MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE. Expositor: JAIME PARADA IBAÑEZ

Transcripción

1 MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE Expositor: JAIME PARADA IBAÑEZ

2 Motivación Conocer las diferentes técnicas de monitoreo y sus aplicaciones Nociones de diseño de redes de monitoreo

3 Monitoreo de Gases y Material Particulado

4 ANTECEDENTES GENERALES MONITOREO ATMOSFÉRICO Se define como monitoreo atmosférico a todas las metodologías diseñadas para muestrear, analizar y procesar en forma continua las concentraciones de sustancias o de contaminantes presentes en el aire en un lugar establecido y durante un tiempo determinado.

5 Objetivos del monitoreo (para qué) Establecer Establecer Determinar bases científicas para políticas de desarrollo. Determinar Estimar la congruencia con las normas y los criterios legales. Estimar Informar los efectos en la población y en el ambiente. Informar Proporcionar al público acerca de la calidad del aire. Llevar a cabo Proporcionar información de fuentes y riesgos de contaminación. Llevar a cabo evaluaciones de tendencias a largo plazo. Medir Estudiar Medir los efectos de las medidas de control en la calidad del aire. Estudiar Calibrar las y evaluar reacciones químicas de los contaminantes en la atmósfera. Calibrar y evaluar modelos de dispersión de contaminantes en la atmósfera.

6 ESCALAS DE MONITOREO (Definición de acuerdo a US EPA) Microescala Escala Media Define las concentraciones en volúmenes de aire asociados con dimensiones de área de algunos metros hasta 100 metros. Esta escala podría Define Escala tipificar las Local concentraciones áreas o como Vecinal calles típicas encajonadas de áreas que del pueden centro comprender la ciudad y corredores dimensiones de desde alto tráfico. 100 m hasta 0.5 Km. Esta escala puede caracterizar áreas Escala Define como las Urbana concentraciones estacionamientos, en calles un área peatonales con uso de de suelo los centros relativamente comerciales, uniforme cuyas estadios, dimensiones edificios abarcan de oficinas, desde calles 0.5 a 4 sin Km. pavimentar, Esta entre otros. Define Escala categoría las incluye Regional condiciones barrios de comerciales, una ciudad con industriales dimensiones y residenciales. en un rango de 4 a 50 Km. Esta escala generalmente necesita la definición de mas de un Define Escala lugar generalmente de Nacional muestreo. un y área Global rural de geografía razonablemente homogénea y se extiende desde la decena hasta cientos de kilómetros Las mediciones que corresponden a esta escala representan concentraciones características de la nación y del mundo como un todo

7 ESTRATEGIA DE MONITOREO Definición de Objetivos Definición de parámetros ambientales Definición Contaminantes de número a medir y sitios de muestreo Parámetros meteorológicos Determinación Localización de de tiempos sitios de de muestreo Densidad o número de puntos de muestreo Selección Duración de equipos del programa de muestreo y técnicas de análisis Requerimientos Frecuencia de muestreos del sitio de muestreo Muestreadores pasivos Tiempos de toma de muestras Muestreadores activos Monitores automáticos Sensores remotos Bioindicadores

8 TIPOS DE MONITOREOS

9 MUESTREADORES PASIVOS Funcionamiento Los muestreadores pasivos colectan un contaminante específico por Ventajas y Desventajas medio de su adsorción y absorción en un sustrato químico Simple y de bajo costo, permite extender muchas unidades para seleccionado. Técnicas Después de su exposición por un apropiado período proveer información en cuanto a la distribución espacial de los de Existen muestreo, varias que técnicas varía desde muestreos un par de pasivos horas disponibles hasta un mes, o en la contaminantes. muestra Usos Sin embargo el tiempo de resolución de esta desarrollo se para regresa los al principales laboratorio, contaminantes donde se realiza urbanos, la desorción entre las del técnica es limitado. contaminante Existen dos usos que se incluyen y después claramente las NO2, se le diferenciados: SO2, analiza NH3,VOC s, cuantitativamente. y O3. En puntos fijos de muestreo, para monitorear calidad de aire, especialmente para estudios de fondo y muestreos de amplia cobertura espacial Exposición personal y estudios epidemiológicos (la gente los puede llevar puestos)

10 Muestreadores Pasivos

11 Muestreadores Pasivos Tubos pasivos para SO2, NOx, O3

12 MUESTREADORES ACTIVOS Funcionamiento Estos equipos requieren energía eléctrica para bombear el aire a Tipos muestrear a través de un medio de colección físico o químico. Los muestreadores activos más utilizados actualmente son los Otros tipos burbujeadores acidimétricos para SO2, el método de filtración para También existen técnicas de muestreos activos disponibles para la PST Para de la la investigación OECD y el método de aerosoles gravimétrico de Altos Volúmenes mayoría de los contaminantes gaseosos, como el método de Gries- (High Vol.) para partículas totales y fracción respirable de la EPA. Saltzman En especial para los aerosoles NO2 y el método secundarios, NBKI (Neutral y gases Buffered ácidos Potassium se están Ventajas Iodide, usando Solución filtros empacados amortiguadora y sistemas neutra Denuder. de yoduro de potasio) para Estos muestreadores son relativamente fáciles de operar, confiables O3, sin embargo la mayoría de estas técnicas han sido reemplazadas y han proporcionado la base de datos de mediciones en la mayor por analizadores automáticos. parte del mundo.

13 Muestreadores Activos Tubo indicador Tubos adsorbentes Bolsa Plástica Burbujeadores Muestreadores portátiles para gases y vapores

14 Muestreadores Activos Muestreador de alto volumen para PTS y PM10 Cabezal Impactador Cabezal Ciclónico

15 Muestreadores Activos Dicótomo

16 Muestreadores Activos Minivol

17 Muestreadores Activos Impactador Harvard

18 Muestreadores Activos Partisol

19 Muestreadores Activos Especiación química

20 Muestreadores Activos Denuders

21 ANALIZADORES O MONITORES AUTOMÁTICOS Funcionamiento Estos instrumentos se basan en propiedades físicas o químicas del elemento que va a ser detectado continuamente, utilizando métodos optoelectrónicos. El aire muestreado entra en una cámara de reacción donde, ya sea por una propiedad óptica del gas que pueda medirse directamente o por una reacción química que produzca quimiluminiscencia o luz fluorescente, se mide esta luz por medio de un detector que produce una señal eléctrica proporcional a la concentración del contaminante muestreado.

22 ANALIZADORES O MONITORES AUTOMÁTICOS Funcionamiento Ventajas Equipos de alto costo. Pueden ser más susceptibles a problemas técnicos en comparación con los muestreadores, cuando no se cuenta con los programas de mantenimiento adecuados y con personal técnico calificado, ya que requieren de técnicos especializados para la operación rutinaria de los equipos y de métodos más sofisticados de aseguramiento y control de calidad. Estos monitores automáticos producen gran cantidad de datos que usualmente necesitan de sistemas telemétricos para su recopilación y computadoras para su subsecuente procesamiento y análisis.

23 ANALIZADORES O MONITORES AUTOMÁTICOS Funcionamiento Ventajas Localización Es muy común en las redes de monitoreo el uso de monitores automáticos junto con muestreadores activos y pasivos

24 MONITORES AUTOMÁTICOS Para gases criterio Monitor de Ozono por absorción UV Monitor de SO2 por fluorescencia UV Monitor de CO por correlación IR Monitor de NO, NO2, NOx por quimiluminiscencia Monitor de HCT (CH4 y HNM) por ionización de flama Estación móvil Estación Calidad de Aire en Talagante

25 MONITORES AUTOMÁTICOS M=Ko/f 2 TEOM para PM10, PM2.5 y PM1.0 ACCU Elemento balanza

26 MONITORES AUTOMÁTICOS Monitor atenuación B, PM10 y PM2.5

27 MONITORES AUTOMÁTICOS TEOM y nephelómetro topaz, en CENMA

28 MONITORES REMOTOS Ventajas Estos equipos pueden proporcionar mediciones integradas de multicomponentes a lo largo de una trayectoria específica en la atmósfera (normalmente mayor a 100 m.). Incluso proporcionar mapas tridimensionales detallados de concentraciones de contaminantes dentro de un área por un período de tiempo limitado.

29 MONITORES REMOTOS Ventajas Utilización Algunos de estos monitoreos remotos se han llevado a cabo por medio de instrumentos montados en aviones o en satélites, cuyos métodos incluyen el uso de correlaciones espectrométricas, el reflejo de la luz solar en las partículas de los aerosoles, absorción infrarroja y emisión espectroscópica, láser de color y de inducción infrarroja fluorescente y la aplicación de técnicas astronómicas.

30 MONITORES REMOTOS Ventajas Estos equipos pueden proporcionar mediciones integradas de Utilización multicomponentes a lo largo de una trayectoria específica en la Algunos atmósfera de (normalmente estos monitoreos mayor remotos a 100 se m.). han Incluso llevado proporcionar a cabo por mapas Aplicaciones medio de tridimensionales instrumentos montados detallados en aviones de concentraciones o satélites, cuyos de métodos contaminantes Las aplicaciones incluyen dentro el son uso de muy de un correlaciones área especializadas por un período espectrométricas, y de particularmente tiempo limitado. el reflejo se de utilizan la luz para solar investigaciones en las partículas cerca de los de aerosoles, las fuentes absorción de emisión, infrarroja en las y plumas emisión de espectroscópica, las chimeneas láser y de para color mediciones y de inducción verticales infrarroja de fluorescente contaminantes y la gaseosos aplicación y aerosoles de técnicas en la astronómicas. atmósfera.

31 MONITORES REMOTOS Ventajas Estos equipos pueden proporcionar mediciones integradas de Utilización multicomponentes a lo largo de una trayectoria específica en la Algunos atmósfera de (normalmente estos monitoreos mayor remotos a 100 se m.). han Incluso llevado proporcionar a cabo por mapas Aplicaciones medio de tridimensionales instrumentos montados detallados en aviones de concentraciones o satélites, cuyos de métodos contaminantes Las aplicaciones incluyen dentro el son uso de muy de un correlaciones área especializadas por un período espectrométricas, y de particularmente tiempo limitado. el reflejo se Desventajas de utilizan la luz para solar investigaciones en las partículas cerca de los de aerosoles, las fuentes absorción de emisión, infrarroja en las y plumas Son emisión instrumentos de espectroscópica, las chimeneas muy caros láser y de y para color extremadamente mediciones y de inducción verticales complejos, infrarroja de y fluorescente contaminantes presentan además y la gaseosos aplicación dificultades y aerosoles de técnicas con la en validación la astronómicas. atmósfera. de sus datos, niveles de confianza y calibración.

32 Monitores remotos Equipo DOAS (Diferential Optical Absorption Spectroscopy

33 Monitores remotos Mediciones desde Avión Mediciones desde base en tierra LIDAR (light detection and ranging)

34 Aplicaciones BIOINDICADORES Se utilizan bioindicadores (generalmente plantas) para estimar el efecto de Métodos los contaminantes atmosféricos. Los métodos incluyen: Limitaciones Uso de la superficie de las plantas como receptoras de contaminantes y de su Dada capacidad la complejidad para acumular de los contaminantes. problemas involucrados Requiere de análisis actualmente, laboratorio el uso de las Estimación técnicas de los biomonitoreo efectos de los se contaminantes limita a localizaciones en el metabolismo específicas, o en la particularmente información genética estudios de las plantas. de monitoreo Requiere de de ecosistemas, técnicas muy sofisticadas. proporcionando información Estimación útil de los también efectos a de niveles los contaminantes regionales. en la apariencia de las plantas. Se puede realizar en terreno por expertos y no se necesitan análisis de laboratorio. Distribución y análisis de plantas específicas como indicadores de calidad del aire, como el tipo y distribución de líquenes para estimar los efectos fitotóxicos totales de la contaminación del aire. Se puede realizar en terreno por expertos y no se necesitan análisis de laboratorio.

35 COMPARACIÓN ENTRE TÉCNICAS DE MONITOREO METODOLOGÍA VENTAJAS DESVENTAJAS INVERSIÓN U.S. DLLS Muestreadores Pasivos Muy bajo costo. Muy simples. Utiles para cribado y estudios de base No probado para algunos contaminantes. En general sólo proveen promedios semanales y mensuales. Requieren análisis de laboratorio. $ 2-4 por muestra Muestreadores Activos Bajo costo. Fáciles de operar. Confiables en: operación y funcionamiento. Historia de bases de datos. Proporciona concentraciones pico o de alerta. Trabajo intensivo. Requieren análisis de laboratorio. $ por unidad Monitores Automáticos Alto funcionamiento comprobado. Datos horarios. Información on line y bajos costos directos. Complejo. Caro. Requiere técnicos calificados. Altos costos periódicos de operación. $ por monitor. Sensores Remotos Proporcionan patrones de resolución de datos. Útiles cerca de fuentes y para mediciones verticales en la atmósfera. Mediciones de multicomponentes. Muy complejos y caros. Difíciles de operar, calibrar y validar. No son siempre comparables con los analizadores convencionales. > $ por sensor. Bioindicadores Baratos. Útiles para identificar la presencia de algunos contaminantes. Problemas en la estandarización de sus metodologías y otros inherentes a los procedimientos. Algunos requieren análisis de laboratorio. Costo Variable

36 CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN DE ESTACIONES DE MONITOREO DE CALIDAD DE AIRE Según el Centro Europeo sobre Tópicos de Calidad del Aire (European Topic Center onair Quality ETC-AQ) Estación Remota Estación estación Rural es usada para determinar los niveles de la línea de base de la contaminación atmosférica producida por las fuentes de origen natural, Estación así como estación cercana el transporte se utiliza a la ciudad de para estos realizar contaminantes monitoreos a través que determinen de la atmósfera las líneas a de grandes base a distancias. nivel regional Estas de estaciones la calidad deben del aire ser resultante ubicadas del lejos transporte de las y distribución Estación estación Urbana fuentes de emisión. de se los utiliza contaminantes para realizar y las monitoreos emisiones que de una determinen región donde las líneas están de localizadas. base a nivel regional de la calidad del aire resultante del transporte y distribución Estas Estación estaciones Industrial de los se contaminantes utilizan para y monitorear las emisiones el promedio de una región de los donde niveles están de localizadas calidad de aire las estaciones en áreas urbanas de monitoreo. (concentración Estas estaciones de la línea pueden de base localizarse urbana). Este Estas Estación áreas es estaciones de Tráfico el fuera resultado se usan de la del para ciudad, transporte monitorear que contengan de contaminantes los niveles de pueblos atmosféricos contaminación o comunidades desde del aire muy las afueras proveniente cercanas del entre área de zonas sí. urbana industriales. y desde el interior Las emisiones de la misma. industriales Sin embargo, tienen estas una Estas estaciones se utilizan para monitorear los niveles de la contaminación estaciones influencia predominante no están directamente y directa sobre influenciadas estas estaciones por fuentes (situaciones de críticas) del aire en calles con tráfico importante. Las emisiones de las fuentes emisión móviles Se dominantes deben colocar tales como tanto zonas en áreas industriales urbanas o como de alto rurales. tráfico La clasificación de tienen una influencia predominante y directa sobre estas estaciones estas estaciones es altamente dependiente de los niveles y características de (situaciones críticas). las emisiones.

37 MEDICIONES CONTINUAS DE CALIDAD DE AIRE Equipamiento de estaciones móviles

38 Equipamiento estaciones de calidad de aire Tomamuestras Gases Calibración Gen. Aire Cero 1 NO, NO2, NOx SO 2 Mástil Meteorológico Multicalibrador Gen. Aire Cero 2 CO O3 HCNM, CH4 WS, WD T, HR Datalogger Cabezal PM10 Salida gases PM10 modem Transf. Automática de datos Computador CENMA Transf. Manual de datos

39

40 Equipamiento Estaciones Móviles de Calidad de Aire Medición de Gases Criterio Monitor de Ozono por absorción UV Módulo de Calibración de Monitores de Gases Monitor de SO2 Multicalibrador por fluorescencia UV Medición Continua (dilutorde de Material gases) con Particulado generación de Ozono Monitor de CO por correlación IR menor Generador Medición Monitor a de 10 de NO, de micrones aire Parámetros NO2, ceronox por Meteorológicos quimiluminiscencia Monitor de HCT (CH4 Gases Sensor de de continuo referencia Temperatura TEOM (protocolo y HNM) EPA) por ionización de SO2, NOx, de flama Sensor CH4, CO de Humedad relativa Sensor de Velocidad de viento Sensor de dirección de viento Torre telescópica de 10 m.

41 SO2 API Monitor

42 CO API Monitor

43 NOx API Monitor

44 O3 API Monitor

45 Multicalibrador API700

46 Generador de Aire Cero

47 TEOM R&P M=Ko/f 2

48 TEOM Instalado en una caseta

49 NOCIONES BÁSICAS PARA EL DISEÑO DE REDES

50

51

52

53 UTILIDAD DE LAS METODOLOGÍAS PARA EL MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AIRE OBJETIVOS Vigilar el cumplimiento de los valores límite de calidad de aire. DE ACUERDO CON EL OBJETIVO ESTABLECIDO Muestreadores Pasivos Muestreadores Activos METODOLOGIAS Monitores Automáticos Sensores Remotos Bioindicadores Implementación de planes de contingencia Alertas ambientales: vigilancia de valores máximos Investigación del transporte de contaminantes atmosféricos Barrido de contaminantes en una trayectoria. 2 3 Rastreo de tendencias temporales de calidad de aire Medición del impacto de las medidas de control en la calidad de aire Calibración y evaluación de modelos de dispersión Monitoreo Kerbside (en banqueta) Efectos de la contaminanción atmosférica global. Inventario de efectos Estudios de Salud Pública Medición de concentraciones de fondo Monitoreos en fuentes fijas Monitoreo perimetral a industrias riesgosas Nota: Los valores del 1 al 3 indican la utilidad de metodología. Correspondiendo el número 3 a la tecnología más recomendada para cumplir con el objetivo. La ausencia de valor implica que esta tecnología no es recomendable para cumplir con el objetivo establecido.

54 LOCALIZACIÓN DE ESTACIONES Criterios Recomendados para la Ubicación de Estaciones de Monitoreo Atmosférico Estación de Exposición de Peatones en el centro de la Ciudad Localizar Estación la de estación Exposición en el centro de Fondo del distrito en el centro comercial de y la de Ciudad negocios de un área urbana, en una calle congestionada del centro y rodeada de edificios (tipo Localizar Estación cañón); la de estación con Exposición n en peatones el centro de la y del Población un distrito tráfico vehicular comercial en un Área promedio y de Residencial negocios que deberá un exceder área urbana, los 10 alejada mil vehículos/ de cualquier día, calle con velocidades principal. Específicamente, promedio inferiores ninguna a los 15 calle Localizar Estación mph. con La un la Meteorológica estación tráfico toma del promedio en el punto monitor de diario deberá Mesoescala medio que de localizarse exceda un área los suburbana a vehículos/día o residencial, m de la orilla podrá de la banqueta estar pero no a menos el centro a una de altura 100 de de m su 3 de distrito + la 0.5 estación comercial. m. de monitoreo. La estación Ubicaciones no deberá estar típicas a podrán menos Localizar Estación de ser la de 100 parques, estación Fondo m de cualquier en No centros el Urbana área comerciales calle urbana que a tenga una de altura tiendas un volumen apropiada departamentales, para tráfico obtener que o espacios exceda datos meteorológicos 500 abiertos vehículos/día. que y no de calidad tengan La toma del tráfico. del aire monitor a diferentes La toma deberá alturas. del colocarse monitor El propósito deberá a una colocarse altura de Localizar Estación esta de 3 estación la a para + una 0.5 estación altura m. Estudios en de determinar un 3 + Especializados área no 0.5 m. tendencias urbana, de remota, y Fuentes datos que meteorológicos no tenga tráfico a diferentes vehicular ni alturas. actividad Ubicaciones industrial. El típicas propósito son de edificios esta estación altos es y monitorear torres de radiodifusión. para Localizar análisis la estación de Deberán tendencias, muy cerca especificarse para de apreciar la fuente cuidadosamente la de no contaminación degradación en con los datos, y estudios estudio. la altura de geográficos El propósito la toma del a de muestra gran este escala. tipo de estación junto con La el altura es tipo determinar ubicación la toma el de impacto la muestra en estación. deberá la calidad ser especificada. del aire de una fuente de emisiones en particular, en ubicaciones específicas. La toma del monitor deberá colocarse a una altura de m a menos que se requieran consideraciones especiales.

55 FACTORES Y RECOMENDACIONES PARA LA SELECCIÓN DE UN EQUIPO AUTOMÁTICO DE MONITOREO

56 Etapas de un Plan de Aseguramiento de Calidad

57 Validación de la información

58 Validación de la información Etapas Eliminar datos física y espacialmente inconsistentes (valores escapados o erróneos) Nivel 0 Nivel 1 Verificar la generación de datos (calibraciones, chequeos, mantención, etc) Verificar consistencia interna, con la serie de datos (desplegar información) Verificar consistencia temporal y espacial, comparar con series históricas, con otros lugares, correlacionar con otras variables. Evaluar la información de acuerdo a los criterios de interpretación y uso de esta Nivel 2 Nivel 3