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CONTROL DE LA. Sumario. Directores del capítulo Jerry Spiegel y Lucien Y. Maystre
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Gregorio Márquez Revuelta
1 CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL EL MEDIO AMBIENTE Directores del capítulo Jerry Spiegel y Lucien Y. Maystre 55 Sumario SUMARIO Control y prevención de la contaminación ambiental Jerry Spiegel y Lucien Y. Maystre Gestión de la contaminación atmosférica Dietrich Schwela y Berenice Goelzer Contaminación atmosférica: modelos de dispersión de contaminantes atmosféricos Marion Wichmann-Fiebig Vigilancia de la calidad atmosférica Hans-Ulrich Pfeffer y Peter Bruckmann Control de la contaminación atmosférica John Elias Control de la contaminación del agua Herbert C. Preul Proyecto de regeneración de aguas residuales en la Región de Dan: estudio de caso Alexander Donagi Principios de la gestión de residuos Lucien Y. Maystre Gestión y reciclado de residuos sólidos Niels Jorn Hahn y Poul S. Lauridsen Estudio de caso: control y prevención de la contaminación de los Grandes Lagos de Canadá Thomas Tseng, Victor Shantora e Ian R. Smith Tecnologías de producción más limpias David Bennett CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO 55.1 SUMARIO 55.12 CONTROL Y PREVENCION DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL CONTROL Y PREVENCION Jerry Spiegel y Lucien Y. Maystre Durante el siglo XX, la creciente sensibilización respecto al impacto de las actividades humanas en el medio ambiente y la salud pública (analizado en el capítulo 53: Riesgos ambientales para la salud), ha dado lugar al desarrollo y la utilización de diferentes métodos y tecnologías para reducir los efectos de la contaminación. En este sentido, los gobiernos han adoptado medidas de carácter normativo y político (analizadas en el capítulo 54: Política en materia de medio ambiente) para minimizar los efectos negativos y garantizar el cumplimiento de las normas sobre calidad ambiental. El objetivo del presente capítulo es describir los métodos utilizados para el control y la prevención de la contaminación ambiental. En primer lugar se presentan los principios básicos aplicados para eliminar los impactos negativos sobre la calidad del agua, la atmósfera y el suelo; a continuación se considera cómo la atención se ha desviado del control a la prevención y por último se analizan las limitaciones de las soluciones propuestas para un medio en particular. Así, por ejemplo, no es suficiente con proteger la atmósfera eliminando los metales traza de un gas de combustión si por otro lado estos contaminantes son transferidos al suelo por unas prácticas inadecuadas de tratamiento de residuos sólidos. Se impone, por lo tanto, la utilización de soluciones integradas para distintos medios. Estrategias para el control de la contaminación La rápida industrialización ha dado lugar a innumerables accidentes que han contaminado los recursos terrestres, atmosféricos y acuáticos con materiales tóxicos y otros contaminantes, amenazando a las personas y los ecosistemas con graves riesgos para la salud. El uso cada vez más generalizado e intensivo de materiales y energía ha originado una creciente presión en la calidad de los ecosistemas locales, regionales y mundiales. Antes de que se emprendiera un esfuerzo concertado para reducir el impacto de la contaminación, el control ambiental apenas existía y se orientaba principalmente al tratamiento de residuos para evitar daños locales, aunque siempre con una perspectiva a muy corto plazo. Sólo en aquellos casos excepcionales en los que se consideró que el daño era inadmisible se tomaron medidas al respecto. A medida que se intensificó el ritmo de la actividad industrial y se fueron conociendo los efectos acumulativos, se impuso el paradigma del control de la contaminación como principal estrategia para proteger al medio ambiente. Dos conceptos sirvieron de base para este control: el concepto de capacidad de asimilación, que reconoce la existencia de un cierto nivel de emisiones al medio ambiente sin efectos apreciables en la salud humana y ambiental, el concepto del principio de control, que supone que el daño ambiental puede evitarse controlando la forma, la duración y la velocidad de la emisión de contaminantes al medio ambiente. Como parte de la estrategia del control de la contaminación, los intentos de proteger el medio ambiente han consistido principalmente en aislar los contaminantes del medio ambiente y en utilizar depuradoras y filtros en las fuentes emisoras. Estas soluciones, orientadas a objetivos de calidad ambiental o límites de emisión específicos para un medio, se han dirigido especialmente a eliminar los puntos de vertido de residuos a determinado medios (aire, agua, tierra). Aplicación de las tecnologías de control de la contaminación Los métodos para controlar la contaminación han demostrado una gran eficacia, especialmente los de ámbito local. Para su aplicación es preciso analizar de forma sistemática la fuente y la naturaleza de la emisión o el vertido en cuestión, su interacción con el ecosistema y el problema de contaminación ambiental que debe solucionarse, para a continuación elegir las tecnologías más adecuadas que permitan reducir y vigilar estos impactos por contaminación. En su artículo sobre el control de la contaminación atmosférica, Dietrich Schwela y Berenice Goelzer analizan la importancia y las implicaciones de la adopción de un enfoque integrado de la evaluación y el control de las fuentes localizadas y dispersas de contaminación atmosférica. Estos autores examinan también los retos (y oportunidades) a los que se enfrentan los países que han experimentado una rápida industrialización sin aplicar una política firme de control de la contaminación desde el inicio de su desarrollo industrial. Marion Wichman-Fiebig analiza los métodos que se utilizan en los modelos de dispersión de los contaminantes atmosféricos para determinar y caracterizar la naturaleza de los problemas de contaminación. Estos modelos son fundamentales para saber qué controles deben adoptarse y evaluar su eficacia. A medida que se han conocido mejor los impactos potenciales, la valoración de los efectos ha pasado del ámbito local al regional y después al mundial. Hans-Ulrich Pfeffer y Peter Bruckmann ofrecen una introducción a los equipos y métodos utilizados para supervisar la calidad del aire, valorar los posibles problemas de contaminación y evaluar la eficacia de las medidas de control y prevención aplicadas. John Elias analiza los tipos de control de contaminación atmosférica que existen en la actualidad y los aspectos que deben considerarse para elegir el método de control más adecuado. El problema del control de la contaminación del agua es analizado por Herbert Preul en un artículo que describe la manera en que las aguas naturales de nuestro planeta pueden ser contaminadas por fuentes localizadas, dispersas y discontinuas, los fundamentos del control de la contaminación acuática y los diferentes criterios que pueden aplicarse para diseñar los programas de control. Preul explica también la forma en que las masas de agua reciben los vertidos y cómo ésta puede analizarse y evaluarse para valorar y controlar los riesgos. Finalmente, se incluye un resumen de las técnicas utilizadas para el tratamiento a gran escala de las aguas residuales y el control de la contaminación del agua. El estudio de un caso ofrece un ejemplo claro de cómo pueden reciclarse las aguas residuales, tema de gran importancia en la búsqueda de nuevas formas para hacer un uso eficaz de los recursos ambientales, especialmente en circunstancias de escasez. Alexander Donagi analiza el método utilizado para el tratamiento de las aguas residuales municipales y la renovación de las aguas subterráneas para una población de 1,5 millones de habitantes en Israel. Control integrado de los residuos Bajo la óptica del control de la contaminación, los residuos se consideran como un subproducto no deseado del proceso de producción que debe controlarse para garantizar que los recursos de tierra, agua y aire no sean contaminados por encima de unos niveles considerados como aceptables. Lucien Maystre estudia los aspectos que deben considerarse en el control de residuos y establece un vínculo teórico con la función cada vez más importante del reciclado y la prevención de la contaminación CONTROL Y PREVENCION ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO3 En respuesta a las numerosas evidencias de la grave contaminación producida por el tratamiento descontrolado de los residuos, los gobiernos han adoptado normativas para imponer unas prácticas aceptables de recogida, tratamiento y eliminación de residuos y garantizar la protección del medio ambiente. Se ha dedicado una especial atención a la definición de los criterios de un vertido sin riesgos para el medio ambiente basados en vertederos controlados, incineración y tratamiento de residuos peligrosos. Para evitar una posible sobrecarga ambiental y los costes asociados a la eliminación de residuos y para promover una gestión más cuidadosa de unos recursos escasos, cada vez se está dedicando mayor atención a la minimización y el reciclado de los residuos. Niels Hahn y Poul Lauridsen resumen los aspectos que deben considerarse cuando se propone el reciclado como la mejor estrategia para el tratamiento de los residuos, y consideran también los riesgos potenciales para los trabajadores. Del control a la prevención de la contaminación El control de las fuentes emisoras conlleva el riesgo de transferir la contaminación de un medio a otro, donde pueden causar problemas ambientales igual de graves, o incluso acabar actuando como fuente indirecta de contaminación para el mismo medio. Aunque menos caro que las acciones correctoras, el control de las fuentes emisoras puede aumentar considerablemente los costes de los procesos de producción sin añadir valor alguno. Asimismo, este tipo de controles conllevan unos costes adicionales derivados del obligado cumplimiento de la normativa vigente. Aunque el control de la contaminación ha logrado éxitos considerables en la resolución a corto plazo de problemas de contaminación de ámbito local, su eficacia ha sido menor para solucionar los problemas acumulativos que se detectan cada vez más a nivel regional (p. ej., lluvia ácida) o mundial (p. ej., destrucción de la capa de ozono). El objetivo de un programa de control de la contaminación ambiental orientado a la salud es promover una mejor calidad de vida reduciendo la contaminación al menor nivel posible. Los programas y políticas de control de la contaminación ambiental, cuyas implicaciones y prioridades varían de un país a otro, abarcan todos los aspectos de la contaminación (aire, agua, tierra, etc.) y requieren la coordinación entre distintas áreas, como desarrollo industrial, planificación urbanística, desarrollo de recursos hídricos y políticas de transporte. Thomas Tseng, Victor Shantora e Ian Smith han estudiado el caso de los Grandes Lagos de Norteamérica, como ejemplo del impacto en distintos medios que puede tener la contaminación en un ecosistema vulnerable sometido a gran estrés. En este estudio se examina en particular la limitada efectividad del modelo de control de la contaminación aplicado para solucionar el problema de las toxinas permanentes que se disipan en el medio ambiente. El análisis de la estrategia utilizada en este país y sus posibles implicaciones a escala internacional permite determinar sus implicaciones en términos de medidas de prevención y control. Al aumentar el grado de sofisticación y el coste de las tecnologías de control de la contaminación ambiental, ha surgido un creciente interés por incorporar la prevención al diseño de los procesos industriales, con el objetivo de eliminar los efectos nocivos ambientales y mejorar la competitividad de las industrias. Entre los métodos de prevención de la contaminación más utilizados, destacan las tecnologías limpias y la reducción del uso de sustancias tóxicas para eliminar los riesgos para la salud de los trabajadores. David Bennett analiza las razones de que la prevención de la contaminación se esté imponiendo como estrategia preferida, así como su relación con otros métodos de control ambiental. Esta estrategia es fundamental para promover el desarrollo sostenido, una necesidad ampliamente reconocida desde la creación de la Comisión de Comercio y Desarrollo de las Naciones Unidas en 1987 y respaldada en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (CNUMAD) en La prevención de la contaminación se centra directamente en la utilización de procesos, prácticas, materiales y fuentes de energía que eviten o reduzcan al mínimo la creación de contaminantes y residuos en la fuente, en lugar de tener que recurrir a otras medidas de control. Aunque el compromiso de las empresas es un factor crítico para prevenir la contaminación (véase Environmental Policy de Bringer y Zoesel), Bennett llama la atención sobre las ventajas sociales de la reducción de riesgos para el ecosistema y la salud, especialmente la salud de los trabajadores. Asimismo, identifica los principios que pueden aplicarse con éxito para evaluar la viabilidad de este enfoque. GESTION DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA GESTION DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA Dietrich Schwela y Berenice Goelzer La gestión de la contaminación atmosférica pretende la eliminación, o la reducción hasta niveles aceptables, de aquellos agentes (gases, partículas en suspensión, elementos físicos y hasta cierto punto agentes biológicos) cuya presencia en la atmósfera puede ocasionar efectos adversos en la salud de las personas (p. ej., irritación, aumento de la incidencia o prevalencia de enfermedades respiratorias, morbilidad, cáncer, exceso de mortalidad) o en su bienestar (p. ej., efectos sensoriales, interferencias con la visibilidad), efectos perjudiciales sobre la vida de las plantas y de los animales, daños a materiales de valor económico para la sociedad y daños al medio ambiente (p. ej., modificaciones climatológicas). Los graves riesgos asociados a los contaminantes radiactivos, así como los procedimientos especiales para su control y evacuación, exigen que se les preste la mayor atención. La importancia de una gestión eficiente de la contaminación atmosférica no puede ser subestimada. A no ser que se lleve a cabo un control adecuado, la multiplicación de las fuentes contaminantes del mundo moderno puede llegar a producir daños irreparables para el medio ambiente y para toda la humanidad. El objetivo de este artículo es ofrecer una visión general de las posibles estrategias para controlar la contaminación atmosférica, particularmente la producida por las emisiones de vehículos y fuentes industriales. No obstante, debe insistirse desde el principio en que la contaminación del aire interior (especialmente en los países en vías de desarrollo) puede revestir una importancia aún mayor que la contaminación del aire exterior, ya que los contaminantes atmosféricos alcanzan con frecuencia concentraciones mayores en espacios cerrados que al aire libre. Al margen de las consideraciones referentes a emisiones de fuentes estáticas o móviles, el control de la contaminación atmosférica exige también tener en cuenta otros factores (como la topografía y la meteorología, la participación del gobierno y de los municipios, etc.) que deben ser integrados en un programa global. Por ejemplo, las condiciones meteorológicas pueden agravar los efectos de una misma emisión de contaminantes a nivel del suelo. Por su parte, las fuentes de contaminación atmosférica pueden estar diseminadas por toda una región y sus efectos pueden incidir, o su control debe involucrar, a más de una administración. Además, la contaminación atmosférica 55. CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO 55.3 GESTION DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA 55.34 no respeta fronteras y las emisiones en una región pueden provocar efectos en otra situada a gran distancia. La gestión de la contaminación atmosférica exige, por tanto, un planteamiento multidisciplinario, así como los esfuerzos conjuntos de diferentes entidades, tanto públicas como privadas. Fuentes de contaminación atmosférica Las fuentes antropogénicas de contaminación atmosférica (o fuentes emisoras) son básicamente de dos tipos: estáticas: a su vez pueden subdividirse en fuentes zonales (producción agrícola, minas y canteras, zonas industriales), fuentes localizadas y zonales (fábricas de productos químicos, productos minerales no metálicos, industrias básicas de metales, centrales de generación de energía) y fuentes municipales (p. ej., calefacción de viviendas y edificios, incineradoras de residuos municipales y fangos cloacales, chimeneas, cocinas, servicios de lavandería y plantas de depuración), móviles: como los vehículos con motor de combustión (p. ej., vehículos ligeros con motor de gasolina, vehículos pesados y ligeros con motor diesel, motocicletas, aviones incluyendo fuentes lineales con emisión de gases y partículas del conjunto del tráfico de vehículos). Existen también fuentes naturales de contaminación (p. ej., zonas erosionadas, volcanes, ciertas plantas que liberan grandes cantidades de polen, focos bacteriológicos, esporas o virus). Los agentes físicos, biológicos y vegetales no serán analizados en este artículo. Clases de contaminantes atmosféricos Los contaminantes atmosféricos se clasifican normalmente en: partículas en suspensión (polvo, nieblas, humos), contaminantes gaseosos (gases y vapores) y olores. A continuación se indican algunos de los contaminantes más frecuentes: Las partículas en suspensión (SPM, PM-10) incluyen gases de escape de motores diesel, cenizas en suspensión, polvos minerales (carbón, amianto, caliza, cemento), polvos y humos metálicos (zinc, cobre, hierro, plomo), nieblas ácidas (ácido sulfúrico), fluoruros, pigmentos, nieblas de pesticidas, hollín y humos. Las partículas en suspensión, además de sus efectos respiratorios corrosivos, cancerígenos, irritantes y destructores de la vida vegetal, producen también daños materiales (p. ej., acumulación de suciedad), interfieren con la luz del sol (p. ej., formación de nieblas que dificultan la penetración de los rayos solares) y actúan como superficies catalíticas para la reacción de las sustancias químicas adsorbidas. Los contaminantes gaseosos incluyen compuestos azufrados (p. ej., dióxido de azufre (SO 2 ) y trióxido de azufre (SO 3 ), monóxido de carbono, compuestos nitrogenados (p. ej., óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO 2 ), amoníaco), compuestos orgánicos (p. ej., hidrocarburos (HC), compuestos orgánicos volátiles (COV), hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), aldehídos), compuestos halogenados y haluros (p. ej., HF y HCl), sulfuro de hidrógeno, bisulfuro de carbono y mercaptanos (olores). Estos compuestos pueden generar contaminantes secundarios a través de reacciones térmicas, químicas o fotoquímicas. Por ejemplo, por la acción del calor, el dióxido de azufre puede oxidarse, convirtiéndose en trióxido, que, disuelto en agua, da lugar a la formación de una niebla de ácido sulfúrico (catalizado por óxidos de manganeso y hierro). Las reacciones fotoquímicas entre los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos reactivos pueden producir ozono (O 3 ), formaldehído y nitrato de peroxiacetilo (PAN); asimismo, las reacciones entre formaldehído y el ácido clorhídrico forman el éter bisclorometílico. Aunque es sabido que algunos olores son producidos por agentes químicos específicos, como el sulfuro de hidrógeno Tabla 55.1 Contaminantes atmosféricos más comunes y sus fuentes Categoría Fuente Contaminantes emitidos Agricultura Combustión abierta SPM, CO, COV Minas y Minas de carbón SPM, SO 2,NO x, COV canteras Petróleo crudo y producción SO 2 de gas natural Minas no ferrosas SPM, Pb Canteras de piedra SPM Fabricación Alimentos, bebidas y tabaco SPM, CO, COV, H 2 S Industrias textiles y de curtidos SPM, COV Productos de madera SPM, COV Productos de papel, artes SPM, SO 2, CO, COV, H 2 S, R-SH gráficas Fabricación Anhídrido ftálico SPM, SO 2, CO, COV de productos Cloro Cl químicos 2 Acido clorhídrico HCl Acido fluorhídrico HF, SiF 4 Acido sulfúrico SO 2,SO 3 Acido nítrico NO x Acido fosfórico SPM, F 2 Oxido de plomo y pigmentos SPM, Pb amoníaco SPM, SO 2,NO x, CO, COV, NH 3 Carbonato sódico SPM, NH 3 Carburo cálcico SPM Acido adípico SPM, NO x, CO, COV Plomo alquílico Pb Anhídrido maleico y CO, COV ácido tereftálico Producción de fertilizantes y SPM, NH 3 plaguicidas Nitrato amónico SPM, NH 3, HNO 3 Sulfato amónico COV Resinas sintéticas, materiales SPM, COV, H 2 S, CS 2 plásticos, fibras Pinturas, barnices, lacas SPM, COV Jabón SPM Negro carbón y tintas de SPM, SO 2,NO x, CO, COV, H 2 S impresión Trinitrotolueno SPM, SO 2,NO x,so 3, HNO 3 Refinerías de Productos derivados del SPM, SO 2,NO x, CO, COV petróleo petróleo y del carbón Fabricación de Productos de vidrio SPM, SO 2,NO x, CO, COV, F productos Productos arcillosos SPM, SO minerales 2,NO x, CO, COV, F 2 estructurales no metálicos Cemento, cal y yeso SPM, SO 2,NO x,co Industrias Hierro y acero SPM, SO 2,NO x, CO, COV, Pb básicas del metal Industrias no ferrosas SPM, SO 2,F,Pb Generación de Electricidad, gas y vapor energía SPM, SO 2,NO x, CO, COV, SO 3,Pb Comercio Almacenaje de combustibles, COV mayorista y minorista operaciones de llenado Transporte SPM, SO 2,NO x, CO, COV, Pb Servicios municipales Incineradores municipales SPM, SO 2,NO x, CO, COV, Pb Fuente: Economopoulos GESTION DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO5 (H 2 S), el bisulfuro de carbono (CS 2 ) y los mercaptanos (R-SH o R1-S-R2), otros son difíciles de definir químicamente. En la Tabla 55.1 (Economopoulos 1993) se ofrecen algunos ejemplos de los principales contaminantes asociados a algunas fuentes de contaminación de origen industrial. Planes para el control de la calidad del aire La vigilancia de la calidad del aire tiene como objetivo conservar la pureza ambiental estableciendo los límites tolerables de contaminación y dejando en manos de las administraciones locales y los contaminadores el diseño y la adopción de medidas para garantizar que no se supere ese grado de contaminación. Un ejemplo de este tipo de legislación es el establecimiento de normas sobre la calidad atmosférica basadas, en la mayoría de los casos, en directrices sobre la calidad atmosférica (OMS 1987) para los diferentes contaminantes. Estas normas suelen indicar los niveles máximos permisibles de contaminantes (o indicadores de la contaminación) por zonas (p. ej., a nivel del suelo en un lugar específico del municipio en cuestión) y pueden ser de tipo primario o secundario. Las normas primarias (OMS 1980) establecen los niveles máximos de contaminación compatibles con un margen de seguridad adecuado y con la protección de la salud pública, debiendo alcanzarse en un cierto plazo de tiempo. Las normas secundarias son aquellas que se juzgan necesarias para garantizar la protección contra efectos adversos, conocidos o previstos, de peligros que no afectan a la salud (sino principalmente a la vegetación), debiendo cumplirse dentro de un plazo de tiempo razonable. Las normas sobre la calidad atmosférica establecen valores a corto, medio y largo plazo que deben mantenerse 24 horas al día, siete días a la semana, para la exposición mensual, estacional o anual de todos los seres vivos (incluidos los más vulnerables, como niños, ancianos y enfermos) al igual que para objetos inanimados. Estas limitaciones contrastan con los máximos niveles permisibles de exposición en el trabajo, que se refieren a una exposición semanal parcial (p. ej., 8 horas al día, 5 días a la semana) de adultos y trabajadores supuestamente sanos. Entre las medidas típicas de vigilancia de la calidad atmosférica se encuentran los controles de las propias fuentes como, por ejemplo, uso obligatorio de catalizadores en los vehículos o imposición de límites a las emisiones de los incineradores, planificación del uso del suelo, cierre de fábricas o reducción de tráfico en condiciones climáticas desfavorables. El control óptimo de la calidad atmosférica exige que se reduzcan al mínimo las emisiones contaminantes a la atmósfera. Estos mínimos se definen básicamente como el nivel de contaminación que se permite a cada fuente emisora y pueden alcanzarse, por ejemplo, utilizando sistemas confinados o instalando colectores y depuradores de alta eficiencia. Un límite de emisión se expresa como la cantidad o la concentración de contaminante que se permite como máximo a una sola fuente. Este tipo de legislación implica la necesidad de decidir, para cada industria, la forma óptima de controlar las emisiones (es decir, fijando unos límites de emisión). El objetivo básico del control de la contaminación atmosférica es establecer un plan de control de la calidad del aire (o un plan de reducción de la contaminación atmosférica) (Schwela y Köth-Jahr 1994) que abarque los siguientes aspectos: descripción del área en cuanto a topografía, meteorología y socioeconomía; inventario de emisiones; comparación con los límites de emisión; inventario de las concentraciones de contaminantes atmosféricos; concentraciones simuladas de contaminantes atmosféricos; comparación con las normas sobre la calidad atmosférica; inventario de efectos sobre la salud pública y el medio ambiente; análisis de las causas; medidas de control; coste de las medidas de control; coste de los efectos sobre la salud pública y el medio ambiente; análisis de coste/beneficio (coste del control frente al coste del esfuerzo); planificación del uso del suelo y del transporte; plan de ejecución; recursos comprometidos; previsiones de población, tráfico, industrias y consumo de combustibles, estrategias de seguimiento. A continuación se analizan algunos de estos aspectos. Inventario de emisiones y comparación con los límites de emisión El inventario de emisiones es una lista lo más completa posible de las fuentes contaminantes y sus emisiones en una determinada zona, estimadas con la mayor exactitud posible para todas las fuentes emisoras localizadas, lineales y zonales (difusas). Cuando se comparan estas emisiones con los límites de emisión establecidos para una determinada fuente, se obtienen los primeros datos sobre las posibles medidas de control en caso de sobrepasar dichos límites. El inventario de emisiones también sirve para establecer prioridades entre las principales fuentes dependiendo de la cantidad de contaminantes emitidos y para determinar la importancia relativa de las diferentes fuentes; por ejemplo, tráfico frente a fuentes industriales o residenciales. El inventario de emisiones permite también estimar las concentraciones de contaminantes atmosféricos cuando resulta difícil o demasiado costoso medir las concentraciones ambientales. Inventario de concentraciones de contaminantes atmosféricos y comparación con las normas sobre calidad atmosférica El inventario de concentraciones de contaminantes atmosféricos resume los resultados de la vigilancia de los contaminantes atmosféricos en términos de medias anuales, porcentajes y tendencias de estos valores. Entre los compuestos incluidos en este tipo de inventario se encuentran los siguientes: dióxido de azufre; óxidos de nitrógeno; partículas en suspensión; monóxido de carbono; ozono; metales pesados (Pb, Cd, Ni, Cu, Fe, As, Be); hidrocarburos aromáticos policíclicos: benzo[a]pireno, benzo[e]pireno, benzo[a]antraceno, dibenzo[a,h]antraceno, benzo[ghi]perileno, coroneno, compuestos orgánicos volátiles: n-hexano, benceno, 3-metilhexano, n-heptano, tolueno, octano, etilbenceno xileno (o-,m-,p-), n-nonano, isopropilbenceno, propilbenceno, n-2-/3-/4-etiltolueno, 1,2,4-/1,3,5-trimetilbenceno, triclorometano, 1,1,1tricloroetano,tetraclorometano,tri-/tetracloroeteno. La comparación de las concentraciones de contaminantes atmosféricos con las normas o directrices sobre la calidad atmosférica indican las áreas problemáticas que deben ser objeto de un análisis de las causas para identificar las fuentes responsables del incumplimiento de la normativa. En estos análisis se utilizan modelos de dispersión (véase Contaminación atmosférica: modelos de dispersión de contaminantes atmosféricos ). Los dispositivos y los procedimientos utilizados actualmente para 55. CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO 55.5 GESTION DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA 55.56 vigilar la contaminación atmosférica se describen en Vigilancia de la calidad atmosférica. Concentraciones simuladas de contaminantes atmosféricos; comparación con las normas sobre la calidad atmosférica El inventario de emisiones incluye miles de compuestos, pero la concentración atmosférica de muchos de ellos no puede ser controlada por razones económicas. El uso de modelos de dispersión puede ayudar a estimar las concentraciones de los compuestos más exóticos. Utilizando el modelo de dispersión y los parámetros meteorológicos adecuados, pueden estimarse y compararse los porcentajes y medias anuales con las normas y directrices sobre la calidad atmosférica, si es que existen. Inventario de efectos sobre la salud pública y el medio ambiente; análisis de las causas Otra importante fuente de información es el inventario de efectos (Ministerium für Umwelt 1993), que consiste en los resultados de los estudios epidemiológicos realizados en el área en cuestión y los efectos de la contaminación atmosférica observados en receptores biológicos e inanimados tales como plantas, animales, metales y materiales de construcción. Los efectos atribuidos a la contaminación atmosférica deben ser analizados para identificar sus causas y el componente responsable; por ejemplo, aumento de la prevalencia de bronquitis crónica en un área contaminada. Una vez definido el compuesto o compuestos en el análisis causal (análisis compuesto-causa), debe realizarse un segundo análisis para establecer las fuentes responsables (análisis fuente-causa). Medidas de control y su coste Entre las medidas de control de las fuentes industriales se encuentran los sistemas de depuración del aire, que deben ser adecuados y correctamente diseñados, instalados, manejados y mantenidos. Estos dispositivos son conocidos como separadores o colectores. Un separador o colector puede definirse como un aparato utilizado para separar en un medio gaseoso uno o varios de los elementos siguientes, que se encuentran mezclados o en suspensión en dicho medio: partículas sólidas (filtros y separadores de polvo), partículas líquidas (filtros y separadores de gotas) y gases (purificador de gases). Los principales equipos para el control de la contaminación del aire (analizados más adelante en la sección Control de la contaminación atmosférica ) son los siguientes: para partículas: separadores por velocidad (p. ej., ciclones); filtros textiles (mangas); precipitadores electrostáticos; colectores húmedos (torres de lavado scrubbers ), para contaminantes gaseosos: colectores húmedos (torres de lavado); unidades de adsorción (p. ej., lechos adsorbentes); postquemadores, que pueden ser con aplicación directa de fuego (incineración térmica) o catalítica (combustión catalítica). Los colectores húmedos (torres de lavado) pueden utilizarse para retirar simultáneamente contaminantes gaseosos y otras partículas. También algunos aparatos de combustión pueden quemar gases y vapores, así como aerosoles combustibles. Dependiendo del tipo de efluente, se puede utilizar un tipo de colector o una combinación de varios de ellos. El control de los olores que son químicamente identificables se basa en el control de los agentes químicos de los que emanan (p. ej., por absorción o por incineración). Cuando un olor no está definido químicamente, o el agente que lo produce se encuentra en concentraciones extremadamente pequeñas, pueden utilizarse otras técnicas que lo enmascaran (con un agente de olor más fuerte, agradable e inofensivo) o contrarrestan (mediante un aditivo que neutraliza, al menos en parte, su olor desagradable). Debe tenerse en cuenta que el manejo y el mantenimiento correctos del colector son condiciones indispensables para conseguir la eficacia esperada. Estas circunstancias deben ser analizadas a la hora de diseñar las instalaciones, tanto desde el punto de vista técnico como financiero. El consumo de energía es otro factor que debe considerarse. Cualquier sistema de purificación del aire no sólo debe ser elegido por su coste inicial, sino teniendo en cuenta sus costes operativos y de mantenimiento. Cuando se trate de contaminantes radiactivos o de alta toxicidad, se requiere el mayor grado de eficacia purificadora, así como procedimientos especiales para el almacenamiento y la evacuación de los residuos. Las principales medidas de control de las fuentes industriales son las siguientes: Sustitución de materiales. Ejemplos: sustitución de disolventes altamente tóxicos, utilizados en ciertos procesos industriales, por otros menos nocivos; utilización de combustibles con menor contenido en azufre (p. ej., carbones lavados) cuya combustión desprende menos compuestos azufrados, etc. Modificación o cambio de procesos o equipos industriales. Ejemplos: en la industria siderúrgica, sustitución del mineral sin procesar por mineral peletizado (para reducir la cantidad de polvo generado durante la manipulación del metal); sustitución de sistemas abiertos por sistemas cerrados; sustitución de sistemas de calefacción con combustible por sistemas de vapor, agua caliente o eléctricos; utilización de catalizadores en los tubos de escape (procesos de combustión), y otros. La modificación de los procesos o de la distribución en planta también puede facilitar y/o mejorar las condiciones para la dispersión o condensación de contaminantes. Por ejemplo, una distribución en planta diferente puede facilitar la instalación de un sistema de extracción localizada; el funcionamiento del proceso de producción a un ritmo más lento puede permitir la utilización de algún colector (con limitaciones de volumen, pero en otras ocasiones adecuado). Los sistemas de depuración que concentran los contaminantes en pequeños volúmenes de aire ofrecen la ventaja de que su coste está íntimamente relacionado con la cantidad de residuos que deben recibir tratamiento, y la eficacia de algunos de estos equipos aumenta con la concentración de contaminantes en el efluente. Tanto la sustitución de materiales como la modificación de los procesos de producción pueden tener limitaciones técnicas y/o económicas que deberán ser tenidas en cuenta. Limpieza y almacenamiento adecuados. Ejemplos: estricta higiene en el procesamiento de alimentos animales y vegetales; eliminación del almacenamiento al aire libre de productos químicos (p. ej., montones de azufre) o de materiales pulverulentos (arenas); en caso de que esto no sea posible, rociar estos montones con agua para que no se dispersen (si es posible) o cubrirlos con lonas, plásticos o agentes humidificantes para evitar que las partículas pasen a la atmósfera. Correcta evacuación de los residuos. Ejemplos: evitar el simple amontonamiento de los residuos químicos (como los residuos de los reactores de polimerización), así como el vertido de residuos (sólidos o líquidos) a los cursos de agua. Esta última práctica no sólo contamina el agua, sino que también puede crear una fuente secundaria de contaminación atmosférica, como es el caso de los vertidos sulfurosos de las papeleras, que desprenden olores y gases muy molestos. Mantenimiento. Ejemplo: una conservación y una puesta a punto esmerada de los motores de combustión interna reduce la contaminación por monóxido de carbono e hidrocarburos. Prácticas de trabajo. Ejemplo: cuando se fumiga con plaguicidas, tienen que tenerse en cuenta las condiciones meteorológicas y, en especial, la dirección de los vientos dominantes GESTION DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO7 Por analogía con unas prácticas adecuadas de trabajo, en el ámbito doméstico o municipal también se puede reducir la contaminación adoptando precauciones similares; por ejemplo, modificando el comportamiento ciudadano en cuanto a la utilización de los vehículos (más transporte público, coches más pequeños, etc.) y controlando los sistemas de calefacción (mejor aislamiento térmico de los edificios para reducir el consumo de combustibles, combustibles de mejor calidad, etc.). Las medidas para controlar las emisiones de los vehículos consisten en programas adecuados y eficientes de inspección y mantenimiento obligatorios para el parque de vehículos existente, programas de instalación obligatoria de catalizadores en los nuevos coches fabricados, sustitución de los vehículos con motor de combustión por vehículos accionados con energía solar o baterías, regulación del tráfico de carretera y modelos de planificación del transporte y del uso de suelo. Las emisiones de los motores de los vehículos se controlan vigilando las emisiones asociadas al parámetro milla recorrida por vehículo (VMT) y el propio parámetro VMT (Walsh 1992). Las emisiones por VMT pueden reducirse controlando el rendimiento del vehículo (estructura y mantenimiento), ya sea nuevo o usado. Se puede controlar la composición de la gasolina con plomo empleada como combustible, reduciendo el contenido en plomo o azufre, lo cual tendrá, a su vez, un efecto beneficioso, disminuyendo las emisiones de hidrocarburos (HC) de los vehículos. La reducción del contenido de azufre en el gasóleo para disminuir la emisión de partículas contaminantes tiene el efecto beneficioso de aumentar el potencial para el control catalítico de la emisión de estas partículas y de HC orgánicos. Otra importante herramienta para reducir las emisiones por evaporación y reposición del combustible de los vehículos es controlando la volatilidad de la gasolina. De esta forma pueden reducirse considerablemente las emisiones de HC por evaporación. La adición de sustancias oxigenadas a la gasolina reduce el contenido de HC y CO en los gases de escape siempre que no aumente la volatilidad del combustible. La reducción del valor VMT es otro medio de controlar las emisiones de los vehículos mediante estrategias como las siguientes: utilizar medios de transporte más eficientes; aumentar el número medio de pasajeros por vehículo; distribuir las sobrecargas de tráfico en horas punta, reducir la demanda de desplazamiento. Aunque estas estrategias promueven el ahorro de combustible, todavía no han sido ampliamente aceptadas, ni los gobiernos se han planteado seriamente su implantación. Todas estas soluciones tecnológicas y políticas al problema de los vehículos motorizados, excepto la sustitución por coches eléctricos, se ven contrarrestadas cada vez más por el crecimiento del parque móvil, de manera que sólo abordando este último aspecto podrá resolverse el problema. Coste de los efectos en la salud pública y el medio ambiente; análisis de coste-beneficio En un plan de control de la calidad atmosférica, la parte más compleja es la estimación del coste de los efectos en la salud pública y el medio ambiente, ya que resulta muy difícil estimar el coste de los años de vida perdidos por una enfermedad discapacitante, los índices de hospitalización y las horas de trabajo perdidas. Sin embargo, esta estimación y su comparación con el coste de las medidas de control resultan absolutamente necesarias para poder determinar el balance entre el coste de las medidas de control y el coste de no adoptar dichas medidas por sus efectos en la salud pública y el medio ambiente. Planificación del transporte y el uso del suelo El problema de la contaminación está íntimamente ligado al uso del suelo y el transporte, especialmente en lo que respecta a cuestiones como la planificación urbanística, el diseño de carreteras, el control del tráfico y el transporte público; y a consideraciones demográficas, topográficas, económicas y sociales (Venzia 1977). En general, las aglomeraciones urbanas de rápido crecimiento presentan serios problemas de contaminación derivados de una planificación deficiente del transporte y del uso del suelo. La planificación del transporte con el fin de controlar la contaminación atmosférica integra los controles y políticas del transporte, la organización del transporte público y el coste de la congestión de las autovías. Los controles del transporte tienen un importante impacto en la sociedad en términos de equidad, medidas represivas y conflictos sociales y económicos, especialmente los controles directos como restricciones en el uso de los vehículos, racionamiento de la gasolina o reducción de las emisiones de los vehículos. La reducción de las emisiones conseguida con los controles directos puede estimarse y verificarse con métodos fiables. Los controles indirectos, como la reducción del número de millas recorridas gracias a la mejora de los sistemas de transporte público, las normativas para mejorar el flujo de tráfico, las normativas sobre aparcamientos, peajes, impuestos aplicados a la gasolina y permisos de conducir, así como la creación de incentivos para reducir voluntariamente la utilización de los vehículos, se basan en la mayoría de los casos en la experiencia previa de ensayo y error y presentan demasiadas incertidumbres como para poder formar parte de un plan de transporte viable. Los planes nacionales con controles indirectos del transporte pueden afectar a la planificación del transporte y del uso del suelo por su impacto en las autovías, los aparcamientos y los centros comerciales. La planificación a largo plazo del sistema de transportes y de su área de influencia evitará un deterioro importante de la calidad del aire y permitirá vigilar la aplicación de las normas sobre la calidad atmosférica. En las ciudades se considera que el transporte público podría solucionar los problemas de contaminación atmosférica. La organización del sistema de transporte público para atender a una determinada área y el reparto del tráfico entre el uso de autovías y los servicios de autobuses y trenes altera las pautas de uso del suelo. Existe un reparto óptimo para reducir al mínimo la contaminación atmosférica, aunque no siempre es aceptable cuando se consideran otros factores además de los ambientales. El automóvil está considerado como el mayor generador de factores económicos externos (externalidades) de la historia. Algunos de ellos, como el trabajo y la movilidad, son positivos, aunque los negativos, como la contaminación atmosférica, los accidentes que causan heridos y muertos, los daños materiales, el ruido, la pérdida de tiempo y la irritación asociada, llevan a la conclusión que el transporte no es una industria de coste decreciente en las zonas urbanas. Los costes de congestión de las autovías y el consiguiente tiempo perdido constituyen otro factor externo que resulta difícil de estimar. Si el coste de los desplazamientos por motivos de trabajo no incluye los costes de congestión, es imposible realizar una evaluación correcta de las distintas modalidades de transporte. La planificación del uso del suelo para el control de la contaminación atmosférica incluye códigos de zonificación y normas de explotación, controles del uso del suelo, desarrollo urbanístico y políticas de planificación del uso del suelo. La zonificación del uso de suelo supuso un primer intento de proteger a la población, sus propiedades y sus oportunidades económicas. Pero la dispersión de los contaminantes atmosféricos exigía algo más que la simple separación física de los polígonos industriales y las zonas residenciales para proteger al individuo. Por esta razón se introdujeron en algunos códigos de zonificación normas de 55. CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO 55.7 GESTION DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA 55.78 explotación basadas inicialmente en decisiones estéticas o cualitativas en un intento de establecer criterios para identificar los problemas potenciales. La planificación a largo plazo del uso del suelo exige la identificación de las limitaciones en la capacidad de asimilación del medio ambiente. Acto seguido pueden establecerse controles del uso del suelo que distribuyan de forma equitativa esta capacidad entre las distintas actividades locales. Los controles del uso del suelo comprenden sistemas de autorización de nuevas fuentes estáticas, clasificación de zonas industriales y residenciales, restricciones por la designación de servidumbres de paso o expropiación de terrenos, control del emplazamiento del receptor, zonificación en función de la densidad de las emisiones y regulación de la distribución de las emisiones. Las políticas sociales de la vivienda, cuyo objetivo es poner ésta al alcance de todas aquellas personas que de otra forma no tendrían acceso a ella (mediante ventajas fiscales e hipotecarias) estimulan el crecimiento urbano y desincentivan indirectamente un desarrollo residencial de mayor densidad. Actualmente estas políticas han resultado ser desastrosas para el medio ambiente, ya que no contemplan un desarrollo simultáneo de sistemas eficientes de transportes que atiendan las necesidades de los habitantes de las nuevas comunidades que se desarrollan. La lección que debemos aprender de este tipo de desarrollo es la necesidad de coordinar los diferentes programas que tienen un impacto ambiental y de realizar asimismo una planificación integral en el ámbito en el que se produce el problema yauna escala lo suficientemente amplia como para abarcar todo el sistema. La planificación del uso del suelo debe plantearse a escala nacional, provincial, regional y local para garantizar una adecuada protección a largo plazo del medio ambiente. Por lo general, los programas gubernamentales comienzan ubicando las centrales de generación de energía, los lugares de extracción de minerales, las zonas costeras y los desiertos, montañas y otras áreas de interés turístico. Puesto que la multiplicidad de administraciones locales en una determinada región no les permite a éstas afrontar de forma adecuada los problemas ambientales regionales, son los gobiernos o administraciones regionales quienes deben coordinar el desarrollo urbanístico y los patrones de densidad, supervisando la gestión del espacio, el emplazamiento y el uso de nuevas construcciones y los servicios de transporte. La planificación del transporte y del uso del suelo debe ir acompañada de la vigilancia del cumplimiento de las normas para mantener la calidad atmosférica deseada. En un caso ideal, la planificación del control de la contaminación atmosférica debería ser realizada por la misma entidad regional responsable de la planificación del uso del suelo, ya que ambas áreas presentan factores externos comunes. Plan de ejecución, recursos comprometidos El plan de calidad atmosférica debe incluir siempre un plan de ejecución que especifique la forma en que deben aplicarse las medidas de control. Este plan incluye también un compromiso de recursos para que, de acuerdo con el principio de quien contamina paga, se establezcan las acciones que deberán emprender los que contaminan y la manera en que el gobierno les ayudará a respetar ese compromiso. Previsiones Al ser también un plan preventivo, el plan de calidad atmosférica debe incluir estimaciones de las tendencias de la población, el tráfico, la industria y el consumo de combustibles para poder evaluar respuestas a futuros problemas. La adopción de medidas con antelación a los supuestos problemas evitará multitud de dificultades en el futuro. Estrategias de seguimiento Una estrategia para el seguimiento del control de la calidad del aire consiste en planes y políticas referentes a la manera de poner en práctica futuros planes de calidad atmosférica. Importancia de la evaluación del impacto ambiental La evaluación del impacto ambiental (EIA) es el proceso por el cual el organismo responsable prepara un informe detallado sobre el impacto ambiental de una acción propuesta que afecta considerablemente a la calidad del entorno humano (Lee 1993). La EIA es un instrumento de prevención que tiene como finalidad evaluar el entorno humano en la fase inicial del desarrollo de un programa o proyecto. La EIA resulta especialmente importante en los países donde se desarrollan proyectos como parte de su reorientación o reestructuración económicas. La EIA se ha incorporado a la legislación en muchos países desarrollados y cada vez se aplica más en los países en vías de desarrollo y con economías en transición. La EIA es una herramienta que integra la planificación y gestión del medio ambiente, considerando las interacciones entre diferentes medios. Por otra parte, la EIA incorpora la estimación de las consecuencias ambientales al proceso de planificación, con lo que se convierte en un instrumento adecuado para el desarrollo sostenible. La EIA combina asimismo propiedades técnicas y participativas al recoger, analizar y aplicar datos científicos y técnicos considerando el control de calidad y la garantía de calidad e incluye consultas con los organismos responsables de la protección del medio ambiente y las personas que pueden verse afectadas por ciertos proyectos antes de aprobar ningún procedimiento. Un plan de calidad atmosférica puede considerarse como parte integrante del proceso EIA aplicado a la atmósfera. CONTAMINACION ATMOSFERICA: MODELOS DE DISPERSION DE CONTAMINANTES ATMOSFERICOS MODELOS DE DISPERSION DE CONTAMINANTES Marion Wichmann-Fiebig La finalidad de los modelos de contaminación atmosférica es estimar las concentraciones de contaminantes en el aire exterior como consecuencia, por ejemplo, de procesos industriales, fugas o el tráfico. Estos modelos se utilizan para estimar la concentración total de un contaminante e identificar la causa de unos niveles extraordinariamente altos de contaminación. En la fase de planificación de los proyectos, permite anticipar la contribución al estrés ambiental y optimizar las condiciones de emisión. Dependiendo de las normas sobre la calidad atmosférica establecidas para el contaminante en cuestión, se utilizan los valores medios anuales o las concentraciones máximas durante cortos períodos de tiempo. Por lo general, las concentraciones deben determinarse en el lugar donde viven las personas, es decir, cerca de la superficie a una altura de unos dos metros del suelo. Parámetros que influyen en la dispersión de los contaminantes En la dispersión de contaminantes influyen dos tipos de parámetros: los parámetros de la fuente y los parámetros meteorológicos. En los primeros las concentraciones son proporcionales a la cantidad de contaminante emitido. Cuando se trata de polvo, debe conocerse el diámetro de las partículas para poder determinar la sedimentación y la precipitación del material 55.8 MODELOS DE DISPERSION DE CONTAMINANTES ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO9 Programas internacionales de vigilancia Organismos internacionales como la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Organización Meteorológica Mundial (OMM) y el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) han instituido proyectos de vigilancia e investigación para aclarar las cuestiones relacionadas con la contaminación atmosférica y promover medidas que eviten un mayor deterioro de la salud pública y de las condiciones ambientales y climáticas. El Global Environmental Monitoring System-GEMS/Air (Sistema Mundial de Vigilancia Ambiental/Aire) (OMS/ PNUMA 1993), organizado y patrocinado por la OMS y el PNUMA, ha desarrollado un amplio programa cuya finalidad es proporcionar los instrumentos necesarios para un control racional de la contaminación atmosférica (véase Figura 55.1). El núcleo de este programa es una base de datos mundial de concentraciones de contaminantes atmosféricos en las zonas urbanas, como dióxido de azufre, partículas en suspensión, plomo, óxido de nitrógeno, monóxido de carbono y ozono. Pero tan importantes como esta base de datos son las herramientas de gestión, como guías para la rápida elaboración de inventarios de las emisiones, programas para elaborar modelos de dispersión, estimaciones de riesgos para la población, medidas de control y análisis de coste/beneficio. A este respecto, GEMS/Air proporciona manuales de metodología (OMS/PNUMA 1994, 1995), realiza estudios globales de la calidad atmosférica, facilita la revisión y validación de estudios, actúa como intermediario de datos/información, elabora documentación técnica de apoyo sobre todos los aspectos del control de la calidad atmosférica, facilita el establecimiento de vigilancia, prepara y distribuye informes anuales y crea o localiza centros regionales de colaboración y/o expertos para coordinar y apoyar las actividades de acuerdo con las necesidades de cada región (OMS/PNUMA 1992, 1993, 1995). El programa Global Atmospheric Watch (GAW)(Vigilancia Atmosférica Mundial) (Miller y Soudine, 1994) proporciona datos y otro tipo de información sobre la composición química y las características físicas de la atmósfera y de sus tendencias, para poder entender la relación entre los cambios en la composición atmosférica y los cambios climáticos mundiales y regionales, el transporte atmosférico a larga distancia y la precipitación de sustancias potencialmente nocivas sobre los ecosistemas terrestres, de agua dulce y marinos, así como el ciclo natural de los elementos químicos en el sistema global de atmósfera/océanos/biosfera y los impactos antropogénicos en dicho ciclo. El programa GAW comprende cuatro áreas de actividad: el Global Ozone Observing System (GO3OS)(Sistema Mundial de Observación de la Capa de Ozono), que consiste en la vigilancia mundial de la composición atmosférica de fondo y que incluye a la Background Air Pollution Monitoring Network (BAPMoN) (Red de Vigilancia de la Contaminación Atmosférica de Fondo); la dispersión, el transporte, la transformación química y la precipitación de contaminantes atmosféricos sobre la tierra y el mar a diferentes escalas de tiempo y espacio; el intercambio de contaminantes entre la atmósfera y otros medios naturales; y, por último, la vigilancia integrada. Una de las tareas más importantes de la GAW es establecer los Centros de Actividad Científica para el Control de la Calidad cuya labor es vigilar la calidad de los datos obtenidos con el programa GAW. (VDI 1992). Puesto que las concentraciones en la superficie son menores cuanto mayor sea la altura de la fuente, este parámetro tiene que ser también tenido en cuenta. Además, las concentraciones dependen de la cantidad total de gases liberados, así como de su temperatura y velocidad. Si la temperatura es superior a la del aire exterior, los gases estarán sometidos a flotación térmica. La velocidad de liberación, que puede calcularse conociendo el diámetro interior de la fuente y el volumen de gases liberados, produce fuerzas ascensionales dinámicas. Existen una serie de fórmulas empíricas que puede utilizarse para describir estos parámetros (VDI 1985; Venkatram y Wyngaard 1988). Debe recordarse que la flotación térmica y las fuerzas dinámicas no dependen de la masa del contaminante en cuestión, sino de la cantidad total de gas liberado. Los parámetros meteorológicos que influyen en la dispersión de contaminantes son la velocidad y la dirección del viento, así como la estratificación térmica vertical. La concentración de contaminante es inversamente proporcional a la velocidad del viento, debido principalmente a su movimiento acelerado. Además, el mezclado turbulento aumenta con la velocidad del viento. Las inversiones térmicas (es decir, situaciones en las que la temperatura aumenta con la altura) dificultan el mezclado turbulento, razón por la cual cuando se producen estratificaciones muy estables se observan concentraciones máximas a ras de suelo. Por el contrario, las situaciones de convección intensifican el mezclado vertical, dando lugar a valores de concentración más bajos. Las normas sobre la calidad atmosférica (por ejemplo, valores anuales medios o percentiles 98) suelen basarse en estadísticas y por ello es preciso obtener datos de series cronológicas de los principales parámetros meteorológicos. Lo ideal es que las estadísticas se basen en diez años de observación. Si sólo se dispone de series cronológicas más cortas, debe comprobarse que éstas sean representativas de un período de tiempo más largo analizando, por ejemplo, series cronológicas más largas obtenidas en otros puntos de observación. La serie cronológica utilizada tiene que ser también representativa del lugar en cuestión, es decir, debe reflejar las características locales. Esto es especialmente importante en el caso de las normas sobre la calidad atmosférica que se basan en fracciones máximas de la distribución, como los percentiles 98. Si no se dispone de una serie cronológica de este tipo, puede utilizarse un modelo de flujo meteorológico calculado a partir de otros datos, según se describe a continuación. Modelos de contaminación atmosférica Como ya se mencionó antes, la dispersión de los contaminantes depende de las condiciones de emisión, el transporte y el mezclado turbulento. La ecuación global que describe estas características se denomina modelo de dispersión de Euler (Pielke 1984). Con este modelo se determinan las pérdidas y ganancias del contaminante en cuestión en todos los puntos de una rejilla espacial imaginaria en diferentes periodos de tiempo. Este método es muy complejo y requiere un tiempo de procesamiento informático muy largo, razón por la cual no puede aplicarse de forma rutinaria, aunque en muchos casos puede simplificarse aplicando los supuestos siguientes: las condiciones de emisión no varían con el tiempo; las condiciones meteorológicas no varían durante el transporte, la velocidad del viento es superior a 1 m/s. En este caso, la ecuación mencionada antes puede resolverse analíticamente. La fórmula resultante describe un penacho con una distribución gaussiana de la concentración, el denominado modelo gaussiano de penacho (VDI 1992). Los parámetros de distribución dependen de las condiciones meteorológicas, de la distancia recorrida por el viento y de la altura de la fuente y deben ser determinados de forma empírica (Venkatram y Wyngaard 1988). Cuando las emisiones y/o los parámetros meteorológicos varían a lo largo de un período considerable de tiempo y/o en el espacio, pueden describirse mediante el modelo gaussiano de ráfaga (VDI 1994). En este modelo se 55. CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO 55.9 MODELOS DE DISPERSION DE CONTAMINANTES 55.910 Figura 55.1 Sistema mundial de vigilancia ambiental/control de la contaminación atmosférica. emiten diferentes ráfagas en periodos de tiempo fijos y cada una de ellas sigue su propia trayectoria de acuerdo con las condiciones meteorológicas del momento. En su camino, cada ráfaga crece dependiendo del mezclado turbulento. Los parámetros que describen este crecimiento deben determinarse a partir de datos empíricos (Venkatram y Wyngaard 1988), aunque para ello será necesario disponer de datos en el tiempo y/o en el espacio con la resolución necesaria. En el caso de emisiones accidentales o estudios de casos individuales, se recomienda utilizar un modelo de Lagrange o de partículas (VDI Guideline 3945, Parte 3), que calcula las trayectorias de un gran número de partículas, cada una de las cuales representa una cantidad fija del contaminante en cuestión. Las trayectorias individuales están determinadas por el desplazamiento debido al viento medio y a las alteraciones estocásticas que, aunque impiden que las trayectorias coincidan totalmente, representan el mezclado turbulento. En principio, los modelos de Lagrange son capaces de representar condiciones meteorológicas complejas, en especial de viento y turbulencias. Los campos calculados mediante los modelos de flujo que se describen a continuación pueden utilizarse para los modelos de dispersión de Lagrange. Modelos de dispersión en terrenos complejos Cuando se tienen que determinar las concentraciones de contaminantes en un terreno estructurado, a veces es necesario incluir los efectos topográficos en los modelos de dispersión de los contaminantes. Estos efectos son, por ejemplo, el transporte según la topografía o los sistemas de vientos térmicos como brisas marinas o vientos de montaña, que cambian su dirección en el transcurso del día. Si estos efectos tienen lugar a una escala mucho mayor que el área del modelo, su influencia puede considerarse utilizando datos meteorológicos que reflejen las características locales. Si no se dispone de este tipo de datos, puede obtenerse la estructura tridimensional del flujo en la topografía utilizando un modelo de flujo adecuado. A partir de estos datos se obtiene un modelo de dispersión suponiendo que existe homogeneidad horizontal, como se describió antes para el modelo gaussiano de penacho. Sin embargo, cuando las condiciones del viento varían de forma significativa dentro del área del modelo, el modelo de dispersión debe tener en cuenta el flujo tridimensional afectado por la estructura topográfica. Como hemos visto ya, esto puede realizarse con un modelo gaussiano de ráfaga o con un modelo de Lagrange. Otra alternativa es utilizar el modelo más complejo de Euler. Para determinar la dirección del viento de acuerdo con la estructura topográfica del terreno, puede utilizarse un modelo de flujo de diagnóstico o de masa constante (Pielke 1984). En estos modelos, el flujo se adapta a la topografía modificando al mínimo los valores iniciales y manteniendo su masa constante. Puesto que con este modelo se obtienen resultados rápidos, puede utilizarse también para calcular estadísticas del viento en un determinado lugar cuando no se dispone de observaciones MODELOS DE DISPERSION DE CONTAMINANTES ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO11 Figura 55.2 Estructura topográfica de una región modelo. Figura 55.4 Concentraciones medias anuales de contaminantes en una región hipotética calculadas a partir de la distribución de frecuencias geostróficas para campos de viento heterogéneos. Figura 55.3 Distribución de frecuencias superficiales determinada a partir de la distribución de frecuencias geostróficas. Para ello se utilizan estadísticas del viento geostrófico (datos sobre la capa superior de la atmósfera obtenidos con radiosondas). En el caso de que sea necesario conocer con más detalle los sistemas térmicos del viento, se utilizarán los denominados modelos de pronóstico. Según la escala y la pendiente del área del modelo, puede que sea conveniente utilizar un modelo hidrostático o incluso un modelo no hidrostático de mayor complejidad (VDI 1981). Este tipo de modelos exigen un ordenador de gran potencia y una gran experiencia en su aplicación. Por lo general, no sirven para determinar concentraciones basadas en medias anuales, pero pueden realizarse estudios del caso más desfavorable considerando sólo una dirección del viento y parámetros de velocidad de viento y estratificación obtenidos con los valores más altos de concentración a ras de suelo. Si estos valores del caso más desfavorable son inferiores a los establecidos por las normas sobre la calidad atmosférica, no será necesario realizar estudios más detallados. En las Figuras 55.2, 55.3 y 55.4 se indica la manera de representar el transporte y la dispersión de contaminantes en relación con la influencia del terreno y los parámetros climatológicos del viento teniendo en cuenta las frecuencias de viento superficial y geostrófico. 55. CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL Modelo de dispersión en el caso de fuentes de poca altura Para el estudio de la contaminación atmosférica originada por fuentes de poca altura (p. ej., fuentes a la altura de un edificio o emisiones del tráfico rodado) deberá tenerse en cuenta la influencia de los edificios circundantes. Las emisiones del tráfico ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO MODELOS DE DISPERSION DE CONTAMINANTES 55.1112 rodado quedan atrapadas en los cañones de aire que forman las calles. Existen fórmulas empíricas que describen este efecto (Yamartino y Wiegand 1986). Los contaminantes emitidos por una fuente de poca altura situada en un edificio se acumulan en el lateral del edificio que se encuentra al abrigo del viento. El volumen de esta circulación al abrigo del viento dependerá de la altura y de la anchura del edificio, así como de la velocidad del viento. Por lo tanto, los modelos simplificados que se utilizan para representar la dispersión de los contaminantes en estos casos y que en general consideran únicamente la altura del edificio, no suelen ser válidos. La fuerza vertical y horizontal de la circulación al abrigo del viento se ha obtenido de estudios de túneles de viento (Hosker 1985) y puede utilizarse en modelos de diagnóstico de masa constante. Una vez determinado el campo de flujo, éste puede utilizarse para calcular el transporte y el mezclado turbulento del contaminante emitido con los modelos de dispersión de Lagrange o de Euler. Para estudios más detallados (de emisiones accidentales, por ejemplo) se tienen que utilizar modelos de flujo no hidrostático y de dispersión en lugar de modelos de diagnóstico. Puesto que estos modelos requieren ordenadores de gran potencia, se recomienda utilizar primero un modelo del caso más desfavorable como el descrito, antes de recurrir a un modelo estadístico completo. VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA Hans-Ulrich Pfeffer y Peter Bruckmann La vigilancia de la calidad atmosférica consiste en la medición sistemática de los contaminantes atmosféricos para evaluar la exposición de receptores vulnerables (p. ej., personas, animales, plantas y obras de arte) basándose en normas y directrices derivadas de los efectos observados, y/o identificar la fuente de contaminación atmosférica (análisis de las causas). Las concentraciones de contaminantes atmosféricos se ven influidas por las variaciones en el tiempo y en el espacio de las emisiones de sustancias peligrosas y la dinámica de su dispersión en la atmósfera, que originan importantes variaciones diarias y anuales. Resulta prácticamente imposible determinar de una manera uniforme todas estas variaciones de la calidad de la atmósfera (en el lenguaje estadístico, la población de estados de calidad de la atmósfera). Por ello, las mediciones de las concentraciones de contaminantes atmosféricos tienen siempre carácter de muestras aleatorias en el espacio o en el tiempo. Planificación de las mediciones El primer paso en la planificación de las mediciones consiste en definir el objetivo de la medición con la mayor precisión posible. Entre las principales actividades de vigilancia de la calidad atmosférica se encuentran las siguientes: Medición de un área: determinación representativa de la exposición en un área (vigilancia general de la atmósfera); medición representativa de la contaminación ya existente en el área donde se ubicará la instalación (autorización, TA Luft [Instrucción técnica, atmósfera]); alerta de esmog (esmog invernal, altas concentraciones de ozono); mediciones en puntos de especial contaminación atmosférica para estimar la exposición máxima de los receptores (directiva Tabla 55.2 Parámetros para la planificación de la medición de concentraciones de contaminantes atmosféricos y ejemplos de su aplicación. Parámetro Objetivo Area de medición Normas de evaluación (dependiendo del lugar y del tiempo): valores característicos que deben obtenerse de los resultados de las mediciones Ordenación, elección y densidad de los puntos de medición Período de medición Altura de la medición Frecuencia de las mediciones Duración de cada medición Momento de la medición Objeto medido Procedimiento de medición Certeza necesaria de los resultados de las mediciones Requisitos de calidad, control de calidad, calibrado, mantenimiento Registro de los datos de las mediciones, validación, archivo, evaluación Costes Ejemplo de aplicación: Procedimiento de concesión de licencias para plantas industriales en Alemania Determinación de la contaminación previa en el procedimiento de autorización; medición preliminar mediante muestreo aleatorio representativo Círculo alrededor del emplezamiento, con un radio 30 veces mayor a la altura de la chimenea (simplificado) Valores umbral IW1 (media aritmética) e IW2 (percentil 98) de TA Luft [Instrucción técnica, aire]; cálculo de I1 (media aritmética) e I2 (percentil 98) a partir de las mediciones realizadas para 1 km 2 (superficie de análisis) y comparación con IW1 e IW2 Exploración periódica de 1km 2, para conseguir una elección aleatoria de los puntos de medición 1 año, como mínimo 6 meses Entre 1,5 y 4 metros por encima del nivel del suelo 52 (104) mediciones por área de análisis para contaminantes gaseosos, según la altura de la contaminación 1/2 hora para contaminantes gaseosos, 24 horas para polvo en suspensión, 1 mes para precipitación de polvo Al azar Contaminación atmosférica emitida por la planta prevista Procedimiento de medición normalizado nacional (directrices VDI) Alta Directrices VDI Cálculo de la magnitud de los datos I1V e I2V para cada área de análisis Según elárea y los objetivos de la medición de la UE sobre el NO 2, mediciones en cañones formados por las calles de acuerdo con la Ley federal de control de inmisiones en Alemania); comprobación de los resultados de las medidas de control de la contaminación y tendencias a lo largo del tiempo; mediciones preliminares (de screening), investigaciones científicas (p. ej., transporte de contaminantes atmosféricos, conversiones químicas, calibrado de los cálculos de la dispersión) VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO13 Medición de una instalación: mediciones en respuesta a quejas; identificación de las fuentes emisores, análisis de las causas; mediciones en caso de incendio o fugas; comprobación de éxito de las medidas de reducción, vigilancia de fugas en la instalación. El objetivo de la planificación de las mediciones es utilizar los procedimientos adecuados de medición y análisis para responder a preguntas concretas con la suficiente seguridad y el mínimo coste posible. En la Tabla 55.2 se ofrece un ejemplo de los parámetros que deberían utilizarse para planificar las mediciones con relación a la evaluación de la contaminación atmosférica en la zona elegida para erigir una planta industrial. Los requisitos formales varían según la jurisdicción y en este caso se han tenido especialmente en cuenta los procedimientos de concesión de licencias para plantas fabriles en Alemania. El ejemplo de la Tabla 55.2 presenta una red de mediciones que se supone que vigila, con la mayor representatividad posible, la calidad atmosférica de un área, para compararla con los límites fijados de calidad del aire. En este caso la selección de los puntos de medición se realiza de forma aleatoria para abarcar emplazamientos equivalentes en un área con calidad atmosférica variable (p. ej., zonas residenciales, calles, zonas industriales, parques, centro urbano, suburbios). Este enfoque puede ser muy costoso para áreas extensas debido a la gran cantidad de puntos de medición necesarios. Otro tipo de red de medición es la que utiliza una selección representativa de puntos basándose en el supuesto de que si se realizan mediciones de calidad atmosférica variable en los puntos más importantes y se sabe cuánto tiempo permanecen los objetos protegidos en estos microentornos, podrá también determinarse la exposición. Este enfoque puede ampliarse a otros microentornos (p. ej., habitaciones, coches) para estimar la exposición total. Los modelos de difusión o las mediciones preliminares pueden ayudar a determinar los puntos correctos de medición. Una tercera posibilidad consiste en realizar las mediciones en los puntos de supuesta exposición máxima (p. ej., NO 2 y benceno en los cañones de las calles). Si en estos puntos se cumplen los criterios de evaluación, existe una probabilidad suficiente de que lo mismo ocurra en todos los demás puntos. Este método centrado en los puntos críticos requiere un número relativamente pequeño de puntos de medición, aunque elegidos con especial cuidado. Además, en algunos casos puede sobrestimar la exposición real. Los parámetros del período de medición, la evaluación de los datos obtenidos de las mediciones y la frecuencia de las mediciones dependerán principalmente de las normas de evaluación (límites) y el nivel deseado de certidumbre de los resultados. Los valores umbral y las condiciones periféricas que deben considerarse en la planificación de las mediciones también están relacionados entre sí. Si se utilizan procedimientos de medición continuos, puede conseguirse una resolución casi constante en el tiempo. Pero esto sólo es necesario para vigilar valores máximos y/o alertas de esmog. Para la vigilancia de valores medios anuales, es suficiente con realizar mediciones discontinuas. En la siguiente sección se describen las características de los métodos de medición y la garantía de calidad como otro parámetro fundamental de la planificación de las mediciones. Garantía de la calidad Las mediciones de las concentraciones de contaminantes atmosféricos puede ser costosas y sus resultados pueden condicionar decisiones importantes con graves repercusiones económicas y ecológicas. Por lo tanto, las medidas de garantía de calidad deben formar parte del proceso de medición. En este sentido, pueden distinguirse dos tipos de medidas: Medidas orientadas al procedimiento Todo procedimiento completo de medición incluye muestreo, preparación y tratamiento de la muestra, separación, detección (última fase analítica); y toma y análisis de los datos. En algunos casos, especialmente cuando se realizan mediciones continuas de gases inorgánicos, pueden eliminarse algunas fases del procedimiento (p. ej., la separación). Las mediciones tienen que realizarse estrictamente de acuerdo con los procedimientos establecidos. Deben seguirse procedimientos normalizados y ampliamente documentados, como las normas DIN/ISO, las normas CEN o las directrices VDI. Medidas orientadas al usuario La utilización de equipos y procedimientos normalizados y homologados para medir las concentraciones de contaminantes atmosféricos no garantiza por sí sola una calidad aceptable si el usuario no utiliza asimismo métodos adecuados de control de calidad. La aplicación por parte del usuario de la serie de normas DIN/EN/ISO 9000 (normas sobre el control de calidad y la garantía de calidad), la norma EN (en la que se establecen los requisitos que deben cumplir los laboratorios de ensayo) y la Guía ISO 25 (requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración) son fundamentales para garantizar la calidad. Entre los aspectos importantes de las medidas de control de calidad figuran lo siguientes: aceptación y aplicación del contenido de medidas como buenas prácticas de laboratorio (BPL); mantenimiento correcto de los equipos de medición, adopción de las medidas oportunas para evitar averías y asegurar las reparaciones; realización de calibraciones y controles regulares que garanticen un funcionamiento adecuado, participación en ensayos de intercomparación. Procedimientos de medición Procedimientos de medición para gases inorgánicos Se dispone de multitud de procedimientos de medición para la gran variedad de gases inorgánicos que existen. Estos procedimientos pueden clasificarse en manuales y automáticos. Procedimientos manuales En los procedimientos manuales de medición de gases inorgánicos, la sustancia objeto de la medición es normalmente adsorbida durante el muestreo en una solución o en un material sólido. En la mayoría de los casos se realiza una determinación fotométrica después de una reacción de coloración adecuada. Algunos procedimientos manuales revisten una importancia especial como procedimientos de referencia. Como consecuencia del coste relativamente alto de personal, en la actualidad estos procedimientos manuales sólo se realizan en raras ocasiones para mediciones de campo cuando no se dispone de procedimientos automáticos alternativos. En la Tabla 55.3 se resumen los procedimientos más importantes. Un método especial de muestreo que se utiliza principalmente en los procedimientos manuales de medición es el tubo de separación por difusión (separador). En esta técnica la separación de las fases de gas y de partículas se consigue por las diferentes velocidades de difusión y se utiliza a menudo para realizar 55. CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA 55.1314 Tabla 55.3 Procedimientos manuales para la medición de gases inorgánicos. Material Método Ejecución Comentarios SO 2 Método TCM Absorción en solución de tetracloromercurato (frasco de lavado); reacción con formaldehído y pararosanilina para formar ácido sulfónico rojo-violeta; determinación fotométrica SO 2 Método de gel de sílice Eliminación de sustancias de interferencia mediante H 3 PO 4 concentrado; adsorción en gel de sílice; desorción térmica en corriente de H 2 y reducción ah 2 S; conversión a azul de molibdeno; determinación fotométrica NO 2 Método de Saltzman Absorción en solución de reacción con formación de un colorante azídico rojo (frasco de lavado); determinación fotométrica O 3 Método de yoduro potásico Formación de yodo a partir de solución acuosa de yoduro potásico (frasco de lavado); determinación fotométrica F F Cl Método de perla de plata; versión 1 Método de perla de plata; versión 2 Método de rodianuro de mercurio Muestreo con preseparador de polvo; carga de F en perlas de plata recubiertas con carbonato sódico; elución y determinación con cadena de electrodos de fluoruro de lantano sensible a iones Muestreo con filtro de membrana calentado; carga de F en perlas de plata recubiertas con carbonato sódico; determinación mediante procedimiento electroquímico (versión 1) o fotométrico (alizarina-complexona) Absorción en solución de hidróxido sódico 0,1 N (frasco de lavado); reacción con rodianuro de mercurio e iones Fe(III) para formar un complejo de tiocianato de hierro; determinación fotométrica Cl 2 Método de naranja de metilo Reacción de blanqueo con solución de naranja de metilo (frasco de lavado); determinación fotométrica NH 3 Método de indofenol Absorción enh 2 SO 4 diluido (impinger/frasco de lavado); conversión con fenol e hipoclorito para formar colorante de indofenol; determinación fotométrica NH 3 Método Nessler Absorción enh 2 SO 4 diluido (impinger/frasco de lavado); destilación y reacción con reactivo Nessler, determinación fotométrica H 2 S Método de azul de molibdeno Absorción como sulfuro de plata en perlas de vidrio tratadas con sulfato de plata y sulfato ácido de potasio (tubo de absorción); liberado como sulfuro de hidrógeno y conversión a azul de molibdeno; determinación fotométrica H 2 S Método de azul de metileno Absorción en suspensión de hidróxido de cadmio para formar CdS; conversión a azul de metileno; determinación fotométrica Método de determinación de referencia de la CE; LD = 0,2 µg SO 2 ; s = 0,03 mg/m 3 a 0,5 mg/m 3 LD = 0,3 µg SO 2 ; s = 0,03 mg/m 3 a 0,5 mg/m 3 Calibrado con nitrito sódico; LD = 3 µg/m 3 LD = 20 µg/m 3 ; s. rel. = ± 3,5% a 390 µg/m 3 Inclusión de una porción indeterminada de inmisiones de fluoruro en partículas Peligro de obtener valores inferiores a los reales debido a la absorción parcial de inmisiones de fluoruro gaseoso en el filtro de membrana; LD = 0,5 µg/m 3 LD = 9 µg/m 3 LD = 0,015 mg/m 3 LD = 3 µg/m 3 (impinger); inclusión parcial de compuestos y aminas LD = 2,5 µg/m 3 (impinger); inclusión parcial de compuestos y aminas LD = 0,4 µg/m 3 LD = 0,3 µg/m 3 LD = límite de detección; s = desviación estándar; s. rel. = d. estándar relativa separaciones complejas (p. ej., amoníaco y compuestos amónicos; óxidos de nitrógeno, ácido nítrico y nitratos; óxidos de azufre, ácido sulfúrico y sulfatos o ácidos halogenados/haluros). En la técnica clásica de separación, el aire que debe analizarse se succiona a través de un tubo de vidrio con un recubrimiento especial, que varía según el material que se pretende recoger. Esta técnica de separación ha sido mejorada posteriormente por numerosas versiones con automatizaciones parciales pero, aunque ha aumentado considerablemente las posibilidades de muestreo diferenciado, puede resultar muy laboriosa y su utilización requiere gran experiencia. Procedimientos automatizados En el mercado existen numerosos monitores que realizan mediciones continuas del dióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno, el monóxido de carbono y el ozono y que se utilizan principalmente para redes de mediciones. En la Tabla 55.4 se indican las principales características de estos métodos. Debe insistirse en que todos los procedimientos automáticos de medición que se basan en principios fisicoquímicos deben ser calibrados utilizando procedimientos de referencia (manuales). Puesto que los equipos automáticos utilizados en las redes de medición se utilizan a menudo durante largos periodos de tiempo (p. ej., varias semanas) sin supervisión humana directa, resulta indispensable comprobar su correcto funcionamiento de forma periódica y automática. Estos controles suelen realizarse con gases de valor cero y gases de ensayo obtenidos por diferentes métodos (preparación del aire ambiente, cilindros de gas presurizado, permeación, difusión o dilución estática y dinámica). Procedimientos de medición para contaminantes en forma de polvo y su composición Entre los contaminantes atmosféricos particulados, se puede diferenciar entre la fracción sedimentable y la fracción de partículas en suspensión (suspended particulate matter, SPM). La primera está formada por partículas más grandes que se depositan en el suelo por su tamaño y grosor. La segunda corresponde a las partículas que se dispersan en la atmósfera de una forma casi estable y homogénea y, por lo tanto, permanecen en suspensión durante un cierto tiempo VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO15 Tabla 55.4 Procedimientos automáticos para la medición de gases inorgánicos. Material Método de determinación Comentarios SO 2 SO 2 NO/NO 2 CO O 3 O 3 Reacción de conductometría del SO 2 con H 2 O 2 en H 2 SO 4 diluido; determinación del aumento de la conductividad Fluorescencia UV; excitación de moléculas de SO 2 con radiación UV ( nm); determinación de la radiación por fluorescencia Quimioluminiscencia; reacción de NO con O 3 para formar NO 2 ; detección de la radiación de quimioluminiscencia mediante fotomultiplicador Absorción IR no dispersiva; determinación de la absorción IR con detector específico frente a celda de referencia Absorción UV;lámpara de Hg de baja presión como fuente de radiación (253,7 nm); registro de la absorción UV de acuerdo con la ley de Lambert-Beer; detector: fotodiodo al vacío, válvula fotosensible Quimioluminiscencia; reacción de O 3 con eteno para formar formaldehído; detección dela radiación de quimioluminiscencia con fotomultiplicador Eliminación de interferencias con filtro selectivo (KHSO 4 /AgNO 3 ) Deben eliminarse las interferencias, p. ej., de hidrocarburos, con sistemas de filtro adecuados NO 2 sólo medible de forma indirecta; utilización de conversores para reducir el NO 2 a NO; determinación de NOyNO x (=NO+NO 2 )en canales separados Referencia: (a) celda con N 2 ; (b) aire ambiente después de eliminar el CO; (c) eliminación óptica de la absorción de CO (correlación de filtro de gas) Referencia: aire ambiente después de eliminar el ozono (p. ej., Cu/MnO 2 ) Selectividad satisfactoria; el etileno es necesario como gas reactivo Medición de las partículas en suspensión y los compuestos metálicos en la SPM Lo mismo que en el caso de las mediciones de contaminantes gaseosos, para la SPM puede diferenciarse entre procedimientos de medición continuos y discontinuos. Por regla general, la SPM se separa primero con filtros de fibra de vidrio o de membrana. A continuación se realiza una determinación gravimétrica o radiométrica. Dependiendo del muestreo, puede distinguirse entre procedimientos para determinar la SPM total sin fraccionamiento por tamaños de partículas y procedimientos con fraccionamiento para medir el polvo fino. Las ventajas y desventajas del procedimiento con fraccionamiento están siendo objeto de un debate internacional. En Alemania, por ejemplo, todos los valores umbral y las normas de análisis se basan en el contenido total de partículas en suspensión. Esto significa que, en la mayoría de los casos, sólo se realizan medidas de la SPM total. En estados Unidos, por el contrario, se suele utilizar el procedimiento denominado PM-10 (partículas en suspensión 10 µm). En este procedimiento sólo se tienen en cuenta las partículas con un diámetro aerodinámico de hasta 10 µm (fracción del 50 % de inclusión), ya que son las únicas que pueden inhalarse y penetrar en los pulmones. La Unión Europea tiene previsto adoptar este procedimiento PM-10 como procedimiento de referencia. El coste de las determinaciones fraccionadas de SPM es bastante superior al de la determinación del polvo total en suspensión, ya que hay que acoplar a los equipos de medición dispositivos de muestreo especiales y costosos que requieren un mantenimiento igualmente Tabla 55.5 Procedimientos para la medición de partículas en suspensión. Procedimiento Método de determinación Comentarios Dispositivo de filtro reducido Dispositivo LIB Muestreador de gran volumen FH 62 I Medidor de polvo BETA F 703 TEOM 1400 Muestreo no fraccionado; flujo de aire 2,7 2,8 m 3 /h; diámetro del filtro 50 mm; análisis gravimétrico Muestreo no fraccionado; flujo de aire m 3 /h; diámetro del filtro 120 mm; análisis gravimétrico Inclusión departículas de hasta 30 µm de diámetro aprox.; flujo de aire aproximado 100 m 3 /h; diámetro del filtro 257 mm; análisis gravimétrico Dispositivo radiométrico para determinación continua del polvo; muestreo no fraccionado; flujo deaire1-3m 3 /h; registro independiente de la masa de polvo en una banda de filtro mediante determinación de la atenuación de la radiación β (cripton 85) al pasar a través de un filtro expuesto (cámara de ionización) Dispositivo radiométrico para determinación continua del polvo; muestreo no fraccionado; flujo de aire 3 m 3 /h; registro independiente de la masa de polvo en una banda de filtro mediante determinación dela atenuación de la radiación β (carbono 14) al pasar a través de un filtro expuesto (contratubo Geiger Müller) Dispositivo para la determinación continua del polvo; muestreo no fraccionado; flujo de aire 1 m 3 /h; recogida del polvo en un filtro integrado en un sistema vibratorio de autorresonancia, en corriente lateral (3 l/min); registro de la reducción de la frecuencia al aumentar la carga de polvo en el filtro Manejo sencillo; reloj de control; dispositivo operable con preseparador PM-10 Separación de cantidades grandes de polvo; indicado para el análisis de componentes del polvo; reloj de control Separación de cantidades grandes de polvo, indicado para el análisis de componentes del polvo; nivel de ruido relativamente alto Calibrado gravimétrico mediante empolvado de filtros individuales; dispositivo también operable con preseparador PM-10 Calibrado gravimétrico mediante empolvado de filtros individuales; dispositivo operable con preseparador PM-10 Debe establecerse mediante calibrado la relación entre la reducción dela frecuencia y la masa de polvo 55. CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA 55.1516 costoso. En la Tabla 55.5 se detallan los principales procedimientos de medición de SPM. Recientemente se han desarrollado también cambiadores automáticos de filtro. Estos aparatos contienen un número de filtros que son proporcionados sucesivamente al muestreador a intervalos fijos de tiempo. Los filtros expuestos se almacenan en un depósito. Por lo general, los límites de detección de los procedimientos con filtro se sitúan entre 5y10µg/m 3 de polvo. Por último, mencionaremos el procedimiento del humo negro para mediciones de la SPM. Este método, desarrollado en Gran Bretaña, ha sido incorporado a las directrices de la Unión Europea para el SO 2 y el polvo en suspensión. En este procedimiento, después del muestreo, el ennegrecimiento del filtro se mide con un fotómetro reflex. Los valores de negro de humo obtenidos fotométricamente se convierten con la ayuda de una curva de calibrado en unidades gravimétricas (µg/m 3 ). No obstante, esta curva de calibrado depende en gran medida de la composición del polvo y especialmente del contenido de hollín, de manera que la conversión puede resultar problemática. Actualmente se suelen realizar determinaciones rutinarias de compuestos metálicos en muestras de inmisión de polvo en suspensión. Por lo general, después de recoger el polvo en suspensión depositado en los filtros, se realiza una disolución química de los diferentes polvos, puesto que las fases analíticas finales más habituales exigen convertir de los compuestos metálicos y metaloides en una solución acuosa. Los métodos más utilizados en la práctica son la espectroscopia de absorción atómica (EAA) y la espectroscopia con excitación por plasmá (ICP-OES). Otros métodos para la determinación de compuestos metálicos en polvo en suspensión son el análisis de fluorescencia de rayos X, la polarografía y el análisis de activación de neutrones. Aunque los compuestos metálicos se miden desde hace más de una década como un componente de la SPM de la atmósfera exterior en puntos específicos de medición, todavía quedan preguntas importantes sin responder. El muestreo convencional por separación en filtros del polvo en suspensión presupone que la separación de los metales pesados en el filtro es completa, un hecho que se cuestiona en muchas publicaciones al haberse obtenido resultados muy heterogéneos. Otro problema es que en el análisis de los compuestos metálicos presentes en el polvo en suspensión, los procedimientos de medición convencionales no permiten distinguir entre diferentes formas de un mismo compuesto o compuestos individuales de los elementos respectivos. Mientras que en muchos casos se pueden realizar determinaciones totales correctas, en otros sería necesaria una diferenciación más exacta, sobre todo cuando se trata de metales especialmente cancerígenos (As, Cd, Cr, Ni, Co, Be). En muchas ocasiones existen grandes variaciones entre los efectos cancerígenos de los elementos y de sus compuestos individuales (p. ej., de los compuestos de cromo con niveles de oxidación III y VI, sólo los del nivel VI son cancerígenos). En estos casos sería conveniente realizar una determinación de los compuestos individuales (análisis de especies-especiación). A pesar de la importancia que reviste este problema, hasta el momento sólo se han realizado algunos intentos de análisis por especies con esta técnica de medición. Medición del polvo sedimentable y sus compuestos metálicos Para recoger el polvo sedimentable se utilizan dos métodos totalmente diferentes: muestreo en colectores y muestreo en superficies adhesivas. Un procedimiento habitual para medir el polvo sedimentable (polvo depositado) es el método Bergerhoff, que consiste en recoger durante 30 ± 2 días toda la precipitación atmosférica (precipitación seca y húmeda) en colectores situados a 1,5-2,0 metros por encima del nivel del suelo (precipitación aparente). A continuación, los colectores se envían al laboratorio y se preparan mediante filtrado, evaporación del agua, secado y pesado. El resultado se calcula en función de la superficie del colector y el tiempo de exposición (g/m 2 /día). El límite relativo de detección es de 0,035 g/m 2 /día. Otros procedimientos para la recogida del polvo sedimentable son el aparato de Liesegang-Löbner y los métodos que recogen el polvo depositado sobre láminas adhesivas. Las mediciones del polvo sedimentable son valores relativos que dependen del aparato utilizado, ya que en la separación del polvo influyen, además de otros parámetros, las condiciones del flujo en el dispositivo. Las diferencias entre los valores obtenidos con los diferentes métodos pueden llegar a ser hasta del 50 %. También influye la composición del polvo depositado como, por ejemplo, el contenido de plomo, cadmio u otros compuestos metálicos. Los métodos analíticos utilizados en este caso son prácticamente iguales a los utilizados para el polvo en suspensión. Medición de materiales especiales en forma de polvo Entre los materiales especiales en forma de polvo se encuentran el amianto y el hollín. La recogida de fibras como contaminantes atmosféricos es importante, ya que algunas de ellas, como el amianto, han sido declaradas cancerígenas. Todas las fibras con un diámetro de D 3µm y una longitud de L 5µm, siendo L:D 3, se consideran cancerígenas. Los métodos utilizados para medir materiales fibrosos se basan en el recuento al microscopio del volumen de fibras adheridas a los filtros. Para las mediciones de la atmósfera exterior sólo son válidos los procedimientos que utilizan el microscopio electrónico. Las fibras se separan en filtros porosos recubiertos de oro. Antes de realizar el análisis en el microscopio electrónico se eliminan de la muestra las sustancias orgánicas mediante incineración por plasma en el mismo filtro. El recuento de fibras se realiza en una parte de la superficie del filtro elegida aleatoriamente y las fibras se clasifican según su forma y tipo. Mediante análisis de dispersión de energía por rayos X (EDXA), se diferencian las fibras de amianto, sulfato cálcico y otra materias inorgánicas según su composición elemental. Todo el procedimiento es extremadamente costoso y requiere un extremo cuidado para obtener resultados fiables. Otro elemento de interés es el hollín en forma de partículas emitido por los motores diesel, ya que también ha sido clasificado como cancerígeno. Por su compleja y variable composición y el hecho de que algunos de sus componentes son emitidos por otras fuentes, no se dispone actualmente de un procedimiento específico para medir el hollín emitido por los motores diesel. No obstante, para poder decir algo concreto sobre las concentraciones atmosféricas, el hollín se define generalmente como carbono elemental que forma parte del carbono total. Se determina mediante muestreo seguido de una etapa de extracción y/o desorción térmica. La determinación del contenido de carbono se consigue mediante combustión en corriente de oxígeno y valoración culombimétrica o detección IR no dispersiva del dióxido de carbono formado durante el proceso. Para determinar el contenido de hollín se utilizan asimismo el etalómetro y el sensor fotoeléctrico de aerosoles. Medición de las precipitaciones húmedas Junto con las precipitaciones secas, las precipitaciones húmedas por lluvia, nieve, niebla o rocío constituyen la principal forma por la cual los materiales nocivos descienden de la atmósfera al suelo, alaguaoalasuperficie de las plantas. Para poder distinguir claramente la precipitación húmeda por lluvia y nieve (la niebla y el rocío plantean problemas especiales) VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO17 de la precipitación total (precipitación aparente, véase la sección anterior Medición del polvo sedimentable y sus compuestos metálicos ) y de la precipitación seca, en el muestreo se utilizan colectores de lluvia cuya entrada se cubre cuando no llueve (muestreador exclusivamente para precipitaciones húmedas). Al disponer de sensores de lluvia, que en su mayoría funcionan por el principio de variación de conductividad, la tapa se abre cuando comienza a llover y se vuelve a cerrar cuando la cesa la lluvia. Las muestras se transfieren a través de un embudo (boca de aprox. 500 cm 2 o superior) a un colector oscuro y preferiblemente aislado (de vidrio o de polietileno sólo para componentes inorgánicos). Por lo general, para el análisis de los compuestos inorgánicos del agua recogida no es necesario preparar la muestra. El agua tiene que centrifugarse o filtrarse si está visiblemente turbia. La conductividad, el valor ph y los principales aniones (NO 3, SO 2 4,Cl ) y cationes (Ca 2+,K +,Mg 2+,Na +,NH 4+, etc.) se miden de forma rutinaria. También se miden los compuestos traza inestables y los estados intermedios como H 2 O 2 ohso 3 para fines de investigación. El análisis se realiza utilizando los métodos habituales para soluciones acuosas como, por ejemplo, la conductiometría para medir la conductividad, los electrodos para el ph, la espectroscopia de absorción atómica para los cationes (véase la sección anterior Medición de materiales especiales en forma de polvo ) y, cada vez más, la cromatografía de intercambio iónico con detección de conductividad para los aniones. Los compuestos orgánicos se extraen del agua de lluvia, por ejemplo, con diclorometano, o bien insuflando argón y adsorbiendo con tubos Tenax (sólo materiales de alta volatilidad). A continuación los materiales se analizan por cromatografía de gases (véase más adelante Procedimientos de medición para contaminantes atmosféricos orgánicos ). Las precipitaciones secas están directamente correlacionadas con las concentraciones atmosféricas. No obstante, las diferencias de concentración de los materiales nocivos en suspensión en la lluvia son relativamente pequeñas, de manera que para medir la precipitación húmeda pueden utilizarse redes de medición de malla amplia como, por ejemplo, la red europea EMEP que recoge iones sulfato y nitrato, algunos cationes y valores ph de la precipitación en unas 90 estaciones. También existen extensas redes de medición en América del Norte. Procedimientos de medición ópticos de larga distancia Mientras que los métodos descritos hasta el momento miden la contaminación atmosférica en un solo punto, los procedimientos de medición ópticos de larga distancia realizan mediciones integradas a lo largo de trayectos de luz de varios kilómetros o determinan la distribución espacial. Estos métodos se basan en las características de absorción de los gases en la atmósfera en el rango del espectro UV, visible o IR y en la ley de Lambert-Beer, según la cual el producto del trayecto recorrido por la luz y la concentración es proporcional a la atenuación medida. Variando la longitud de onda del emisor y el receptor en la instalación de medición, se pueden medir simultánea o secuencialmente distintos componentes con un solo equipo. En la Tabla 55.6 se indican los sistemas de medición más utilizados en la práctica. Procedimientos de medición para contaminantes atmosféricos orgánicos La medición de la contaminación atmosférica producida por componentes orgánicos es compleja por la gran diversidad de Tabla 55.6 Procedimientos para mediciones a grandes distancias. Procedimiento Aplicación Ventajas y desventajas Espectroscopia IR transformada de Fourier (FTIR) Espectrometría de absorción óptica diferencial (DOAS) Espectroscopia de absorción láser de larga distancia (TDLAS) Absorción diferencial LIDAR (DIAL) Rango IR (aprox cm 1 ), trayecto de luz de varios cientos de metros. Para vigilancia de fuentes superficiales difusas (barrera óptica), determina compuestos orgánicos individuales Trayecto de luz de varios km; determina SO 2,NO 2, benceno, HNO 3 ; para vigilancia de fuentes lineales y superficiales, utilizada en redes de medición Area de investigación, en cubetas de baja presión para OH - Para vigilancia de fuentes superficiales, determina inmisiones en grandes superficies + Sistema multicomponente + ld pocos ppb Caro + Fácil manejo + Ensayo de rendimiento satisfactorio + Sistema multicomponente Alto ld en condiciones de escasa visibilidad (p. ej., niebla) + Alta sensibilidad (a ppt) + Determina compuestos traza inestables Alto coste Difícil manejo + Medición de distribuciones espaciales + Mide puntos inaccesibles (p. ej., trayectorias de gas de humo) Alto coste Número limitado de componentes (SO 2,O 3,NO 2 ) LIDAR = Detección de luz y determinación de distancias; DIAL = Absorción diferencial LIDAR. ld=límite de detección. estos compuestos. En los registros de emisión y en los planes de calidad atmosférica para áreas muy congestionadas, se engloban bajo la denominación general de contaminantes atmosféricos orgánicos varios centenares de componentes con características toxicológicas, químicas y físicas muy diferentes. Debido principalmente a las grandes diferencias en su impacto potencial, se ha impuesto cada vez más la recogida de componentes individuales frente a los métodos generales utilizados en el pasado (p. ej., detector de ionización a la llama (FID), método del carbono total), cuyos resultados no pueden someterse a una evaluación toxicológica. El método FID se sigue utilizando, aunque incorporando una columna corta de separación para aislar el metano, no muy activo desde el punto de vista fotoquímico, y para recoger los compuestos orgánicos volátiles (COV) precursores en la formación de los fotooxidantes. La frecuente necesidad de separar las mezclas complejas de compuestos orgánicos en componentes individuales hace que su medición sea verdaderamente un trabajo de cromatografía aplicada. Los métodos cromatográficos están indicados cuando los compuestos orgánicos son suficientemente estables, tanto desde el punto de vista térmico como químico. Para la detección de los materiales orgánicos con grupos funcionales reactivos, se siguen utilizando los métodos basados en las características físicas de los 55. CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA 55.1718 Tabla 55.7 Métodos cromatográficos más habituales para la determinación de compuestos orgánicos contaminantes de la atmósfera y ejemplos de su aplicación. Grupo de materiales Rango de concentración Muestreo y preparación Etapa analítica final Hidrocarburos C 1 C 9 µg/m 3 Ratón de gas (muestreo rápido), jeringuilla impermeable al gas, trampa refrigerante delante de la columna capilar (de enfoque), desorción térmica CG/FID Hidrocarburos con bajo punto de ebullición, hidrocarburos halogenados de alta volatilidad ng/m 3 µg/m 3 Cilindro de acero de alta calidad vaciado y pasivado (también para mediciones de aire limpio). Distribución de muestreos a través de circuitos de gas, trampa refrigerante, desorción térmica CG/FID/ECD/PID Compuestos orgánicos con punto de ebullición dentro del rango de C 6 -C 30 ( ºC) µg/m 3 Adsorción sobre carbono activado, (a) desorción con CS 2 (b) desorción con disolventes (c) análisis de espacio de cabeza CG/FID capilar Compuestos orgánicos con punto de ebullición entre 20 y 300 ºC ng/m 3 µg/m 3 Adsorción sobre polímeros orgánicos (p. ej., Tenax) o tamiz molecular de carbono (carbopack), desorción térmica con trampa refrigerante delante de la columna capilar (de enfoque) o extracción con disolvente CG/FID/ECD/MS capilar Modificación para compuestos con bajo punto de ebullición (a partir de 120 ºC) ng/m 3 µg/m 3 Adsorción sobre polímeros refrigerados (p. ej., tubo de termogradiente), refrigerado a 120 ºC, utilización de carbopack CG/FID/ECD/MS capilar Compuestos orgánicos con alto punto de ebullición adheridos parcialmente a partículas (esp. PAH, PCB, PCDD/PCDF), alto volumen de muestreo fg/m 3 ng/m 3 Muestreo en filtros (p. ej., dispositivo reducido de filtro o muestreador de alto volumen) con cartuchos de poliuretano para la fracción gaseosa, desorción con disolvente del filtro y del poliuretano, varias etapas de purificación y preliminares, para PAH también sublimación CG-GCMS capilar (PCDD/PCDF), CG-FID capilar o MS (PAH), detector de fluorescencia HPLC (PAH) Compuestos orgánicos con alto punto de ebullición, esp. PCDD, PCDF, PBDD, PBDF, bajo volumen de muestreo fg/m 3 ng/m 3 Adsorción sobre polímeros orgánicos (p. ej., cilindro de espuma de poliuretano) con filtros previos (p. ej., fibra de vidrio) o adsorción inorgánica. (p. ej., gel de sílice), extracción con disolventes, varias etapas de purificación y preliminares (incluida cromatografía multicolumna), derivación para clorofenoles HRCG/ECD Compuestos orgánicos con alto punto de ebullición adheridos a partículas, p. ej., componentes de aerosoles orgánicos, muestras de precipitado ng/m 3 ng µg/g aerosol pg ng/m 2 día Separación de aerosoles con filtros de fibra de vidrio (p. ej., muestreador de alto o de bajo volumen) o recogida de polvo en superficies estandarizadas, extracción con disolventes (también para precipitación del resto del agua filtrada), varias etapas de purificación y preliminares HRGC/MS HPLC (para PAH) CG = cromatografía de gases; FID = detector de ionización de llama; ECD = detector de captura de electrones; PID = detector de fotoionización. GCMS = CG/espectrometría de masas; HRGC/ACE = CG/ECD de alta resolución; HPLC = cromatografía líquida de alta resolución. grupos funcionales o en la reactividad química. Así, por ejemplo, puede citarse la utilización de aminas para convertir aldehídos en hidrazonas, que a continuación se determinan fotométricamente; la derivación con 2,4-dinitrofenilhidrazina y la separación de la 2,4-hidrazona obtenida; o la formación de colorantes azínicos con p-nitroanilina para detectar fenoles y cresoles. Entre los métodos cromatográficos más utilizados para separar estas complejas mezclas se encuentran la cromatografía de gases (GC) y la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). En lo que se refiere a la cromatografía de gases, actualmente sólo se utilizan columnas de separación de diámetros muy reducidos (aprox. 0,2 a 0,3 mm) y longitudes de aprox. 30 a 100 m, denominadas columnas capilares de alta resolución (HRGC). Para detectar los diferentes componentes a la salida de la columna de separación existen una serie de detectores como el FID ya mencionado, el ECD (detector de captura de electrones, específico para compuestos con sustitutos electrófilos como los halógenos), el PID (detector de fotoionización, especialmente sensible a los hidrocarburos aromáticos y a otros sistemas con electrones π) y el NPD (detector termoiónico específico para compuestos de nitrógeno y fósforo). La HPLC utiliza detectores especiales con cubeta de paso de flujo, cuyo diseño es similar a la de un espectrómetro UV. Especialmente eficaz, pero también más costoso, es el uso como detector de un espectrómetro de masas. En muchos casos, especialmente con mezclas desconocidas de compuestos, sólo se consigue una identificación correcta analizando el espectro de masas del compuesto orgánico. La información cualitativa del denominado tiempo de retención (tiempo que el material permanece en la columna) obtenida del cromatograma con detectores convencionales puede complementarse con una detección específica de los diferentes componentes mediante fragmentogramas de masas con alta sensibilidad de detección. Antes de realizar el análisis real debe elegirse el tipo de muestreo más adecuado. Esta elección dependerá de la volatilidad, aunque también del rango de concentración esperado, la polaridad y la estabilidad química. Además, en el caso de VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO19 compuestos no volátiles, debe elegirse entre determinar la concentración o la sedimentación. En la Tabla 55.7 se presentan los métodos habituales de vigilancia atmosférica con enriquecimiento activo y análisis cromatográfico de los compuestos orgánicos, así como ejemplos de su aplicación. Las mediciones de la precipitación de compuestos orgánicos de baja volatilidad (p. ej., dibenzodioxinas y dibenzofuranos (PCDD/PCDF) o hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) cada vez reviste mayor importancia desde el punto de vista del impacto ambiental. Puesto que los alimentos son la principal fuente de ingesta humana, las partículas en suspensión en el aire que se depositan en las plantas destinadas al consumo humano tienen un gran interés, aunque parece ser que la transferencia de material por sedimentación de partículas es menos importante que la precipitación seca de compuestos casi gaseosos. Para medir la precipitación total se utilizan equipos normalizados para precipitación de polvo (p. ej., método Bergerhoff), que han sido ligeramente modificados para oscurecerlos como protección frente a la luz intensa. Con el fin de optimizar los métodos de muestreo para compuestos orgánicos, en la actualidad se están investigando de forma sistemática algunos problemas técnicos importantes, como la resuspensión de partículas ya separadas, la evaporación o la posible descomposición fotolítica. Investigaciones olfatométricas Las investigaciones de inmisiones olfatométricas se utilizan para cuantificar olores desagradables denunciados y determinar la contaminación basal en los procedimientos de concesión de licencias. Estas investigaciones sirven fundamentalmente para determinar si olores existentes o potenciales deben clasificarse como significativos. En principio, pueden diferenciarse tres enfoques metodológicos: medición de la concentración emitida (número de unidades de olor) mediante olfatómetro y modelos de dispersión; medición de componentes individuales (p. ej., NH 3 ) o mezclas de compuestos (p. ej., cromatografía de gases para gases procedentes de vertederos) con olor característico, determinación de olores mediante inspección. El primer método combina la medición de las emisiones utilizando un modelo de dispersión y realmente no puede considerarse vigilancia de la calidad atmosférica. En el tercer método se utiliza el olfato humano como detector, con una precisión bastante reducida si se compara con los métodos fisicoquímicos. Así, por ejemplo, en algunas regiones alemanas la normativa de protección ambiental incluye detalles sobre la inspección, planes de medición y análisis de los resultados. Procedimientos para mediciones preliminares (screening) En ocasiones se utilizan procedimientos simplificados para realizar estudios preliminares; por ejemplo, muestreadores pasivos, tubos de ensayo o métodos biológicos. Al contrario que los muestreadores activos (aspiración de la muestra por bombeo), en los muestreadores pasivos (por difusión) el material objeto del análisis se recoge mediante procesos de flujo libre (difusión, permeación o adsorción) en colectores sencillos (tubos o placas) y se enriquece en filtros impregnados, mallas u otros medios de adsorción. La cantidad de material enriquecido, determinada analíticamente al cabo de un tiempo de exposición prefijado, se convierte a unidades de concentración aplicando leyes físicas (p. ej., difusión) y considerando el tiempo de recogida y los parámetros geométricos del colector. Esta metodología, que procede del campo de la higiene del trabajo (muestreo personal) y hasta ahora se utilizaba para mediciones del aire en los interiores, se está utilizando cada vez más para medir la concentración de contaminantes atmosféricos (véase Brown 1993). Los tubos indicadores se utilizan a menudo para muestreos y análisis preliminares rápidos de gases. Se aspira un determinado volumen de aire a través de un tubo de vidrio en el que se ha introducido un reactivo de adsorción adecuado para los fines del ensayo. El contenido del tubo cambia de color dependiendo de la concentración del material analizado en el aire muestreado. Los tubos pequeños se utilizan a menudo para la vigilancia de puestos de trabajo o como método rápido en caso de accidentes, como incendios. Sin embargo, no se utilizan para mediciones rutinarias de la concentración de contaminantes atmosféricos por presentar unos límites de detección demasiado altos y una selectividad demasiado limitada. Existen en el mercado tubos indicadores para gran cantidad de materiales y diferentes rangos de concentración. Entre los procedimientos biológicos, dos métodos son los más utilizados para la vigilancia rutinaria. El método normalizado de exposición de líquenes determina la tasa de mortalidad del liquen durante un tiempo de exposición de 300 días. El segundo método utiliza hierba de pasto francesa y el tiempo de exposición es de 14 ± 1 días. A continuación se determina su crecimiento. Ambos procedimientos sirven como determinaciones generales de los efectos de las diferentes concentraciones de contaminantes atmosféricos. Redes de vigilancia de la calidad atmosférica En todo el mundo existen los más variados tipos de redes de vigilancia de la calidad atmosférica. En principio cabe distinguir entre redes de medición, formadas por estaciones de medición automáticas y controladas por ordenador (contenedores de medición), y redes virtuales de medición, que sólo definen los puntos de medición para diferentes tipos de contaminantes atmosféricos en un formato preconfigurado. En apartados anteriores ya se han analizado las funciones y los conceptos de las redes de medición. Redes de vigilancia continua Las redes de medición continua, basadas en estaciones automáticas, sirven fundamentalmente para vigilar la calidad atmosférica en zonas urbanas y medir contaminantes atmosféricos como dióxido de azufre (SO 2 ), polvo, monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO 2 ), monóxido de carbono (CO), ozono (O 3 ) y, en cierta medida, también la concentración total de hidrocarburos (metano libre, C n H m ) o componentes orgánicos individuales (p. ej., benceno, tolueno, xilenos). En caso necesario, también pueden determinar parámetros meteorológicos como dirección y velocidad del viento, temperatura del aire, humedad relativa, precipitación, radiación global o balance de radiación. Los equipos utilizados en las estaciones de medición constan, por lo general, de un analizador, una unidad de calibrado y unidades electrónicas de control que gestionan todo el equipo de medición y que contienen una interface normalizada para la recogida de datos. El equipo de medición, además de los valores de las mediciones, transmite mensajes de error y de su estado de funcionamiento. Cada cierto tiempo, el ordenador comprueba automáticamente el calibrado de los dispositivos. Por regla general, las estaciones de medición están conectadas, a través de líneas de datos específicas, redes telefónicas conmutadas u otros sistemas de transmisión de datos, a un ordenador (ordenador central, estación de trabajo o PC, según el sistema) en el que se introducen, procesan y visualizan los resultados de las mediciones. Los ordenadores de la red de medición y, en caso necesario, personal debidamente formado, vigilan continuamente que no se sobrepasen los valores umbral, 55. CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO VIGILANCIA DE LA CALIDAD ATMOSFERICA 55.1920 Tabla 55.8 Vigilancia sistemática de la atmósfera en la región de Renania del Norte/Westfalia (Alemania). Sistema de medición continuo Dióxido de azufre Monóxido de nitrógeno Dióxido de nitrógeno Monóxido de carbono Partículas en suspensión (SPM) Ozono Hidrocarburos Dirección del viento Velocidad del viento Temperatura atmosférica Presión atmosférica Humedad relativa Balance de radiación Precipitaciones pudiendo así detectar en cualquier momento situaciones críticas de calidad atmosférica. Este sistema es especialmente eficaz para vigilar situaciones críticas de esmog en invierno y verano (fotooxidantes) y para actualizar la información pública. Redes de medición de muestras aleatorias Para vigilar la calidad atmosférica, además de las redes de medición telemétricas, se utilizan otros sistemas (a veces parcialmente automatizados) que determinan: la precipitación de polvo y sus componentes; polvo en suspensión (SPM) y sus componentes; hidrocarburos e hidrocarburos clorados, materiales orgánicos poco volátiles (dioxinas, furanos, bifenilos policlorados). Algunas de las sustancias medidas de esta forma han sido clasificadas como cancerígenas, entre ellas los compuestos de cadmio, los PAH o el benceno. Su vigilancia reviste, por lo tanto, una especial importancia. Como ejemplo de un programa integrado, en la Tabla 55.8 se resume el método sistemático de vigilancia de la calidad atmosférica utilizado en Renania del Norte-Westfalia, una región que con 18 millones de habitantes presenta la mayor densidad de población de Alemania. CONTROL DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA CONTROL DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA Sistema de medición parcialmente automatizado Composición de SPM: Plomo Cadmio Níquel Cobre Hierro Arsénico Berilio Benzo[a]pireno Benzo[e]pireno Benzo[a]antraceno Dibenzo[a,h]antraceno Benzo[ghi]perileno Coroneno Sistema de medición discontinuo /Medición de componentes múltiples Benceno y otros hidrocarburos Hidrocarburos halogenados Sedimentación de polvo y composición del material Hollín Bifenilos policlorados Dibenzodioxinas y dibenzofuranos polihalogenados (PCDD/PCDF) John Elias Control de la contaminación atmosférica El objetivo de un sistema de control de la contaminación atmosférica es asegurar que concentraciones excesivas de contaminantes atmosféricos no alcancen receptores sensibles. Estos receptores pueden ser personas, plantas, animales u objetos. Siempre debe prestarse atención a los grupos más sensibles. Los contaminantes atmosféricos pueden ser gases, vapores, aerosoles y, en algunos casos, materiales biopeligrosos. Un sistema bien Tabla 55.9 Etapas en la selección de los controles de contaminación. Etapa 1: Definición de las emisiones. Etapa 2: Identificación de los receptores. Etapa 3: Determinación de los niveles de exposición aceptables.* Etapa 4: Selección de los controles. La primera parte consiste en determinar los materiales que se liberarán de la chimenea. Tiene que elaborarse una lista de todas las emisiones potencialmente nocivas. A continuación se estima la cantidad que se liberará de cada material. Sin esta información, el gestor no puede comenzar a diseñar el programa de control. Tienen que identificarse todos los receptores sensibles, ya sean personas, animales, plantas o materiales. En todos los casos tiene que identificarse al miembro más sensible de cada grupo (p. ej., personas asmáticas que residen en las proximidades de una planta con emisiones de isocianatos). Tiene que establecerse un nivel aceptable de exposición para el grupo de receptores más sensibles. Si el contaminante es un material con efectos acumulativos (p. ej., sustancias cancerígenas), tienen que establecerse niveles de exposición a largo plazo (anuales). Si el contaminante presenta efectos a corto plazo (p. ej., sustancias irritantes o sensibilizantes), tiene que establecerse un nivel de exposición a corto plazo o tal vez un nivel de exposición pico**. En la etapa 1 se identifican las emisiones y en la etapa 3 se determinan los niveles de exposición aceptables. En esta cuarta etapa se comprueba que ninguno de los contaminantes sobrepasa el nivel aceptable. De lo contrario, tendrán que añadirse controles adicionales y volver a comprobar los niveles de exposición. Este proceso se repite hasta que todas las exposiciones se encuentren al nivel o por debajo del nivel aceptable. Puede utilizarse un modelo de dispersión para estimar las exposiciones en plantas nuevas o para comprobar soluciones alternativas para instalaciones ya existentes. * Cuando se establecen los niveles de exposición en la etapa 3, debe tenerse en cuenta que estas exposiciones son exposiciones totales, y no sólo exposiciones en la planta. Una vez establecido el nivel aceptable, deben restarse los niveles de fondo y las contribuciones de las demás plantas para determinar la cantidad máxima que la planta en cuestión puede emitir sin sobrepasar el nivel de exposición aceptable. Si se omite esta operación y existen tres plantas que emiten cada una de ellas la cantidad máxima permitida, los receptores estarán expuestos a un nivel tres veces superior al aceptable. ** Algunos materiales, como los cancerígenos, carecen de un umbral por debajo del cual no producen efectos nocivos. Por lo tanto, siempre que se permita que una parte de este material se libere al entorno, existirá un riesgo para las poblaciones receptoras. Con estos materiales no puede definirse un nivel sin efecto (salvo el nivel cero), pero como es necesario fijar un nivel aceptable de riesgo, éste se establece, por lo general, dentro del rango de 1 víctima por cada personas expuestas. diseñado evitará la exposición de un receptor a una concentración nociva de contaminantes. La mayoría de los sistemas de control de la contaminación atmosférica combinan distintas técnicas de control, normalmente tanto de tipo tecnológico como administrativo. Para fuentes de mayor volumen o complejidad puede utilizarse más de un tipo de control tecnológico. La selección de los controles debe realizarse en función del problema que debe resolverse y teniendo en cuenta los aspectos siguientes: qué se emite y cuál es su concentración; cuál es el grupo receptor y cuál es el receptor más sensible; cuáles son los niveles permisibles de exposición de corta duración; cuáles son los niveles permisibles de exposición de larga duración, CONTROL DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO Mostrar más
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