RECURSO AIRE

SESIÓN 9

EVALUACIÓN DE LOS CONTAMINANTES: OZONO, COV.

OZONO

OZONO (O3)

• El ozono (O3) es un gas que se forma y reaccionapor la acción de la luz solar.

• Está presente en dos capas de la atmósfera; en laparte más alta de ésta, forma una capa queprotege la tierra de los rayos ultravioletas.

• Sin embargo, al nivel del suelo, el ozono seconsidera un serio contaminante del aire.

OZONO (O3)

OZONO (O3)

► Son liberados en la atmósfera terrestre por fuentes naturales y artificiales.

La naturaleza produce anualmente entre 20 y 90 millones de toneladas de óxido de nitrógeno en la Tierra. Las fuentes naturales: volcanes, océanos, desechos biológicos y rayos.

Las actividades humanas suman otros 24 millones de toneladas de óxidos de nitrógeno a nuestra atmósfera anualmente.

El dióxido de nitrógeno se produce por: tráfico rodado y de otros procesos de quema de combustibles fósiles.

OZONO (O3)

► La fotodisociación del dióxido de nitrógeno por la

luz solar produce óxido nítrico y ozono en la

troposfera , el cual es otro componente del smog.

λ:=424 nm

OZONO (O3)

► Los hidrocarburos y la modificación del ciclo natural

de NOX.

• Radicales OH: transformación a compuestos carboxílicos

RCHO y transformación de NO a NO2, con la

participación de OH.

• La unión carboxílica es clave porque es atacada por el

radical OH.

► Los hidrocarburos y la modificación del ciclo natural

de NOX.

Section 7 – Chemical Aspects of Air

Pollution WMO-GURME-Lima training

8

Radiación solar y química►La reacción que produce el ozono en la

atmosfera:

O + O2 + M O3 + M

►La diferencia entre la generación de ozono estratrósferico con el troposférico está en la fuente del radical oxi O

►Para una radiación con longitud d onda menor a 242 nm:

O2 + hv O + O

►Otras sustancias formadas a partir de NO y NO2 son: el ácido nítrico, los nitratos, Nitrato de Peróxiacetilo (PAN).

Óxidos de nitrógeno

10

Radiación solar y química

► La produccion de O3 en la troposfera está vinculado con NOx (NO +

NO2)

► Para una longuitud de onda menor a 424 nm:

NO2 + hv NO + O

► El NO reaccionará con O3

NO + O3 NO2

• El ciclo no genera ozono neto

Section 7 – Chemical Aspects of Air

Pollution WMO-GURME-Lima training

►La producción de ozono se realiza por un mecanismo de producción de NO2

sin consumir O3

►La presencia de peroxyradicales, procedentes de la oxidacion de hydrocarburos, alteran el ciclo O3-NO-NO2

NO + HO2· NO2 + OH·

NO + RO2· NO2 + RO·

Conlleva la producción de ozono

netoSection 7 – Chemical Aspects of Air

Pollution WMO-GURME-Lima

training

11

La sobreproducción de NO2

CO + OH· CO2 + H·

H· + O2 + M HO2· + M

NO + HO2· NO2 + OH·

NO2 + hv NO + O

O + O2 + M O3

CO + 2 O2 + hv CO2 + O3

Section 7 – Chemical Aspects of Air

Pollution WMO-GURME-Lima

training

12

Oxidacion del CO - produccion de ozono

Section 7 – Chemical Aspects of Air

Pollution WMO-GURME-Lima

training

13

Fotólisis del Ozono Troposférico La fotólisis se realiza en una ventana entre (300-320 nm), NO2 por debajo de 428

nm

30o equinox

midday

Solar spectrum

OZONO (O3)

Óxidos de nitrógeno

► El PAN se forma por la combinación, en presencia

de luz solar, de dióxido de nitrógeno (NO2) y

orgánicos volátiles (COV).

► El PAN (peroxiacetilnitrato) es un producto

químico tóxico que corresponde a un importante

componente del smog. El PAN se encuentra en

estado gaseoso a temperatura y presión normal.

Su fórmula química es C2H3O5N.

►.

C + O2 CO2

C + 1/2O2 CO

N2 + O2NOX

S + O2 SOX

Compuestos

orgánicos volátiles

(COV’s)

11 por ciento

Compuestos

orgánicos volátiles

(COV’s)

21 por ciento

64 por ciento4 por ciento

Partículas

NOx: Emisiones de fuentes móviles.

Smog fotoquimico.

.

►.

►Formacion del Smog Fotoquímico

radiation

Ultraviolet radiation

NO

Nitric oxide

H2O

Water

NO2

Nitrogen

dioxide

Hydrocarbons

O2

Molecular

oxygen

HNO3

Nitric acid

PANs

Peroxyacyl

nitrates

Aldehydes

(e.g., formaldehyde)

O3

Ozone

O

Atomic

oxygen

.

►.

►Formacion del Smog Fotoquímico

.

►.

Impactos a la Salud

► Vías respiratorias: debido a sus propiedadesaltamente oxidantes provoca la irritación delas mucosas y los tejidos pulmonares.

► Los principales efectos observados son:irritación de los ojos, tos, dolor de cabeza,dolores en el pecho, etc. Pudiendo llegar,cuando las concentraciones son muyelevadas, a provocar inflamacionespulmonares afectando gravemente a lafunción respiratoria. .

► Las personas con más riesgo: con enfermedad

pulmonar, entre las que se encuentran los asmáticos

(reacciones alérgicas).

► En general, afecta principalmente a aquellas

personas que realizan ejercicio físico al aire libre.

► Las horas en que la concentración de ozono en el

aire es más alta son aquellas que van desde el medio

día hasta el anochecer.

Impactos a la Salud

► Estudios indican que el bióxido de nitrógeno

incrementa la susceptibilidad a infecciones

bacterianas pulmonares.

► Los actuales valores indicativos de la OMS acerca

del NO2 se refieren tanto a las exposiciones de corta

duración a emisiones punta como a las exposiciones

a largo plazo a lo largo del año.

► Sin embargo, se han observado efectos

perjudiciales dentro de un abanico de exposiciones

que comprende el actual valor indicativo de la OMS

para un año.

Impactos a la Salud

► Los estudios experimentales realizados con

animales y con personas indican que el NO2, en

concentraciones de corta duración superiores a 200

μg/m3, es un gas tóxico con efectos importantes en

la salud.

► Los estudios toxicológicos con animales también

parecen indicar que la exposición prolongada al

NO2 en concentraciones por encima de las ahora

presentes en el medio ambiente tiene efectos

adversos.

Impactos a la Salud

25 Section 6 – Health Effects

Ozone (O3)

► Altamente reactivo, pero de baja solubilidad,

►Con capacidad de penetrar profundamente en el pulmón.

►La toxicidad aguda está relacionadad con la dosis = Concentración x velocidad de Ventilación x Tiempo – riesgo incrementado por el esfuerso en ambientes exteriores

26 Section 6 – Health Effects

Ozone Irritates Airways

►Symptoms:

Cough

Sore or scratchy throat

Pain with deep breath, or chest pain

Fatigue

►Rapid onset, but effect is greater 24 hours after exposure

►Similar symptoms for people with or without asthma

Impactos a la Salud

Impactos a la Salud

Impactos a la Salud

Impactos a la Salud

Tomado de Curso de la OMM-GURME en Lima

Perú.

Section 6 – Health Effects

Riesgo de Salud Pública

► Admisiones hospitalarias por IRAs respecto a valores máximos diarios de Ozono, con rezago de un día.

114

112

110

108

106

104

102

Ozone concentration (ppm)

Resp

irato

ry A

dm

issi

ons

.01 .02 .03 .04 .05 .06 .07 .08 .09 .1

(Burnett et al, 1994)

Ozono

Fuente: IDEAM

FIGURA. Concentración de metano, NO, NO2, O3 y Hidrocarburos

diferentes al metano ).

Ozono

Fuente: IDEAM

FIGURA. Concentración O3 promedio anual

Óxidos de nitrógeno

Fuente. IDEAM

FIGURA. Concentración de metano, NO, NO2, O3 y Hidrocarburos

diferentes al metano ).

Contaminación por NOX, O3 y PM10

Concentración de ozono calculada entre

1 pm y las 4 pm del mes de julio

O3 Y OTROS

O3 Y OTROS

O3 Y OTROS

Photo courtesy NARA, photographer Gene Daniels/U.S. EPAOzone-damaged plant (left) and normal plant (right)

COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES

HIDROCARBUROS

En el aire tienen relativamente una bajareactividad. Sin embargo, en presenciade luz y óxidos de nitrógeno reaccionanpara formar oxidantes fotoquímicos,predominantemente ozono. Los dosgrupos de hidrocarburos de mayorimportancia en relación a lacontaminación atmosférica son loshidrocarburos aromáticos y loshidrocarburos oxigenados.

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

►El benceno es un compuesto clasificado porla Agencia Internacional de Investigaciónsobre el Cáncer como carcinógeno del Grupo1.

►Expuestos tienen una mayor probabilidad dedesarrollar leucemia aguda, efectoshematológicos, inmunológicos y sobre elsistema nervioso central.

HIDROCARBUROS POLICÍCLICOS

AROMÁTICOS (HPAS)

► Es producto de la combustión de compuestos orgánicos.Tanto las fuentes fijas como las fuentes móviles emiten HPAs(calefacción residencial, la generación de energía eléctrica, losprocesos industriales y la incineración).

► En las actividades humanas como: las estufas a carbón ymadera y las chimeneas a madera.

► Para la industria: la producción de coque y el craqueocatalítico del petróleo.

► En actividades agrícolas: incendios forestales, combustión alcielo abierto de llantas y basura.

► Para fuentes móviles: automóviles a gasolina y diesel, a losvehículos con motores a dos tiempos como motocicletas ypodadoras, el desgaste De llantas, los aviones y los barcos.

► Entre los HPAs existen algunos que soncarcinógenos y otros que son mutágenos.

► Los factores de toxicidad de los HPAs incluyenla capacidad de adsorción del compuesto, elnúmero de átomos de carbono de la molécula(la potencia carcinógena es baja para aquellasmoléculas que contienen menos de cuatroanillos de benceno), la presencia de gruposepoxi (los epóxidos producen cáncer) y degrupos metilo.

► El fluoranteno, pireno, benzoantraceno,benzofluoranteno y benzopireno son algunosejemplos de hidrocarburos policíclicosaromáticos.

HIDROCARBUROS OXIGENADOS

►Comprenden alcoholes, aldehídos, cetonas,éteres, ésteres y ácidos orgánicos. Lasindustrias química, del plástico y de pinturason fuentes emisoras de hidrocarburosoxigenados en forma de vapor.

►El más estudiado es el formaldehído.

►Se produce en combustión paraproducir electricidad, calefacción eincineradores, y el uso de gasolinaoxigenada, y quemas agrícolas

►Este ocasiona:

►ocasiona irritación ocular y nasal,irritación de las membranas mucosas,tos, náusea y alteraciones en larespiración. Y asociado al cáncer nasal ynasofaríngeo.

►el umbral para daño tisular es 1.0µg/m3

Compuestos orgánicos volátiles• Los compuestos orgánicos son sustancias químicas

que contienen carbono y se encuentran en todos los

elementos vivos. Los compuestos orgánicos

volátiles, a veces llamados VOC (por sus siglas en

inglés), se convierten fácilmente en vapores o

gases.

• Junto con el carbono, contienen elementos como

hidrógeno, oxígeno, flúor, cloro, bromo, azufre o

nitrógeno. Los COV son liberados por la quema de

combustibles, como gasolina, madera, carbón o gas

natural. También son liberados por disolventes,

pinturas, pegantes y otros productos empleados y

almacenados en la casa y el lugar de trabajo.

Algunos son poderosos absorbedores del

infrarrojo contribuyendo al efecto invernadero.

Algunos son tóxicos y cancerigenos.

Aunque no son identicos el termino

“Hidrocarburos” también los identifiica.

Son responsables de la formación de oxidantes

fotoquímicos.

VOC (Hidrocarburos) + NOx + Luz solar = ozono2/5

Compuestos orgánicos volátiles

Combustión incompleta en calderas y hornos.

Recubrimiento con adhesivos.Procesos de recubrimiento de vehículos.Limpieza en seco.Fabricación de productos farmacéuticos.Imprentas.

INDUSTRIAL

FenolesFibras de vidrioFibras mineralesFormaldehídosHalones, xileno y tolueno

AUTOMOTORES

HOGAR

Compuestos expulsados por el tubo de escape.Gasolina no quemadaGasolina con plomo

(Continuación)

Reducción del consumo en todos los usos y aplicaciones.

Reducción de evaporaciones en los usos, aplicaciones y emisiones fugitivas.

Sustitución por otros productos (solventes solubles en agua)

Compuestos orgánicos volátiles

• Algunos ejemplos de

compuestos orgánicos

volátiles son:

• Naturales:

isopreno, pineno y

limoneno

• Artificiales:

benceno, tolueno,

nitrobenceno

COV: efectos a la salud humana

Compuestos orgánicos volátiles

METABOLISMO PAH

►Epoxidos

►Quinonas

Toxicidad Comparada PAH

PAHS y el Cancer

►Limpiadores de chimeneas

►iniciadores

Formación via aducción

Epoxidos y quinonas

►Activa otros carcinogenicos via inducción P450

►Se comportan como promotores

Toxicity

►Efectos reproductivos

Exterilidad reproductiva (ratones)

Nacimientos con poco peso y deformaciones (ratones)

►Immuno supresión (animales)

►Toxicidad Vascular

initiación (mutación)

Promoción (proteina kinasa C)

Detección

►Metabolitos urinarios

1-hidroxipireno

►Conducción (en sangre, orina y excrementos)

DNA

Hemoglobina

proteinas del suero

►Autopsia: concentrationes en grasas