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CALIDAD DEL AIRE EN EL MUNICIPIO DE DURANGO Resumen del Informe Técnico Enero de 2011

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  • CALIDAD DEL AIRE EN EL MUNICIPIO DE DURANGO

    Resumen del Informe Técnico

    Enero de 2011

  • CALIDAD DEL AIRE EN EL MUNICIPIO DE DURANGO – RESUMEN DEL INFORME 1/14

    ÍNDICE

    1. ANTECEDENTES .................................................................................................................................................... 2

    2. OBJETIVOS........................................................................................................................................................... 4

    3. METODOLOGÍA...................................................................................................................................................... 5

    4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.................................................................................................................................. 8

    5. CONCLUSIONES .................................................................................................................................................... 11

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    1. ANTECEDENTES

    En diciembre de 2.007 Azterlan entregó al Ayuntamiento de Durango la última oferta para la realización del estudio de la “calidad del aire en el municipio de Durango”, oferta de referencia AZ MA 11-07. Dicha oferta constituye una modificación de las anteriores versiones de la misma, si bien, las modificaciones se refieren únicamente a la planificación temporal, así como a las condiciones económicas y formas de pago. Esta oferta se aprueba por el Pleno del Ayuntamiento de Durango el 25 de octubre de 2007.

    Anteriormente, en junio de 2.007 ya se había llegado a un acuerdo sobre el alcance, metodología y contenidos técnicos del estudio, decidiéndose iniciar el estudio a partir de ese mismo mes. Se desarrolló el diseño detallado de las estaciones y los controles a realizar en una primera etapa y en Julio se dio comienzo a las primeras campañas de control.

    Tras catorce meses de estudio y dado su alcance intensivo temporalmente en mediciones, se realiza un número significativo de campañas de control del material particulado, recogiéndose un número importante de muestras de las que se analiza la fracción metálica.

    Los parámetros de control seleccionados se centran en los aspectos relacionados con el material particulado (PM) atmosférico, ya que durante los últimos años los resultados registrados por la estación de control de San Roque (integrado en la red de control de la calidad del aire del Gobierno Vasco) presentaban un número de superaciones por encima del límite establecido para este contaminante en el Real Decreto 1073 de 2002 (Real Decreto sobre evaluación y gestión de la calidad del aire ambiente en relación con el dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, óxidos de nitrógeno, partículas, plomo, benceno y monóxido de carbono).

    La complejidad del mapa de fuentes, así como la situación de Durango en el centro de una cuenca aérea topográficamente compleja limita notablemente el alcance de la interpretación de resultados previos en términos de asignación de fuentes y, por tanto, de gestión y apoyo a la definición de políticas o actuaciones. Este hecho es el determinante del diseño de este estudio, enfocado hacia la generación de instrumentos y métodos para la obtención sistemática de datos y el tratamiento de indicadores de calidad del aire dirigidos a la formulación de un diagnóstico y a la adopción de medidas correctoras sobre fuentes contaminantes. Por ello, este conjunto de resultados es complementario con otros estudios experimentales, así como con los datos de la Red de Vigilancia de la Calidad del Aire de la CAPV.

    El plan de trabajo general que se muestra en la Figura 1, sigue metodologías actuales y científicamente contrastadas y se basa en una aproximación dual: formación de equipos sobre el terreno y asistencia técnica para la definición de actuaciones públicas, con especial énfasis en la trazabilidad y aseguramiento de calidad, así como la explotación y comunicación de los datos.

    El ejercicio 2007-2008 centra el diagnóstico en un núcleo de indicadores identificados como críticos para definir la incidencia de fuentes industriales, pero explicar y gestionar los niveles generales de calidad del aire observados en Durango requiere que se incorporen otros indicadores de fuentes influyentes para establecer bases objetivas que puedan orientar y evaluar estrategias y políticas de gestión.

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    En este contexto, el presente resumen del informe técnico tiene por objeto presentar la interpretación de los resultados obtenidos y las conclusiones alcanzadas. Al mismo tiempo, en el apartado de conclusiones se presentan las medidas y tareas necesarias para la continuidad del estudio.

    Figura1. Esquema por etapas del proyecto general.

    Finalmente, con el objetivo de garantizar la continuidad del proyecto, el 22 de diciembre de 2009 se firma un convenio de colaboración entre el Ayuntamiento de Durango y Azterlan para la mejora de la calidad del aire del municipio, y en definitiva, invertir la tendencia a la que conduce el modelo de desarrollo actual.

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    2. OBJETIVOS

    El estudio avanzado de la calidad del aire realizado en Durango tiene un objetivo doble de partida, por un lado realizar el diagnóstico sobre la situación de los niveles de material particulado y los metales que lo componen y por otro lado, hacer un primer acercamiento al mapa de fuentes del municipio. A continuación se presentan los objetivos intermedios que han ayudado a planificar, organizar y desarrollar el estudio:

    1. Disponer de medidas contrastadas que permitan valorar la calidad del aire en el municipio de Durango. Caracterización en una primera fase de la calidad del aire para el material particulado (PM) y su fracción metálica, a la que seguirán posteriores fases añadiendo otros contaminantes.

    2. Desarrollar una metodología de muestreo de material particulado, así como de caracterización de indicadores particulares que se caracterice por su fiabilidad y rapidez de respuesta, de forma que los resultados y su interpretación puedan ponerse a disposición de los diferentes agentes.

    2.1. Completar el alcance del control de los contaminantes atmosféricos con nuevos parámetros, principalmente gases, con “campañas de apoyo”.

    2.2. Asociar los contaminantes identificados en la fase analítica con los procesos en los que se generan. Poner a punto una metodología de interpretación de resultados que facilite la identificación de fuentes.

    2.3. Controlar e incorporar al estudio todos los factores y variables de influencia: clima, orografía, distribución de las principales zonas industriales, posición de los focos de contaminación, procesos productivos y tecnologías empleadas.

    2.4. Caracterizar las tecnologías productivas más representativas de nuestro entorno, identificar la severidad del impacto ambiental de cada una de ellas y analizar la viabilidad técnico-económica de la implantación de las mejores técnicas disponibles (MTDs), de forma que la información disponible pueda ponerse a disposición de las instituciones y de la industria.

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    3. METODOLOGÍA

    Se configura una red local basada en un esquema perimetral (fence line) para la toma de datos y caracterización de flujos entrada/salida del municipio de Durango. La zona de estudio consta de tres estaciones ubicadas en los puntos que se representan en la Figura 2, determinadas de acuerdo a un análisis previo de las subcuencas aéreas de Durango, con las restricciones prácticas que una instalación de este tipo impone.

    Figura 2: Ubicación de los estaciones fijas de control.

    TABIRA

    EROSKI

    AZTERLAN

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    Cada una de las 3 estaciones se equipa para el registro de datos meteorológicos y el muestreo de material particulado por rangos de tamaño, de forma que posteriormente se realizan diversos análisis en laboratorio. La localización de las 3 estaciones se mantiene fija a lo largo de un año natural, siguiendo la metodología de muestreo y análisis establecida.

    Adicionalmente, se realizan campañas de medición en tiempo real de PM10, PM2,5 y PM1. El objetivo de estas campañas es evaluar el número de partículas en cada rango de tamaño y conocer su evolución en el tiempo.

    Figura 3. Detalle de las 3 estaciones de control.

    Recogidas las muestras, éstas se someten a 3 niveles de caracterización llevadas a cabo mediante los medios técnicos más avanzados. El objetivo final de la caracterización es realizar un diagnóstico de la calidad del aire aproximado a la situación real de la atmósfera de Durango.

    1. Análisis gravimétrico. Todas las muestras recogidas son pesadas según procedimientos normalizados.

    2. Análisis químico de metales. Determinación de 30 metales a nivel de ppb (partes por billón). Dado el tamaño de las muestras (masa), el análisis químico para la determinación de elementos traza (metales pesados) se realiza por ICP-MS, con límites de detección que se sitúan en el rango que se considera estado del arte en estudios comparables.

    3. Análisis morfológico. La composición metálica de las muestras se complementa mediante microscopía electrónica de barrido, SEM (Scanning Electrón Microscopy). La interpretación conjunta de ambos análisis permite confirmar o refutar hipótesis sobre el origen y evolución de las partículas. A través del microscopio se realiza un análisis semicualitativo de la composición de las partículas observadas y complementa la interpretación del análisis químico, de forma que adicionalmente permite discriminar entre fuentes del mismo elemento.

    Estación de Azterlan Estación de Eroski Estación de Tabira

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    En el período interanual entre julio de 2007 y agosto de 2008 se realizan 19 campañas semanales para conocer la evolución estacional en las concentraciones de material particulado. En la siguiente Tabla 1 se recogen dichos períodos de control:

    Campaña Inicio de campaña Final de campaña Puntos de muestreo

    Nº 1 9-julio-2007 13-julio-2007 Azterlan Nº 2 16-julio-2007 20-julio-2007 Azterlan Nº 3 23-julio-2007 27-julio-2007 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 4 6-agosto-2007 10-agosto-2007 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 5 20-agosto-2007 24-agosto-2007 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 6 3-septiembre-2007 7-septiembre-2007 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 7 24-septiembre-2007 28-septiembre-2007 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 8 1-octubre-2007 5-octubre-2007 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 9 22-octubre-2007 26-octubre-2007 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 10 26-noviembre-2007 30-noviembre-2007 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 11 10-diciembre-2007 14-diciembre-2007 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 12 21-enero-2008 25-enero-2008 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 13 18-febrero-2008 22-febrero-2008 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 14 25-marzo-2008 28-marzo-2008 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 15 14-abril-2008 18-abril-2008 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 16 12-mayo-2008 16-mayo-2008 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 17 23-junio-2008 27-junio-2008 Azterlan, Tabira, Eroski Nº 18 31-julio-2008 4-agosto-2008 Tabira Nº 19 25-agosto-2008 29-agosto-2008 Tabira, Eroski

    Tabla I. Detalle de los períodos de control.

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    4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

    Las estaciones Tabira y Azterlan, con independencia del valor absoluto de las concentraciones, presentan perfiles característicos y constantes a lo largo del año en términos de distribución por tamaño (fracción gruesa, fina y ultrafina) y fracción de tamaño dominante. Por el contrario, en el caso de la estación Eroski se observan dos tipos de perfil claramente diferenciados. Durante la primera mitad del año, la distribución de partículas por tamaño se encuentra claramente sesgada hacia la fracción ultrafina (partículas inferiores a 1 µm), lo cual se debe a una afección industrial, mientras que a partir de enero, la fracción gruesa (partículas entre 2,5 y 10 µm) incrementa significativamente, influencia causada por obras en la zona, al mismo tiempo que los niveles de partículas ultrafinas no parecen variar en la tendencia anual. La tendencia general en las concentraciones de partículas presenta máximas invernales, coincidiendo con el período de inversiones térmicas, y mínimas durante el verana, cuando la dispersión es mayor y la actividad humana que soporta el entorno disminuye.

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

    Figura 4. Variación de la distribución gravimétrica del PM10 en la estación Eroski.

    En el caso de la estación Azterlan, la concentración en cada rango de partícula pone de relevancia la fracción gruesa (2,5-10 µm) y la fracción ultrafina (< 1µm). Este resultado, que se complementa con la caracterización química y morfológica, permite avanzar que las aportaciones relevantes se producen en dos escalas: la fracción gruesa se atribuye a un transporte de cuenca como a fuentes cercanas, mientras que la fracción fina es atribuible a fuentes cercanas por tratarse de aerosol de corta edad y morfología bien definida.

    Campaña

    µµ µµg/m

    3

    Fracción gruesa

    Fracción fina

    Fracción ultrafina

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    De forma análoga, aunque con dos matices, los resultados de la estación Tabira también presentan una dominancia de la fracción gruesa y ultrafina. No obstante, el nivel absoluto de las aportaciones másicas es mayor en este caso y, a su vez, presenta una mayor variabilidad estacional, con máximas destacadas durante el invierno. La fracción gruesa presenta niveles elevados, de forma que los vientos dominantes de componente Sur, entrada a Durango, indican una fuente de partículas fuera de los límites municipales de Durango.

    En cuanto al análisis químico realizado, la serie de metales mayoritarios identificado para cada zona de estudio presenta huellas metálicas particulares, lo cual indica una afección provocada por distintas fuentes contaminates en cada caso. La concentración metálica resulta otro parámetro relevante a este nivel, de forma que se registran mayores concentraciones en la fracción fina, destacándo los niveles significativamente superiores obtenidos en Eroski.

    Presentados como medias anuales, los metales mayoritarios de la fracción ultrafina presentados en la Tabla II permiten entender la asignación de fuentes y la interpretación realizada por tratarse de partículas que abundan cerca de los focos de emisión.

    (ng/m3) Azterlan Tabira Eroski

    1º Fe 330

    Zn 386

    Zn 1506

    2º Zn 320

    Fe 195

    Fe 344

    3º Pb 92

    Mn 58

    Mn 36

    4º Sb 87

    Sb 22

    Pb 35

    5º As 73

    Pb 20

    Cu 12

    6º Mn 43

    Cu 6

    Sb 9

    7º Cu 8

    Sn 3

    Sn 4

    Tabla II. Metales mayoritarios de la fracción PM1.

    Las concentraciones de hierro (Fe) y zinc (Zn) son elevadas en todas las estaciones y todas las fracciones de tamaño, lo cual es de esperar dado el caracter metalúrgico que tiene la industria de Durango, así como la de la Comarca, donde se identifican varias fundiciones de hierro y plantas con tratamientos y procesos auxiliares. Ambos metales se consideran indicadores industriales, no obstante, la identificación de focos debará realizarse mediante campañas adicionales diseñadas de manera partícular, ya que la abundancia, semejanza en procesos y cercanía de las mismas dificultan la tarea de trazabilidad.

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    La presencia sistemática de partículas compuestas por la combinación de plomo (Pb), antimonio (Sb), arsénico (As) y estaño (Sn) en la zona de Azterlan se atribuye a la influencia de emisiones características de alguna planta productiva local. La singularidad del caso posibilita la identificación del foco emisor con campañas de seguimiento específicas en la zona.

    Por otro lado, en la estación Tabira se identifican partículas gruesas de calcio (Ca) asociadas a flujos de entrada a Durango. Aunque se trata de un elemento abundante en la atmósfera, el calcio no se presenta en la Tabla II por tratarse de un elemento abundante de los suelos y asociado a fenómenos naturales. Sin embargo, en este caso parece que dichos aportes están relacionados con el transporte aéreo producido por los vientos dominantes de componente Sur desde las actividades extractivas de carbonato cálcico situadas en el término municipal de Mañaria.

    En el caso de la zona de Eroski (Aramotz), la combinación de metales mayoritarios es atribuible tanto a flujos de entrada como de salida desde Durango y la alta concentración metálica en la fracción fina, unida a la singularidad estructural observada en algunas partículas como los tetrápodos de zinc, ponen de manifiesto la influencia negativa ejercida por el sector industrial del entorno en la calidad del aire.

    Figura 5. Foco industrial identificado durante el periodo de controles.

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    5. CONCLUSIONES

    Las conclusiones que se presentan en este apartado hacen referencia exclusiva al estudio sobre la Calidad del aire en el municipio de Durango realizado por Azterlan, cuyo alcance temporal se sitúa en el horizonte de un año. La totalidad de las conclusiones que se presentan pueden considerarse definitivas, si bien con la profundización y estudio de los resultados analíticos alcanzados pueden verse implementadas de forma considerable.

    Con el fin de que la visualización e interpretación resulte más sencilla, se agrupa en tres capítulos con significado diferenciado:

    - A) Se relacionan de forma directa con los resultados obtenidos en lo que al recuento de material particulado y vientos locales se refiere. Esta parte del estudio se orienta hacia la gestión de fuentes.

    - B) Se encuentran vinculadas con la trazabilidad y aproximación a fuentes contaminantes, más en concreto, se orientan a las actividades industriales capaces de generar material particulado, cuyo alcance incluye a los metales más significativos.

    - C) Se refieren a la necesidad de seguir con el estudio de calidad del aire, introduciendo factores tales como tráfico, medida de gases, extensión geográfica y temporal, etc.

    Capítulo A

    Se encuentran directamente relacionadas con los resultados y objetivos del estudio y, por lo tanto, se orientan hacia la gestión de fuentes. El estudio de calidad del aire llevado a cabo, intensivo en cuanto a medios técnicos y humanos, cubre 17 semanas de control en un año natural, de forma que se utilizan 3 estaciones de muestreo (Azterlan, Tabira y Eroski) dispuestas para la determinación de los flujos de entrada y salida al municipio de Durango. A todo ello debe añadirse la relevancia de las tecnologías analíticas utilizadas, así como la relevancia cuantitativa y cualitativa del equipo humano directamente implicado.

    En lo que a los sistemas y metodología de muestreo se refiere, no se trata de estaciones directamente asimilables a lo que se denomina normativamente como “fondo urbano”, ni pretenden determinar la exposición media de la población (para lo cual, según los requisitos de la Directiva, bastaría con la estación de San Roque integrada en la Red de Control de la Calidad del Aire de la C.A.P.V.).

    • Los valores de concentración de partículas (PM) son significativos, si bien, los resultados obtenidos para el espacio temporal del estudio son más favorables que los que corresponden a tiempos anteriores. Por significativo se debe entender que es relevante de acuerdo a los objetivos de este estudio, o lo que es lo mismo, que es susceptible de ser objeto de un plan de gestión, en términos de fijar objetivos, establecer medidas de minimización y valorar posteriormente la eficacia de las mismas.

    • Los valores máximos de concentración de PMs de todas las estaciones se presentan en invierno, principalmente en situaciones de alta estabilidad atmosférica cuando el aire superficial no se renueva por las bajas temperaturas. Es decir, hay menos partículas en verano (menos aún en agosto) y el número de estas crece según avanzamos en el otoño y entramos en el invierno.

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    • Azterlan y Tabira mantienen una tendencia constante a lo largo del año con abundancia de partículas gruesas (2,5-10 µm) y ultrafinas (

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    Capítulo B

    En este capítulo se agrupan las conclusiones relacionadas con la primera aproximación a la identificación de fuentes contaminantes, de forma que conviene resaltar la importancia de las determinaciones de carácter cualitativo, independientemente de la existencia o no de “superaciones”. Los resultados tratados para su alcance se valoran de acuerdo a criterios y rangos de calidad contrastada, por ejemplo, el inventario de contaminantes tóxicos de ambientes urbanos (EPA, 2007) y diversos estudios publicados en revistas científicas.

    Se presenta una síntesis de los indicadores más sensibles que permiten realizar una trazabilidad a fuentes, no pudiéndose interpretar la caracterización de toda la masa recogida, ya que las muestras se componen de aportes como las intrusiones del Sahara, el polen, las partículas carbonosas, brisas marinas, etcétera, las cuales quedan fuera del alcance del estudio planteado.

    Teniendo en cuenta que cada estación de control presenta una huella química distinta y de acuerdo a los criterios establecidos anteriormente, se valoran e interpretan los resultados de los indicadores industriales determinados para Durango, identificándose un amplio margen para el desarrollo de políticas de gestión que conduzcan a la mejora de la calidad del aire.

    1. Estación Azterlan

    El RD 812/2007 y el RD 1073/2002 establecen respectivamente valores objetivo anuales para la concentración de arsénico (As=6 ng/m3), cadmio (Cd=5 ng/m3), níquel (Ni=20 ng/m3) y plomo (Pb=500 ng/m3). Aunque en ninguna de las estaciones se supera los valores objetivos para metales en PM10, la estación de Azterlan presenta medias semanales que consistentemente superan el valor objetivo de arsénico.

    La presencia continuada a lo largo del año de partículas gruesas de plomo, junto con la asociación permanente de partículas finas compuestas por plomo (Pb), antimonio (Sb), arsénico (As) y estaño (Sn) permiten identificar una fuente contaminante industrial en el entorno cercano a la estación de control.

    2. Estación Tabira

    Las altas concentraciones de zinc (Zn), hierro (Fe) y manganeso (Mn) detectadas en la fracción ultrafina ponen de manifiesto la influencia de alguna fundición de hierro cercana a la estación de control. Del mismo modo, la presencia de estos mismos metales en la fracción gruesa indica que bien llegan por fenómenos de transporte desde puntos alejados, o bien son emitidos desde alguna planta productiva cercana, pero de forma descontrolada como emisión difusa.

    La cantidad de zinc (Zn) determinada en la zona con vientos de componente Sur aumenta significativamente, de forma que se identifica una fuente adicional para este metal fuera del límite municipal de Durango. Algo similar ocurre con el nivel de partículas gruesas de calcio (Ca), identificándose a las actividades extractivas de carbonato cálcico del término municipal de Mañaria como las principales responsables de las emisiones de las mismas.

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    3. Estación Eroski

    La zona se caracteriza por un marcado carácter industrial, donde la abundancia y cercanía entre diferentes plantas productivas dificultan el acercamiento a fuentes contaminantes. No obstante, cabe destacar la presencia masiva de zinc (Zn), de forma que pueden identificarse dos morfologías bien distintas. Con vientos del Sur el zinc se presenta con una morfología amorfa, mientras que con vientos del Norte, el zinc de la fracción fina toma forma de tetrápodo.

    Durante la segunda mitad del período de control se produce un cambio en la tendencia de la distribución gravimétrica, el cual presenta un aumento significativo de la fracción gruesa (2.5-10 µm) provocado por la influencia de las obras y la circulación de vehículos pesados identificado en el entorno cercano a la estación de control.

    Capítulo C

    Finalmente se presentan las medidas necesarias para la continuidad del estudio y poder así alcanzar la totalidad de los objetivos planteados desde un inicio con el único proposito de mejorar los niveles de la calidad del aire en el municipio de Durango:

    • Iniciar una dinámica de trabajo para la determinación del mapa de fuentes contaminantes.

    • Avanzar en un clima de colaboración con las fuentes industriales locales, partiendo de la comunicación y discusión de estos resultados para el establecimiento de las mejoras técnicas disponibles (MTDs).

    • Abordar estudios específicos para la evaluación de la incidencia del tráfico en el nucleo urbano. La evaluación de la densidad de tráfico y el nivel de contaminación atribuible a la misma en aquellas zonas o calles identificadas como críticas por la situación actual, permitiría establecer actuaciones específicas bien a nivel de movilidad o bien a través de otro tipo de actuaciones como peatonalizaciones, aplicación de Noxer, etcétera, de influencia positiva directa sobre los niveles de calidad del aire a pie de calle.

    • Seguimiento en el control de los niveles de material particulado y los metales que lo componen. Mediante campañas de muestreo adicionales se podrá evaluar la eficacia de las actuaciones que se vayan aplicando y el cambio en el comportamiento de los niveles de material particulado respecto a los registros actuales.

  • Departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente

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