EVALUACIN DE LA CONTAMINACIN ATMOSFRICA
EN EL AIRE AMBIENTE DE MANIZALES POR COPs Y
PM10
AIR POLLUTION EVALUATION IN AMBIENT AIR OF
MANIZALES BY POPs AND PM10
JOHANA DE LA PAZ CORTS ARAJO
ESPECIALISTA EN INGENIERA AMBIENTAL - REA SANITARIA
Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales
Facultad de Ingeniera y Arquitectura, Departamento de Ingeniera Qumica
Manizales, Colombia
Ao 2013
EVALUACIN DE LA CONTAMINACIN ATMOSFRICA
EN EL AIRE AMBIENTE DE MANIZALES POR COPs Y
PM10
JOHANA DE LA PAZ CORTS ARAJO
ESPECIALISTA EN INGENIERA AMBIENTAL REA SANITARIA
e-mail: [email protected]; [email protected]
Tesis presentada como requisito para optar al ttulo de:
Magister en Ingeniera - Ingeniera Qumica
Director:
Ph.D., Beatriz Helena Aristizbal Zuluaga-UN de Colombia sede Manizales
Codirector:
Dr. Esteban Abad Holgado-CSIC Barcelona Espaa
Lnea de Investigacin:
Ingeniera Ambiental
Grupo de Investigacin:
Grupo de Trabajo Acadmico en Ingeniera Hidrulica y Ambiental
Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales
Facultad de Ingeniera y Arquitectura, Departamento de Ingeniera Qumica
Manizales, Colombia
Ao 2013
DEDICADO A MARA DE LA PAZ Y STHEFY POR SU
CARIO, APOYO Y COMPRENSIN
INCONDICIONALES.
Agradecimientos I
AGRADECIMIENTOS
La culminacin exitosa de este trabajo, la debo a los aportes acadmicos y cientficos de:
Los profesores BEATRIZ HELENA ARISTIZBAL ZULUAGA, ADELA LONDOO
CARVAJAL, MATTHEW H. WAHL, MAURICIO OROZCO ALZATE y al Dr. ESTEBAN
ABAD HOLGADO en la adquisicin, direccionamiento y retro-alimentacin del aprendizaje.
Los Ingenieros ANGIE VANESA, JUAN JACOBO, CARLOS MARIO, JUAN PABLO, y, a los
prximos ingenieros, JIMENA y YULANDERSON, por su apoyo en el desarrollo del proyecto.
Al apoyo econmico de:
La DIRECCIN DE INVESTIGACIONES DE MANIZALES, DIMA, por el apoyo financiero
entregado durante toda la maestra mediante la figura de ESTUDIANTE AUXILIAR y mediante
los proyectos que avalaron la investigacin y la estancia de investigacin en el Laboratorio de
Dioxinas IDAEA-CSIC de Barcelona, Espaa.
La MAESTRA EN INGENIERA INGENIERA QUMICA por el apoyo econmico otorgado
para la asistencia a eventos cientficos y a la estancia de investigacin en Barcelona.
COLCIENCIAS, por el apoyo econmico a travs de la beca-pasanta JVENES
INVESTIGADORES E INNOVADORES 2010.
Al apoyo tcnico de:
CORPOCALDAS en las campaas de monitoreo y en la informacin suministrada.
Los integrantes del GTA en Ingeniera Hidrulica y Ambiental.
LABORATORIO DE AGUAS y LABORATORIO DE PROCESOS PRODUCTIVOS de la
Universidad Nacional de Colombia sede Manizales; al igual que del LABORATORIO DE
DIOXINAS IDAEA-CSIC por el apoyo brindado a lo largo del proyecto y en el anlisis de las
muestras.
Resumen III
RESUMEN
Este trabajo presenta un estudio de la calidad del aire realizado en cuatro puntos de la ciudad de
Manizales, en el cual se analiz la dinmica de dispersin de las dioxinas (PCDD), furanos
(PCDFs), dioxin-like PCBs (dl-PCBs) y el Material Particulado inferior a 10 micrmetros de
dimetro (PM10) en el aire ambiente de la ciudad. Las PCDD/PCDFs fueron evaluadas en la fase
gaseosa y en la fase particulada, utilizando equipos de monitoreo de aire pasivo (PAS) y equipos
de alto volumen (HiVol), respectivamente. El monitoreo pasivo, corresponde a la primera campaa
realizada en Colombia para el seguimiento de PCDD/PCDF y dl-PCBs en zona urbana, y participa
como fuente de informacin de la contaminacin atmosfrica por COPs en Latinoamrica.
Se encontr que el monitoreo pasivo (fase gaseosa) en la ciudad, se encuentra fuertemente
relacionado con la influencia de las emisiones provenientes de la zona industrial. Las
concentraciones obtenidas (PCDD/Fs + dl-PCBs), en funcin del aporte txico, oscilan entre 7 y
16 fg WHO-TEQ2005/m3, tomadas desde Junio de 2012 hasta Junio de 2013.
Por otro lado, se encontr que el monitoreo activo (fase particulada) en la ciudad, se encuentra
fuertemente influenciado por las emisiones vehiculares. Las concentraciones obtenidas (PCDD/Fs
+ dl-PCBs), en funcin del aporte txico, oscilan entre 8 y 46 fg WHO-TEQ2005/m3, y las
concentraciones de PM10, oscilan entre 27 y 48 g/m3. Estas ltimas, corresponden a campaas de
monitoreo realizadas entre el 2009 y 2012.
De acuerdo a los perfiles de concentracin definidos por los aportes predominantes de algunos
congneres de PCDD/Fs y dl-PCBs en los dos tipos de monitoreos, se identificaron fuentes de
emisiones locales relacionadas con industrias metalrgicas secundarias, Incinerador de Residuos
Slidos Municipal (MSWI), emisiones vehiculares debido a la quema de la gasolina sin plomo y
quema de combustible diesel en camiones, industrias siderrgicas y empresas que utilizan carbn
en el proceso de combustin.
Algunas discusiones entre las diferencias de las concentraciones de dl-PCBs y PCDD/Fs presentes
en las muestras de los diferentes tipos monitoreo, fueron apoyadas en base al clculo de la
velocidad de monitoreo hipottica para los PAS, R.
Los monitoreos activos y pasivos, evidenciaron la influencia de la temperatura, la direccin y la
velocidad del viento en la dinmica dispersiva de estos contaminantes en el aire ambiente de la
ciudad.
Por otra parte, fue realizado un anlisis estadstico de datos para registros de PM10 durante un
perodo comprendido entre enero de 2010 y diciembre de 2012, empleando los lenguajes R y
Matlab. Este anlisis, mostr a la precipitacin, la humedad relativa, la direccin y la velocidad del
viento como las variables meteorolgicas influyentes en la dinmica dispersiva de este
contaminante, a travs de la visualizacin de datos que ofrecen los dos software, la regresiones
lineales y la aplicacin de Anlisis de Componentes Principales (PCA). En esta seccin, fue
observado el fenmeno de scavenging, la estabilidad atmosfrica y el efecto de la capa de mezcla
en la dispersin de la contaminacin en la ciudad.
Palabras claves: COPs, PCDD/Fs, dl-PCBs, PM10, Tcnicas estadsticas de anlisis de datos,
scavenging, ciudades intermedias de los Andes.
Listado de Figuras V
ABSTRACT
Congeners of dioxins, furans, and dioxin-like PCBs, in both gaseous and particulate (aerosol)
phases exhibited strong concentration gradients near their industrial and vehicular sources over
four urban locations in the Andean town of Manizales between 2009 and 2012. Air samples were
monitored in both the gas and particulate phases using passive and active air samplers. This is the
first gas-phase monitoring with passive samplers for persistent organic air pollutants in Colombia,
and is a part of a larger monitoring program in Latin America.
This study found that the passive sampling (gaseous phase) in the city, were strongly associated
with their proximity to industrial emission sources. The concentrations obtained (PCDD/Fs + dl-
PCBs), in terms of toxic contribution, varied between 7 and 16 fg WHO-TEQ2005/m3. In addition,
the active sampling (particulate phase) in the city, were strongly influenced by vehicular emissions.
From this, the concentrations (PCDD/Fs + dl-PCBs), in terms of toxic contribution, varied between
8 and 46 fg WHO-TEQ2005/m3, and PM10 concentrations, varied between 27 and 48 g/m
3. Passive
sampling was carried out between June 2012 to June 2013 and the active sampling during 2009 to
2012.
The impact of industrial and vehicular emission sources, also detected as a ratio of concentrations
between the stations with the highest and lowest levels of each type of monitoring. Thus, there was
an increase in concentration of more than twice (Nubia/Palogrande) in passive monitoring and an
increase of more than five times (Liceo/Palogrande) in the active monitoring.
According to the congener concentration profiles, secondary metallurgical processes, Municipal
Solid Waste Incinerator (MSWI), vehicular emissions due to burning of unleaded gasoline and fuel
burning diesel trucks, metallurgical industries, coal fired energy companies were identificated as
possible anthropogenic sources generating the concentrations found.
Some discussions of the differences in the concentrations of dl-PCBs and PCDD/Fs present in
samples of different types of samplers were supported based on the calculation of hypothetical
sampling rate for PAS, R.
Passive and active samplings, showed the influence of temperature, velocity and wind direction in
the dispersive dynamics of these pollutants in ambient air of the city.
In the other hand, statistical analysis of PM10 data during a period from January 2010 to December
2012, using R and Matlab languages. This analysis showed precipitation, humidity, velocity and
wind direction as meteorological variables influencing the dynamic dispersive of PM10, through
data visualization offered for both softwares, linear regressions and applying Principal Component
Analysis (PCA). In this section, the phenomenon of scavenging, the atmospheric stability and the
effect of the mixed layer were observed in the spread of pollution in the city.
VI Abstract
Keywords: POPs, PCDD/Fs, dl-PCBs, PM10, Statistical techniques for d
