La Contaminación Atmosférica y Sus Efectos en La Salud, Bucaramanga Fase I,

8/18/2019 La Contaminación Atmosférica y Sus Efectos en La Salud, Bucaramanga Fase I,

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTALGrupo de Investigación en Calidad del Aire

Niveles, composición química y reconstrucciónmásica del PM en Bogotá. Estudio integrado en tres

puntos diferentes.

Freddy Vargas, Néstor Rojas

Universidad Nacional de Colombia

II Congreso Colombiano y Conferencia Internacional de SaludPública y Calidad de Aire

Cartagena Julio 14 - 17de 2009


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Marco general

Antecedentes

MetodologíaSelección de puntos de monitoreoMuestreoCaracterizaciones

Reconstrucción másica

Conclusiones


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AntecedentesPM10 es el contaminante de mayor incidencia en lacalidad del aire de Bogotá (incidencia en salud).

Existen claras diferencias en concentración entre áreasde Bogotá.

La caracterización del PM permite conocer lascomposiciones del contaminante y asociarlas adiversas fuentes.

Reconstrucción másica constituye un método devalidación de datos.


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Antecedentes

Fuente: Gaitán y Behrentz, 2009Fuente: IDEAM 2007, pág 92


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Metodología – Puntos de muestreoDatos históricos de la RMCAB – Usos de suelo mixto(Residenciales – Comerciales/Industriales)

X1: Suba

X2: Carvajal

X3: Tunal

14 km entre X1 y X25 km entre X2 y X3


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Metodología – Muestreo• Muestreo en escala vecinal.

• Filtros de cuarzo y PTFE

• Análisis gravimetrico (15 °C, 45±5% RH)

y conservación (-5°C)

SITIO EQUIPOS MUESTRAS FECHAS

SUBA HI - HIVOL 55 (24h) 06/28/08 – 09/14/08

CARVAJAL HI - HI 55 (24h) 07/15/08 –

09/12/08TUNAL HI - HI 31 (24h) 05/15/08 – 06/16/08


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• Filtros PTFE. Fluorescencia de Rayos X (XRF-ED)Elementos desde el Sodio (Na) hasta Uranio (U)

• Omni 5, PANalytical. Siguiendo el Método EPA (I.O. 3-

3) modificado. Calibración usando estandar NIST 2783.

Metodología - Caracterización


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Metodología - Caracterización• Filtros cuarzo: Carbono Elemental(EC) y Carbono

Organico (OC) usando Thermal Optical Transmittance.Sunlab Inc.

Fuente: (Peterson & Richards 2003)

Fuente: (Peterson & Richards 2003)


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Metodología - Caracterización• Filtros cuarzo: Cromatografía iónica para NO 3-, SO4=,

Cl-, CH3COO-, Oxalato = Ca2+ , NH4+, Na+, K+.Dionex500

Recolección de la muestrasobre filtro de cuarzo

Toma de muestra del filtro

Adición de 30 ml de aguadesionizada de 18 M

Extracción por ultrasonidodurante 1 hora

Someter extracto a reposode mínimo 24h

Extracto para análisis


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RESULTADOS


11/43


Monitoreo• Suba

0

10

20

30

40

50

60

70

13/07/08 23/07/08 02/08/08 12/08/08 22/08/08 01/09/08 11/09/08

P M 1 0 u g

/ m 3

Date

PM10 Suba

Statistic PM10SubaNo. of observations 55Minimum 22Maximum 61Median 40Mean 41

20

25

30

35

40

45

50

5560

65

P M 1 0

Box plot (PM10 SUBA)


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Monitoreo• Carvajal Statistic PM10 Carv

No. of observations 59Minimum 22.4Maximum 106Median 54.5Mean 55.6

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

C o n c e n

t r a c

i ó n

Box plot (PM10Carvajal)

0

20

40

60

80

100

15/7/08 4/8/08 24/8/08 13/9/08

P M 1 0 ( g

/ m 3 )

Date

PM10 Carvajal


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Monitoreo• Tunal

Statistic PM8TunalNo. of observations 31Minimum 4Maximum 68Median 24Mean 27

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25 30 35

P M 1 0 ( u

g / m 3 )

Día de m uestreo

PM 10 Tunal8


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Caracterización• XRF – ED. Elementos medibles: Mg, Al,Si, Ti, Mn,

Fe, Cu, Zn, Sb, Pb, I.

En Carvajal los valores de Pb y Zn están en el mismo orden que en otras ciudades

latinoamericanas (Dawidowski, 2006). Sin embargo, Pb es al menos dos órdenes demagnitud menores que lo obtenido por Pachón y Sarmiento (2008).

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

Al Si Ca Ti Fe Na Mg Cl K

u g / m 3

Suba

Carvajal

Tunal

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

Cu Zn Sb Pb Mn I

u g / m 3

Suba

Carvajal

Tunal


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Caracterización• EC y OC, SunLab TOT (GaTech)

y = 1,59x + 0,32R² = 0,7

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8

O C

u g

/ m 3

EC ug/m3

OC vs. EC Suba

y = 1,42x + 2,24R² = 0,74

02468

101214161820

0 5 10 15

O C u g

/ m 3

EC ug/m3

OC vs. EC Carvajal


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Caracterización• EC and OC, SunLab TOT (GaTech)


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Caracterización• Cromatografía iónica para NO 3-, SO4= , Cl-,

CH3COO-, Oxalate = Ca2+ , NH4+ , Na+ , K+ .

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

CationsSuba CationsCarv CationsTunal

g / m 3 K+

Na+

NH4+

Ca++

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

AnionsSuba AnionsCarv AnionsTunal

g / m 3

Oxalate

CH3COO-

Cl-SO4=

NO3-


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Análisis caracterización• Se se asume balance iónico los

eq anion vs. eq cations deberíanmostrar una relación 1:1(Maxwell-Meier et al, 2004)

Evidente falta de aniones,por lo tanto no secuantificó algo

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0 0,05 0,1 0,15 0,2

A n

i o n s

e q / m 3

Cations eq/m 3

Balance iónico Suba

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

A n i o n e s

e q / m 3

Cationes eq/m 3

Balance iónico Carvajal


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Análisis caracterización• Se se asume balance iónico los

eq anion vs. eq cations deberíanmostrar una relación 1:1(Maxwell-Meier et al, 2004)

y = 0,8787x + 0,0116R² = 0,8963

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0 0,05 0,1 0,15 0,2

C a t i o n s e q

/ m 3

Anions eq/m 3

Balance iónico Tunal


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Análisis caracterizaciónDefinimos:

Suba

n

j jmedidos

m

iimedidos AnCat X ,,

y = 0,926x - 0,018R² = 0,829

-0,025

0,025

0,075

0,125

0 0,05 0,1 0,15

[ C a t

i o n s - A

n i o n s ] e q

/ m 3

Ca +2 eq/m 3

Déficit aniónico vs. Ca +2 Suba

[X-] vs. [K +], R 2=0.24[X-] vs. [Na +], R 2=0.206[X-] vs. [NH 4+], R 2=0.001

[X -] más plausible escarbonato, el cuál no secuantificó en este trabajo


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Análisis caracterización

Carvajal

y = 0,942x - 0,018R² = 0,737

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0 0,05 0,1 0,15 0,2

( C a t

i o n s -

A n

i o n s )

e q

/ m 3

Ca +2 eq/m 3

Déficit aniónico vs. Ca +2 Carvajal

Definimos: n

j jmedidos

m

iimedidos AnCat X ,,

[X-] vs. [K +], R 2=0.018[X-] vs. [Na +], R 2=0.036[X-] vs. [NH 4+], R 2=0.067

[X -] más plausible escarbonato, el cuál no secuantificó en este trabajo


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Reconstrucción másicaCalcular la concentración de PM a partir de los

datos de caracterizaciónSiguiendo la fórmula propuesta por Lewis et al (2003),

contando el calcio como carbonato.

raza Elementost FeTiSi Al Mg EC

OC A F OxalatoSO NOCl K NH NaCa

*42.2*94.1*49.2*2.2*5.1

*..5.2*ciónReconstruc434

F.A. : 1.6 Carvajal y Tunal, 1.8 Suba, factor sugeridos por Turpinand Lim (2001)


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Reconstrucción másica• Composiciones químicas medias

34,20

10,9741,67

7,87

0,27 5,01PM 10 Suba

OM

EC

Crustal

Ionic

Trace

No Identificado

43,4

12,137,4

5,0

0,4

10,5PM 10 Carvajal

OM

EC

Crustal

Ionic

Trace

No identificado


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Reconstrucción másica• Composiciones químicas medias

43,1

25,3

16,2

8,51,4

5,6

PM 8 Tunal

OM

EC

Crustal

Ionic

Trace

No identificado


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Reconstrucción másicaReconstrucción másica a partir de los datos de

caracterización Suba

Con outliersy = 0,8662xR² = 0,5606

Sin outliersy = 0,9199xR² = 0,804

0

20

40

60

80

0 20 40 60 80

P M 1

0 r e c o n s t r u

í d o

g / m 3

PM 10 gravimétrico - Teflón g/m 3

Con outliersy = 0,873xR² = 0,74

Sin outliersy = 0,889xR² = 0,80

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70

P M

1 0

r e c o n s t r u

í d o

g / m 3

PM 10 gravimétrico - Cuarzo g/m 3


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Reconstrucción másica

y = 0,9207xR² = 0,6672

0

30

60

90

120

0 30 60 90 120

P M 1

0 r e c o n s t r u

í d o

g / m

3

PM 10 gravimétrico - Teflón g/m 3

y = 1,0603xR² = 0,6041

0

25

50

75

100

0 25 50 75 100

P M 1

0 r e c o n s t r u

í d o

g / m 3

PM 10 gravimétrico - Cuarzo g/m 3

Reconstrucción másica a partir de los datos decaracterización Carvajal


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Reconstrucción másicaReconstrucción másica a partir de los datos de

caracterización Tunal

Con outliersy = 0,43x + 20,85

R² = 0,59

Sin outliersy = 0,64x + 15,42

R² = 0,7

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

P M 8 R e c o n s t r u i d o

g / m 3

PM8 Gravimétrico - Cuarzo g/m 3

Con outliersy = 0,43x + 20,85

R² = 0,59

y = 0,83x + 16,5R² = 0,57

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

P M 8 R e c o n s t r u i d o

g / m 3

PM8 Gravimétrico - Teflón g/m 3


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Conclusiones

Los puntos de monitoreo presentan características diferentes,

tanto en el nivel de concentración del PM, como en lacomposición.

Los mayores aportes al PM en Bogotá están asociados afracciones carbonáceas, relacionadas principalmente a lasfuentes de combustión, las cuáles contribuyen entre 45% y 55%en PM10 y, se espera, en mayor proporción en fracciones finas.


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Conclusiones

La fracción mineral, asociada a polvo resuspendido y fugitivo,es una parte muy apreciable del PM 10 ya que está entre 37% y42%. Se espera que en el PM 2.5 su proporción sea muchomenor ya que se puede llegar a reducir entre 85% y 90%.

El componente iónico del PM10 en este estudio se encontróentre el 5% y 8 % el cual no es muy alto, comparado conciudades de Estados Unidos, y tiene un aporte menor que otrasfracciones. En PM2.5 se espera que tenga un mayor aporte(Rivera y Behrentz encontraron un aporte hasta de un 12.5%).


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Conclusiones

La reconstrucción másica y la suposición de neutralidad iónicason herramientas para validar los datos de niveles ycomposiciones del PM. En nuestro caso mostró que los datosde Tunal no se ajustan a lo esperado.

Los resultados de Suba y Carvajal son aptos para utilizarlos enmodelos de receptor (tipo PMF o PCA).


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Agradecimientos• Colciencias – Contrato RC 138/2008• Universidad Nacional de Colombia• Sitios para monitoreo, BiblioRed (El

Tunal) – Colegio Alberto LlerasCamargo (Hospital Suba) – FamiliaMontenegro (Carvajal).

• Universidad Libre – PontificiaUniversidad Javeriana


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Agradecimientos• Laboratorio Alpha1 – Francy, Jairo y

Nidia• Georgia Institute of Technology –Pasantía en ASACA Lab – Ted

Russell y Jorge Pachón


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Finalmente

PREGUNTAS?


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References• Giraldo L, Behrentz E. Estimación del inventario de emisiones de fuentes móviles para la ciudad

de Bogotá e identificación de variable pertinentes. Universidad de los Andes, Bogotá 2005. Available in:http://biblioteca.uniandes.edu.co/Tesis_2006_primer_semestre/00006639.pdf

•

Environmental Protection Agency 1999. Compendium Method IO-3.3 DETERMINATION OFMETALS IN AMBIENT PARTICULATE MATTER USING X-RAY FLUORESCENCE (XRF)SPECTROSCOPY. Avalaible in:http://www.epa.gov/ttnamti1/files/ambient/inorganic/mthd-3-3.pdf

• Maxwell-Meier K., Weber R., Song C., Orsini D., Ma Y., Carmichael G., and Streets D. Inorganiccomposition of fine particles in mixed mineral dust – pollution plumes observed from airbornemeasurements during ACE-Asia. Journal Of Geophysical Research, VOL. 109, D19S07,doi:10.1029/2003JD004464, 2004

• Pachon, J.; Sarmiento, H.; Galvis, B.; and Russell, A. Identification of secondary aerosol formationin Bogota: a preliminary study. AWMA 2008.

• Rivera, J. and Behrentz, E. Identificación de Fuentes de Contaminación por Material Particuladoen Bogotá. Working paper.

• Dawidowski, L. Composición multielemental del material particulado, de los receptores a lasfuentes. I Congreso Colombiano de Calidad del aire.

http://biblioteca.uniandes.edu.co/Tesis_2006_primer_semestre/00006639.pdfhttp://www.epa.gov/ttnamti1/files/ambient/inorganic/mthd-3-3.pdfhttp://www.epa.gov/ttnamti1/files/ambient/inorganic/mthd-3-3.pdfhttp://www.epa.gov/ttnamti1/files/ambient/inorganic/mthd-3-3.pdfhttp://www.epa.gov/ttnamti1/files/ambient/inorganic/mthd-3-3.pdfhttp://www.epa.gov/ttnamti1/files/ambient/inorganic/mthd-3-3.pdfhttp://www.epa.gov/ttnamti1/files/ambient/inorganic/mthd-3-3.pdfhttp://biblioteca.uniandes.edu.co/Tesis_2006_primer_semestre/00006639.pdf


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References• Pachón, J y Sarmiento, H. Análisis espacio-temporal de la concentración de metales pesados en

la localidad de Puente Aranda de Bogotá-Colombia. Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia N. 43. Marzo,2008

•

Lewis, C; Norris, G; Conner, T and Henry, R. Source Apportionment of Phoenix PM2.5 Aerosolwith the Unmix Receptor Model. J. Air & Waste Manage. Assoc. 53:325 – 338 (2003)

• Turpin, B. and Lim, H. Species Contributions to PM2.5 Mass Concentrations: Revisiting Common Assumptions for Estimating Organic Mass. Aerosol Science and Technology 35: 602 – 610 (2001)


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Análisis caracterización• Otras correlaciones

CarvajalTunal

y = 0,93x + 0,005R² = 0,755

0

0,02

0,04

0,06

0 0,02 0,04 0,06

S u l f a t o

( e q

/ m 3

)

Nitrato ( eq/m3)

Sulfato vs. Nitrato Suba

y = 0,949x - 0,009R² = 0,963

-0,02

0,02

0,06

0,1

0,14

0 0,05 0,1 0,15 0,2

n i t r a t o

e q

/ m 3

amonio eq/m 3


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Metodología –

MuestreoX1: Suba. Presencia de fuentes móviles, vias pavimentadas y sin pavimentar,Distrito Industrial a 28 km NE.


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Metodología –

MuestreoX2: Carvajal. Fuentes móviles, industrias pequeñas/medianas, vías pavimentadas ysin pavimentar.


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Metodología –

MuestreoX3: Tunal. Mobile sources, medium-size industries, paved and unpaved roads.


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Antecedentes

Bogota is Colombia’s

capital and largest city.Located in the AndesMountain Range (8530ft a.s.l).

Population: 7 million(11000 per square mile)


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Antecedentes

Picture by Jorge Pachon


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BOGOTÁ64% dairy travels are based onpublic transportation (Diesel)

Industrial districts

High informality in someindustrial sectors


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Methodology

Receptor approach

Sampling points selectionHigh PM10 conc, Adequate locations

Monitoring PM10Harvard impactors, 24 h, 60 days.Quartz and PTFE filters

Chemical characterizationIC, TOT and XRF (trace elements)

Data validationData Analysis, concentration and

uncertainty matrices

PMF receptor modelingFactors selection, apportionment

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