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Risk-based corrective action (RBCA) is rapidly becoming an accepted approach for the remediation of contaminated sites. Under a RBCA approach, the risks to human health and the environment associated with a contaminated site are evaluated and appropriate corrective measures are taken as needed to reduce risk to acceptable levels. A series of standard guides of RBCA have been developed by American Society for Testing and Materials (ASTM). The major tasks of this study were to (1) perform the sensitiveness analysis to evaluate the effectiveness of each input parameter on the calculated risks, (2) application of Monte Carlo simulation using a statistic software (@RISK) to analyze the distribution probability of inhalation risk, (3) conduct a risk evaluation and risk calculation at a chlorinated-compound contaminated site. Results from the sensitiveness analysis show that the major factors, which play important roles in the risk evaluation including sources of air pollution, vapor transportation rate, pollutant volatilization rate, length and direction of wind, distance of pollutant transport, width of pollution source, and groundwater flow velocity. Results from the Monte Carlo simulation show that the carcinogenic risk is about 15¡Ñ10-6 when the accumulation rate is 95% via inhalation. Moreover, the carcinogenic risk is about 31¡Ñ10-6 when the accumulation rate is 95% via ingestion. The calculated risk levels are higher than the requirement for minimum target risk level (cancer risk of 1x10-6) described in Taiwan¡¦s ¡§Soil and Groundwater Remediation Act¡¨. Results also show that the hazard index of non-carcinogenic risk is about 0.5 via the route of inhalation, which is higher than the minimum target risk level of 1. Moreover, the hazard index of non-carcinogenic risk is about 1.3 via the route of ingestion, which is lower than the acceptable level of 1. Results from the case study show that the major pollutant exposure routes at this chlorinated-compound contaminant site include inhalation of contaminant vapor and groundwater ingestion. Therefore, the input parameters affect the calculated risks include daily intake of drinking water, groundwater infiltration, groundwater flow velocity, aquifer depth, and distance of pollutant transport. Based on the results of risk assessment, it is very important for the decision makers to incorporate remedial activities including institutional controls, engineering controls, and remediation programs from RBCA results. This study provides a streamlined process and guidelines of developing the risk-based decision-making strategy for contaminated sites in Taiwan.

Risk-based corrective action (RBCA) is rapidly becoming an accepted approach for the remediation of contaminated sites. Under a RBCA approach, the risks to human health and the environment associated with a contaminated site are evaluated and appropriate corrective measures are taken as needed to reduce risk to acceptable levels. A series of standard guides of RBCA have been developed by American Society for Testing and Materials (ASTM). The main task of this study was to conduct a risk assessment at a site contaminated with chlorinated organic compounds. The studied site had a chlorinated organic compound leakage incident, which caused groundwater contamination. The contaminants of concern included trichloroethylene (TCE) and dichloroethylene (DCE). The concentrations of TCE and DCE exceeded the control standards of 0.05 and 0.07 mg/L, respectively. The contamination has a tendency to move downstream along with groundwater. The goals of this study were to: (1) conduct risk assessment at the site, and to evaluate the risk of downstream acceptor; (2) analyze the carcinogenicity risk and the possible pollution transmission pathway to provide the management personnel a basis for future site screening, planning and technical improving; (3) evaluate the effect of natural attenuation (NA) processes on risk reduction; and (4) apply Monte Carlo analysis method to conduct uncertainty analysis at the site. In this study, RBCA Tool Kit for Chemical Release, 1.3 edition established by Groundwater Service, Inc. was applied for risk assessment. Moreover, the health risk assessment stimulation system developed by the Taiwan Environmental Protection Administration was also applied to conduct risk assessment simulation for comparison. The commercial software @RISK and Microsoft¡¦s EXCEL spreadsheet was used to conduct Monte Carlo analysis to analyze risk probability distribution. Results show that the health risk assessment result has indicated that the main risk at this site was through groundwater exposure pathway. If the biodegradation process occurs, the contaminant plume will be controlled and the risk will be reduced. Thus, the total carcinogenicity risk and hazard index (HI) of the downstream residential area will be reduced to acceptable levels (cancer risk < 1 ¡Ñ10-5, and HI < 1). Results from the Monte Carlo simulation show that the carcinogenic risk is about 6.38¡Ñ10-6 when the accumulation rate is 90% via inhalation. The calculated risk levels are higher than the requirement for minimum target risk level (cancer risk of 1x10-6) described in Taiwan¡¦s ¡§Soil and Groundwater Remediation Act¡¨. Results also show that the hazard index of non-carcinogenic risk is about 3.28 via the route of ingestion, which is higher than the acceptable level of 1. Based on the results of risk assessment, it is very important for the decision makers to incorporate remedial activities including institutional controls, engineering controls, and remediation programs from RBCA results. This study provides a streamlined process and guidelines of developing the risk-based decision-making strategy for contaminated sites in Taiwan.

A metodologia ação corretiva baseada no risco (RBCA - Risk Based Corrective Action) é um procedimento que incorpora as etapas tradicionais de uma avaliação de risco com tomada de decisões e resposta a contaminações baseadas na quantificação dos efeitos adversos a saúde humana. É aplicada principalmente em áreas impactadas por derivados de petróleo. O presente estudo aplicou a metodologia RBCA para o Município de Porto Alegre por meio de determinações de NABR (Níveis Aceitáveis Baseados no Risco) para hidrocarbonetos. Como objetivo específico foi realizada a análise de sensibilidade dos parâmetros do meio físico, com o intuito de avaliar o grau de influência nas equações dos NABR, visando a relação custo-benefício diante de dificuldades na obtenção de dados de campo. Os dados hidrogeológicos para caracterização do meio físico foram obtidos a partir de trabalhos anteriores de empresas privadas e instituições públicas. Referências bibliográficas apropriadas foram utilizadas para definição de parâmetros de exposição adequados à população do município, bem como dados de toxicidade dos compostos de interesse pesquisados em bancos toxicológicos. Os dados levantados foram divididos de acordo com as unidades hidrogeológicas que ocorrem na região, denominadas de alteração do embasamento cristalino e depósitos sedimentares quaternários. O procedimento RBCA foi satisfatoriamente aplicado para as condições ambientais de Porto Alegre. Os resultados de NABR estabelecidos para a alteração do embasamento cristalino, de modo geral, foram mais conservadores e as variações entre as duas unidades, pouco significativas. Os parâmetros físicos como porosidade, fração de carbono orgânico e conteúdo volumétrico de água da zona não saturada foram os de maior influência nos resultados de NABR. / The Risk Based Corrective Action (RBCA) is a procedure that incorporates traditional steps of risk assessment with decision-making and response to contamination, quantifying adverse effects to human health. It’s applied mainly to contaminated areas by hydrocarbon products. This study applied the RBCA methodology in the Porto Alegre Municipality area, southern Brazil, through RBSL determinations (Risk Based Screening Levels) to hydrocarbons. The specific goal was to evaluate sensibility analysis for parameters of the physical environment in order to assess the influence degree in the RBSL equations, for a cost-benefit analysis due to the difficulty in obtaining field data. A survey to obtain hydrogeological data was carried out through the data banks in private companies and public institutions. Appropriate bibliographical references were used in order to define adequate exposure parameters to the city population, as well as the toxicity data of compounds selected from toxicological data banks. The data of the survey were divided according to the hydrogeological units, nominated as crystalline basement alteration and Quaternary sedimentary deposits. The RBCA procedure was applied satisfactorily to the Porto Alegre environmental conditions. The RBSL results for the crystalline basement alteration, in general, were more conservative and variations between the two units were not significant. Physical parameters as porosity, organic carbon fraction and water volumetric content of the unsaturated zone showed the highest influence in RBSL results.

A metodologia ação corretiva baseada no risco (RBCA - Risk Based Corrective Action) é um procedimento que incorpora as etapas tradicionais de uma avaliação de risco com tomada de decisões e resposta a contaminações baseadas na quantificação dos efeitos adversos a saúde humana. É aplicada principalmente em áreas impactadas por derivados de petróleo. O presente estudo aplicou a metodologia RBCA para o Município de Porto Alegre por meio de determinações de NABR (Níveis Aceitáveis Baseados no Risco) para hidrocarbonetos. Como objetivo específico foi realizada a análise de sensibilidade dos parâmetros do meio físico, com o intuito de avaliar o grau de influência nas equações dos NABR, visando a relação custo-benefício diante de dificuldades na obtenção de dados de campo. Os dados hidrogeológicos para caracterização do meio físico foram obtidos a partir de trabalhos anteriores de empresas privadas e instituições públicas. Referências bibliográficas apropriadas foram utilizadas para definição de parâmetros de exposição adequados à população do município, bem como dados de toxicidade dos compostos de interesse pesquisados em bancos toxicológicos. Os dados levantados foram divididos de acordo com as unidades hidrogeológicas que ocorrem na região, denominadas de alteração do embasamento cristalino e depósitos sedimentares quaternários. O procedimento RBCA foi satisfatoriamente aplicado para as condições ambientais de Porto Alegre. Os resultados de NABR estabelecidos para a alteração do embasamento cristalino, de modo geral, foram mais conservadores e as variações entre as duas unidades, pouco significativas. Os parâmetros físicos como porosidade, fração de carbono orgânico e conteúdo volumétrico de água da zona não saturada foram os de maior influência nos resultados de NABR. / The Risk Based Corrective Action (RBCA) is a procedure that incorporates traditional steps of risk assessment with decision-making and response to contamination, quantifying adverse effects to human health. It’s applied mainly to contaminated areas by hydrocarbon products. This study applied the RBCA methodology in the Porto Alegre Municipality area, southern Brazil, through RBSL determinations (Risk Based Screening Levels) to hydrocarbons. The specific goal was to evaluate sensibility analysis for parameters of the physical environment in order to assess the influence degree in the RBSL equations, for a cost-benefit analysis due to the difficulty in obtaining field data. A survey to obtain hydrogeological data was carried out through the data banks in private companies and public institutions. Appropriate bibliographical references were used in order to define adequate exposure parameters to the city population, as well as the toxicity data of compounds selected from toxicological data banks. The data of the survey were divided according to the hydrogeological units, nominated as crystalline basement alteration and Quaternary sedimentary deposits. The RBCA procedure was applied satisfactorily to the Porto Alegre environmental conditions. The RBSL results for the crystalline basement alteration, in general, were more conservative and variations between the two units were not significant. Physical parameters as porosity, organic carbon fraction and water volumetric content of the unsaturated zone showed the highest influence in RBSL results.

A metodologia ação corretiva baseada no risco (RBCA - Risk Based Corrective Action) é um procedimento que incorpora as etapas tradicionais de uma avaliação de risco com tomada de decisões e resposta a contaminações baseadas na quantificação dos efeitos adversos a saúde humana. É aplicada principalmente em áreas impactadas por derivados de petróleo. O presente estudo aplicou a metodologia RBCA para o Município de Porto Alegre por meio de determinações de NABR (Níveis Aceitáveis Baseados no Risco) para hidrocarbonetos. Como objetivo específico foi realizada a análise de sensibilidade dos parâmetros do meio físico, com o intuito de avaliar o grau de influência nas equações dos NABR, visando a relação custo-benefício diante de dificuldades na obtenção de dados de campo. Os dados hidrogeológicos para caracterização do meio físico foram obtidos a partir de trabalhos anteriores de empresas privadas e instituições públicas. Referências bibliográficas apropriadas foram utilizadas para definição de parâmetros de exposição adequados à população do município, bem como dados de toxicidade dos compostos de interesse pesquisados em bancos toxicológicos. Os dados levantados foram divididos de acordo com as unidades hidrogeológicas que ocorrem na região, denominadas de alteração do embasamento cristalino e depósitos sedimentares quaternários. O procedimento RBCA foi satisfatoriamente aplicado para as condições ambientais de Porto Alegre. Os resultados de NABR estabelecidos para a alteração do embasamento cristalino, de modo geral, foram mais conservadores e as variações entre as duas unidades, pouco significativas. Os parâmetros físicos como porosidade, fração de carbono orgânico e conteúdo volumétrico de água da zona não saturada foram os de maior influência nos resultados de NABR. / The Risk Based Corrective Action (RBCA) is a procedure that incorporates traditional steps of risk assessment with decision-making and response to contamination, quantifying adverse effects to human health. It’s applied mainly to contaminated areas by hydrocarbon products. This study applied the RBCA methodology in the Porto Alegre Municipality area, southern Brazil, through RBSL determinations (Risk Based Screening Levels) to hydrocarbons. The specific goal was to evaluate sensibility analysis for parameters of the physical environment in order to assess the influence degree in the RBSL equations, for a cost-benefit analysis due to the difficulty in obtaining field data. A survey to obtain hydrogeological data was carried out through the data banks in private companies and public institutions. Appropriate bibliographical references were used in order to define adequate exposure parameters to the city population, as well as the toxicity data of compounds selected from toxicological data banks. The data of the survey were divided according to the hydrogeological units, nominated as crystalline basement alteration and Quaternary sedimentary deposits. The RBCA procedure was applied satisfactorily to the Porto Alegre environmental conditions. The RBSL results for the crystalline basement alteration, in general, were more conservative and variations between the two units were not significant. Physical parameters as porosity, organic carbon fraction and water volumetric content of the unsaturated zone showed the highest influence in RBSL results.

The American Society of Testing and Materials (ASTM) has established a three tier risk-based corrective action (RBCA) program for cleaning up petroleum release sites, which is supported by the Environmental Protection Agency. RBCA programs make the cleanup of spill sites more efficient by requiring additional site information only when a more accurate risk assessment is needed. For spill sites that do not pass the first tier general assessment, a Tier 2 evaluation involving site specific information and screening level models to assess the potential risk must be conducted. Screening level models generally require site specific input parameters. To increase efficiency it would be helpful to know which parameters have large affects on model output and which parameters do not affect the model output significantly. There have been many studies focused on model sensitivity to input parameters. For an input parameter to vary there must be uncertainty about the value. This research proposes a method of including parameter uncertainty with model sensitivity to quantify the importance of a parameter, where the term importance is a combination of parameter uncertainty and sensitivity. Using the method developed in this thesis, an importance assessment was conducted on an analytical model for vadose zone transport. It was found that for sites posing high risk, with large spill volumes and shallow water table depths, the input parameters of water table depth and spill volume were the most important. The input parameters of precipitation and contaminant biodegradation half-life showed high importance in lower risk situations; when the water table was deep. A comparison of sensitivity analysis to importance showed differences in their results. The sensitivity analysis identified those parameters that the model was sensitive to, while the importance assessment identified the parameters that were sensitive and whose range of uncertainty was large enough to affect model output values. This information could be used for resource allocation decisions when acquiring additional site specific information.

O presente trabalho apresenta um estudo de caso de contaminação de solo e água subterrânea por derivados do petróleo em uma refinaria da região Sudeste do país, para o qual foram aplicados todos os níveis ou tiers da metodologia RBCA de avaliação de risco à saúde humana. Diferentes vias de exposição foram consideradas ao longo de toda a metodologia, a qual foi dividida em determinística, compreendendo os dois primeiros níveis, e estocástica, no caso do terceiro nível. Sobre a abordagem determinística, o modelo de Domenico (1987) para transporte de contaminantes em água subterrânea foi substituído por um conjunto de soluções analíticas que considera diferentes geometrias de fonte de contaminação para casos instantâneos e contínuos de liberação de contaminantes, permitindo que a metodologia RBCA também possa ser empregada mesmo quando o modelo de Domenico (1987) não se aplica. A comparação deste conjunto de soluções com outro utilizado apenas para comparar e confirmar a validade dos modelos escolhidos demonstrou grande estabilidade nas soluções, enquanto os modelos de comparação apresentaram instabilidade nas soluções para altos valores da variável tempo. Tal fato comprovou a viabilidade do emprego do conjunto de soluções analíticas proposto para avaliação de risco à saúde humana. No contexto da abordagem estocástica da estimativa do risco, o método de Monte Carlo foi empregado para propagação das incertezas sobre uma das soluções analíticas citadas anteriormente, da qual, por sua vez, foram extraídos os resultados para a simulação estocástica do risco para a via de contato dermal com água superficial contaminada por Benzeno. Os resultados da simulação estocástica demonstraram uma correlação muito grande do risco com a variável C (concentração do contaminante), a qual, por sua vez, foi modelada pela simulação estocástica da condutividade hidráulica. Logo, pode-se concluir que a condutividade hidráulica afeta a estimativa do risco, para o qual observou-se uma diferença de seis ordens de magnitude entre o valor mínimo e o máximo simulados e duas ordens de magnitude para o valor real do risco. / This dissertation presents a case study on soil and ground water contamination by components derived from petroleum in a refinery located in the Southeast region of Brazil. All of the RBCA health risk assessment methodology tiers were applied in this study. Different exposure pathways were considered throughout the methodology. Firstly, the deterministic approach which encompasses the first two tiers and secondly, the stochastic approach which addressed the third tier. Regarding the deterministic approach, the Domenico (1987) ground water contaminant transport model was replaced by a new set of analytical solutions that consider different geometries of contamination sources used in cases of instantaneous and continuous release of contaminants. This replacement allowed for the utilization of the RBCA methodology whenever the Domenico (1987) analytical model does not apply. A comparison between this set of analytical solutions with another set used to validate and testify the chosen set only, showed great solution stability response; whereas, the models of comparison have demonstrated instability for high values of the time variable. Such a fact proved the validity of the use of the proposed set of analytical solutions inserted in a health risk assessment context. In the context of the stochastic approach of risk estimation, the Monte Carlo method was employed to propagate uncertainties over one of the analytical solutions mentioned above, from which results were obtained to simulate dermal contact with contaminated surface water while swimming exposure pathway. The results of the stochastic simulation demonstrated a high correlation between the risk and the variable C (contaminant concentration), which was modeled by the hydraulic conductivity stochastic simulation. Hence, it may be concluded that the hydraulic conductivity affects the risk estimation, for which a difference of six orders of magnitude between the minimum and maximum simulated values and two orders of magnitude for the real risk value was observed.

O presente trabalho apresenta um estudo de caso de contaminação de solo e água subterrânea por derivados do petróleo em uma refinaria da região Sudeste do país, para o qual foram aplicados todos os níveis ou tiers da metodologia RBCA de avaliação de risco à saúde humana. Diferentes vias de exposição foram consideradas ao longo de toda a metodologia, a qual foi dividida em determinística, compreendendo os dois primeiros níveis, e estocástica, no caso do terceiro nível. Sobre a abordagem determinística, o modelo de Domenico (1987) para transporte de contaminantes em água subterrânea foi substituído por um conjunto de soluções analíticas que considera diferentes geometrias de fonte de contaminação para casos instantâneos e contínuos de liberação de contaminantes, permitindo que a metodologia RBCA também possa ser empregada mesmo quando o modelo de Domenico (1987) não se aplica. A comparação deste conjunto de soluções com outro utilizado apenas para comparar e confirmar a validade dos modelos escolhidos demonstrou grande estabilidade nas soluções, enquanto os modelos de comparação apresentaram instabilidade nas soluções para altos valores da variável tempo. Tal fato comprovou a viabilidade do emprego do conjunto de soluções analíticas proposto para avaliação de risco à saúde humana. No contexto da abordagem estocástica da estimativa do risco, o método de Monte Carlo foi empregado para propagação das incertezas sobre uma das soluções analíticas citadas anteriormente, da qual, por sua vez, foram extraídos os resultados para a simulação estocástica do risco para a via de contato dermal com água superficial contaminada por Benzeno. Os resultados da simulação estocástica demonstraram uma correlação muito grande do risco com a variável C (concentração do contaminante), a qual, por sua vez, foi modelada pela simulação estocástica da condutividade hidráulica. Logo, pode-se concluir que a condutividade hidráulica afeta a estimativa do risco, para o qual observou-se uma diferença de seis ordens de magnitude entre o valor mínimo e o máximo simulados e duas ordens de magnitude para o valor real do risco. / This dissertation presents a case study on soil and ground water contamination by components derived from petroleum in a refinery located in the Southeast region of Brazil. All of the RBCA health risk assessment methodology tiers were applied in this study. Different exposure pathways were considered throughout the methodology. Firstly, the deterministic approach which encompasses the first two tiers and secondly, the stochastic approach which addressed the third tier. Regarding the deterministic approach, the Domenico (1987) ground water contaminant transport model was replaced by a new set of analytical solutions that consider different geometries of contamination sources used in cases of instantaneous and continuous release of contaminants. This replacement allowed for the utilization of the RBCA methodology whenever the Domenico (1987) analytical model does not apply. A comparison between this set of analytical solutions with another set used to validate and testify the chosen set only, showed great solution stability response; whereas, the models of comparison have demonstrated instability for high values of the time variable. Such a fact proved the validity of the use of the proposed set of analytical solutions inserted in a health risk assessment context. In the context of the stochastic approach of risk estimation, the Monte Carlo method was employed to propagate uncertainties over one of the analytical solutions mentioned above, from which results were obtained to simulate dermal contact with contaminated surface water while swimming exposure pathway. The results of the stochastic simulation demonstrated a high correlation between the risk and the variable C (contaminant concentration), which was modeled by the hydraulic conductivity stochastic simulation. Hence, it may be concluded that the hydraulic conductivity affects the risk estimation, for which a difference of six orders of magnitude between the minimum and maximum simulated values and two orders of magnitude for the real risk value was observed.

O presente trabalho apresenta um estudo de caso de contaminação de solo e água subterrânea por derivados do petróleo em uma refinaria da região Sudeste do país, para o qual foram aplicados todos os níveis ou tiers da metodologia RBCA de avaliação de risco à saúde humana. Diferentes vias de exposição foram consideradas ao longo de toda a metodologia, a qual foi dividida em determinística, compreendendo os dois primeiros níveis, e estocástica, no caso do terceiro nível. Sobre a abordagem determinística, o modelo de Domenico (1987) para transporte de contaminantes em água subterrânea foi substituído por um conjunto de soluções analíticas que considera diferentes geometrias de fonte de contaminação para casos instantâneos e contínuos de liberação de contaminantes, permitindo que a metodologia RBCA também possa ser empregada mesmo quando o modelo de Domenico (1987) não se aplica. A comparação deste conjunto de soluções com outro utilizado apenas para comparar e confirmar a validade dos modelos escolhidos demonstrou grande estabilidade nas soluções, enquanto os modelos de comparação apresentaram instabilidade nas soluções para altos valores da variável tempo. Tal fato comprovou a viabilidade do emprego do conjunto de soluções analíticas proposto para avaliação de risco à saúde humana. No contexto da abordagem estocástica da estimativa do risco, o método de Monte Carlo foi empregado para propagação das incertezas sobre uma das soluções analíticas citadas anteriormente, da qual, por sua vez, foram extraídos os resultados para a simulação estocástica do risco para a via de contato dermal com água superficial contaminada por Benzeno. Os resultados da simulação estocástica demonstraram uma correlação muito grande do risco com a variável C (concentração do contaminante), a qual, por sua vez, foi modelada pela simulação estocástica da condutividade hidráulica. Logo, pode-se concluir que a condutividade hidráulica afeta a estimativa do risco, para o qual observou-se uma diferença de seis ordens de magnitude entre o valor mínimo e o máximo simulados e duas ordens de magnitude para o valor real do risco. / This dissertation presents a case study on soil and ground water contamination by components derived from petroleum in a refinery located in the Southeast region of Brazil. All of the RBCA health risk assessment methodology tiers were applied in this study. Different exposure pathways were considered throughout the methodology. Firstly, the deterministic approach which encompasses the first two tiers and secondly, the stochastic approach which addressed the third tier. Regarding the deterministic approach, the Domenico (1987) ground water contaminant transport model was replaced by a new set of analytical solutions that consider different geometries of contamination sources used in cases of instantaneous and continuous release of contaminants. This replacement allowed for the utilization of the RBCA methodology whenever the Domenico (1987) analytical model does not apply. A comparison between this set of analytical solutions with another set used to validate and testify the chosen set only, showed great solution stability response; whereas, the models of comparison have demonstrated instability for high values of the time variable. Such a fact proved the validity of the use of the proposed set of analytical solutions inserted in a health risk assessment context. In the context of the stochastic approach of risk estimation, the Monte Carlo method was employed to propagate uncertainties over one of the analytical solutions mentioned above, from which results were obtained to simulate dermal contact with contaminated surface water while swimming exposure pathway. The results of the stochastic simulation demonstrated a high correlation between the risk and the variable C (contaminant concentration), which was modeled by the hydraulic conductivity stochastic simulation. Hence, it may be concluded that the hydraulic conductivity affects the risk estimation, for which a difference of six orders of magnitude between the minimum and maximum simulated values and two orders of magnitude for the real risk value was observed.