Organic contaminants in urban soils: major inputs and potential risks

Abstract

Urban soil quality may be severely affected by hydrophobic organic contaminants (HOCs), impairing environmental quality and human health. A comprehensive study was conducted in two contrasting Portuguese urban areas (Lisbon and Viseu) in order to assess the levels and potential risks of these contaminants, to identify sources and study their behaviour in soils. The concentrations of HOCs were related to the size of the city, with much higher contamination levels observed in Lisbon urban area. Source apportionment was performed by studying the HOCs profiles, their relationship with potentially toxic elements and general characteristics of soil using multivariate statistical methods. Lisbon seems to be affected by nearby sources (traffic, industry and incineration processes) whereas in Viseu the atmospheric transport may be playing an important role. In a first tier of risk assessment (RA) it was possible to identify polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Lisbon soils as a potential hazard. The levels of PAHs in street dusts were further studied and allowed to clarify that traffic, tire and pavement debris can be an important source of PAHs to urban soils. Street dusts were also identified as being a potential concern regarding human and environmental health, especially if reaching the nearby aquatic bodies. Geostatistical tools were also used and their usefulness in a RA analysis and urban planning was discussed. In order to obtain a more realistic assessment of risks of HOCs to environment and human health it is important to evaluate their available fraction, which is also the most accessible for organisms. Therefore, a review of the processes involved on the availability of PAHs was performed and the outputs produced by the different chemical methods were evaluated. The suitability of chemical methods to predict bioavailability of PAHs in dissimilar naturally contaminated soils has not been demonstrated, being especially difficult for high molecular weight compounds. No clear relationship between chemical and biological availability was found in this work. Yet, in spite of the very high total concentrations found in some Lisbon soils, both the water soluble fraction and the body residues resulting from bioaccumulation assays were generally very low, which may be due to aging phenomena. It was observed that the percentage of soluble fraction of PAHs in soils was found to be different among compounds and mostly regulated by soil properties. Regarding bioaccumulation assays, although no significant relationship was found between soil properties and bioavailability, it was verified that biota-to-soil bioaccumulation factors were sample dependent rather than compound dependent. In conclusion, once the compounds of potential concern are targeted, then performing a chemical screening as a first tier can be a simple and effective approach to start a RA. However, reliable data is still required to improve the existing models for risk characterization.

A qualidade dos solos urbanos pode ser afetada por contaminantes orgânicos hidrofóbicos (HOCs), prejudicando a saúde ambiental e humana. Este trabalho consistiu em estudar duas áreas urbanas contrastantes (Lisboa e Viseu), com o objetivo de avaliar os níveis de HOCs nos solos e os seus potenciais riscos para a saúde humana e para o ambiente. Pretendia-se ainda identificar as fontes e estudar o comportamento destes contaminantes no solo. Foi possível relacionar as concentrações de HOCs com o tamanho da cidade, sendo os níveis de contaminação muito mais elevados em Lisboa. A identificação das fontes destes contaminantes foi feita através do estudo dos respetivos perfis e da relação com elementos potencialmente tóxicos, utilizando métodos estatísticos multivariados. Lisboa parece ser afetada por fontes próximas (tráfego, indústria e incineração) enquanto em Viseu o transporte atmosférico aparenta ter um papel mais importante. Num primeiro nível da avaliação de risco (RA), foi possível identificar os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) nos solos de Lisboa como um perigo potencial. Os níveis de PAHs em poeiras das ruas de Lisboa foram também estudados e permitiram clarificar que o tráfego e os detritos de pneus e de pavimento podem também ser uma importante fonte destes compostos. Utilizaram-se e discutiram-se ferramentas de geoestatística assim como a respetiva utilidade em RA e em planeamento urbano. De modo a obter uma avaliação mais realista dos riscos de HOCs é importante avaliar a fração disponível, que é também a mais acessível para os organismos. Deste modo, foi feita uma avaliação dos processos envolvidos na disponibilidade de PAHs e também dos resultados obtidos pelos diferentes métodos químicos. A adequação dos métodos químicos para prever a biodisponibilidade de PAHs em solos naturalmente contaminados ainda não foi demonstrada, sendo especialmente difícil para os compostos de elevado peso molecular. No presente trabalho também não foi possível estabelecer uma relação significativa entre a disponibilidade química e a biodisponibilidade. No entanto, apesar das elevadas concentrações totais encontradas em alguns solos de Lisboa, tanto a fração solúvel em água como os resíduos acumulados nos ensaios de bioacumulação foram, em geral, muito baixos, o que estará relacionado com os fenómenos de envelhecimento destes contaminantes nos solos. Observou-se que a fração solúvel de PAHs depende do composto em causa e é regulada pelas propriedades do solo. Apesar de não se terem observado correlações entre as propriedades do solo e a biodisponibilidade, observou-se que os fatores de bioacumulação dependem mais da amostra do que do composto. Em conclusão: após a identificação dos contaminantes de interesse uma avaliação química baseada nos teores totais pode ser uma abordagem eficaz no primeiro nível da RA, mas no entanto é necessário melhorar os modelos existentes para a caracterização do risco.