Partículas suspendidas totales y contenido de nitrato, cloruro y

PARTÍCULAS SUSPENDIDAS TOTALES Y CONTENIDO DE NITRATO, CLORURO Y SULFATO
EN EL AIRE DE DOS ZONAS DE VALENCIA
MARTINEZ A., Yadira J.
Facultad de Ingeniería Universidad de Carabobo Venezuela
Resumen
En este trabajo se determinó la cantidad de partículas suspendidas totales en el aire de dos zonas de Valencia y
se realizó un estudio de los niveles de cloruro, nitrato y sulfato en las mismas; adicionalmente se determinó la
distribución de partícula en función de su tamaño para una de las zonas analizadas. Para este fin se seleccionó:
una zona urbana de gran tráfico automotor y una suburbana principalmente agrícola.
Los métodos de análisis utilizados fueron: gravimetría para la determinación de partículas suspendidas totales y
fraccionadas, electrodos selectivos para la determinación de cloruro y nitrato y turbidimetría para sulfato.
Basándose en los promedios geométricos obtenidos para las concentraciones de las partículas suspendidas
totales en el aire, las zonas en estudio se pueden catalogar como moderadamente contaminadas.
Un 45% de las partículas suspendidas presentó diámetro inferior a 1,5 µm, por lo que se recomienda realizar un
estudio de la composición química de las partículas atmosféricas, en función de su tamaño.
Abstract
This work was carried out to determine the quantity of total suspended particles in the air of two tones of
Valencia and to study of the levels of chloride, nitrate y sulfate; in; Addition analyses were made to determine
the distribution of particles by size for one of the tones analyzed. For this purpose were selected: La Candelaria
an urbane zone with a great deal of motor traffic and EL Paíto, suburbane zone principally agricultural.
The method of analysis used was gravimetry for the determination of total suspended particles and fractional,
selective electrodes for the determination of chloride and nitrato y turbidimetry for sulfate.
Based on the geometical average obtained of the concentrations of total suspended particles in the air (79,95
mg/m3; in La Candelaria y 87,04 mg/m3; in El Paíto), the tones under study can be catalogued as moderately
polluted.
45 % of the suspended particles have a diameter less than 1,5 mm, and we recommend a further study of the
chemical composition of the atmospheric particles in each size range for the zones analyzed, assuming that the
effect on health depends the size factor.
Palabras Claves: partículas, aire, nitrato, cloruro, .sulfato
INTRODUCCIÓN
La contaminación de la atmósfera comienza al introducir los contaminantes en ella. Continúa con la presencia
de los mismos en el medio gaseoso y, varía con el tiempo y las condiciones del ambiente. La emisión de
compuestos contaminantes en forma continua o temporal, conlleva a la idea de determinar la concentración de
los mismos. Para ello se emplean diferentes técnicas de muestreo, con distintos métodos de análisis químicos
según el tipo y condición de cada contaminante. La evaluación de la calidad del aire consiste en establecer en
puntos específicos, la concentración de uno o varios de los contaminantes determinados.
La emisión de contaminantes atmosféricos representa una situación de peligro real para la población y ambiente
en general, es por ello importante determinar la calidad del aire a fin de establecer cuál es el nivel de desviación
de acuerdo a lo especificado en las normas contenidas en la legislación nacional.
El presente trabajo tiene como objetivo determinar la cantidad de partículas suspendidas totales en el aire de dos
zonas de Valencia; realizar un estudio de los niveles de cloruro, nitrato y sulfato en las mismas y determinar la
distribución de partículas en función de su tamaño para una de las zonas analizadas. Para este fin se seleccionó:
La Candelaria, zona urbana de gran tráfico automotor y El Paíto, zona suburbana principalmente agrícola. Es de
resaltar que este trabajo forma parte de un proyecto global cuya finalidad es determinar la calidad del aire en la
ciudad de Valencia.
La evaluación de la calidad del aire representa hoy en día un aspecto muy importante que debe ser considerado.
Es necesario concientizar a las comunidades en pro de minimizar la emisión de los contaminantes atmosféricos
que son liberados al medio ambiente, de manera de disminuir los riesgos a la salud y favorecer la preservación
de los recursos naturales.
METODOLOGÍA
Descripción del área de estudio
El estudio se llevó a cabo en Valencia, ciudad Industrial de Venezuela ubicada a 10" N y 60" O, a una altura de
479 m aproximadamente sobre el nivel del mar y en contacto con brisas marinas. Al igual que el resto del país
presenta dos estaciones una de lluvia y otra de sequía.
Los sitios seleccionados para el muestreo fueron: La Candelaria, zona urbana, comercial y de gran tráfico
automotor y una zona en la vía a El Paíto la cual es suburbana, principalmente agrícola con algunas pequeñas
empresas a su alrededor (de herrería, maderera, de pintura y distribución de combustible). Se escogieron estas
dos zonas por presentar características diferentes entre sí, en cuanto a las actividades que pudieran originar la
contaminación de la atmósfera, además de tener la facilidad de poder montar las estaciones de muestreo en las
mismas.
Recolección de las muestras
Para la selección del sitio de muestreo se tomaron en cuenta las disposiciones de la norma Venezolana
COVENIN 2060-83.
En La Candelaria, el sitio escogido para el muestreo fue la terraza de un edificio ubicado en la esquina del
mismo nombre. Las muestras se recolectaron a una altura aproximadamente a 6 m sobre el nivel de la calle.
En la vía a El Paíto, el muestreo se realizó a 3,5 m del nivel del suelo, en el techo de una oficina en una fábrica
de pintura, cuyas emisiones se estimaron de poca influencia en los resultados, de acuerdo a evaluaciones
previas.
Las muestras fueron recolectadas durante los meses de abril, mayo y junio de 1996.
Para la recolección de las muestras de partículas suspendidas totales se utilizaron dos muestreadores de alto
volumen (HiVol Sampler, Andersen Instruments, Inc. GA 3036), descritos con detalles por Africano, 1980 y
Escalona, 1982, operados aproximadamente a 40 pies cúbicos por minuto (C.F.M.), durante períodos de 24
horas continuas.
En el equipo el aire es succionado hacia una estructura cubierta y un filtro por medio de un motor extractor que
permite que las partículas de diámetro aerodinámico menor de 60 µm puedan ser retenidas en el filtro colector.
Para la recolección de las partículas en función de su tamaño cada muestreador se equipó con un impactador en
cascada de 5 placas inyectoras, modelo 235 donde, las partículas se depositan en orden decreciente en función
de su tamaño.
Como superficie de impacto se utilizaron filtros de fibra de vidrio de dos configuraciones diferentes: los
utilizados en las etapas de fraccionamiento del impactador (SAC-230-GF)de 14,5 x 15 cm y el filtro terminal
(de igual configuración al utilizado para la recolección de las partículas suspendidas totales) modelo C305-GF
que representa la etapa de colección de las partículas más pequeñas.
Con el fin de determinar la masa del material particulado presente en cada etapa de fraccionamiento , los
sustratos de colección se pesan antes y después del muestreo utilizando una balanza analítica Mettler, Los filtros
son precondicionados en un desecador, antes de cada pesada. La misma técnica se utiliza para determinar la
masa de las P.S.T.
Análisis
Preparación de las muestras
Para la extracción de los aniones en agua se siguió el método de reflujo (Donoso y Rondón, 1996). Un octavo
de filtro se somete a reflujo con agua destilada desionizada durante 90 minutos. La solución resultante se hace
pasar a través de un filtro Whatman 541, se transfiere a un matraz volumétrico de 100m1, se afora y se guarda
en envases de polietileno en un refrigerador a fin de preservar todas sus propiedades, antes de analizarlas. El
procedimiento anterior se siguió tanto para los blancos como para los filtros expuestos, haciéndose dos
extracciones por cada filtro.
Preparación de soluciones patrones
Se prepararon soluciones madres individuales de concentración de 1000 ppm de los iones a cuantificar, y a
partir de las mismas se prepararon los patrones de trabajo.
Para la determinación de cloruro y nitrato se prepararon patrones de cloruro de sodio y nitrato de potasio
respectivamente de acuerdo a los electrodos utilizados. Estas soluciones permitieron calibrar el equipo de
medida.
En el caso del sulfato el patrón utilizado fué sulfato de sodio, la medida de las absorbancias de cada una de las
soluciones patrones permitió la construcción de una curva de calibración a partir de la cual se puede conocer la
concentración de sulfato en las diferentes muestras.
Análisis de las muestras
Método de análisis de cloruro y nitrato
El contenido de nitrato y de cloruro se determinó con electrodos selectivos, una vez cumplidos los pasos para la
preparación de las muestras y calibración del equipo.
Método de análisis para sulfato
Se utilizó el método turbidimétrico (ASTM, D 516-68), en este método, el ión sulfato es reducido a una
suspensión de sulfato de bario bajo condiciones controladas, adicionándole una solución que contiene glicerina
y cloruro de sodio, para producir la suspensión y disminuir las interferencias. Los resultados de absorbancia son
obtenidos por un Spectronic 20 a una longitud de onda de 390 mm y comparados con una curva patrón,
construida en soluciones estándar de sulfato.
RESULTADOS
Partículas suspendidas totales
La concentración de las partículas suspendidas totales se obtiene midiendo la masa de material particulado y el
volumen de aire muestreado. Los filtros se pesan con una precisión d 0.0001 g. En la tabla 1 se reportan los
promedios aritméticos y geométricos de la concentración de las partículas totales con su respectiva desviación
estándar para cada zona muestreada.
Tabla 1.
Promedio de las P.S.T. para los sitios muestreados
Niveles de cloruro, sulfato y nitrato en las partículas suspendidas totales
La concentración de los diferentes iones analizados en cada una de las muestras se calculó mediante la siguiente
ecuación (l):
donde
Cm = Concentración del ión en la muestra en agua
Cb = Concentración del ión presente en el blanco en agua
Vd = Volumen de la solución obtenida en la extracción (100 ml)
Va = Volumen del aire maestreado en mc
Fc = Factor que relaciona el área analizada respecto al área total de recolección (1/8)
En la tabla 2 se reportan los promedios de la concentración de los iones analizados en las partículas suspendidas
totales e las zonas en estudio.
Tabla.2
Concentración promedio de los iones en las zonas en estudio
Contenido de las partículas suspendidas totales en función de su tamaño
En la tabla 3 se presentan los valores promedios de las concentraciones por etapas de fraccionamiento de las
partículas suspendidas en La Candelaria. La suma del peso total de las partículas en cada etapa y en el filtro
terminal permite calcular la distribución porcentual de las partículas en el rango de tamaño considerado.
Tabla 3. Concentración promedio y distribución porcentual por etapas para las partículas suspendidas
en La Candelaria
DISCUSIÓN
La concentración de las P.S.T. evaluadas en la vía a El Paíto y La Candelaria, presentan la misma variabilidad a
lo largo de los días muestreados. Debido a que las muestras ambientales generalmente se presentan con
acumulación de los valores hacia algunos de los extremos se usa la media geométrica para representar el
comportamiento medio de los sectores. Se observa en la tabla 1 que el promedio geométrico en ambas zonas es
superior a 75 µg/ m3, valor estándar establecido por las normas venezolanas al respecto.
Las normas sobre calidad del aire y control de la contaminación atmosférica (Gaceta Oficial No 4899, 1995)
establecen la clasificación de zonas de acuerdo a los rangos de concentraciones de partículas suspendidas totales
de la manera siguiente:
Tabla 4. Clasificación de las zonas de acuerdo con los rangos de concentración de P.S.T.
Con base a los promedios geométricos de la concentración de las P.S.T. para las zonas en estudio (79,95 µg/ m3
para La Candelaria y 87,04 µg/ m3 para El Paíto) se puede decir que en las mismas el aire puede considerarse
moderadamente contaminado, no obstante hay que hacer la salvedad que en el resultado de estas
concentraciones tiene influencia el mayor número de muestras tomadas en época de lluvia específicamente en
La Candelaria.
Cloruro, sulfato y nitrato
De los tres iones analizados, la normativa venezolana solo establece límite permitido para cloruro. Las
concentraciones obtenidas en este estudio para las dos zonas evaluadas están muy por debajo de el límite
permitido de 200 µg/m3, lo cual significa que en cuanto a cloruro ninguna de las dos zonas presentan problemas
de contaminación.
A fin de evaluar la proporción de los iones que provienen del agua de mar, se determinó en las muestras
analizadas la concentración de Na+ por espectrofotometría de absorción atómica. El exceso de iones presente en
la zona con respecto al agua de mar pueden calcularse mediante la ecuación (2):
donde:
X* = Concentración en exceso del ión
Xtot = Concentración del ión en la muestra
Natot = Concentración de sodio total en la muestra
Xa.a.mar/Na.a.mar = Relación del ión con respecto al sodio en el agua de mar
La relación reportada por Beek, et al (1974), de los iones C1 y SO42- con respecto al Na+ es 1,79, 0,25
respectivamente. Asumiendo que la fuente principal de sodio es el océano, los resultados obtenidos (tabla 5)
revelan un déficit de cloruro con respecto a los aerosoles marinos, resultados similares se reportan para la
sabana venezolana (Sanhueza y Rondón, 1988). La explicación más probable a éste déficit es la formación de
HCl debido a la reacción de los aerosoles marinos con ácido nítrico y sulfúrico. (Robins et a1.,1959; Hitchcock
el al., 1980; Clegg y Brimblecombe, 1985). Se podría pensar también que puede existir en la atmósfera otras
sales de sodio, y que de acuerdo con los altos valores de nitrato comparado con la concentración de cloruro y
sulfato, podría relacionarse con la existencia de nitrato de sodio en el ambiente.
Tabla 5. Exceso de concentración de los iones respecto al agua de mar
Las emisiones de nitrato en La Candelaria podrían atribuirse a las emanaciones de los gases producidos por la
quema de combustible de los vehículos automotores. En el caso de El Paíto debido al bajo tráfico automotor
este puede relacionarse a la fotoxidación de los óxidos de nitrógeno provenientes probablemente del suelo, a la
oxidación biológica en el suelo o al uso de fertilizantes (Sanhueza y Rondón, 1988).
Como se puede observar en la tabla 5, el sulfato se encuentra en exceso con respecto al agua de mar en las dos
zonas en estudio, no obstante en La Candelaria este exceso es mayor, lo cual puede estar asociado a la
oxidación atmosférica de H2O y otros gases o compuestos de azufre, producidos por el proceso combustión de
los vehículos automotores, como principales constituyentes del sulfato en esta zona (Pope et al., 1995). En el
caso de El Paíto este exceso puede atribuirse a los compuestos sulfurados producidos en el suelo y por las
plantas (Sanhueza Rondón, 1988).
En Venezuela se han realizado muy pocos trabajos en le cuales se evalúen compuestos solubles en aguas que
puedan servir de comparación. El de Sanhueza y Rondón (1988) para un área de la Sabana Venezolana, evalúa
una zona de características diferentes a las del presente estudio, aun cuando mide los mismos parámetros. Por
esta razón las concentraciones de los iones ( evaluados en este trabajo se comparan con los reportados en 1
literatura para diferentes lugares del mundo (tabla 6).
En esta se observa que la concentración obtenida para el ión sulfato en el Paíto es comparable a la obtenida por
Jiménez al (1992) en la zona Centro Norte de Valencia, sin embargo la de la Candelaria es superior, esto se
explica por la mayor densidad de tráfico de vehículos pesados (autobuses) que son los que utilizan gasoil
principalmente, el cuál contiene mayor porcentaje d compuestos de azufre.
La concentración de nitrato resultó superior a los reporta dos en la bibliografía, para todos los casos mostrados
(tabla 6), esto puede estar relacionado con la influencia del tráfico automotor, no obstante se necesitarían
mayores detalles de los sitios reportados para comparar.
Tabla 6. Concentración de cloruro, nitrato y sulfato reportada para diferentes lugares
Partículas suspendidas en función de su tamaño
La distribución de partículas en La Candelaria representa una distribución bimodal con un pico en la segunda
etapa y otro pico en la última capa, que representa las partículas más finas. Con base en lo anterior se puede
decir que existen dos fuentes importantes que emiten a la atmósfera estos dos tipos de partículas, la de
partículas grandes probablemente la recirculación de polvo del suelo, mientras que la de partículas finas debe
ser la combustión automotriz.
CONCLUSIONES
El aire en las zonas de El Paíto y La Candelaria de acuerdo a las normas sobre calidad de aire puede
considerarse como moderadamente contaminado, tomando como concentración de P.S.T. el promedio
geométrico obtenido del análisis del muestreo realizado en este trabajo (79,95 µg/m3 para La Candelaria
y 87,04 µg/m3 para El Paíto).
El aire en El Paíto presenta mayor concentración de partículas suspendidas totales que en La Candelaria,
lo cual indica que las actividades de la zona de El Paíto generan mayor cantidad de partículas, por lo que
sería conveniente estudiar las partículas en función de su tamaño en esta zona, debido a que por razones
técnicas en este trabajo no se pudo realizar.
Los valores obtenidos de las concentraciones de las P.S.T. para las zonas en estudio son comparables a
los reportados en otros estudios para las diversas zonas de Valencia y otras ciudades del país.
La mayor concentración de P.S.T. en las dos zonas estudiadas está relacionada con las actividades
desarrolladas de lunes a viernes.
La concentración mínima de P.S.T. se alcanzó durante la época de lluvia.
En El Paíto se encontraron los valores más bajos para las concentraciones de los iones analizados,
indicando que la fábrica de pintura donde se montó la estación de muestreo no influye en la
concentración de estos iones.
El ión nitrato presentó la mayor concentración promedio de los tres iones analizados en ambas zonas.
La concentración del ión sulfato resultó superior a la de cloruro en La Candelaria, mientras que en El
Paíto resultó lo contrario, debido a las características propias de las zonas.
El exceso de ión sulfato con respecto al agua de mar resultó superior en la zona de La Candelaria.
La concentración de los iones analizados presenta un descenso en la época de lluvia, siendo la
disminución de la concentración del ión nitrato la más marcada.
La concentración de ión nitrato en ambas zonas resultó superior a los reportados en la bibliografía para
otros estudios realizados.
Los valores de la concentración de cloruro obtenidos µg/m3 para El Paíto y 1,88 µg/m3 para La
Candelaria están muy por debajo de lo permitido (200 µg/m3), por las normas de calidad de aire
venezolanas.
La fracción de partículas con diámetro inferior a 1,5 µm representa µm 44,87 % de las partículas sólidas
suspendidas en La Candelaria.
El diámetro medio de masa (D.M.M.) para la zona de La Candelaria es 2,2 µm.
Se recomienda realizar un estudio de la composición de las partículas atmosféricas, en función de su
tamaño, para las zonas analizadas en este estudio dado que el efecto sobre la salud, depende
principalmente de su tamaño y composición química.
Se recomienda hacer estudios simultáneos de las partículas atmosféricas y de las deposiciones de las
aguas de lluvia.
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