Particulas

E5 .

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de un número, dicho número indicará el diámetro de la partícula. Eri ocasione» se encuentra también la simbología PST —partículas totales en suspensión (por 1 ejemplo en la Figura 10.2)— para referirse al total de partículas.

El parámetro indicador de este tipo de contaminación es independiente de la I naturaleza química de las partículas, al contrario de lo que sucedía con los con- j taminantes estudiados anteriormente. Por ello, se habla de concentraciones en ! mg o jxg de partículas/m3 de aire, no pudiendo hacerse en este caso la equivalencia correspondiente a ppm o ppb.

Se distinguen partículas primarias, las emitidas directamente a la atmósfera y 1 partículas secundarias, las que se forman como consecuencia de reacciones que j tiene lugar en la atmósfera entre diversos compuestos presentes en la misma, por i ejemplo, sulfatos a partir de S02, nitratos a partir de NOx,...

10-7.1. FuentesMas del 80% de las partículas presentes en la

atmósfera tienen un origen natural: aerosoles marinos, arrastre de polvo por el viento, incendios forestales, erupciones volcánicas, pólenes, bacterias, ... En cuanto al origen antropogénico, las fuentes emisoras de partículas son diversas; podríamos citar como más importantes la emisión de partículas en los procesos de combustión y las pérdidas en procesos industriales, tales como industrias cementeras, canteras, minería, tritu-ración de piedras y rocas, industrias siderúrgicas, «cremaciones agrícolas», tratamiento de residuos sólidos urbanos etc. En la Figura i0.9 observamos las fuentes emisoras de partículas en los países de la Unión Europea, tanto en los estados miembros actuales (columna de la izquierda) como en los países que están sometidos al proceso de integración en la Unión.

Es conveniente aclarar algunos términos que con frecuencia se emplean al hablar de contaminación por partículas:

O Contaminantes atmosféricos

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Polvo: Suspensión de partículas sólidas, de forma irregular, que proceden de diferentes procesos de disgregación de materiales sólidos (trituración o pulverización).

Niebla: Suspensión de pequeñas gotas líquidas originadas por la condensación de vapor de agua sobre partículas higroscópicas suspendidas en el aire, que actúan como núcleos de condensación.

Humo industrial: Suspensión de partículas sólidas o líquidas debidas a la condensación de vapores producidos en procesos industriales.

Humo de combustión: Conjunto formado por partículas residuales procedentes de procesos de combustión (cenizas) e inquemados. Pueden ser sólidas o líquidas.

Bruma: Suspensión de pequeñas gotas líquidas, originadas por condensación de vapores o por dispersión de agua o evaporación de aceites esenciales de la vegetación, visibles a simple vista.

10.7.2. Composición química y tamaño

Los posibles perjuicios ocasionados por la contaminación por partículas van a depender de dos tipos de factores: su tamaño y su composición química. Como se ha señalado anteriormente, cuando se mide el parámetro indicativo de contaminación por partículas, generalmente no se hace distinción alguna respecto a la naturaleza química de las mismas, por ello en este apartado consideraremos principalmente la problemática de las partículas desde el punto de vista de su

E5 .

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^ Emisiones de PMio en toneladas/año

4.000.000

v 3.000.000

FUENÍE: Berdowski et al., .1997.

FIGURA 10.9. Emisiones de

partículas PM10 en países de la Unión

Europea y aspirantes.

Air Emissions Annual topic update

1999, European Environment

Agency.

tamaño, aunque nunca debemos ignorar su composición química, por lo que nos referiremos brevemente a la misma.

imsssm

2.000.000 —■

§§ Otros

Estados Miembros de la UÉ Estados en proceso de integración en ia UE

1.000.000 —


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a) Composición química

Las partículas presentes

en el aire pueden

tener una composició

n muy diversa. Si nos

referimos a las

especies de

carácter no

biológico, podemos

hablar de:— Metales: Se pueden encontrar en forma atómica o iónica (sales y óxidos). Entre los más abundantes se hallan el calcio y el aluminio, provenientes de procesos dé erosión de la corteza

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terrestre y de algunos procesos industriales; el plomo, liberado por las pinturas y por el uso como antidetonante en las gasolinas; y el hierro, originado principalmente eii procesos siderúrgicos. Otros metales abundantes son el sodio, presente en los aerosoles marinós; el potasio, procedente de procesos de erosión; el vanadio, liberado en los


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procesos de cómbustión de fuel-oil y otros como el magnesio, cobre, cromo, man-ganeso,... que se encuentran como metales traza en la composición de carbones y otros combustibles.

— Otras especies inorgánicas: Debemos destacar la presencia de sulfatos y nitratos como contaminantes secundarios procedentes de los cprrespondien- tes óxidos de

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azufre y nitrógeno; cloruros, en aerosoles marinos; amonio,


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—generado a partir de amoniaco gaseoso; silicio, proveniente de la-erosión terrestre y partículas carbonadas, tanto de carácter inorgánico como orgániccj, originadas en procesos de combustión incompleta.— Compuestos orgánicos: Los hay de origen natural, como es el caso de los compuestos terpénicos y los aceites esenciales provenientes de

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la vegeta-ción, y de origen antropogéñico, hidrocarburos alifáticos y aromáticos empleados como disolventes o combustibles, hidrocarburos aromáticos policíclicos generados en procesos de combustión, insecticidas utilizados eá fumigaciones agrícolas, nitratos de peroxiacilo formados en los proceso? fotoquímicos,


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dioxinas y benzofuranos producidos en la incineración dé organohalogenados...De lo

indicado se desprende que nos encontramos con partículas primarias, emitidas de forma directa, y secundarias, formadas con posterioridad en el senq> de la atmósfera. Las primarias se encontrarán en mayor o menor concentración según sea la distancia desde el punto en que se estén midiendo a la fuente

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emisora, mientras que las secundarias, principalmente sulfato y nitrato de amonio y compuestos orgánicos secundarios, se encuentran, en general, en concentraciones semejantes en todos los puntos, no apreciándose gradientes de concentración importantes entre áreas urbanas y rurales.

En la Figura 10.10 apreciamos la distribución de partículas de distinta naturaleza en la atmósfera



del Reino Unido. Cabe destacar cómo la proporción de los diferentes tipos es distinta según sea el tamaño de partícula que consideremos.

Evidentemente, la posibilidad de causar efectos perjudiciales dependerá de la mayor o menor toxicidad de cada una de las sustancias que constituyan las partículas, y en cuya discusión no entramos ahora, pero que en absoluto puede ser ignorada.

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b) Tamaño

El tamaño de las partículas presentes en la atmósfera es de gran importancia para conocer cuál va a ser su comportamiento, tanto en lo referente al destino de! las mismas (mayor o menor facilidad de sedimentación), como en los aspectos que van a incidir en.su peligrosidad. Por tanto, es preciso hacer unas considera-ciones básicas sobre el tamaño antes de comentar ambos temas.



Las partículas pueden tener formas geométricas muy variadas; las partículas líquidas son siempre esféricas, pero, entre las sólidas, podemos encontrar partículas con forma poliédrica como el cuarzo; laminar, como la mica; cilindrica, como el talco; fíbrilar, como la celulosa o textiles. Para hablar de tamaño se consideran todas ellas esféricas y se mide la magnitud de ésta en función del radio de Stokes.

E5 .


Este radio se define como el de una esfera que tenga la misma velocidad de caída e igual densidad que la partícula. En algunos casos, el radio de Stokes puede ser casi idéntico al radio geométrico de la partícula, en otros sin embargo, puede haber importantes variaciones, por lo que debe tenerse en cuenta este factor al interpretar los efectos físicos debidos al tamaño de las par-tículas.

Este tamaño oscila



entre límites muy amplios, que van desde radios menores a los 10“3 nm a radios mayores a 103 pim. En función del mismo, las partículas se clasifican en tres grupos:

a) Partículas de Aitken o finas, de tamaño inferior a 0,1 \xm de diámetro.

M Í A - ;

EMISIONES TOTALES DE PARTICULAS PM

-J:íp ‘ .■ r\ f,.* %+/ -¡ C-

. FRACCIÓN DE PARTÍCULAS FINAS PM2i5 FRACCIÓNDE PARTÍCULASENTRE

FUENTÉ: www.environment-aaencv.oov.uk

Figura 10.10. Emisiones de partículas en el Reino Unido procedentes de diversas fuentes, clasificadas por tamaño y naturaleza. Se reflejan las emisiones

totales (PM1S), las PM2 5 y la fracción correspondiente a los tamaños comprendidos entre PM^.

b) Partículas medias, se encuentran en suspensión, y son aquellas cuyo diá-metro está comprendido entre 0,1 y 10 p.m según algunos autores, aun-que otros emplean esta denominación para aquellas que no sobrepasan los 2 Jim.

c) Partículas sédimentables ó'gniescis, aquellas cón diámetro superior a 10 |¿m.

Las partículas Aitken tienen un comportamiento similar al de las moléculas, con movimientos al azar, frecuentes

15ÓÍ>SÉ

Amonio procedente de emisiones de NH,

Nitratos procedentes de emisiones de NO,‘

SulfatOs procedentes de emisiones de SOj

Cloruros procedentes de sai. marina y carbói

Na. K. Mg y Ca, procedentes de sal y polvo

Materia carbonosa procedente de combustiones

Minerales ¡nsolubles. como arrastrado por el viento

Nitratos procedentes de emisiones de NO

Sultatos procedentes de emisiones de SO.

Cloruros procedentes de sal marina y carbón

Amonio procedente de emisiones de NH,

Minerales insolubies como polvo arrastrado por el

viento

Amonio procedente de emisiones de NH.

Nitratos procedentes de emisiones de NO.

Sultatos procedentes de emisiones de SO.

Na. K, Mg y Ca, Matena carbonosa procedente procedentes de sal y polvo de combustiones

Cloruros procedentesde sal marina y carbón /Na K MgyCa>

procedentes de sal y polvo

Minerales insolubies como polvo, arrastrádo por el viento

Materia carbonosa procedente de combustiones

http://www.environment-aaencv.oov.uk/

M Í A - ;

colisiones y consiguientes coagulaciones. Las partículas mayores de 10 fim permanecen en el aire durante períodos de tiempo relativamente cortos, sufriendo importantes procesos de coagulación. Estos dos hechos provocan que el tamaño de las partículas que permane-


368 © iTES-Paraninfo

□ Contaminantes atmosféricos

cen en suspensión en el aire esté fundamentalmente comprendido entre 0,F y

10 fim.Dentro de estas últimas, actualmente se tiende a

distinguir entre las denominadas PM2f5, partículas con diámetro inferior a 2,5 jjim, y las PM,0, partículas con diámetro inferior a 10 \im. La razón es que unas y otras ocasionan efectos distintos sobre la salud, siendo mucho más elevada la peligrosidad, derivada de iu tamaño, de las PM2#5, como se comentará más adelante.Hablar de la peligrosidad global, combinando

naturaleza química y tamañjo, puede ser más complejo, pues, con frecuencia, puede ocurrir que las partículas más gruesas sean de naturaleza más tóxica que las finas.En la Figura 10.10, en la que como hemos indicado

se recogían datos correspondientes a emisiones de partículas en el Reino Unido, se reflejan las diferenciase en cuanto a tamaño y naturaleza. Se distinguen las partículas de diámetro infe-j rior a 2,5 um de las de diámetro menor de 15 pim, apreciándose que el porcentaje de partículas de determinada naturaleza química es diferente en unas y otras. Así, entre las partículas finas la fracción de minerales insolubles es muy pequeña, mientras que entre las partículas medias o gruesas esta fracción constituye más de la mitad del total; ocurre lo contrario con los sulfatos, amonio o partículas de naturaleza carbonosa procedentes de combustiones.En la Figura 10.11 se recogen los tamaños más

frecuentes de las partículas, según la actividad que las origina.

10.7.3. Evolución en la atmósfera

Todas las partículas presentes en la atmósfera acaban depositándose en la corteza terrestre. Como hemos comentado, las más pequeñas sufren en primer lugar un proceso de coagulación, mientras que las más grandes no precisan de este paso previo, pero unas y otras finalmente se depositan. Hay dos maneras de pro- j ducirse este fenómeno, que reciben respectivamente los nombres de deposición j seca y deposición húmeda, según intervenga o no el agua de la atmósfera.

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□ Contaminantes atmosféricos

— Deposición seca: puede producirse por sedimentación, es decir, deposición • gravitacional por impacto contra posibles obstáculos que encuentran en su j movimiento, o por migració*n hacia una superficie, con la que chocan y en la que finalmente permanecen. Se calcula que la deposición en seco es responsa- j ble de la eliminación de alrededor del 20% de las partículas presentes en la ! atmósfera. j

— Deposición húmeda: las partículas de la atmósfera pueden ser arrastradas por j acción del agua de lluvia (o nieve), que las transporta hasta la superficie terres- I tre. Este proceso es el responsable de la eliminación de la mayor parte de las partículas grandes del aire.Algunas partículas también pueden actuar como

productoras de lluvia, por un proceso denominado de fcondensación. En concreto, aquellas que por su composición química son solubles en agua tienden a condensarla sobre su superficie, formando pequeñas gotitas constituidas por una disolución saturada. Cuando la humedad relativa del aire supera la presión de vapor de la disolución saturada condensa una mayor cantidad de agua, aumentando así el radio de la gota, lo que incrementa la posibilidad de sedimentación de la misma.

FIGURA 10.11. Distribución de los tamaños de las partículas según su procedencia.

© ITES-Pmninfo 369

Diámetro en Mieras S o

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S FINAS

A c u n l u l a í á ó n nicaAitken

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umos cinc

de ilcalis3ulpas de

llotaciór eblas de áládb sulfúrico

•CarbónPolvo de c icHumos de0X1

Pe tvos inséc

Bacterirus proteínasVirus

Necrosis tabaco

Humo de tabac >

Mosaicotabaco

Negro de hume

Diámetro de

N,H,0 O, NH,

CO,nolécuias degase

sHumos di

h ume > de resina

pfc mentas K)(P

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SpraylAg

PoKNi déos de corrousl Sn

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MICASNATURALES

o oLO Oin sfi

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o q irí o

O o o§ o o Oo o o

humos metaurgic

PARTÍCULAS

ÁNTRÓPOGÉ

CINH.

Polvo:

umos de ace

Esmaltes)

o de cinc

Humos

MgO

Polvo

U)oo

\nOo

/os >

ARTICULAS GRUESAS O SEC

ddas Esporas Plantas

Diámetro i e cabellos

;neración mecá

>lvo$ de cemento

Cenizas volantes

- NATURALES

Polvos de talco

o 11

Sulfuro de < ro

pulverizado

3olvo caliza

s §lo o

o cemento

Bruma

fuhdia

Polei

Pan

ntur

Gitas

10.7.4. Efectos

La contaminación por partículas origina importantes efectos sobre los seres vivos y los materiales, siendo también preciso considerar los efectos ópticos, que se traducen en una disminución de la visibilidad, con los problemas que este hecho ocasiona.

Debemos advertir que, como se ha indicado anteriormente, vamos a tratar únicamente los efectos ocasionados por el hecho de que los agentes contaminantes se encuentren en forma de partículas, prescindiendo de su naturaleza química. Es obvio que, además de los efectos aquí comentados, cada tipo de partícula puede generar unos efectos específicos derivados de su naturaleza química. Así, las partículas que ocasionen lluvia ácida generarán los efectos estudiados anteriormente atribuibles a la misma; las partículas metálicas tendrán efectos específicos dependiendo del metal del cual estén constituidas, etc., por lo que nos limitaremos a comentar los efectos derivados del estado físico y tamaño de las partículas.

• Sobre las Plantas. Las partículas al depositarse recubren las hojas y taponan los estomas, lo que interfiere en la función clorofílica e impide un desarrollo normal de la planta, que ve detenido su crecimiento.

• Sobre los Animales y el hombre, los efectos nocivos que ocasionan las partículas se derivan de su actuación sobre el sistema respiratorio; el mayor o menor poder de penetración en el mismo viene determinado por su tamaño, de ahí que este factor sea esencial para valorar los posibles daños. Así, las partículas gruesas ño llegan a alcanzar los pulmones, son eliminadas por las regiones centrales o altas del aparato respiratorio, filtradas del aire inhalado por los pelos nasales o las mucosas que cubren las cavidades nasales y la tráquea, por lo que sus efectos no revisten especial peligrosidad, aunque pueden ser causa de alergias u otro tipo de afecciones. Las partículas finas penetran en los pulmones, pero al tener un tamaño semejante al de las moléculas pueden ser eliminadas de los mismos. Son las partículas de tamaño medio, especialmente las comprendidas entre 0,1 y 2,5 \im (algunos autores hablan de hasta 4 o 5 pim), las que originan los efectos más graves, debido a que pueden llegar a depositarse en la periferia del pulmón, región que parece ser especialmente susceptible a lesiones y de la que además es muy

difícil eliminarlas. Incluso las más pequeñas (radió menor de 0,5 pim) llegan a depositarse en los alvéolos pulmonares, ocasionando graves daños. Este hecho ha llevado a la EPA a hacer una propuesta de modificación de los estándares de calidad vigentes para las partículas (ver capítulo 15).En la Figura 10.11 se aprecia que la mayor parte de las partículas procedentes de actividades antropogénicas (polvos y humos metalúrgicos y de fundición, pigmentos de pinturas, diversos polvos de compuestos inorgánicos o metales,...) tienen un tamaño comprendido entre 0,1 y 4 pim, es decir, desde el punto de vista de tamaño, están comprendidas entre las más nocivas.

• En lo que se refiere a los Materiales, quizá el efecto nocivo más importante derivado de la contaminación por partículas sea el aumento de la velocidad de corrosión de éstos. La corrosión puede originarse por la propia naturaleza química de las partículas o por el hecho de que sobre las mismas pueden absorberse, especialmente en atmósfera húmeda, sustancias corro-

370 ©ITES-Paran/nfosivás, entre las cuales merece especial mención el dióxido de azufre que hemos señalado con ocasión de la lluvia ácida. El aumento de la corrosión

2 se debe probablemente a la formación de pilas electroquímicas.Otro de los efectos que las partículas ejercen sobre los materiales es el¿ aumento de suciedad. Las partículas emitidas por los gases de escape de los vehículos tienen una alta absorción óptica, por lo que ennegrecen las superficies sobre las que se depositan, ocasionando importantes gastos en mantenimiento y limpieza. La pátiria creada a partir de las partículas proceden-tes de la combustión incompleta cíe los hidrocarburos pesados, unida a otras partículas atmosféricas y a la calcita recristalizada, amenazan la cohesión de los materiales pétreos, pues forman una película untuosa y ligeramente adhesiva que ocasiona una mayor impermeabilidad al agua y el gas, lp que altera el equilibrio natural de intercambio gaseoso entre el interior y el exterior del material y con los cambios térmicos causa el llamado «shock térmico», por el qúe la costra se separa, llevándose consigo parte del

material.► Las partículas causan también un efecto óptico importante: la disminución de la Visibilidad, provocada por los fenómenos de absorción originados a causa de su presencia en la atmósfera en forma de dispersiones coloidales. Si la concentración de partículas és del orden de 100-200 [ig/m3, valor frecuente en atmósferas urbanas, la visibilidad es de unos 12-6 km, pero si la concentración de partículas sé incrementa hasta 750 yg/m3 la visibilidad desciende hasta 1,5 km. Este hecho es especialmente importante cuando la humedad relativa es alta, pues, como comentábamos en el apartado dedicado a evolución de partículas en la atmósfera, en estas situaciones se producen importantes fenómenos de condensación, con la consiguiente aparición de nie¡blas y brumas que pueden originar problemas graves de disminución de visibilidad.

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