Aquatic ecotoxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHS) from tar asphalt roads

Tar asphalt, used extensively as a paving material in Europe during the last century, is highly contaminated of ecotoxic and mutagenic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Classified as a hazardous waste under the European Waste Catalogue (EWC), tar asphalt is often landfilled. Despite regulations limit its circularity, there is a lack of comprehensive studies on the ecotoxicity and bioavailability of PAHs from tar asphalt, leaving environmental risks inadequately assessed. In addition to that, the available approaches for low tier risk assessment of asphalt-contaminated sites cannot be simultaneously fast and accurate. The traditional approach is fast because it predicts the Toxic Units of the soil-asphalt mixtures (TUmix) using only the total PAHs concentration in tar asphalt, but it significantly overestimates the ecotoxicity. Bioavailability-based approaches, recurring for instance to passive sampling, are more accurate, but they are time-consuming, as several weeks are needed for PAH concentration to reach equilibrium. This study addresses these gaps by investigating the ecotoxicological effects of tar asphalt on aquatic organisms and proposing a new, bioavailable concentration-based approach for estimating the TUmix. The new approach aims to be fast and, at the same time, accurate to facilitate risk assessment. The research was based on experimental ecotoxicological tests on Vibrio fisheri, P. subcapitata and Daphnia magna. The observed effects from the tests were combined with the TUmix predicted by the proposed approach and by the one based on the total PAH concentration. In this way, it was possible to compare the two approaches by fitting response functions. The study also lays the groundwork for future comparisons between the proposed approach and that based on passive sampling by polyoxymethylene (POM). Results indicate that tar asphalt can cause significant chronic toxicity in aquatic organisms by inhibiting growth and reproduction, threatening aquatic ecosystems. The proposed approach, although slightly more time-consuming, offers a more realistic estimation of ecotoxicity and is comparable in terms of costs to that based on the total PAH concentration. In conclusion, this study provides valuable contribution to the understanding of ecotoxicological impacts of tar asphalt on aquatic ecosystems and proposes a more accurate and efficient approach for assessing the environmental risks of asphalt-soil mixtures. The findings support the need for bioavailable concentration-based risk assessment to better guide the environmental management of tar asphalt.

L'Asfalto Catramoso (AC), utilizzato come materiale per pavimentazione in Europa nel corso dell'ultimo secolo, è altamente contaminato da Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA), composti ecotossici e mutagenici. Classificato come rifiuto pericoloso nel Catalogo Europeo dei Rifiuti (CER), l'AC viene spesso smaltito in discarica. Nonostante le normative ne limitino la circolarità, mancano studi completi sull’ecotossicità e sulla biodisponibilità degli IPA derivanti dall’AC. Inoltre, gli approcci disponibili per la valutazione del rischio dei siti contaminati da asfalto non sono contemporaneamente rapidi e accurati. L’approccio tradizionale è veloce in quanto utilizza solo la concentrazione totale di IPA nell’asfalto per il calcolo delle unità tossiche delle miscele terreno-asfalto (TUmix), ma sovrastima significativamente l’ecotossicità. Gli approcci basati sulla biodisponibilità, come il campionamento passivo, sono più accurati, ma richiedono molto tempo, poiché sono necessarie diverse settimane affinché la concentrazione degli IPA raggiunga l’equilibrio. Lo studio affronta queste lacune investigando gli effetti ecotossicologici dell’AC sugli organismi acquatici e proponendo un nuovo metodo per la stima delle TUmix. Il nuovo approccio mira ad essere veloce e accurato per facilitare la valutazione del rischio. La ricerca si è basata su test ecotossicologici su Vibrio fisheri, P. subcapitata e Daphnia magna. Gli effetti osservati nei test sono stati combinati con le TUmix previste dal nuovo approccio e da quello basato sulla concentrazione totale di IPA. In questo modo è stato possibile confrontare i due approcci attraverso le funzioni di risposta. Lo studio pone inoltre le basi per futuri confronti tra il nuovo approccio e quello basato sul campionamento passivo mediante poliossimetilene (POM). I risultati indicano che l’AC può causare una significativa tossicità cronica negli organismi acquatici inibendo la crescita e la riproduzione, minacciando gli ecosistemi acquatici. L'approccio proposto, sebbene leggermente più dispendioso in termini di tempo, offre una stima molto più realistica dell'ecotossicità ed è paragonabile in termini di costi a quello basato sulla concentrazione totale di IPA. In conclusione, questo studio fornisce un prezioso contributo alla comprensione degli impatti ecotossicologici dell’AC sugli ecosistemi acquatici e propone un approccio più accurato ed efficiente per valutare i rischi ambientali delle miscele asfalto-terreno. I risultati supportano la necessità di una valutazione del rischio basata sulla concentrazione biodisponibile per guidare meglio la gestione ambientale dell’AC.