Exposición en interiores a contaminantes atmosféricos (PM2.5 y BC) en hogares rurales de personas con discapacidad
ilustraciones, diagramas, fotografías a color
- Autores:
-
Martínez Vallejo, Leonel
- Tipo de recurso:
- Fecha de publicación:
- 2019
- Institución:
- Universidad Nacional de Colombia
- Repositorio:
- Universidad Nacional de Colombia
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unal.edu.co:unal/84512
- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
Calidad del aire
Contaminación del aire
Hogar y salud
Air quality
Air - Pollution
Housing and health
Calidad del aire interior
Material Particulado
Carbono Negro
Exposición personal
Indoor Air Quality
Particular Matter
Black Carbon
Personal Exposition
- Rights
- openAccess
- License
- Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
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En algunos hogares viven personas que sufren algún tipo de discapacidad obligándolas a permanecer la mayor parte del tiempo en casa. En esta investigación se evalúa la exposición en interiores a contaminantes del aire, material particulado y carbono negro (PM2.5 y BC), en hogares de personas con discapacidad en una zona rural de Bogotá, Colombia. La metodología se realizó en 6 etapas principalmente: I. Evaluación de la información sociodemográfica y factores ambientales de los hogares en los que vive al menos, una persona con discapacidad o enfermedad relacionada. II. Monitoreo de PM2.5 y BC durante 72 horas continuas en 21 hogares III. Procesamiento y análisis estadístico de datos IV. Determinación de dosis de exposición y riesgo de número de casos de cáncer en una población. V. Evaluación de estrategias de intervención VI. Análisis de resultados y conclusiones. Como resultado, las principales fuentes de emisión en los hogares son las estufas con combustible de leña. Las concentraciones de PM2.5 tuvieron una relación estadísticamente significativa con: tipo de ambiente, tipo de combustible y horas de uso de la estufa. Las concentraciones más bajas de PM2.5 se encontraron donde el gas propano se usa como combustible, promedio 24 h entre 6,4 y 109,7 μg/m3. En los hogares que utilizan biomasa (leña), las concentraciones promedio de PM2.5 24 h estuvieron entre 10,9 y 3303 μg/m3. Por su parte, las concentraciones de BC tuvieron una relación estadísticamente significativa con tipo de ambiente y tipo de combustible. Se registraron elevadas concentraciones promedio 72 h entre 2,6 – 51,2 μg/m3 en hogares donde cocinan con leña frente a casas que usan gas (2,6 - 6 μg/m3). Las dosis de exposición y el número de casos de cáncer probables en una población de 1000 personas son hasta 89% y 96% más altas con las concentraciones que utilizan leña que con las de hogares donde se utiliza gas para cocinar y la estrategia de intervención más favorable en términos economía para las familias es el uso de estufa eléctrica, seguido de gas natural y por último el gas propano. En el 57% de los hogares se superan las pautas de la OMS (25 μg/m3 durante 24 h), lo que representa un riesgo para las personas con discapacidades, especialmente en hogares que utilizan la leña como combustible en un solo entorno. (Texto tomado de la fuente)According to the World Health Organization (WHO), indoor air pollution is a risk for around 3,000 million people who cook and heat their homes with biomass and coal. In some homes live people who suffer some type of disability forcing them to stay most of the time at home. This research assesses the indoor exposure to air pollutants (PM2.5 and BC) in homes of people with disabilities in a rural area of Bogotá, Colombia. The methodology was carried out in 6 main stages: I. Evaluation of sociodemographic information and environmental factors of the households in which at least one person with a disability or related illness lives. II. Monitoring of PM2.5 and BC for 72 continuous hours in 21 homes III. Processing and statistical analysis of data IV. Determination of exposure dose and risk of cancer. V. Evaluation of intervention strategies VI. Analysis of results and conclusions. As a result, the main sources of emission in homes are stoves with firewood. The concentrations of PM2.5 had a statistically significant relationship with: type of environment, type of fuel and hours of usage of the stove. The lowest concentrations of PM2.5 were found where propane gas is used as fuel (6,4 and 109,7 μg/m3). In households that use biomass (firewood), average concentrations of PM2.5 24 h were between 10,9 y 3303 μg/m3. On the other hand, BC concentrations had a statistically significant relationship with type of environment and fuel type. High average concentrations were recorded between 2,6 – 51,2 μg/m3 in households where they cook with firewood in front of houses that use gas (2,6 - 6 μg/m3). Exposure rates and the risk of cancer are up to 89% and 96% higher in households that use firewood than in households where gas is used for cooking and the most favorable intervention strategy in terms of economy for families is the electric stove (not induction) followed by the use of natural gas, and finally propane gas. In 57% of households, WHO guidelines are exceeded (25 μg/m3 for 24 h), which represents a high risk for people with disabilities, especially in households that use wood as fuel in a single environment.Universidad EAN facilitó los equipos para realizar las medicionesMaestríaMagíster en Ingeniería - Ingeniería AmbientalEn este capítulo se presenta la metodología que se aplicara para el monitoreo y análisis del presente estudio. Los criterios utilizados se obtienen a partir de la revisión de metodologías de estudios previos que se presentó en el marco teórico. En la figura 2.1 se presenta el resumen de la metodología. Zona de estudio El monitoreo de calidad del aire interior se realiza en un área rural de las localidades de Usme (16 viviendas) y Sumapaz (5 viviendas) de la ciudad de Bogotá, Colombia. Sumapaz está ubicada entre los 2.600 y los 4.320 metros de altura sobre el nivel del mar, la zona del monitoreo se encuentra alrededor de los 3.000 msnm a 31 kilómetros de la zona urbana de Bogotá y con una temperatura que oscila entre 4 y 19°C110. Por su parte Usme se encuentra entre los 2.600 y 3.800 msnm111 y presenta una temperatura promedio anual de 8 °C 112. La principal actividad económica en la zona es la agricultura y ganadería, por lo cual las casas estaban rodeadas de cultivos o pastizales. Todas las casas monitoreadas estaban construidas en ladrillo y cemento y, por ser una zona rural, estaban dispersas, es decir, no estaban seguidas formando un barrio (figura 2.2). En las viviendas monitoreadas se utilizaba gas y/o leña como combustible, en el anexo B se presentan las fotos de las estufas y el tipo de leña de algunas de las viviendas. En algunos hogares vivían personas en condición de discapacidad o enfermedad diagnosticada. La selección de las viviendas se realizó a partir de la encuesta sociodemográfica realizada para el estudio “Caracterización del contexto de las personas con discapacidad y sus familias en el ámbito rural de Bogotá. Un trabajo de co-construcción desde la organización social” liderado por la universidad EAN y teniendo en cuenta el tipo de combustible utilizado, la ventilación y número de horas que permanece la persona en el recinto, como se realizó en estudio de referencia54. Para el desarrollo del proyecto, se registró el documento de consentimiento informado por una persona mayor de edad habitante de cada vivienda, el cual se encuentra en el anexo C. Recolección de información sociodemográfica Para obtener información que permita realizar un análisis de resultados efectivo, se utiliza el formato que se presenta en el anexo D, el cual se establece a partir de lo efectuado por Barria et. jal., 201654 y considera tanto las características de la vivienda como datos sociodemográficos adicionales a los básicos ya recolectados para el proyecto. Para cada vivienda se asigna el formato de seguimiento de encendido y apagado de la estufa (Anexo E) que es utilizado para poder contrastar con los datos registrados con los equipos de monitoreo. Equipos de medición y monitoreo continuo El monitoreo de contaminantes se realiza durante 72 horas continuas para cada una de las viviendas, registrando datos en intervalos de cinco minutos. El lugar dentro de la vivienda, donde se realiza el monitoreo, se determina de acuerdo al tiempo de permanencia de la persona con discapacidad en el hogar y no directamente en el área de la cocina113. Los contaminantes (PM y BC) fueron monitoreados en todos los hogares con los mismos equipos, descritos a continuación: DustTrak (TSI, modelo II 8530) Este instrumento emplea la dispersión óptica para entregar en tiempo real concentraciones de PM. El rango de detección es de 0.001 a 400 mg/m3 con una resolución mayor de 0.001 mg/m3 o 1% de la lectura. El instrumento se operó con una configuración predeterminada de fábrica de 3,0 L/min, flujo necesario para que el diámetro de corte del impactador sea de 2.5 µm, la resolución temporal fue de 5 min. Este equipo ha sido utilizado y validado en estudios de referencia49,53,96. El equipo se configuró a cero antes de cada monitoreo, se limpió y se engrasó la placa de impacto y se limpió el filtro de 37 mm de malla según la necesidad antes de los muestreos. MicroAethalometro (AE51) Este equipo mide la transmisión de luz a 880 nm a través del área activa del filtro (canal de detección) en el que se recoge el BC, y normaliza los resultados del canal de detección a los cambios en un canal de referencia, que monitorea con una fracción de muestra del mismo filtro. El equipo operó a 0,5 L/min, con una resolución temporal de 5 min. El MicroAethalometro se ha utilizado en estudios similares114–116 y validado en otras investigaciones117,118. El filtro es cambiado cuando la atenuación llegaba a 140. Q-trak modelo 7575. Este equipo es utilizado para monitorear la temperatura y humedad relativa, debido a que las concentraciones reportadas pueden ser influenciadas por cambios en estas variables, como lo han reportado otros estudios72 El monitoreo fue realizado durante el 2017 y enero de 2018, los equipos contaban con la calibración anual vigente certificada por el laboratorio acreditado en el país de origen. Procesamiento de datos y análisis estadístico Los datos reportados por los equipos, al ser en tiempo real, necesitan un post- procesamiento, aplicando factores de corrección para DustTrak y MicroAeth estudiados ampliamente96,106,118–121. Las mediciones obtenidas con el DustTrak requieren calibraciones para mejorar la precisión de las concentraciones cuando se evalúan fuentes concretas (por ejemplo, combustión de biomasa, cocción, gases de escape diésel entre otros). Además, se ha demostrado que los resultados producidos por los muestreadores ópticos, como lo es el DustTrak, difieren al compararlos con métodos de muestreo basados en filtros. Por esta razón a los datos de concentraciones de PM2.5 obtenidos en este estudio se les aplicó el factor de corrección establecido por McNamara96, el cual es 1,65 y fue desarrollado específicamente para el uso de leña como combustible en ambientes interiores, a partir de la comparación de datos obtenidos con un equipo gravimétrico y con el DustTrak, que permite realizar un monitoreo continuo. De igual forma, estudios previos indican que las mediciones de Aethalomether, es decir las concentraciones de BC, se ven afectadas por múltiples factores como el ruido debido a pequeñas fluctuaciones aleatorias de señales digitalizadas y cambios de la señal como resultado de la carga incremental de partículas en el filtro. Para las mediciones se espera que la atenuación (ATN) aumente a medida que aumenta la carga en la mancha del filtro; sin embargo, las desviaciones de esta relación monótona a menudo resultan del ruido electrónico. Dado que los cálculos se realizan para las diferencias sucesivas de ATN, y a medida que aumenta esa atenuación en el filtro, el equipo pierde sensibilidad, es necesario corregir los datos, una vez eliminados los valores negativos122. Por lo anterior, se aplica la corrección de los datos obtenidos mediante la ecuación 2.1, procesamiento utilizado en estudios de referencia115,116,118,122. 〖BC〗_corregido=〖BC〗_medido/(K ) Ecuación 2.1 Siendo, K=0,88*exp(-ATN/100)+0,13 Ecuación 2.2 Donde, ATN corresponde a la atenuación, valor que brinda el equipo para cada concentración medida, al iniciar el monitoreo se aseguraba que la atenuación era de cero. La variable de ventilación fue evaluada de acuerdo al índice de ventilación, utilizando una puntuación compuesta para cada puerta abierta (1) y cada ventana (0,5), estableciendo una ventilación baja en viviendas con calificación menor o igual a 1,5 y una calificación alta en viviendas con una calificación mayor a 1.5 113. Para realizar el análisis también se graficaron los datos en diagramas de caja o boxplot, explicados en la figura 2.3., donde Q es cuartil, Li es limite interior, Ls es el límite superior y RIC es rango Intercuartílico. Figura 2.3 Explicación de los datos representados en el diagrama de caja o boxplot. Fuente: elaboración propia. Dosis de exposición y riesgo cancerígeno. La dosis de exposición se basa en los datos de concentración de contaminante en el punto de contacto, frecuencia y duración del contacto. La ecuación 2.3 es la utilizada para el cálculo de la dosis de exposición a PM2.542. En el Anexo G se presenta una muestra de cálculo de la dosis de exposición. D=((C x IR x EF))/BW Ecuación 2.3 Donde, D: Dosis de exposición (mg/kg-día) C: Concentración de PM2,5 (mg/m3) IR: Tasa de inhalación (m3 /día) EF: Factor de exposición (Sin unidad) BW: Peso corporal promedio para adulto El factor de exposición (EF), en muchos casos será igual a 1 en representación de una exposición diaria al contaminante. Sin embargo, la exposición a un contaminante se puede producir de forma intermitente o irregular. Para estos tipos de exposiciones, el EF se determina como se indica en la ecuación 2.4. EF=(d x w x y)/AT Ecuación 2.4 Donde, EF: Factor de Exposición (Sin unidad) d: Días de exposición durante una semana (Días/semana) w: Semanas de exposición durante un año (Semanas/año) y: Número de años de exposición (Años) AT: Es el periodo promedio el cual se recibe la dosis de exposición (Y x 365 días/año) Riesgo cancerígeno Para cuantificar el riesgo cancerígeno del PM2.5 se utiliza la Unidad de Riesgo (UR) que corresponde a una concentración (mg/m3). Se calcula entonces el riesgo individual como se indica en la ecuación 2.5. En el Anexo G se presenta una muestra de cálculo del riesgo cancerígeno. Riesgo individual =UR x C(μg/m^3 ) Ecuación 2.5 Donde, UR= Unidad de riesgo (μg⁄m^3 ) Incremento del riesgo para la vida que se derivará de la exposición, durante toda la vida (70 años). C = Concentración de exposición medida (μg⁄m^3 ) El riesgo individual habitualmente es una cifra muy pequeña que refleja las posibilidades personales de desarrollar cáncer del orden de diez milésimas o cien milésimas. El factor UR ha sido estimado para ciertas sustancias y se obtienen del banco de datos del programa sistema integrado de información de riesgos (IRIS por sus siglas en ingles) de la U.S. EPA. Este factor no se ha establecido para el material particulado debido a la mezcla compleja de componentes, por lo anterior el riesgo se calcula con base en el factor del HAP Benzo[a]pireno, para el cual se tiene el factor UR de la EPA, ha sido ampliamente estudiado y se encuentra en las partículas. El porcentaje de Bezo[a]pireno en el PM2.5 se calculó a partir de la caracterización de material particulado emitido por la quema de leña de diferentes especies arbóreas que se presenta en el estudio realizado por Fine et. al (2004)123. En dicho estudio se caracterizó el PM2,5 emitido por quema de maderas duras y maderas blandas, las primeras proceden de árboles de crecimiento lento, por lo cual pesan más y soportan mejor las inclemencias del tiempo, mientras que las segundas provienen de árboles que tienen un periodo de crecimiento mucho más corto y no tienen una vida tan larga como las duras. Como la madera utilizada en la zona no es de un solo tipo, se calculó el riesgo con los porcentajes del Benzo[a]pireno en el PM2,5 proveniente de la quema de los dos tipos de madera. Seguido se calculó el riesgo poblacional multiplicando el riesgo individual por el número de personas de la población, en este caso, se realizó para 1000 personas Riesgo no cancerígeno La estimación de este riesgo se basa en el índice de peligro (IP) el cual compara la dosis de exposición y el valor de dosis de referencia que tiene la sustancia para la vía respiratoria, también en el margen de exposición (ME) que compara el valor NOAELHEC (no observed adverse effect level human equivalent concentration) con la concentración de exposición personal medida. Mientras mayor es el valor de ME, más amplio es el margen de seguridad y menor la posibilidad de que aparezcan los efectos adversos42. Acorde con la Organización Mundial de la Salud, se ha demostrado que el riesgo de consecuencias varias aumenta con la exposición a PM. Sin embargo, la susceptibilidad al contaminante puede variar según el estado de salud o edad y hay pocas pruebas para sugerir un umbral por debajo del cual no se prevería ningún efecto adverso a la salud124, es decir no hay una dosis de referencia ni un valor NOAEL. Teniendo en cuenta esto, este riesgo no es estimado. Estrategias de reducción de niveles de exposición A partir del análisis de los datos del monitoreo, la identificación de las fuentes de emisión, la información sociodemográfica y de salud, se identifican estrategias que permitan reducir los niveles de exposición de las personas en la muestra de estudio. Lo anterior puede estar basado en modificación de estufas, hábitos de comportamiento al interior del hogar y cambio de combustible. En esta última, se realiza un análisis de los costos mensuales, anuales y a 4 años que tendrían que asumir la familia para el cambio de combustible, esto se realiza teniendo en cuenta la inversión inicial, el aumento anual de los costos y los costos asociados a mantenimiento de los sistemas.Calidad del aire en interiores128 páginasapplication/pdfspaUniversidad Nacional de ColombiaBogotá - Ingeniería - Maestría en Ingeniería - Ingeniería AmbientalFacultad de IngenieríaBogotá, ColombiaUniversidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingenieríaCalidad del aireContaminación del aireHogar y saludAir qualityAir - PollutionHousing and healthCalidad del aire interiorMaterial ParticuladoCarbono NegroExposición personalIndoor Air QualityParticular MatterBlack CarbonPersonal ExpositionExposición en interiores a contaminantes atmosféricos (PM2.5 y BC) en hogares rurales de personas con discapacidadIndoor exposure to air pollutants (PM2.5 and BC) in rural homes of people with disabilitiesTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMComisión Económica para América Latina y el Caribe. 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