Desarrollo del sistema metropolitano para monitoreo

DESARROLLO DEL SISTEMA METROPOLITANO PARA MONITOREO ATMOSFERICO
EN EL VALLE DE MEXICO
José Zaragoza Avila
Subdirección de Evaluación de la Calidad del Aire
Instituto Nacional de Ecología
Av. Revolución No. 1425, Col. Tlacopac San Ángel,
Del. Alvaro Obregón, 01040, México, D.F.,
Tel. (5) 624-34-67. Fax (5) 624-35-84
Introducción
El desarrollo y operación de Sistemas de Monitoreo Atmosférico ha permitido que las
autoridades ambientales de la mayoría de las grandes ciudades en el mundo enfrenten
con éxito la problemática urbana de la contaminación aérea, que es consecuencia
inevitable derivada de las actividades industrial, vehicular, doméstica y de otro tipo que
se llevan a cabo para satisfacer las necesidades de sus habitantes y dotarlos de
servicios.
Esto no quiere decir que el monitoreo atmosférico sea un mecanismo de limpieza
directa del aire o que elimine los contaminantes, sino que es una herramienta a modo
que permite conocer con niveles aceptables de confiabilidad la calidad del aire con
respecto a contaminantes específicos y formular, con base a los datos obtenidos, las
estrategias de control y las medidas oportunas y adecuadas para una efectiva
administración de la calidad de este recurso, todo ello en el marco de la Gestión
Ambiental.
Con la información generada a partir de la operación consistente de los sistemas de
monitoreo se obtienen el conocimiento y, mediante la interpretación adecuada, el
entendimiento de las tendencias de los contaminantes y su relación con las
condiciones meteorológicas y climáticas prevalecientes, que son factores importantes
en cuanto a su distribución y densidad espacial y temporal, así como las
transformaciones a que se ven sometidos en la atmósfera y los mecanismos que
intervienen en su dispersión y transporte. Una ventaja adicional de contar con la
información es que se tiene acceso a los elementos para elaborar pronósticos de
calidad del aire con suficiente antelación y certidumbre y para activar, en caso
necesario, las medidas de contingencia contempladas en los planes respectivos y
prevenir de esta manera los efectos negativos de un episodio ambiental por
contaminación atmosférica.
En nuestro país, el ejemplo más ilustrativo de lo que un sistema de monitoreo puede
llegar a ser, con todas sus implicaciones, es el Sistema Metropolitano de Monitoreo
Atmosférico del Valle de México.
1
Antecedentes.
La contaminación del aire empezó a manifestarse como un problema en varias de las
grandes ciudades mexicanas a fines de la década de los sesenta, siendo
particularmente notable en la ciudad de México, que ya evidenciaba encontrarse en un
proceso acelerado de degradación ambiental como consecuencia del desarrollo
industrial y de crecimiento urbano, así como de la gran concentración de la población y
del parque vehicular, además de cambios poco ordenados en el uso de suelo y la
conversión a gran escala de las zonas rurales a zonas urbanas.
Al mismo tiempo, se fue perdiendo la flora de grandes extensiones de terreno en los
estados vecinos, principalmente en el estado de México, al nororiente y oriente de la
ciudad, mientras la zona lacustre de Texcoco se secaba rápidamente, con lo cual los
fenómenos erosivos se vieron magnificados, contribuyendo de manera importante a la
problemática de contaminación del aire.
Las características topográficas del valle de México, su ubicación geográfica, las
condiciones climáticas y el régimen de vientos que prevalecen en la región, se
convirtieron en factores favorables para que la masa de contaminantes, tanto de origen
antropogénico como de origen natural, se concentraran y permanecieran sobre la zona
urbana, provocando, en primera instancia, disminución apreciable de la visibilidad y
molestias de diferente naturaleza a grupos importantes de la población. Gracias a la
confluencia de todas esas condiciones, la cuenca aérea de la ZMCM se había
convertido en un gran campo de pruebas y en laboratorio de química atmosférica, en la
que era imperativo iniciar los trabajos para medir la contaminación del aire, identificar
los contaminantes y ubicar las fuentes de emisión.
Para ese momento ya se contaba con cierta información resultante de esfuerzos
aislados por monitorear algunos contaminantes, cuando a fines de la década de los
50’s la Secretaría de Salubridad y Asistencia, utilizando métodos inicialmente
diseñados para estudios de higiene ocupacional en ambientes de trabajo, instaló
estaciones de muestreo en cuatro puntos de la ciudad:
♦ Centro
♦ Aeropuerto
♦ Tacuba
♦ Tlalnepantla
En estos sitios se tomaban, mediante soluciones absorbentes en trenes de burbujeo y
de tres a cinco veces por semana, muestras de aire para determinar la concentración
de bióxido de azufre por el método de peróxido de hidrógeno. Adicionando un
portafiltros, se obtenían muestras de partículas suspendidas, cuya concentración se
determinaba por reflectometría. En 1967, estas estaciones fueron incorporadas,
mediante los convenios respectivos, a la Red Panamericana de Normalización,
adquiriéndose el compromiso de compartir los datos obtenidos con el organismo.
Con este paso se formalizaron los trabajos y se obtuvieron los apoyos técnicos y
recursos materiales y financieros para establecer programas de evaluación de la
calidad del aire en diferentes puntos del país, los que contaban ya con el
reconocimiento de la OMS. Gracias a esta asistencia, la red de monitoreo de la ZMCM
fue ampliada a 14 estaciones.
2
A fines de la década de los años 60’s, la problemática de contaminación de la
atmósfera urbana de la ciudad de México empezó a ser conocida en su real dimensión
al implementarse, consolidarse y ampliarse los programas de evaluación de la calidad
del aire, haciéndose notorio que el sistema de monitoreo, tal como se encontraba en el
momento, era insuficiente, tanto en cobertura como en cantidad de estaciones y tipo de
contaminantes considerados para su medición, como por la metodología utilizada.
Los contaminantes típicos de las zonas urbanas y las características particulares de la
ciudad de México fueron tomados como criterios para el diseño original de la red de
monitoreo, dominando la idea del bióxido de azufre (SO2) y las partículas suspendidas
(PS) como trazadores de la contaminación del aire, por aquello de la actividad
industrial y doméstica y la gran cantidad de combustibles pesados que se consumían,
a las que se sumaban los contaminantes aportados por fuentes naturales.
Posteriormente se tomaron en cuenta el monóxido de carbono (CO) de indudable
origen por la creciente actividad vehicular y los polvos consecuencia de la enormes
superficies erosionadas y calles sin pavimentar.
Iniciando la década de los 70’s, en el marco de diferentes convenios de orden
internacional, México asumió de lleno la responsabilidad de trabajar a favor de la
protección de ambiente, creando la Subsecretaría de Mejoramiento del Ambiente en la
SSA, con el objetivo principal de evaluar, controlar y abatir la contaminación del aire en
la ciudad de México y en otras de las grandes ciudades. En esta época se incorporan
muestreadores de alto volumen para PST y burbujeadores para gases de activación y
paro programable(Fig. 1).
Fig. 1
Empezó así el desarrollo de los Sistemas de Monitoreo Atmosférico en los que se han
empleado metodologías y tecnologías que han tenido que enfrentar y superar los
problemas relacionados con la necesidad de medir los niveles de contaminación en
tiempo real, continuamente y por extensos periodos de tiempo, sin importar las
condiciones en que el fenómeno de la contaminación ocurra.
3
Existen distintos métodos que han alcanzado un grado de exactitud y precisión en el
análisis de contaminantes aéreos y que de diferentes maneras han simplificado y
facilitado estas tareas, principalmente cuando los sistemas de que forman parte tienen
una cobertura geográfica amplia, ya sea de nivel metropolitano, regional, estatal o aún
nacional, pero cuyo diseño y configuración requieren de mayores elementos técnicos y
científicos, así como de una gran cantidad y diversidad de información.
La principal ventaja de los métodos automatizados radica en lo siguiente: Las técnicas
manuales proporcionan un dato acumulado del período de muestreo (generalmente 24
horas), el cual es conocido por lo regular 72 horas después de la recolección de la
muestra, limitando la capacidad de acción en casos de contingencia. Un método
automático realiza en pocos segundos el proceso completo de tomar y analizar la
muestra y reportar el valor, ya en unidades de concentración del contaminante, por lo
que se puede decir que se sabe la condición de la calidad del aire de inmediato y
continuamente.
Por estas razones, al iniciar la etapa de automatización del sistema de monitoreo
atmosférico para la ZMCM en 1974, fue necesario realizar estudios previos sobre la
ubicación de fuentes de emisión y la distribución de cada tipo de contaminante. Para el
efecto, se utilizaron 350 sitios de muestreo dotados de los llamados monitores pasivos
con base a bujías de peróxido de plomo y colectores de polvo sedimentable (Fig. 2).
Figura 2
Complementariamente, se efectuaron estudios de campos de viento, meteorológicos y
de clima a nivel microregión. También se analizaron el índice de corrosión y de
radioactividad en diez de los sitios de muestreo. Con los datos obtenidos se elaboró
un mapa de contaminación de la zona urbana, que fue de mucha utilidad para el diseño
de la primera Red Automática (RAMA), la cual inicialmente estuvo conformada por 20
estaciones con equipo Philips de manufactura holandesa (Fig. 3).
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Fig. 3
Monitores Automáticos 1974-1980
Esta red se convirtió en la base del Sistema Metropolitano de Monitoreo Atmosférico.
Adicionalmente, el sistema contó con equipo móvil en dos unidades y dos estaciones
piloto independientes en su operación, mantenimiento y calibración, que cumplían
funciones de estándares de referencia, haciendo las veces de “testigo” para el control
y aseguramiento de la calidad de los datos producidos por la RAMA, siendo de gran
utilidad como centros de prueba y desarrollo de tecnologías. Tanto las estaciones
piloto como el equipo móvil, fueron equipadas y habilitadas para la medición de todos
los contaminantes criterio, los parámetros meteorológicos asociados al estudio de la
contaminación del aire y dispositivos de adquisición y transmisión de datos (Tabla 1).
Tabla 1
METODOS PHILIPS PARA MONITOREO DE CONTAMINANTES
ATMOSFERICOS
CO
Electroquímico
SO2
Electroquímico
NOX
Electroquímico/Quemiluminiscencia
O3
Quemiluminiscencia/Rodamina “B”
PSF
Atenuación Beta
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En términos generales, se ha tenido el cuidado de utilizar aquellos métodos que han
sido aprobados y categorizados como de referencia o equivalentes por las agencias
ambientales con más experiencia en este campo, característica que los hace
altamente recomendables y aceptablemente confiables. Además, lo generalizado de su
uso permite que la información resultante sea fácilmente comparable,
independientemente del lugar del mundo y de las condiciones en que ésta se genere
(Tabla 2).
Tabla 2
METODOS PARA MONITOREO DE CONTAMINANTES ATMOSFERICOS
CONTAMINANTE
METODO DE REFERENCIA
METODO EQUIVALENTE
SO2
Pararrosanilina
(Manual)
Fluorescencia
(Auto)
CO
Fotometría infrarroja
(Auto)
No hay
O3
Quemiluminiscencia
(Auto)
NOX
Quemiluminiscencia
(Auto)
Arsénico de Sodio
(Manual)
PST
Muestreo por alto volumen
(Manual) Incluye Pb
No hay
PM-10
Muestreo por alto volumen
(Manual)
Atenuación Beta
(Auto)
Fotometría ultravioleta
(Auto)
El continuo crecimiento de la ciudad y su zona conurbada trajeron como consecuencia
que para 1980 la RAMA resultara insuficiente e inadecuada para la problemática de la
metrópoli, además de que se tenían demasiadas dificultades para cumplir con los
programas de mantenimiento para los equipos de origen europeo y la adquisición de
refacciones requería de mucho tiempo y recursos, lo que finalmente llevó a que fuera
incosteable mantener la red en operación.
Entre 1982 y 1984 se llevó a cabo el proceso de renovación de la RAMA, que incluyó la
ampliación a 25 estaciones, sustituyendo en su totalidad los componentes pero
conservando el concepto inicial de monitoreo de “contaminantes trazadores”, dando
prioridad a la vigilancia de SO2 y CO, con 20 sitios equipados para su determinación,
aunque se refuerza la medición de O3 y NOX, al pasar de cinco a catorce las estaciones
configuradas para el monitoreo de estos contaminantes. Para el muestreo de PS, se
diseña una red manual con 19 sitios, diez de los cuales coinciden con estaciones
automáticas. Así mismo, se instala equipo micrometeorológico en diez de las
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estaciones automáticas. El sistema modernizado y reforzado inicia formalmente su
operación a principios de 1986, apoyado para las tareas de control y aseguramiento
de la calidad en los aspectos de operación y desempeño, por un Laboratorio de
Calibraciones y Transferencia de Estándares.
La información generada por el sistema permitió desarrollar políticas y aplicar medidas
de control más adecuadas, lográndose con ello avances significativos en el
abatimiento de los índices de contaminación por SO2 y CO, para concentrar los
esfuerzos y recursos en el monitoreo del ozono y sus precursores, que se manifiestan a
partir de 1986 como un problema ambiental de dimensiones serias por su frecuencia y
las concentraciones con que se presentaban. (En realidad, los primeros valores altos
de ozono conocidos en la ciudad de México, que fueron del orden de 250 a 300 ppb en
picos de corta duración, se detectaron sorpresivamente en la estación piloto ubicada
en el Museo Tecnológico de la CFE, en la segunda sección del Bosque de
Chapultepec, entre 1979 y 1981, pero no fueron interpretados correctamente y ante las
dudas, se prefirió considerarlos como eventos aislados o producto de desajustes de
los analizadores y de la poca experiencia en su manejo)
Para 1990 se hizo indispensable, una vez más, plantear una tercera etapa de
ampliación, reforzamiento y optimización del sistema de monitoreo como consecuencia
del crecimiento de la zona metropolitana y de la necesidad de vigilar la calidad del aire,
que para entonces presentaba con frecuencia relativamente alta, índices muy elevados
de contaminación por ozono y se requería contar con información oportuna y suficiente
para activar los planes de contingencia en prevención de episodios y de protección a la
población.
De esta manera, para 1993 se concreta la tercera etapa de ampliación y reforzamiento
del sistema metropolitano de monitoreo atmosférico, adicionando siete estaciones
automáticas, para un total de 32, reforzadas en su configuración a fin de ampliar la
capacidad de la RAMA para la medición de O3 y NOX y se establece el muestreo en
automático de partículas suspendidas finas (PM-10) en 10 estaciones; por otro lado, se
adquirió e instaló un sistema para determinaciones meteorológicas con tecnología de
radares acústicos, ecosondas (Fig. 4) y sensores de dirección y velocidad de vientos
en horizontal y vertical, temperatura aérea y del suelo, radiación solar y precipitación,
todo ello en apoyo a las tareas de pronóstico de calidad del aire. Como complemento
a todo lo anterior, se modernizan en su totalidad los sistemas de computo, los enlaces
telemétricos y los programas de adquisición, manejo, transmisión y presentación de
datos (Fig. 5).
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Fig. 4
Fig. 5
Al finalizar esta etapa y en el marco de los programas de descentralización, la
Federación transfiere la responsabilidad del sistema, su administración y operación a
las autoridades del D.F., a través de una comisión metropolitana en el campo
ambiental.
Cabe mencionar que ya para entonces, el Sistema Metropolitano de Monitoreo
Atmosférico del Valle de México era uno de los más completos, complejos y
sofisticados del mundo.
Finalmente, se tiene contemplada, en el período 1999-2000, una cuarta etapa de
ampliación que llevaría a que la RAMA contara con un total de 37 estaciones,
permitiendo de esa manera tener una cobertura en gran parte de los municipios del
estado de México que por su crecimiento van integrándose a la ZMCM.
A manera de ilustración y comparación los siguientes cuadros describen el diseño y
distribución de los sistemas de monitoreo atmosférico y la configuración de las
estaciones de las ciudades de México, Guadalajara y Monterrey (Tablas 3, 4, 5 y
Figuras: 6, 7, 8).
8
Se espera que en un futuro no muy lejano estos sistemas locales de monitoreo
atmosférico sean el punto de partida para estructurar e integrar, junto con los sistemas
de otras grandes ciudades como Tijuana, Mexicali, Cd. Juárez, etc. el Sistema
Nacional de Monitoreo Atmosférico, que más adelante logre capacidad técnica y
metodológica para integrarse a los sistemas globales.
Tabla 3
SISTEMA METROPOLITANO DE MONITOREO ATMOSFERICO
VALLE DE MEXICO
ESTACION
SIMB. ZONA
VALLEJO
VAL
NO
TACUBA
TAC
NO
ENEP ACATLAN
EAC
NO
AZCAPOTZALCO
AZC
NO
TLALNEPANTLA
TLA
NO
I.M.P.
IMP
NO
CUITLAHUAC
CUI
NO
TULTITLAN
TLI
NO
ATIZAPAN
ATI
NO
LAURELES
LLA
NE
LA PRESA
LPR
NE
LA VILLA
LVI
NE
SAN AGUSTIN
SAG
NE
XALOSTOC
XAL
NE
ARAGON
ARA
NE
NETZAHUALCOYOTL
NET
NE
VILLA DE LAS FLORES
VIF
NE
CHAPINGO
CHA
NE
LAGUNILLA
LAG
CE
MERCED
MER
CE
HANGARES
HAN
CE
BENITO JUAREZ
BJU
CE
INSURGENTES
MIN
CE
SANTA URSULA
SUR
SO
PEDREGAL
PED
SO
PLATEROS
PLA
SO
CUAJIMALPA
CUA
SO
TLALPAN
TPN
SO
CERRO DE LA
ESTRELLA
UAM IZTAPALAPA
CES
SE
UIZ
SE
TAXQUEÑA
TAX
SE
TLAHUAC
TAH
SE
MANUAL
PSF PST
PST
PSF
SO2
CO
NOX
AUTOMATICO
O3
HC
H2S
MET
NO2
9
Fig. 6
N
VIF
TLI
NO
NE
ATI
LLA
TLA
EAC
LPR
SAG
VAL
XAL
AZC IMP
CUI
LVI
CHA
ARA
LAG
TAC
HAN
NET
MIN CE MER
BJU
UIZ
PLA
CUA
PED
SUR
TAX
CES
TPN
TAH
SO
SE
Tabla 4
SISTEMA METROPOLITANO DE MONITOREO ATMOSFERICO
CIUDAD DE GUADALAJARA
ESTACION
SIMB.
ZONA
MANUAL
PSF
ATEMAJAC
NO
VALLARTA
NO
OBLATOS
NE
CENTRO
CE
AGUILAS
SO
MIRAVALLE
SO
TLAQUEPAQUE
SE
LOMA DORADA
SE
PST
AUTOMATICO
PST
PSF
SO2
CO
NOX
O3
HC
H 2S
MET
NO2
Fig. 7
10
Tabla 5
SISTEMA METROPOLITANO DE MONITOREO ATMOSFERICO
CIUDAD DE MONTERREY
ESTACION
SIMB.
ZONA
MANUAL
PSF
SAN BERNABE
NO
SAN NICOLAS DE LAS GARZAS
NE
EL OBISPADO
CE
SANTA CATARINA
SO
LA PASTORA
SE
AUTOMATICO
PST
PST
PSF
SO2
CO
NOX
O3
HC
H 2S
MET
NO2
Fig. 8
PARAMETROS METEOROLOGICOS
WSP
TMP
VELOCIDAD DEL
VIENTO
DIRECCION DEL
VIENTO
TEMPERTURA
RH
HUMEDAD RELATIVA
O3
OZONO
CO
SO2
MONOXIDO DE
CARBONO
BIOXIDO DE AZUFRE
H2S
ACIDO SULFHIDRICO
NO2
HC
BIOXIDO DE
NITROGENO
OXIDOS DE
NITROGENO
HIDROCARBUROS
PSF
PARTICULAS SUSPENDIDAS FINAS
PST
PARTICULAS SUSPENDIDAS
TOTALES
PARAMETROS METEOROLOGICOS
WDR
SIMBOLOGIA
NOX
MET
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REFERENCIAS
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Comisión Metropolitana para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental en el
Valle de México. (1994) La contaminación Atmosférica en el Valle de México, Acciones para su
control 1988-1994. México, D.F.
INE, SEMARNAP, CENICA, JICA (1998) Segundo Informe sobre la Calidad del Aire en Ciudades
Mexicanas 1997. México, D.F.
INE, SEMARNAP (1997-2000) Programa de Administración de la Calidad del Aire del Area Metropolitana
de Monterrey. México, D.F.
OMS, DDF, Cooperación Técnica de la República Federal de Alemania. Ana Patricia Martínez e
Isabelle Romieu. (1997) Introducción al Monitoreo Atmosférico. México, D.F.
INE, SEMARNAP (1997) Programa para el Mejoramiento de la Calidad del Aire en la Zona Metropolitana
de Guadalajara 1997-2001. México, D.F.
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