MONITOREO DE CALIDAD DEL
AIRE
Expositor:
Motivación
z
Conocer las diferentes técnicas de monitoreo y sus
aplicaciones
Monitoreo de Gases y
Material Particulado
ANTECEDENTES
GENERALES
MONITOREO ATMOSFÉRICO
Se define como monitoreo atmosférico a todas las
metodologías diseñadas para muestrear, analizar y
procesar en forma continua las concentraciones de
sustancias o de contaminantes presentes en el aire en un
lugar establecido y durante un tiempo determinado.
Objetivos del monitoreo
(para qué)
Establecer
Establecer bases científicas para políticas de desarrollo.
Determinar
Determinar la congruencia con las normas y los criterios legales.
Estimar
Estimar los efectos en la población y en el ambiente.Informar
Informar al público acerca de la calidad del aire.
Proporcionar
Proporcionar información de fuentes y riesgos de contaminación.
Llevar a cabo
Llevar a cabo evaluaciones de tendencias a largo plazo.
Medir
Medir los efectos de las medidas de control en la calidad del aire.
Estudiar
Estudiar las reacciones químicas de los contaminantes en la atmósfera.
Calibrar y evaluar
Calibrar y evaluar modelos de dispersión de contaminantes en la atmósfera.
ESCALAS DE MONITOREO
(Definición de acuerdo a US EPA)
Microescala
Define las concentraciones en volúmenes de aire asociados con
dimensiones de área de algunos metros hasta 100 metros. Esta escala podría tipificar áreas como calles encajonadas del centro de la ciudad y corredores de alto tráfico.
Escala Media
Define las concentraciones típicas de áreas que pueden comprender dimensiones desde 100 m hasta 0.5 Km. Esta escala puede caracterizar áreas como estacionamientos, calles peatonales de los centros
comerciales, estadios, edificios de oficinas, calles sin pavimentar, entre otros.
Escala Local o Vecinal
Define las concentraciones en un área con uso de suelo relativamente uniforme cuyas dimensiones abarcan desde 0.5 a 4 Km. Esta
categoría incluye barrios comerciales, industriales y residenciales.
Escala Urbana
Define las condiciones de una ciudad con dimensiones en un rango de 4 a 50 Km. Esta escala generalmente necesita la definición de mas de un lugar de muestreo.
Escala Regional
Define generalmente un área rural de geografía razonablemente
homogénea y se extiende desde la decena hasta cientos de kilómetros
Escala Nacional y Global
Las mediciones que corresponden a esta escala representan
Definición de Objetivos
ESTRATEGIA DE
MONITOREO
Definición de parámetros ambientales
•Contaminantes a medir •Parámetros meteorológicos
Definición de número y sitios de muestreo
•Localización de sitios de muestreo
•Densidad o número de puntos de muestreo •Requerimientos del sitio de muestreo
Determinación de tiempos de muestreo
•Duración del programa •Frecuencia de muestreos
•Tiempos de toma de muestras
Selección de equipos de muestreo y técnicas de análisis
•Muestreadores pasivos •Muestreadores activos •Monitores automáticos •Sensores remotos
TIPOS DE
MUESTREADORES PASIVOS
Funcionamiento
Los muestreadores pasivos colectan un contaminante específico por
medio de su adsorción y absorción en un sustrato químico
seleccionado. Después de su exposición por un apropiado período
de muestreo, que varía desde un par de horas hasta un mes, la
muestra se regresa al laboratorio, donde se realiza la desorción del
contaminante y después se le analiza cuantitativamente.
Ventajas y Desventajas
Simple y de bajo costo, permite extender muchas unidades para
proveer información en cuanto a la distribución espacial de los
contaminantes. Sin embargo el tiempo de resolución de esta
técnica es limitado.
Técnicas
Existen varias técnicas de muestreos pasivos disponibles o en
desarrollo para los principales contaminantes urbanos, entre las
que se incluyen las de NO2, SO2, NH3,VOC’s, y O3.
Usos
Existen dos usos claramente diferenciados:
• En puntos fijos de muestreo, para monitorear calidad de aire,
especialmente para estudios de fondo y muestreos de amplia
cobertura espacial
• Exposición personal y estudios epidemiológicos (la gente los
puede llevar puestos)
Muestreadores Pasivos
MUESTREADORES ACTIVOS
Funcionamiento
Estos equipos requieren energía eléctrica para bombear el aire a
muestrear a través de un medio de colección físico o químico.
Tipos
Los muestreadores activos más utilizados actualmente son los
burbujeadores acidimétricos para SO
2, el método de filtración para
PST de la OECD y el método gravimétrico de Altos Volúmenes
(High Vol.) para partículas totales y fracción respirable de la EPA.
Otros tipos
También existen técnicas de muestreos activos disponibles para la
mayoría de los contaminantes gaseosos, como el método de
Gries-Saltzman para NO
2y el método NBKI
(Neutral Buffered Potassium
Iodide,
Solución amortiguadora neutra de yoduro de potasio) para
O
3, sin embargo la mayoría de estas técnicas han sido reemplazadas
por analizadores automáticos.
Para la investigación de aerosoles
En especial los aerosoles secundarios, y gases ácidos se están
usando filtros empacados y sistemas “Denuder”.
Ventajas
Estos muestreadores son relativamente fáciles de operar, confiables
y han proporcionado la base de datos de mediciones en la mayor
parte del mundo.
Muestreadores Activos
Bolsa Plástica
Tubo indicador
Tubos adsorbentes
Burbujeadores
Muestreador de alto volumen para PTS y PM10
Cabezal Ciclónico Cabezal Impactador
Muestreadores Activos
Muestreadores Activos
Muestreadores Activos
Muestreadores Activos
Muestreadores Activos
ANALIZADORES O
MONITORES AUTOMÁTICOS
Funcionamiento
Estos instrumentos se basan en propiedades físicas o químicas del
elemento que va a ser detectado continuamente, utilizando métodos
optoelectrónicos. El aire muestreado entra en una cámara de reacción
donde, ya sea por una propiedad óptica del gas que pueda medirse
directamente o por una reacción química que produzca
quimiluminiscencia o luz fluorescente, se mide esta luz por medio de
un detector que produce una señal eléctrica proporcional a la
concentración del contaminante muestreado.
ANALIZADORES O
MONITORES AUTOMÁTICOS
Funcionamiento
Ventajas
Equipos de alto costo. Pueden ser más susceptibles a problemas
técnicos en comparación con los muestreadores, cuando no se cuenta
con los programas de mantenimiento adecuados y con personal
técnico calificado, ya que requieren de técnicos especializados para la
operación rutinaria de los equipos y de métodos más sofisticados de
aseguramiento y control de calidad.
Estos monitores automáticos producen gran cantidad de datos que
usualmente necesitan de sistemas telemétricos para su recopilación y
computadoras para su subsecuente procesamiento y análisis.
ANALIZADORES O
MONITORES AUTOMÁTICOS
Funcionamiento
Ventajas
Localización
Es muy común en las redes de monitoreo el uso de monitores
automáticos junto con muestreadores activos y pasivos
MONITORES AUTOMÁTICOS
Para gases criterio
Monitor de Ozono por absorción UV Monitor de SO2 por fluorescencia UV Monitor de CO por correlación IR
Monitor de NO, NO2, NOx por quimiluminiscencia Monitor de HCT (CH4 y HNM) por ionización de flama
Estación Calidad de Aire en Talagante Estación móvil
MONITORES AUTOMÁTICOS
M=Ko/f
2TEOM para PM10, PM2.5 y PM1.0
Elemento balanza ACCU
MONITORES AUTOMÁTICOS
MONITORES AUTOMÁTICOS
MONITORES REMOTOS
Ventajas
Estos equipos pueden proporcionar mediciones integradas de
multicomponentes a lo largo de una trayectoria específica en la
atmósfera (normalmente mayor a 100 m.). Incluso proporcionar
mapas tridimensionales detallados de concentraciones de
contaminantes dentro de un área por un período de tiempo limitado.
MONITORES REMOTOS
Ventajas
Utilización
Algunos de estos monitoreos remotos se han llevado a cabo por
medio de instrumentos montados en aviones o en satélites, cuyos
métodos incluyen el uso de correlaciones espectrométricas, el reflejo
de la luz solar en las partículas de los aerosoles, absorción infrarroja
y emisión espectroscópica, láser de color y de inducción infrarroja
fluorescente y la aplicación de técnicas astronómicas.
MONITORES REMOTOS
Ventajas
Estos equipos pueden proporcionar mediciones integradas de
multicomponentes a lo largo de una trayectoria específica en la
atmósfera (normalmente mayor a 100 m.). Incluso proporcionar
mapas tridimensionales detallados de concentraciones de
contaminantes dentro de un área por un período de tiempo limitado.
Utilización
Algunos de estos monitoreos remotos se han llevado a cabo por
medio de instrumentos montados en aviones o en satélites, cuyos
métodos incluyen el uso de correlaciones espectrométricas, el reflejo
de la luz solar en las partículas de los aerosoles, absorción infrarroja
y emisión espectroscópica, láser de color y de inducción infrarroja
fluorescente y la aplicación de técnicas astronómicas.
Aplicaciones
Las aplicaciones son muy especializadas y particularmente se
utilizan para investigaciones cerca de las fuentes de emisión, en las
plumas de las chimeneas y para mediciones verticales de
contaminantes gaseosos y aerosoles en la atmósfera.
MONITORES REMOTOS
Ventajas
Estos equipos pueden proporcionar mediciones integradas de
multicomponentes a lo largo de una trayectoria específica en la
atmósfera (normalmente mayor a 100 m.). Incluso proporcionar
mapas tridimensionales detallados de concentraciones de
contaminantes dentro de un área por un período de tiempo limitado.
Utilización
Algunos de estos monitoreos remotos se han llevado a cabo por
medio de instrumentos montados en aviones o en satélites, cuyos
métodos incluyen el uso de correlaciones espectrométricas, el reflejo
de la luz solar en las partículas de los aerosoles, absorción infrarroja
y emisión espectroscópica, láser de color y de inducción infrarroja
fluorescente y la aplicación de técnicas astronómicas.
Aplicaciones
Las aplicaciones son muy especializadas y particularmente se
utilizan para investigaciones cerca de las fuentes de emisión, en las
plumas de las chimeneas y para mediciones verticales de
contaminantes gaseosos y aerosoles en la atmósfera.
Desventajas
Son instrumentos muy caros y extremadamente complejos, y
presentan además dificultades con la validación de sus datos, niveles
de confianza y calibración.
Monitores remotos
Equipo DOAS (Diferential Optical Absorption Spectroscopy
Monitores remotos
Mediciones desde Avión
Mediciones desde base en tierra
BIOINDICADORES
Aplicaciones
Se utilizan bioindicadores (generalmente plantas) para estimar el efecto de los contaminantes atmosféricos.
Métodos
Los métodos incluyen:
• Uso de la superficie de las plantas como receptoras de contaminantes y de su capacidad para acumular contaminantes. Requiere de análisis en laboratorio
• Estimación de los efectos de los contaminantes en el metabolismo o en la información genética de las plantas. Requiere de técnicas muy sofisticadas.
• Estimación de los efectos de los contaminantes en la apariencia de las plantas. Se puede realizar en terreno por expertos y no se necesitan análisis de laboratorio. • Distribución y análisis de plantas específicas como indicadores de calidad del
aire, como el tipo y distribución de líquenes para estimar los efectos fitotóxicos totales de la contaminación del aire. Se puede realizar en terreno por expertos y no se necesitan análisis de laboratorio.
Limitaciones
Dada la complejidad de los problemas involucrados actualmente, el uso de las técnicas de biomonitoreo se limita a localizaciones específicas, particularmente en estudios de monitoreo de ecosistemas, proporcionando información útil también a niveles regionales.
COMPARACIÓN ENTRE TÉCNICAS DE MONITOREO
Costo Variable Problemas en la estandarización de sus
metodologías y otros inherentes a los procedimientos.
Algunos requieren análisis de laboratorio. Baratos.
Útiles para identificar la presencia de algunos contaminantes.
Bioindicadores
> $ 200 000 por sensor. Muy complejos y caros.
Difíciles de operar, calibrar y validar. No son siempre comparables con los analizadores convencionales.
Proporcionan patrones de resolución de datos.
Útiles cerca de fuentes y para
mediciones verticales en la atmósfera. Mediciones de multicomponentes. Sensores Remotos $ 10000 -20000 por monitor. Complejo.
Caro. Requiere técnicos calificados. Altos costos periódicos de operación. Alto funcionamiento comprobado.
Datos horarios.
Información on liney bajos costos directos.
Monitores Automáticos
$ 2 000 -4 000 por unidad Proporciona concentraciones pico o de
alerta.
Trabajo intensivo.
Requieren análisis de laboratorio. Bajo costo.
Fáciles de operar.
Confiables en: operación y funcionamiento.
Historia de bases de datos. Muestreadores
Activos
$ 2 - 4 por muestra No probado para algunos contaminantes.
En general sólo proveen promedios semanales y mensuales. Requieren análisis de laboratorio.
Muy bajo costo. Muy simples.
Utiles para cribado y estudios de base Muestreadores Pasivos INVERSIÓN U.S. DLLS DESVENTAJAS VENTAJAS METODOLOGÍA
CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN DE ESTACIONES
DE MONITOREO DE CALIDAD DE AIRE
Según el Centro Europeo sobre Tópicos de Calidad del Aire (European Topic Center onAir Quality ETC-AQ)
Estación Remota
Esta estación es usada para determinar los niveles de la línea de base de la contaminación atmosférica producida por las fuentes de origen natural, así como el transporte de estos contaminantes a través de la atmósfera a grandes distancias. Estas estaciones deben ser ubicadas lejos de las fuentes de emisión.
Estación Rural
Esta estación se utiliza para realizar monitoreos que determinen las líneas de base a nivel regional de la calidad del aire resultante del transporte y distribución de los contaminantes y las emisiones de una región donde están localizadas.
Estación cercana a la ciudad
Esta estación se utiliza para realizar monitoreos que determinen las líneas de base a nivel regional de la calidad del aire resultante del transporte y distribución de los contaminantes y las emisiones de una región donde están localizadas las estaciones de monitoreo. Estas estaciones pueden localizarse en áreas fuera de la ciudad, que contengan pueblos o comunidades muy cercanas entre sí.
Estación Urbana
Estas estaciones se utilizan para monitorear el promedio de los niveles de calidad de aire en áreas urbanas (concentración de la línea de base urbana). Este es el resultado del transporte de contaminantes atmosféricos desde las afueras del área urbana y desde el interior de la misma. Sin embargo, estas estaciones no están directamente influenciadas por fuentes de emisión dominantes tales como zonas industriales o de alto tráfico
Estación Industrial
Estas estaciones se usan para monitorear los niveles de contaminación del aire proveniente de zonas industriales. Las emisiones industriales tienen una influencia predominante y directa sobre estas estaciones (situaciones críticas) Se deben colocar tanto en áreas urbanas como rurales. La clasificación de estas estaciones es altamente dependiente de los niveles y características de las emisiones.
Estación de Tráfico
Estas estaciones se utilizan para monitorear los niveles de la contaminación del aire en calles con tráfico importante. Las emisiones de las fuentes móviles tienen una influencia predominante y directa sobre estas estaciones (situaciones críticas).
MEDICIONES CONTINUAS
DE CALIDAD DE AIRE
Equipamiento de
estaciones móviles
SO2
O3
PM10
Datalogger
Equipamiento estaciones de calidad de aire
Gen. Aire Cero 1
Multicalibrador Tomamuestras Gases Calibración Salida gases Cabezal PM10 WS, WD T, HR Transf. Manual de datos modem Mástil Meteorológico
Gen. Aire Cero 2
NO, NO2, NOx
CO HCNM, CH4 Transf. Automática de datos Computador CENMA
Equipamiento Estaciones Móviles
de Calidad de Aire
Medición de Gases Criterio
Monitor de Ozono por absorción UV
Monitor de SO
2por fluorescencia UV
Monitor de CO por correlación IR
Monitor de NO, NO
2, NOx por quimiluminiscencia
Monitor de HCT (CH
4y HNM) por ionización de flama
Módulo de Calibración de Monitores de Gases
Multicalibrador (dilutor de gases) con generación de
Ozono
Generador de aire cero
Gases de referencia (protocolo EPA) de SO
2, NOx,
CH
4, CO
Medición Continua de Material Particulado
menor a 10 micrones
Monitor continuo TEOM
Medición de Parámetros Meteorológicos
Sensor de Temperatura
Sensor de Humedad relativa
Sensor de Velocidad de viento
Sensor de dirección de viento
Torre telescópica de 10 m.
M=Ko/f
2NOCIONES BÁSICAS
PARA EL DISEÑO DE
UTILIDAD DE LAS METODOLOGÍAS PARA EL MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AIRE
DE ACUERDO CON EL OBJETIVO ESTABLECIDO
Muestreadores Pasivos Muestreadores Activos Monitores Automáticos Sensores Remotos Bioindicadores Vigilar el cumplimiento de los valores límite de calidad
de aire. 1 3 3 1 1 Implementación de planes de contingencia. 1 3 3 2
Alertas ambientales: vigilancia de valores máximos. 1 2 3 2 Investigación del transporte de contaminantes
atmosféricos 2 2 1 3 2 Barrido de contaminantes en una trayectoria. 2 3
Rastreo de tendencias temporales de calidad de aire. 2 1 3 3 1 Medición del impacto de las medidas de control en la
calidad de aire. 3 2 3 2 1 Calibración y evaluación de modelos de dispersión. 1 1 3 3
Monitoreo Kerbside (en banqueta). 3 3 1 Efectos de la contaminanción atmosférica global.
Inventario de efectos. 2 2 2 1 3 Estudios de Salud Pública 3 3 1 1 Medición de concentraciones de fondo. 3 1 1 3 Monitoreos en fuentes fijas. 1 2 3 3
Monitoreo perimetral a industrias riesgosas. 1 2 3 3 1
OBJETIVOS METODOLOGIAS
Nota: Los valores del 1 al 3 indican la utilidad de metodología. Correspondiendo el número 3 a la tecnología más recomendada para cumplir con el objetivo. La ausencia de valor implica que esta tecnología no es recomendable para cumplir con el objetivo establecido.
LOCALIZACIÓN DE ESTACIONES
Criterios Recomendados para la Ubicación de Estaciones deMonitoreo Atmosférico
Estación de Exposición de Peatones en el centro de la Ciudad
Localizar la estación en el centro del distrito comercial y de negocios de un área urbana, en una calle congestionada del centro y rodeada de edificios (tipo cañón); con “n” peatones y un tráfico vehicular promedio que deberá exceder los 10 mil vehículos/ día, con velocidades promedio inferiores a los 15 mph. La toma del monitor deberá localizarse a 0.5 m de la orilla de la banqueta a una altura de 3 + 0.5 m.
Estación de Exposición de Fondo en el centro de la Ciudad
Localizar la estación en el centro del distrito comercial y de negocios de un área urbana, alejada de cualquier calle principal. Específicamente, ninguna calle con un tráfico promedio diario que exceda los 500 vehículos/día podrá estar a menos de 100 m de la estación de monitoreo. Ubicaciones típicas podrán ser parques, centros comerciales de tiendas departamentales, o espacios abiertos que no tengan tráfico. La toma del monitor deberá colocarse a una altura de 3 + 0.5 m.
Estación de Exposición de la Población en un Área Residencial
Localizar la estación en el punto medio de un área suburbana o residencial, pero no en el centro de su distrito comercial. La estación no deberá estar a menos de 100 m de cualquier calle que tenga un volumen de tráfico que exceda 500 vehículos/día. La toma del monitor deberá colocarse a una altura de 3 + 0.5 m.
Estación Meteorológica de Mesoescala
Localizar la estación en el área urbana a una altura apropiada para obtener datos meteorológicos y de calidad del aire a diferentes alturas. El propósito de esta estación es determinar tendencias y datos meteorológicos a diferentes alturas. Ubicaciones típicas son edificios altos y torres de radiodifusión. Deberán especificarse cuidadosamente con los datos, la altura de la toma del muestra junto con el tipo de ubicación de la estación.
Estación de Fondo No Urbana
Localizar la estación en un área no urbana, remota, que no tenga tráfico vehicular ni actividad industrial. El propósito de esta estación es monitorear para análisis de tendencias, para apreciar la no degradación y estudios geográficos a gran escala. La altura de la toma de muestra deberá ser especificada.
Estación para Estudios Especializados de Fuentes
Localizar la estación muy cerca de la fuente de contaminación en estudio. El propósito de este tipo de estación es determinar el impacto en la calidad del aire de una fuente de emisiones en particular, en ubicaciones específicas. La toma del monitor deberá colocarse a una altura de 3 + 0.5 m a menos que se requieran consideraciones especiales.
FACTORES Y RECOMENDACIONES PARA LA SELECCIÓN DE
UN EQUIPO AUTOMÁTICO DE MONITOREO
Validación de la
información
Etapas
Eliminar datos física y espacialmente inconsistentes (valores escapados o erróneos)
• Nivel 0
Verificar la generación de datos (calibraciones, chequeos, mantención, etc)
• Nivel 1
Verificar consistencia interna, con la serie de datos (desplegar información)
• Nivel 2
Verificar consistencia temporal y espacial, comparar con series históricas, con otros lugares, correlacionar con otras variables.
• Nivel 3
Evaluar la información de acuerdo a los criterios de interpretación y uso de esta
