Evaluación toxicológica de PM y PM de la ciudad de Mexicali y su

Evaluación toxicológica de PM10 y PM2.5 de la
ciudad de Mexicali y su asociación con
el contenido de suelo.
Un estudio para evaluar y dirigir
medidas de control.
Universidad Autónoma de Baja California (Mexicali): MA Reyna, M Quintero, J Landeros e I
Clark
Instituto Nacional de Ecología: L. Rojas, M. Zuk y T. López
Facultad de Ciencias, UNAM: J. Serrano
Instituto de Física, UNAM: J. Miranda
Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM: I. Rosas y A. García
Instituto Nacional de Cancerología: A. Osornio, G. Flores, I. Vázquez y C. García
Con apoyo de LASPAU 2005-2007
29) Mexicali.....................7.16
Contenido
• Antecedentes
• Objetivo
• Pruebas toxicológicas
– Metodología
– Resultados
• Medidas de control
– Metodología
– Resultados
• Discusión y conclusiones
• Recomendaciones
Antecedentes y objetivo
Geotermoeléctrica
de cerro prieto
Niveles de PM10 en Mexicali, 2004
•
Percentil 98 de los promedios de
24h = 366 μg/m3
Percentil 98 de los promedios de 24 h de PM10
•
500
Promedio anual = 108 μg/m3
90
2004
426
400
407
404
383
366
362
300
300
Norma diaria,
120 μg/m3
200
100
108
2003
0
Norma anual,
50 μg/m3
2002
1997
103
2000
121
1999
106
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Año
Días
muestreados
2000
59
81
2001
57
83
2002
45
68
2003
50
64
2004
60
75
2005
44
69
86
1997
0
20
40
60
80
Concentración promedio anual de PM10
100
120
2004
Días que se rebasa la
norma de PM10 en
Mexicali
110
2001
1998
Fuente: Tercer almanaque de datos y tendencias de la calidad del aire en ciudades mexicanas. Instituto Nacional de Ecología. En imprenta.
Stress ambiental de la región de Mexicali (1)
¾Condiciones climatológicas
• Escasa precipitación pluvial
• Clima extremoso
• Predominancia de los vientos del
sureste y del noroeste
• Rachas de viento en invierno que
producen tolvaneras por la
influencia de los nortes
Fuente: Programa para mejorar la calidad del aire de Mexicali 2000-2005
Stress ambiental de la región de Mexicali (2)
¾Actividades humanas con una
población de 855,962 habitantes*
• Crecimiento urbano e industrial
• Actividades agrícolas
• Aumento de la actividad
comercial con EU
• Incremento del tráfico vehicular
en 18% de 1980 a 1986**
• 10.5% del tránsito vehicular
fronterizo***
*INEGI. II Conteo de Población y Vivienda 2005.
**Inventario de emisiones de Mexicali http://www.epa.gov/ttn/catc/dir1
***Datos tabulares del Bureau of Tranportation Statistics http://www.transtats.bts.gov/
Stress ambiental de la región de Mexicali (3)
Condiciones climatológicas
=
+
Actividades humanas
La mezcla de contaminantes de origen natural
y antropogénico
Contaminantes primarios
Contaminantes
secundarios
Erosión
eólica
Fuentes
naturales
Quema de
biomasa
Ehecatl
Fuentes móviles
Fuentes fijas
Distribuciones de tamaño, número, área y
masa de PM10
Concentración normalizada (1/Ctotal)dC/dlogDp
0.25
Modo de nucleación
Partículas finas
Dp < 2.5 μm
Nanoparticulas
Dp < 50 nm
0.2
Partículas Ultrafinas
Dp < 100 nm
PM10
Dp < 10 μm
0.15
Modo de acumulación
0.1
0.05
Modo grueso
0
1
10
100
1,000
Diámetro (nm)
Fuente: Kittelson et al., 2002.
Número
Superficie
Masa
10,000
PM
PM2.5
2.5
Partículas con un diámetro aerodinámico
promedio menor a 2.5 micras
• Fuentes de emisión: actividades de transformación de
energía, procesos de combustión
– Combustión de carbón, aceite, gasolina, diesel, madera
– Reacciones químicas y transformaciones en la atmósfera
• Composición
– Iones sulfato, nitrato, amonio, hidrógeno, carbón elemental,
compuestos orgánicos, metales, microorganismos.
• Vida media en la atmósfera
– Días a semanas
• Distancia recorrida
– Cientos a miles de kilómetros
http://www.ine.gob.mx/ueajei/publicaciones/gacetas/422/particulas.html
PM
PM2.5-10
2.5-10
Partículas con un diámetro aerodinámico promedio
mayor a 2.5 micras y menor a 10 micras
• Fuentes de emisión: actividades mecánicas, abrasivas,
erosión y resuspensión
– Polvos, suelo, materiales de construcción y demolición, combustión
de carbón y aceite, brisa marina, actividad volcánica, residuos
biogénicos, etc.
• Composición
– Elementos tales como calcio, potasio, sodio, silicatos, manganeso,
hierro, aluminio, así como, polen, esporas, fragmentos de plantas o
animales
• Vida media en la atmósfera
– Minutos a horas
• Distancia recorrida
– Menos de 10 kilómetros
http://www.ine.gob.mx/ueajei/publicaciones/gacetas/422/particulas.html
Inventario de emisiones de PM10
Año base 2004 - ajustado por modelación inversa
Tasas de mortalidad asociada a fibrosis pulmonar disponible en
http://sigsalud.insp.mx/naais/
Osornio-Vargas A. et ál,1991. Lung cell toxicity Experimentally
Induced by a Mixed Dust from Mexicali, Baja California, México.
Environmental Research 56, 31-47.
Objetivos
•
Identificar dos zonas de Mexicali con diferentes fuentes de emisión de
PM
•
Obtener muestras, analizar su composición elemental y evaluar la
toxicidad de PM10 y PM2.5
•
Evaluar la asociación entre la composición y las posibles fuentes de
emisión de PM10 y PM2.5
•
Generar evidencia que contribuya a identificar y priorizar las medidas
de control más eficientes para abatir los niveles de PM
•
Analizar el impacto de medidas de control para PM asociadas con
emisiones de fuentes móviles y provenientes del suelo
•
Estimar los beneficios en la salud de la población potencialmente
expuesta a PM por la instrumentación de medidas de control
Compartir experiencia y transferir conocimiento a investigadores de la
Universidad de Baja California y a autoridades locales y federales
Pruebas toxicológicas
Sitios de monitoreo de PM2.5 y PM10
–UABC en el centro
de Mexicali, con uso
de suelo
predominantemente
urbano
–CONALEP en el
sureste de la ciudad,
con uso de suelo
predominantemente
agrícola
NORTH
NORTH
20%
20%
16%
16%
12%
12%
8%
8%
4%
WEST
4%
EAST
SOUTH
Época invernal
WEST
EAST
SOUTH
Época calurosa
PobUABC= 56,583 y
PobCONALEP= 4,729
Método
Muestreo realizado de
octubre de 2005 a marzo
de 2006
24 h, 3 por semana,
agrupado por mes
16 elementos
Hemólisis
CONALEP
PIXE
PM2.5
UABC
PM10
Componentes
principales
Degradación de ADN
Inhibición de la proliferación de células
Análisis
multivariado
TNFα & producción de IL-6
ANOVA
Efectos biológicos
Indicador
Efecto potencial
asociado
Hemólisis
Disrupción de la membrana
celular
Fibrosis pulmonar
Inhibición de la
proliferación celular
Muerte celular /
daño genético
Retraso en el crecimiento
Trastornos en la reparación
Producción de TNFα
Iniciación de inflamación
Enfermedades
pulmonares
Pruebas toxicológicas
Producción de IL-6
Inflamación sostenida
Enfermedades sistémicas
(ej. cardiovasculares)
Degradación de ADN
Daño genético
Cáncer
Resultados
Component Plot in Rotated Space
1.0
Zn
Cu
Mn
Component 2
0.5
S
Ni
P
Cr
0.0
Fe
K
V
Cl
Ti
Ca
Mg
Si
Al
Mg Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr
Mn Fe Ni
S Mn Cu Zn
-0.5
-1.0
PM10
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Component 1
Component Plot
1.0
S
Cu
S Cu Zn
K
0.5
Mn
Component 2
Mg Al Si P Cl K Ca Ti V Cr
Mn Fe Ni
Zn
P
Cl
Fe
V Ti
0.0
Cr
Al
Mg
Ca
Si
-0.5
PM2.5
-1.0
-1.0
-0.5
0.0
Component 1
Principal Components
by por
sizefracción de PM
Componentes
principales
0.5
1.0
Asociación de los componentes 1 y 2 a
fuentes potenciales de emisión de PM
Comp. 2
Comp. 1
Fuente: Fraser, Matthew P. 2005. Emissions of organic compounds and trace metals in fine particulate mattrer from motor
vehicles: a tunnel study in Houston, Texas. Journal of Air & Wate Managment.
Resultados
CONALEP
UABC
Efectos
toxicológicos
PM10
PM2.5
PM10
PM2.5
Hemólisis
++
0
+
0
Inhibición de la
proliferación de células
++
±
+
±
Degradación del ADN
++
0
++
0
Producción de la TNFa
+
+
++
++
Producción de la IL-6
+
+
++
+
Citotóxico
Pro-inflamatorio
Efectos biológicos
Mortalidad General por Enf. Ap. Respiratorio. 2004
Nacional 8.65% (40,936 de 473,417 casos)
%
9.5 a 10.4
8.9 a 9.3
8.0 a 8.8
7.5 a 7.9
6.7 a 7.3
Mortalidad General por Enf. Ap. Respiratorio en < 25años. 2004
Nacional 12.8% (5,236 de 40,936 casos)
%
24.8 a 13.3
12.0 a 10.1
9.7 a 9.0
8.9 a 6.7
6.4 a 3.7
Respiratory System Mortality
Mexico, 2004
20
18
16
14
MEXICO
12
%
10
Baja California
8
6
4
2
0
All
25 -34
35 - 44
Age Group
45 - 64
Medidas de control
Evaluación de medidas
de control
Evaluación toxicológica
Medidas de control:
•Selección
•Caracterización
•Evaluación
Identificación de los
sitios de muestreo
ΔE
Muestreo de PM10
y PM2.5
Determinación de
concentraciones
ambientales PM10 y PM2.5
Modelación de la
calidad del aire
ΔC
Pruebas toxicológicas
efectos biológicos
Estimación de los
impactos en la salud
Riesgos relativos
Literatura nacional e
internacional
Resultados de las
pruebas citotóxicas y proinflamatorias
Valoración de los
beneficios en la salud
Casos evitados de
mortalidad y
morbilidad
Caracterización de la
toxicidad diferencial de
PM10 y PM2.5
Priorización de medidas
de control
Medidas de control seleccionadas
Medida
1. Pavimentación de calles
2. Medidas para el transporte
público de pasajeros
2a. Renovación
2b. Renovación y retro-adaptación
3. Control de la quema de desechos
de los campos agrícolas de la
región
Programas existentes
Programa Integral de
Pavimentación y Calida del Aire
(PIPCA), de los tres órdenes de
gobierno
Plan maestro de transporte del
gobierno local
-
Caracterización de las medidas
Medida 1
Pavimentación de
calles
Medida 2a.
Renovación de los
autobuses de
pasajeros
2b. Renovación y
retro-adaptación de
la flota vehicular del
transporte público
de pasajeros
Medida 3
Control de la quema
de desechos
agrícolas
Supuestos
• 20%1 de PM10
proviene de
calles no
pavimentadas
• Pavimentar 73%
de las
vialidades
(PIPCA)
• 1.7%1 de PM10
proviene de
autobuses
• Sustitución del
100%, con
autobuses 20022
•Trampas de
partículas y
con UBA (< 15
ppm)
•90% de
reducción3
•7.6%1 de PM10
proviene de la
quema de
desechos agrícolas
•20% de eficiencia
en la reducción de
las emisiones de
PM10
1
Conforme al inventario de emisiones de Mexicali 2004 generado en este estudio
2
A falta de información, los factores de emisión se tomaron del Inventario de emisiones 2002 de la Zona Metropolitana del Valle de México (GDF-SMA, 2005)
3 Proyecto
Retrofit en el Distrito Federal - Por tu salud, un transporte más limpio
Evaluación de las medidas de control
i
ΔE = ΔC
Modelación de
la calidad del
aire
Cp =
∑C
i
× Ni
N
Ajuste del inventario
Reducción de las
concentraciones
5
4
I = RR × T × ΔC × P
3
3
Modelación de
los impactos en
la salud
% change in daily mortality/10 ug/m increase in PM10
Modelos
MCCM y MM5
2
1
0
-1
-2
-3
- - - - - - - - - W o r ld w id e lite r a tu r e - - - - - - -
P o o le d
w o r ld w id e
e s tim a te
M e xic o
C ity
s tu d i e s
Casos evitados de
mortalidad y
morbilidad
Riesgos relativos
(literatura nacional
e internacional)
i
j
IM T ($) = ∑ (Vi ($ / caso ) ×∑ ( I i ( casos ) ))
Valoración
económica
Valoración
contingente
(Disponibilidad a
pagar)
Año base de cálculo 2004
Costos en la
salud por la
contaminación
del aire
Priorización de
las medidas de
control
Estimación de los impactos en salud (2)
Impactos en salud considerados
Mortalidad
•
Muerte por enfermedad cardiopulmonar
•
Muerte por cáncer en pulmón
•
Muerte infantil respiratoria
•
Síndrome de la muerte infantil súbita
Morbilidad
•
Bronquitis crónica*
•
Días de actividad restringida menores*
•
Días de trabajo perdidos*
* Factores de concentración-respuesta para PM10
Fuente: Stevens (2005)
Resultados
Reducción porcentual de las emisiones de PM10 y PM2.5
16
1.6
Reducción de las PM2.5 (%)
14.2
Reducción de las PM10 (%)
Reducción de las emisiones (%)
14
12
10
8
6
4
2
0
1. Pavimentación de
calles
1.2
1.4
1.5
1.3
1.5
1.5
2a. Renovación de los
2b. Renovación y
3. Control de la quema
autobuses pasajeros retro-adaptación de la de desechos agrícolas
flota vehicular del
transporte público de
pasajeros
Reducciones de la concentración ponderada por
población de PM10 y PM2.5
Reducción de las concentraciones (μg/m3)
15
Reducción de PM2.5
0.7
10
Reducción de PM10
11.6
5
0
1. Pavimentación de
calles
0.6
1.0
0.7
0.7
1.2
1.3
2. Renovación de los
autobuses de
pasajeros
2b. Renovación y
retro-adaptación de la
flota vehicular del
transporte público de
pasajeros
3. Control de la
quema de desechos
agrícolas
Casos de mortalidad evitados por la reducción
de la fracción PM2.5 y PM10
Muertes evitadas
Medida de control
Coeficiente de
PM2.5
Coeficiente de
PM10
1. Pavimentación de calles
2
41
2a. Renovación de la flota vehicular
del transporte público de
pasajeros
2
3
2b. Renovación y retro-adaptación
flota vehicular del transporte
público de pasajeros
2
4
3. Control de la quema de desechos
de los campos agrícolas de la
región
2
5
Casos de mortalidad y morbilidad evitados
por la reducción de las PM2.5
Efecto en salud
Muerte por
enfermedad
cardiopulmonar
Bronquitis
Crónica
Días de
actividad
restringida
menores
Días de
trabajo
perdidos
1. Pavimentación de calles
2
6
9,839
1,671
2. Renovación de la flota vehicular
del transporte público de
pasajeros
2
5
7,548
1,282
2b. Renovación y retro-adaptación
flota vehicular del transporte
público de pasajeros
2
6
9,569
1,625
3. Control de la quema de desechos
de los campos agrícolas de la
región
2
6
8,761
1,488
Medida de control
Efectos biológicos
Beneficios monetarios por el control de
emisiones de PM2.5 en 2004
Pavimentación
$1,999,996
Control de quema
$1,945,202
$1,780,819
Renovación
y retro-adaptación
Renovación
flota-transporte
$0
$500,000
$1,534,244
$1,000,000
$1,500,000
Dólares americanos
$2,000,000
$2,500,000
Ideas finales
Conclusiones
CONALEP
UABC
Efectos
toxicológicos
PM10
PM2.5
PM10
PM2.5
Hemólisis
++
0
+
0
Inhibición de la
proliferación de células
++
±
+
±
Degradación del ADN
++
0
++
0
Producción de la TNFa
+
+
++
++
Producción de la IL-6
+
+
++
+
Citotóxico
Pro-inflamatorio
Pavimentación
$1,999,996
Control de quema
Renovación y retro-adaptación
Renovación
flota-transporte
$1,945,202
$1,780,819
$1,534,244
Dólares americanos
Los resultados toxicológicos muestran que tanto las PM de
origen geológico, como las de origen antropogénico son
tóxicas y su mezcla resulta en una mayor toxicidad
Esto se confirma con los resultados del análisis de
beneficios por control de fuentes de emisión.
Recomendaciones (1)
• Los resultados toxicológicos confirman los
resultados de los beneficios en salud
– En cuanto a la fracción asociada con suelo
• La medida de pavimentación tiene los mayores
beneficios en la salud de la población (reducción
aproximada del 50% de mortalidad asociada con
los impactos analizados)
– En cuanto a la fracción asociada con la
actividad vehicular
• La instrumentación conjunta de las medidas de
renovación y retro-adaptación de autobuses.
Recomendaciones (2)
• Analizar la posibilidad de
establecer barreras naturales (con
especies nativas), forestación y
preservación de zonas arboladas y
con vegetación para reducir la
resuspensión de PM
• Controlar las emisiones de
partículas mediante la planeación
de la quema de los campos de
cultivo
Áreas de oportunidad (1)
• Evaluar más medidas de control
– Mejorar el inventario de emisiones para afinar
la contribución de otras fuentes de PM10 y
PM2.5.
• Fuentes móviles: medición de emisiones y
caracterización de la flota
• Fuentes fijas: mejorar estimaciones
Áreas de oportunidad (2)
• Mejorar la información para la evaluación
de medidas
– Red de monitoreo atmosférico
• Evaluar la representatividad espacial de las
estaciones
• Ampliar la cobertura de medición de las PM2.5
– Indicadores de salud en Mexicali
Agradecimientos
Gracias por su atención
Contactos
M. en C. Verónica Garibay Bravo
[email protected]
Dra. Leonora Rojas Bracho
[email protected]
Dr. Alvaro Osornio
[email protected]