Assessment of the human health risks and toxicity associated to particles (PM10, PM2.5 and PM1), organic pollutants and metals around cement plants

Abstract

Les partícules en suspensió (PM) són el contaminant aeri més perillós per a la salut humana. Aquestes es componen de partícules sòlides i líquides que floten a l’aire i que tenen mida i composició química diversa. Les PM solen classificar-se segons la seva mida. Així, aquelles que presenten un diàmetre menor de 10 micres es nomenen PM10, les menors de 2,5 micres es coneixen com PM2.5, i les menors de 1 micres es nomenen PM1. Una de les indústries tradicionalment reconegudes com a font de PM són les cimenteres. Encara que hi ha nombrosos estudis dedicats a les PM al voltant de cimenteres, aquests solen enfocar-se en les PM10, ignorant la importància d'aquelles més petites, i que poden arribar a zones més profundes de l'aparell respiratori. En la present tesi es van recollir PM10, PM2.5 i PM1 en una àrea influenciada per una cimentera durant diferents estacions. Posteriorment, es va dur a terme una caracterització fisicoquímica d'aquestes partícules, per estudiar els seus riscos inhalatoris i contribució de la cimentera al total de PM ambiental. A més, part d'aquestes partícules es van dedicar a fer assajos in-vitro amb cèl·lules respiratòries, per avaluar la seva toxicitat. Els majors nivells de PM es van registrar a l'hivern. A més, es va trobar que més del 60% de les partícules respirables són PM1. Aquesta última fracció va contenir els majors nivells d'alguns metalls pesats i hidrocarburs policíclics, presentant els majors riscos per a la població. Les proves in-vitro van revelar que la fracció fina (PM2.5) donava lloc a una toxicitat general més gran que les PM10. Finalment, la contribució de la cimentera al total de PM ambiental va resultar patent i dependent de l'estat productiu de la planta. Els resultats d'aquesta tesi mostren la importància d'estudiar les partícules fines (PM2.5 i PM1) en entorns influenciats per fàbriques de ciment.

Las partículas en suspensión (PM) son el contaminante aéreo más peligroso para la salud humana. Éstas se componen de partículas sólidas y líquidas que flotan en el aire y que tienen tamaño y composición química diversa. Las PM suelen clasificarse según su tamaño. Así, aquellas que presentan un diámetro menor de 10 µm se nombran PM10, las menores de 2,5 µm se conocen como PM2.5, y las menores de 1 µm se nombran PM1. Una de las industrias tradicionalmente reconocidas como fuente de PM son las cementeras. Aunque hay numerosos estudios dedicados a las PM alrededor de cementeras, éstos suelen enfocarse en las PM10, ignorando la importancia de aquéllas más pequeñas, y que pueden llegar a zonas más profundas del aparato respiratorio. En la presente tesis se recogieron PM10, PM2.5 y PM1 en un área influenciada por una cementera en diferentes estaciones. Posteriormente, se llevó a cabo una caracterización fisicoquímica de estas partículas, para estudiar sus riesgos inhalatorios y contribución de la cementera al total de PM ambiental. Además, parte de estas partículas se dedicaron a hacer ensayos de in-vitro con células respiratorias, para evaluar su toxicidad. Los mayores niveles de PM se registraron en invierno. Además, se encontró que más del 60% de las partículas respirables son PM1. Esta última fracción contuvo los mayores niveles de algunos metales pesados e hidrocarburos policíclicos, presentando los mayores riesgos para la población. Las pruebas in-vitro revelaron que la fracción fina (PM2.5) daba lugar a una toxicidad general mayor que las PM10. Por último, la contribución de la cementera al total de PM ambiental resultó patente y dependiente del estado productivo de la planta. Los resultados de esta tesis muestran la importancia de estudiar las partículas finas (PM2.5 y PM1) en entornos influenciados por fábricas de cemento.

Particulate matter (PM) is the most dangerous air pollutant for human health. Particulate matter is composed of solid and liquid particles floating in the air and having different size and chemical composition. PMs are usually classified according to their size. Thus, those with a diameter smaller than 10 μm are named PM10, those smaller than 2.5 μm are known as PM2.5, and those smaller than 1 μm are referred as PM1. Cement plants are one of the industries traditionally recognized as sources of PM. Although there are numerous studies dedicated to PM around cement factories, they tend to focus on PM10, ignoring the importance of smaller PM, which can reach deeper areas of the respiratory system. In the present thesis PM10, PM2.5 and PM1 were collected in an area influenced by a cement plant in different seasons. Subsequently, a physicochemical characterization of these particles was carried out to study their inhalation risks and the cement plant's contribution to the total environmental PM. In addition, to evaluate their toxicity part of these particles was dedicated to performing in-vitro tests with respiratory cells. The highest PM levels were recorded in winter. In addition, it was found that more than 60% of the respirable particles are PM1. This last fraction contained the highest levels of some heavy metals and polycyclic hydrocarbons, presenting the greatest risks for the population. In-vitro tests revealed that the fine fraction (PM2.5) resulted in a higher overall toxicity than PM10. Finally, the contribution of the cement company to the total environmental PM was clear and dependent on the productive state of the plant. The results of this thesis highlight the importance of studying fine particles (PM2.5 and PM1) in environments influenced by cement factories.