TOXICIDAD: UNA HERRAMIENTA ADICIONAL PARA LA EVALUACIN DE LA

CALIDAD DEL AGUA

Mara Consuelo Daz BezBiloga, M.Sc., Doctor

Profesor EspecialUniversidad Nacional de Colombia

Ctedra Internacional de Ingeniera 2008 - Salud Pblica y Saneamiento AmbientalUniversidad Nacional de Colombia

Bogot, D. C. Junio 17 Julio 11, 2008

1.5

600

3 000

8 000

100000

12 000 000 En el Planeta

En el comercio

Reguladas

Corresponden al 90%del consumo

Prohibidas o restringidas

Sujetas a control internacionalde exportaciones

UNIVERSO DE SUSTANCIAS QUIMICAS

0,00E+00

5,00E+05

1,00E+06

1,50E+06

2,00E+06

2,50E+06

3,00E+06

3,50E+06

4,00E+06

M

i

l

l

o

n

e

s

d

e

T

o

n

e

l

a

d

a

s

1940 2001Ao

DISPONIBILIDAD DE INFORMACION SOBRE SUSTANCIAS QUIMICAS

Toft, P. 1998. United States National Research Council,

CLASES DE ACUERDOAL USO

SUBGRUPO:100 Sustancias

CompuestoQumico

Suelo

Aire

Biota

AguaSedimentos

FotlisisReacciones con Ozono

DrenajeDepositacin

Volatilizacin

P

r

e

c

i

p

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t

a

c

i

n

V

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l

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z

a

c

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n

HidrlisisFotlisis

Resuspensin

AdsorcinReacciones redox

Reactividad qumica

L

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b

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A

c

u

m

u

l

a

c

i

n

Acum

ulaci

n

AcumulacinLiberacin

BiodegradacinMetabolismo

Patrones de transporte y transformacin que regulan el destino ambiental de compuestos qumicos en el ambiente

LAS CONCENTRACIONES ESTN DENTRO DE LOS LMITES ACEPTABLES?

PUEDEN ESTOS RESIDUOS AFECTAR LOS ECOSISTEMAS?

HAY UN PELIGRO ACTUAL O FUTURO?

PELIGRODao potencial que puede producir un contaminante

RIESGOProbabilidad de que ocurra un efecto adverso sobre la salud humana, el medio ambiente y/o la propiedad, as como el grado de peligro que esta involucrado

Participantes

Cientficos Industria Grupos de inters PblicoMedios de

comunicacinPolticos

Proceso

Producto

Informacin de Toxicidad y Exposicin Estimacin de: Tipo

magnitud y distribucin del efecto

Estimacin de la Aceptabilidad de

efectos probables/esperados

Decisiones de uso, control y sustitucin

Bases para Accin Reguladora

Incentivos fiscales

EFECTOSSeveridadExtensinDistribucin

ANALISIS COMPARATIVO DE RIESGOComparacin con riesgos esperadosOtros riesgos aceptadosRiesgos voluntariosotros

ACEPTABILIDAD DEL RIESGOPolticoPercepcin pblicaResponsabilidad industrial/pblica

REDUCCION O ELIMINACION DE RIESGOSControl de medidas 1. FactibilidadCambios de tecnologa 2.Beneficios/perjuicios/costosPrevencin de exposicin 3. Magnitud y distribucinO reduccinSustitucin del producto Seguro de compensacin

DATOS DE TOXICIDADQumicoToxicolgicoEcotoxicolgicoClnicoEpidemiolgico

EXTRAPOLACIONAnimal HombreAlto/corto Bajo/largoExposicin: singular, mltiple, combinadaPoblacin Especfica, Poblacin generalPoblacin general, grupos vulnerables

INFORMACIN DE EXPOSICIONOcupacionalAccidentesConsumidorComunidad

Identificacin del Peligro Estimacin del Riesgo Evaluacin del Riesgo Manejo del Riesgo

Modelo para la Evaluacin y Manejo del Riesgo(OMS, 1985)

RIESGO

PELIGRO

EFECTOS ADVERSOS A LA SALUD

NaturalezaSeveridadAccesoReversilidad

PROBABILIDAD

POTENCIALIDAD

Propiedades FisicoqumicasReactividad Biolgica

SUSCEPTIBILIDAD

Activacin metablicaMecanismos de reparacinFactores hormonalesEstado inmunolgico

EXPOSICION

FuentesEventos de InicioVas

Componentes del Riesgo a la Salud

Riesgo para los Ecosistemas Acuticos

Impacto a travs de efectos crnicos: Deterioro de la capacidad reproductiva Reduccin de las tasas de nacimiento o mortalidad

Tcnicas de medicin para describir tanto efectos agudos como crnicos son:

LC50, EC50, NOEC, LOEC Toxicidad total de Mezclas Complejas:

UT = 100 /(LC50 o EC50 o NOEC) UTa= Unidad txica aguda UTc= Unidad txica crnica

US EPA recomienda niveles de unidades de toxicidad aguda y crnica para la proteccin de ecosistemas acuticos.

Criterio de Concentracin Mxima (CCM) para la toxicidad total de un efluente: no debe exceder 0.3 UTa medida para la especie ms sensible de por lo menos 3 organismos de prueba

Criterio de Concentracin Continua (CCC) para la proteccin de toxicidad crnica. No debe exceder 1.0 UTc medida para la mas sensible de tres especies de prueba.

Estos criterios deben aplicarse fuera de la zona de mezcla

Manejo Integral Varios gobiernos han reconocido la necesidad de

evaluar los contaminantes en los diferentes medios en forma integrada y se desarrollan polticas para lograr este objetivo.

Estas polticas comprenden la evaluacin y manejo del riesgo basados en los riesgos provocados por una sustancia qumica en todos sus estados: Ciclo de existencia: iniciando con la introduccin al mercado y

continuando con la manufactura, transporte, uso y disposicin El manejo de la calidad de agua debe estar basado en un

sistema de estndares independientes y armonizados

Interdependencia de los Estndares de Calidad de Agua

AGUAEstndares de Efluentes

CRITERIOS ECOLOGICOS CRITERIOS DE SALUD CRITERIOS DE AGRICULTURA

Estndares de Aguas Naturales

Estndares de Agua de Bebida

Estndares de Peces Comestibles

Estndares de Aguas Recreacionales

Estndares de Agua para Irrigacin

Estndares de Agua para Ganadera

Aproximacin de la Ecotoxicologa al Estudio de los Contaminantes Txicos

Carga

Patrones de Uso

Patrones de

Descarga

Procesos Ambientales

MODELOEVALUATIVO

MONITOREO

PropiedadesFsico-Qumicas

QSARs

EVALUACION DE LA EXPOSICION (PEC)

EVALUACION DE LOS EFECTOS (PNEC)

CARACTERIZACION DEL RIESGO

Ensayos de Toxicidad

Biomarcadores

Evaluacin del RiesgoAnlisis

Conocer la probabilidad de que los efectos ocurran por la presencial actual o futura del contaminante

Se integran los tres pasos anteriores y se calcula el riesgo implicado

4. Caracterizacin del riesgo

Obtener un modelo de destino del contaminante y el grado de contacto con el sistema ecolgico afectado

Determinar la concentracin ambiental esperada (PEC)

3. Evaluacin de la exposicin

Conocer la relacin entre el nivel de exposicin, la naturaleza, y la severidad Conocer la duracin de los efectos del contaminante

Determinar la concentracin sin efecto ecolgico (PNEC)

2. Evaluacin del efecto

Identificar las caractersticas de las sustancias y sus potenciales efectosIdentificar los componentes del ecosistema expuesto y lo que se debe proteger

Formular el problema1. Identificacin del peligro

ResultadoObjetivosPasos

Evaluacin de la Exposicin(PEC)

MONITOREO MODELOS

MonitoreoINTENSIDAD DE LA EXPOSICIN

TEMPORALIDAD DIMENSION ESPACIAL

1. Identificacin y caracterizacin del agente2. Vas de ingreso3. Transformaciones4. Biodisponibilidad5. Bioacumulacin6. Descripcin de la co-ocurrencia o contacto7. Valoracin de los niveles de variabilidad e

incertidumbre

Evaluacin de los Efectos (PNEC) Estimacin de la concentracin que no causa

efectos ecolgicos Busca establecer la relacin entre los agentes

contaminantes y los efectos adversos producidos en un sistema ecolgico

Norton et al., 1995; USEPA, 1998

Ensayos de Toxicidad Crnica a corto plazo agua dulce -

Crecimiento96 hSelenastrum capricornutum

Supervivencia embrio-larval, porcentaje de eclosin y anormalidades

7 9 dPimephalis promelas

Crecimiento larvalSupervivencia

7 dPimephalis promelas

SupervivenciaReproduccin

7 d aproximadamente

Ceriodaphnia dubia

Punto FinalDuracin de la Prueba

Especie

Mortalidad Promedio vs Concentracin de Cromo Hexavalente y la CL50-48h para Daphnia magna

y = 458,37x - 44,966R2 = 0,9962

0

25

50

75

100

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35Log de la Concentracin (mg/L)

%

M

o

r

t

a

l

i

d

a

d

CL50-48h = 0.202

Efectos Relevantes sobre los Ecosistemas

MORTALIDAD

CRECIMIENTO

REPRODUCCION

Estimacin de los Efectos Organismos Acuticos:

Algas: Algas verdes: Inhibicin del crecimiento, 72h (LC50, NOEC)

Invertebrados: Daphnia magna: movilidad 48h (LC50); reproduccin 21d

(NOEC) Peces:

Mortalidad:96h (LC50) Crecimiento: 28d NOEC Ciclo temprano de vida: 30 60d NOEC Reproduccin: 3 24 meses NOEC

Fuentes de Abastecimiento de

Agua

Muestras: 14 Fuentes de abastecimiento de agua utilizadas

para consumo humano 9 fuentes superficiales 5 subterrneas

5 despus de potabilizacin 9 crudas

Batera de Prueba: E. Agudos:

Daphnia magna 48h Inmovilidad Hydra attenuata 96h Mortalidad

E. Crnicos: Selenastrum capricornutum (Pseudokirneriela

subcapitata) 72h Inhibicin del crecimiento Lactuca sativa 96h Inhibicin de la germinacin e

Inhibicin de la elongacin de la raz

36%

64%

Toxica No toxica

Toxicidad General de las Muestras Analizadas

020406080

100

Txicas No Txicas

Toxicidad segn Tipo de Fuente

Superficial Subternea

Respuesta de los Organismos de Prueba

% de Muestras Txicas que dieron respuesta con cada Bioensayo

0

20

40

60

80

D. magna H. attenuata S.capricornutum

L. sativa

%

M

u

e

s

t

r

a

s

Clasificacin de las Muestras de Agua de Acuerdo a la Norma 1575/2007: Resolucin 2115 y Toxicidad

0

1

2

3

4

5

6

7

SR R-B R-M NT MoT T MT SR R-B R-M NT MoT T MT

Tratadas CrudasTipo de Muestra

N

u

m

e

r

o

d

e

M

u

e

s

t

r

a

s

IRCA TOXICIDAD

Efluentes Industriales

Efluentes Industriales

Industria Textil I. de recubrimientos

metlicos I. Qumica I. Cosmtica I. Qumica E. Termoelctricas E. Hospitalario E. de Curtiembres

Evaluacin del PeligroUnidades Txicas

)(%)(/

%100)(

5050 CECLUT =

ndice de Efectos Txicos Potenciales (IETP)(Costan et al., 1993)

(((( ))))]1[log10 QN

UTnIETP++++====

Donde: IETP = Indice de Efectos Txicos Potenciales

UT = Unidades Txicas para cada bioensayo

Q = Caudal del efluente (m3/d) n = Nmero de ensayos que muestran punto final (huella txica)

N = Nmero mximo de respuestas txicas obtenidas

(Tebo, 1986)

Clasificacin IETP

Carga txica DESPRECIABLE < 1.99Carga txica REDUCIDA 2 2.99Carga txica MODERADA 3 3.99Carga txica CONSIDERABLE 4 4.99Carga txica ELEVADA > 5

Batera de Pruebas

Selenastrum capricornutum CI50-72h (Blaise,2000)

Daphnia magna CL50-48h (McInnis, 1989)

Hydra attenuata CL50-96h (Trottier et al.,1997)

Lactuca sativa CE50-120h (Dutka,1989)

Toxicidad Selenastrum

CI50-72h

Toxicidad Daphnia

CL50-48h

Mortalidad

Toxicidad Hydra attenuatta

Normal CortoBulbo Tulipn Desintegrado

Letalidad CL50-96hSubletalidad CE50-96h

Toxicidad Lactuca sativa

CE50-120hGerminacinElongacin Raz

Promedio Intervalo Coeficiente

Variacin (%) Organismo

Txico

Referencia LC50 EC50 LC50 EC50

LC5

0 EC50

Daphnia magna Cr+6 0.16 0.19 - 0.13 10

Hydra attenuata Cr+6 0.147 0.07 0.17 0.12 0.09 0.05 9.2 13.4

Hydra attenuata NaCl 1.26 0.82 1.48 1.04 1.0 0.63 8.9 11.5

Lactuca sativa Zn+2 25.6 37.7 13.4 23.7

Selenastrum

capricornutum

Cr+6 0.12 0.16 0.08 16.7

Control Sensibilidad

I. Grandes : Q>100 m3/h

I. Medianas: 10>Q

2,93,1

2,6

3,9

3,1

2,1

2,8

2,3 2,3 2,4

0

1

2

3

4

5

1 2 3 4 Promedio

I

E

T

P

Cruda Tratada

Daphnia 2 - 3571 UT

Hydra 18 - 81 UT

Selenastrum 140-13.000 UT

Daphnia/Hydra/Selenastrum

Industria de recubrimientos metlicos

1.0

10.0

100.0

1000.0

10000.0

100000.0L

O

G

U

T

Daphnia Hydra Selenastrum

Efecto del Tratamiento:

Toxicidad: disminuye para Selenastrum y Daphnia y se potencia para Hydra

Sensibilidad de los Organismos de PruebaIndustria Cosmtica

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

1 2 6 4 5 7 3 Promedio

I

E

T

P

Cruda Tratada

Daphnia 1 - 113 UTHydra 9.5 143 UTSelenastrum 6 1700 UT

Daphnia/Hydra/Selenastrum

Industria Cosmtica

IETP0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

Curtiembre

Curtiembre

Tex til

Tex til

Termoelctrica

Colorantes

Tex til

Tex til

Tex til

Termoelctrica

Tex til

Tex til

Tex til

Recubrimiento

Cosmtica

Tex til

Jabones

Agroquimicos

Tex til

Qumicos

Qumicos

Recubrimiento

Categorizacin de efluentes industriales (IETP)