Contaminación del aire en la Región Tula-Tepeji, Hidalgo Dr. Carlos A. Lucho Constantino Universidad Politécnica de Pachuca [email protected] Contenido Antecedentes Inventario de Emisiones del 2002 Diagnóstico de la calidad del aire de la Región Tula-Tepeji Evaluación de la composición elemental en PM10 en el municipio de Tlaxcoapan Región Tula-Tepeji Región de Estudio Distribución de las emisiones industriales por municipio en la Región Tula-Tepeji [455,000 Toneladas/año] Fuente: Inventario de emisiones del 2002. SEMARNAT y COEDE, 2006. Redes de Monitoreo: Región TulaTepeji O3, SO2 NO2 CO. 2006-2008 Datos COEDE 2004-2008 PST, PM10 Datos COEDE 2007-2008 PM10 METALES Datos UPP Fuentes de Área, 1.40% Fuentes Naturales, 0.60% Principales Fuentes de Emisión Fuentes Móviles, 15% Industria del Petróleo y Petroquímica Generación de Energía Eléctrica Industria del Cemento y la Cal Fuentes Puntuales, 83% Contribución Porcentual por Fuente HC 1 44 31 24 88 NOx 11 8 CO 89 1 3 100 SO2 97 PM10 0% 10% 20% Fuentes Puntuales Fuente: Inventario de emisiones del 2002 (SEMARNAT y COEDE, 2006) 30% 40% 50% Fuentes Móviles 12 60% 70% Fuentes de Área 80% 90% 100% Fuentes Naturales Contenido Antecedentes Inventario de Emisiones del 2002 Diagnóstico de la calidad del aire de la Región Tula-Tepeji 2004-2007 Evaluación de la composición elemental en PM10 en el municipio de Tlaxcoapan Redes de Monitoreo: Región Tula-Tepeji Datos COEDE O3 SO2 NO2 CO 2006-2007 Datos COEDE PST, PM10 2004-2007 Red Fija Ubicación: Oficinas Regionales del COEDE en Tula de Allende, Hgo. Datos de abril a diciembre de 2006 y de enero a agosto de 2007, por cada minuto. Contaminante: O3,NO2, SO2, CO. Primeros resultados: abr-dic 2006 Max. Prom. O3 NO2 SO2 0.499 0.029 ppm 0.407 0.499 0.033 0.018 CO 29.000 0.333 ene-agost 2007 Max. Prom. O3 NO2 SO2 0.240 0.046 ppm 0.500 0.477 0.040 0.015 Ubicación: Hospital Regional Tula-Tepeji Datos del 11 de julio de 2007 al 21 de agosto de 2007, cada 30 minutos. Contaminante: O3, SO2, CO. CO 45.000 5.750 Red Manual: PST y PM10 (Alto volumen) Comportamiento de contaminantes criterio (O3, NO2, SO2, PM10) OZONO, O3 0.55 0.55 Media 25%-75% Min-Max Atípicos 0.44 Media 25%-75% Min-Max Atípicos 0.44 NOM = 0.11 ppm 0.33 0.22 0.22 0.11 0.11 Ozono, ppm 0.33 0.00 0.00 6 7 8 9 10 Junio-Diciembre de 2006 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 Enero-Agosto de 2007 SERIES DE TIEMPO DEL PROMEDIO MENSUAL DE LAS CONCENTRACIONES ATMOSFÉRICAS DE O3, 2006-2007 OZONO, O3 100% 90% 80% 70% OZONO 60% IMECA 0-50 51-100 101-150 151-200 >200 Total 50% 40% 30% 20% 10% 2006 0-50 51-100 101-150 2007 151-200 O G A L JU N JU Y A M R B A R A M FEB EN IC D V O N CT O SEP O G A L JU N JU 0% JUN JUL AGO 4 13 8 11 12 12 3 2 6 2 3 2 2 22 27 31 2006 2007 SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO 7 10 5 7 4 3 1 2 4 7 11 15 18 17 22 29 18 25 26 26 14 4 7 4 5 9 3 2 4 2 3 3 1 2 5 1 2 1 1 2 3 1 1 2 22 30 30 31 31 28 31 26 26 30 31 23 >200 PORCENTAJE MENSUAL EN QUE LOS VALORES MÁXIMOS DIARIOS DE O3 EXCEDEN LOS LÍMITES IMECA 100 A >200, DURANTE 2006-2007 NÚMERO DE DÍAS POR MES EN QUE LOS VALORES MÁXIMOS DIARIOS DE O3 EXCEDEN LOS LÍMITES IMECA 100 A >200, DURANTE 2006-2007 DIÓXIDO DE NITRÓGENO, NO2 0.27 0.27 Media 25%-75% Min-Max Atípicos Media 0.24 0.24 0.21 0.21 0.18 0.18 25%-75% Min-Max Atípicos NOM = 0.21 ppm 2 , ppm NO 0.15 0.15 0.12 0.12 0.09 0.09 0.06 0.06 0.03 0.03 0.00 0.00 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 Junio-Diciembre de 2006 Enero-Agosto de 2007 SERIES DE TIEMPO DEL PROMEDIO MENSUAL DE LAS CONCENTRACIONES ATMOSFÉRICAS DE NO2, 2006-2007 DIÓXIDO DE NITRÓGENO, NO2 100% 90% 80% 70% DIÓXIDO DE NITRÓGENO 60% IMECA 0-50 51-100 101-150 151-200 >200 Total 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2006 2007 JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO 20 26 31 22 30 30 29 29 27 28 26 24 28 31 24 2 1 1 2 1 3 2 2 1 22 27 31 22 30 30 31 31 28 31 26 26 JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO 2006 0-50 2007 51-100 101-150 151-200 >200 PORCENTAJE MENSUAL EN QUE LOS VALORES MÁXIMOS DIARIOS DE NO2 EXCEDEN LOS LÍMITES IMECA 100 A >200, DURANTE 2006-2007 NÚMERO DE DÍAS POR MES EN QUE LOS VALORES MÁXIMOS DIARIOS DE NO2 EXCEDEN LOS LÍMITES IMECA 100 A >200, DURANTE 2006-2007 30 31 24 DIÓXIDO DE AZUFRE, SO2 0.52 0.52 Media 0.39 25%-75% Min-Max Atípicos 0.39 NOM = 0.13 ppm 2, SO ppm 0.26 0.26 0.13 0.13 0.00 0.00 6 7 8 9 10 Junio-Diciembre de 2006 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 Enero-Agosto de 2007 SERIES DE TIEMPO DEL PROMEDIO MENSUAL DE LAS CONCENTRACIONES ATMOSFÉRICAS DE SO2, 2006-2007 DIÓXIDO DE AZUFRE, SO2 100% 90% 80% 70% DIÓXIDO DE AZUFRE 60% 2006 2007 IMECA JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO 0-50 20 21 26 21 27 30 31 31 28 31 27 26 30 31 25 51-100 4 7 5 2 3 101-150 1 151-200 >200 Total 25 28 31 23 30 30 31 31 28 31 27 26 30 31 25 50% 40% 30% 20% 10% 2006 0-50 51-100 AGO L JU N JU AY M ABR AR M FEB EN DIC V O N CT O SEP AGO L JU N JU 0% 2007 101-150 151-200 >200 PORCENTAJE MENSUAL EN QUE LOS VALORES MÁXIMOS DIARIOS DE SO2 EXCEDEN LOS LÍMITES IMECA 100 A >200, DURANTE 2006-2007 NÚMERO DE DÍAS POR MES EN QUE LOS VALORES MÁXIMOS DIARIOS DE SO2 EXCEDEN LOS LÍMITES IMECA 100 A >200, DURANTE 2006-2007 PARTÍCULAS SUSPENDIDAS TOTALES, PST Promedio Mensual de PST en la Región Tula-Tepeji, 2005. Promedio Mensual de PST en la Región Tula-Tepeji, 2004. 450 Tula UTTT Tlaxcoapan Tepeji Atitalaquia Atotonilco 400 350 700 ].3 ].3 300 Tula Tlaxcoapan Tepeji Atitalaquia Atotonilco 800 600 NOM=260µ g/m3 500 250 400 200 300 150 NOM=260µ g/m3 Concentración PST [µg/m Concentración PST [µg/m 200 100 100 50 0 1 2 3 4 5 6 Meses 7 8 9 10 11 12 0 1 2 3 4 5 6 7 Meses 8 9 10 11 12 TENDENCIA HISTORICA DE PARTÍCULAS SUSPENDIDAS TOTALES, PST Promedio Mensual de PST en la Región Tula-Tepeji, 2006. 1800 300 1400 ].3 3 . Prom 1200 250 µg/m Tula Tlaxcoapan Tepeji Atitalaquia Atotonilco 1600 150 NOM anual = 75 µg/m3 Anual.PST, 1000 200 100 800 50 600 042 205 206 042 205 206 042 205 206 042 205 206 042 205 206 0 NOM=260µ g/m3 042 205 206 Concentración PST [µg/m 400 200 ATITALAQUIA ATOTONILCOTLAXCOAPAN 0 1 2 3 4 5 6 7 Meses 8 9 10 11 12 TEPEJI TULA UTTT PARTÍCULAS PM10 Promedio Mensual de PM 10 en la Región Tula-Tepeji, 2004. Promedio Mensual de PM 180 10 en la Región Tula-Tepeji, 2005. 360 Tula UTTT Tlaxcoapan Pachuca 160 140 Tula Tlaxcoapan Pachuca 300 ].3 ].3 NOM=120µ g/m3 120 240 10 [µg/m 10 [µg/m 100 180 80 NOM=120µ g/m3 60 120 20 0 1 2 3 4 5 6 7 Meses 8 9 10 11 12 Concentración PM Concentración PM 40 60 0 1 2 3 4 5 6 7 Meses 8 9 10 11 12 TENDENCIA HISTORICA DE PARTÍCULAS PM10 Promedio Mensual de PM 10 en la Región Tula-Tepeji, 2006. 60 240 NOM anual PM10 = 50 µg/m3 50 Tula Tlaxcoapan Pachuca ].3 180 40 30 10 [µg/m NOM=120µ g/m3 20 120 TLAXCOAPAN 0 1 2 3 4 5 6 7 Meses 8 9 10 11 12 PACHUCA TULA UTTT 206 205 204 206 205 204 206 205 204 Concentración PM 206 0 204 60 205 10g/3 ediAual,M Conc.Prm 10 Conclusiones Respecto al 0Z0NO, en el periodo de junio a diciembre de 2006, se rebasó la norma en 53 días, días de ellos 9 días presentaron (>200 IMECAS), TENIENDO UNA CALIDAD DEL AIRE EXTREMADAMENTE MALA. MALA Para el periodo de enero a agosto de 2007, 35 días estuvieron fuera de norma con valores IMECA > 100, con dos días en el mes de abril ( >200) y UNA CALIDAD EL AIRE EXTREMADAMENTE MALA. MALA En relación al NO2, la mayoría de los días, tanto del primero como del segundo periodo, los niveles de NO2 registraron valores en los IMECA <50, solo 16 días se tuvieron IMECAS entre 51-100, pero aún DENTRO DE LA NORMATIVIDAD. Respecto al SO2, en 2006 la mayoría de los días estuvieron por debajo de 50 IMECA, IMECA solo 21 días tuvieron valores entre 50 y 100 IMECAS, y un solo día en el mes de junio rebasó la norma con un valor IMECA de 101 a 150, calificando la calidad del aire en ese día como mala; en 2007 todos los días del periodo se tuvieron IMECAS < 50. 50 Respecto a las PST, los municipios con concentraciones por arriba de la norma, es decir mayores de 260 µg/m3 son Atitalaquia y Atotonilco de Tula, Tula principalmente, en el año 2004 y 2005. Las concentraciones de PM10, en Tula, Tlaxcoapan, UTTT y Pachuca (en 2004) y tres sitios monitoreados en 2005 (Tula, Tlaxcoapan, Pachuca) se encuentran por debajo de los 80 µg/m3 para cada uno de los meses estudiados, excepto el mes de noviembre de 2004 , los sitios de Tula de Allende, UTTT y Tlaxcoapan registraron concentraciones >120 µg/m3 (139, 126 y 160 µg/m3, respectivamente). Contenido Antecedentes Inventario de Emisiones del 2002 Diagnóstico de la calidad del aire de la Región Tula-Tepeji 2004-2007 Evaluación de la composición elemental en PM10 en el municipio de Tlaxcoapan Objetivo General Evaluar la concentración atmosférica de PM10 y elementos en el municipio de Tlaxcoapan, Hidalgo, con la finalidad de identificar las posibles fuentes de emisión de estos contaminantes. Desarrollo y ejecución de la investigación Época de lluvia Selección del sitio Época de PM10 se determinó por métodos gravimétricos Análisis de elementos en PM10 (Si, S, Cl, K, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Sr, Hg y Pb) Técnica del PIXE Análisis estadístico de los elementos asociados a PM10: estadística descriptiva y análisis de componentes principales (Rotación Varimax) estiaje Estudios particulares a las muestras obtenidas Muestreo de PM10 Materiales y métodos Análisis mediante el método del PIXE Los e- de las capas internas son expulsados. Las vacancias son ocupadas por otros electrones RESULTADOS 0 12/12/2007 05/12/2007 28/11/2007 21/11/2007 14/11/2007 07/11/2007 31/10/2007 24/10/2007 17/10/2007 10/10/2007 03/10/2007 26/09/2007 19/09/2007 120 12/09/2007 130 05/09/2007 29/08/2007 22/08/2007 15/08/2007 08/08/2007 01/08/2007 25/07/2007 18/07/2007 11/07/2007 04/07/2007 27/06/2007 3 Concentración (μg/m ) Partículas PM10 Variación espacial y temporal NOM PM10 = 120 µg m-3 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Dia FIGURA 1. SERIE DE TIEMPO DE LAS PARTÍCULAS PM10 DURANTE EL PERIODO JUNIO A DICIEMBRE, 2007 70 60 (μg/m 3) 40 Concentración PM 50 10 NOM anual PM10 = 50 µg/m3 30 20 10 0 Junio Julio Época de lluvia Agosto Septiem bre Mes Octubre Noviem bre Diciem bre Época de estiaje FIGURA 2. SERIE DE TIEMPO DEL PROMEDIO MENSUAL CONCENTRACIONES ATMOSFÉRICAS DE PM10 DURANTE 2007 DE LAS 180 140 ) NOM anual PM10 = 120 µg m-3 120 3 Concentración PM10 160 2004 2005 2006 2007 100 80 60 40 20 0 Junio Julio Época de lluvia Agosto Septiembre Mes Octubre Noviembre Diciembre Época de estiaje FIGURA 3. TENDENCIA HISTÓRICA DE SERIES DE TIEMPO DEL PROMEDIO MENSUAL DE LAS PM10 EN LA REGIÓN DE TULA - TEPEJI durante el periodo de 2004-2007 TABLA 1. CONCENTRACIONES ATMOSFÉRICAS (ng m-3) EN TLAXCOAPAN (n=21) PARA LA FRACCIÓN GRUESA (PM10). Época de lluvia (junio a agosto de 2007) Elemento Si S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Sr Hg 20 26 18 40 25 25 5 20 335 12 962 399 18 270 20 11 6 32 8 8 6 20 14 6 69 17 8 14 20 15 8 49 29 8 12 20 28 5 63 32 27 10 2 23 11 29 23 23 4 Pb -3 Filtros Media Mínimo Máximo Q1 Q3 σ 20 11537 2348 20248 2373 9554 4617 20 2162 119 5524 1267 1305 1345 Q1= 25o percentil Q3= 75o percentil σ= Desviación estándar 20 1386 266 3487 369 1019 865 20 369 13 1206 316 509 363 20 3492 477 14157 1815 477 3266 20 413 48 1992 55 115 427 20 181 41 429 42 41 138 ng m 20 130 34 380 61 50 106 20 32 20 54 37 36 9 TABLA 2. CONCENTRACIONES ATMOSFÉRICAS (ng m-3) EN TLAXCOAPAN (n=21) PARA LA FRACCIÓN GRUESA (PM10). Época de estiaje(septiembre a diciembre de 2007) Elemento Si S Cl K Ca Ti V Cr ng m Filtros Media Mínimo Máximo Q1 Q3 σ Mn Fe Ni Cu Zn Sr Hg Pb -3 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 13 7812 49 26012 4792 5731 7480 2890 513 7408 1772 3496 1687 982 55 3652 388 1290 1163 795 66 5447 210 1093 1163 6493 82 14810 2271 7866 3951 200 48 1297 48 90 313 158 41 1297 41 41 287 88 33 237 44 36 73 26 25 31 25 26 2 632 104 1398 263 779 276 20 8 52 8 44 15 20 8 77 13 28 19 28 8 76 12 48 21 27 26 29 28 26 2 24 23 31 23 23 2 18 0 120 0 30 28 Q1= 25o percentil Q3= 75o percentil σ= Desviación estándar TABLA 3. PROMEDIO DE LA MASA Y CONCENTRACIONES DE ELEMENTOS EN LA FRACCIÓN GRUESO DE TLAXCOAPAN, HIDALGO Y EL NORTE DE LA CIUDAD DE MÉXICO 41 Norte de la Ciudad de a Mˇxico 21 43(25) 42(4) Si (ng m ) 9626 (1000) 319 (59) S 2540 (242) 176 (65) nr Cl 1179 (162) 131 (62) nr K 586 (139) 106 (29) nr Ca 5029 (609) 560 (100) nr Ti 294 (65) 26 (3) V 162 (41) 3,4 (0,4) Elemento Tlaxcoapan Filtros -3 PM10 ( g m ) -3 Cr 105 (21) 6,5 (0,7) Mn 12 (2) 13 (4) Fe 488 (116) 266 (34) Ni 15 (6) 1,6 (0,4) Cu 16 (8) 6,6 (1,9) Zn (5) 21 (8) 45 (12) Pb (16) 21 (6) 14 (5) Est‡ndar primario / organismo regulador -3 gm -3 50 g m Anual/ USEPA -3 150 g m Diario/ USEPA nr nr -3 100 ng m Anual/ WHO (Machado et al., 2007) nr nr nr -3 24 ng m Anual/ USEPA -3 20 ng m Anual /Com. Europea (1999/30/CE) nr nr 1500 ng m Diario / USEPA Miranda et al., 2004. Los valores de la desviación estándar están en el paréntesis a -3 TABLA 4. ANÁLISIS FACTORIAL (ROTACIÓN VARIMAX) DE LA CONCENTRACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE LA FRACCIÓN GRUESA (PM10) EN EL ÁREA RURAL DE TLAXCOAPAN, HIDALGO. Parámetro Factor 1 Factor 2 Factor 3 Factor 4 Factor 5 Factor 6 Factor 7 Autovalores iniciales 3.31 2.97 1.81 1.77 1.71 1.53 1.52 % varianza 18.37 16.52 10.05 9.83 9.52 8.51 8.42 % Varianza acumulada 18.37 34.89 44.94 54.77 64.29 72.80 81.22 -0.16 0.24 -0.03 0.88 -0.16 0.11 0.01 -0.11 -0.03 0.11 0.69 0.26 0.23 -0.38 0.14 0.48 0.05 0.22 -0.05 0.11 -0.04 0.41 0.03 -0.14 -0.32 -0.04 -0.01 0.16 0.33 0.36 -0.13 -0.16 0.21 -0.15 -0.24 -0.43 0.73 0.27 0.47 -0.18 0.19 -0.07 Autovalores iniciales Si S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Pb 0.82 -0.03 0.31 -0.13 -0.10 0.82 0.70 0.66 -0.14 -0.01 0.09 0.20 -0.56 -0.60 -0.18 0.41 0.17 0.06 0.84 -0.08 0.18 0.26 0.22 0.65 0.23 0.65 0.44 0.33 0.03 -0.15 0.83 -0.23 0.13 0.12 0.42 -0.05 -0.24 -0.20 0.10 -0.19 -0.07 0.05 -0.05 0.54 -0.18 0.08 0.17 -0.01 0.21 -0.01 -0.04 0.50 0.10 0.02 0.26 -0.42 TABLA 5. IDENTIFICACIÓN DE FUENTES EMPLEANDO ANÁLISIS DE COMPONENTES PRINCIPALES (ACP) Parámetro F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 % varianza 18.37 16.52 10.05 9.83 9.52 8.51 8.42 % Varianza acumulada 18.37 34.89 44.94 54.77 64.29 72.80 81.22 TLAXCOAPAN Industria (Fundición metálica o Incineración) Si, Ti, V, Cr, Pb, Zn, Industria de la construcción y del cemento S, Ca, Fe, Industria /Incineración Zn, Pb, Cu, Cr Combustión de petróleo, Termoeléctrica* Cl, V Motores de vehículos S, Fe, Zn, Pb Termoeléctrica * K, Ni, Cu, Pb Industria S, Cr Industria del Cemento y la construcción, polvo del suelo S, Ca, Fe Si, Mn, Ni CONCLUSIONES La concentración promedio anual de PM10 en el municipio de Tlaxcoapan, Hidalgo, durante el periodo junio-diciembre de 2007, se mantuvo por debajo del límite máximo permisible de la NOM-025-SSA1-1993. Se identificaron 16 elementos (Si, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Sr, Hg, Pb) asociados a las PM10 empleando la técnica nuclear de emisión de Rayos X inducida por partículas (PIXE). El Si>Ca>S fueron los elementos que presentaron las concentraciones más altas en la fracción gruesa en ambas épocas de monitoreo (lluvia y estiaje). Estos elementos se encuentran asociados principalmente con fuentes de emisión de la industria de la construcción y del cemento. CONCLUSIONES El análisis factorial (rotación Varimax) de la concentración de los elementos presentes en el material partículado (PM10), permitió identificar 7 factores asociados con las fuentes de emisión de estos contaminantes: •Industria de la fundición metálica y/o incineración •Industria de la construcción y cemento, •Combustión de petróleo, •generación de energía, •motores de vehículos, •industria en general, •polvo del suelo. Agradecimiento a las siguientes personas e Instituciones Dra. Rosa Icela Beltrán Hernández I. en Biot. Georgina Martínez Reséndiz Arturo Ramírez Reyes-Estudiante de Lic. Dra. Andrea de Vizcaya Ruíz Dra. Luz María del Razo Jiménez Dra. Corina Solis Rosales MC. Valter Barrera Proyecto financiado por PROMEPUPPACH-019, 2006