Prevención y Control de la Contaminación del Aire
Temas Clave
- Contaminantes del aire
- Monitoreo
- Normas de calidad del aire
- Índices de calidad del aire
Definición de Contaminación del Aire
Presencia en la atmósfera de uno o más compuestos en concentraciones lo suficientemente elevadas sobre su nivel ambiental normal y cuyo tiempo de permanencia tiendan a causar un efecto nocivo o representen un riesgo para el hombre, los animales, la vegetación o los materiales.
Fuentes de Contaminación
Fuentes Naturales
- Aquellas en las que no interviene la mano del hombre: Erupción volcánica, incendios forestales, tolvaneras.
Fuentes Antropogénicas
- Aquellas causadas por las actividades humanas.
- Pueden ser móviles y fijas.
Fuentes Principales de Contaminación del Aire
- Combustión de combustibles fósiles (vehículos, generación de calor y electricidad, …).
- Procesos de trituración y molienda.
- Procesos de fabricación que usen ácido sulfúrico.
- Procesos que emplean o fabrican ácido nítrico.
- Procesamiento de minerales.
- Fabricación de cemento.
- Fundición de metales.
Clasificación de los Contaminantes del Aire
Por su Origen
- Contaminantes Primarios: Son los emitidos directamente por las fuentes.
- Contaminantes Secundarios: Se forman en la atmósfera por reacciones químicas entre:
- Los contaminantes primarios.
- Las especies químicas presentes en la atmósfera y los contaminantes primarios.
Por su Estado Físico
- Gases: Se comportan de forma semejante al aire (una vez emitidos a la atmósfera no tienden a depositarse). Ejemplos: CO, SO2, NO2, O3.
- Partículas: Generalmente las de mayor tamaño tienden a depositarse. Ejemplos: polvo, cenizas, sulfatos, Pb, óxidos de Fe, nieblas de ácido sulfúrico.
Principales Contaminantes
- Partículas
- CO (Monóxido de Carbono)
- NOx (Óxidos de Nitrógeno)
- SOx (Óxidos de Azufre)
- COVs e HC (Compuestos Orgánicos Volátiles e Hidrocarburos)
- Oxidantes fotoquímicos (O3)
Partículas
- Término usado para describir la materia sólida y líquida, dispersada y arrastrada por el aire.
- Rango de tamaño: 0.0002 μm (2 Å) < Tamaño < 500 μm.
Ejemplos de Contaminantes del Aire en Forma de Partículas
- Polvo levantado por el viento
- Óxidos de Pb y Fe
- Sal de los océanos
- Cenizas volcánicas y de incendios forestales
- Cenizas de procesos de combustión
- Polen
- Sulfatos
- Nieblas de ácidos: sulfúrico, nítrico
Clasificación de las Partículas
- PST (Partículas Suspendidas Totales)
- PM10 (Partículas de tamaño menor o igual a 10 μm)
- PM5 (Partículas de tamaño menor o igual a 5 μm)
- PM2.5 (Partículas de tamaño menor o igual a 2.5 μm)
Efectos de PM10 y Partículas Menores
- Sedimentan a velocidades muy lentas.
- Pueden ser inhaladas y llegar a los alvéolos.
- Fuente principal: quema de combustibles fósiles.
- Incrementan las reacciones químicas en la atmósfera.
- Reducen la visibilidad.
- Reducen la radiación solar.
- Ensucian los materiales.
Monóxido de Carbono (CO)
- Gas incoloro e inodoro.
- Muy estable (vida media en la atmósfera de 2 a 4 meses).
- Resultado de la oxidación incompleta del carbono.
Fuentes de CO
- Vehículos de motor a gasolina y diésel.
- Combustión de combustibles fósiles.
- Incendios forestales.
- Quema de residuos sólidos.
Óxidos de Azufre (SOx)
- Incluyen SO2 y SO3.
- El SO2 es un gas incoloro, no inflamable y no explosivo.
- A concentraciones mayores de 3 ppm tiene un olor irritante.
- En combinación con partículas y humedad del aire, produce efectos muy perjudiciales. Ejemplo: lluvia ácida.
- Los compuestos de Azufre (SO2, SO3, H2SO4, SO42-) pueden ser tanto contaminantes primarios como secundarios.
Fuentes de SO2, SO3, Ácido Sulfúrico y Sulfatos
- Procesos de combustión.
- Termoeléctricas.
- Fundición de metales.
- Refinación de petróleo.
- Erupción de volcanes.
Fuentes de H2S y Mercaptanos
- Fabricación de pasta de papel y colorantes.
- Descomposición anaeróbica.
Óxidos de Nitrógeno (NOx)
- Se forman en combustiones a temperaturas superiores a 1000°C.
- Fuentes naturales: Volcanes en erupción, tempestades eléctricas, caídas de meteoritos.
- Fuentes antropogénicas: Fabricación de explosivos, centrales termoeléctricas, motores de combustión interna (principalmente diésel), plantas que emplean o fabrican ácido nítrico.
Oxidantes Fotoquímicos
- Ozono (O3)
- Nitrato de peroxiacetilo (NPA)
- Nitrato de peroxibenzoilo (NPB)
Características y Formación
- El NPA irrita los ojos y es nocivo para las plantas.
- El NPB es 100 veces más irritante que el NPA.
- Formación: NOx + HC, COVs + luz solar → Oxidantes fotoquímicos (Ejemplo: Ozono).
- Son contaminantes secundarios.
Ozono Troposférico
- La “capa de ozono” se encuentra localizada en la estratosfera y por consiguiente no tiene contacto con la superficie terrestre.
- El ozono troposférico se localiza en las capas más bajas de la atmósfera y se considera un contaminante.
- Como la luz solar es uno de los principales factores que influyen en las reacciones de formación de O3, es en primavera y verano cuando se alcanzan las máximas concentraciones.
Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs)
- HC (Hidrocarburos): Compuestos de C y H.
- COV: Compuestos de C, H, O, N, S, Cl, F, entre otros.
- Sustancias que a temperatura y presión ambiente tienden a evaporarse.
- Ejemplos: Benceno, formaldehído, cloroformo, tolueno, estireno, acetona, CCl4, cloruro de vinilo, clorobenceno.
- Nota: No existe una Norma de Calidad del Aire específica para COVs en general.
Usos de COVs
- Combustibles
- Solventes
- Materia prima (ejemplo: cloruro de vinilo en plásticos)
Fuentes de Emisión de COVs
- Industria química y artes gráficas
- Incineradores
- Elaboración de tintas y pinturas
- Imprentas, serigrafía
- Procesos de pintado automotriz
- Fabricación de resinas y plásticos
- Preservadores
- Agentes de limpieza
- Fabricación de alfombras
- Gasolinas sin Pb
Compuestos Semivolátiles
- PCBs (bifenilos policlorados, askareles)
- Pesticidas clorados (DDT, clordano, heptacloro, lindano, dieldrín)
- PAHs (Hidrocarburos policíclicos aromáticos): antraceno, benzo-a-pireno, benzo-a-antraceno
- Policlorodibenceno-p-dioxinas (PCDD, dioxinas)
- Policlorodibenzofuranos (PCDF, furanos)
- Fuente principal: incineración de residuos.
Compuestos Halogenados
- Fluoruros (partículas): Fundiciones de Al y acero, fabricación de fertilizantes a base de fosfatos.
- Se depositan en pastizales, causando problemas en el ganado (fluorosis).
Gases Acidificantes (SO2, NOx)
- Estos contaminantes regresan a la superficie directamente en forma de depósito seco o húmedo (si viene arrastrado por lluvias, nieve, granizo, etc.).
- Se dispersan, permanecen en el aire durante varios días y son transportados a largas distancias, provocando efectos en zonas muy alejadas de su fuente de emisión.
- El problema de la acidificación trasciende las fronteras, por lo que es preciso combinar iniciativas nacionales e internacionales para reducir las emisiones de estos gases.
Convenios Internacionales
- Convenio de Ginebra de 1979 sobre contaminación atmosférica transfronteriza a gran distancia.
- Protocolo de Gotemburgo de 1999 relativo a la reducción de la acidificación, de la eutrofización y del ozono en la tropósfera. Entrada en vigor en 2005.
- Objetivo: Controlar y reducir las emisiones de SO2, NOx, NH3, COV y PM 2.5 causadas por actividades antropogénicas.
Metales Pesados
- Definición: Elemento químico con peso atómico comprendido entre 63.55 (Cu) y 200.59 (Hg).
- No todos los metales pesados son especialmente tóxicos en concentraciones normales (algunos de ellos son necesarios para el ser humano).
- Metales pesados más conocidos por su toxicidad: Hg, Pb, Cd, talio (Tl), Cu, Zn y Cr.
- En ocasiones se incluye al hablar de contaminación por metales pesados a otros elementos tóxicos ligeros como el Be o el Al, o algún semimetal como el As.
Monitoreo de la Calidad del Aire
Definición de Monitoreo
Todas las metodologías diseñadas para muestrear, analizar y procesar en forma continua las concentraciones de contaminantes presentes en un lugar establecido y durante un tiempo determinado.
Tipos de Monitoreo
- Ambiental (de aire ambiente o atmosférico)
- En la fuente (fija o móvil)
Proceso de Monitoreo
- Muestreo
- Análisis Cuantitativo de la Muestra
- Validación y Tratamiento de Datos
1. Muestreo
- Obtención de una muestra representativa.
- Generalmente es el punto más difícil.
2. Análisis
- Determinación de la concentración correcta del contaminante de interés.
- Requiere métodos y técnicas adecuadas (según el tipo de contaminante y concentración).
- Uso de equipo y gases patrón calibrados.
3. Procesamiento de Datos
- Validación de datos.
- Obtención de promedios (horario, diario, 8 horas, mensual, anual).
- Registro de parámetros meteorológicos (Temperatura, Presión).
Monitoreo Ambiental: Factores Influyentes
Parámetros Meteorológicos y Topográficos
Influyen en la dispersión de contaminantes:
- Dirección y velocidad del viento
- Temperatura
- Humedad relativa
- Precipitación pluvial
- Radiación solar
- Altitud, tipo de suelo, relieve
Número y Sitios de Muestreo
Factores a considerar:
- Tipo y número de fuentes de emisión
- Factores meteorológicos y topográficos
- Uso de suelo
- Disponibilidad de equipo
- Fácil acceso
- Seguridad contra vandalismo
- Libre de obstáculos (árboles, edificios)
- Contar con energía eléctrica segura (preferentemente)
Normas y Métodos de Medición
Normas que Establecen Métodos de Medición de Contaminantes en Aire Ambiente y Procedimientos de Calibración de Equipo de Medición
(Publicadas en el D.O.F. 18 de Octubre de 1993)
- O3: NOM-036-SEMARNAT-1993
- NO2: NOM-037-SEMARNAT-1993
- SO2: NOM-038-SEMARNAT-1993
- CO: NOM-034-SEMARNAT-1993
- PST: NOM-035-SEMARNAT-1993
Métodos de Análisis para Monitoreo Ambiental
Gases (Equipo de Monitoreo Automático)
- Ozono: Luminiscencia química.
- Dióxido de Nitrógeno: Quimiluminiscencia.
- Dióxido de Azufre: Pararrosanilina.
- CO: Absorción IR.
Nota: La concentración de gases se reporta en ppm o μg/m3.
Partículas
- PST: Muestreo de alto volumen (High volume o Hi-vol).
- Muestreador de Bajo volumen: (Mini-Vol).
Métodos de Análisis Específicos para Partículas
Contaminante | Método de Análisis |
---|---|
Partículas Suspendidas Totales (PST) | Gravimétrico |
Partículas Menores a 10 micrómetros (PM10) | Gravimétrico |
Partículas Menores a 2.5 micrómetros (PM2.5) | Gravimétrico |
Metales pesados: Plomo (Pb); Cadmio (Cd); Cobre (Cu); Fierro (Fe); Vanadio (V); Manganeso (Mn); y Níquel (Ni). | Absorción Atómica |
Nota: Las partículas se reportan en μg/m3.
Normas de Calidad del Aire e Índices
Contaminantes Criterio
- Establecidos en 1970 (USA) y 1982 (México).
- Se les llamó así porque fueron objeto de evaluaciones publicadas en documentos de calidad del aire en los Estados Unidos, con el objetivo de establecer niveles permisibles que protegieran la salud de la población y el medio ambiente.
Lista de Contaminantes Criterio
- Bióxido de azufre (SO2)
- Bióxido de nitrógeno (NO2)
- Material Particulado (PST, PM10, PM2.5)
- Monóxido de carbono (CO)
- Ozono (O3)
Normas de Calidad del Aire
- Fijan valores máximos permisibles de concentración de contaminantes que no se pueden exceder legalmente durante un periodo específico en una región geográfica determinada.
- Propósito: Proteger la salud de la población en general y de grupos con mayor susceptibilidad.
- Fueron publicadas por la Secretaría de Salud en el Diario Oficial de la Federación el 23 de diciembre de 1994.
- Han tenido modificaciones en 2001, 2005, 2010 y 2014.
Índices de Calidad del Aire
- Parámetro fácil de entender para la población.
- Buscan informar al público de manera precisa.
Historia de los Índices en México
- 1977: Índice Mexicano de la Calidad del Aire “IMEXCA”.
- 1982: Índice Metropolitano de la Calidad del Aire «IMECA».
- 1986: El IMECA se empezó a difundir a la población a través de diversos medios.
El IMECA
- El límite considerado satisfactorio para cada uno de los contaminantes atmosféricos se representa con un valor de 100 puntos IMECA.
- Corresponde al valor que establecen las normas de calidad del aire para cada uno de los contaminantes.
- Se utilizan ecuaciones diferentes para cada contaminante.