Modelos de receptor - Docentes - Universidad Nacional de Colombia

Modelos de receptor
Néstor Y. Rojas
VII CONGRESO COLOMBIANO DE METEOROLOGÍA
Y CONFERENCIA INTERNACIONAL CAMBIO
CLIMÁTICO, RECURSOS NATURALES Y
DESARROLLO SOSTENIBLE
Quibdó, Marzo 11 al 14 de 2008
Estudios de calidad del aire en
la U.N. sede Bogotá
• Grupo de Investigación en Contaminación
atmosférica ANKI
– Caracterización de contaminantes.
– Modelos de calidad del aire.
– Políticas de calidad del aire y salud pública.
• Posgrado en Meteorología.
• Maestría en Toxicología.
• Ing. Mecánica, Biología, IDEA, entre otros.
Vinculación de Ing. Química y
Ambiental
• Composición química y mutagenicidad de
partículas emitidas por combustión de diesel y
biodiesel.
• Modelos de receptor para determinación de
contribución de fuentes a material particulado.
• Catalizadores para oxidación de partículas
emitidas por motores diesel.
• Exposición de policías de tránsito a material
particulado y relación con metabolitos en orina.
Proyectos de extensión
• IDEAM: Acreditación de mediciones de
emisiones de chimenea.
• SDA: Estandarización de las mediciones
de opacidad de humos emitidos por
motores diesel.
Trabajo interuniversitario
• Grupo Calidad del Aire
– Participantes
•
•
•
•
Universidad Nacional
Universidad de Los Andes
Universidad de La Salle
Pontificia Universidad Javeriana
– Actividades
• I Congreso Colombiano de Calidad del Aire y
Salud Pública – Marzo de 2007
• Proyecto “Transporte – Aire – Salud y Calidad de
vida”
http://www.ing.unal.edu.co/eventos/casap2006/
Estudio comparativo de los
efectos de dos sistemas de
transporte en calidad del aire,
salud respiratoria, actividad física
y calidad de vida en niños en la
ciudad de Bogotá
Modelos de receptor
Néstor Y. Rojas, PhD
Profesor Asociado
Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá
Tel. 3165000 Ext. 14304
e-mail: nyrojasr@unal.edu.co
Contaminantes del aire y la
atmósfera
Escala global:
• Interés: equilibrio de
ecosistemas
– Calentamiento global por
gases de efecto
invernadero
•
•
•
•
CO2
Metano
CFCs
Otros
– Destrucción de la capa de
ozono
• CFCs
• HCFCs
• Otros
– Lluvia ácida
– Otros
Escala local/regional:
• Interés: Salud y bienestar
de la población
– Regulados
•
•
•
•
•
•
PM10
Ozono (O3)
Óxidos de nitrógeno (NOx)
Óxidos de azufre (SOx)
Hidrocarburos (HC) o VOCs
Monóxido de carbono (CO)
– No regulados
• Hidrocarburos aromáticos
policíclicos (PAHs)
• Benceno, Tolueno, Xileno
Problemas identificados en Bogotá
• Material particulado (PM10) y ozono (O3)
son los contaminantes que exceden las
normas un mayor número de veces.
• Las más altas concentraciones de PM10 se
han medido en las estaciones de Puente
Aranda, Kennedy y Fontibón.
¿Qué se conoce?
• Inventarios de emisiones.
– Fuentes fijas 60% del PM10
– Fuentes móviles 40% del PM10
• Algunos estudios epidemiológicos.
– Incremento en atención hospitalaria con el aumento
en PM10.
• Algunos estudios de exposición a
contaminantes.
– Altas concentraciones de PM10 cerca de las vías.
Tomado de: Russell, T. Who’s Doing What to Whom and what it is doing to us:
Identifying and Quantifying Sources of Air Pollution and Their Impacts on Health.
En: I Congreso Colombiano de Calidad del Aire y Salud Pública.
¿Qué falta por conocer?
• ¿Cómo impactan las fuentes a la salud?
– Pasar de impacto de contaminante, al impacto de
cada fuente (responsabilidad).
• Aporte de fuentes a la contaminación del aire.
– Con fines de gestión y control.
– Con fines de evaluación del impacto sobre la salud.
• Relaciones complejas entre fuentes y
contaminación del aire.
Material particulado
• Partículas sólidas y líquidas suspendidas
en el aire.
• Composición química muy compleja.
• Diversidad de tamaños.
• Múltiples fuentes.
Reacciones químicas en fase gaseosa
Vapores calientes
Gases de baja volatilidad
Condensación y formación
de núcleos
Condensación
Núcleos de condensación
Coagulación
Partículas
Primarias
de combustión
Droplets
Aglomerados
Coagulación
Polvo resuspendido
+
Emisiones
+
Aerosol marino
+
Erupciones de Volcanes
+
Partículas de plantas
Activación
Coagulación
0.001
0.01
Precipitación
húmeda
0.1
Sedimentación
1
10
Particle Diameter ( µm)
Moda
Nucleación
Moda
Aitken
Moda
Acumulación
Partículas
gruesas
100
¿Qué se requiere?
• Caracterización del material particulado.
– Composición química.
– Distribución de tamaño.
• Utilización de modelos de contribución de
fuentes.
– Modelos de receptor.
– Complemento con modelos de dispersión.
Tomado de: Russell, T. Who’s Doing What to Whom and what it is doing to us:
Identifying and Quantifying Sources of Air Pollution and Their Impacts on Health.
En: I Congreso Colombiano de Calidad del Aire y Salud Pública.
Tomado de: Russell, T. Who’s Doing What to Whom and what it is doing to us:
Identifying and Quantifying Sources of Air Pollution and Their Impacts on Health.
En: I Congreso Colombiano de Calidad del Aire y Salud Pública.
Aplicación del modelo
Aplicación del modelo
Muestreo
• Equipos de “alto volumen”:
– 1 m3/min.
– Gran cantidad de masa recolectada.
– Facilitan análisis químico cuando existe una
extracción involucrada.
• Equipos de “bajo volumen”
– 10-20 L/min.
– Técnicas adaptadas a cantidades limitadas de masa
recolectada.
– Técnicas que no involucran extracción.
Análisis químico
• Carbón orgánico y elemental:
– Thermal Optical Transmittance (TOT)
– Thermal Optical Reflectance (TOR)
• Metales:
– ICP-MS: Involucra extracción.
– EDXRF: No involucra extracción. Recomendación:
Filtros de teflón.
• Iones (nitratos, sulfatos, amonio, etc):
– Cromatografía iónica. Involucra extracción.
Recomendación: Filtros de teflón o nylon.
Modelo de receptor: análisis
• Si se conocen los perfiles químicos de las
fuentes:
– CMB (Balance químico de masas)
• Si no se conocen los perfiles químicos de
las fuentes:
– UNMIX
– PMF (Positive Matrix Factorization)
– Otros
Adaptado de: Chow, J y Watson, J. Receptor models. En: Air quality modeling.
Envirocomp Institute and A&WMA, 2005.
Tomado de: Russell, T. Who’s Doing What to Whom and what it is doing to us:
Identifying and Quantifying Sources of Air Pollution and Their Impacts on Health.
En: I Congreso Colombiano de Calidad del Aire y Salud Pública.
Uso de los resultados
• Priorización de control a las fuentes.
• Identificación de cómo las fuentes (no los
contaminantes) afectan la salud.
• Complemento con modelos de dispersión.
Experiencias en EEUU
• Modelos de receptor y de dispersión
utilizados para gestión de calidad del aire.
• Al utilizarlos para vincular las fuentes a los
efectos sobre la salud, los efectos más
importantes sobre la salud han sido
asociados a:
– Emisiones de motores diesel.
– Partículas secundarias formadas por
compuestos orgánicos.*
* Russell, T. Who’s Doing What to Whom and what it is doing to us:
Identifying and Quantifying Sources of Air Pollution and Their Impacts on
Health. En: I Congreso Colombiano de Calidad del Aire y Salud Pública.
Experiencias en Colombia
• Medellín
– Modelo para PST. 2006.
• Bogotá
– U. de Los Andes – SDA. PM10 y PM2.5. En
curso.
– UN – Colciencias. PM10. En curso.
• Otras ciudades
– U. de la Salle - MAVDT. PM10. En curso.
Modelos de receptor
Néstor Y. Rojas, PhD
Profesor Asociado
Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá
Tel. 3165000 Ext. 14304
e-mail: nyrojasr@unal.edu.co