A qualitative approach to risk assessment and control in engineered nanoparticles occupational exposure

Abstract

The existing research effort and common use of nanomaterials, that are an opportunity for economic growth, pose health and safety problems. The research on the nanoparticles health effects performed during the last decade shows the possible harmfulness of several nanoparticles, including those already present in everyday use products, thus worker’s health and safety are critical to the development of nanotechnology applications. Despite the increasing knowledge in the nanotoxicology field and occupational safety and hygiene, the uncertainties related to exposure to nanoparticles and related effects are important. Qualitative risk assessment methods and design based approaches are considered to be useful when dealing with those uncertainties and their improvement relevant research issues. This work included, among other things, three individualized, although related, studies. In the first one, the exposure to TiO2 nanoparticles risk was assessed in a research laboratory using a quantitative exposure method and qualitative risk assessment methods. It was found that results from direct-reading Condensation Particle Counter (CPC) equipment and the CB Nanotool seem to be related and aligned, while the results obtained from the use of the Stofenmanager Nano seem to indicate a higher risk level. The main objective of the second study was to analyse and compare different qualitative risk assessment methods during the production of polymer mortars with nanomaterials. It was verified that the different methods applied also produce different final results. Accordingly, it is necessary to improve the use of qualitative methods by defining narrow criteria for the methods selection for each assessed situation, bearing in mind that the uncertainties are also a relevant factor when dealing with the risk related to nanotechnologies. The third study described the application of the Systematic Design Analysis Approach based on the hazard process model (bow-tie), as well as design analysis of the production process, during a development project to produce a new type of ceramic tile with photocatalytic properties. Applying Systematic Design Analysis Approach to the production process, made it possible to identify the emission and exposure scenarios and the related barriers based on the different technological options of the production process. The intervention model proposed will allow occupational safety and hygiene to be integrated into the new production processes development projects that will involve a multidisciplinary team. The current thesis aims to contribute to the improvement of occupational risk assessment and risk control in nanotechnologies, contributing to improve the use of qualitative risk assessment methods by drawing the attention for the importance of the information available on the nanomaterials and the differences obtained by using different methods for the same task and discussing possible ways to obtain more reliable results. The obtained results also shown that, when using a design-based approach, it is possible to reduce risks for workers in the workplace, by changing the production process, reducing or eliminating nanoparticles emission and consequently reducing workers’ exposure.

O esforço atual de investigação e o uso comum de nanomateriais, sendo uma oportunidade para o crescimento económico, colocam problemas para a segurança e saúde. A investigação sobre os efeitos das nanopartículas para a saúde realizada durante a última década mostra a possível nocividade de várias nanopartículas, incluindo aquelas incluídas em produtos utilizados no dia-adia. Assim, a segurança e saúde dos trabalhadores são críticas para o desenvolvimento de novas aplicações da nanotecnologia. Apesar do crescente conhecimento no campo da nanotoxicologia e na segurança e saúde ocupacional, são importantes as incertezas associadas com a exposição a nanopartículas e os efeitos relacionados O recurso a métodos de avaliação de risco qualitativos e abordagens baseadas no design é considerado útil para lidar com estas incertezas e a sua melhoria tema relevante de investigação. O presente trabalho incluiu, entre outras coisas, três estudos individualizados, no entanto interrelacionados. No primeiro estudo, é avaliado o risco de exposição a nanopartículas de TiO2 num laboratório de investigação, utilizando um método quantitativo de avaliação da exposição e métodos qualitativos de avaliação do risco. Verificou-se que os resultados do equipamento de leitura direta Condensation Particle Counter e o CB Nanotool parecem estar relacionados e alinhados, enquanto os resultados obtidos com o método Stofenmanager Nano apontam para um nível de risco mais elevado. O objetivo principal do segundo estudo era analisar e comparar diferentes métodos qualitativos de avaliação do risco durante a produção de argamassas poliméricas contendo nanomateriais. Verificou-se que os diferentes métodos aplicados também produzem diferentes resultados. Assim, é necessário melhorar a utilização destes métodos definindo critérios mais apertados para a sua seleção em função do tipo de situação avaliada, tendo em conta que as incertezas são também um fator relevante quando se interage com o risco relacionado com as nanotecnologias. O terceiro estudo descreve a aplicação do Systematic Design Analysis Design Approach, baseado no modelo do processo de perigo ( bow-tie) e na análise ao design do processo de produção durante um projeto de desenvolvimento para a produção de um novo tipo de ladrilho cerâmico com propriedades fotocatalíticas. Aplicando o Systematic Design Analysis Design Approach ao processo de produção foi possível identificar os cenários de emissão e exposição e as barreiras relacionadas, com base nas diferentes opções tecnológicas do processo de produção. O modelo de intervenção proposto vai permitir que a segurança e higiene ocupacionais sejam integradas nos projetos de desenvolvimento de novos processos de produção, os quais envolvem uma equipa multidisciplinar. A presente tese pretende contribuir para a melhoria da avaliação de riscos ocupacionais e o controlo do risco no sector da nanotecnologia, contribuindo para melhorar a utilização dos métodos qualitativos de avaliação de risco, chamando a atenção para a importância da informação disponível sobre os nanomateriais e as diferenças obtidas quando se utilizam diferentes métodos para a mesma tarefa e discutindo diferentes formas de obter resultados mais fidedignos. Os resultados obtidos demonstram, igualmente, que utilizando uma abordagem baseada no design é possível reduzir os riscos para os trabalhadores no posto de trabalho, alterando o processo de produção, reduzindo ou eliminando a emissão de nanopartículas e, assim, reduzindo a exposição dos trabalhadores.