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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
CONTAMINACIÓN POR METALES (Pb, Zn, Ni y Cr) EN AIRE, SEDIMENTOS VIALES Y SUELO
EN UNA ZONA DE ALTO TRÁFICO VEHICULAR
Analí MACHADO
1
, Neyma GARCÍA
1
, Cézar GARCÍA
1
, Lorena ACOSTA
1
, Alberto CÓRDOVA
1
,
María LINARES
1
, Debora GIRALDOTH
1
y Harvi VELÁSQUEZ
2
1
Centro de Investigaciones CEDEGAS, Facultad de Ingeniería, Universidad del Zulia, Apartado Postal 526,
Maracaibo 4001-A, Venezuela. Fax/Tel: +58-261-7598795. Correo electrónico: analimachado@yahoo.com,
amachadop@luz.edu.ve
2
Laboratorio de Química Ambiental, Departamento de Química. Facultad Experimental de Ciencias, Univer-
sidad del Zulia
(Recibido octubre 2007, aceptado junio 2008)
Palabras clave: emisiones vehiculares, PM
10
, metales sedimento vial, suelo
RESUMEN
Debido a la importancia del efecto sobre la salud de las partículas inhalables PM
10
y
los metales asociados a ellas, se evaluaron los niveles de cuatro metales traza (Pb, Ni,
Zn y Cr) generados por fuentes móviles de dichas partículas, en sedimentos viales y
suelo en una zona de alta densidad vehicular. Las muestras fueron colectadas en los
sitios considerados como de emisión y dispersión durante las épocas de sequía y de
lluvia, empleando un muestreador de bajo volumen con fltros de fbra de cuarzo –para
las muestras de PM
10
– con una Frecuencia de una muestra cada tres días para un total
de 26; para los sedimentos viales y suelo fueron colectadas tres muestras con una fre-
cuencia de 15 días para un período de medición de mes y medio en época seca. Todas
las muestras fueron sometidas a un proceso de digestión y analizadas por espectrometría
de absorción atómica. Las concentraciones de las PM
10
resultaron 2 veces más altas en
la zona de emisión que en la zona de dispersión durante ambas épocas climatológicas,
presentando una mejor correlación entre las zonas para época de sequía. Todos los me-
tales analizados presentaron diFerencias estadísticamente signifcativas entre las zonas
de muestreo. Por otra parte, para el período global existen diFerencias signifcativas
entre las zonas y las épocas climatológicas tanto para PM
10
como para la totalidad de
los metales. El Pb no excedió el estándar de calidad del aire establecido para Venezuela,
pero su concentración promedio en la zona de emisión Fue de 1.13 μg/m
3
, muy cercano
al límite diario permitido en Venezuela y por la EPA; por su parte, tanto Pb como Ni
sobrepasaron el límite permisible de la OMS en ambas zonas durante todo el período
de muestreo. Para las muestras de sedimento y de suelo se encontraron concentraciones
signifcativamente elevadas de Pb, Zn, Ni y Cr en comparación con la muestra testigo.
Los niveles hallados de Pb y Zn están por encima de los límites permitidos por el decreto
2635 de la normativa venezolana y la EPA, clasifcándose la zona como suelo con alta
contaminación por metales pesados. Adicionalmente, el análisis estadístico demostró
la adecuada selección de la zona de monitoreo, confrmando que la principal Fuente de
emisión de los contaminantes es el parque automotor.
Key words: vehicular emissions, PM
10
, metals, street dust, soil
Rev. Int. Contam. Ambient. 24 (4) 171-182, 2008
A. Machado
et al.
172
ABSTRACT
Due to the important health effects of inhalable particles (PM
10
) and its associated
metals, levels of four trace metals (Pb, Ni, Zn, Cr) generated by mobile sources with
variable toxicity incorporated to PM
10
atmospheric samples in a high density trafFc
area were evaluated. Samples were collected at two different sites (being considered
as emission and dispersion areas) during a dry-wet season period, using a low volume
air sampler equipped with quartz Fber Flters; after an acid extraction, samples were
analyzed by atomic absorption spectrometry. PM
10
concentrations were two times
higher in the emission area than in the dispersion area for both climatic regimens,
but exhibited a better correlation between sites during the dry season. All the ele-
ments showed statistically signiFcant differences between monitoring sites. On the
other hand, when the total sampling period for PM
10
is compared for all the tested
metals, signiFcant differences between sites and between meteorological seasons can
be appreciated. The Venezuelan air quality standard for Pb was not exceeded, but a
mean concentration of 1.13 μg/m
3
–very close to Venezuelan and USEPA standard–
was obtained at the emission site. Nevertheless, Pb and Ni reported levels for both
locations were above the OMS allowed limit during the whole sampling period.
Further, the statistical analysis demonstrated the selection of the monitoring areas
was adequate, conFrming that motor vehicles are the main emission source of these
atmospheric pollutants.
INTRODUCCIÓN
La contaminación del aire es causada por diferentes
procesos antrópicos y naturales. Entre los contaminan-
tes de mayor interés pueden citarse a las partículas,
el dióxido de nitrógeno y el monóxido de carbono,
constituyendo un problema ambiental resultante de
las actividades del hombre o contaminación antrópica
(ICLAM 2004). Asimismo, existe preocupación a
nivel mundial con relación a la contaminación por
transporte atmosférico de metales pesados a gran
escala debido a su capacidad de asociación a masas
de aire; por efectos de la recirculación de los vientos,
dichos metales tienden a depositarse en áreas alejadas
a su fuente de origen (Imperato e
t al.
2003).
La actividad industrial y el tráFco automotor
cumplen un rol importante en la formación de par-
tículas y participan directa e indirectamente en la
formación de aerosoles secundarios; en consecuencia,
la concentración de partículas en áreas urbanas es
alta comparada con áreas no urbanas (Saskia 1998,
Fernández
et al.
2000).
A partir de estudios epidemiológicos llevados a
cabo en las décadas de 1980 y 1990, se han obtenido
datos que permiten aFrmar que existe una correlación
signiFcativa entre la exposición al material particu
-
lado atmosférico y diversos efectos adversos sobre
la salud (Kunzli
et al.
1992, Bascon
et al.
1996,
Brunekreef
et al.
1997). En estos estudios, los niveles
de material particulado han sido caracterizados de di-
ferentes formas, incluyendo la concentración en masa
total expresada como partículas suspendidas totales,
PST (Schwartz
et al.
1994, Dockery
et al.
1996).
Al margen del tamaño de las partículas, los efec-
tos en la salud del material particulado atmosférico
dependen de su composición química. A pesar de que
en la actualidad aún existe incertidumbre acerca de
los efectos provocados por las diferentes especies
químicas, la mayoría de los estudios apuntan que
el mayor impacto en la salud viene causado por las
partículas de carbono elemental (CE), compuestos
orgánicos (CO), especialmente hidrocarburos aro-
máticos policíclicos (HAP), sulfatos y nitratos, y
determinados metales como As, Cd, Fe, Zn, Cr, Cu,
Al, V, Ni y Pb (Wichmann 2000, WHO 2003).
Investigaciones realizadas por Wjst
et al.
(1993)
y Weiland
et al.
(1994), establecieron una asocia-
ción entre el tráFco automotor y la disminución de
la función pulmonar y un incremento en problemas
respiratorios en niños, principalmente en ciudades
que se encuentran en desarrollo.
El estado Zulia, especíFcamente la ciudad de
Maracaibo, no escapa a esta realidad, puesto que ha
presentado un crecimiento urbano drástico, asociado
con múltiples actividades acompañadas de un elevado
tráFco automotor y una mayor demanda de productos,
lo cual contribuye en gran medida al incremento de
metales pesados en el ambiente. Esta localidad urba-
CONTAMINACIÓN POR METALES EN AIRE, SEDIMENTOS VIALES Y SUELO
173
na presenta un alto índice de mortalidad por cáncer
pulmonar y enfermedades del sistema respiratorio,
tales como bronquitis, asma, laringitis y neumonía,
entre otras (Pirela 2001, ICLAM 2004).
El principal elemento presente en las emisiones
vehiculares en Venezuela –hasta el año 2005– fue el
Pb, debido a que hasta esa fecha fue utilizada la ga-
solina con plomo. Su uso ha sido restringido en Japón
desde 1975 y desde 1995 en los Estados Unidos de
América y otros países de Europa; en virtud de ello,
las concentraciones de este elemento han decrecido
drásticamente en zonas urbanas (Hung 1994). Para
evaluar el nivel de contaminación generado por este
metal a través del tiempo se realizó el estudio en
sedimentos viales y suelo. El metal, una vez presente
en suelo, puede ser poco móvil o acumularse en su
superFcie, siguiendo vías como quedar retenido, ser
disuelto en la solución del suelo o ser Fjado por adsor
-
ción, complejación o Fnalmente por precipitación.
El trabajo realizado por Fernández
et al.
(2000)
concluye que los metales Pb, Cu, Ni, Cr, Cd y Fe,
encontrados en las muestras de partículas suspendi-
das totales son atribuidos principalmente al tráFco
vehicular, mientras que metales como Fe, Al, Pb, Cu
y Cr aparecen en diferentes tipos de fuentes como
suelo, tráFco vehicular e industrias. Por otra parte,
Sternbeck
et al.
(2002) consideran que los metales
derivados de los vehículos son principalmente Cu,
Zn, Cd, Sb, Ba y Pb; sin embargo, la combustión es
una fuente insigniFcante de Ba, Cu, Pb y Sb.
En esta investigación se evaluaron las concentra-
ciones de algunos metales típicos (Pb, Zn, Ni y Cr)
generados por este tipo de fuente móvil, presentes en
el material particulado inhalable (PM
10
), sedimentos
viales y suelo en una zona especíFca de la ciudad
de Maracaibo, caracterizada por la alta densidad
vehicular.
PARTE EXPERIMENTAL
Ubicación de los sitios de muestreo
La selección de tres sitios de muestreo para la
colección del material particulado inhalable (PM
10
)
se realizó tomando en cuenta lo establecido en la
norma venezolana COVENIN (1995) y a lo acotado
por Machado
et al.
(2003, 2007), para lo cual se
consideraron diversos factores como: dirección del
viento, desarrollo de zoniFcación predominante,
actividades comercial e industrial, tráFco automotor
y densidad demográFca.
A continuación se presentan algunos de los
criterios utilizados para establecer las zonas de
muestreo.
Zona de
emisión
: área con alta densidad vehicular
y problemas de congestionamiento en horas pico;
posibilidad de que la zona esté incluida dentro de
un plan de desarrollo de la ciudad, el cual contemple
una solución a futuro del problema de masiFcación
vehicular; la zona debe estar alejada de fuentes Fjas,
minimizando así interferencias sobre las emisiones de
naturaleza móvil, objeto de la investigación. Conjun-
tamente, en esta investigación se realizó un inventario
de emisiones en las zonas seleccionadas, se trabajó en
el Censo 2001 realizado por el Instituto Municipal de
Transporte Colectivo Urbano de Maracaibo (IMTCU-
MA) para la evaluación del estado de las unidades que
circulaban en las rutas que pasaban por dicha zona.
Adicionalmente se realizaron
mediciones en fuente
de los contaminantes regulados por la gaceta oFcial
venezolana vigente decreto No. 2.673.
Zona de
dispersión
: localizada en área cercana a la
que transitan las fuentes móviles (cercana al punto
de emisión) y siguiendo la dirección preferencial de
los vientos; el modelaje deberá simular el proceso de
dispersión a escala media (entre 100 y 500 m).
Zona de referencia
: área sin in±uencia notoria de
emisiones vehiculares; por consiguiente exhibe una
mínima densidad de emisiones de naturaleza móvil.
Esta área está poco poblada y alejada de fuentes
antrópicas tanto móviles como Fjas (Machado
et
al.
2003).
Sobre la base de las ideas expuestas, en la
fgura
1
, contentiva de un mapa del estado Zulia, se señala
la ubicación general de las tres zonas de muestreo,
abarcando dos municipios. Así, como resultado de
dichas consideraciones, la zona de referencia se
estableció en el municipio Mara para la evaluación
de PM
10
(especíFcamente en el Planetario “Simón
Bolívar”); para sedimentos y suelo, se eligió la
estación Sinamaica, ubicada en el municipio Páez.
Ambos puntos son considerados estaciones testigo
y pertenecen a la Red de Monitoreo de Calidad del
Aire (Red MECA), la cual es evaluada por el Instituto
de Control y la Conservación de la Cuenca del Lago
de Maracaibo (ICLAM). El municipio Maracaibo
albergó las zonas de emisión y dispersión con una
distancia de separación de 200 m (especíFcamente en
el sitio denominado “La Curva de Molina”).
Colección de las muestras
El muestreo de PM
10
se realizó durante dos pe-
ríodos, abarcando tanto la época húmeda (noviembre
2004) como la época seca (enero-febrero 2005),
colectándose en total 12 y 15 muestras, respectiva-
mente. El tiempo de colección de las muestras fue de
A. Machado
et al.
174
24 horas, con una velocidad de fujo de 16.7 L/min,
con una frecuencia de una muestra cada tres días, de
acuerdo con lo establecido en el decreto vigente 638,
capítulo II, artículo 6, de la República Bolivariana
de Venezuela (COVENIN 1995). Para la colección
de las partículas se empleó un muestreador de bajo
volumen con Fltros de Fbra de cuarzo de 47 mm de
diámetro, realizando una ambientación por 24 horas,
antes y después de ser llevados al sitio de muestreo,
en una sala de condiciones controladas de tempera-
tura y humedad (25 ºC;
<
50 %). Los equipos fueron
colocados a una altura de 3 metros sobre el nivel
del piso (por ser fuente móvil y debido al objetivo
perseguido), a lo largo de la trayectoria de la misma
(considerándose lineal), en la dirección preferencial
del viento y cercana al área donde ocurre el mayor
fujo vehicular, de acuerdo con lo recomendado por
Martínez
et al.
(1997), la CFR 40 norteamericana, los
criterios de EPA-OAQPS (1998) y el apéndice E de la
AP-42 de EPA (2000). Para la zona de dispersión, el
equipo fue colocado a la misma altura, siguiendo los
mismos criterios que para la de emisión, a una escala
media y en la dirección preferencial del viento.
Las muestras de sedimento vial urbano y suelo se
colectaron cerca de la avenida, con un calendario de
muestreo que contempló la captación de tres muestras
por cada punto, con frecuencia de 15 días, para un
período de medición de mes y medio. Las muestras
de sedimento fueron captadas a lo largo del borde de
las aceras en ambos sentidos, reservándose entre 500
y 1000 g. Las muestras de suelo comprendieron tres
submuestras a una profundidad de 30 cm y a 1 m de
distancia de la vía de circulación del tráFco vehicu
-
lar; las submuestras fueron mezcladas, preparando
una muestra global por punto de muestreo. Ambos
tipos de muestras fueron colectados con accesorios
plásticos (cepillo y pala) y dispuestos en bolsas de
propileno oscuras, debidamente identiFcadas.
Tratamiento de las muestras de sedimento y de
suelo
Las muestras (suelo y sedimento) fueron tami-
zadas y secadas en una estufa a 60 °C durante 24
h. Las muestras sólidas secas fueron digeridas por
triplicado, empleando el método de digestión ácida
a presión atmosférica y calentamiento a temperatu-
ras controladas entre 60 y 70 °C (Granadillo 2002,
Nava 2004).
Análisis de las muestras
Después de colectadas las muestras de PM
10
,
del acondicionamiento de los Fltros y determinada
la concentración de partículas mediante el método
gravimétrico, se realizó la digestión en medio ácido
de los Fltros. Para tal Fn se colocaron en vasos de
precipitado de vidrio de 150 mL, se adicionaron 10
mL de agua regia (64.6 mL HNO
3
+ 182 mL HCl)
(Lodge 1989) y 3 mL de HClO
4
(Sadiq
et al.
1993),
dejándose en contacto toda la noche. Al día siguiente,
el contenido de cada vaso fue calentado a 60 ºC por 3
horas aproximadamente, hasta casi sequedad; luego
se adicionaron 20 mL de agua caliente para facilitar
la Fltración, y al en±riar el contenido ±ue Fltrado.
Finalmente, se enrasó a 50 mL usando agua desio-
nizada y se guardó en envases de polipropileno para
su posterior análisis (COVENIN 1987) en el equipo
de espectrometría de absorción atómica con horno de
graFto (ETA-AAS, Perkin Elmer HGA-600).
Previo a la medición de las concentraciones de los
metales en las muestras, se construyeron curvas de
calibración, partiendo de patrones concentrados de
1000 mg/L de Pb, Zn, Ni y Cr (Fixanal, Merck), para
posteriormente preparar las disoluciones de acuerdo
con los requerimientos de cada uno de los metales. Se
Fig. 1.
Ubicación general de los sitios de muestreo dentro del
estado Zulia
GOLFO
DE VENEZUELA
LAGO
DE MARACAIBO
TRUJILLO
MÉRIDA
TÁCHIRA
Páez
Municipio Párez
Municipio Mara
Municipio Maracaibo
Sinamalca
Mara
San Rafael
del Moján
FALCÓN
Embalse
Marícora
Almirante Padilla
Jesús Enrique Lozada
Maracaibo
Maracaibo
San Francisco
Miranda
Santa
Rita
Santa Rita
Simón Bolivar
Cabimas
Lagunilla
Valmore
Rodríguez
Baralt
San Tomoteo
Tía Juana
Ciudad
Ojeda
Bachaquero
Machiques
Casigua
El Cabo
Encontrados
San Carlos
del Zulia
Pueblo Nuevo
(El Chivo)
Bobure
Cabimas
San Francisco
Concepción
Rosario de Perija
Machiques de Perijá
Jesús María
Semprun
Catatumbo
Colón
Francisco
Javier
Pulgar
Sucre
Sucre
La Vil a
del Rosario
Cañada
de Urdaneta
Concepción
Los Puertos
de Altagracia
El Toro
CONTAMINACIÓN POR METALES EN AIRE, SEDIMENTOS VIALES Y SUELO
175
aplicó el mismo tratamiento a tres blancos y la lectura
obtenida de éstos fue restada de las lecturas de las
muestras para obtener la concentración real.
La determinación analítica para las muestras de
sedimentos y suelo de Cr, Ni y Pb se realizó
utilizan-
do la técnica de espectrometría de absorción atómica
con atomización electrotérmica, es decir, horno de
grafto Perkin Elmer HGA-600; no obstante para la
determinación analítica de Zn se empleó la técnica es-
pectrometría de absorción atómica con llama (FAAS)
(equipo Perkin Elmer 3110). Se usaron factores de
dilución de 10, 20 y 1000-X para las alícuotas dige-
ridas en sedimento vial urbano y suelo.
Las condiciones de operación estándar para los
elementos analizados por ETA-AAS fueron Slit 0.7,
el combustible argón y una longitud de onda de 375.9
para Cr, 232.0 para Ni y 283.3 para Pb. Para el Zn se
empleó FAAS con un Slit de 0.7, combustible aire-
acetileno, con una longitud de onda de 213.9.
Para el análisis estadístico se aplicaron varios
criterios, tales como la prueba de rechazo de Chau-
venet (García 1999), pruebas de medias normales,
con varianza y medias desconocidas t-Student,
coeficiente de correlación lineal (Montgomery
1991, Miller
et al.
1993, Berthouex
et al.
2002),
distribución de frecuencias acumuladas log-normal
y análisis de asociación lineal simple a través de
datos bivariantes con un intervalo de confanza del
95 % (SAS 1990).
Estandarización del método analítico
Para la validación del método y el tratamiento
de las muestras se realizaron curvas de calibración
estándar con la fnalidad de estudiar interFerencias no
espectrales y comprobar la exactitud del método. Los
patrones que se emplearon para realizar las curvas
de calibración se prepararon a partir de la solución
intermedia de los analitos (ca. 100 mg/L), que a
su vez emplearon la solución concentrada (ca. de
1000 mg/L). Los patrones de la curva se prepararon
diariamente por diluciones directas del concentrado
con agua desionizada grado I, establecido por la
American Society for Testing and Materials (ASTM),
en ácido nítrico 0.01 M y almacenados en envases
de polietileno lineal (Nalgene, EUA), al igual que
los digeridos ácidos de sedimento vial y suelo, para
posteriormente realizar la determinación analítica de
los metales (Granadillo 2002).
Cada muestra fue preparada y analizada por
triplicado, registrándose una adsorbencia por penta-
plicado. Se utilizaron factores de dilución de 10, 20,
y 1000-X para las alícuotas digeridas en sedimento
vial urbano y suelo.
Para el estudio de exactitud fueron aplicadas dos
técnicas: el estudio de recuperación y se empleó
material de referencia estándar de partículas emitidas
en gases de escape vehicular, de sedimento del Río
Búfalo y de laguna, de donde se obtuvieron errores
relativos de 0.5 a 2.3 %. En el estudio de precisión se
encontraron desviaciones estándar relativas (%DER)
de 1.37 % Pb, 0.47 % Zn, 2.29 % Cr y 0.45 % Ni.
Los límites de detección para los metales analiza-
dos para las muestras de PM
10
Fueron: 2.01 μg/L para
Pb, 0.41 μg/L para Zn, 1.83 μg/L para Ni y 2.18 μg/L
para Cr; mientras que para las muestras en sedimentos
viales y suelo Fueron 4.30 μg/L (214.9 mg/kg) para Pb,
0.1 mg/L (4.99 mg/kg) para Zn, 2.16 μg/L (0.11mg/kg)
para Ni y 0.80 μg/L (0.04 mg/kg) para Cr.
Los límites de cuantifcación para los metales en
las muestras de PM
10
Fueron 41.85 μg/L para Pb, 0.74
μg/L para Zn, 15.45 μg/L para Ni y 9.66 μg/L para
Cr; mientras que las muestras de sedimentos viales
y suelo presentaron los siguientes límites: 26.70
μg/L (1.34 μg/g) para Pb, 0.54 μg/L (0.03 μg/g) para
Zn, 7.41 μg/L (0.37 μg/g) para Ni y 1.24 μg/L (0.06
μg/g) para Cr.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Condiciones meteorológicas durante el período
de muestreo
En el
cuadro I
se presentan los datos meteoroló-
gicos recopilados durante las épocas de medición en
dos sitios de muestreo. Para la determinación de las
condiciones meteorológicas se emplearon estaciones
de monitoreo atmosférico móviles Omega Tech Co.
con módulos de control WMS-14 y con computador
portátil Dell para la adquisición de los datos. Puede
observarse que, en ambas épocas climatológicas, la
humedad excede el 70 %. La humedad en la atmósfera
origina un problema de dispersión de la luz, reduciendo
la visibilidad. Asimismo, cuando la humedad relativa
excede el 70 %, muchos tipos de partículas presentan
un cambio de fase y se convierten en gotas de niebla,
lo cual también disminuye la visibilidad (ICLAM
2004) y favorece la aparición de contaminantes
secundarios peligrosos, tales como las sustancias
responsables de la lluvia ácida.
La dirección y la velocidad del viento jugaron un
papel importante en el proceso de dispersión de los
contaminantes. La dirección del viento (ENE, E y SE)
exhibió una tendencia preferencial hacia los sitios de
muestreo, evidenciando la correcta selección de las
zonas estudiadas. Por otra parte, no existen varia-
ciones signifcativas de la temperatura y la humedad
A. Machado
et al.
176
durante los dos períodos de muestreo, mientras que en
la velocidad sí se observan diferencias signiFcativas
(p < 0.05), con registros de hasta el doble durante el
período de lluvia.
Niveles de las partículas inhalables PM
10
Los niveles de PM
10
obtenidos durante las dos
épocas climatológicas, tanto en la zona de emisión
como en la zona de dispersión para el período total,
se muestran en el
cuadro II
. Como era de esperarse,
durante la totalidad del monitoreo las concentraciones
en la zona de emisión resultaron mayores, entre 50
% (época de lluvia) y 90 % (época de sequía), con
respecto a las de la zona de dispersión, apreciándose
diferencias signiFcativas (p < 0.05) entre ellas, y
conFrmando la apropiada selección de los sitios de
acuerdo con el propósito perseguido.
Al mismo tiempo, el análisis de cada localización
revela que ambos sitios exhiben un comportamiento
homogéneo (niveles de concentración similares),
independientemente del periodo de toma de mues-
tras involucrado; ello evidencia que durante todo el
año dominan patrones uniformes tanto de emisión
como de dispersión. Las concentraciones más altas
se observan en la zona de emisión en la época de
sequía, representando casi el doble (1.8 veces) de las
reportadas
en la zona de dispersión. La inexisten-
cia en la zona de otra fuente primaria antrópica de
partículas que podrían considerarse de importancia,
conjuntamente con la diferencia signiFcativa en los
niveles atmosféricos encontrados entre las zonas
(p < 0.05), permite evidenciar la fuerte in±uencia
del parque automotor en esta zona de la ciudad. Sin
embargo, el estudio estadístico reveló que la con-
centración de PM
10
no presentó variación estacional
signiFcativa. De lo anterior pudiera inferirse que, en
la zona oeste de la ciudad, las emisiones del parque
automotor tienen mayor predominio que el lavado
atmosférico. Es de notar que este comportamiento
también fue encontrado en la zona norte, mas no en
la zona sur de la ciudad; en investigación anterior
(Velásquez
et al.
2006), esto puede explicarse por la
diferencia de eventos de lluvia en las distintas zonas
de la ciudad.
Igualmente, en el
cuadro II
se observa la seme-
janza entre los niveles de concentración de las zonas
de dispersión y de referencia (zona poco poblada y
alejada de fuentes antrópicas de contaminación),
ratiFcando la ocurrencia del proceso de dispersión
y nuevamente la correcta selección de las zonas de
muestreo. La zona de referencia se encuentra ubicada
en una región del país que puede recibir partículas
provenientes de fuentes situadas a gran distancia,
como las de la península de Paraguaná.
Contenido metálico de las partículas inhalables
PM
10
,
sedimentos viales y suelo
Contenido metálico en PM
10
Las concentraciones promedio de todos los meta-
les en PM
10
de las zonas bajo estudio, son presentadas
en el
cuadro III
, evidenciándose que el Pb, como
era de esperarse, es el principal marcador de las
emisiones vehiculares. El Pb amerita ser estudiado
con detenimiento, pues se detecta principalmente
en partículas atmosféricas Fnas por estar asociado
con procesos donde se presentan temperaturas muy
elevadas y por los efectos adversos conocidos (Sán-
chez 2000).
Para el lapso total de muestreo, las mayores
concentraciones se observan en la zona de emisión
para todos los metales, exhibiendo diferencias sig-
niFcativas con 95 % de conFabilidad y siguiendo la
dirección preferencial de los vientos, tal como fue
ratiFcado por las mediciones meteorológicas realiza
-
das en los sitios. Se evidencia que los contaminantes
CUADRO I
. ALGUNOS PARÁMETROS METEOROLÓGICOS EN EL PERÍODO DE MUESTREO
Período
Velocidad (m/s)
Dirección
Temperatura (ºC)
% Humedad
Nov.-Dic.( 2004)
3.24
±
2.32
113.70º
±
13.07º
29.74
±
1.49
89.60
±
4.26
Ene. –²eb. (2005)
1.54
±
0.52
88.48º
±
10.96º
28.25
±
0.46
91.36
±
8.70
CUADRO II
. PROMEDIO DE PM
10
EN ZONAS DE EMISIÓN Y DISPERSIÓN DURANTE AMBAS ÉPOCAS DE MUESTREO
Elemento
Lluvia (
µ
g/m
3
)
Sequía (
µ
g/m
3
)
Período total (
µ
g/m
3
)
Referencia (
µ
g/m
3
)
Emisión
Dispersión
Emisión
Dispersión
Emisión
Dispersión
PM
10
82.27
±
14.40 53.48
±
14.25
84.27
±
24.81
44.68
±
26.48
83.27
±
19.43
46.87
±
18.67
40.00
±
7.32
12
N
12
12
14
14
26
26
CONTAMINACIÓN POR METALES EN AIRE, SEDIMENTOS VIALES Y SUELO
177
de esta zona son dispersados en dirección a la zona
seleccionada como de dispersión. Debe recordarse
que la zona de dispersión fue Fjada bajo el criterio
de media escala (100-500 m), a una distancia de 200
m desde el foco emisor. Los elementos que presentan
las diferencias más pronunciadas entre las zonas bajo
estudio son Pb y Ni en comparación con Zn.
Los resultados obtenidos en las tres zonas, tanto
para PM
10
como para todos los metales a excepción
de Zn, muestran que la zona de referencia exhibe
concentraciones muy por debajo de las encontradas
en las zonas de emisión y dispersión. Esto eviden-
cia, en el caso del Zn, la inexistencia en la zona
de referencia de otra fuente primaria antrópica de
partículas que pudiera considerarse de importancia,
conjuntamente con la diferencia signiFcativa (p<
0.05), en los niveles atmosféricos encontrados entre
ellas. Por otra parte, para el resto de los metales se
comprobó la fuerte in±uencia del parque automotor
en esta zona en la ciudad. Ahora bien, la mayor con-
centración de Zn en la zona de referencia para PM
10
resulta interesante, pues la concentración de fondo
es 60 y 85.7 veces más alta que lo reportado para la
zona de emisión y dispersión, respectivamente. Esto
puede deberse a la existencia de otro tipo de fuente
emisora de este metal, cuya dispersión hacia esta
zona es in±uenciada por la dirección del viento, ya
que al encontrarse en partículas pequeñas pueden
viajar largas distancias. Adicionalmente, debido a
la ubicación de la zona de referencia, puede darse el
fenómeno de resuspensión.
En la investigación realizada por Gerdol
et al.
(1999) se determinaron concentraciones de Ni, mayo-
res en zonas residenciales y céntricas en comparación
con zonas industriales, por lo que concluyen que se ha
establecido la relación entre el parque automotor y Ni.
De acuerdo con lo reportado por el ICLAM (1998),
las concentraciones de
Ni pueden deberse al tipo de
combustible y a la composición de los escapes de los
vehículos, en especial los de transporte público que
emplean combustible diesel. Debe considerarse que
la zona de emisión seleccionada se caracteriza por
el tránsito continuo del transporte público, debido a
que esta localidad es un punto de enlace de diversas
líneas de transporte.
Adicionalmente, Zn y Cr están principalmente
relacionados con emisiones en condiciones de altas
temperaturas en actividades antrópicas (industria y
transporte) y biogénicas (Morales 1995). El zinc es
un elemento encontrado frecuentemente en partícu-
las Fnas debido a que la proporción concentración-
frecuencia (C/F) >1. Estos metales pueden conside-
rarse típicos en las emisiones vehiculares, por ser
el resultado de un proceso de combustión a altas
temperaturas, el cual está relacionado principalmente
con partículas Fnas. Hung
et al.
(1994) reportaron que
los aceites de motor son una fuente importante de Cr;
Largerwerff (1970) y Friedlander (1993) encontraron
que los niveles de Zn también están estrechamente
relacionados con el empleo y el desgaste de los cau-
chos y frenos de los vehículos.
Las emisiones de metales relacionadas con el
tráFco se aprecian tanto en las fracciones Fnas como
en las gruesas (emisiones de motores, resuspensión
de partículas sedimentadas, abrasión de frenos y
ruedas). Debido a ello, en la zona de emisión para las
dos épocas climatológicas existen niveles mayores
tanto para PM
10
como para la mayoría de los metales
estudiados.
Contenido metálico en sedimentos viales y suelo
En el
cuadro IV
se presentan las concentracio-
nes de los metales Zn, Cr, Ni y Pb en muestras de
sedimento vial y suelo para cada uno de la sitios de
muestreo, así como para la zona de referencia.
Las concentraciones de los metales evaluados pre-
sentaron un orden decreciente de contenido metálico
Pb > Zn > Ni > Cr tanto en muestras de sedimento
como en las de suelo; el mismo comportamiento en
general es observado en Sinamaica (muestra testigo)
aunque para concentraciones más bajas.
En cuanto a Pb y Zn, se obtuvieron concentracio-
CUADRO III
. CONCENTRACIONES PROMEDIO DE TODOS LOS METALES EN PM
10
, EN LAS ZONAS BAJO ESTUDIO
Elemento
Concentración
mínima
μg/m
3
(μg/L)
Lluvia (
µ
g/m
3
)
Sequía (
µ
g/m
3
)
Período total (
µ
g/m
3
)
Referencia
(El Planetario)
(
µ
g/m
3
)
Emisión
Dispersión
Emisión
Dispersión
Emisión
Dispersión
Pb
0.41 (208.36)
1.18
±
0.41
0.58
±
0.15
1.07
±
0.04
0.74
±
0.025
1.13
±
0.39 0.66
±
0.22
0.15
±
0.01
Ni
0.035 (17.79)
0.05
±
0.02
0.04
±
0.01
0.10
±
0.03
0.06
±
0.01
0.08
±
0.03 0.05
±
0.01
0.01
±
0.00
Zn
0.03 (15.25)
0.03
±
0.01
0.03
±
0.01
0.07
±
0.02
0.04
±
0.01
0.05
±
0.03 0.04
±
0.01
3.00
±
0.23
Cr
0.02 (10.16)
0.05
±
0.04
0.03
±
0.01
0.04
±
0.01
0.02
±
0.01
0.05
±
0.02 0.03
±
0.01
-
A. Machado
et al.
178
nes signifcativamente elevadas en todas las muestras,
en comparación con la muestra testigo (p < 0.05).
Esta tendencia confrma que las zonas evaluadas
están siendo impactadas por emisiones de partículas
contentivas de Pb y Zn asociadas al alto tráfco ve
-
hicular, incluyendo tanto el proceso de combustión
como el desgaste de los neumáticos. Por su parte, el
Ni sobrepasa signifcativamente (p < 0.05) el valor
de la zona de referencia aproximadamente entre 3
y 5 veces para muestras de sedimentos y suelo, res-
pectivamente. Las concentraciones de Ni en la zona,
como se mencionó anteriormente, pudieran estar
asociadas al uso de combustibles fósiles en vehículos
automotores, entre otros, ya que de acuerdo al estudio
de Márquez
et al.
(1988) los petróleos venezolanos,
principalmente los del estado Zulia, presentan con-
centraciones de Ni mayores a 600 ppm.
Las altas concentraciones de Pb en suelo (su-
periores a las del sedimento), pueden atribuirse a
la acumulación progresiva del metal a través del
tiempo, ya que hasta el año 2000 todos los vehícu-
los que circulaban en el país utilizaban gasolina con
plomo, y no es sino hasta el mes de septiembre de
2004 cuando desaparece este combustible. Es decir,
tanto el transporte público como el privado en su
mayoría continuaron empleando gasolina con plomo
hasta 2004.
Por otro lado, las concentraciones de Pb en suelo
también están sujetas a la dinámica de los metales,
ya que una vez presente en suelo son poco móviles y
tienden a acumularse en la parte superfcial. El metal,
entonces, puede seguir diferentes vías, como quedar
retenido en el suelo, ya sea disuelto en la solución del
suelo o bien fjado por procesos de adsorción, com
-
plejación y precipitación; ser adsorbido por las plantas
y así incorporarse a las cadenas trófcas, pasar a la
atmósFera por volatilización o fnalmente movilizarse
a los diferentes cuerpos de agua (Baran 1995).
Igualmente, los metales Cr y Ni se encuentran por
encima de lo reportado en la zona testigo, alcanzando
en general magnitudes que van de 1.6 a 14 veces en
sedimento para Cr y para Ni entre 3 y 4 veces en
muestras de sedimento y de 2 a 5 veces en suelo.
Esto puede deberse a la presencia de numerosas
actividades antrópicas generadoras de estos metales,
como talleres de latonería y pintura, mecánicos y
fabricación de baterías entre otras. Los valores de Ni
pueden estar asociados al uso de combustibles fósiles
en vehículos automotores, plantas termoeléctricas y
motores diesel (Pirela 2001).
Los niveles obtenidos de Pb, Zn, Ni y Cr en
suelo urbano por otros investigadores, en países
como Italia y Turquía, se presentan en el
cuadro
V
. Los valores reportados de Pb en este estudio se
encuentran muy por encima de
los observados en
dicho cuadro, a diferencia de las concentraciones
de Zn y Ni.
Estudios realizados por Imperato
et al.
(2003)
reportan niveles de Cr, en superfcie de suelos urba
-
nos, entre 1.7-7.3 mg/kg; como se puede observar, la
totalidad de las concentraciones de Cr obtenidas en
este estudio resultaron signifcativamente inFeriores.
Para Ni, al comparar las concentraciones reportadas
por Narin y Soylak (1999) de 51.8 mg/kg en suelos de
avenidas de alta circulación automotor en Turquía, se
puede notar que las concentraciones de Ni obtenidas
en la zona bajo estudio son considerablemente bajas.
En este caso, a lo largo de las avenidas estudiadas
CUADRO IV.
CONCENTRACIONES PROMEDIO DE METALES EN LA AVENIDA LA LIMPIA Y EN LA ZONA
TESTIGO
Avenidas
Metales, mg/kg
Tipo de muestra
Zn
Cr
Ni
Pb
Avenida La Limpia
(sector La Curva de
Molina)
Sedimento
Suelo
254.75 ± 0.55
83.33 ± 0.55
1.00 ± 0.11
0.75 ± 0.03
6.92 ± 0.21
5.46 ± 0.13
960.11 ± 0.36
2177.920 ± 0.85
Sinamaica
Sedimento
39.31 ± 0.98
0.16 ± 0.12
2.41 ± 0.04
340.43 ± 0.25
Suelo
47.01 ± 0.08
0.35 ± 0.03
1.31 ± 0.38
341.10 ± 0.21
CUADRO V
.
PROMEDIO DE NIVELES METÁLICOS
REPORTADOS POR INVESTIGADORES EN
SUELO URBANO
Fuente
Metales, mg/kg
Zn
Ni
Pb
Imperato
et al.
(2003)
Suelo
180
---
184
Yukselen (2002)
Suelo
758
---
394.4
Narin y Soylak (1999)
Suelo
---
51.8
---
CONTAMINACIÓN POR METALES EN AIRE, SEDIMENTOS VIALES Y SUELO
179
no existe contaminación ambiental por este metal en
muestras de sedimento y suelo.
Calidad del aire por partículas PM
10
En cuanto a calidad del aire por partículas PM
10
,
sólo se tiene referencia de límites permitidos para
PM
10
, Pb y Ni asociado a esas partículas, estableci-
dos por diversos organismos y países, los cuales son
presentados en el
cuadro VI
.
Primeramente, sobre una base comparada con
el estándar primario anual estadounidense de 50
µ
g/
m
3
(EPA 1996), la estación ubicada en la zona de
emisión superó ampliamente dicha norma, conce-
bida como nivel máximo admisible de PM
10
para
proteger la salud pública con un margen de seguri-
dad. Igualmente, las concentraciones obtenidas en
la zona de dispersión presentan un promedio anual
cercano (aunque inferior) al establecido por la EPA.
En Europa, la directriz de calidad de aire 1999/30/
CE fja el valor límite anual de PM
10
en 40
µ
g/m
3
.
Cabe destacar que no existe un nivel seguro para este
tipo de contaminante, debido a que pueden afectar
la salud de todas las personas, en especial los niños
(WHO 2003).
Al analizar los valores obtenidos es evidente que
los niveles de PM
10
no sobrepasan las regulaciones
diarias.
Los niveles de Pb y de Ni exceden el estándar
establecido por la OMS, apreciándose que este grupo
de metales representa un peligro potencial a la salud,
en especial la de los niños. Esta investigación puede
ser de gran utilidad para que los organismos en Ve-
nezuela consideren la necesidad de establecer normas
para Ni y para Pb en PM
10
. El Pb también excede el
estándar de Croacia, lo que evidencia nuevamente la
inFuencia de las ±uentes móviles en esta zona.
Límites permitidos para muestras de sedimento
y suelo
En el
cuadro VII
se aprecia que los valores
encontrados de Pb y Zn en sedimento y suelo so-
brepasan los límites establecidos en las normativas
ambientales, por lo que se considera como zona de
alta contaminación por Pb y Zn.
De acuerdo con la clasifcación de la EPA para Pb
y Zn (Yu-Pin 2002), los suelos estudiados correspon-
den a la clase 5, es decir, suelo con alta contamina-
ción por metales pesados, por lo que requieren de un
intensivo monitoreo y de una considerable acción de
remediación. Los niveles de Ni y Cr se encuentran
por debajo de lo estipulado en dichas normativas, lo
que permite puntualizar la existencia de bajas con-
centraciones de este metal, favoreciendo la calidad
de vida de la población.
Finalmente, los metales Ni, Zn y Pb merecen una
atención especial, ya que su presencia ha sido detec-
tada principalmente en partículas inhalables fnas con
dp < 1µm, asociadas con procesos a temperaturas
elevadas; entre éstos se encuentran los relacionados
CUADRO VI
.
CONCENTRACIONES PERMITIDAS PARA
PM
10
Y METALES ASOCIADOS
Contaminante
Estándar
primario
(
µ
g/m
3
)
Tiempo
promedio
Organismo
regulador
PM
10
50
Anual
EPA
150
Diario
Ningún
nivel
-
WHO
40
Anual
Com. Europea
(1999/30/CE)
50
Diario
Pb
1.5
Diario
Venezuela
1.5
Diario
USEPA
0.5
Anual
WHO
1.0
Anual
Croacia (IPCC 2001)
0.5
Anual
Com. Europea
(1999/30/CE)
Ni
0.02
Anual
WHO
(Querol
et al.
1999)
20 (ng/m
3
)
Anual
Com. Europea
(2004/107/CE)
Cd
0.04
Anual
Bolivia
0.01
Anual
USEPA
0.005
Anual
WHO
(Querol
et al.
1999)
5 (ng/m
3
)
Anual
Com. Europea
(2004/107/CE)
CUADRO VII.
LÍMITES PERMITIDOS DE METALES EN
SUELOS URBANOS PARA Pb, Zn, Ni y Cr
Normativas
Metales (mg/kg)
Pb
Zn
Ni
Cr
Gaceta ofcial venezolana vigente,
Decreto 2.635 (1998)
150
300
---
300
Regulación y control de
contaminación de suelo de
Turquía (TSPCR) (Yukselen 2002) 150
50
100
250
EPA (Yu-Pin
et al.
2002)
1-15 11-25 2-10 0.10-10
Ministerio de ambiente italiano
(suelo urbano) (Imperato
et al.
2003)
100
150
---
---
A. Machado
et al.
180
con el transporte vehicular, tales como quema de
combustibles fósiles, desgaste de neumáticos y mo-
tores (Pirela 2001).
Origen de las especies
En virtud de que los niveles reportados de par-
tículas inhalables PM
10
y de su contenido metálico
pueden ser de diversa índole, se aplicaron varios
criterios con el fn de determinar las principales
contribuciones a los niveles reportados por parte de
las fuentes más relevantes.
Para establecer la existencia de una o varias
fuentes emisoras de las partículas inhalables PM
10
en el presente estudio, se empleó la distribución de
frecuencias para las concentraciones con base anual
(las dos épocas climatológicas), con una confabilidad
estadística del 95 % (p
<
0.05). El comportamiento de
la población muestral de las zonas bajo estudio exhibe
una distribución de frecuencia ajustada al modelo
log-normal y se aprecia una sola línea recta con r de
0.9967 para la zona de emisión y de 0.9987 para la
de dispersión. Lo anterior permite predecir, debido a
las condiciones escogidas para la realización de esta
investigación, la existencia de una fuente principal de
emisión de las partículas inhalables PM
10
y que éstas
provienen de los vehículos automotores.
Se realizó un análisis de la asociación lineal
simple a través de datos bivariantes, para descubrir
el grado de relación entre cada par de variables, con
un intervalo de confanza de 95 %. Se determinaron
correlaciones signifcantes en ambas épocas clima
-
tológicas en la zona de emisión para cada una de las
especies metálicas entre Pb-Ni (r = 0.58), Pb-Cr (r
=0.54), Ni-Zn (r = 0.67), Cr-Ni (r = 0.65), y relaciones
muy signifcativas para Pb-Zn (r = 0.88) y Zn-Cr (r
= 0.71).
Al mismo tiempo se obtuvieron las correlaciones
para ambas épocas climatológicas, entre las zonas
de emisión y dispersión, tanto para PM
10
como para
cada metal, presentando correlaciones muy signifca
-
tivas Cr (r = 0.71) y Pb (r = 0.89). En virtud de estos
resultados, se puede comprender que este grupo de
metales presenta una mejor dispersión, sobre todo
durante el período de muestreo seco. El resto de los
elementos presentan correlaciones por debajo de 0.5;
de acuerdo con la prueba de signifcancia t-Student,
no se pueden considerar correlaciones estadística-
mente signifcativas para n = 12 y n = 15.
Los resultados obtenidos en el análisis de co-
rrelación y de la distribución de frecuencia, en las
partículas PM
10
, indican: una procedencia común,
que indudablemente la contribución de las fuentes de
naturaleza antrópica supera a las de tipo natural, y que
la misma está representada principalmente por fuen-
tes móviles, específcamente vehículos automotores,
donde los procesos de combustión se llevan a cabo
a altas temperaturas y posteriormente se condensan
y por ello la presencia de un alto contenido metálico
en la Fracción fna.
CONCLUSIONES
Los niveles de PM
10
y Pb reportados en este es-
tudio en la zona de emisión superaron ampliamente
el estándar anual estadounidense de 50 μg/m
3
y el
estándar anual Europeo de 40 μg/m
3
, concebidos
como nivel máximo admisible de PM
10
para proteger
la salud pública con un buen margen de seguridad.
Los niveles reportados de Pb no exceden los límites
establecidos por la USEPA; sin embargo, existen
niveles cercanos al límite. En el caso de Ni y Pb, se
observa riesgo potencial para la salud debido a que
su valor promedio sobrepasa el estándar establecido
por la Organización Mundial de la Salud.
Todos los metales evaluados en las partículas
inhalables PM
10
(Ni, Pb, Cr, Zn), determinados en
la Curva de Molina, son emitidos a la atmósfera
principalmente por el parque automotor.
Se observó una buena dispersión atmosférica de
contaminantes, principalmente Pb y Cr; es decir, los
contaminantes son aerotransportados, observándose
mayores concentraciones en la zona de emisión que
en la de dispersión.
Las asociaciones entre metales encontradas in-
dican que la correlación es verdadera y que cuando
dos elementos son primordialmente emitidos por
una misma fuente, sus concentraciones estarán muy
correlacionadas, con una confabilidad del 95 %.
Los niveles de Zn y Pb reportados en suelo en
este estudio exceden los límites establecidos por la
Gaceta Nacional del Manejo y Disposición de De-
sechos Peligrosos y por la normativa del Ministerio
de Ambiente de Italia. De acuerdo con lo establecido
por la EPA, las concentraciones promedio de Pb y
Zn se encuentran dentro de la clasifcación de sue
-
los moderadamente contaminados, en tanto que los
valores obtenidos de Ni y Cr están por debajo de los
valores permitidos. Esto hace posible concluir que
las zonas estudiadas de la ciudad están muy conta-
minadas por Pb y Zn.
Las altas concentraciones de Pb y Zn en sedimen-
tos y suelo en las zonas bajo estudio, pueden estar
asociadas al uso de combustibles fósiles en vehículos
automotores y al desgaste de neumáticos.
Las concentraciones elevadas de Pb en suelo se
CONTAMINACIÓN POR METALES EN AIRE, SEDIMENTOS VIALES Y SUELO
181
atribuyen a la acumulación progresiva del metal a tra-
vés del tiempo, ya que la gasolina con tetraetilo de Pb
fue utilizada por todos los vehículos que circulaban
en el país hasta el año 2004. No obstante, el metal
una vez presente en el suelo puede ser poco móvil
o acumularse en la superfcie del mismo, siguiendo
vías como quedar retenido, ser disuelto en la solución
del suelo o ser fjado por adsorción, complejación o
fnalmente por precipitación.
Los niveles metálicos en la zona testigo se mos-
traron muy por debajo a los reportados en la ciudad,
lo cual permite catalogar a Sinamaica como una zona
limpia y que constituye una buena estación blanco
para estudios de concentraciones metálicas.
AGRADECIMIENTOS
Los autores
agradecen el apoyo fnanciero otor
-
gado por el Fondo Nacional de Ciencia, Tecnología
e Innovación (FONACIT) de Venezuela a través del
Proyecto S1-2001001064, al personal que labora en
el Departamento de Ingeniería Sanitaria y Ambiental
(DISA) de la Facultad de Ingeniería y al Laboratorio
de Química Ambiental II de la Facultad Experimental
de Ciencias de la Universidad del Zulia.
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