Human risk assessment for air pollution by passive biomonitoring: a case study in São Mateus do Sul, Paraná, Brazil

Em países em desenvolvimento significantes fontes de poluição do ar podem ocorrer em áreas que não possuem uma qualificada estrutura de medição dos contaminantes. Neste contexto, a simplificação dos métodos de medição de partículas no ambiente, tais como impactador portátil e a acumulação de elementos traço em cascas de árvores podem fornecer informações na determinação da área de influência da fonte emissora de poluição. Neste estudo foram combinadas medidas de acumulação dos elementos traço em cascas de árvores e de partículas finas (diâmetro aerodinâmico inferior a 2,5 m) em filtros para avaliar os possíveis efeitos sobre a saúde da população das emissões de uma indústria de xisto operando em São Mateus do Sul, PR. As análises foram realizadas pela técnica de fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF) para determinação dos elementos Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, S, Si, V e Zn nas cascas de árvores e Fe, S e Si no material particulado PM2,5. Dados de saúde da população estudada foram coletados nos prontuários médicos dos pacientes no posto de saúde local. Mapas de distribuição das concentrações dos elementos foram obtidos. Estes mapas foram utilizados para identificar hot spots de poluição, para estimar a mobilidade dos elementos Fe, S e Si presentes no ar, bem como para correlacionar as concentrações destes elementos com dados da saúde da população local. O programa geoestatístico SURFER 8.0 (Golden software Surfer) e o modelo de atenuação foram utilizados nos tratamentos de dados e os softwares STATISTIC 8.0 e SPSS 13.0 utilizados nos testes estatísticos. Os resultados obtidos indicam significante associação entre morbidade respiratória e as emissões industriais. Estes resultados mostram que as emissões da indústria de xisto afetam a saúde dos habitantes da cidade de São Mateus do Sul. Isto também foi demonstrado nas medições das concentrações dos elementos no PM2,5 e na acumulação de elementos traço nas cascas de árvores. A análise fatorial e a análise descritiva, feitas a partir das concentrações determinadas nas cascas de árvores, considerando a direção dos ventos a partir da indústria de xisto sugerem que Fe, S e Si podem ser usados como marcadores da poluição desta indústria. A combinação da caracterização espacial da poluição e dados clínicos mostrou que os efeitos adversos foram significativos (p = 0, 042, ANOVA) para a população com mais de 38 anos. A partir dos resultados obtidos, também podemos concluir que a utilização de cascas de árvores como bioindicador é uma estratégia adequada em estudos sobre impacto ambiental em regiões sem rede convencional de monitoramento da poluição atmosféricaIn developing countries significant sources of air pollution may go undetected in areas that do not have qualified structure to measure air contaminants. In this context, simplified methods of measuring ambient particles, such as portable impactors and trace elements accumulate in tree barks, may provide information to identify areas influenced by source emissions. In this study, simplified methods to measure trace elements in tree barks and in fine particles in filters to evaluate the possible health effects of the emissions of a shale oil plant operating in São Mateus do Sul (Paraná, Brazil) were used. These analyses were carried out by energy dispersive X ray fluorescence spectrometry (EDXRF) to determine concentrations of Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, S, Si, V and Zn in tree bark and Fe, S and Si in particulate matter PM2.5. Health data of respiratory diseases of the studied population was obtained from the patient files from the local public health center. The resulting data were evaluated obtaining element concentration distribution maps. These maps were also used to identify hot spots, to estimate element mobility of Fe, S and Si present in the air, as well as, to correlate element concentrations found with health data of the local population. The SURFER geo-statistical software (Golden software Surfer) and the attenuation model of concentration were used to treat these results. For statistical tests, STATISTICÒ 8.0 software and SPSS 13.0 was used. Results obtained indicated significant associations between respiratory morbidity and industrial emissions. Thus the emissions from the shale oil industry affect the health of inhabitants of the city of São Mateus do Sul. This was also demonstrated by measurements of element concentrations in PM2.5 and the accumulation of trace elements in tree barks. Factor analysis and the descriptive analysis (ANOVA) of element concentrations in tree barks downwind of the shale plant suggest that Fe, S and Si may be used as tracers of shale industry pollution. The combination of spatial characterization of pollution and clinical data revealed that adverse effects were significant (p = 0.042, ANOVA) for the population older than 38 years. From the results obtained it was also concluded that the use of tree bark as a bioindicator is an adequate strategy in environmental impact studies in those areas with no conventional network of air pollution monitorin