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Estudios de especiación de COV y PM2.5 en México
Encuentro Nacional de Respuestas al Cambio
Climático: Calidad del Aire, Mitigación y Adaptación
Salvador Blanco, Miguel Magaña y Ángeles Benítez Subdirección de Investigación en Contaminación
Atmosférica – CGCSA, INECC
Ciudad de México, 1° de Julio de 2016
Línea de Investigación
Línea de investigación de especiación química de contaminantes atmosféricos Objetivos
• Generar información de la composición química de las mezclas complejas de las partículas suspendidas y de los compuestos orgánicos volátiles (COVs)
• Evaluar las especies químicas y concentraciones en PM.25 y de COVs y sus posibles fuentes de emisión
• Identificar las principales especies de COVs y metales pesados, tóxicos de mayor riego a la salud
• Estimar el Potencial de Formación de Ozono y cuantificar el Carbono Negro
• Determinar la contribución de la composición de PM2.5 por aproximación de masa
Impactos de las PM2.5 y COV
Las partículas suspendidas Salud de la población. Cáncer, mortalidad, enfermedades respiratorias y cardiovasculares, envejecimiento prematuro. Clima. Forzador del clima, núcleos de condensación Visibilidad Fotoquímica Alteración de suelos y cuerpos de agua
Los COVs Salud de la población. Toxicidad, Cáncer, mutagenicidad, teratogenicidad, efecto en diversos órganos blanco. Precursor de ozono troposférico forzador del clima Fotoquímica
Estándares y redes
US Photochemical Assessment Monitoring Stations (PAMS) 22 networks, 1 h, 1-3 h. US National PM2.5 Chemical Speciation Monitoring and IMPROVE Networks 360 sites
Europa (anual)
México (trimestral)
Plomo 0.5 ng/m3 1.5 µg/m3
Arsénico 6 ng/m3
Cadmio 5 ng/m3
Níquel 20 ng/m3
PAH (b(a)p) 1 ng/m3
Benceno 5 µg/m3
2014 2020
2014
PM2.5
Air Quality Criteria (AAQCs) developed by the Ontario Ministry of the Environment (April 2012)
AAQC (mg/m3)*/ppbV Avering Time Limiting Effect
Benzene 0.45/0.13 Annual Health
2.3/0.68 24 Hour Health
1,3-butadiene 2/0.86 Annual Health
10/4.29 24 Hour Health
1,1-dichloroethane 165/38.71 24 Hour Health
trichloroethylene 2.3/0.41 Annual Health
12/2.12 24 Hour Health
vinyl chloride (chloroethene)
0.2/0.07 Annual Health
1/0.37 24 Hour Health
styrene 400/89.17 24 Hour Health
Infraestructura de COVs
Infraestructura de PM2.5
Resultados de caracterización y PFO
7
Concentración ZMVM: 141.40 ppbV ZMG: 129.84 ppbV AMM: 576.8 ppbV de COVs: Merced: 150.9 ppbV Loma Dorada: 870.4 ppbV Santa Catarina: 797.6 ppbV San Agustín: 149.8 ppbV Las Águilas: 799.54 ppbV San Bernabe: 499.9 ppbV Pedregal: 123.5 ppbV Las Pintas: 521.22 ppbV San Nicolás: 418.4 ppbV Oblatos: 478.26 ppbV Centro: 464.1 ppbV Formación ZMVM: 423.9 ppb O3 ZMG: 1699.67 ppb O3 AMM: 1,677.5 ppb O3 Potencial Merced: 475.9 ppb O3 Loma Dorada: 2,150.4 ppb O3 Santa Catarina: 1,797 ppb O3 de Ozono: San Agustín: 443.0 ppb O3 Las Águilas: 1,952.8 ppbO3 San Bernabe: 1,315.2 ppb O3 Pedregal: 352.9 ppb O3 Las Pintas: 1,522.9 ppb O3 San Nicolás: 1,269.4 ppb O3 Oblatos: 1,417.9 ppb O3 Centro: 1,454.3 ppb O3
ZMVM 2012 ZMG 2014 AMM 2014
Etanol Etanol Etanol
Acetona Acetona Acetona
2-propanol 2-propanol
n-butano n-butano n-butano
Propano Propano Propano
isobutano
Tolueno Tolueno Acetato de etilo
Etileno Etileno Diclorometano
Isopentano Metilciclopentano 1,4-Diclorobenceno
n-pentano diclorometano Etano
n-hexano n-hexano n-hexano
Los 10 compuestos más abundantes en las Ciudades estudiadas
0 5 10 15 20 25 30
dichlorodifluorometha…
p-ethyltoluene (1-…
1-butene (C, I)
cyclohexane (C, I)
n-nonane (C, I)
dichloromethane…
ethyl acetate (I)
acetylene (C, I)
ethylene (I, C)
toluene (C, I)
Concentración (ppbV)
88.30
50.03
43.31
40.80
38.96
38.25
33.59 29.91 25.41 21.93
18.87 16.53
14.82 13.42
13.22 13.20 13.14 12.78 12.13 10.85 10.14 9.54 9.31 9.29 9.11 8.39 8.36 7.61 6.72
65.72
1 toluene (C, I)
2 1,2,4-trimethylbenzene (C, I)
3 o-xylene (I, C)
4 propylene (I, C, B)
5 ethylene (I, C)
6 ethanol (ethyl alcohol) (I)
7 1,3,5-trimethylbenzene(mesitylene) (I, C)8 cis-2-pentene (C )
9 n-butane (GLP, C)
10 m-xylene (I, C)
11 isopropylbenzene (cumeno) (I, C)
12 isopentane (C, I)
R² = 0.9073
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0 1 2 3 4 5
Etilb
ence
no
(p
pb
V)
Benceno (ppbV)
0
500
1000
1500
2000
0
20
40
60
80
100
120
140
03:0
0
06:0
0
09:0
0
12:0
0
15:0
0
18:0
0
21:0
0
00:0
0
Co
nce
ntr
ació
n (
pp
bC
)
Co
nce
ntr
ació
n
Hora del día
COVs en Durango en 2015
Resultados de COVs tóxicos
ZMVM 2012 ZMG 2014 AMM 2014
Benceno: 1.32 ppbV (0.68 ppbV) Cloroformo: 0.68 ppbV (0.19 ppbV) Cloroformo: 1.81 ppbV (0.19 ppbV)
Tetracloruro de carbono: 2.08 ppbV (0.36 ppbV) Tetracloruro de carbono: 2.30 ppbV (0.36 ppbV)
Benceno: 2.90 ppbV (0.68 ppbV) Benceno: 3.72 ppbV (0.68 ppbV)
1,2-dibromoetano: 0.49 ppbV (0.37 ppbV) Acroleína: 10.27 ppbV (0.17 ppbV)
Sitio Benceno Tolueno Etilbenceno m-Xileno p-Xileno o-Xileno
ZMVM (2012) 1.32 6.91 0.82 0.52 0.52 1.38
Guadalajara (2014) 2.88 15.98 2.61 2.33 4.01 3.01
Monterrey (2014) 3.72 11.29 2.96 2.98 4.67 3.62
Durango (2015) 0.31 1.16 0.15 0.15 0.29 0.17
Salamanca (17-31
marzo de 2016) 1.28 2.65 1.17 1.23* 1.16
Monitoreo automático de benceno en Salamanca
Composición de PM2.5
13.4 mg/m3
20.0 mg/m3
29.9 mg/m3
15.3 mg/m3
19.0 mg/m3
Masa Reconstruida = 4.125[S]+1.5[OC]+[EC]+[Suelo]+1.4[KNON]+2.5[Na+]+1.29[NO3-]+1.509[CI]
Conclusiones Generales Los COVs Tienen un aporte importante de emisiones vehiculares y de evaporación de gasolinas.
También se detectó un aporte importante de varios compuestos como los halogenados, o algunos
hidrocarburos que tienen aplicación industrial o uso en productos domésticos.
Se observaron concentraciones altas de propano y butano, constituyentes del Gas LP.
Las concentraciones encontradas de COVs tóxicos, indican que se debe poner especial atención al benceno.
Las partículas
Los máximos aportes provienen del material del suelo, la conversión de gas a partícula del SO2 a sulfato de amonio y el material orgánico
El material orgánico particulado es de gran relevancia proveniente de quema de combustibles fósiles y biomasa
Los metales pesados contribuyen en menos del 1% de PM2.5
Áreas de oportunidad
• Ampliar la cantidad de COVs mediante la reingeniería de la infraestructura que disponemos con costos aceptables y/o la adquisición de un sistema de última generación
• Ampliar las capacidades internas para análisis de carbonilos
• Establecer una red de BTEX
• Adquisición de equipo de Termo-reflectancia-óptica, para caracterizar la fracción orgánica y carbono elemental
• Ampliar las capacidades internas para realizar análisis de hidrocarburos aromáticos policíclicos por cromatografía y de metales por ICP
• Establecer una red de especiación de PM2.5
Cuantificar la contribución de fuentes de emisión Actualización de perfiles de composición útiles para los inventarios de emisión y modelación Armonizar las agendas de investigación con las agendas de actualización de Proaires Generar y apoyar a la creación de normas Fortalecer capacidades locales Establecer mecanismos de colaboración
¡Gracias! Salvador Blanco, [email protected] Ángeles Benitez, [email protected] ------- PM2.5 Miguel Magaña, [email protected] ----- COVs