Έκθεση και επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία σε χώρους υγειονομικής ταφής απορριμμάτων από αιωρούμενα σωματίδια

Abstract

The human exposure to particulate matter is a subject of increasing scientific interest due to the effects of particulate matter on human health. The high concentrations of particulate matter observed in landfills and the adverse health effects associated with high particulate matter concentrations make the study of personal exposure and consequent dose from particulate matter present in landfill sites necessary. The current study focus of workers in the waste management facility of the Prefecture of Chania. The waste management facility of the Prefecture of Chania consists of the landfill and the Mechanical Recycling and Composting Plant. For the calculation of the internal particle dose in the human body were performed particle mass concentrations measurements, particle mass size distributions measurements and chemical analyzes for the determination of the metal content in the particulate matter. In addition, indoor and outdoor particulate matter emission rates were estimated. Natural process (wind erosion) and anthropogenic process (movement of refuse trucks and manual sorting of waste) were also examined. The study of the different activities in the waste management facility of the Prefecture of Chania and their influence on the air pollution were examined in the current work. In particular, the outdoor emission rates were used as input parameter to a dispersion model in order to calculate the outdoor particulate matter concentrations. The most important source of particulate matter in the outdoor waste management facility of the Prefecture of Chania is the resuspension of dust due to refuse truck movement on roads. In addition, particulate matter emissions generated by wind erosion of compost piles and landfill cover.Particulate matter enters the human body mainly through the respiratory tract. The deposited particles in the respiratory tract transferred to the rest of the body. Simulation of the mechanisms through which the particulate matter entering the body, are deposited, accumulated and transferred to the rest of the body performed from dosimetry models. In the current study developed a dosimetry model (ExDoM2) for calculating internal dose of particles in the human body. The ExDoM2 model consists of a revised respiratory tract deposition/clearance model (updated version of the ExDoM) and a pharmacokinetic (PBPK) model. The revised respiratory tract deposition/clearance model incorporating new particle clearance mechanisms in the respiratory tract and was used to calculate the deposited dose of particles in the respiratory tract, the retention of particles in the respiratory tract, the transport of particles to the oesophagus (gastrointestinal tract) and lymph nodes, and the absorption to blood. The PBPK model was used for the transport of metals (As, Pb, Cd, Cr and Mn) from the blood in the human body (e.g. liver, heart, kidneys, brain, gastrointestinal tract).The major difference in the ExDoM2 model developed in the current study compared to other models (e.g. ExDoM, MPPD) in the scientific literature is that it incorporates a PBPK module for specific metals (As, Pb, Cd, Cr and Mn) of particles. In addition, the respiratory tract deposition/clearance model of the ExDoM2 incorporating new particle clearance mechanisms in the respiratory tract based on the revised model of the ICRP and also allows the user to enter different particle size distribution measurements (per hour) for determining realistic human exposure at different microenvironments during the day.The input data for the model implementation were derived from field measurements in the waste management facility of the Prefecture of Chania. They were selected four categories of exposed individuals: (a) workers at the outdoor weighing facility, (b) workers at the indoor site of manual waste sorting (first shift), (c) workers at the indoor site of manual waste sorting (second shift) and (d) non-workers in the waste management facility of the Prefecture of Chania. The objective of using different exposure scenarios is to determine whether the particulate matter dose of workers in the waste management facility of the Prefecture of Chania is increased compared to that of the general population in the area.

Η έκθεση των ανθρώπων σε αιωρούμενα σωματίδια αποτελεί αντικείμενο έντονου επιστημονικού ενδιαφέροντος λόγω των επιπτώσεων τους στην ανθρώπινη υγεία. Οι υψηλές συγκεντρώσεις αιωρούμενων σωματιδίων που καταγράφονται σε Χώρους Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων (ΧΥΤΑ), καθώς και η συσχέτιση που αυτές παρουσιάζουν με αρνητικά συμπτώματα στην ανθρώπινη υγεία, ανέδειξαν την ανάγκη μελέτης της προσωπικής έκθεσης και δόσης σε αιωρούμενα σωματίδια που προέρχονται από ΧΥΤΑ. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στους εργαζόμενους της μονάδας διαχείρισης απορριμμάτων του Νομού Χανίων. Η μονάδα διαχείρισης απορριμμάτων του Νομού Χανίων αποτελείται από τον Χώρο Υγειονομικής Ταφής (ΧΥΤ) και από το Εργοστάσιο Μηχανικής Ανακύκλωσης και Κομποστοποίησης (ΕΜΑΚ). Για τον υπολογισμό της εσωτερικής δόσης αιωρούμενων σωματιδίων στο ανθρώπινο σώμα πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις συγκεντρώσεων μάζας αιωρούμενων σωματιδίων, μετρήσεις κατανομής μεγέθους της μάζας των αιωρούμενων σωματιδίων και χημικές αναλύσεις για την περιεκτικότητα των αιωρούμενων σωματιδίων σε μέταλλα. Επίσης, υπολογίστηκαν οι ρυθμοί εκπομπής αιωρούμενων σωματιδίων σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους της μονάδας. Φυσικές διεργασίες (αιολική διάβρωση) και ανθρώπινες δραστηριότητες (κίνηση των απορριμματοφόρων και χειροδιαλογή απορριμμάτων) επίσης εξετάστηκαν. Η μελέτη διαφόρων δραστηριοτήτων στη μονάδα διαχείρισης απορριμμάτων του Νομού Χανίων και η επίδραση τους στην ατμοσφαιρική ρύπανση εξετάστηκε στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας. Συγκεκριμένα, οι ρυθμοί εκπομπής των εξωτερικών χώρων χρησιμοποιήθηκαν ως παράμετροι εισόδου σε μοντέλο διασποράς για τον υπολογισμό των συγκεντρώσεων των αιωρούμενων σωματιδίων σε εξωτερικούς χώρους. Η σημαντικότερη πηγή αιωρούμενων σωματιδίων στους εξωτερικούς χώρους της μονάδας διαχείρισης απορριμμάτων του Νομού Χανίων είναι η επαναιώρηση σκόνης λόγω της κίνησης των απορριμματοφόρων σε δρόμους. Επιπλέον, εκπομπές αιωρούμενων σωματιδίων δημιουργούνται από την αιολική διάβρωση των σωρών του κομπόστ και της χωματοκάλυψης του ΧΥΤ (landfill cover).Τα αιωρούμενα σωματίδια εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισμό κυρίως μέσω της αναπνευστικής οδού. Τα σωματίδια που εναποτίθενται στο αναπνευστικό σύστημα μεταφέρονται στη συνέχεια στο υπόλοιπο σώμα. Η προσομοίωση των μηχανισμών με τους οποίους τα αιωρούμενα σωματίδια εισέρχονται στον οργανισμό, εναποτίθενται, συσσωρεύονται και μεταφέρονται στη συνέχεια στο υπόλοιπο σώμα πραγματοποιείται με μοντέλα δοσιμετρίας. Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας αναπτύχθηκε ένα μοντέλο δοσιμετρίας (ExDoM2) για τον υπολογισμό της εσωτερικής δόσης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ανθρώπινο σώμα. Το μοντέλο ExDoM2 αποτελείται από ένα αναθεωρημένο μοντέλο εναπόθεσης/απομάκρυνσης σωματιδίων από το αναπνευστικό σύστημα (αναβαθμισμένη έκδοση του ExDoM) και από ένα φαρμακοκινητικό (PBPK) μοντέλο. Το αναθεωρημένο μοντέλο εναπόθεσης/απομάκρυνσης σωματιδίων ενσωματώνει νέους μηχανισμούς καθαρισμού σωματιδίων από το αναπνευστικό σύστημα και χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της εναποτιθέμενης δόσης σωματιδίων στο αναπνευστικό σύστημα, την κατακράτηση/συσσώρευση (retention) τους σε αυτό, τη μεταφορά τους στον οισοφάγο (γαστρεντερικό σύστημα) και στους λεμφαδένες και την απορρόφηση τους στο αίμα. Το PBPK μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για τη μεταφορά των μετάλλων (As, Pb, Cd, Cr και Mn) που περιέχουν τα αιωρούμενα σωματίδια από το αίμα στο ανθρώπινο σώμα (π.χ. συκώτι, καρδιά, νεφροί, εγκέφαλος, γαστρεντερικό σύστημα). Η σημαντικότερη διαφορά στο μοντέλο ExDoM2 που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας από τα υπόλοιπα μοντέλα (π.χ. ExDoM, MPPD) που έχουν αναπτυχθεί στη διεθνή βιβλιογραφία είναι ότι ενσωματώνει ένα PBPK μοντέλο για συγκεκριμένα μέταλλα (As, Pb, Cd, Cr και Mn) που περιέχουν τα αιωρούμενα σωματίδια. Επιπλέον, το μοντέλο εναπόθεσης/απομάκρυνσης σωματιδίων από το αναπνευστικό σύστημα του ΕxDoM2 ενσωματώνει νέους μηχανισμούς καθαρισμού σωματιδίων από το αναπνευστικό σύστημα με βάση το αναθεωρημένο μοντέλο της Διεθνούς Επιτροπής Ακτινοπροστασίας (ICRP) και επιπλέον επιτρέπει στο χρήστη να εισάγει διαφορετικές μετρήσεις κατανομής μεγέθους σωματιδίων (ανά ώρα) για τον καθορισμό ρεαλιστικού σεναρίου έκθεσης του ανθρώπου σε διαφορετικά μικροπεριβάλλοντα κατά τη διάρκεια της ημέρας. Τα δεδομένα εισόδου που χρησιμοποιήθηκαν κατά την εφαρμογή του μοντέλου ExDoM2 προήλθαν από μετρήσεις πεδίου στη μονάδα διαχείρισης απορριμμάτων του Νομού Χανίων. Επιλέχθηκαν προς μελέτη τέσσερις κατηγορίες ατόμων: (α) εργαζόμενοι στον εξωτερικό χώρο του ζυγιστηρίου (β) εργαζόμενοι στον εσωτερικό χώρο χειροδιαλογής (πρώτη βάρδια), (γ) εργαζόμενοι στον εσωτερικό χώρο χειροδιαλογής (δεύτερη βάρδια) και (δ) μη- εργαζόμενοι στη μονάδα διαχείρισης απορριμμάτων του Νομού Χανίων. Ο σκοπός της χρήσης διαφορετικών σεναρίων έκθεσης είναι να καθορίσει εάν η δόση σωματιδίων των εργαζομένων στη μονάδα διαχείρισης απορριμμάτων του Νομού Χανίων είναι αυξημένη σε σύγκριση με εκείνη του γενικού πληθυσμού της περιοχής.