ELEMENTOS DEL PROBLEMA DE CONTAMINACION ATMOSFERICA Fuentes de emisión Fuentes de emisión Fuentes de emisión Receptores Legislación ambiental La atmósfera Meterología Calidad del aire Fuentes de emisión Fuentes de emisión Fuentes de emisión Fuentes de emisión Fuentes de emisión Fuentes de emisión Fuentes de emisión Fuentes de emisión Fuentes de emisión La atmósfera Meterología Calidad del aire La atmósfera Meterología Calidad del aire La atmósfera Meterología Calidad del aire La atmósfera Meterología Calidad del aire La atmósfera Meterología Calidad del aire La atmósfera Meterología Calidad del aire La atmósfera Meterología Calidad del aire La atmósfera Meterología Calidad del aire La atmósfera Meterología Calidad del aire Receptores Receptores Receptores Receptores Receptores Control Control Control Legislación ambiental Legislación ambiental Legislación ambiental Legislación ambiental Legislación ambiental Legislación ambiental Legislación ambiental

ESTABLECIMIENTO DEL GRADO DE CONTROL REQUERIDO Niveles de calidad del aire Criterios de calidad del aire Metas Normas de calidad del aire Normas de emisión

Estudios toxicológicos y epidemiológicos Tecnología disponible para el control de la contaminación Criterios de calidad del aire Normas de calidad del aire Normas de emisión Monitoreo de la calidad del aire Aspectos socioeconómicos Elementos que conforman los criterios y normas de calidad del aire y las normas de emisión

PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE Partículas Humos y Polvos con 0.005 µm < Diámetro < 500 µm 1 µm = 10-6 m. PM10 Partículas suspendidas menor de 10 µm o partículas respirables PM2.5 Partículas suspendidas menor de 2.5 µm o partículas respirables PST Partículas suspendidas totales Gases Compuestos de azufre: SO2, SO3, H2S, Mercaptanos Compuestos de nitrógeno: NO, NO2 (NOx), NH3, N2O Compuestos de carbono: CO, CO2, CxHy Compuestos halogenados: HCL, HF Otros: O2, PAN

Clasificación de las partículas de acuerdo a su tamaño Categoría Tamaño (µm) Partículas suspendidas totales (PST) < 100 Partículas respirables (PM10) < 10 Partículas respirables gruesas 10 - 2.5 Partículas respirables finas (PM2.5) < 2.5 Partículas ultra finas (PUF) < 0.1

Concentraciones de PM10 en algunas ciudades de América Concentración µg/m3 Población en millones, año 2000

Retención de partículas en el aparato respiratorio Eficiencia de retención % 60   40 20 Diámetro, µm 1 2 3 4 5 Pulmón Conducto nasofaríngeo

FUENTES DE EMISION ANTROPOGENICAS NATURALES Erupciones volcánicas: SO2, H2S, Partículas Arrastre eólico: Partículas Descomposición de materia orgánica: CH4, H2S, NH3, Espriado marino: Partículas Incendios forestales: CO, Partículas ANTROPOGENICAS Transportación: CO, CO2, NOx, HC Procesos industriales CO, NOx, SO2, H2S, Partículas Generación de energía eléctrica: CO2, NOx, SO2, Partículas Quema de comb. en industria y comercios: CO, NOx, SO2, Partículas Actividades agrícolas: CO, NO, Partículas Extracción de recursos: Partículas, HC, H2S

INDICE DE CALIDAD DEL AIRE Constituye una herramienta administrativa para proporcionar información de calidad del aire a la población. Función de transformación Indice de calidad ambiental Mediciones de calidad del aire Normas de calidad del aire

Función de transformación  

Pollutant Standard Index (Índice de Polución Estandar) El PSI fue desarrollado por la agencia Norteamericana de Protección Ambiental, EPA, incorporando cinco contaminantes criterio, a saber: Partículas suspendidas O3 SO2 NO2 CO Para cada uno de estos contaminantes se calcula un subíndice I, utilizando funciones linealmente segmentadas que transforman sus concentraciones a una escala entre 0 y 500 unidades. IPartículas suspendidas IO3 ISO2 INO2 ICO Una función linealmente segmentada está constituida por segmentos de línea recta en donde los puntos de quiebre de cada segmento se obtienen tomando en consideración la norma y los criterios de calidad del aire

Función linealmente segmentada correspondiente a monóxido de carbono utilizada por el PSI  

Escala y clasificación del PSI   (1) Escala y clasificación del PSI PSI Categoría 0 – 50 Buena 51 - 100 Moderada 101 - 200 Dañina a la salud 201 - 300 Muy Dañina a la salud 301 - 500 Peligrosa

Función linealmente segmentada   (2)  

Puntos de quiebre del PSI Categoría Buena Moderada Dañina a la salud Muy dañina a la salud Peligrosa Valor del índice 0 - 50 51 – 100 101 - 200 201 – 300 301 - 400 401 – 500 Contaminante Concentraciones CO 8-h (ppm) 0 - 4.5 4.5 - 91 9 - 15 15 – 30 30 – 40 40 – 50 NO2 1-h (ppm) -- 0.6 - 1.2 1.2 - 1.6 1.6 - 2.0 O3 1-h (ppm) 0 - 0.06 0.06 - 0.121 0.12 - 0.20 0.20 - 0.40 0.40 - 0.50 0.50 - 0.60 PM10 24-h (µg/m3) 50 – 1501 150 - 350 350 – 420 420 - 500 500 - 600 SO2 24-h (ppm) 0 - 0.03 0.03 - 0.141 0.14 - .030 0.30 - 0.60 0.60 - 0.80 0.80 - 1.0

INDICE METROPOLITANO DE CALIDAD DEL AIRE Normas mexicanas de calidad del aire IMECA Max { ICO, INOx, ISO2, Io3, Ips } CO NOx SO2 O3 Partículas (PS)

Ejemplo   Obtenga el valor del PSI cuando se presentan las siguientes concentraciones de ozono, partículas suspendidas y monóxido de carbono: O3: 0.077 ppm durante 1 hora PM10 : 54.4 µg/m3 durante 24 horas CO: 8.4 ppm durante 8 horas

Obtención de emisiones   Dada una fuente de contaminación, resulta esencial poder evaluar la cantidad de material emanado en términos de lo que se denomina la emisión, es decir, la cantidad de masa por unidad de tiempo liberada a la atmósfera. La emisión puede evaluarse mediante cualquiera de los siguientes tres procedimientos: Medición directa Balance de masa Empleo de factores de emisión

Factor de emisión Un factor de emisión es una cantidad que expresa el monto de material liberado durante un proceso en función de actividades fácilmente cuantificables asociadas a la emisión del contaminante. Estas actividades pueden ser el consumo de un combustible o materia prima asociado al proceso de contaminación, el movimiento de un vehículo, la producción industrial, etc. Para ejemplificar lo anterior la tabla siguiente es una porción de la tabla 1.3.1 tomada de la AP- 42 de la EPA (http://www.epa.gov/ttnchie1/ap42/), que proporciona factores de emisión para la quema de combustóleo en fuentes de combustión externas, es decir en plantas termoeléctricas, calderas industriales y unidades de combustión domésticas e industriales.

Configuración de los quemadores (CCF)a Partículas filtrablesf Factores de emisión para la combustión de combustóleo en calderas con capacidad superior a los 100 millones de BTU/h.   Configuración de los quemadores (CCF)a SO2b SO3c NOxd Coe Partículas filtrablesf FE Lb / 103 gal Calif. Alimentación normal con aceite No 6. (1-01-004-01), (1-02-004-01),(1-03-004-01) Alimentación normal con aceite No 6. Quemador de bajo NOx (1-01-004-01), (1-02-004-01) Alimentación tangencial con aceite No 6. (1-01-004-04) Alimentación tangencial con aceite No 6. Quemador de bajo NOx (1-01-004-04) Alimentación normal con aceite No 5. (1-01-004-05), (1-02-004-04) Alimentación tangencial con aceite No 5. (1-01-004-04) Alimentación normal con aceite No 4. (1-01-004-04), Alimentación tangencial con aceite No 4. (1-01-005-05) Alimentación con aceite No 2. (1-01-005-01), (1-02-005-01),(1-03-005-01) Alimentación con aceite No 2. LNB/FGR. (1-01-005-01), 175S A 175S A 150S A 142Sh A 5.7S C 5.7S C 47 B 40 B 32 B 26 E 47 B 32 B 24 D 10 D 5 A 5 A 9.19(S)+3.22 A 10 B 7 B 2 A a Para convertir de lb/103 gal a kg/103 L, multiplique por 0.120. CCF = Código de clasificación de la fuente b S indica que el porciento en peso de azufre en el combustible. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1. c S indica que el porciento en peso de azufre en el combustible. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1. d Expresado como NO2.

En general, dado un factor de emisión FE, la emisión se calcula mediante la siguiente relación.   E = A X FE X (1 – ERE / 100) en donde: E = Emisión A = Tasa de actividad FE = Factor de emisión ERE = Eficiencia de reducción de la emisión, %

Ejemplo   Una central termoeléctrica de 1000 MW de capacidad de generación, quema combustóleo con un poder calorífico de 150,000 BTU/gal y con un contenido de azufre del 1.4%. Asumiendo que la eficiencia térmica de la planta es de 34% y que no se está utilizando equipo de control para limitar la emanación de dióxido de azufre. Determine la emisión de este contaminante empleando un factor de emisión b) Compare el resultado obtenido en a) con el que se alcanzaría suponiendo que todo el azufre contenido en el combustible se oxida a SO2.

Configuración de los quemadores (CCF)a Partículas filtrablesf Factores de emisión para la combustión de combustóleo en calderas con capacidad superior a los 100 millones de BTU/h.   Configuración de los quemadores (CCF)a SO2b SO3c NOxd Coe Partículas filtrablesf FE Lb / 103 gal Calif. Alimentación normal con aceite No 6. (1-01-004-01), (1-02-004-01),(1-03-004-01) Alimentación normal con aceite No 6. Quemador de bajo NOx (1-01-004-01), (1-02-004-01) Alimentación tangencial con aceite No 6. (1-01-004-04) Alimentación tangencial con aceite No 6. Quemador de bajo NOx (1-01-004-04) Alimentación normal con aceite No 5. (1-01-004-05), (1-02-004-04) Alimentación tangencial con aceite No 5. (1-01-004-04) Alimentación normal con aceite No 4. (1-01-004-04), Alimentación tangencial con aceite No 4. (1-01-005-05) Alimentación con aceite No 2. (1-01-005-01), (1-02-005-01),(1-03-005-01) Alimentación con aceite No 2. LNB/FGR. (1-01-005-01), 175S A 150S A 142Sh A 5.7S C 47 B 40 B 32 B 26 E 32 B 24 D 10 D 5 A 9.19(S)+3.22 A 10 B 7 B 2 A a Para convertir de lb/103 gal a kg/103 L, multiplique por 0.120. CCF = Código de clasificación de la fuente b S indica que el porciento en peso de azufre en el combustiblle. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1. c S indica que el porciento en peso de azufre en el combustiblle. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1. d Expresado como NO2.

Contaminación fotoquímica Luz solar Óxidos de nitrógeno ( NO y NO2 = NOx ) Hidrocarburos reactivos OZONO ( O3 )

Generación de smog fotoquímico en la atmósfera urbana UV

NO2 + Radiación ultravioleta NO + O O + O2 + M O3 + M O3 + NO NO2 + O2 En la primera etapa se forma ozono (O3) a través de lo que se denomina el ciclo fotolítico que involucra a los óxidos de nitrógeno NOx. El ozono es un oxidante potente que caracteriza de manera sobresaliente a esta forma de contaminación. El ciclo fotolítico se constituye por las siguientes reacciones: NO2 + Radiación ultravioleta NO + O O + O2 + M O3 + M O3 + NO NO2 + O2

Hidrocarburos reactivos Dióxido de nitrógeno Luz solar Ciclo fotolítico Ozono Oxígeno atómico Agua Radicales hidroxilos Hidrocarburos reactivos Dióxido de nitrógeno Regeneración de radicales Luz solar Óxidos de nitrógeno

Evolución de la contaminación fotoquímica en un día típico

Valores guía y objetivos intermedios de la OMS   Contaminante Guía* OMS µg/m3 Periodo Objetivos intermedios MP2.5 10 1 año 35 25 24 h 75 MP10 20 70 50 150 O3 100 8 h 160 NO2 40 - 200 1 h SO2 125 500 10 min CO 30 1 h * Concentraciones expresadas 25 o C y 1 atmósfera de presión

Dióxido de Azufre (SO2 ) Es un gas incoloro y no inflamable. Poco estable en la atmósfera. Principales fuentes de emisión Combustión de sustancias que contengan azufre. Calefacciones y quemadores industriales que emplean carbón y gasóleo. Vehículos Diesel. Efectos Irritación en la vista. Aumento de las enfermedades respiratorias (Asma). Corrosión en la mayoría de los metales, especialmente hierro y zinc. Decoloración de hojas en los vegetales. Al combinarse con el oxígeno del aire, una gran parte se oxida a SO3 reaccionando con el vapor de agua de la atmósfera para formar ácido sulfúrico (H2SO4), extremadamente corrosivo y por su mayor peso específico se precipita en forma de llovizna: Lluvia Acida.

Monóxido de Carbono (CO) Gas inodoro, incoloro e insípido. Combina con el oxígeno de la atmósfera formando dióxido de carbono (CO2). Se produce en los procesos de combustión en los que hay combustión incompleta, es el contaminante más abundante. Principales fuentes de emisión Vehículos a motor. Industrias. Refinerías de petróleo. Fábricas de acero. Efectos Muy tóxico para las personas puesto que puede causar muerte por asfixia. Efectos directos sobre sistemas circulatorio y respiratorio. Dolores de cabeza, perturbaciones psíquicas y de memoria, disminución de reflejos. Al reaccionar con la hemoglobina de la sangre (Hb), forma carboxihemoglobina (COHb), reduciendo la capacidad de la sangre para transportar oxígeno. Los fumadores tienen niveles de 2 a 4 veces más de (COHb) que los no fumadores

Óxidos de Nitrógeno (NOx) Los NOx, provienen de procesos de combustión a altas temperaturas. Al descargarse en una atmósfera saturada de vapor de agua puede dar lugar a la formación de ácido nítrico (HNO3), y por acción de la lluvia o nieve, cae sobre la superficie en forma de Lluvia Acida. Participan en la generación contaminación fotoquímica Principales fuentes de emisión Vehículos a motor. Procesos de combustión en las industrias del acero y petroquímicas. Centrales termoeléctricas. Incineradoras. Efectos y características: Irritación de ojos, nariz y bronquios. En grandes cantidades puede causar edema y muerte. Lesiones y daños a las plantas, retraso en su crecimiento. Se les atribuyen poderes cancerígenos.

Hidrocarburos (HC) Son compuestos que contienen carbono e hidrógeno. Tales como el metano, acetileno, benceno, tolueno, entre otros. Participan en la generación contaminación fotoquímica Principales fuentes de emisión: Vehículos a motor. Transportes de hidrocarburos. Industrias petroquímicas. Efectos: Al inhalarlos, producen efectos distintos dependiendo del tipo de hidrocarburo. Los hidrocarburos aromáticos: benceno y tolueno, son los más irritantes, pudiendo causar lesiones importantes en las membranas mucosas si sus vapores son inhalados. Los hidrocarburos no saturados son los más peligrosos por su facilidad de reaccionar con la radiación solar originando el smog fotoquímico

Partículas suspendidas Partículas: Su procedencia y composición es muy variada. Incluyen PST, PM10 y PM2.5 Principales fuentes de emisión: Proceso de combustión de fuel, gas-oil, alquitranes, etc. Polvo del suelo. Erupciones volcánicas. Incendios. Incineraciones no depuradas de basuras, etc. Efectos: Irritación de ojos y del sistema respiratorio. Penetran por las vías respiratorias y se fijan en los alvéolos pulmonares. Pueden provocar asma y tumores bronquiales. Provocan ennegrecimiento de edificios y bienes de uso. Potencian el efecto de otros contaminantes gaseosos

Oxidantes fotoquímicos Conjunto de compuestos que se forman en la atmósfera a traves de reacciones fotoquímicas que involucran a los óxidos de nitrógeno NOx y los hidrocarburos reactivos HC. Su principal exponente es el ozono, O3 Principales fuentes de emisión: Por ser contaminantes secundarios no existen fuentes directas Efectos: En el corto término: Irritación de ojos y del sistema respiratorio. En el largo término: disminución de la capacidad pulmonar Pueden provocar reacción inflamatoria en el pulmón. Potencian el efecto de otros contaminantes gaseosos