Introducción al monitoreo atmosférico – 06. Experiencia de monitoreo en diferentes ciudades. Parte 1

6. EXPERIENCIA DE MONITOREO EN DIFERENTES CIUDADES

Una red de muestreo óptima implica el mínimo número de estaciones con localizaciones precisas. Además los datos de esta red óptima deberían poder ser utilizados para obtener un análisis preciso de la distribución de la contaminación. Sin embargo, no puede establecerse una red óptima que sea aplicable universalmente a cualquier área urbana y para cualquier objetivo, debido a que la distribución de contaminantes y los factores meteorológicos, son fenómenos dinámicos que no sólo varían en el tiempo y en el espacio en un área dada de una misma zona urbana o de una región, sino que también varían de una región a otra.

Por esta razón, el diseño de redes de monitoreo es un proceso de prueba y error que se va aplicando poco a poco, partiendo en un principio de una cuadrícula, un modelo estadístico o de la ubicación de las estaciones de monitoreo de acuerdo con los criterios recomendados por diferentes organismos internacionales como los enumerados en el capítulo 2, o basándose en las zonas más críticas de acuerdo con los objetivos fijados.

En este capítulo presentaremos algunos criterios para la recomendación de ubicación de estaciones haciendo hincapié en el criterio actual, de establecer preferentemente estaciones de monitoreo de una red con base en puntos críticos o “hot spots”. Además presentaremos ejemplos de estudios de monitoreo atmosférico llevados a cabo con redes de muestreadores pasivos y en la última sección presentaremos ejemplos de redes que combinan diferentes tipos de muestreadores.

Queremos enfatizar que la Comunidad Europea actualmente se está aplicando cada vez más el uso de muestradores pasivos para diversos estudios con resultados muy favorables y comparables con muestreadores activos y con monitores automáticos.

6.1. NUEVAS TENDENCIAS EN LA UBICACIÓN DE LAS ESTACIONES DE REDES DE MONITOREO: DETERMINACIÓN DE “HOT SPOTS” Y SU IMPORTANCIA

Como ya se mencionó en el capítulo 2 actualmente, el monitoreo en las ciudades se lleva a cabo principalmente en sitios seleccionados de acuerdo a los objetivos de monitoreo establecidos, más que en puntos de una cuadrícula, ya que estos sitios son representativos del tipo de localidades específicas que cubren características de áreas urbana, industrial, residencial, comercial, de exposición de población o áreas de influencia. La EPA ha desarrollado procedimientos para el establecimiento de sitios de monitoreo que evalúan los principales contaminantes atmosféricos. Adicionalmente Ott¹⁶³ recomienda seis tipos de ubicaciones o categorías de monitoreo en las cuales se pueden medir diferentes exposiciones según el tipo de estudio que se pretenda realizar.

Estas categorías están contenidas en el cuadro 6.1 que se presenta a continuación. En esta tabla podemos observar que según sea el objetivo que se pretenda se tendrán diferentes tipos de ubicación de las estaciones de monitoreo.

Por otro lado el programa de GEMS/AIR recomienda como primer paso del establecimiento de una red, llevar a cabo mediciones en algunas ubicaciones representativas en un gran número de lugares. Por ejemplo, se podrían escoger cuatro ubicaciones representativas para cada ciudad, de un gran número de ciudades en estudio, las cuales estarían colocadas en el área comercial del centro de la ciudad, en un área residencial, en la orilla de la banqueta de una calle congestionada del centro de la ciudad y en un área residencial principalmente influenciada por emisiones industriales. Las mediciones en ubicaciones similares en diferentes ciudades pueden ser comparables, facilitando una estimación general de los niveles de concentración relativa experimentados¹⁶⁴.

GEMS/AIR hace un esfuerzo porque se establezcan redes de monitoreo internacionales de manera que los datos que se obtienen de las mismas sean armónicos y comparables de un país a otro. Sin embargo las redes decentralizadas y de multioperadores son comunes en muchos países, por lo que se recomiendan planes de aseguramiento de calidad, como el expuesto en el capítulo 4 de este manual, ya que adquiriendo procedimientos de aseguramiento internos y externos, es posible asegurar la comparabilidad y compatibilidad de los resultados, a pesar de que se usen diferentes metodologías, equipo y se trabaje a diferente nivel de sofisticación.

Además de estos criterios para la selección de un sitio de monitoreo se deben de tomar en cuenta una variedad de consideraciones como las expuestas en el capítulo 2 y que se resumen en el cuadro 6.2. Con base en estas consideraciones y utilizando en conjunto los datos de emisiones de contaminantes, la información meteorológica y topográfica de la zona en que se ubicará la red y aplicando modelos de difusión, se puede lograr una estimación inicial de la concentración de los contaminantes identificando posibles sitios críticos conocidos como “hot spots”, en los cuales se deben llevar a cabo monitoreos. La determinación de estos lugares o zonas críticas es la tendencia más moderna para identificar sitios en los cuales se debe localizar una estación de monitoreo. La importancia de su determinación radica en que se tienen que conocer las concentraciones de los contaminantes en los puntos donde por las condiciones topográficas y meteorológicas, densidad de población y emisiones del lugar, podrían ser mayores o más críticas.

Para monitoreos a Macroescala (Escala Urbana o Regional), la Comisión de Comunidades Europeas propone que las legislaciones contemplen estrategias de localización de puntos de muestreo que contengan dos tipos de estaciones¹⁶⁶:

• Las enfocadas a zonas donde ocurren las más altas concentraciones a las cuales la población está directa o indirectamente expuesta por un período significativo en relación con el período promedio de los valores límite, llamadas “hot spots”.
• Estaciones enfocadas a medir concentraciones de área o fondo, con el propósito de establecer la exposición de la población en general.

Hay que tomar en cuenta, que cuando el objetivo es medir concentraciones de fondo, la ubicación de la estación de monitoreo que representa a una determinada área de estudio deberá ser capaz de medir las máximas concentraciones que se presenten en esa área, pero ubicándose de tal manera que no sea influenciada por una fuente local de contaminación, como podría ser una chimenea.

Además de llevar a cabo todas las consideraciones anteriores, hay que insistir, en que el diseño de una red debe ser flexible y deberá revisarse periódicamente para asegurar que permanece compatible con los objetivos de monitoreo establecidos. De cualquier manera, para poder documentar estudios de tendencias a largo plazo, algunos de los sitios deberán permanecer constantes. En los lugares en donde se llevan a cabo estos estudios se requiere de mediciones diarias que usualmente se toman a través de todo el año y por varios años, para obtener promedios anuales y concentraciones pico, utilizando redes de sitios fijos, rigurosamente definidos y manteniendo los mismos protocolos de muestreo y análisis en toda la red. A diferencia, cuando se establece una red para medir concentraciones pico a corto plazo, ya sea horarias o diarias. Por ejemplo durante un episodio de contaminación, se requieren intensas campañas que establezcan redes de muestreo más flexibles, que pueden estar constituidas de estaciones con ubicaciones fijas y móviles.

En Estados Unidos, cada estado anualmente tiene que desarrollar y aplicar un programa para modificar la red de monitoreo de calidad del aire, para eliminar cualquier estación no necesaria o para corregir cualquier resultado inadecuado que se presentara al llevar a cabo esta revisión anual. El procedimiento se realiza previa consulta con el administrador regional, por medio de la cual el Estado deberá pedir la aprobación para la modificación del programa de monitoreo.

6.2. EXPERIENCIAS CON MUESTREADORES PASIVOS

En esta sección presentaremos siete ejemplos específicos de diferentes estudios de calidad de aire que utilizaron muestreadores pasivos y los resultados obtenidos. Estos ejemplos muestran un panorama de las diferentes aplicaciones en las que se utilizan y pueden utilizar este tipo de muestreadores para llevar a cabo mediciones de calidad de aire costeables que cumplan con objetivos de monitoreo establecidos. En el primer, segundo y tercer ejemplos se utilizaron estos muestreadores, para llevar a cabo estudios comparativos de áreas a diferentes escalas. En el cuarto ejemplo se utilizaron para realizar estudios de fondo o base. En el quinto y séptimo ejemplos, se presentan los resultados de la comparación de algunos muestreadores pasivos entre sí y con analizadores continuos, por último en el sexto ejemplo, se presentan los resultados de estudios realizados en Asia para ver la reproducibilidad de los muestreadores pasivos bajo diferentes condiciones geográficas y culturales.

6.2.3. Estudio en el Centro de la Ciudad de Cracovia, Polonia¹⁶⁹

Un tercer ejemplo es un estudio conducido en el centro de Cracovia en Polonia. En donde se estableció una red de 120 sitios de medición en un área de 12 km2. Se realizaron mediciones de 24 horas de concentraciones de NO2, utilizando el método modificado de Amaya-Sugiura, para tres proyectos cada uno de un año de duración, durante 1983 y 1990. Los muestreadores fueron colocados cada seis días, simultáneamente en todos los puntos, utilizando triplicados para incrementar la precisión. Con los datos obtenidos se graficaron alrededor de 150 mapas de distribución espacial de concentraciones de NO2, y combinando esta información con parámetros meteorológicos, fue posible identificar las principales fuentes de NO2 en el área. Durante el verano los patrones de distribución de NO2, fueron similares al trazo de las principales rutas de tráfico vehicular, mientras que en invierno, la principal fuente de emisión de NO2, fueron los sistemas de calefacción doméstica.

Estudios similares se llevaron a cabo en varias ciudades en el sur de Polonia. En las montañas Tatra y en su ciudad adyacente Zakopane, se efectuó un proyecto para investigar el efecto de la contaminación del aire de la ciudad en la calidad del aire del Parque Nacional. Los muestreadores se expusieron a elevaciones mayores a 2000 m. sobre el nivel del mar, y semanalmente se determinaron las concentraciones de NO2, siendo éstas siempre inferiores a 5 ppb. Lo cual indicó que para el NO2, la contaminación del aire de la ciudad no tenía efecto significativo en la calidad del aire de las montañas.

6.2.4. Estudio de Fondo en Diferentes ciudades Suecas¹⁷⁰

Un cuarto ejemplo es el que llevó a cabo el instituto de Investigación del Medio Ambiente Sueco, utilizando muestreadores pasivos durante seis meses, en un estudio de fondo de la distribución geográfica de NO2 y SO2, en áreas alrededor de 37 ciudades suecas. Los resultados mostraron una gran correlación entre el incremento de la latitud y el decremento de la concentración de NO2 y SO2. Se concluyó que la tasa de transporte tiene una contribución importante en las concentraciones promedio de NO2 y SO2 en las ciudades suecas del sur.

6.2.5. Estudio Comparativo de Muestreadores en Países Alpinos¹⁷¹

Como quinto ejemplo tenemos el estudio comparativo de muestreadores pasivos para ozono y NO2 que llevó a cabo en 1992 la ARGE, Asociación de Países Alpinos, durante seis meses en seis diferentes sitios en los Alpes. Este estudio formó parte de un proyecto a largo plazo de la presencia y efectos de los fotoxidantes, en particular del ozono en la región alpina. El objetivo principal fue la identificación de un método que pudiera ser utilizado para medir y obtener perfiles de distribución vertical de ozono dentro de un rango de diferentes localizaciones en la montaña.

Este estudio fue coordinado por la GSF, Centro de Investigación para el Medio Ambiente y la Salud de Neuherberg/Munich, Alemania, y para realizarlo se hicieron comparaciones entre diferentes muestreadores pasivos de NO2 al mismo tiempo. Se eligieron 5 lugares alpinos a dife-rentes alturas y un lugar urbano altamente contaminado para su comparación. Todos los sitios contaban con analizadores continuos operando. En total se expusieron en paralelo 16 muestreadores pasivos diferentes de 10 organizaciones de Alemania, Austria, Italia, Suiza y el Reino Unido y fueron intercambiados a intervalos de una o dos semanas a lo largo del período de prueba, dependiendo de las especificaciones del muestreador. Los muestreadores fueron regresados a las organiza-ciones de donde provenían para su análisis y los resultados de las diferentes mediciones de los muestreadores se compararon con los resultados de los analizadores continuos.

Los valores medidos por la mayoría de los diez muestreadores para NO2, mostraron coeficientes de correlación significativos, con relación al promedio correspondiente a los analizadores continuos, cuando se comparaban a través de los seis sitios (>0.9), aunque las mediciones en las dos estaciones de mayor altitud, las cuales presentaban concentraciones bajas de NO2, mostraron una correlación pobre. En general se concluyó, que aunque para bajas concentraciones de NO2 estos muestreadores no pueden reemplazar las mediciones con analizadores continuos, si proveen una buena indicación de las concentraciones de NO2 y pueden emplearse útilmente en una variedad de estudios. Las diferencias que se obtuvieron en la comparación entre muestreadores basados en un mismo principio fueron muy pequeñas.

En lo que respecta a los seis muestreadores de ozono probados, solamente dos (un tubo de difusión expuesto por una semana y un muestreador de papel índigo expuesto por dos semanas) mostraron un coeficiente de correlación significativo (>0.8), de acuerdo con los valores medidos con los analizadores continuos.

Los primeros resultados indicaron que debían de tomarse en cuenta los factores meteorológicos, cuando se interpretaban los resultados de los muetreadores pasivos de ozono. Por lo que se concluyó que aunque los muestreadores no pueden utilizarse para medir concentraciones exactas de ozono, proveen una útil indicación de tendencias a través del tiempo y pueden recomendarse para ciertos estudios en algunos sitios de la montaña. Hay que hacer notar que, en la segunda fase de este estudio, los dos muestreadores de ozono seleccionados con base en las pruebas de comparación, fueron utilizados para la investigación de perfiles de distribución vertical de ozono en diferentes áreas en los Alpes. Se aconseja además, que deberían aplicarse mayores pruebas de campo de estos muestreadores.

6.2.6. Estudio de Reproductibilidad de Muestreadores Pasivos en Asia¹⁷²

Por otro lado, para investigar la reproductibilidad de las técnicas de muestreo pasivo bajo diferentes condiciones geográficas y culturales, se llevaron a cabo durante un año estudios con muestreadores de tubo de difusión de NO2, SO2 y NH3 en ciudades del Sudeste de Asia, escogidas para representar los antecedentes de la región y en ciudades urbanas de China.

Sorpresivamente los mejores resultados se obtuvieron con los mues-treadores de SO2. La reproductibilidad fue muy buena en todo el rango de concentraciones (0.1 – 76 ppb), y la desviación estándar relativa promedio para todas las mediciones fue de 7.7%.

En lo referente a los muestreadores de NO2 tenemos, que inicialmente los valores de NO2 fueron anormalmente bajos, parecía que el reactivo había sido consumido por el ozono, que se presentaba a niveles mayores que en Suecia donde el muestreador había sido desarrollado. El problema fue resuelto implementando la fórmula de la solución impregnada y de esta manera se obtuvieron resultados de reproductibilidad altos en un rango de concentraciones aceptable.

También fueron pobres los valores de reproductibilidad de los mues-treadores de amonia (con desviación estándar de 31.1 %), identificándose como la posible causa del problema, la evaporación de amonia de las partículas depositadas en la pantalla de viento seguida de una absorción del muestrador. Por lo cual se requirió de un cambio en el protocolo de muestreo y de que la pantalla de viento se remplazara por una tapa sólida antes de que se enviara a analizar. Esto incrementó la reproductibilidad considerablemente, obteniéndose una desviación estándar de 15.4 %, en un rango de concentraciones de 0.07 a 37ppb.

Los resultados anteriores muestran la importancia de evaluar a los muestreadores pasivos bajo diferentes condiciones culturales, climáticas y geográficas, antes de que sean utilizados en estudios a gran escala, ya que podrían ser necesarios ajustes menores al muestreador o al protocolo de muestreo, cuando las condiciones difieren de aquellas bajo las cuales el muestreador fue inicialmente diseñado y probado. Actualmente estos muestreadores han sido probados bajo diferentes condiciones en 11 ciudades de Asia, las cuales son: Bangladesh, China, Hong Kong, India, Indonesia, Corea, Malasia, Nepal, Taiwan, Tailandia y Vietnam.

Estudio de Validación de Muestreadores Pasivos en México¹⁷³ El objetivo de este estudio fue estimar la validez y reproductibilidad entre las mediciones de monitores pasivos de ozono, con las registradas por un monitor continuo. Se expusieron 28 monitores pasivos al aire ambiente, en el interior y exterior de un salón de clases, al mismo tiempo que se registraba la concentración de ozono mediante un monitor continuo. Como resultados se tuvo que la correlación entre las lecturas de los monitores pasivos y el continuo fue altamente significativa (r = 0.89 p < 0.001) y también la correlación entre las lecturas de los monitores pasivos expuestos fue alta (r = 0.97, p < 0.001). Los resultados indican que es recomendable usar monitores pasivos para mediciones acumulativas de ozono mayores a 100 ppb, lo que implica períodos de medición mayores a cinco días cuando son utilizados en interiores.
REFERENCIAS

163- Referencia 74.
164- Referencia 1, vol. 4, pág. 40.
165- Fuente: Basado en la referencia 74.
166- Referencia 7.

Libro: Introducción al monitoreo atmosférico
Autoras: Ana Patricia Martinez – Isabelle Romien

Web: http://www.bvsde.ops-oms.org/sde/ops-sde/bvsde.shtml