DESARROLLO DEL SISTEMA METROPOLITANO PARA MONITOREO ATMOSFERICO EN EL VALLE DE MEXICO José Zaragoza Avila Subdirección de Evaluación de la Calidad del Aire Instituto Nacional de Ecología Av. Revolución No. 1425, Col. Tlacopac San Ángel, Del. Alvaro Obregón, 01040, México, D.F., Tel. (5) 624-34-67. Fax (5) 624-35-84 Introducción El desarrollo y operación de Sistemas de Monitoreo Atmosférico ha permitido que las autoridades ambientales de la mayoría de las grandes ciudades en el mundo enfrenten con éxito la problemática urbana de la contaminación aérea, que es consecuencia inevitable derivada de las actividades industrial, vehicular, doméstica y de otro tipo que se llevan a cabo para satisfacer las necesidades de sus habitantes y dotarlos de servicios. Esto no quiere decir que el monitoreo atmosférico sea un mecanismo de limpieza directa del aire o que elimine los contaminantes, sino que es una herramienta a modo que permite conocer con niveles aceptables de confiabilidad la calidad del aire con respecto a contaminantes específicos y formular, con base a los datos obtenidos, las estrategias de control y las medidas oportunas y adecuadas para una efectiva administración de la calidad de este recurso, todo ello en el marco de la Gestión Ambiental. Con la información generada a partir de la operación consistente de los sistemas de monitoreo se obtienen el conocimiento y, mediante la interpretación adecuada, el entendimiento de las tendencias de los contaminantes y su relación con las condiciones meteorológicas y climáticas prevalecientes, que son factores importantes en cuanto a su distribución y densidad espacial y temporal, así como las transformaciones a que se ven sometidos en la atmósfera y los mecanismos que intervienen en su dispersión y transporte. Una ventaja adicional de contar con la información es que se tiene acceso a los elementos para elaborar pronósticos de calidad del aire con suficiente antelación y certidumbre y para activar, en caso necesario, las medidas de contingencia contempladas en los planes respectivos y prevenir de esta manera los efectos negativos de un episodio ambiental por contaminación atmosférica. En nuestro país, el ejemplo más ilustrativo de lo que un sistema de monitoreo puede llegar a ser, con todas sus implicaciones, es el Sistema Metropolitano de Monitoreo Atmosférico del Valle de México. 1
Antecedentes. La contaminación del aire empezó a manifestarse como un problema en varias de las grandes ciudades mexicanas a fines de la década de los sesenta, siendo particularmente notable en la ciudad de México, que ya evidenciaba encontrarse en un proceso acelerado de degradación ambiental como consecuencia del desarrollo industrial y de crecimiento urbano, así como de la gran concentración de la población y del parque vehicular, además de cambios poco ordenados en el uso de suelo y la conversión a gran escala de las zonas rurales a zonas urbanas. Al mismo tiempo, se fue perdiendo la flora de grandes extensiones de terreno en los estados vecinos, principalmente en el estado de México, al nororiente y oriente de la ciudad, mientras la zona lacustre de Texcoco se secaba rápidamente, con lo cual los fenómenos erosivos se vieron magnificados, contribuyendo de manera importante a la problemática de contaminación del aire. Las características topográficas del valle de México, su ubicación geográfica, las condiciones climáticas y el régimen de vientos que prevalecen en la región, se convirtieron en factores favorables para que la masa de contaminantes, tanto de origen antropogénico como de origen natural, se concentraran y permanecieran sobre la zona urbana, provocando, en primera instancia, disminución apreciable de la visibilidad y molestias de diferente naturaleza a grupos importantes de la población. Gracias a la confluencia de todas esas condiciones, la cuenca aérea de la ZMCM se había convertido en un gran campo de pruebas y en laboratorio de química atmosférica, en la que era imperativo iniciar los trabajos para medir la contaminación del aire, identificar los contaminantes y ubicar las fuentes de emisión. Para ese momento ya se contaba con cierta información resultante de esfuerzos aislados por monitorear algunos contaminantes, cuando a fines de la década de los 50 s la Secretaría de Salubridad y Asistencia, utilizando métodos inicialmente diseñados para estudios de higiene ocupacional en ambientes de trabajo, instaló estaciones de muestreo en cuatro puntos de la ciudad: Centro Aeropuerto Tacuba Tlalnepantla En estos sitios se tomaban, mediante soluciones absorbentes en trenes de burbujeo y de tres a cinco veces por semana, muestras de aire para determinar la concentración de bióxido de azufre por el método de peróxido de hidrógeno. Adicionando un portafiltros, se obtenían muestras de partículas suspendidas, cuya concentración se determinaba por reflectometría. En 1967, estas estaciones fueron incorporadas, mediante los convenios respectivos, a la Red Panamericana de Normalización, adquiriéndose el compromiso de compartir los datos obtenidos con el organismo. Con este paso se formalizaron los trabajos y se obtuvieron los apoyos técnicos y recursos materiales y financieros para establecer programas de evaluación de la calidad del aire en diferentes puntos del país, los que contaban ya con el reconocimiento de la OMS. Gracias a esta asistencia, la red de monitoreo de la ZMCM fue ampliada a 14 estaciones. 2
A fines de la década de los años 60 s, la problemática de contaminación de la atmósfera urbana de la ciudad de México empezó a ser conocida en su real dimensión al implementarse, consolidarse y ampliarse los programas de evaluación de la calidad del aire, haciéndose notorio que el sistema de monitoreo, tal como se encontraba en el momento, era insuficiente, tanto en cobertura como en cantidad de estaciones y tipo de contaminantes considerados para su medición, como por la metodología utilizada. Los contaminantes típicos de las zonas urbanas y las características particulares de la ciudad de México fueron tomados como criterios para el diseño original de la red de monitoreo, dominando la idea del bióxido de azufre (SO 2 ) y las partículas suspendidas (PS) como trazadores de la contaminación del aire, por aquello de la actividad industrial y doméstica y la gran cantidad de combustibles pesados que se consumían, a las que se sumaban los contaminantes aportados por fuentes naturales. Posteriormente se tomaron en cuenta el monóxido de carbono (CO) de indudable origen por la creciente actividad vehicular y los polvos consecuencia de la enormes superficies erosionadas y calles sin pavimentar. Iniciando la década de los 70 s, en el marco de diferentes convenios de orden internacional, México asumió de lleno la responsabilidad de trabajar a favor de la protección de ambiente, creando la Subsecretaría de Mejoramiento del Ambiente en la SSA, con el objetivo principal de evaluar, controlar y abatir la contaminación del aire en la ciudad de México y en otras de las grandes ciudades. En esta época se incorporan muestreadores de alto volumen para PST y burbujeadores para gases de activación y paro programable(fig. 1). Fig. 1 Empezó así el desarrollo de los Sistemas de Monitoreo Atmosférico en los que se han empleado metodologías y tecnologías que han tenido que enfrentar y superar los problemas relacionados con la necesidad de medir los niveles de contaminación en tiempo real, continuamente y por extensos periodos de tiempo, sin importar las condiciones en que el fenómeno de la contaminación ocurra. 3
Existen distintos métodos que han alcanzado un grado de exactitud y precisión en el análisis de contaminantes aéreos y que de diferentes maneras han simplificado y facilitado estas tareas, principalmente cuando los sistemas de que forman parte tienen una cobertura geográfica amplia, ya sea de nivel metropolitano, regional, estatal o aún nacional, pero cuyo diseño y configuración requieren de mayores elementos técnicos y científicos, así como de una gran cantidad y diversidad de información. La principal ventaja de los métodos automatizados radica en lo siguiente: Las técnicas manuales proporcionan un dato acumulado del período de muestreo (generalmente 24 horas), el cual es conocido por lo regular 72 horas después de la recolección de la muestra, limitando la capacidad de acción en casos de contingencia. Un método automático realiza en pocos segundos el proceso completo de tomar y analizar la muestra y reportar el valor, ya en unidades de concentración del contaminante, por lo que se puede decir que se sabe la condición de la calidad del aire de inmediato y continuamente. Por estas razones, al iniciar la etapa de automatización del sistema de monitoreo atmosférico para la ZMCM en 1974, fue necesario realizar estudios previos sobre la ubicación de fuentes de emisión y la distribución de cada tipo de contaminante. Para el efecto, se utilizaron 350 sitios de muestreo dotados de los llamados monitores pasivos con base a bujías de peróxido de plomo y colectores de polvo sedimentable (Fig. 2). Figura 2 Complementariamente, se efectuaron estudios de campos de viento, meteorológicos y de clima a nivel microregión. También se analizaron el índice de corrosión y de radioactividad en diez de los sitios de muestreo. Con los datos obtenidos se elaboró un mapa de contaminación de la zona urbana, que fue de mucha utilidad para el diseño de la primera Red Automática (RAMA), la cual inicialmente estuvo conformada por 20 estaciones con equipo Philips de manufactura holandesa (Fig. 3). 4
Fig. 3 Monitores Automáticos 1974-1980 Esta red se convirtió en la base del Sistema Metropolitano de Monitoreo Atmosférico. Adicionalmente, el sistema contó con equipo móvil en dos unidades y dos estaciones piloto independientes en su operación, mantenimiento y calibración, que cumplían funciones de estándares de referencia, haciendo las veces de testigo para el control y aseguramiento de la calidad de los datos producidos por la RAMA, siendo de gran utilidad como centros de prueba y desarrollo de tecnologías. Tanto las estaciones piloto como el equipo móvil, fueron equipadas y habilitadas para la medición de todos los contaminantes criterio, los parámetros meteorológicos asociados al estudio de la contaminación del aire y dispositivos de adquisición y transmisión de datos (Tabla 1). Tabla 1 METODOS PHILIPS PARA MONITOREO DE CONTAMINANTES ATMOSFERICOS CO SO 2 NO X O 3 PSF Electroquímico Electroquímico Electroquímico/Quemiluminiscencia Quemiluminiscencia/Rodamina B Atenuación Beta 5
En términos generales, se ha tenido el cuidado de utilizar aquellos métodos que han sido aprobados y categorizados como de referencia o equivalentes por las agencias ambientales con más experiencia en este campo, característica que los hace altamente recomendables y aceptablemente confiables. Además, lo generalizado de su uso permite que la información resultante sea fácilmente comparable, independientemente del lugar del mundo y de las condiciones en que ésta se genere (Tabla 2). Tabla 2 METODOS PARA MONITOREO DE CONTAMINANTES ATMOSFERICOS CONTAMINANTE METODO DE REFERENCIA METODO EQUIVALENTE SO 2 CO Pararrosanilina (Manual) Fotometría infrarroja (Auto) Fluorescencia (Auto) No hay O 3 NO X PST PM-10 Quemiluminiscencia (Auto) Quemiluminiscencia (Auto) Muestreo por alto volumen (Manual) Incluye Pb Muestreo por alto volumen (Manual) Fotometría ultravioleta (Auto) Arsénico de Sodio (Manual) No hay Atenuación Beta (Auto) El continuo crecimiento de la ciudad y su zona conurbada trajeron como consecuencia que para 1980 la RAMA resultara insuficiente e inadecuada para la problemática de la metrópoli, además de que se tenían demasiadas dificultades para cumplir con los programas de mantenimiento para los equipos de origen europeo y la adquisición de refacciones requería de mucho tiempo y recursos, lo que finalmente llevó a que fuera incosteable mantener la red en operación. Entre 1982 y 1984 se llevó a cabo el proceso de renovación de la RAMA, que incluyó la ampliación a 25 estaciones, sustituyendo en su totalidad los componentes pero conservando el concepto inicial de monitoreo de contaminantes trazadores, dando prioridad a la vigilancia de SO 2 y CO, con 20 sitios equipados para su determinación, aunque se refuerza la medición de O 3 y NO X, al pasar de cinco a catorce las estaciones configuradas para el monitoreo de estos contaminantes. Para el muestreo de PS, se diseña una red manual con 19 sitios, diez de los cuales coinciden con estaciones automáticas. Así mismo, se instala equipo micrometeorológico en diez de las 6
estaciones automáticas. El sistema modernizado y reforzado inicia formalmente su operación a principios de 1986, apoyado para las tareas de control y aseguramiento de la calidad en los aspectos de operación y desempeño, por un Laboratorio de Calibraciones y Transferencia de Estándares. La información generada por el sistema permitió desarrollar políticas y aplicar medidas de control más adecuadas, lográndose con ello avances significativos en el abatimiento de los índices de contaminación por SO 2 y CO, para concentrar los esfuerzos y recursos en el monitoreo del ozono y sus precursores, que se manifiestan a partir de 1986 como un problema ambiental de dimensiones serias por su frecuencia y las concentraciones con que se presentaban. (En realidad, los primeros valores altos de ozono conocidos en la ciudad de México, que fueron del orden de 250 a 300 ppb en picos de corta duración, se detectaron sorpresivamente en la estación piloto ubicada en el Museo Tecnológico de la CFE, en la segunda sección del Bosque de Chapultepec, entre 1979 y 1981, pero no fueron interpretados correctamente y ante las dudas, se prefirió considerarlos como eventos aislados o producto de desajustes de los analizadores y de la poca experiencia en su manejo) Para 1990 se hizo indispensable, una vez más, plantear una tercera etapa de ampliación, reforzamiento y optimización del sistema de monitoreo como consecuencia del crecimiento de la zona metropolitana y de la necesidad de vigilar la calidad del aire, que para entonces presentaba con frecuencia relativamente alta, índices muy elevados de contaminación por ozono y se requería contar con información oportuna y suficiente para activar los planes de contingencia en prevención de episodios y de protección a la población. De esta manera, para 1993 se concreta la tercera etapa de ampliación y reforzamiento del sistema metropolitano de monitoreo atmosférico, adicionando siete estaciones automáticas, para un total de 32, reforzadas en su configuración a fin de ampliar la capacidad de la RAMA para la medición de O 3 y NO X y se establece el muestreo en automático de partículas suspendidas finas (PM-10) en 10 estaciones; por otro lado, se adquirió e instaló un sistema para determinaciones meteorológicas con tecnología de radares acústicos, ecosondas (Fig. 4) y sensores de dirección y velocidad de vientos en horizontal y vertical, temperatura aérea y del suelo, radiación solar y precipitación, todo ello en apoyo a las tareas de pronóstico de calidad del aire. Como complemento a todo lo anterior, se modernizan en su totalidad los sistemas de computo, los enlaces telemétricos y los programas de adquisición, manejo, transmisión y presentación de datos (Fig. 5). 7
Fig. 4 Fig. 5 Al finalizar esta etapa y en el marco de los programas de descentralización, la Federación transfiere la responsabilidad del sistema, su administración y operación a las autoridades del D.F., a través de una comisión metropolitana en el campo ambiental. Cabe mencionar que ya para entonces, el Sistema Metropolitano de Monitoreo Atmosférico del Valle de México era uno de los más completos, complejos y sofisticados del mundo. Finalmente, se tiene contemplada, en el período 1999-2000, una cuarta etapa de ampliación que llevaría a que la RAMA contara con un total de 37 estaciones, permitiendo de esa manera tener una cobertura en gran parte de los municipios del estado de México que por su crecimiento van integrándose a la ZMCM. A manera de ilustración y comparación los siguientes cuadros describen el diseño y distribución de los sistemas de monitoreo atmosférico y la configuración de las estaciones de las ciudades de México, Guadalajara y Monterrey (Tablas 3, 4, 5 y Figuras: 6, 7, 8). 8
Se espera que en un futuro no muy lejano estos sistemas locales de monitoreo atmosférico sean el punto de partida para estructurar e integrar, junto con los sistemas de otras grandes ciudades como Tijuana, Mexicali, Cd. Juárez, etc. el Sistema Nacional de Monitoreo Atmosférico, que más adelante logre capacidad técnica y metodológica para integrarse a los sistemas globales. Tabla 3 SISTEMA METROPOLITANO DE MONITOREO ATMOSFERICO VALLE DE MEXICO ESTACION SIMB. ZONA MANUAL AUTOMATICO PSF PST PST PSF SO 2 CO NOX O 3 HC H 2 S MET NO 2 VALLEJO VAL NO TACUBA TAC NO ENEP ACATLAN EAC NO AZCAPOTZALCO AZC NO TLALNEPANTLA TLA NO I.M.P. IMP NO CUITLAHUAC CUI NO TULTITLAN TLI NO ATIZAPAN ATI NO LAURELES LLA NE LA PRESA LPR NE LA VILLA LVI NE SAN AGUSTIN SAG NE XALOSTOC XAL NE ARAGON ARA NE NETZAHUALCOYOTL NET NE VILLA DE LAS FLORES VIF NE CHAPINGO CHA NE LAGUNILLA LAG CE MERCED MER CE HANGARES HAN CE BENITO JUAREZ BJU CE INSURGENTES MIN CE SANTA URSULA SUR SO PEDREGAL PED SO PLATEROS PLA SO CUAJIMALPA CUA SO TLALPAN TPN SO CERRO DE LA CES SE ESTRELLA UAM IZTAPALAPA UIZ SE TAXQUEÑA TAX SE TLAHUAC TAH SE 9
TLI Fig. 6 VIF N ATI NO NE LLA CUA EAC TLA VAL PLA AZC IMP CUI TAC PED MIN BJU LAG CE SUR TAX LPR LVI ARA MER XAL HAN UIZ CES SAG NET CHA SO TPN TAH SE Tabla 4 SISTEMA METROPOLITANO DE MONITOREO ATMOSFERICO CIUDAD DE GUADALAJARA ESTACION SIMB. ZONA MANUAL AUTOMATICO PSF PST PST PSF SO 2 CO NOX O 3 HC H 2S MET NO 2 ATEMAJAC VALLARTA OBLATOS CENTRO AGUILAS MIRAVALLE TLAQUEPAQUE LOMA DORADA NO NO NE CE SO SO SE SE Fig. 7 10
Tabla 5 SISTEMA METROPOLITANO DE MONITOREO ATMOSFERICO CIUDAD DE MONTERREY ESTACION SIMB. ZONA MANUAL AUTOMATICO PSF PST PST PSF SO 2 CO NOX O 3 HC H 2S MET NO 2 SAN BERNABE SAN NICOLAS DE LAS GARZAS EL OBISPADO SANTA CATARINA LA PASTORA NO NE CE SO SE Fig. 8 PARAMETROS METEOROLOGICOS WSP WDR TMP RH VELOCIDAD DEL VIENTO DIRECCION DEL VIENTO TEMPERTURA HUMEDAD RELATIVA SIMBOLOGIA O3 CO SO2 H2S NO2 NOX HC PSF PST MET OZONO MONOXIDO DE CARBONO BIOXIDO DE AZUFRE ACIDO SULFHIDRICO BIOXIDO DE NITROGENO OXIDOS DE NITROGENO HIDROCARBUROS PARTICULAS SUSPENDIDAS FINAS PARTICULAS SUSPENDIDAS TOTALES PARAMETROS METEOROLOGICOS 11
REFERENCIAS SEDUE (1986) Informe sobre el Estado del Medio Ambiente en México. México, D.F. Comisión Metropolitana para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental en el Valle de México. (1994) La contaminación Atmosférica en el Valle de México, Acciones para su control 1988-1994. México, D.F. INE, SEMARNAP, CENICA, JICA (1998) Segundo Informe sobre la Calidad del Aire en Ciudades Mexicanas 1997. México, D.F. INE, SEMARNAP (1997-2000) Programa de Administración de la Calidad del Aire del Area Metropolitana de Monterrey. México, D.F. OMS, DDF, Cooperación Técnica de la República Federal de Alemania. Ana Patricia Martínez e Isabelle Romieu. (1997) Introducción al Monitoreo Atmosférico. México, D.F. INE, SEMARNAP (1997) Programa para el Mejoramiento de la Calidad del Aire en la Zona Metropolitana de Guadalajara 1997-2001. México, D.F. 12