Material Particulado

DIAGNÓSTICO Y CONTROL DE MATERIAL PARTICULADO: PARTÍCULAS SUSPENDIDAS TOTALES Y FRACCIÓN RESPIRABLE PM101

El material particulado es uno de los contaminantes atmosféricos más estudiados en el mundo, este se define como el conjunto de partículas sólidas y/o líquidas (a excepción del agua pura) presentes en suspensión en la atmósfera (Mészáros, 1999), que se originan a partir de una gran variedad de fuentes naturales o antropogénicas y poseen un amplio rango de propiedades morfológicas, físicas, químicas y termodinámicas.

La presencia en la atmósfera de este contaminante ocasiona variedad de impactos a la vegetación, materiales y el hombre, entre ellos, la disminución visual en la atmósfera, causada por la absorción y dispersión de la luz (Chen,Ying &Kleeman,2009).Además, la presencia del material particulado está asociada con el incremento del riesgo de muerte por causas cardiopulmonares en muestras de adultos (Pope, 2004)

Es necesario, además de realizar mediciones de la concentración de este contaminante, evaluar su comportamiento en el espacio y el tiempo, asociándolo con los fenómenos meteorológicos, composición química y origen, los cuales permitan orientar estrategias de control y realizar seguimiento por parte de las autoridades ambientales interesadas.

Este artículo presenta una revisión bibliográfica de los impactos asociados con partículas presentes en la atmósfera, los equipos para su monitoreo, aplicaciones tecnológicas complementarias y tecnologías de control.

INTRODUCCIÓN

El material particulado (MP) es un conjunto de partículas sólidas y líquidas emitidas directamente al aire, tales como el hollín de diesel, polvo de vías, el polvo de la agricultura y las partículas resultantes de procesos productivos (Fang et al., 2003). Según la normatividad colombiana, el MP no sedimenta en períodos cortos sino que permanece suspendido en el aire debido a su tamaño y densidad (Resolución 610 de 2010) (MAVDT, 2010). Estas partículas en suspensión (MP) son una compleja mezcla de productos químicos y/o elementos biológicos, como metales, sales, materiales carbonosos, orgánicos volátiles, compuestos volátiles (COV), hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) y endotoxinas que pueden interactuar entre sí formando otros compuestos (Billet et al., 2007).Debido a que son de tamaño, forma y composición variada, para su identificación se han clasificado en términos de su diámetro aerodinámico que corresponde al diámetro de una esfera uniforme en unidad de densidad que alcanza la misma velocidad terminal de asentamiento que la partícula de interés y que está determinado por la forma y densidad de la partícula. De acuerdo a esto, pueden ser clasificadas como finas y gruesas (García, 2002; Bell et al., 2004), como se presenta en la Figura 1.Otros autores afirman que el diámetro de las partículas atmosféricas en suspensión, varía desde nanómetros (nm) hasta decenas de micras (um). Generalmente se identifican diferentes rangos de tamaños de partícula denominados "modas", que están relacionados en su mayoría con el mecanismo de formación de las partículas: nucleación, Aitken, acumulación y moda gruesa (Warneck, 1988; EPA, 1996; Seinfeld & Pandis, 1998; Viana, 2003), como se presenta en la Figura 2.

Estas partículas pueden variar su tamaño y composición a través de varios procesos como el vapor de condensación, la evaporación, la coagulación a través de las colisiones del movimiento browniano por la hidrodinámica y fuerzas gravitacionales o eléctricas (Fang et al., 2006). El material particulado posee una amplia gama de propiedades morfológicas, químicas, físicas y termodinámicas (EPA, 2004). Este es emitido a la atmósfera producto de diferentes actividades, tanto naturales como antropogénicas (Artiñano et al., 2003) como se presenta en la Figura 3. Entre las actividades naturales se encuentran las emisiones volcánicas y las partículas arrastradas por el viento, como el aerosol marino. Dentro de las actividades antropogénicas se encuentran las emisiones de gases de escape y partículas procedentes de los buques de navegación marítima. Además, algunos investigadores (Sternbeck, Sjödin & Andréasson, 2002; Baltrenas & Morkuniene, 2006; Richmond-Bryant et al., 2009) han divulgado que la emisión de contaminantes de origen vehicular, constituye una de las causas más relevantes en el deterioro de la calidad del aire (Toro et al., 2001), lo que afecta la composición química de la atmósfera a nivel local y regional (Maldanova et al., 2009). La extracción de la atmósfera del material particulado en suspensión se produce por diversos mecanismos, bien sea por deposición seca o por deposición húmeda, cuya eficacia depende esencialmente del diámetro, composición química y propiedades termodinámicas de las partículas (Viana, 2003). El material particulado está asociado con compuestos con conocida actividad genotóxica, mutagénica o carcinogénica (García & Carreras, 2008).

Según el Departamento de Protección Ambiental de Hong Kong (HKEPD), el escape de los vehículos diesel es la principal causa del alto nivel de MP en la zonas urbanas (Ho et al., 2003; Quijano & Orozco, 2005). Los principales elementos encontrados por la quema de combustibles fósiles, transformación de metales e incineración de residuos son el Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, V, Sb (Gao et al., 2002), como se presenta en la Figura 4. Los diferentes elementos presentes en las muestras del material particulado pueden estar asociados con materia mineral, aerosol marino, compuestos de azufre, compuestos de nitrógeno y compuestos de carbono (Viana, 2003; Viana, Querol & Alastuey, 2006).

Conocer la composición química del material particulado, tiene relevancia no solo desde el punto de vista de la química de la atmósfera, sino también sobre la calidad del aire que se respira en las ciudades (Quijano, Quijano & Henao, 2010).

Muchas propiedades de las partículas pueden influir de manera importante en su comportamiento en el aire y sus efectos sobre el ambiente y la salud. Estas propiedades se presentan en la Tabla 1.

Los modelos de contaminación del aire juegan un papel importante en la ciencia, debido a su capacidad para investigar la importancia de procesos relevantes, al igual que un mayor rol en la aplicación. Son los únicos métodos que pueden cuantificar la relación entre emisiones y concentración-deposición, incluyendo las consecuencias de escenarios futuros y las estrategias de disminución (Builtjes, 2001). Estos modelos han sido usados para calcular el impacto de las emisiones volcánicas (Juárez, Gay & Flores, 2005) y modelos productivos (Olivares, 2001; Benavides, 2003; Sahu, Gelfand & Holland, 2006; Torno, 2008).

El objetivo principal de este artículo es describir los impactos asociados al material particulado presente en la atmósfera, los equipos de muestreo, herramientas computacionales, para predecir su comportamiento y las tecnologías utilizadas para su control.

PANORAMA MUNDIAL Y NACIONAL

Investigaciones recientes relacionadas con el material particulado se han realizado en todo el mundo. En Italia (Perrone et al., 2005), España (Viana et al., 2006), Beijing (Wu et al., 2008), Suecia (Sternbeck et al., 2002), China (Zhang et al., 2006) y Estados Unidos (Wilhelm, Qianc & Ritz, 2009), entre otras. En ellas demuestran la presencia de MP en la atmósfera por causas naturales y antropogénicas, manifestando además la necesidad de adelantar estudios detallados relacionados con los efectos causados por la presencia de este contaminante, con el fin de implementar estrategias para el control del mismo.En Colombia los estudios adelantados sobre este contaminante, han sido desarrollados en las principales ciudades del país como lo describen las siguientes experiencias:En la ciudad de Santiago de Cali se evidenció, por medio de modelos estadísticos, que durante el periodo marzo-diciembre de 2000, se presentaron varios casos en que la norma local para el área en estudio fue superada. Esta norma local de índice de la calidad del aire, fue calculada de la misma forma en que se calcula la norma local para Cali, con datos registrados dentro del área de estudio, con el objetivo de que fuera específica para la zona de influencia (Botero, Tróchez & Olaya, 2004).Investigaciones realizadas en el Valle de Aburrá, en relación con partículas en suspensión total (PST), arrojaron que el nivel de contaminación está aumentando en los últimos años y los niveles superan los 100 ug/m3, muy por encima de los niveles de precaución para la salud, definidos por la Organización Mundial de la Salud –OMS– (35ug/m3). Si se considera el material particulado respirable (PM10), el diagnóstico se confirma en su tendencia ascendente con niveles muy altos (70 ug/m3) con respecto al umbral de precaución fijado por la Organización Mundial Salud (20 ug/m3) para niveles de exposición crónica (Bedoya et al., 2009).En la ciudad de Medellín se realizaron diferentes mediciones con el fin de determinar las concentraciones de fondo de material particulado y sus variaciones, temporal y espacial. Otras mediciones estuvieron encaminadas a caracterizar física y químicamente el material particulado recolectado. Obteniendo como resultado la variación temporal y espacial de las concentraciones de metales, con valores representativos para el caso de metales como el calcio, hierro y magnesio en las muestras del material colectado (Echeverri, 2000).Según los estudios realizados sobre la calidad del aire en la ciudad de Santa Marta, las concentraciones más altas coinciden con el periodo de escasas lluvias, entre enero y abril. Al analizar

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