Fuzzy approach for risk assessment of brominated flame retardants in aquatic ecosystems

Brominated flame retardants (BFR) are pollutants that represent a threat to both human health and environment due to their industrial use, their persistence and their ability to bioaccumulate and biomagnify in food chains, especially in the aquatic one. For the last ten years contamination levels for this type of compounds have been reported for European, North American and Asian human tissue, sediments and biota samples [1-3]. However, monitoring efforts into the assessment of BFRs contamination levels in Latin America are scarce. In this study, a model for the evaluation of the environmental risk of BFRs in the aquatic ecosystems has been developed. It has been based on a technical application of the Fuzzy Theory [4]. In particular, three interconnected Fuzzy Inference Systems (FIS) have been created through the use of the Fuzzy Toolbox in Matlab. In order to improve and make the model scientifically robust, several international experts have been questioned about different information required to build the fuzzy system. Information from 38 questionnaires have been collected and statistically treated.Preprin

Desenvolupament d’un model basat en la lògica difusa per a l’avaluació del risc dels retardants de flama bromats en ecosistemes aquàtics d’Amèrica Llatina

Aquest estudi, en el qual s'ha desenvolupat un model per a l'avaluació del risc ambiental que generen els retardants de flama bromats (BFRs) en els organismes aquàtics de dos ecosistemes d'Amèrica Llatina, està vinculat al projecte BROMACUA (finançat pel BBVA). Aquests compostos (BFRs), són productes químics utilitzats en els plàstics, aparells elèctrics, productes tèxtils i molts d'altres per evitar o retardar la ignició d'aquests. Són substàncies que durant les últimes dècades han experimentat un gran creixement i han provocat un estat d'alerta per la seva abundància i perillositat pel medi ambient i els éssers vius. El model dissenyat en aquest projecte, està basat en la teoria de la lògica difusa aplicada mitjançant la Fuzzy Toolbox del Matlab, una eina molt útil per implementar aquest tipus de sistemes. Particularment, el model està format per tres subsistemes FIS de tipus Mamdani desenvolupats mitjançant aquesta eina del Matlab. Amb la finalitat de millorar i donar una base científica sòlida al model, s'ha precisat de les opinions de 38 experts internacionals, els quals han aportat gran quantitat d'informació necessària per a construir i aportar la robustesa al model. Aquesta informació, s'ha extret mitjançant l'anàlisi estadístic dels resultats del qüestionari que han respost els 38 experts. El model s'ha provat en els diferents casos d'estudi del Pantà Gran de Santa Marta a Colòmbia i de la Badia de San Vicente a Xile, zones d'estudi del Projecte BROMACUA. Les concentracions dels sediments d'aquests ecosistemes conjuntament amb altres dades extretes de la bibliografia científica (per falta de les dades de Toxicitat i de biota) s'han utilitzat directament com a dades d'entrada del model per tal de calcular i extreure el Risc final de contaminació de l'ecosistema. Els resultats obtinguts pels dos BFRs d'estudi (PBDEs i TBBPA), han mostrat un risc de grau mitjà per contaminació de PBDEs i un risc de grau baix‐mig per contaminació de TBBPA. Tot i que actualment, el risc no és molt elevat, cal continuar avaluant i estudiant aquestes zones en un futur, ja que un cert augment en la concentració d'aquests contaminants en els sediments comportaria un canvi significatiu en el nivell de Risc de l'ecosistema, arribant a situacions ambientals crítiques. El procediment utilitzat en el desenvolupament del model, és el clàssic dels sistemes FIS, però modificat amb l'objectiu d'introduir els pesos de les variables del sistema dins el model difús. Aquesta innovació s'ha comparat amb els mètodes clàssics dels sistemes FIS, i s'ha vist que aporta al sistema una visió més conservadora i sensible. L'anàlisi de sensibilitat del model, també ha demostrat que aquesta metodologia dels pesos innovadora del sistema FIS proporciona un caràcter més precís i proper a la realitat. Per altra banda, l'estudi de sensibilitat també ha indicat quines variables del model són més sensibles a petites variacions. Finalment, els resultats obtinguts amb la metodologia del projecte, demostren que l'avaluació qualitativa del risc ambiental dels BFRs és possible mitjançant la lògica difusa i que per tant, els valors numèrics i dades bibliogràfiques poden traduir‐se a uns conjunts difusos, que tracten millor les incerteses i ambigüitats associades a les variables ambientals i ofereixen com a producte final un concepte de fàcil comprensió per la ment humana com pot ser el risc Baix, Mitjà o Alt. Una informació molt útil per prendre decisions ambientals i alhora extreta d'una metodologia de fàcil ús i interpretació

Desenvolupament d’un model basat en la lògica difusa per a l’avaluació del risc dels retardants de flama bromats en ecosistemes aquàtics d’Amèrica Llatina

Aquest estudi, en el qual s'ha desenvolupat un model per a l'avaluació del risc ambiental que generen els retardants de flama bromats (BFRs) en els organismes aquàtics de dos ecosistemes d'Amèrica Llatina, està vinculat al projecte BROMACUA (finançat pel BBVA). Aquests compostos (BFRs), són productes químics utilitzats en els plàstics, aparells elèctrics, productes tèxtils i molts d'altres per evitar o retardar la ignició d'aquests. Són substàncies que durant les últimes dècades han experimentat un gran creixement i han provocat un estat d'alerta per la seva abundància i perillositat pel medi ambient i els éssers vius. El model dissenyat en aquest projecte, està basat en la teoria de la lògica difusa aplicada mitjançant la Fuzzy Toolbox del Matlab, una eina molt útil per implementar aquest tipus de sistemes. Particularment, el model està format per tres subsistemes FIS de tipus Mamdani desenvolupats mitjançant aquesta eina del Matlab. Amb la finalitat de millorar i donar una base científica sòlida al model, s'ha precisat de les opinions de 38 experts internacionals, els quals han aportat gran quantitat d'informació necessària per a construir i aportar la robustesa al model. Aquesta informació, s'ha extret mitjançant l'anàlisi estadístic dels resultats del qüestionari que han respost els 38 experts. El model s'ha provat en els diferents casos d'estudi del Pantà Gran de Santa Marta a Colòmbia i de la Badia de San Vicente a Xile, zones d'estudi del Projecte BROMACUA. Les concentracions dels sediments d'aquests ecosistemes conjuntament amb altres dades extretes de la bibliografia científica (per falta de les dades de Toxicitat i de biota) s'han utilitzat directament com a dades d'entrada del model per tal de calcular i extreure el Risc final de contaminació de l'ecosistema. Els resultats obtinguts pels dos BFRs d'estudi (PBDEs i TBBPA), han mostrat un risc de grau mitjà per contaminació de PBDEs i un risc de grau baix‐mig per contaminació de TBBPA. Tot i que actualment, el risc no és molt elevat, cal continuar avaluant i estudiant aquestes zones en un futur, ja que un cert augment en la concentració d'aquests contaminants en els sediments comportaria un canvi significatiu en el nivell de Risc de l'ecosistema, arribant a situacions ambientals crítiques. El procediment utilitzat en el desenvolupament del model, és el clàssic dels sistemes FIS, però modificat amb l'objectiu d'introduir els pesos de les variables del sistema dins el model difús. Aquesta innovació s'ha comparat amb els mètodes clàssics dels sistemes FIS, i s'ha vist que aporta al sistema una visió més conservadora i sensible. L'anàlisi de sensibilitat del model, també ha demostrat que aquesta metodologia dels pesos innovadora del sistema FIS proporciona un caràcter més precís i proper a la realitat. Per altra banda, l'estudi de sensibilitat també ha indicat quines variables del model són més sensibles a petites variacions. Finalment, els resultats obtinguts amb la metodologia del projecte, demostren que l'avaluació qualitativa del risc ambiental dels BFRs és possible mitjançant la lògica difusa i que per tant, els valors numèrics i dades bibliogràfiques poden traduir‐se a uns conjunts difusos, que tracten millor les incerteses i ambigüitats associades a les variables ambientals i ofereixen com a producte final un concepte de fàcil comprensió per la ment humana com pot ser el risc Baix, Mitjà o Alt. Una informació molt útil per prendre decisions ambientals i alhora extreta d'una metodologia de fàcil ús i interpretació

Fuzzy model for risk assessment of persistent organic pollutants in aquatic ecosystems

We developed a model for evaluating the environmental risk of persistent organic pollutants (POPs) to aquatic organisms. The model is based on fuzzy theory and uses information provided by international experts through a questionnaire. It has been tested in two case studies for a particular type of POPs: brominated flame retardants (BFRs). The first case study is related to the EU-funded AQUATERRA project, with sampling campaigns carried out in two Ebro tributaries in Spain (the Cinca and Vero Rivers). The second one, named the BROMACUA project, assessed different aquatic ecosystems in Chile (San Vicente Bay) and Colombia (Santa Marta Marsh). In both projects, the BFRs under study were polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) and hexabromocyclododecane (HBCD). However, the model can be extrapolated to other POPs and to different aquatic ecosystems to provide useful results for decision-makers.Peer Reviewe

Fuzzy approach for risk assessment of brominated flame retardants in aquatic ecosystems

Brominated flame retardants (BFR) are pollutants that represent a threat to both human health and environment due to their industrial use, their persistence and their ability to bioaccumulate and biomagnify in food chains, especially in the aquatic one. For the last ten years contamination levels for this type of compounds have been reported for European, North American and Asian human tissue, sediments and biota samples [1-3]. However, monitoring efforts into the assessment of BFRs contamination levels in Latin America are scarce. In this study, a model for the evaluation of the environmental risk of BFRs in the aquatic ecosystems has been developed. It has been based on a technical application of the Fuzzy Theory [4]. In particular, three interconnected Fuzzy Inference Systems (FIS) have been created through the use of the Fuzzy Toolbox in Matlab. In order to improve and make the model scientifically robust, several international experts have been questioned about different information required to build the fuzzy system. Information from 38 questionnaires have been collected and statistically treated