I. INTRODUCCIÓN Niveles de BTEX en aire ambiente y niveles de

Transcripción

2º Congreso Nacional AMICA 2015
Niveles de BTEX en aire ambiente y niveles de riesgo carcinogénico
de benceno en un sitio urbano en el centro de Veracruz
Estéves, D1; Dimas-Neri2, E; Casanova-Gómez, M.T2; Cerón-Bretón, J.G2; Cerón-Bretón,
R.M2; Rustrián-Portilla, E1; Houbron, E1; and Cima, C3.

1
Facultad de Química. Universidad Autónoma del Carmen. Calle 56 Num. 4, Esq. Ave. Concordia, Col. Benito
Juárez, C.P. 24180, Ciudad del Carmen, Campeche, México.
2
Facultad de Química. Universidad Veracruzana. Región Córdoba-Orizaba. Prolongación de Oriente 6, Num.
1009, Colonia Rafael Alvarado, Orizaba, Veracruz, México.
3
Centro de Investigación, Servicios Petroleros y Protección Ambiental, Universidad Autónoma del Carmen,
Campus 3, Ave. Central S/N, Ciudad del Carmen, Campeche.
[email protected] http://www.unacar.mx
I. INTRODUCCIÓN
EL monitoreo de compuestos orgánicos volátiles
(COVs) es un campo de creciente interés debido a
sus efectos en la salud humana y a su papel que
juegan en la formación de ozono troposférico
ozone (Civan et al. 2005) y adicionalmente, debido
a las posibilidades de causar efectos adversos a la
salud de la población en las grandes urbes
(Sillman, 1999). Dentro de este grupo se
encuentran incluidos compuestos tales como
alcanos, alquenos, alquinos, aldehídos, alcoholes,
cetonas, clorofluorocarbonos, compuestos organoclorados y compuestos aromáticos. Dentro de los
hidrocarburos aromáticos se distingue un subgrupo
denominado “BTEX” el cual incluye al benceno y a
sus derivados alquilo (tolueno, etilbenceno, 1,2,4trimetrilbenceno, o-xileno, m-xileno y p-xileno,
entre los más importantes). Todos estos
compuestos son considerados como tóxicos del
aire y algunos de ellos tienen potencial
carcinogénico (US-ARBC). Algunos COVs tales
como benceno, 1,3-butadieno y formaldehído
tienen además de potencial carcinogénico, efectos
mutagénicos por exposición crónica (Zhang et al.
2012). Por el otro lado, estos compuestos en el
aire ambiente tienen múltiples y muy diversas
fuentes de origen: pueden ser emitidos de fuentes
biogénicas (Guenther, 2006); a partir de fuentes
móviles derivadas de tráfico vehicular (Hellen et
al. 2003), pueden ser producidos a partir de
emisiones
evaporativas
en
tanques
de
almacenamiento de gas y gasolinas (Latella et al.
2005), pueden ser emitidos directamente de
procesos de combustión (Lanz et al. 2008), a partir
de la quema de biomasa (Yokelson et al. 2008); y
a partir de procesos industriales y en fabricación y
uso de solventes (Lanz et al. 2008).
Adicionalmente, estos compuestos también
pueden tener un origen secundario a partir de
reacciones fotoquímicas en la atmósfera durante
las horas de alta intensidad de radiación solar. Por
lo anterior, la determinación de los niveles de
COVs en aire ambiente de áreas urbanas es
crucial para entender su influencia sobre la salud
humana y la calidad del aire, y para identificar las
probables fuentes de emisión de estos
contaminantes del aire. A pesar de sus bien
conocidos efectos tóxicos no se tiene suficiente
información sobre los niveles de BTEX en México.
Se han reportado pocos estudios sobre los niveles
de BTEX en grandes ciudades de nuestro país
como la Zona Metropolitana del Valle de México y
Monterrey (Mugica et al. 2002; Mugica et al. 2003;
Cerón-Bretón et al. 2014) y no existen estudios en
otras ciudades importantes del país. Veracruz es
uno de los estados más importantes en México
debido a que su economía se basa en la
agricultura y la industria del petróleo. Veracruz
tiene aproximadamente un cuarto de las reservas
totales petróleo del país y ocupa el tercer lugar en
la producción de crudo INEGI, 2011). En la parte
central del estado de Veracruz, se localizan
importantes ciudades, incluyendo su capital, la
ciudad de Xalapa.
Una tercera parte de la
ASOCIACIÓN MEXICANA DE INGENIERÍA CIENCIA Y GESTIÓN AMBIENTAL, A.C. AMICA
Av. Canal de Miramontes 2960 casa 35 Col. Los Girasoles, Del. Coyoacán, México D.F.
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población de este estado de la república mexicana
vive en áreas urbanas, especialmente en la región
central conocida como la región de las “altas
montañas”. Una de las ciudades más importantes
de esta región es Orizaba, la cual se localiza a
266 Km. de la Ciudad de México, colinda con la
ciudad de Río Blanco, y las carreteras 180 y 190.
La población en este municipio es de más de
120,000 habitantes y cubre un área de 27.97 km2
(INEGI, 2011). Su economía ha crecido
significativamente en os últimos años, pero su
importancia como centro industrial se remonta a la
época de las grandes textileras mexicanas. La
industria está enfocada principalmente en las
siguientes ramas: cervecería, papelera, cemento,
farmacéutica, metalúrgicas y de fabricación de
hierro y acero, bebidas y alimentos, curtidurías de
piel, y fabricación de zapatos, entre otros. Por
todas estas razones, el Valle de Orizaba no sólo
ha crecido en población sino también en el número
de vehículos, industrias y servicios.
Como
resultado de este desarrollo económico acelerado,
la calidad del aire en esta región ha sufrido una
degradación gradual en años recientes. En el
presente estudio, se midieron los niveles de BTEX
en aire ambiente un sitio urbano localizado en la
ciudad de Orizaba, en la región montañosa central
durante la temporada de otoño de 2014. Los
propósitos de este estudio son los siguientes: (1)
investigar los niveles de exposición de BTEX en
aire ambiente de un sitio urbano en Orizaba,
Veracruz, México así como su variación diurna; (2)
identificar sus probables fuentes de emisión
mediante el un análisis meteorológico (a partir de
la construcción de rosas de viento y cálculo de las
trayectorias de masas de aire 24 hrs hacia atrás
usando el software WRPLOT y el modelo
HYSPLIT de la NOAA) y análisis de componentes
principales: PCA; (3) explorar su comportamiento
diurno; y (4) estimar el potencial de riesgo
carcinogénico a la salud por exposición a benceno
por inhalación.
II. DESCRICPCION DEL AREA DE
ESTUDIO
A. Sitio de muestreo
El sitio de muestreo se localiza en la Ciudad de Orizaba,
Veracruz, México, dentro de la zona urbana, en la parte oeste
(18° 49' 54.5'' N; 97° 06' 48.6'' W), a 1251 m sobre el nivel del
mar.
Figura. 1 Localización del sitio de muestreo.
Un mapa detallado del sitio de muestreo se presenta en la
Figura 1. El sitio de muestreo específico se localiza a 18° 49’
54.5” N y 97° 06’ 48.6” W y a una altitud de 1251 m.
Dentro de un área urbana, residencial, donde centros de
educación, zonas comerciales, y algunas avenidas de alto
tráfico vehicular se encuentran presentes, dentro de una zona
urbana al poniente de la ciudad en los límites con la ciudad de
Río Blanco, colindante con la autopista Veracruz-Puebla, en
donde también se localiza un corredor industrial.
III. METODOLOGIA
A.
Metodología de Muestreo
Un total de 36 muestras fueron colectadas del 7 de
Noviembre al 29 de Noviembre de 2014, durante la estación
de otoño. Benceno (B), etilbenceno (Ebz), tolueno (T) and pxileno (X) fueron determinadas en muestras de aire ambiente.
Las muestras fueron colectadas usando tubos de vidrio
empacadas con carbón activado (226-01 Anasorb CSC de
SKC) con las siguientes características: 70 mm de longitud;
4.0 mm de diámetro interno; 6 mm de diámetro externo,
empacados con dos secciones de 100 mg y 500 mg de carbón
activado, separados por una sección de lana de vidrio (Método
INSHT MTA/MA-030/A92; Cerón-Bretón, 2013). El extremo
corriente abajo del tubo de vidrio fue conectado a un medidor
de flujo calibrado y a una bomba de vacío. Se hizo pasar aire
ambiente a través de los tubos de vidrio a un flujo controlado
de 200 ml min-1 en intervalos de 1.5 horas (mañana: B1,
medio día: B2 y tarde: B3). Se descartaron aquellas muestras
con un volumen inferior a 5 litros. El muestreo fue llevado a
cabo usando una bomba de vacío modelo Universal XR
PCXR4 (SKC). Durante el muestreo los tubos se forraron con
papel aluminio para evitar la degradación por acción de la luz
solar y al final del muestreo, cada tubo se etiquetó y tapó con
tapones PTFE a presión y se mantuvieron bajo refrigeración
hasta su posterior análisis. Las muestras fueron analizadas en
no más de 3 semanas después de la colección en el
Laboratorio de Ciencias Ambientales de la UNACAR y en el
Centro de Investigación, Servicios Petroleros y Protección
Ambiental de la Universidad Autónoma del Carmen.
B.
Método Analítico
Las muestras fueron extraídas con 1 ml de CS2 para cada
sección de los tubos de muestreo, y sometidas a agitación por
30 s para asegurar la máxima desorción y se dejaron en reposo
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por 12 horas. Las muestras extraídas fueron analizadas usando
un cromatógrafo de gases con detector FID (de ionización de
flama) modelo TRACE GC Ultra gas chromatograph
(Thermoscientific) (Método INSHT MTA/MA-030/A92). La
columna analítica usada fue una columna capilar (57 m, 0.32
mm de diámetro interno., 0.25 μm de espesor de película). La
operación del instrumento fue controlada usando un sistema
de adquisición de datos Trace Chemstation data system. El
programa de temperatura del horno fue el siguiente:
inicialmente se mantuvo a 40 °C por 4 min, y entonces se
incrementó la temperatura a una razón de 5 °C/min hasta
alcanzar 100 °C, y finalmente se mantuvo por 10 min a 100
°C. La temperatura del detector (FID) fue mantenida a 250 °C
usando una flama hidrógeno/ aire a un flujo constante de 35
ml min-1 y 350 ml min-1 para hidrogeno ultra puro y aire extra
seco, respectivamente. El gas acarreador fue nitrógeno ultra
puro (99.999%) a una velocidad de flujo de gas de 1 ml min-1
(INSHT 1992). Cuatro BTEX fueron investigados: benceno,
p-xileno, etilbenceno, y tolueno. Curvas de calibración de 5
puntos fueron elaboradas usando reactivos al 99.98% de
pureza de Sigma-Aldrich para cada BTEX. Los resultados
analíticos mostraron que los valores de límites de detección
para benceno (B), etilbenceno (Ebz), p-xileno (X) y tolueno
(T) fueron de 0.0517, 0.0566, 0.0600, y 0.025 μg m-3,
respectivamente.
C. Monitoreo de parámetros meteorológicos
Condiciones de viento (velocidad y dirección), humedad
relativa, temperatura y presión barométrica fueron
monitoreados la temporada de otoño de 2014). Usando una
estación meteorológica portátil Davis Vantage Pro II. Las
estadísticas de frecuencia de vientos fueron determinadas
mediante el software WRPLOT de Lakes Environmental . Esta
estación se localizó específicamente en cada uno de los sitios
de muestreo.
IV. RESULTADOS
A.
Variación Diurna
La estadística descriptiva y la variación diurna para el
muestreo de otoño se observa en la Figura 2. Para el sitio de
muestreo durante este periodo, B, T, Ebz, X mostraron
diferentes patrones diurnos. B y Ebz no mostraron diferencias
significativas entre los diferentes horarios de muestreo (B1:
muestreo de la mañana, B2: muestreo del medio día, y B3:
muestreo de la tarde). T presentó mayores niveles durante las
mañanas (B1), decreciendo durante el medio día (B2) y
presentando los valores más bajos durante la tarde (B3). X
tuvo los valores más altos de concentración durante el medio
día (B2) y los niveles más bajos durante el periodo de
muestreo de las tardes (B3). La abundancia relativa de los
BTEX exhibió el siguiente orden: B > T> X > Ebz. Las
concentraciones promedio fueron: 74.51 µg m-3 3 para B., 5.33
µg m-3 para T., 2.26 µg m-3 para Ebz., y 3.35 µg m-3 para X.
Puede ser observado en Tabla 1 que durante otoño para
los niveles de B encontrados en este estudio fueron similares a
aquellos reportados en el Gran Cairo (Greater Cairo) y
Argelia, mientras que los niveles de T fueron más bajos que
aquéllos reportados para Seúl, Corea y mayores que aquellos
encontrados por Pankow (2003) en Nueva Jersey. Los niveles
de Ebz fueron similares a aquellos encontrados en Seúl y las
concentraciones de X encontrados en este estudio fueron
mayores que aquellas reportadas en Nueva Jersey.
100
90
80
Máximo
Promedio
Mínimo
Desviación estándar
Concentraciones
3
(ug/m )
70
60
50
40
30
20
D. Análisis de Correlación de Pearson y Análisis de
Componentes Principales (PCA)
El análisis de correlación de Pearson fue aplicado a todos
los datos colectados en ambos sitios de muestreo. Para
evaluar las relaciones entre cada uno de los BTEX medidos y
los parámetros meteorológicos se aplicó un análisis
multivariado de componentes principales (Principal
Component Analysis) usando el software XLSTAT (Paquete
estadístico para Microsoft Excell) (Facundo et al. 2012).
E.
Evaluación de Riesgo a la salud
El potencial carcinogénico de benceno es ampliamente
conocido Zhang et al. 2015). La Unión Europea recomienda
un límite anual de 5 µg m-3 para benceno en aire ambiente y el
nivel de riesgo mínimo de cáncer por inhalación (Minimal
Risk Level: MRL) de 1 en 10,000), mientras que la USEPA
establece un valor de 4.0 ppbv para este contaminante (UEPA, 2014). En este estudio se usó la metodología propuesta
por Zhang
y colaboradores(2015) para determinar la
exposición diaria (E), el potencial de riesgo de cáncer (LTCR)
y el potencial de no riesgo de cáncer (HQ).
10
0
B-1
B-2
Benceno
B-3
B-1
B-2
Tolueno
B-3
B-1
B-2
B-3
Etilbenceno
B-1
B-2
B-3
p-xileno
Periodo de muestreo
Figura 2 Estadística Descriptiva y variación diurna para los
BTEX medidos durante otoño de 2014 B1 (07:00-08:30 hrs), B2
(14:00-15:30 hrs) y B3 (17:30-19:00 hrs).
B.
Influencia Meteorológica
Los vientos durante otoño 2014 fueron estables pero
siempre mostraron una componente del Sur proveniente de las
carreteras federales 180 y 190 localizadas en esta dirección,
ubicadas al Sur de los sitios de muestreo. Las Figuras 3a, 3b y
3c muestran la influencia meteorológica diaria para cada uno
de los BTEX para los periodos de muestreo B1, B2 y B3.
Durante (B1), los BTEX mostraron los valores más altos de
concentración cuando los vientos soplaron desde SSE y S para
SS1. Durante (B2), los niveles de concentración más altos
fueron hallados para B cuando los vientos soplaron desde el
SW, para T cuando las masas de aire vinieron del SE, para
Ebz cuando los vientos provinieron del SSW y para X cuando
los vientos soplaban desde el SSE. Durante (B3), los vientos
tuvieron una conducta más estable: B presentó los mayores
niveles cuando los vientos soplaron desde el SSE, mientras
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100
80
60
40
SITIOS
Rowan
College, NJ
(Pankow,
2003)
Haram,
Greater
Cairo
(Khoder,
2007)
Seoul,
Korea
(Kwangsam,
2001)
Algeriers,
Africa
(Kerchich
and
Kerbachi,
2012)
Este
estudio
SS1
B
μg
m-3
-
ppbv
T
μg m-
ppbv
3
Ebz
μg
m-3
-
ppbv
-
0.5
33.358.5
-
78.4138.6
-
16.632.4
-
51.599.6
-
-
1.00
-
6.4
-
0.7
-
2.3
3.563.3
-
2-12
-
4.9 46.8
-
5.3
2.0
2.2
0.5
3.3
0.7
74.5
24.2
07
S 0 .11
.
N 9.1 14
1
SE 11. 1 .14
13 1.1
.
N 1 4
SS 15 1.1
E . 11 4
SE 17. 1 .14
SS 19. 1.1
NN W 2 11.1 4
E 2 1.1 4
.
S 23. 11 ..
5.1 .14
1.
14
W
Etilbenceno
p-Xileno
a) B1
70
60
50
Benceno
40
Tolueno
30
20
Etilbenceno
10
p-Xileno
7.1
1.
14
09
.1
1.
14
S1
1.1
1.
14
SE
13
.1
1.
14
SW
15
.1
1.1
SS
4
W
17
.1
1.1
4
S1
9.1
1.
14
S2
1.1
1.
W
14
SW
23
.1
1.
14
SS
E2
5.
11
SS
.1
4
W
27
.1
1.1
4
0
SE
b)B2
90
80
70
60
50
Benceno
40
Tolueno
30
20
Etilbenceno
10
p-Xileno
7.1
1.
09 14
SS . 11
E 1 .14
1.
SE 11.1
13 4
SS . 11
E 1 .14
5.
SE 11.1
17 4
.1
1
S 1 .14
9.1
S 2 1.14
1
W
SW .11
.
23 14
.
SE 11.1
25 4
.1
1
S 2 .14
7.1
1.
14
0
c) B3
Figura 3 Influencia meteorológica sobre los niveles de BTEX:
a (B1: 07:00- 080:30 hrs); b (B2: 14:00-15:30 hrs); y c) (B3:
17:30-19:00 hrs).
Estos valores se encuentran de acuerdo con aquellos
reportados para áreas urbanas en donde las fuentes vehiculares
son las principales fuentes de emisión de BTEX, sugiriendo
que el sitio de estudio estuvo bajo la influencia de fuentes
móviles durante el periodo de muestreo.
ppbv
0.36
1.126.8
0.09
p-X
μg
m-3
-
Tolueno
80
S0
Tabla 1 Comparación de los niveles de BTEX encontradas en
este estudio con datos de otros estudios alrededor del mundo.
Benceno
0
90
S0
C. Razones Tolueno con respecto a Benceno (razones T/B)
La razón de concentraciones T/B ha sido comúnmente
usada como un indicador de emisiones de tráfico vehicular. B
y T son constituyentes de la gasolina y son emitidos a la
atmósfera a partir de escapes de vehículos a motor. El
contenido de tolueno en la gasolina es de 3-4 veces más alto
que el contenido de benceno (Pekey y Yilma, 2011). Los
valores de esta razón T/B menores de 2-3 son característicos
de emisiones vehiculares y han sido reportados en este rango
para muchas áreas urbanas alrededor del mundo (Elbir et al.
2007; Mugica et al. 2003)]; mientras que valores mayores a 3
pueden indicar que los niveles de BTEX pudieran estar
asociados con otras fuentes diferentes a las vehiculares tales
como instalaciones industriales y fuentes de área (emisiones
evaporativas, talleres de pintura automotriz, procesos de
cocción de alimentos, talleres de serigrafía, tintorerías, entre
muchos otros).
20
SE
que T, Ebz y X mostraron mayores niveles cuando los vientos
provenían del SE. La Figura 4 muestra una rosa de vientos
representativa para el periodo de muestreo las cuales fueron
construidas con el software WRPLOT de Lakes
Environmental Inc. Adicionalmente, se calcularon las
trayectorias de las masas de aire 24 h hacia atrás con el objeto
de inferir el probable origen de las masas de aire a tres
diferentes altitudes (50, 100 y 500 m sobre el nivel del suelo)
usando el modelo híbrido Lagrangiano HYSPLIT de la
NOAA (Figura 5). Durante el periodo de muestreo la
influencia de las fuentes vehiculares fue evidente debido a que
la autopista Veracruz-Mexico se encuentra a lo largo de estas
direcciones (SE, S, SSE y SW). Es posible inferir que las
concentraciones de benceno se encontraron influenciadas por
el tráfico vehicular asociado a dicha carretera.
0.3
Los valores promedio para esta razón fueron de 0.0864 para
B1, de 0.0689 para B2 y de 0.0583 para B3, siendo mayor
durante el periodo de muestreo de la mañana.
Figura 4 Rosa de viento representativa
Figura 5 Trayectorias de las masas de aire 24-hr hacia atrás
representativa.
C. Razones de concentración de p-Xileno con respecto a
Etilbenceno (Razón X/Ebz)
La razón de concentraciones de p-Xileno con respecto a
Etilbenceno (razón X/Ebz) es comúnmente usada como un
indicador de la edad fotoquímica de las masas de aire en un
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sitio dado. Una razón de 3.6: 1 de (X/Ebz) ha sido establecida
como un valor típico de esta relación para estas especies
(Keymeulen et al. 2001; Lee et al. 2002). Esta razón se
relaciona con el tiempo de vida atmosférico de estos
contaminantes en el aire: valores altos de esta razón indican
masa de aire añejas, y valores bajos de esta razón indican que
las masas de aire son frescas (emisiones recientes). Kuntasal et
al. (2005) usaron un valor de 3.8 para esta razón. Emisiones
frescas de gasolina proporcionan valores entre 3.8 y 4.4 para
esta razón. En el presente estudio, el periodo completo
registró bajos valores de esta razón, indicando que la mayoría
de las masas de aire en los sitios de estudio correspondieron a
“emisiones frescas”. Un valor promedio de 1.2798 para esta
razón fue obtenido (B1: 1.1104; B2. 1.8025; B3: 0.9263).
Tomando en cuenta las dos razones: T/Bz y X/Ebz, los
resultados sugieren que los BTEX fueron emitidos a partir de
emisiones frescas provenientes de fuentes móviles en el sitio
de estudio.
D. Análisis de correlación de Pearson y Análisis de
Componentes Principales (PCA)
El análisis meteorológico y las razones de concentración
T/B y X/Ebz sugieren que los niveles de BTEX medidos en
aire ambiente durante el periodo de otoño de 2014 el sitio de
estudio estuvieron bajo la influencia de emisiones
provenientes de tráfico vehicular. Sin embargo, un análisis
PCA puede revelar información más detallada acerca de la
conducta de los contaminantes estudiados. Mientras que las
razones de BTEX son usadas como marcadores de emisiones
frescas de tráfico local, diferentes formulaciones de gasolina
son usados en los diferentes países y ciudades alrededor del
mundo, por o que esto puede resultar en grandes diferencias
en los valores de la razón T/B. Estas razones deben ser por lo
tanto usadas con cautela. En adición, bajos valores de la razón
T/B pueden indicar la presencia de otras fuentes de benceno
en el área de estudio además de las emisiones de vehículos a
motor. Por lo tanto, es necesario investigar la relación entre
los BTEX y los parámetros meteorológicos para elucidar las
posibles fuentes de BTEX en la zona de estudio. Se
construyeron matrices de correlación de Pearson para cada
periodo de muestreo (B1, B2 y B3) (Tablas 2-4). Una buena
correlación entre las especies indica que ellas pueden ser
originadas a partir de una misma fuente o fuentes en común.
Así, por ejemplo, una correlación mutua buena entre Ebz y X
indica que ambos compuestos pueden ser originados de
emisiones evaporativas de estaciones de servicio de gasolina
y de emisiones vehiculares de automotores a gasolina (Hoque
et al. 2008; Baldasano et al. 1998).
Tabla 2 Matriz de Correlación de Pearson durante el periodo
de muestreo de B1
Variables
Benceno
Tolueno
Etilbenceno
p-xileno
WS
WD
RH
Temperature
P
Benceno
Tolueno
Etilbenceno
p-xileno
1
0.069
-0.137
-0.528
0.069
1
-0.339
-0.015
-0.137
-0.339
1
0.125
-0.528
-0.015
0.125
1
0.048
0.168
0.173
-0.159
-0.095
-0.257
0.073
-0.231
0.244
0.026
0.252
-0.170
-0.151
0.170
-0.211
0.493
0.406
0.060
-0.350
-0.445
Valores en negritas son diferentes de 0 con un nivel de significancia de alfa=0.05
WS
0.048
0.168
0.173
-0.159
1
-0.225
0.830
-0.802
-0.080
WD
-0.095
-0.257
0.073
-0.231
-0.225
1
0.112
-0.001
0.572
RH
Temperature
0.244
-0.151
0.026
0.170
0.252
-0.211
-0.170
0.493
0.830
-0.802
0.112
-0.001
1
-0.750
-0.750
1
0.169
0.095
P
0.406
0.060
-0.350
-0.445
-0.080
0.572
0.169
0.095
1
Durante B1 se encontraron bajas correlaciones de benceno
con el resto de los BTEX, indicando que el resto de los
compuestos aromáticos medidos tuvieron su origen en otras
fuentes diferentes a las asociadas con tráfico vehicular. Se
encontró una buena correlación entre la humedad relativa
(RH) y la velocidad del viento (WS) (0.830) y una buena
correlación entre la temperatura y la humedad relativa (0.750), indicando que RH tiene una fuerte influencia en la
sensación térmica.
Tabla 3 Matriz de Correlación de Pearson durante el periodo de
muestreo de B2
Variables
Benceno
Tolueno
Etilbenceno
p-Xileno
WS
WD
RH
Temperatura
P
Benceno
Tolueno
Etilbenceno
p-Xileno
WS
1
-0.079
-0.661
-0.464
0.535
-0.079
1
0.345
0.645
-0.450
-0.661
0.345
1
0.865
-0.318
-0.464
0.645
0.865
1
-0.308
0.535
-0.450
-0.318
-0.308
1
0.046
-0.282
-0.106
-0.258
0.506
0.015
0.185
0.157
0.288
-0.108
0.441
-0.014
-0.135
-0.087
0.293
0.562
0.183
-0.458
-0.356
-0.078
WD
0.046
-0.282
-0.106
-0.258
0.506
1
-0.613
0.551
-0.321
RH
Temperatura
0.015
0.441
0.185
-0.014
0.157
-0.135
0.288
-0.087
-0.108
0.293
-0.613
0.551
1
-0.461
-0.461
1
0.355
0.037
P
0.562
0.183
-0.458
-0.356
-0.078
-0.321
0.355
0.037
1
T-X y Ebz-X mostraron buenos coeficientes de correlación
durante (B2) (Tabla 3), 0.645 y 0.865, respectivamente. B y
Ebz mostraron una fuerte correlación negativa (-0.661)
indicando que Ebz fue probablemente precursor de benceno.
La dirección del viento mostró una correlación significativa
negativa con RH, haciendo evidente el efecto local vallemontaña que transporta masas de aire húmedo desde la
montaña. En Tabla 4 puede observarse que durante la tarde
para SS1, B tuvo una buena correlación con RH (RH) (0.627),
mientras que el tolueno tuvo una buena correlación con la
presión barométrica (P) (0.606). Ebz y X, una vez más
mostraron una buena correlación entre ellos (0.639),
indicando que estos contaminantes probablemente tuvieron
fuentes en común. Buenas correlaciones entre WS y dirección
del viento (WD); y entre B y P fueron encontradas.
Adicionalmente, un análisis de componentes principales
(PCA) fue usado para estudiar los patrones de variabilidad
presentes en un conjunto de datos multivariado.
Tabla 4 Matriz de Correlación de Pearson durante el periodo
de muestreo B3
Variables
Benceno
Tolueno
Etilbenceno
p-Xileno
WS
WD
RH
Temperatura
P
Benceno
Tolueno
Etilbenceno
p-Xileno
WS
1
0.374
-0.130
0.031
-0.484
0.374
1
-0.209
-0.545
-0.226
-0.130
-0.209
1
0.639
-0.128
0.031
-0.545
0.639
1
-0.150
-0.484
-0.226
-0.128
-0.150
1
-0.416
-0.533
0.077
0.203
0.616
0.627
0.395
-0.060
0.023
-0.493
0.393
-0.103
0.010
0.108
-0.055
0.606
0.641
-0.096
-0.456
-0.169
WD
-0.416
-0.533
0.077
0.203
0.616
1
-0.746
0.513
-0.483
RH
Temperatura
0.627
0.393
0.395
-0.103
-0.060
0.010
0.023
0.108
-0.493
-0.055
-0.746
0.513
1
-0.341
-0.341
1
0.319
0.174
P
0.606
0.641
-0.096
-0.456
-0.169
-0.483
0.319
0.174
1
Un modelo PCA fue desarrollado para los niveles de
contaminantes del aire medidos (B, T, Ebz, y X) y los
parámetros meteorológicos monitoreados (temperatura, P, RH,
WD y WS). Figuras 6-8 muestran la gráfica biplot PCA
obtenida para el periodo de muestreo de la mañana (B1),
medio día (B2) y el de la tarde (B3) durante otoño 2014. PCA
para el periodo de muestreo de la mañana (B1) dio dos
componentes
principales
(F1
y
F2)
expresando
aproximadamente un 55.60% de la varianza total. En la figura
6, se puede observar que B estuvo influenciado por WD, esto
significa que este contaminante fue probablemente
transportado desde la autopista Veracruz-Mexico. Ebz y X no
mostraron correlación entre ellos indicando que
probablemente tuvieron su origen en fuentes diferentes. En
figura 7, puede ser observado que dos componentes (PC1 y
PC2) fueron necesarios para explicar la variabilidad del
62.56% de los datos. Ebz y X muestran una fuerte correlación
entre ellos, indicando que estos BTEX probablemente
tuvieron su origen en fuentes en común. T tuvo una
correlación negativa con WS, indicando que este
contaminante fue probablemente dispersado por efectos del
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[email protected]
viento. La temperatura y la humedad relativa, una vez más
mostraron una fuerte correlación negativa. En Figura 11 puede
observarse dos componentes principales fueron necesarios
para explicar el 60.62% de varianza total de los datos. Ebz y X
mostraron buenas correlaciones entre ellos y B-T tuvieron
también una relación cercana con P, mientras que B y RH
mostraron una buena relación también entre sí.
Variables (ejes F1 y F2: 55.60 %)
1
P
0.75
Benceno
F2 (23.75 %)
0.5
WD
0.25
Temperatura
Tolueno
0
RH
-0.25
WS
-0.5
Etilbenceno
p-Xileno
-0.75
HQ = C/ Rfc (3)
En dónde C es la concentración recibida diariamente en un
promedio anual y Rfc es la concentración de referencia de
inhalación, la cual es de 0.03 mg m-3 para benceno (US EPA,
2002).La exposición diaria promedio (E) para el sitio de
estudio fue de 22.83 E-03 mg/kg por día, respectivamente. El
riesgo de cáncer en el tiempo de vida (LTCR) es de 68 E-05.
Estos valores excedieron el valor aceptable de LTCR de 1 E06 para adultos, de acuerdo a la USEPA [26]. Esto implica
que el potencial de riesgo de cáncer debido a la exposición de
benceno ambiental por inhalación debería de ser de interés
para las autoridades de salud en la región de Orizaba,
Veracruz, México. Para el riesgo no cancerígeno, los valores
de HQs estuvieron en el rango de 2.483- 3.038. De acuerdo a
la USEPA, si el valor de HQ es mayor a 1, el contaminante
representa un riesgo de cáncer [26].
-1
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
F1 (31.85 %)
Fig. 6 Biplot del análisis PCA para el periodo de muestreo
B1.
1
P
RH
0.75
Benceno
0.5
Tolueno
F2 (24.94 %)
0.25
0
WS
-0.25
p-Xileno
Temperatura
-0.5
Etilbenceno
WD
-0.75
-1
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
F1 (37.62 %)
Fig. 7 Biplot del análisis PCA para el periodo de muestreo B2.
1
p-Xileno
Etilbenceno
0.75
RH
0.5
Benceno
F2 (21.46 %)
0.25
0
Temperatura
P
WD
-0.25
Tolueno
-0.5
WS
-0.75
-1
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
F1 (39.16 %)
Fig. 8 Biplot del análisis PCA para el periodo de muestreo B3.
E. Evaluación del riesgo carcinogénico de benceno
La exposición diaria (mg/kg por día) de un individuo por
inhalación puede ser calculada como (de acuerdo a Zhang et
al. 2015):
E = C x Ira x Da/Bwa (1)
En dónde C (mg m-3) es la concentración promedio de
benceno, Ira es la tasa de inhalación de un adulto (0.83 m3 h-1)
(US-EPA, 1998), Da es la duración de la exposición de un
adulto (24 hr/día) y Bwa es el peso del cuerpo de un adulto
promedio (65 kg). El riesgo de cáncer en el tiempo de vida
(The lifetime cancer risk: LTCR) es entonces calculado como:
LTCR = E x SF (2)
En dónde SD es el factor de la pendiente de riesgo por
inhalación de tóxicos cuando el efecto carcinogénico por
exposición es considerado como lineal. Aquí se consideró un
valor de SF de 2.98 E-02 kg día/mg para benceno de acuerdo
a la US EPA (2014). El riesgo no cancerígeno de benceno es
medido como un cociente de riesgo (HQ):
V. CONCLUSIONES
Los niveles de BTEX estuvieron fuertemente influenciados
por vientos provenientes del S y SSE en donde una importante
carretera, la autopista Veracruz-México se encuentra
localizada, indicando que estos compuestos fueron
principalmente originados de fuentes vehiculares. Las razones
T/B, X/Ebz y el análisis PCA mostraron que B estuvo
fuertemente influenciado por emisiones vehiculares frescas.
Los resultados encontrados para B son mayores que los
previamente observados en Europa y Estados Unidos y el
riesgo de cáncer en el tiempo de vida debido a la exposición
de B en aire ambiente excedió los niveles aceptables
reportados por la USEPA. Por lo anterior, esto debería de ser
un motivo de preocupación seria y de interés por parte de las
autoridades de salud en la zona y por tanto, debería de
implementarse en primer lugar un programa de monitoreo
intensivo de benceno en aire ambiente que considere varios
sitios en zonas estratégicas y durante al menos un año, y
además con base a estos resultados, debería de ser establecido
un estándar local o regional de calidad del aire para B en aire
ambiente dirigido a la protección de la salud de la población.
Se recomienda en trabajos futuros investigar la relación entre
los niveles ambientales de B y la incidencia de diferentes tipos
de cáncer en la región, así como con el ingreso de pacientes en
las unidades oncológicas en hospitales locales.
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55 56 77 38 61
[email protected]

I. INTRODUCCIÓN Niveles de BTEX en aire ambiente y niveles de

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