Study of the Dynamics and Risk of the Organophosphate Pesticide Chlorpyrifos and its Degradation Product TCP in La Fe Reservoir, Antioquia

Abstract

ABSTRACT : This doctoral thesis presents a study of the dynamics of Chlorpyrifos (an organophosphate pesticide) and its degradation product 3,5,6-trichloro-2-pyridinol in La Fe reservoir, an artificial tropical mountain reservoir. The main objective of this work is to contribute to a deeper scientific understanding of the degradation pathways, fate, and associated risk of the organophosphate pesticide Chlorpyrifos and its degradation product 3,5,6-trichloro-2-pyridinol in shallow freshwater bodies in tropical latitudes, through the application of passive sampling. Passive sampling with Semipermeable Membrane devices allowed estimating Chlorpyrifos concentrations in a range of 0.002-0.31 µg/L in the reservoir, while for estimating 3,5,6-trichloro-2-pyridinol concentrations, an in-situ calibration was carried out using deuterated desisopropyl atrazine as a performance reference compound, which enabled the calculation of a sampling rate of 0.015 L/day to find 3,5,6-trichloro-2-pyridinol concentrations in a range of 0.020-0.436 µg/L. Additionally, significant presence of Chlorpyrifos (0.17-1.93 µg/kg) and 3,5,6-trichloro-2-pyridinol (966.8-3949.2 µg/kg) was found in the sediments. A water quality modeling approach was performed using the United States Environmental Protection Agency Water Quality Analysis Simulation Program 8.4 model, which proved useful for conducting a probability assessment. The model indicates that Chlorpyrifos and 3,5,6-trichloro-2-pyridinol enter the reservoir through the sediments, although more data is needed to establish definitive conclusions. Finally, an assessment of environmental risk from acute and chronic exposure was conducted, both for human health and water and sediment. It was found that the Palmas Espíritu Santo tributary presents the highest risk from acute exposure in the water column, while 3,5,6-trichloro-2-pyridinol concentrations are significantly low, indicating low risk. However, both compounds in the sediments, although not exceeding the ∑TU>1 value, show values that indicate the need to address and control Chlorpyrifos concentrations in the tributary basins of the reservoir. Similarly, the assessment of environmental risk from chronic exposure to Chlorpyrifos in the tributaries indicates a high level of risk. Meanwhile, 3,5,6-trichloro-2-pyridinol concentrations represent low levels of risk. However, in the sediments, Chlorpyrifos indicates a high risk, especially in the tributaries, while 3,5,6-trichloro-2-pyridinol shows a high level and, therefore, concern in the reservoir mixing zone with Pantanillo pumping.

RESUMEN : Esta tesis doctoral presenta un estudio sobre la dinámica del Clorpirifos (un pesticida organofosforado) y su producto de degradación 3,5,6-tricloro-2-piridinol en el embalse La Fe, un embalse artificial de montaña tropical. El objetivo de este trabajo es contribuir a una comprensión científica más profunda de las vías de degradación, destino y riesgo asociado al plaguicida Clorpirifos y su producto de degradación 3,5,6-tricloro-2-piridinol en cuerpos de agua dulce someros en latitudes tropicales, a través de la aplicación de muestreo pasivo. El muestreo pasivo con dispositivos de membrana semipermeable permitió estimar concentraciones de Clorpirifos en un rango de 0.002-0.31 µg/L en el embalse, y para estimar las concentraciones de 3,5,6-tricloro-2-piridinol se llevó a cabo una calibración in-situ utilizando atrazina desisopropil deuterada como compuesto de referencia para el rendimiento, lo que permitió calcular una tasa de muestreo de 0.015 L/día para encontrar concentraciones de 3,5,6-tricloro-2-piridinol en un rango de 0.020-0.436 µg/L. Además, se encontró la presencia significativa de Clorpirifos (0.17-1.93 µg/kg) y 3,5,6-tricloro-2-piridinol (966.8-3949.2 µg/kg) en los sedimentos. Se realizó una modelización de la calidad del agua utilizando el modelo de Water Quality Analysis Simulation Program 8.4 de la United States Environmental Protection Agency, el cual resultó útil para realizar una evaluación probabilística. El modelo sugiere que la entrada de Clorpirifos y 3,5,6-tricloro-2-piridinol al embalse ocurre a través de los sedimentos, aunque se requiere obtener más datos para establecer conclusiones definitivas. Finalmente, se llevó a cabo una evaluación del riesgo ambiental por exposición aguda y crónica, tanto para la salud humana como para el agua y los sedimentos. Se encontró que el Tributario Palmas Espíritu Santo presenta el mayor riesgo por exposición aguda en la columna de agua, mientras que las concentraciones de 3,5,6-tricloro-2-piridinol son significativamente bajas, indicando un bajo riesgo. Sin embargo, ambos compuestos en los sedimentos, aunque no superan el valor ∑TU>1, presentan valores que indican la necesidad de abordar y controlar las concentraciones de Clorpirifos en las cuencas de los afluentes del embalse. Del mismo modo, la evaluación del riesgo ambiental por exposición crónica al Clorpirifos en los afluentes indica un nivel de riesgo alto. Mientras tanto, las concentraciones de 3,5,6-tricloro-2-piridinol representan niveles bajos de riesgo. No obstante, en los sedimentos, el Clorpirifos indica un riesgo alto, especialmente en los afluentes, mientras que el TCP muestra un nivel alto y, por lo tanto, preocupante en la zona de mezcla del embalse con el bombeo Pantanillo.