Introducción

La contaminación atmosférica es, tal vez, la gran desconocida dentro de los vectores clásicos en materia ambiental. A diferencia del saneamiento de las aguas residuales o del tratamiento de residuos sólidos, el conocimiento de las técnicas aplicadas en la evaluación de la calidad del aire comporta un elevado grado de especialización. La atmósfera, el medio receptor, es un componente altamente sensible y que está influenciado en gran manera por la meteorología que, de una forma caprichosa y aleatoria, actúa como una variable incontrolada que dispersa o concentra los contaminantes en función del tiempo meteorológico tanto a escala local como sinóptica.

Se trata de una ciencia nueva donde cada día aparece literatura científica que nos ayuda a entender la complejidad tanto de las clases de contaminantes emitidos por las grandes fuentes industriales, urbanas y domésticas, como la propia reactividad de los compuestos emitidos. Los contaminantes atmosféricos liberados por las fuentes sufren un proceso de dispersión en la atmósfera, de reacción entre ellos y otras variables meteorológicas y finalmente se depositan en el suelo, más o menos lejos de su origen. Este ciclo es variable en el espacio y en el tiempo y otros parámetros, como la propia orografía local y el régimen de vientos juegan en ello un papel esencial.

En esta asignatura encontraremos respuesta a todas aquellas preguntas, conoceremos cuáles son los principales contaminantes, su reactividad, la influencia de la meteorología en los procesos de dispersión, aprenderemos las técnicas básicas para su determinación y, finalmente, profundizaremos en los métodos de gestión más utilizados en el tratamiento de la contaminación atmosférica.

Actividades

Tiempo estimado: 2 horas

La región del Valle de la Bruma, situado en el hemisferio norte de nuestro planeta, tiene una superficie de 1.000 km² y su conjunto orográfico, en forma de cubeta, es parte de un sistema montañoso que, sin alcanzar grandes alturas (unos 500 metros), se extiende alrededor de la zona. Esta configuración topográfica es una barrera natural que impide la dispersión del viento que encuentra su salida de la cubeta por el valle en dirección (E-W).

El factor natural que mejor define esta zona es su clima frío y seco, por las barreras montañosas que la envuelven, más abierta hacia el oeste. Además la calma del viento en el fondo del valle motiva episodios de inversión térmica. Son frecuentes sus nieblas bajas y la pluviometría anual oscila alrededor de los 650 mm anuales.

Sus características más destacadas son:

• Inviernos fríos y largos
• Veranos calurosos con intensas sequías
• Primaveras y otoños de corta duración

Los vientos constituyen uno de los factores climáticos más específicos de la zona y entre ellos predominan los del primer cuadrante (E 60%), seguidos por los del tercer cuadrante (W 30%) y el resto repartido entre las otras direcciones. La humedad media anual es de un 60%.

Se trata de una zona urbana de tamaño medio (unos 500.000 habitantes), con un parque automovilístico de unos 200.000 vehículos (equipados en su gran mayoría con catalizador de tres vías) y alejada de las grandes metrópolis. Su implantación industrial se caracteriza básicamente por:

• Planta de incineración de residuos sólidos con una capacidad de tratamiento de 150.000 tn/a situada al oeste de la cubeta.
• Central térmica, situada junto a la planta incineradora, de una potencia de 150 Mw que abastece a la cubeta y comarcas cercanas y que consume unos 50.000 tn/a de fuel oil nº 2.
• Varias industrias del sector químico, ubicadas al este de la ciudad, dedicadas básicamente a la producción textil.

La primera semana de diciembre de 1994 un potente anticiclón se instalaba sobre la zona provocando altos índices de contaminación y un olor insoportable en toda la cubeta.

Las predicciones de los servicios meteorológicos locales indicaban que esta situación se prolongaría al menos durante una semana. Se detectó una inversión térmica de subsidencia a un altura de 2.500 metros que paulatinamente descendía a un ritmo aproximado de unos 200 metros diarios. El tiempo era soleado y las noches largas por lo que se formaban diariamente inversiones de radiación que no se destruían hasta las 10-11 horas de la mañana. El día 8 de diciembre el perfil de temperatura a las 09:00 (hora local) es el que se representa en la figura adjunta. El día 12 de diciembre un frente nuboso asociado a una situación borrascosa terminó con la situación de alta estabilidad atmosférica.

Los servicios sanitarios detectaron un aumento de problemas respiratorios en determinados grupos de población sensibles, como los niños y ancianos y personas con problemas asmáticos. Se produjeron 12 muertos y 320 ingresos hospitalarios con cuadros clínicos de trastornos cardiovasculares y respiratorios mientras que por esta misma causa, en estadísticas anuales, solamente se contabilizan 1 o ningún caso. Las autoridades competentes declararon la situación de alerta el día 9 de diciembre y se pusieron en marcha planes de actuación para disminuir los altos niveles de contaminación alcanzados.

La red de vigilancia de la contaminación atmosférica registró niveles medios diarios de SO₂ superiores a los 650 µg/m³ durante este período de tiempo (del 1 al 10 de diciembre), con un valor de 830 µg/m³ el día 8 de diciembre y con una punta horaria de 1875 µg/m³ a las 10 horas de la mañana. Aquel mismo día los niveles horarios de NO₂ superaron los 230 µg/m³ mientras que el valor horario de CO registró una nivel máximo de 35 mg/m³. Las partículas en suspensión (PM₁₀) alcanzaron concentraciones diarias de 220 µg/m³ y toda la ciudad estaba inmersa en un cierto olor.

• ¿Quién o quiénes son los responsables de esta situación de alta contaminación?

• ¿Cuáles son los efectos de los contaminantes sobre la población?

• ¿Qué papel juega la meteorología en el aumento de la contaminación?

• ¿Cómo podemos determinar el nivel de contaminación?

• ¿Qué tipos de análisis hay que efectuar para determinar la evolución de una situación de estabilidad o inestabilidad atmosférica? Analizar la curva de estado.

• ¿Qué papel juegan las condiciones topográficas y urbanísticas en el transporte de contaminantes?

• ¿ Qué contaminantes alcanzaron los niveles más preocupantes?

• ¿Qué tipo de actuaciones se pusieron en marcha para reducir los niveles alcanzados?

Tiempo estimado: 1 hora 30 minutos

Determinar las emisiones, en tn/a, generadas por el parque automovilístico de la ciudad, teniendo en cuenta que el 60% de los turismos de gasolina cumplen la normativa ECE 15-03 y el resto la ECE 15-02.

Intensidad media diaria de vehículos IMD = 110.000 vehículo/día.

Tiempo estimado: 2 horas

Utilizad el espacio de debate del Campus Virtual.

Desde la celebración de la Conferencia de Rio en 1992, las ciudades europeas propugnan una mejora ambiental mediante prácticas de gestión orientadas al desarrollo sostenible. El proceso de gestión urbana sostenible requiere una variedad de instrumentos que traten los problemas ambientales, sociales y económicos. En este sentido, diversas ciudades han impulsado recientemente la celebración de un "día sin coches en las ciudades". Leer el artículo "Un día sin coches, un día de reflexión" y opinar sobre las siguientes cuestiones:

1. ¿Cuáles son, a vuestro juicio, los principios de sostenibilidad que deberian tenerse en cuenta en el campo de la contaminación atmosférica urbana?
2. ¿Qué conclusiones se desprenden del artículo periodístico?
3. ¿Cuál es vuestra opinión sobre el artículo?
4. ¿Qué actuaciones deberian poner en práctica las ciudades para disminuir la contaminación atmosférica?

Participar en el debate siguiendo las instrucciones que encontraréis en el apartado "Normas para participar en los debates".

Tiempo estimado: 2 horas

Utilizad el espacio de debate del Campus Virtual.

En la Conferencia de Kioto celebrada en 1997, los países más industrializados se comprometieron a rebajar sus emisiones de CO₂ para combatir el efecto invernadero. Leer el artículo "Los científicos prevén una catastrófica subida del nivel del mar en España" y comentar los siguientes aspectos:

1. ¿Hasta qué punto es posible una reducción de los niveles de CO₂ en España?
2. ¿Qué intereses económicos, a nivel mundial, se oponen a estas acciones de reducción?
3. ¿Es posible que se derrita la Antártida?
4. ¿Cuál es vuestra opinión sobre el artículo?

Participad en el debate siguiendo las instrucciones que encontraréis en el apartado "Normas para participar en los debates".

Ejercicios de autoevaluación

1. ¿Cuál es la diferencia entre contaminantes primarios y contaminantes secundarios?
2. ¿Cuál es la principal fuente de producción de los óxidos de nitrógeno?
3. ¿Cuál es la principal fuente de emisión del benceno en zonas urbanas?
4. ¿Por qué la vida media del ozono en zonas urbanas es menor que en zonas rurales?
5. ¿Cómo se forman los hidrocarburos aromáticos policíclicos?
6. ¿Por qué las partículas de tamaño inferior a 0,1 micras son menos nocivas que las de 1 micra?
7. ¿Qué impactos negativos para el medio ambiente puede provocar un aumento incesante del nivel de CO₂ en la atmósfera?
8. ¿Cuál es el mecanismo de ataque de los contaminantes gaseosos en los vegetales?
9. ¿Por qué un pH de lluvia de 6,2 unidades no se considera lluvia ácida?
10. La concentración media diaria de dióxido de azufre medida en una estación de vigilancia es de 415 µg/m³ a 25 ° C y 1 atmósfera de presión. ¿Cuál es su concentración en ppm?

1. ¿Qué es la capa límite?
2. ¿Por qué se produce el viento?
3. ¿Por qué es importante conocer la curva de estado?
4. Diferencia entre una inversión de radiación y una inversión de subsidencia.
5. Justificad dos razones por las que las chimeneas más altas mejoran la calidad del aire cerca del punto de emisión.
6. ¿Por qué y dónde se forman las islas de calor?
7. ¿Por qué la brisa nocturna es, en general, menos intensa que la brisa marina?
8. ¿En qué situaciones atmosféricas se producirá una fumigación de contaminantes procedentes de una fuente puntual?
9. Discutid cuál es el papel de los vientos locales en la dispersión de contaminantes.
10. Si la variación de la temperatura con la altura es:

Determinad la altura de la capa de mezcla.

1. ¿Cuál es el principal motivo por el que se deben medir los niveles de emisión?
2. ¿Mediante qué sistema se mide la velocidad de los gases en la chimenea?
3. Un conducto horizontal tiene situada la ventana de toma de muestras a 12 metros de la última perturbación y a 4 metros de la salida de gases a la atmósfera. Si el diámetro de la chimenea es de 2 metros, ¿cuántos puntos de muestreo deberá considerar?
4. ¿Cuál de los dos métodos automáticos de determinación de gases puede considerarse, en teoría, más representativo? ¿Por qué?
5. Citad alguna precaución que hay que tener en el muestreo en inmisión de gases.
6. ¿Cuál es la técnica adecuada para el muestro y análisis del benceno?
7. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un analizador automático de óxidos de nitrógeno?
8. ¿Qué criterios son prioritarios en el momento de diseñar una red de vigilancia de la calidad del aire?
9. ¿Qué tipo de información preliminar es necesaria para diseñar una red de vigilancia de la calidad del aire?
10. Una actividad industrial emite 10 g/s de SO₂ desde una chimenea de 2 metros de diámetro y a una velocidad de 12 m/s. ¿Cuántos mg/m³ de SO₂ emite?

1. ¿A qué actividades puede obligarse a instalar analizadores en continuo en emisión?
2. En el decreto 833/75 y en su anexo IV se contemplan los niveles de emisión máximos permitidos para 27 grupos de actividades industriales. Citar al menos dos grupos que no estén incluidos en este decreto y que por su actual importancia deberían legislarse.
3. Indicad el tipo de contaminantes que hay que medir en la incineración de resíduos sólidos urbanos.
4. ¿Qué tipo de residuo líquido queda excluido del decreto 323/94?
5. ¿Cuál es el papel de los Centros de Análisis en la red de Vigilancia y previsión de la contaminación atnmosférica?
6. ¿Qué se entiende por PM₁₀?
7. ¿Qué tipo de información hay que suministrar a la población en caso de superación del nivel de información para el ozono?
8. ¿Cuál es el objetivo de los mapas de vulnerabilitat i capacitat del territori?
9. ¿Cuándo se puede declarar una zona de protecció especial?
10. ¿Cuál es la diferencia entre una zona d'atenció especial y una zona de protecció especial?

1. Citad esquemáticamente el tipo de actuaciones que deben realizarse para diagnosticar el impacto atmosférico en un territorio concreto.
2. Describid brevemente el tipo de información necesaria para cuantificar las emisiones atmosféricas generadas por el tráfico.
3. Parámetros físicos y químicos de influencia en zonas urbanas.
4. ¿Qué tipo de información meteorológica es necesaria para conocer el comportamiento del flujo de contaminantes?
5. ¿Por qué el ciclo diario del ozono tiene un comportamiento tan dispar en relación al del monóxido de carbono?
6. ¿Cómo se explica que en zonas urbanas se observe un mínimo de ozono a primeras horas de la mañana?
7. Calculad la emisión de SO₂ generada por una Central Térmica que quema 10.000 t/a de carbón, que contiene un 2,5% de azufre.
8. ¿Por qué los ciclos diarios de los contaminantes primarios tienen una disminución de las concentraciones a primeras horas de la tarde?
9. ¿Cuál es la información básica necesaria, en la industria, para determinar los niveles de emisión mediante la aplicación de factores de emisión?
10. ¿Qué parámetros hay que determinar para controlar un episodio de contaminación en una zona urbana?

1. Los contaminantes primarios son emitidos directamente por las fuentes emisoras, mientras que los secundarios se forman en la atmósfera por reacción de los primarios y otros componentes de la atmosféra.

2. El nitrógeno y el oxígeno del aire que reaccionan a altas temperaturas de combustión.

3. La gasolina.

4. Porque reacciona con el NO para formar NO₂ y O₂.

5. En procesos de combustión de gasolinas y otros combustibles.

6. Porque están dotadas de movimiento browniano con lo que pueden chocar con las paredes de los bronquios o bronquiolos.

7.

1. Deshielo de los glaciares.
2. Aumento del nivel del mar.
3. Inundación de zonas costeras.
4. Disfunción en el comportamiento de la lluvia.
5. Aumento de la desertización.
6. Disfunciones y cambios en las masas boscosas.

8. Los gases penetran por el estoma junto con el aire necesario durante el proceso normal de respiración de la planta. Una vez en la hoja de la planta, los gases destruyen la clorofila e interrumpen el proceso de la fotosíntesis.

9. Porque el agua de lluvia natural tiene un pH de unas 5,6 unidades como consecuencia de la presencia del CO₂ en la atmósfera que provoca:

CO₂ + H₂O ® H₂CO₃

H₂CO₃ ® HCO_3- + H⁺

10. R = 0,145 ppm.

1. Es la parte de la troposfera que está influenciada directamente por la presencia de la superficie de la tierra y responde a las fuerzas superficiales tanto en el espacio como en el tiempo.

2. Porque la cantidad de energía que llega a la superficie de la tierra se reparte de forma desigual generando zonas más frias y otras más calientes. Para equilibrar este proceso se produce una circulación térmica (viento) que asciende en altura y desciende luego provocando una circulación desde la zona fría a la más templada.

3. Porque es un dato muy importante para conocer la capacidad dispersiva vertical de la atmósfera.

4. La inversión de radiación se produce como consecuencia del enfriamiento de la superficie de la tierra que previamente se ha calentado por acción del sol. Este enfriamiento produce capas más calientes de aire en altura. Las inversiones se producen a baja altura.

La inversión de subsidencia se produce como consecuencia del descenso de una masa de aire que sufre un proceso interno de compresión adiabático y por lo tanto se calentará dando lugar a una capa de aire cálido y seco.

5.

1. El punto de emisión puede estar por encima de la capa de inversión.
2. La dispersión es más efectiva y la dilución mucho mayor.

6. Se forman en las zonas urbanas debido a que absorben el calor del sol al comportarse como cuerpos negros (el asfalto, la reflexión de los edificios, etc.) que retienen el calor. Este calor se libera hacia medianoche.

7. Porque no hay tanta diferencia térmica entre el aire situado encima de la superficie de la tierra durante la noche y el situado sobre el mar.

8. Cuando el punto de emisión de contaminantes se encuentre por debajo de una inversión térmica y en contacto con una masa de aire cuyo perfil de temperatura sea adiabático o superadiabático.

9. Pueden favorecer la dispersión horizontal, como es el caso de la brisa marina o bien pueden favorecer la concentración de contaminantes en otras zonas, como es el caso de los vientos catabáticos. Las islas de calor pueden transportar masa de contaminantes hacia la periferia de las zonas urbanas.

10. Desde el suelo hasta 200 metros.

1. Porque la legislación obliga a la medida de los niveles de emisión y a no superar determinados umbrales.

2. Mediante un tubo de Pitot en forma de S.

3. Unos 28 puntos de muestreo en total. Como se muestrean dos diámetros, serán 14 puntos por diámetro.

4. El método "in situ" ya que se muestrea el gas en el punto donde se produce la emisión. En el método extractivo hay que separar el flujo de gas de su fuente de emisión y en consecuencia pueden producirse pérdidas.

5.

1. Que la velocidad de muestreo sea lo suficientemente pequeña para conseguir una óptima absorción del gas contaminante con el reactivo y no haya pérdidas.
2. Que el tiempo de muestreo sea suficientemente amplio para asegurar la recolección de la muestra en caso de que su concentración en el aire sea muy baja.

6. Muestreo en un tubo capilar por adsorción con carbón activo, posterior desorción térmica y determinación analítica mediante cromatografía de gases.

7. La quimiluminiscencia que se produce mediante reacción del NO en fase gaseosa con O₃.

8.

1. Áreas con alta densidad de emisión.
2. Zonas con alta densidad de población.
3. Áreas periféricas residenciales.
4. Zonas de impacto de fuentes emisoras.

9.

1. Inventario de emisiones.
2. Recolección de datos de inmisión.
3. Uso de un laboratorio móvil.
4. Meteorologia local.
5. Uso de muestreadores pasivos.

10. 265 mg/m³ de SO₂.

1.

1. A las actividades incluidas en el grupo A.
2. A las actividades ubicadas en Zonas de Protección Especial.
3. A las actividades que emitan contaminantes tóxicos.

2.

1. La cogeneración.
2. Procesos industriales con emisión de disolventes orgánicos.

3.

1. Partículas en suspensión
2. HCl
3. CO
4. Carbono orgánico total
5. HF
6. SO₂
7. NO_x
8. Metales
9. Dioxinas y furanos

4. Las que no provoquen emisiones diferentes a las procedentes del gas-oil.

5.

1. Vigilar y controlar el instrumental propio.
2. Informar al Centro de Recepción de Datos y a las Corporaciones locales de cualquier situación de posible superación de los niveles legislados.
3. Efectuar un seguimiento de la calidad del aire.
4. Suministrar la información periódicamente al Centro de Recepción de Datos.

6. Partículas en suspensión de diámetro inferior a 10 micras.

7.

1. Fecha, hora y lugar de aparición de las concentraciones superiores a los umbrales 180 µg/m³ o bien 360 µg/m³.
2. Previsión de la evolución de las concentraciones (mejora, estabilización o empeoramiento), zona geográfica afectada y duración del episodio.
3. Población afectada.
4. Precauciones que deberá tomar la población afectada como por ejemplo, evitar el esfuerzo físico y los ejercicios al aire libre.

8. Determinar el nivel de contaminación atmosférica que impacta sobre el territorio así como el grado de saturación de contaminación.

9. Cuando el nivel de inmisión sea de tal magnitud que exista el riesgo evidente de sobrepasarlos.

10. Una Zona de "Atenció Especial" se declara cuando existe el riesgo de sobrepasar los niveles de inmisión debido a una situación meteorológica adversa. Es una situación que se produce durante un período de tiempo corto (en general no superior a unos diez días).

Una "Zona de Protecció Especial" se declara cuando se pueden superar o se superan los niveles de inmisión durante un período de tiempo largo (en general un año o más tiempo).

1.

1. Cuantificar las emisiones y concretarlas sobre el territorio.
2. Describir y cuantificar las variables físicas (topografia, meteorología, intensidad media de vehículos, etc).
3. Relacionar las emisiones con las variables físicas.
4. Determinar el nivel de inmisión.
5. Relacionar las inmisiones con las variables físicas.
6. Determinar el nivel de impacto.

2.

1. Intensidad media de vehículos y tipo de via en que circulan por la zona problema.
2. Tipología de los vehículos: cilindrada, antigüedad, etc.
3. Factores de emisión del programa CORINAIR.

3. La topografía, las dimensiones de las vías de tráfico, el régimen de vientos dominante, densidad de población, densidad de emisión de contaminantes, movilidad, otros flujos energéticos, la concentración de CO, NO₂ y sus ciclos.

4. Mapas sinópticos, información mediante satélites, datos de globos sonda (curva de estado), torres meteorológicas.

5. Porque el O₃ alcanza la máxima concentración al mediodía ya que su formación se favorece con luz solar intensa. El CO alcanza su concentración máxima con alta intensidad de vehículos y capa de mezcla baja.

6. Porque a primera hora de la mañana hay una alta emisión de NO generada por el tráfico que consume O3 mediante:

NO + O₃ = NO₂ + O₂

7. 500 t/a.

8. Porque la emisión es menor y la capa de mezcla es mayor y se favorece la dilución.

9. Consumo de combustibles, producción de producto final o consumo de materias primas.

10.

1. Parámetros meteorológicos: curva de estado, velocidad del viento, evolución de la situación anticiclónica.
2. Parámetros químicos: evolución de los contaminantes en tiempo real.

Bibliografía

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