Indicadores ambientales de compuestos orgánicos volátiles en el

INDICADORES AMBIENTALES DE COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES EN
EL AIRE AMBIENTE DE LA CIUDAD DE MÉXICO
Paulina I. Serrano Trespalacios
INTRODUCCIÓN
De los tóxicos presentes en el aire de la Ciudad de México, los compuestos
orgánicos volátiles (COVs) juegan un papel fundamental en la calidad del mismo
y en la salud de la población. Por una parte estos compuestos son precursores
de ozono y otros oxidantes, y por otro lado, son compuestos que pueden
presentar un alto riesgo a la salud de la población debido a su alta toxicidad. La
mayoría de ellos son irritantes y mal olorosos, y algunos son neurotóxicos o
cancerígenos.
Estimaciones preliminares basadas en mediciones de estos compuestos en la
Ciudad de México realizadas el verano de 1997 sugieren un alto riesgo
cancerígeno del orden de 10 -4 para 1,3-butadieno, benceno y formaldehído
(Serrano, 1997).
Los compuestos orgánicos volátiles se producen como resultado de la
combustión en vehículos automotores, en calderas y hornos e incendios. Otra
forma de emisión de dichos contaminantes es por evarporación de combustibles
y solventes durante su producción, distribución, uso, manejo y disposición. En el
ambiente interior los COVs también son emitidos por diversas fuentes, como el
humo del cigarro, estufas, calentadores, alfombras, materiales de construcción y
de terminados interiores, productos de limpieza y de aseo personal, uso de
disolventes, pinturas, etc.
Estudios recientes han encontrado elevadas concentraciones de hidrocarburos
en la atmósfera de la zona metropolitana de la Ciudad de México (Ruiz et al.
1996, Blaker and Rowland, 1995). Debido a que estos compuestos son
considerados precursores de ozono y los niveles que alcanza este contaminante
también son muy altos en la Ciudad, se han dirigido importantes estrategias para
la reducción de hidrocarburos, pero no se ha hecho una clara distinción entre la
serie de compuestos que conforman su mezcla. Tradicionalmente estos
compuestos se miden en su conjunto como hidrocarburos no metánicos, sin
embargo la toxicidad o potencial fotoquímico de cada uno de ellos es muy
diferente y por tanto es importante poder distinguir a cada uno en forma
independiente.
La información de compuestos orgánicos volátiles en la Ciudad de México es
limitada en tiempo y espacio. En los últimos años El Instituto Mexicano del
Petróleo ha realizado campañas de medición de estos compuestos (Ruiz et al.,
1996), éstas las realiza por algunos días en noviembre y otras en febrero. Sin
embargo, el propósito de las mediciones se ha enfocado en el papel que tienen
dichos compuestos en la formación de ozono, por lo que la mayor parte de las
mediciones que se han realizado han sido por periodos de 3 horas (entre las 6 y
9 de la mañana). La Red Automática de Monitoreo Atmosférico (RAMA) ha
realizado, a nivel de prueba, mediciones continuas de benceno, formaldehído y
tolueno en la estación Merced con un monitor DOAS1 que utiliza métodos
ópticos para su determinación. La Escuela de Salud Pública de Harvard
(Serrano, 1997) ha realizado varias mediciones promedio de 24 horas y otras
promedio semanal en cinco puntos de la ciudad a nivel ambiental,
microambiental y personal, lo que constituye hasta ahora la base más amplia
que se haya realizado en la Ciudad.
Para este estudio se hicieron mediciones sistemáticas durante seis meses a
nivel ambiental, microambiental y personal de compuestos orgánicos volátiles
que son por el momento la base más extensa de especiación de hidrocaburos
considerando criterios de salud. Esta base incluye información de varias zonas
de la Ciudad de México, diferentes microambientes, tiempos, personas y tóxicos.
Este estudio que se presenta en este reporte forma parte de un proyecto mayor
que contempla mediciones durante todo un año de COVs. El proyecto mayor se
enfoca en una evaluación de riesgo comparado de tóxicos ambientales en la
Ciudad de México. Los resultados del estudio de un año se presentarán en una
tesis de doctorado en salud ambiental de la Escuela de Salud Pública de
Harvard y revistas científicas. Se realizará un análisis más detallado del control
de calidad y un análisis estadístico formal.
Una de las metas más importantes, y probablemente la motivación principal de
cualquier política ambiental, es mejorar y proteger la salud de la población. El
enfoque de la presente investigación es sobre efectos en salud por lo que se
presenta una evaluación de exposición y riesgo de compuestos orgánicos
volátiles (COVs) utilizando el monitoreo personal, ambiental y microambiental
con objeto de estimar de forma más directa el riesgo, los lugares y
circunstancias que lo incrementan y las diferentes formas de reducirlo, así como
servir como herramienta básica para la toma de decisiones.
El tipo de indicadores que se presentan sientan la línea base para conocer los
resultados de los programas y/o estrategias actuales o en proceso de
instrumentación relacionadas con estos compuestos, tales como la
reformulación, mejoramiento o sustitución de combustibles (gasolina, diesel, gas
natural o gas LP), la instrumentación de sistemas de recuperación de vapores y
otras medidas dirigidas al control de las emisiones evaporativas y/o de los
procesos de combustión en vehículos automotores, industrias o
establecimientos. Aún más, pueden servir para los mismos propósitos en la
1
DOAS - analizador de absorción diferencial de trayectorias largas.
regulación del ambiente interior (aún no planteada en México), la composición de
los materiales de construcción, productos de limpieza o de aseo personal, etc.
La presente investigación responde a varias interrogantes e intereses planteados
en el Programa del Medio Ambiente 1995-2000 (DDF et al. 1996); en él se
menciona la falta de conocimiento de los tóxicos del aire en la Ciudad en
términios de concentraciones, exposición y efectos en la salud. Se menciona,
por ejemplo, que para el benceno “ es necesario aumentar las estaciones de
medición y realizar estudios de exposición para poder llevar a cabo un análisis
de riesgo que indique el porcentaje de la población que se encuentra expuesta a
niveles inaceptables de este hidrocarburo.” También se menciona que “ a pesar
de las dificultades para el establecimiento de normas para COVs, algunos de
estos tóxicos como el benceno, el formaldehído, el acetaldehído o el 1,3butadieno deberían analizarse periódicamente para identificar y prevenir
problemas potenciales de salud ambiental.” Estos cuatro contaminantes se
consideran en esta pesquisa.
El Programa de Medio Ambiente 1995-2000 también resalta la importancia del
monitoreo microambiental y de exposición personal que también se considera en
este estudio. Por medio de relaciones funcionales simples entre las mediciones
microambientales y de las estaciones de monitoreo, se podrá enriquecer la
interpretación y aplicación de este último tipo de mediciones, en caso de que
éstas se realicen de manera rutinaria en un futuro.
OBJETIVOS
El objetivo de esta investigación es desarrollar indicadores ambientales de
concentraciones y riesgo ambiental, microambiental y personal de compuestos
orgánicos volátiles presentes en el aire de la Ciudad de México.
METODOLOGÍA
Tóxicos Medidos
Los químicos que se midieron para este estudio son el 1,3-butadieno,
formaldehído, benceno, acetaldehído, cloroformo, 1-4 diclorobenceno,
tetracloruro de carbono, acrilonitrilo, bromodiclorometano, 1,1-dicloroeteno, 1,2dicloroetano, 1,1,2,2-tetracloroetano, y el 1,1,2-tricloroetano. Otros COVs, que
no representan un factor de riesgo carcinógeno pero por su asociación con
reacciones fotoquímicas o su asociación con fuentes también se consideraron,
son el tolueno, xilenos, MTBE, 1,1,1-tricloroetano, etilbenceno, clorobenceno, y
el estireno.
Muestreo Semanal
Para este estudio se seleccionaron cinco estaciones de la red automática de
monitoreo ambiental (RAMA) de la Ciudad de México: ENEP Acatlán en el
noroeste, San Agustín (o Ciudad Azteca) en el noroeste, Merced en el centro,
Plateros en el suroeste y UAM-Iztapalapa en el sureste de la Ciudad. Estas
estaciones de monitoreo se seleccionaron por ubicarse cada una en una de las
cinco zonas en las que la Ciudad ha sido dividida para reportar la calidad del aire
(noroeste, noreste, suroeste, sureste y centro). Dentro de cada zona se
seleccionaron aquellas estaciones en las que se media al menos monóxido de
carbono y ozono por ser los contamiantes con mayor asociación a los COVS,
que no tuvieran fuentes locales que pudieran afectar las mediciones de estos
compuestos, que se se ubicaran de preferencia en zonas pobladas y cubriendo
un área de 5 km a la redonda para que se sobrelaparan al mínimo las áreas. De
igual forma se consideraron criterios prácticos como seguridad y que los
muestreos se debían realizar en forma simultánea en las cinco estaciones.
Se seleccionó como área de estudio una superficie de 5 km a la redonda de
cada estación bajo la premisa que en un futuro solamente se prodría realizar
este tipo de muestreos en un número limitado de estaciones ya que El muestreo
y análisis de los COVs es muy caro y laborioso.
Al noreste de la Ciudad se seleccionó la estación ENEP-Acatlán. La estación
Tlanepantla también en el noreste no se seleccionó por ubicarse sobre un
tanque de agua potable lo que podía interferir con las mediciones de cloroformo
y por la posibilidad de que las industrias locales también afectaran las
mediciones.
En el noroeste se seleccionó la estación San Agustín por ubicarse en una zona
altamente poblada. La estación Xalsotoc que era otra posible estación por
seleccionarse en el noreste de la Ciudad se descartó por la presencia de fuentes
locales que podían interferir con las mediciones. Esta estación se encuentra en
las instalaciones de una agencia de la VW al lado de donde se realiza el lavado
de chasis.
En la zona centro se seleccionó a la estación La Merced. Esta estación es
probablemente la estación más completa de la RAMA.
Al sureste de la ciudad se seleccionó la estación UAM-Iztapalapa que se ubica
en la delegación más poblada del Distrito Federal. La estación Cerro de la
Estrella también localizada en el sureste se descartó del muestreo por ubicarse
al lado de una planta de tratamiento de aguas negras, lo que podía interferir con
las mediciones de COVs. En el suroeste se seleccionó la estación Plateros por
ubicarse en una zona más poblada que las otras estaciones de la zona. En cada
estación se realizó un muestreo promedio semanal de COVs por mes de manera
simultánea en las cinco estaciones. La figura 1 muestra la localización de las
estaciones de monitoreo seleccionadas para el estudio.
Para llevar a cabo el muestreo semanal en cada una de la estaciones se adaptó
una pequeña caja metálica con techo de dos aguas para proteger a las bombas
y monitores de la interperie. Se utilizó una bomba universal SKC con controlador
de flujo múltiple con cartuchos para aldehídos y tubos de desorción térmica para
COVs. El periodo de muestreo fue de una semana en el que la bomba se
prendió por 1250 min distribuidos a lo largo de la semana. El hecho de
muestrear por 1250 minutos respondió a dos factores. Por una parte, el criterio
de muestrear por 1250 minuntos respondió a la limitante en el sistema de pilas.
Las bombas SKC funcionan con pilas que duran de 5 a 10 horas como máximo
con la posibilidad de recarga si están conectadas a la corriente eléctrica y existe
un periodo de carga. Inicialmente se seleccionó un periodo de muestreo de 1440
min (o 24 horas) pero el periodo de carga de la pila no fue suficiente. Por otra
parte, se limitó el tiempo de muestreo para no revasar la capacidad de retención
de los monitores. El flujo se midió al inicio y al final del periodo de muestreo.
Figura 1. Localización de las estaciones de monitoreo seleccionadas para el estudio (!).
La serie de fotos 1 ejemplifica el arreglo de bomba y monitores que se utilizaron
para este muestreo. Las dos primeras fotos muestran la bomba SKC universal
conectada al controlador de flujo múltiple con los monitores. Cada bomba estaba
conectada a un cargador de pila y un timer que permitía reiniciar la carga de la
pila cada 24 horas. La tercera foto enseña el mismo arreglo montado dentro de
la caja metálica para proteger a la bomba y los monitores.
Serie de fotografías 1. Arreglo de bombas y monitores usados para el muestreo semanal en las
estaciones de monitoreo (tres fotos).
Muestreo Familiar
Para el estudio se seleccionaron familias que vivieran dentro de un radio de 5 km
alrededor de las estaciones de monitoreo, y que estuvieran dispuesta a ser
muestreadas por 24 horas. Tres miembros de cada familia fueron medidos
buscando que fueran individuos con actividades variadas: uno que pasara la
mayor parte del tiempo en su casa, otro que se transportara lejos o pasara la
mayor parte del día fuera de su casa y otro que tuviera actividades intermedias.
Se excluyeron individuos que estuvieran en contacto con solventes a nivel
ocupacional o que fumaran más de 10 cigarros al día, con objeto de eliminar
interferencias en exceso de estas fuentes. A estas familias se les midió la
exposición personal y microambiental (ver figura 2).
Figura 2. Muestreo personal y microambiental por familia.
Tres miembros de la familia portaron un arreglo de monitores (monitor de
aldehído con su respectivo removedor de ozono y tubo de desorción térmica
para los otros COVs, ver primera foto en la serie de fotografías 2). Al mismo
tiempo se instalaron otros arreglos de monitores en el interior y exterior de cada
casa. Simultáneamente se instaló otro arreglo en la estación de monitoreo del
Gobierno del D.F. más cercana a la casa. El flujo de cada monitor se midió al
inicio y al final del periodo de muestreo.
En la serie de fotografías 2 aparece el arreglo de monitores utilizado para el
muestreo personal y de interiores y para exteriores. El “ arreglo de monitores”
está formado por una bomba de bajo flujo (PAS-500) conectada con una “ Y” a un
controlador de flujo y un tubo de desorción térmica (lado izquierdo) y a un
monitor de aldehídos con su respectivo removedor de ozono (lado derecho). Los
dos monitores se conectaron con tuercas reductoras a una línea de teflón de
menor diámetro para reducir la contaminación del monitor por difusión. Para
facilitar el porte de los monitores se utilizó una bolsa para contener a la bomba y
sujetador. El arreglo de monitores para el muestreo en exteriores fue semejante
al personal pero en vez de las PAS-500 se utilizó una bomba Pocket (marca
SKC) con su adaptador de corriente ya que éstas iban conectadas a la red
eléctrica.
Serie de fotografías 2. Bombas y arreglo de monitores usados para el muestreo de las familias
(1ra foto - arreglo personal y de interiores y 2da foto - arreglo usado en el exterior de las casas).
Métodos analíticos
Para el muestreo de COVs, sin incluir a los aldehídos, se utilizaron tubos de desorción térmica y se
analizaron por cromatografía de gases y espectrometría