2024-03-28T08:38:49Zhttps://www.tdx.cat/oai/requestoai:www.tdx.cat:10803/103852017-09-21T18:31:33Zcom_10803_480col_10803_386429
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Mejores Técnicas Disponibles
calidad de aire
PM10
Castellón
Industria cerámica
metales
Composición y fuentes del material particulado atmosférico en la zona cerámica de Castellón. Impacto de la introducción de las Mejores Técnicas Disponibles
[Castelló] :
Universitat Jaume I,
2011
Accés lliure
http://hdl.handle.net/10803/10385
cr |||||||||||
AAMMDDs2011 sp ||||fsm||||0|| 0 spa|c
9788469096758
Minguillón Bengochea, María Cruz,
autor
Tesi
Doctorat
Universitat Jaume I. Departament d'Enginyeria Química
2007
Universitat Jaume I. Departament d'Enginyeria Química
Tesis i dissertacions electròniques
Querol Carceller, Xavier,
supervisor acadèmic
Monfort Gimeno, Eliseo,
supervisor acadèmic
TDX
La contaminación por material particulado atmosférico, como demuestran numerosos estudios, provoca un impacto sobre la salud, el clima, los ecosistemas, los materiales de construcción y recubrimientos y la visibilidad.<br/>La legislación que regula los niveles de material particulado atmosférico ha variado en los últimos años. La entrada en vigor de la Directiva 1999/30/CE ha supuesto un cambio en el control de la calidad del aire, pues regula el PM10, y es más estricta que la legislación anterior; además en un futuro se regulará también el PM2.5 (Propuesta de Directiva de Calidad de Aire y Aire Limpio para Europa de octubre de 2006). En cuanto a emisiones de material particulado, la Directiva 1996/61/CE, conocida como IPPC, supone un cambio notable con respecto a la normativa previa.<br/>Estudios anteriores llevados a cabo en el área cerámica de Castellón pusieron de manifiesto que los niveles de material particulado eran relativamente elevados, así como los niveles de determinados elementos traza.<br/>Por todo ello se planteó la realización de un estudio en profundidad durante el periodo 2002-2005 sobre los niveles y composición del material particulado atmosférico en la zona cerámica de Castellón, la identificación de las fuentes emisoras y la evaluación del impacto de la implantación de medidas correctoras en algunas instalaciones industriales sobre la calidad de aire. Con ello se pretende establecer metas de calidad de aire y elaborar un plan de actuación conducente a la reducción de las emisiones y consecuentemente a la mejora de la calidad del aire.<br/>Se ha realizado una recopilación de la información relativa a la dinámica atmosférica de la zona, que regula la dispersión y transporte de contaminantes. Así, la dinámica atmosférica se caracteriza por presentar dos situaciones típicas, en invierno se rige por la circulación sinóptica adaptada a la orografía, predominando los vientos de componente NW; en verano existen circulaciones mesoescalares de periodicidad diaria (brisas de mar y de tierra, brisas de valle y de montaña), de modo que durante el día predominan los vientos de componente ESE-SSE (brisa marina), mientras que en el periodo nocturno predominan los vientos de componente NW (derrame nocturno).<br/>Para la selección de las estaciones de muestreo para el estudio de la calidad de aire de la zona, se realizaron dos campañas intensivas de muestreo en verano de 2002 e invierno de 2002-2003. Dichas campañas consistieron en el muestreo y análisis químico de PM10 en diez estaciones de la zona, tras las cuales se seleccionaron cuatro estaciones como representativas de los niveles y composición de PM10 para el estudio en continuo 2002-2005: L'Alcora-PM, Vila-real, Onda y Borriana-residencia. Además, se han considerado datos de PM10 obtenidos en dos estaciones adicionales: Almassora y Borriana-rural.<br/>Durante el periodo 2002-2005, los niveles de PM10 fueron relativamente homogéneos y constantes en las estaciones seleccionadas de la zona de estudio (33-37 µg/m3 como media anual en estaciones urbanas y 25-29 µg/m3 en la estación suburbana de Onda). Los niveles de Onda son inferiores a los del resto de estaciones debido a su localización en una subcuenca ligeramente aislada de la cuenca del Millars (que domina el transporte de contaminantes de la zona de mayor densidad industrial), lo que provoca que no esté tan afectada por las emisiones de la zona industrial. Los niveles registrados en Borriana-rural y Almassora (32-38 µg/m3 de PM10) son similares a los de las estaciones urbanas, a pesar de tratarse de estaciones suburbanas, lo cual se debe probablemente a su localización, donde reciben los contaminantes desde la zona industrial debido a la dinámica atmosférica predominante (con brisas de componente NW principalmente durante la noche). Ello se demuestra por los mayores niveles de PM10 registrados en Borriana-rural y Almassora durante la noche que durante el día.<br/>Los niveles de PM10 registrados en la zona de estudio se han comparado con otras estaciones similares sin elevada influencia industrial, observando un exceso de entre 3 y 6 µg/m3 de PM10.<br/>En Onda, una elevada proporción (60%) de las superaciones del valor límite diario de PM10 fueron debidas a aportes naturales de material particulado, mientras que en L'Alcora-PM, Vila-real y Borriana-residencia, muchas de las superaciones del valor límite diario (60-70%) se debieron a episodios de contaminación local y/o condiciones meteorológicas adversas. Borriana-rural y Almassora están en una situación intermedia.<br/>Los niveles medios de PM2.5 durante el periodo 2003-2005 fueron de 19 µg/m3 en Onda y de 24 µg/m3 en L'Alcora-PM y Vila-real. No obstante, el número de datos de PM2.5 es muy inferior al de PM10. El ratio PM2.5/PM10 es de 0.7 en todas las estaciones. Se ha determinado que esta granulometría fina se debe a la presencia en relativamente elevadas concentraciones de materia mineral en PM2.5.<br/>La comparación de los niveles de PM2.5 registrados en L'Alcora-PM y Vila-real con los niveles registrados en estaciones urbanas de España sin elevada influencia industrial indica que existe un exceso de unos 3-4 µg/m3 de PM2.5.<br/>El componente mayoritario tanto de PM10 como de PM2.5 en el área de estudio es la materia mineral (o crustal). La materia mineral supone entre 28 y 51% de la masa total de PM10 y entre 29 y 42% de la masa total de PM2.5, siendo máxima su contribución en L'Alcora. Los niveles de materia mineral en PM10 registrados en la zona de estudio son entre 3 y 7 µg/m3 superiores a los registrados en estaciones similares españolas sin elevada influencia industrial y en PM2.5 el exceso es de entre 3 y 5 µg/m3.<br/>Dado el exceso de masa total de PM10 y PM2.5 y de materia mineral en ambas fracciones (por comparación de los niveles de la zona de estudio con los registrados en otras estaciones urbanas y suburbanas de España), y conociendo el grado de implantación de sistemas de depuración en las instalaciones industriales de la zona, se ha establecido una meta de reducción de entre 3 y 5 µg/m3 en las medias anuales de PM10 y de entre 2 y 3 µg/m3 en las medias anuales de PM2.5 en las estaciones urbanas de la zona de estudio. Dicha reducción se basa fundamentalmente en la reducción de los niveles de materia mineral.<br/>En cuanto a la variación estacional de los componentes de PM10, la materia mineral no muestra ninguna tendencia definida, dado que los episodios de contaminación y los aportes naturales de este componente tienen lugar a lo largo de todo el año. El origen antrópico de este componente se confirma por el descenso de sus niveles durante los fines de semana, debido a una menor actividad industrial y de tráfico. Los niveles de OM+EC, principalmente emitido por el tráfico, muestran máximos en invierno y mínimos en verano, debido a las condiciones de menor dispersión en invierno, que favorecen la acumulación de contaminantes en las cercanías de los focos emisores. Los niveles de sulfato son superiores en verano que en invierno, como cabía esperar, dada la mayor velocidad de conversión del SO2 en verano (ampliamente documentada) y dado el régimen de brisas predominante en verano en la zona de estudio, que facilita el transporte de las emisiones del complejo industrial costero hacia las estaciones del interior. El resto de componentes mayoritarios no muestran patrones estacionales definidos a lo largo del año. No obstante, los niveles de V, Ni y Na son superiores en verano que en invierno, debido a la brisa marina diurna que tiene lugar durante el verano, que transporta el V y Ni (emitidos por el complejo industrial costero) y el Na marino hacia el interior.<br/>La evaluación de los niveles de elementos traza en PM10 ha permitido identificar As, Pb, Zn, Zr y Tl como trazadores de las emisiones cerámicas (incluyendo fabricación de fritas) en el periodo y zona de estudio. Se han identificado estos elementos por comparación de los niveles en la zona de estudio con los registrados en otras zonas sin elevada influencia industrial. Además, los elementos cuyas elevadas medias anuales se deben a episodios esporádicos e intensos (y no a niveles elevados de manera constante a lo largo del año) y aquellos con medias anuales inferiores a 3 ng/m3 no se han considerado para la identificación de los elementos trazadores.<br/>La estación de Borriana tiene una mayor influencia de focos industriales, como lo indican los niveles de elementos traza registrados superiores a los registrados en el resto de estaciones de la zona.<br/>La interpretación de la variabilidad diaria de los niveles de los elementos traza, así como la revisión de la bibliografía referente a posibles perfiles químicos de emisión ha permitido identificar las principales fuentes de los elementos traza más relevantes en la zona de estudio:<br/>- Zr, Zn, Pb, As, Tl, Ba y Cs: uso y fabricación de componentes de esmaltes (incluyendo fabricación de fritas cerámicas).<br/>- Se, Ce, Cd y Cr: uso y fabricación de determinados pigmentos cerámicos.<br/>- Sb: generalmente asociado al tráfico, aunque puede proceder del uso y fabricación de determinados pigmentos cerámicos.<br/>- Rb, Li, La, Sc y Pr: emisiones de materia mineral (principalmente generadas en la fabricación de baldosas cerámicas).<br/>- Co: emisiones de materia mineral y uso y fabricación de determinados pigmentos cerámicos.<br/>- Cu: tráfico. <br/>- Mn: generalmente asociado al tráfico, aunque en la zona de estudio está asociado también con la materia mineral.<br/>- V: central térmica y planta petroquímica.<br/>- Ni: central térmica y planta petroquímica, aunque puede proceder también del uso y fabricación de determinados pigmentos cerámicos.<br/>Durante el periodo de estudio (2002-2005) se ha registrado un descenso de los niveles de Li, Zn, As, Rb, Cs, Ba, La y Pb en L'Alcora, Vila-real y Onda (especialmente desde mediados de 2004), que se puede atribuir a la progresiva implantación de medidas correctoras en algunas instalaciones de la industria cerámica (principalmente en la etapa de fusión para la fabricación de fritas) para cumplir los requisitos derivados de la IPPC.<br/>Se ha realizado un análisis de componentes principales seguido de una regresión multilineal, que permite identificar y cuantificar las fuentes de PM10. Se han identificado cinco factores comunes como fuentes de PM10 en el área de estudio: mineral, fondo regional, industrial 1, tráfico y aerosol marino.<br/>El factor mineral está caracterizado por la contribución de Al2O3, Ca, K, Mg, Fe, Ti, Li, Rb, Sr, Y, La, Pr, Nd y Mn y la elevada correlación de estos elementos y compuestos con los niveles de PM10. Este factor incluye varias fuentes: industria cerámica (principalmente las etapas emisoras de material arcilloso), transporte de materiales pulverulentos, extracción de arcillas, intrusiones de masas de aire africanas y resuspensión del suelo. El factor de fondo regional está caracterizado por la contribución de SO42-, NH4+, V y Ni, y una elevada correlación de estos elementos y compuestos con los niveles de PM10. Este factor incluye, además del fondo regional, la influencia del complejo industrial costero. El factor industrial 1 está caracterizado por la contribución de K, Zn, As, Rb, Cs, Tl y Pb y se atribuye al uso y fabricación de componentes de esmaltes cerámicos, principalmente la fabricación de fritas. El factor tráfico está caracterizado por la contribución de OC+EC y NO3-. Finalmente, el aerosol marino está caracterizado por la contribución de Na. Además, se ha identificado un segundo factor mineral en Borriana, asociado a las emisiones del suelo y un segundo factor industrial (industrial 2) en L'Alcora, Vila-real y Borriana, caracterizado por la contribución de Zr, atribuible a un conjunto de fuentes emisoras de este elemento, entre las que se encuentra la fabricación de fritas cerámicas.<br/>La contribución del factor mineral es similar en las cuatro estaciones, variando entre 9 y 11 µg/m3 y se ha mantenido relativamente constante a lo largo del periodo de estudio, ya que los cambios significativos en las emisiones canalizadas de la industria cerámica (una de las principales fuentes de material mineral) tuvieron lugar antes del comienzo del presente estudio (principios de 2002). La contribución del factor industrial 1 se ha estimado en 4-5 µg/m3 en Vila-real, L'Alcora y Borriana y en 2 µg/m3 en Onda. Dicha contribución se ha reducido notablemente a lo largo del periodo de estudio pasando a 0.3 µg/m3 en Onda y 1.2-1.4 µg/m3 en L'Alcora y Vila-real en 2005. No obstante, la contribución de dicha fuente en Borriana en 2005 fue aún relativamente importante, suponiendo 4 µg/m3.<br/>Además, se ha realizado la contribución de fuentes a los niveles de los distintos compuestos y elementos analizados en PM10. Se ha obtenido que As, Pb, Zn y Tl son emitidos principalmente por la fuente industrial 1, más del 68, 58 y 61% para As, Pb y Zn, respectivamente, no siendo la contribución tan elevada a los niveles de Tl, lo cual indica que este elemento es aportado en menor medida por otras fuentes. El Zr es aportado por distintas fuentes, la mayoría relacionadas con la industria cerámica.<br/>Se han calculado las emisiones de PM10 anuales generadas por el conjunto de instalaciones industriales cerámicas (incluyendo fabricación de baldosas y de fritas) desde el año 2000 al 2006. La emisión de PM10 generada durante el almacenamiento y manipulación de materias primas del soporte (emisiones difusas) no ha variado significativamente a lo largo del periodo de estudio, ya que la implantación de medidas correctoras de alto rendimiento ha sido moderada. Las emisiones canalizadas de partículas procedentes de la fabricación de baldosas cerámicas disminuyeron de 2001 a 2002, permaneciendo posteriormente relativamente constantes. Las emisiones generadas en la fabricación de fritas cerámicas han disminuido un 90% en 2006 con respecto a las de 2000, siendo el descenso más pronunciado a lo largo de 2004. En julio de 2006, las emisiones de PM10 totales generadas por el conjunto de instalaciones cerámicas son de 5250 Tm/año, de las cuales el 34% corresponde a emisiones difusas, el 3% a las emisiones generadas en la fabricación de fritas y el 63% restante corresponde a emisiones canalizadas de la fabricación de baldosas cerámicas, entre las cuales destaca la etapa de atomización (que supone un 60% de las emisiones canalizadas). La reducción potencial en caso de que se implantaran las Mejores Técnicas Disponibles en todas las instalaciones es de unas 3200 Tm/año de PM10, basada principalmente en la reducción de las emisiones difusas (52%) y de las generadas en la etapa de atomización (36%).<br/>Se ha estudiado la correlación entre la evolución de las emisiones generadas con los niveles de determinados contaminantes en aire ambiente. Se ha observado que la evolución de los niveles de As, Pb, Zn y Cs en aire ambiente es paralela a la evolución de la emisión de PM10 procedente de la fabricación de fritas, mostrando un claro descenso a lo largo del periodo 2002 a 2006. Ello confirma que los elementos traza indicados presentes en aire ambiente tienen su principal origen en las emisiones generadas en la fabricación de fritas. Por otra parte, los niveles de materia mineral en aire ambiente se han mantenido relativamente constantes a lo largo del periodo de estudio, al igual que las emisiones de PM10 de composición principalmente mineral (almacenamiento y manipulación de materias primas del soporte de baldosas, molienda, atomización, prensado y secado).<br/>A partir de todos los resultados obtenidos, se han identificado unos niveles meta para determinados contaminantes, que han de interpretarse como niveles medios anuales deseables en la zona de estudio. Así, se identifican 30 µg/m3 y 20 µg/m3 como niveles meta para PM10 y PM2.5, respectivamente. En cuanto a los elementos traza, los niveles meta identificados son: 2 ng/m3 de As, 1 ng/m3 de Cd, 5 ng/m3 de Ni, 80 ng/m3 de Pb, 100 ng/m3 de Zn, 15 ng/m3 de Zr y 1 ng/m3 de Tl, como medias anuales.<br/>Teniendo en cuenta los resultados expuestos, se proponen una serie de estrategias a seguir para la reducción de los niveles de PM10 (principalmente medidas para la reducción de las emisiones de materia mineral procedente de la fabricación de baldosas cerámicas) y de algunos elementos traza en aire ambiente (principalmente la reducción de las emisiones procedentes de la fabricación de fritas, esmaltes y pigmentos cerámicos). Algunas de estas medidas son: a) realización del almacenamiento y manipulación de materias primas del soporte de baldosas en instalaciones cerradas; b) pavimentación y limpieza de los viales de circulación; c) mantenimiento de los camiones para evitar pérdidas de carga y limpieza de bajos y neumáticos a la salida de las empresas; d) instalación de filtros de mangas en los atomizadores y hornos de fusión para la fabricación de fritas; f) reducción de utilización de materias primas con metales como impurezas o como componentes.
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