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Liberación de partículas atmosféricas en escenarios industriales reales y su impacto en la exposición humana y ambiental. Casos de estudio: actividades portuarias y reciclaje de residuos electrónicos

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Universitat de Barcelona. Facultat de Química

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[spa] Los estudios sobre exposición a nanopartículas (NP) en aerosoles atmosféricos son cada vez más importantes para comprender sus efectos en la salud humana y el medio ambiente, ya que las NP pueden penetrar profundamente en el sistema respiratorio y migrar a otros órganos a través del torrente sanguíneo. En entornos industriales, la generación y emisión de NP varían ampliamente en cuanto a fuentes y concentraciones, especialmente en procesos de combustión que también generan contaminantes como carbono negro (Black Carbon; BC) u óxidos de nitrógeno (NO, NO2).
La presente Tesis Doctoral define cuatro objetivos principales: I) avanzar en el conocimiento sobre los procesos de generación y liberación de partículas, en especial nanopartículas en escenarios industriales; II) determinar el impacto de la exposición a nanopartículas sobre la salud humana y el medio ambiente; III) evaluar la aplicación de nuevas metodologías para caracterizar contaminantes particulados, convencionales y emergentes en entornos industriales; IV) valorar las estrategias de gestión y mitigación implementadas en escenarios industriales. Estos objetivos se desarrollaron en dos tipos de escenario: entornos portuarios (zonas de mantenimiento de embarcaciones en el puerto recreativo de Mallorca y zonas de descarga de graneles sólidos en el puerto industrial de Castelló de la Plana) y una planta de reciclaje de residuos electrónicos (próxima a Barcelona). 
Los resultados de esta Tesis Doctoral se presentan como compendio de 4 artículos científicos (3 de ellos publicados y 1 en proceso de revisión). Los principales resultados se resumen a continuación:
-	En el puerto recreativo de Mallorca, se identificó exposición laboral a nanopartículas manufacturadas y nanopartículas incidentales generadas durante el lijado de pintura e imprimación del casco de los barcos. Se detectaron altas concentraciones de exposición, con diámetros promedio inferiores a 30 nm, y se identificó el Cu como uno de los componentes principales de las nanopartículas. Los ensayos in vitro mostraron la naturaleza potencialmente nociva de determinadas muestras.
-	En la planta de reciclaje de residuos electrónicos se generaban emisiones de partículas finas y ultrafinas, conteniendo metales y compuestos orgánicos, a pesar de que solo se realizaban operaciones mecánicas. Se observó una diferencia significativa en la concentración de partículas entre los escenarios confinado y semiconfinado, y se demostró que la ventilación es un factor esencial para gestionar la exposición profesional.
-	En el puerto industrial de Castelló, se ensayó una estrategia de control de la calidad del aire que combina herramientas de bajo coste y de alta precisión. Se utilizaron herramientas de bajo coste para generar mapas de partículas PM2.5 y dióxido de nitrógeno (NO2) y se identificaron puntos críticos. Este enfoque integrado permitió desarrollar una metodología útil para otros puertos e industrias. 
La discusión conjunta de los resultados permitió: identificar hasta cinco mecanismos de emisión de nanopartículas (NP), valorar los resultados de toxicidad que han puesto de manifiesto una amplia variedad de respuestas biológicas en los diferentes escenarios mayoritariamente con una toxicidad no significativa o moderada, introducir innovaciones en las metodologías de estudio de contaminantes convencionales y emergentes en escenarios industriales, y disponer de herramientas para diseñar y evaluar estrategias efectivas de prevención de la exposición profesional y ambiental a NP.
Finalmente, se destaca que los resultados de esta Tesis Doctoral abarcan una amplia variedad de escenarios industriales y de metodologías incluyendo entornos confinados, semiconfinados y abiertos. Se trata de escenarios industriales reales, donde la determinación de contaminantes resulta con frecuencia compleja debido a las características intrínsecas de estos espacios, por lo que se espera modestamente haber contribuido al avance de la investigación científica aplicada para el estudio de la exposición a NP y a contaminantes dentro de la industria. Es necesario profundizar en este tipo de escenarios para poder caracterizar la exposición personal a estos contaminantes y evaluar sus impactos potenciales sobre la salud humana y el medio ambiente, así como para suministrar información relevante que permita avanzar hacia la definición de futuros valores límite o guía para minimizar dichos impactos.

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[eng] Studies on exposure to airborne nanoparticles (NP) are increasingly important for understanding their effects on human health and the environment, as NPs can penetrate deeply into the respiratory system and translocate to other organs through the bloodstream. In industrial environments, the generation and emission of NP varies widely in terms of sources and concentrations, especially in combustion processes which also generate contaminants such as black carbon (BC) and nitrogen oxides (NO, NO2).
This Doctoral Thesis defines four main aims: I) advance knowledge on particle generation and release processes, particularly NP, in real-world industrial scenarios; II) determine the impact of NP exposure on human health and the environment; III) evaluate the application of new methodologies to characterise particulate, conventional, and emerging contaminants in industrial settings; IV) assess management and mitigation strategies implemented in industrial scenarios. These objectives were developed in two types of scenarios: port environments (vessel maintenance areas in the recreational port of Mallorca and solid bulk unloading zones in the industrial port of Castelló de la Plana) and an electronic waste recycling plant (near Barcelona).
The results of this Doctoral Thesis are presented as a compilation of four scientific articles (three of them published and one under review). The main results identified multiple mechanisms of NP emissions, assessed toxicity with varied biological responses, introduced innovative methodologies for studying contaminants in industrial scenarios, and provided tools for designing strategies to prevent NP exposure. The findings contribute to applied scientific research on NP and contaminant exposure in industrial settings, emphasising the need for further research to understand personal exposures and potential impacts on health and the environment for future guidelines and limit values.

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cc by-nc-nd (c) López Olivé, Maria, 2023

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Liberación de partículas atmosféricas en escenarios industriales reales y su impacto en la exposición humana y ambiental. Casos de estudio: actividades portuarias y reciclaje de residuos electrónicos