreas pintadas; y asegurar que los juguetes sean limpiados frecuentemente y que los niños se laven las manos antes de ingerir alimentos. Fuente: http://www.epa.gov/iaq/schools/tfs/guidee.html

Exposición de la Comunidad Evaluación Exposición al Aire - Qué químicos (sustancias tóxicas o dañinas). - Qué cantidades y de donde provienen (área, punto, móvil). - Concentración estimada en una ubicación específica (ubicación de la exposición). Los modelos de Dispersión incluyen modelos Gaussianos (basados en muchos factores). - Estimación del número de personas afectadas por la contaminación. Exposición Dérmica - Frecuencia y duración de la exposición potencial (solo por natación). - Concentración de una sustancia dada. Narración : La inhalación y la exposición dérmica serán discutidos en este capítulo porque la cantidad de "lesiones" por ingestión en comparación con éstas "lesiones" son mínimas. Narración para exposición al aire : Los siguientes temas deben ser identificados para determinar exposiciones a los contaminantes encontrados en el aire. Los modelos de dispersión pueden encontrarse en muchos textos diferentes. Narración para exposición dérmica : La fuente número uno de exposición dérmica es nadando en lagos contaminados, ríos y corrientes, y virtualmente la única fuente principal de consecuencias para el público en general. Nuevamente, los temas listados en esta diapositiva deben ser identificados para evaluar la exposición dérmica.

Exposición de la Comunidad: Evaluación (continuación) Agua de superficie - Qué cantidad de una toxina dada permanece después de el tratamiento de agua de desecho y la concentración real en la corriente dada. - Analiza el destino de las sustancias dadas usando modelos. - Qué impacto tienen los contaminantes en los organismos acuáticos. Contaminación de agua de Subsuelo - De infiltración (rellenos) y corrientes de agua pluvial. - Puede ser transportada por grandes distancias (y en diferentes fases) y durar por largos periodos de tiempo. Narración para agua de superficie : La contaminación del agua de superficie es muy común en la industria, y puede tener una amplia variedad de consecuencias (por varias salidas) en las poblaciones humanas así como en el ambiente. Es importante que los criterios en la lista dada sean identificados para estimar con precisión la contaminación del agua de superficie y su impacto en los humanos. Narración para contaminación de agua de subsuelo : La contaminación del agua del subsuelo sucede por muchas fuentes y puede durar mucho tiempo. La mayoría de las personas afectadas por estos contaminantes tienen pozos, o usan agua de fuentes de agua de subsuelo.

Regulaciones

Sustancias Persistentes, Bioacumulación y Sustancias Tóxicas (PBT) El top 12 Aldrin/Dieldrin, Benzo(a)pireno, Clordano, DDT Hexaclorobenzeno, Alquil-plomo, Mercurio y compuestos, Mirex, Octacloroestireno, PCBs, Dioxinas y Furanos, y Toxafeno. Referencias : Binational Toxics Strategy : http://www.epa.gov/bns/index.html Environment Canada’s ARET program http://www.ec.gc.ca/nopp/aret/en/el2.cfm EPA’s PBT Chemical Program http://www.epa.gov/pbt/index.htm Narración : La EPA ha definido muchas sustancias como PBT. El top 12 de estas sustancias esta listado aquí, pero existen otras 2 listas de sustancias con diferentes prioridades. Fuente: http://www.kppc.org/about/services/PBT/index.cfm La mayor preocupación con las PBTs es que se transfieren muy facilmente entre aire, agua y tierra y cruzan límites de programas, geografía y generaciones. Fuente : http://www.epa.gov/bns/reports/2001Progress/introduction.pdf Las referencias dadas en esta página son solo algunos recursos disponibles para sustancias PBT y sus regulaciones.

Fueente : http://epa.gov/air/criteria.html Narración : Existen muchas sustancias diferentes que contaminan el aire. Límites regulatorios han sido impuestos en la mayoría de los paises para minimizar la liberación de tales contaminantes en la atmósfera. Los 6 contaminantes primarios (criterios) mencionados en el capítulo introductorio son mostrados aquí junto a sus estándares correspondientes. (fuente, EPA)

Contaminación del Aire en el lugar de trabajo Referencias OSHA : regulaciones de emisiones en el lugar de trabajo http://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=FEDERAL_REGISTER&p_id=13306 CCOSH : sitio web general http://www.ccohs.ca/ Narración : La seguridad en el lugar de trabajo incluye el control de emisiones en el mismo. Estas emisiones son frecuentemente reguladas por leyes y normas, como las que se pueden encontrar en este (y otros) sitio web.

Ejemplo de Estándares de Emisión Agua y Agua de desecho: - Directrices de Efluentes: En una base continua : pH entre 6.0 y 9.5 En una base promedio mensual: Sólidos Suspendidos Totales (TSS) 25 mg/L Demanda Química de Oxígeno (COD) 200 mg/L Aceite y Grasa 10 mg/L Cadmio 0.1 mg/L Cromo (total) 0.5 mg/L Plomo 0.2 mg/L Mercurio 0.01 mg/L Níquel (total) Zinc Toxicidad No mas de 50 % de mortalidad en 100% del efluente Narración : Este es un ejemplo de las regulaciones de emisión de agua y agua de desecho del código de práctica para plantas de ace4ro no integradas (Environment Canada). Fuente : http://www.ec.gc.ca/nopp/docs/cp/1mm8/en/c4.cfm

Diseño Químico más Seguro

Diseño Químico más Seguro Metas clave en el diseño de sustancias químicas más seguras son minimizar : - Persistencia y Dispersión en el ambiente (y por lo tanto reducción de la exposición). - Bioacumulación y reducción de dosis (reduciendo de ese modo la absorción por el cuerpo). - Toxicidad. El Diseño Químico más Seguro incluye: - Minimización de dosis. - Minimización de toxicidad. Narración : Al controlar las exposiciones ocupacional y al trabajador, es importante comenzar con la minimización de la fuente (como fue discutido en la jerarquía de prevención de la contaminación) . Al diseñar sustancias químicas mas seguras a gran escala, se examinan tres criterios, persistencia, bioacumulación y toxicidad. Estos criterios son ponderados de manera diferente de acuerdo a los diferentes analistas, pero son los mas comunes. Existen muchas posibles soluciones para crear una mejor sustancia. Los tópicos cubiertos en este capítulo son minimización de dosis y toxicidad. Capítulos futuros discutirán otras alternativas.

Diseño Químico más Seguro Reducción de dosis Información requerida para calcular dosis: - Masa del químico transferida a través de cierta membrana. - Dependiendo de las diferentes membranas, se necesitan propiedades físicas y químicas: Pulmones : solubilidad en agua, tamaño de partícula. Tracto gastrointestinal : solubilidad en lípidos, solubilidad en agua, constante de disociación y tamaño molecular. Piel : solubilidad en lípidos. Narración : Para reducir la "dosis" de una exposición dada, es importante primeramente cuantificar la dosis. Esto se hace calculando la cantidad de sustancia que traspasa la frontera. Las tres membranas mas importantes son el pulmón, el tracto gastrointestinal y la piel. Diferentes químicos y propiedades físicas determinan que tan lejos y a través de que membranas las sustancias pueden o no pueden pasar.

El pulmón también provee un área superficial relativamente grande para la absorción de químicos. El pulmón es una membrana relativamente delgada y debido a que es tan delgada, la solubilidad en lípidos juega un rol menor en la absorción química que para el tracto gastrointestinal. Alta solubilidad en agua promoverá la absorción en el pulmón, así como la distribución del compuesto en partículas finas.

La piel presenta una barrera formidable al transporte de químicos La piel presenta una barrera formidable al transporte de químicos. Para que un compuesto químico sea llevado por la piel, este debe pasar capas múltiples. Con el tracto gastrointestinal, un grado moderado de lipofilicidad promueve la absorción a través de la piel porque el transporte debe ocurrir a través de capas tanto acuosas como de lípidos. Un alto nivel de solubilidad en agua mejora la absorción en el tracto gastrointestinal porque los materiales solubles en agua son más fácilmente movilizados en el intestino grueso y delgado y por lo tanto los materiales experimentan menos resistencia a la transferencia de masa en la migración hacia la pared del intestino. Alta solubilidad en lípidos eleva la absorción y el transporte a través de la membrana.

Diseño Químico más Seguro Reducción de la Toxicidad Información importante es obtenida al: - Examinar mecanismos. - Identificar mecanismos estructurales.

Evaluaciones de Reducción de Toxicidad (TREs) Los TREs usan exámenes de toxicidad, análisis químicos detallados, y evaluaciones de proceso para determinar la causa de la toxicidad del efluente. Estas evaluaciones exploran las opciones de tratamiento para reducir la toxicidad a niveles aceptables o para identificar cambios dentro de una instalación o alterar el tipo, cantidad o carácter de la descarga. Entonces identificamos el tipo y fuente de toxinas y hacemos una evaluación de las alternativas de tratamiento. Cuando la TRE está completa, preparamos un reporte final que contiene recomendaciones para la reducción o eliminación de la toxicidad que pondrán la instalación nuevamente dentro de norma.