Concentración en aire urbano y depósito de manganeso y caracterización fisico-química de partículas que lo contienen
- Autores: Ana María Hernández Pellón
- Directores de la Tesis: Ignacio Fernández Olmo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Urban air concentration and deposition of manganese and physico-chemical characterization of manganese-bearing particles
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ángel Irabien Gulías (presid.), Teresa Moreno Pérez (secret.), Frédéric Leroux (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Química, de la Energía y de Procesos por la Universidad de Cantabria
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
La contaminación atmosférica es un problema de dimensiones globales. De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud (OMS), la exposición a una mala calidad del aire es responsable de alrededor de 7 millones de muertes al año en todo el mundo, además de suponer un importante impacto económico. De entre los contaminantes atmosféricos existentes, el material particulado (PM) destaca como el indicador más empleado para evaluar el grado de exposición a la contaminación atmosférica. A pesar de la gran variabilidad de sus características físico-químicas, debido a sus múltiples orígenes, el estudio del contenido en metales o metaloides del PM es especialmente relevante en áreas urbanas influidas por fuentes antropogénicas: actividades industriales, tráfico rodado, quema de combustibles fósiles, etc.
En este contexto, el objetivo de esta tesis doctoral es la determinación del origen, los niveles en aire (totales y bioaccesibles) y las tasas de deposición de los principales metales y metaloides contenidos en el PM10 muestreado en la Bahía de Santander (Cantabria), un área urbano-industrial influida por varias actividades antropogénicas, principalmente por una planta de fabricación de aleaciones de Mn situada en la zona sur de la mencionada bahía. Además, el presente trabajo también incluye la evaluación de las características físico-químicas de las partículas relacionadas con la actividad de la dicha planta, así como la realización de un análisis del riesgo sobre la salud, basado en la metodología de la U.S. EPA, para la población expuesta a las emisiones de esta actividad.
El punto de partida de este estudio ha sido la realización durante los años 2015-2018 de varias campañas de muestreo de PM10 y depósito atmosférico bruto en diferentes puntos localizados a lo largo de la Bahía de Santander. En particular, durante los años 2015-2016 se realizó una campaña extensiva simultánea, tanto de PM10 como de depósito atmosférico, en una ubicación de fondo urbano situada en la zona norte de la Bahía de Santander (ETSIIT) y en otra cercana a la planta de fabricación de aleaciones de Mn (CROS); posteriormente, la campaña de deposición atmosférica fue ampliada incluyendo en la misma un punto de muestreo adicional situado en el área urbana más próxima a la mencionada planta. Los resultados de esta campaña han puesto de manifiesto el elevado nivel de Mn en aire al que está expuesta la población de la zona sur de la Bahía de Santander, de acuerdo al criterio de la OMS (>150 ng·m-3). Asimismo, las muestras procedentes de esta campaña, así como algunas muestras puntuales recogidas posteriormente en la zona urbana más próxima a la planta de fabricación de aleaciones de Mn (CCV), fueron empleadas para, en el contexto de una colaboración con la “Unité de Chimie Environnementale et Interactions sur le Vivant” (UCEIV) (Dunkerque, Francia) perteneciente a la “Université du Littoral Côte d’Opale”, y mediante el uso de las técnicas de SEM-EDX y XRD, estudiar las características físico-químicas de las partículas que contienen Mn emitidas por la mencionada planta. En este estudio se observó cómo las partículas asociadas al PM10 son mayoritariamente de pequeño tamaño (<1µm) y forma esférica, mientras que las asociadas a la fracción insoluble del depósito atmosférico y al polvo de ático son predominantemente irregulares y presentan mayores tamaños con respecto a las primeras. Además, a pesar de que el número de fases cristalinas identificadas en las muestras de PM10 fue escaso, estando dichas fases principalmente relacionadas con minerales de Mn, las fases cristalinas identificadas en la fracción insoluble del depósito atmosférico y en el polvo de ático, asociadas todas ellas con los productos, escorias y materias primas relacionadas con la planta de fabricación de aleaciones de Mn, fue mucho más numeroso.
Asimismo, durante el año 2015, se llevó a cabo una campaña intensiva de PM10 en siete puntos de muestreo de tipo urbano-industrial, localizados en las proximidades de la fábrica de aleaciones de Mn: CROS, GUAR, CULTJH, CPJH, CCV, CMFC y GUARCRC. Los resultados de esta campaña, a través de la cual se determinó que los niveles de Mn en aire son especialmente altos en la zona urbana próxima a la mencionada planta, situados al N-NE de la misma, sirvieron también para identificar a esta actividad, mediante un análisis de receptor realizado mediante PMF, como la fuente de mayor contribución a los niveles totales de metales y metaloides evaluados en la zona sur de la Bahía de Santander (≈60%), con más de un 80% de esta contribución asociada a emisiones fugitivas, y siguiéndole en importancia las emisiones causadas por el tráfico rodado (≈38%).
Posteriormente, se realizaron varias campañas de muestreo de PM10 adicionales para dar cumplimiento a objetivos específicos. En concreto, en el periodo comprendido entre mayo/junio de 2016 se realizó una campaña de muestreo en la zona urbana más próxima a la planta de fabricación de aleaciones de Mn (CCV), cuyo objetivo fue cuantificar las especies de Mn presentes en aire ambiente en la zona de estudio, encontrándose una alta presencia de compuestos de Mn solubles en agua, así como una no despreciable contribución de especies de Mn3+ y Mn4+, potencialmente perjudiciales para la salud. Asimismo, entre enero/marzo de 2017 se realizó otra campaña de muestreo de PM10 para, en el contexto de una estancia de investigación de tres meses de duración llevada a cabo en el “Institute of Chemical Technologies and Analytics”, perteneciente a la Universidad Técnica de Viena (Austria), determinar el contenido bioaccesible de los metales y metaloides evaluados, a través del estudio de su solubilidad en dos fluidos sintéticos pulmonares (SLFs), encontrándose que la mayoría de los elementos estudiados, con el Fe como única excepción, presentaba una solubilidad de moderada a alta en ambos fluidos, especialmente en ALF, y observándose un incremento de la misma con la cercanía a la planta de fabricación de aleaciones de Mn, donde los niveles de la mayoría de los metales y metaloides evaluados son más elevados. Por otro lado, el análisis del riesgo sobre la salud asociado con la inhalación del Mn presente en aire ambiente, calculado tanto en base al contenido total de este metal como a su fracción bioaccesible, puso de manifiesto el elevado riesgo no carcinogénico (HQ>>1) asociado a este metal en la zona urbana más próxima a la planta de fabricación de aleaciones de Mn situada al N-NE de la misma.
Por tanto, los resultados obtenidos en esta tesis doctoral han contribuido a avanzar en el conocimiento de los niveles, origen y características físico-químicas (forma, tamaño, bioaccesibilidad, especiación) del PM con contenido en metales y metaloides, tanto en la zona de estudio, como en áreas urbanas influidas por la industria de fabricación de aleaciones de Mn.
- English
Atmospheric pollution is a problem of global dimensions. The presence of metals and metalloids in air is especially relevant in urban and industrial areas. In this context, the objective of this doctoral thesis is to determine the origin, levels in air (total and bioaccessible) and atmospheric deposition rates of the main metal and metalloids present in the PM10 collected in the Santander Bay (Cantabrian Region), an urban-industrial area influenced by several anthropogenic activities, mainly a Mn alloy plant located in the southern part of this Bay. In addition, the present work also includes the evaluation of the physico-chemical characteristics of the particles related to the mentioned plant, as well as the development of a health risk assessment, based on the U.S. EPA methodology, for the population exposed to the emissions from this activity.
- español
