UF1908 - Operaciones previas y medidas preventivas para la toma de muestras de contaminantes atmosféricos

Por Simona Pecoraio

La finalidad de esta Unidad Formativa es enseñar a desarrollar las operaciones previas a la ejecución de la toma de muestras y medida y a colaborar en la adopción y aplicación de las medidas preventivas y de protección adecuada a los riesgos en la toma de muestras y medición de la contaminación atmosférica.

Para ello, se analizará en primer lugar la normativa de referencia para la medida de contaminantes atmosférico, el muestreo y medida de los mismos y la conservación y transporte de dichas muestras. Por último, también se mostrará la aplicación de las medidas de prevención y protección en las actividades de toma de muestra y medida de los contaminantes atmosféricos.

Tema 1. Normativa de referencia para la medida de contaminantes atmosféricos
1.1. Contaminantes particulados en emisión
1.2. Contaminantes gaseosos en emisión
1.3. Identificación y características de los puntos de muestreo

Tema 2. Muestreo de contaminantes atmosféricos
2.1. Metodología de muestreo
2.2. Descripción
2.3. Puntos fundamentales

Tema 3. Medida de contaminantes atmosféricos
3.1. Metodología de medidas
3.2. Descripción
3.3. Parámetros de control

Tema 4. Conservación y transporte de muestras de contaminantes atmosféricos
4.1. Metodología
4.2. Características
4.3. Puntos fundamentales

Tema 5. Aplicación de las medidas de prevención y protección en las actividades de toma de muestra y medida de los contaminantes atmosféricos
5.1. Conceptos básicos sobre seguridad y salud en el trabajo
5.2. Riesgos generales y su prevención
5.3. Riesgos derivados de las operaciones de muestreo y medida de las emisiones a la atmósfera
5.4. Riesgos derivados de la exposición a agentes contaminantes
5.5. Riesgos derivados de las características de las instalaciones donde se realizan las operaciones de muestreo y medida de las emisiones a la atmósfera
5.6. Señalización
5.7. Equipos de protección individual en las operaciones de muestreo y medida de las emisiones a la atmósfera
5.8. Actuación en emergencias y evacuación

• Idioma: Español
• Editorial: Editorial Elearning
• Fecha de lanzamiento: 14 ene 2019

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1.1. Contaminantes particulados en emisión

1.2. Contaminantes gaseosos en emisión

1.3. Identificación y características de los puntos de muestreo

1.1.Contaminantes particulados en emisión

Definición

Por contaminantes particulados se entienden el conjunto de partículas, sólidas y/o líquidas, presentes en la atmósfera, que pueden ser dañinas por su tamaño o por su composición química. Se conocen también por sus siglas en inglés PM (particulated matter) o como aerosoles atmosféricos.

Importante

Más adelante iremos viendo cómo se captan las muestras de este tipo de contaminantes y cómo se analizan.

Para conocer el contenido de los contaminantes particulados se pueden emplear:

–El análisis químico y mineralógico: determina la concentración de las partículas. A partir de ello se puede determinar la masa de las partículas.

–Análisis morfológico: determina la caracterización de las partículas por su tamaño. A partir de ello se puede saber cómo se ha formado un contaminante particulado e interpretar qué efectos tiene tanto en el medio ambiente como en la salud humana.

Recuerda

Hay partículas que aún sin ser nociva por sí misma, pueden ser portadoras de otros contaminantes hasta el tracto pulmonar.

Clasificación

Los contaminantes particulados se pueden clasificar según las fuentes o según el proceso de formación de las partículas

Según la fuente de origen: las partículas pueden derivar de fuentes:

Se consideran como fuente naturales de las partículas, por ejemplo:

–Erupciones volcánicas;

–Actividades sísmicas;

–Actividad geotérmica;

–Incendios no provocados en zonas forestales.

Importante

La directiva europea 2008/50/CE sobre la calidad del aire (Emisiones de contaminantes no causadas directa o indirectamente por las actividades humanas) incluye también los aerosoles marinos, que no estaban contemplados por las normativas anteriores.

Se consideran como fuente antropogénicas de las partículas:

–Obras de construcción;

–Minería;

–Industrias.

Recuerda

Las fuentes de origen pueden determinar algunas propiedades físicas y químicas de las partículas.

Según el proceso de formación, las partículas se puede clasificar en:

–Partículas primarias: son emitidas directamente a la atmósfera desde una fuente emisora, sin transformaciones físicas o químicas. Las de origen natural proceden sobre todo de océanos, volcanes y fuentes biogénicas;

–Partículas secundarias: son el resultado de transformaciones físicas o químicas. La mayoría de estas partículas son finas y son en gran parte de origen antrópico.

Importante

Más adelante veremos en detalle algunas de las transformaciones físicas o químicas de formación de las partículas secundarias (nucleación y acumulación).

Importante

Las dos clasificaciones son complementarias, es decir, que puede haber emisiones primarias y secundarias de origen natural o antropogénica y viceversa.

Composición mineralógica y química

El material particulado es un sistema complejo desde un punto de vista mineralógico y químico. Generalmente se consideran cuatro grupos principales:

1.Fracción mineral

El aporte de la fracción mineral es el más abundante. Las partículas tienen granulometría predominantemente gruesa, aunque dependiendo de la velocidad del viento pueden encontrarse partículas finas. Igualmente debido a la acción del viento las partículas pueden alcanzar dimensiones intercontinentales.

2.Aerosol marino

El aporte de aerosol marino es menos abundante de la fracción mineral, aunque es de dimensiones elevadas gracias a que existe un 90% de áreas oceánicas sobre continentales. El aerosol marino se genera por la ruptura de las olas y por la acción del viento sobre la superficie de las aguas oceánicas. Las partículas suelen tener granulometría gruesa, dependiendo del mecanismo por el cual se han formado.

3.Compuestos Inorgánicos Secundarios (CIS)

Los compuestos inorgánicos secundarios se denominan así porque suelen tener un origen secundario, generándose por la oxidación de sus predecesores gaseosos (por ejemplo azufre o nitrógeno), sobre todo a través del el tráfico y de los procesos industriales en los que tiene lugar combustión de gas, carbón y biomasa.

4.Compuestos Orgánicos

Los compuestos orgánicos son sustancias químicas que contienen carbono, pudiendo formar enlaces entre dos o más átomos de carbono, o entre carbono e hidrógeno. Los compuestos orgánicos se pueden clasificar en: compuestos volátiles: que se convierten fácilmente en vapores o gases; compuestos semivolátiles: que se distribuyen entre las fases atmosféricas gaseosas y particuladas.

A su vez se suelen subdividir en: compuestos órgano-halogenados que incluyen a los DDT; hidrocarburos aromáticos policíclicos, que veremos en detalle más adelante.

Sabías que

Las masas vegetales (especialmente coníferas) se consideran como las principales fuente de precursores gaseosos de los aerosoles orgánicos de origen secundaria.

A estos cuatro grupos generales se suelen añadir otros compuestos complejos producido por las actividades industriales, y que pueden introducir en la atmósfera concentraciones anómalas de partículas, que pueden provocar daños a los seres vivos y al medio ambiente.

Importante

A escala global, las emisiones antropogénicas de material particulado son menos importantes que las de origen natural. Sin embargo, especialmente en las áreas urbanas, las partículas de origen antrópico adquieren una importancia mayor, porque son más tóxicas que las partículas de origen natural, por su composición química.

Distribución de tamaños

La forma de las partículas suele ser irregular, por lo tanto el tamaño del material particulado viene definido a través del diámetro equivalente, que puede variar desde nanómetros hasta decenas de micras.

La distribución de tamaños se refiere a la variación de concentración con el tamaño de partícula. Debido a sus efectos sobre la salud y el medio ambiente la concentración se expresa en masa, es decir, se indica la masa de material particulado por unidad de volumen).

Hay varias diferencias entre los modos de distribución en tamaño de las partículas suspendidas (finas y gruesas):

–se originan por separado;

–se transforman por separado;

–se mueven en la atmósfera a partir de mecanismos diferentes;

–tienen propiedades químicas diferentes;

–tienen propiedades ópticas diferentes;

–tienen distintos patrones de deposición en el aparato respiratorio.

Las partículas finas, además se dividen en dos modos:

–Nucleación: es el modo que corresponde a las partículas de diámetro comprendido entre 0,005 y 0,1 µm y se forman por condensación de vapor en los procesos de combustión y por la nucleación de especies atmosféricas;

–Acumulación: es el modo que corresponde a las partículas de diámetro comprendido entre 0,1 y 1 µm y se forman por la coagulación de las partículas que por tamaño corresponden al modo de nucleación y por la condensación del vapor sobre las partículas existentes, aumentándoles el tamaño.

Recuerda

En química la nucleación es el inicio de un cambio de estado en una parte pequeña y estable. Asimismo, la acumulación es la continua retención de una sustancia en una parte, que aumentan la cantidad o la concentración de la sustancia sobre ella.

Las partículas de diámetro comprendido entre 1 y 100 µm, es decir, las partículas de mayor tamaño, se forman por procesos mecánicos de origen natural o antropogénicos.

Efectos perjudiciales

Este tipo de contaminantes puede tener efectos perjudiciales para la salud, sobre el medio ambiente e incluso sobre los elementos materiales, como edificios y monumentos.

–Efectos sobre la salud humana

El ser humano vive circundado de atmósfera. El sistema respiratorio es la principal vía de contacto con la atmósfera y la principal vía de acceso al organismo de los contaminantes atmosféricos.

Aparato respiratorio humano.

Los contaminantes particulados pueden tener distintos diámetros aerodinámicos, afectando de manera distinta al aparato respiratorio y cardiovascular:

–Cuando su diámetro es igual o inferior a 10 µm (PM10) las partículas pueden llegar más allá de la garganta;

–Cuando su diámetro igual o inferior a 2,5 µm (PM2,5) las partículas pueden llegar hasta los pulmones;

–Cuando su diámetro es igual o inferior a 0,1 µm (partículas ultra finas), las partículas pueden pasar de los alveolos pulmonares a la sangre.

Además, según criterios de la UNE EN 12341/1999 el material particulado se puede clasificar en:

El estudio de los efectos de la contaminación atmosférica y de las reacciones en la salud humana, se lleva a cabo desde:

–Los estudios toxicológicos: en los que se controla la concentración, duración y condiciones de exposición.

–Los estudios epidemiológicos: en los que se observan los sucesos que se desarrollan en las poblaciones humanas bajo condiciones naturales.

La mayor fuente de contaminantes particulados es la combustión de los motores y el roce de los neumáticos con el asfalto, debidos al tráfico, especialmente en las zonas urbanas, siendo los motores diesel los que introducen en la atmósfera más partículas finas y ultra finas de hidrocarburos.

La peligrosidad de los contaminantes particulados depende de:

El aumento de la concentración de los contaminantes particulados aumenta la frecuencia cardiaca e incrementa el riesgo de arritmia, especialmente en los colectivos más vulnerables a las enfermedades cardiacas o pulmonares.

Otros efectos de la presencia de partículas son la reducción de la visibilidad, los daños a materiales de construcción, los daños a los ecosistemas acuáticos y a las plantas por su deposición en el suelo.

Sabías que

Más pequeñas son las partículas, más grave es el impacto que tienen en el cuerpo humano, hasta conllevar un riesgo mayor de muerte por enfermedad isquémica, enfermedades cardiopulmonares o cáncer pulmonar.

–Efectos sobre la visibilidad

Los contaminantes particulados pueden reducir la visibilidad, produciendo lo que comúnmente se conoce como smog, es decir, la mezcla visible de los contaminantes.

Recuerda

Por visibilidad se entiende el grado al cual la atmósfera es trasparente cuando hay luz. La degradación de la visibilidad es producida por la difusión y absorción de luz por parte de las partículas en suspensión.

Contaminación en Beijing (China).

–Efectos sobre los materiales

Los contaminantes particulados pueden tener efectos sobre los materiales, pudiendo causar daños tanto estéticos como físicos a edificio u otro tipo de obras materiales, debidos a su deposición sobre sus superficies.

Los mayores daños físicos de los materiales se deben a procesos normales y espontáneos, sin embargo la acción de los agentes atmosféricos los acelera, provocando por ejemplo:

∙Degradación: fenómeno intrínseco a los materiales y parte de la vida misma de los artefactos, es una modificación del material que conlleva el empeoramiento de algunas de sus características, especialmente preocupante cuando afecta la estructura;

∙Corrosión: proceso por el cual los materiales se consumen lenta y progresivamente, conllevando a su vez el empeoramiento de algunas de sus características o propiedades físicas.

–Efectos sobre el medio ambiente

Los contaminantes particulados tienen efectos sobre los ecosistemas, porque las partículas pueden alterar la cantidad de radiación solar que se transmite a través de la atmósfera.

Las partículas, junto a los contaminantes gaseosos, absorben la radiación solar a la vez que capturan la radiación infrarroja emitida algunos gases, intensificando el calentamiento de la superficie terrestre y la baja atmósfera, produciendo lo que se conoce como efecto invernadero.

Recuerda

El efecto invernadero es un fenómeno natural gracias al cual se ha desarrollado la vida en la tierra. Sin embargo, en los últimos cien años la temperatura media de la tierra ha aumentado con una rapidez mayor respecto a periodos anteriores, debido a los cambios en el dióxido de carbono de la atmósfera, originado por la combustión antropogénica de los combustibles fósiles.

Importante

El aumento constante del CO2 es el responsable de la mayor parte del fenómeno conocido como calentamiento global.

Además, los contaminantes particulados pueden alterar la cantidad de radiación ultravioleta del Sol sobre la superficie terrestre, pudiendo afectar la salud humana, la biota y otros elementos del medio ambiente.

Esquema del efecto invernadero.

Legislación sobre contaminantes particulados

Antecedentes

El control de los contaminantes particulados en España, hasta julio de 2001, se efectuaba a partir de las medidas de humos negros (HN) y partículas en suspensión totales sin discriminar el tamaño de las mismas. La normativa de referencia eran los RD 1613/1985 y 1321/1992 que aplicaban las Directivas 80/779/CEE y 89/427/CEE a la legislación española.

Solo posteriormente, con la Directiva Europea 1999/30/CE se establecieron los valores límite de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, partículas y plomo en el aire ambiente, y se introdujo como método de referencia la medición gravimétrica de los contaminantes particulados, discriminando entre los tamaños PM10 y PM2.5, e introduciendo una mayor restricción de los valores límite. Más adelante lo veremos más detalladamente.

Legislación actual

El RD 102/2011 determina los métodos para la evaluación de las concentraciones de los principales contaminantes, sin embargo no se han establecido métodos de referencia para la determinación de los niveles de emisión.

Si deseas ampliar información, puedes consultar en internet el Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire.

El RD 508/2007, de 20 de abril, regula el suministro de información sobre emisiones al Reglamento E-PRTR (de aplicación a todo el territorio de la Unión Europea) y pone en marcha el Registro Estatal de Emisiones y Fuentes Contaminantes PRTR-España, dando continuidad a EPER-España,

Con ello el estado español cumple con el Reglamento europeo 166/2006, añadiendo, además, normas adicionales que lo complementan y determinando la información relativa a las Autorizaciones Ambientales Integradas que deben suministrar las Comunidades Autónomas al Ministerio competente.

Si deseas ampliar información, puedes consultar en internet elReal Decreto 508/2007, de 20 de abril, por el que se regula el suministro de información sobre emisiones.

Recuerda

El número de contaminantes que es posible analizar es muy alto, y esta unidad sirve para revisar las técnicas de análisis de los contaminantes particulados y gaseosos en emisión.

La caracterización química del material particulado permite conocer las diferentes fracciones que componen las muestras y determina la presencia de contaminantes específicos, como metales, compuestos inorgánicos, o compuestos orgánicos volátiles o semivolátiles.

Compuestos inorgánicos

De entre los compuestos inorgánicos, vamos ahora a describir las características de algunos metales pesados o tóxicos que componen el material particulado.

Metales

Un metal es un elemento químico que se caracteriza por:

–Fuerte conductividad eléctrica y térmica;

–Alta densidad y estado sólido a temperatura normales (excepto el mercurio);

–Capacidad de deformación;

–Capacidad de reflejar la luz, que le confiere el brillo metálico;

–Tendencia a formar cationes.

Recuerda

Los cationes son iones que han perdido electrones, es decir, átomos o moléculas con carga eléctrica positiva.

Los metales se dividen en:

–Ferrosos: aquellos que contienen hierro como elemento base y proporciones de otros elementos (por ejemplo: acero inoxidable, acero al carbono, hierro forjado, etc.);

–No ferrosos: aquellos que no contienen hierro (por ejemplo: aluminio, cobre, estaño, etc.)

Además, dependiendo de su densidad, los metales no ferrosos se dividen en:

–Pesados: con una densidad igual o mayor de 5 kg/dm³ (por ejemplo: estaño, cobre, plomo, zinc);

–Ligeros: con una densidad comprendida entre 2 y 5 kg/dm³ (por ejemplo: aluminio, titanio);

–Ultraligeros: con una densidad menor de 2 kg/dm³ (por ejemplo: berilio, magnesio).

Metales pesados

La definición metal pesado es incorrecta según un informe técnico de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), ya que puede incluir algunos elementos ligeros y excluir algunos metales pesados.

Recuerda

Un término alternativo es metal tóxico, aunque tampoco hay una aceptación unánime de ello.

Sin embargo, con ambos términos se indican aquellos metales que por sus características o su concentración pueden ser dañinos para la salud y el medio ambiente.

Estos tipos de metales se dividen en dos tipos:

–los que son tóxicos incluso en cantidades mínimas, por ejemplo el plomo o el mercurio;

–los que para ser dañinos tienen que tener concentraciones más elevadas, como por ejemplo el aluminio o el cobre.

En la Unión Europea los once elementos más importantes son:

En esta unidad solo describiremos los más conocidos (arsénicos, cadmio, mercurio y plomo), a partir de las descripciones que se pueden leer en la página web del Registro Estatal de Emisiones y Fuentes Contaminantes (http://www.prtr-es.es) y siguiendo las indicaciones del RD 508/2007.

1.Arsénico

Descripción y características

El arsénico (símbolo As y número atómico 33) es un elemento químico natural, y se encuentra sobre toda la corteza terrestre.

Este elemento forma parte de los metaloides, comportándose como metal y no metal, y raramente se presenta en forma sólida, sino en forma de sulfuros.

Recuerda

En química un sulfuro es la combinación del azufre con un elemento químico o un radical.

El arsénico puede subir tres modificaciones por alotropía (es decir, la propiedad de algunos elementos de tener diferente estructuras químicas).

–la forma α o arsénico gris metálico es la forma estable con estructura romboédrica, que conduce bien el calor pero no tanto la electricidad. Con la exposición al aire puede perder el brillo metálico;

–la forma β o arsénico negro es la forma con propiedades intermedias a las otras dos, y estructura hexagonal;

–la forma γ o arsénico amarillo, es la forma más volátil y se obtiene cuando el vapor de arsénico se enfría rápidamente.

Recuerda

El arsénico puede comportarse como metal o como no metal dependiendo de su estado de agregación.

Origen y aplicación

Como elemento natural, el arsénico se encuentra en los suelos y en pequeñas concentraciones en minerales, encontrándose más frecuentemente en la superficie de las rocas combinado con azufre o metales. El arsénico es un elemento con capacidad de dispersión muy alta, pudiendo introducirse en agua, tierra y aire, y se puede transmitirse a través de la cadena trófica en cualquier forma de vida, vegetal o animal, incluida la humana.

Como consecuencia de la actividad humana, la producción de cobre, plomo o zinc, pero también la minería, representan las principales fuente de emisión de arsénico, generalmente vertida en las aguas superficiales.

El arsénico elemental tiene pocos usos. En su mayoría, los compuestos de arsénico, se usan para la aplicación medicinal basándose en su naturaleza tóxica.

Efectos y riesgos

El arsénico es uno de los elementos naturales más tóxicos y tiene varios efectos sobre la salud. Sin embargo conviene hacer una distinción entre los efectos del arsénico orgánico respecto a los efectos del arsénico inorgánico:

el arsénico inorgánico puede causar: irritación del estómago