Pollution Characteristics and Health Risks of Heavy Metals in Groundwater of a Chemical Industrial Park

Resumo Técnico: Características de Poluição e Riscos à Saúde de Metais Pesados em Águas Subterrâneas de um Parque Industrial Químico

Problema
Os parques industriais químicos representam riscos significativos para os recursos de águas subterrâneas e a saúde humana devido ao potencial de vazamento de metais pesados durante os processos de produção e armazenamento. Embora estudos anteriores tenham utilizado vários métodos estatísticos para analisar características e fontes de poluição, as avaliações tradicionais de risco à saúde frequentemente dependem de parâmetros de exposição fixos, falhando em considerar os efeitos tóxicos combinados dos metais pesados ou a incerteza inerente aos cenários de exposição. Além disso, há uma carência de dados localizados relativos à evolução dinâmica de poluentes e à adaptabilidade dos parâmetros de exposição a contextos regionais específicos. Este estudo aborda essas lacunas investigando um parque industrial químico no sul da China para caracterizar sistematicamente a poluição por metais pesados, identificar fontes e realizar uma avaliação de risco à saúde robusta que considere a incerteza.

Metodologia
A pesquisa foi conduzida em um parque industrial químico no sul da China, caracterizado por estratos do Cretáceo Superior e Quaternário com fluxo de águas subterrâneas de oeste para leste.

• Amostragem e Análise: Um total de 127 amostras de água subterrânea foram coletadas e analisadas para 11 metais pesados (Fe, Mn, Al, Zn, Co, Ni, Pb, Cu, Cd, As e Tl).
• Avaliação de Poluição: O estudo empregou o Índice de Poluição de Fator Único e o Índice de Poluição Abrangente de Nemerow para avaliar os níveis de poluição em relação aos padrões de Classe III da GB/T 14848-2024. A distribuição espacial foi mapeada utilizando interpolação por Distância Inversa Ponderada (IDW) no ArcGIS 10.8.
• Identificação de Fontes: A análise de correlação de Pearson foi utilizada para quantificar as correlações internas entre os metais pesados, auxiliando na identificação de fontes comuns ou afinidades geoquímicas.
• Avaliação de Risco à Saúde: O estudo combinou o modelo da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (USEPA) com a simulação de Monte Carlo para avaliar riscos não carcinogênicos e carcinogênicos via ingestão oral. Esta abordagem construiu distribuições de probabilidade para parâmetros de exposição (ex: ingestão de água, peso corporal, duração da exposição) para considerar a incerteza, avaliando especificamente os riscos tanto para adultos quanto para menores.

Principais Resultados

• Características de Poluição: O Ferro (Fe) exibiu a maior concentração média (12,16 mg/L), seguido pelo Manganês (Mn) e Alumínio (Al). Com exceção do Cobre (Cu), as concentrações médias de todos os metais pesados analisados excederam os padrões de Classe III para água potável. O índice de poluição abrangente de Nemerow para a área foi de 42,78, indicando poluição geral severa. Fe, Al, Tl, Pb e Ni foram classificados como severamente poluídos, enquanto Cd e Co apresentaram poluição leve.
• Distribuição Espacial: Fe, Mn, Al e Tl distribuíram-se por toda a área de estudo com altas concentrações. Em contraste, Cd, Co, Ni e Pb exibiram pontos críticos (hotspots) localizados na região centro-norte, enquanto as partes sul e leste mostraram concentrações mais baixas. A região centro-leste experimentou a poluição mais severa devido à superposição de múltiplos poluentes.
• Correlações de Fonte: A análise de correlação de Pearson revelou um grupo de correlação fortemente positiva composto por Zn, Al, Cd, Ni e Co (coeficientes de correlação geralmente >0,8), sugerindo uma origem comum ou afinidade geoquímica semelhante. O Mn mostrou correlações positivas significativas com a maioria dos elementos, atuando como um fator de "ligação" na migração e enriquecimento. O Chumbo (Pb) demonstrou correlações fracas com outros metais, indicando uma fonte distinta ou mecanismo de enriquecimento.
• Avaliação de Risco à Saúde:
  • Risco Não Carcinogênico: O Índice de Perigo (HI) médio para adultos foi de 5,39 e para menores de 2,25, ambos excedendo o limite de segurança de 1. Os adultos enfrentaram um risco maior do que os menores. O Manganês (Mn) e o Cobalto (Co) foram identificados como os principais impulsionadores do risco não carcinogênico.
  • Risco Carcinogênico: O Risco Carcinogênico Total (TCR) médio foi de 0,501 para adultos e 0,210 para menores. Embora os valores médios tenham caído na faixa de "atenção necessária" (1×10⁻⁶ a 1×10⁻⁴), o TCR máximo para adultos atingiu 1,33, excedendo o limite de segurança. O Alumínio (Al) foi identificado como o principal fator impulsionador para o risco carcinogênico.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que este estudo fornece uma base científica para a prevenção, gestão e remediação direcionada da poluição regional de águas subterrâneas por metais pesados. Ao integrar simulações de Monte Carlo com o modelo da USEPA, a pesquisa aborda deficiências das avaliações tradicionais no que diz respeito ao monitoramento dinâmico da poluição e à calibração de parâmetros de exposição localizados. A identificação de fatores impulsionadores específicos (Mn e Co para riscos não carcinogênicos; Al para riscos carcinogênicos) e o delineamento de pontos críticos espaciais oferecem alvos precisos para a governança futura. Além disso, a análise de correlação esclarece as características de origem dos metais pesados na área de estudo, apoiando estratégias de rastreamento de fontes e controle de poluição mais eficazes dentro de parques industriais químicos.