UNIDAD

DIVISION

CARRERA

MATERIA

L/A/LUMNO:

MATRICULA:

PROYECTO:

TITULO:

Iztapalapa

Ciencias Biológcas y de la Salud

Lic. Biología

Seminario de Investigación

Martha Columba Trejo Castro

903370 43

Evaluacibn de !S calidad del aire de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.

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Mktodos de muestre0 y análisis de exposición a contami - nantes Ambientales. 1

ASESOR INTERNO: Biól. Edmundo Ducoing Chahó Profesor Titular “A’ T.C. Departamento de Hidrobiología

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CLAVE: B.012.98 ” J . . + :. t i t L ~ : - .i .! ,.,F .’I k, ,:,

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FIRMA DEL ASESOR INTERNO:

NOMBRE:

TELEFONO:

MATRICULA:

LICENCIATURA:

PROYECTO:

TITULO:

ASESOR INTERNO:

ASESOR EXTERNO:

Martha

8 56 05

222234

Biología Unidad IztaGlapa, División de Ciencias Biologicas y de la Salud

Evaluación de la calidad del aire de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.

\\ Métodos de muestre0 y análisis de exposición a contaminantes Ambientales.

Biól. Edmundo Ducoing Chahó Prafesor Titular "A" T.C. Departamento de Hidrobiología

Dr. Alfonso Garcia Gutierrez Subdirector de Investigación de la Calidad del Aire

LUGAR DONDE SE REALIZARA: Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental (CENICA).

FECHA DE INICIO: 10 de Junio de 1998

FECHA DE TERMINO: 10 de Diciembre de 1998.

CLAVE: B.012.98

FIRMA DEL ASESOR INTERNO:

FIRMA DEL ASESOR EXTERNO:

INTRODUCCION

La contaminación del aire es el término usado para denunciar la presencia en la atmósfera, de uno o más contaminantes del aire, en cantidades y características cuya permanencia los hace perjudiciales para la salud pública o interfieren excesivamente con otros procesos ambientales naturales.

Existe documentación histórica sobre la contaminación del aire de distintos períodos y de distintos lugares que se remontan a más de 1200 años. De los más trascendentales podemos mencionar el ocurrido en el año de 1939 en Londres, Inglaterra en donde se reportan más de 1300 muertes durante un período de cuatro días de niebla pesada. En 1948 Donora, E.U.A. se presento un severo episodio ya que afecto a 14 O00 personas. Las conclusiones a las que llegaron los investigadores heron que cerca del 43% de la población h e afectada por la contaminación.

En consecuencia, los países desarrollados empezaron a modificar sus técnicas para eliminar la basura, tratar las aguas negras, calentar sus hogares y cocinar sus alimentos, cambiando las “formas tradicionales” de contaminar el aire y el agua por nuevas formas, como resultado de la sociedad urbana industrial cambiante. Hoy en día la mayoría de los problemas de contaminación del aire tienen su origen en la actividad industrial o en los medios de transporte.

Finlayson y Pitts plantea en 1986 el problema de la contaminación del aire como un sistema de tres componentes:

Cuando los contaminantes del aire se encuentran presentes en la atmósfera en cantidades suficientes, afectan adversamente la salud de los seres humanos, animales y plantas.

Para establecer este vínculo entre contaminantes y efectos, es necesario saber cuales son las características y propiedades de la atmósfera, así como sus principales funciones: 1) . - Suministra el oxígeno durante la respiración de los seres vivos. 2).- Protege la superficie terrestre de los rayos ultravioletas. 3 ) . - Mantiene el calor necesario para la vida, distribuyéndolo equitativamente. 4).- Proporciona humedad y la presión necesaria para el mantenimiento de los fluidos en el interior de los seres vivos.

Las características fisicas de la atmósfera no son siempre iguales. Conforme aumenta la distancia, sobre el nivel del mar, disminuye, la presión atmosférica y varía la temperatura. En los primeros kilómetros, sobre la superficie terrestre, la temperatura disminuye, pero al llegar al límite de la troposfera, aumenta unos grados, y más arriba se enfría de nuevo.

Otra característica importante es su capacidad de retención del calor. En realidad, la atmósfera actúa como un invernadero. Es muy permeable a los rayos solares y absorbe parte del calor que desprende la tierra. Los principales elementos responsables de la absorción del calor en la atmósfera son el dióxido de carbono y el agua.

Dentro de las propiedades encontramos que la atmósfera esta hecha de una mezcla de gases, con numerosas partículas suspendidas, algunas líquidas y otras sólidas. La atmósfera baja es eléctricamente neutra, ya que contiene pocos iones libres, además en su mayor parte esta compuesta por moléculas. La atmósfera alta, por el contrario, esta altamente ionizada: muchos gases de la atmósfera baja se descomponen en los niveles altos, convirtiéndose en átomos o radicales libres.

Para nuestro caso es importante tener en cuenta que el nivel actual de las partículas respirables es el segundo contaminante en la zona urbana, después del ozono, en cuanto a contaminación del aire se refiere, ya que puede penetrar en los tejidos de cualquier parte de la región pulmonar, más específicamente en el parénquima pulmonar.

Los daños que las partículas suspendidas en el aire provocan en la salud, pueden ser determinados de acuerdo al tamaño y composición química que estas presenten, es decir, aún las partículas que son menores a 10 micrómetros de diitmetro pueden tener efectos directos en la salud. Es por ello que las autoridades ambientales ponen mayor atención para su caracterización.

De acuerdo al más reciente inventario de emisiones el 43% de las partículas de la Zona Metropolitana del Valle de México, aún tienen su origen en la erosión del suelo (SEDUE 1986).

En la atmósfera urbana, específicamente en la troposfera, se emiten otros compuestos en concentraciones menores del orden de partes por millón. Estos son los Compuestos Orgánicos Volátiles (COV's) y semivolátiles que provienen de fbentes fijas (industrias) y móviles (transporte vehicular). Otra fbente importante proviene por fallas en la combustión de automóviles e industrias, por las descargas sin control al alcantarillado de residuos orgánicos peligrosos (por su volatilidad y explosividad) y por las emanaciones evaporativas durante la carga y descarga de combustibles (principalmente gasolinas) y durante la venta de gasolina en las estaciones de servicio.

Según la Comisión Metropolitana para la Prevención y el Control de la Contaminación, las industrias y los servicios consumen el 25% del total de combustible, 9% las termoeléctricas, 10% consumo doméstico y el 56% restante, el transporte.

Es por eso que en 1996, se formo un fideicomiso de apoyo financiero a las gasolineras para su modernización a partir de un “impuesto ecológico”, mediante el cual se fomente la instalación, operación y mantenimiento de equipos recuperadores de las emisiones de hidrocarburos, durante las operaciones de carga y descarga de los tanques subterráneos de almacenamiento.

OBJETIVOS:

General:

Específicos:

Evaluación de la calidad del aire en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.

Apoyar en la implementación del método estándar de Salmonella typhimurium para cuantificar la genotoxicidad de las partículas respirables.

Monitorear a corto plazo las partículas con diámetro aerodinámico menor o igual a 10 micrómetros.

Auxiliar en el disefío experimental de evaluación de exposición personal a los Compuestos Orgánicos Volátiles (COV ’ S ) en microambientes laborales.

METODOLOGIA

- Obtener y analizar la información bibliográfica del tema de estudio.

- Conocer los equipos de muestre0 (MINIVOL) para interiores y exteriores (BOMBAS SKC) para microambientes.

- Aprender a calibrar los diferentes equipos que existen para el monitoreo de aire.

- Mediante el método de colorimetria se analizaron sulfatos y nitratos

Nitratos: se extraen del filtro muestreado por medio de un microondas. El nitrato se reduce a nitrito y posteriormente se trata con reactivos (reactivo de cobre, NaOH 0 . 3 N, Hidracina, acetona-agua, sulfanilamida, NEDA). Esto produce la formación de un compuesto coloreado y su concentración se mide en un espectrofotómetro.

Sulfatos: se extraen las partículas del filtro muestreado, para posteriormente tratarlo con reactivos ( reactivo acondicionador, BaClz ) que forman cristales de sulfato de bario de tamaño uniforme. La absorbancia de la suspensión de sulfato de bario se mide en un espectrofotómetro.

ACTIVIDADES REALIZADAS

Se hizo una revisión de la literatura referente al tema, así como la importancia que tiene el contar con una base de datos para tener un control de las emisiones y los efectos que pueden tener en la salud del hombre.

Se seleccionaron las 2 áreas de estudio una en el Noroeste y otra en el Sureste.,

Se realizó el análisis gravimetrico, de los 80 filtros de fibra de vidrio, en una balanza analítica, previamente estabilizados en una cámara de aclimatación.

Se calibraron las bombas a un flujo constante.

Se cambiaron los filtros cada 24 horas para PMlO y posteriormente llevarlos a un laboratorio bajo condiciones de humedad y temperatura controladas como lo establece la NOM-PA-CCAM-002/93

Se extrajeron las partículas por medio de un microondas, durante 30 minutos, para posteriormente filtrarlo (Whatman No. 4).

Se les realizo el análisis colorimétrico (Diagrama de flujo)

OBJETIVOS Y ETAS ALCANZADOS pl

Por razones &era de control del CENICA (Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental), no se pudo implementar la prueba de Ames.

De acuerdo a los objetivos planteados, se manejaron los diferentes equipos (MINIVOL Y BOMBAS SKC) para muestrear las partículas PMIO y los Compuestos Orgánicos volátiles, además a las partículas menores o iguales a 10 micrómetros, posteriormente se les realizo el análisis colorimétrico de sulfatos y nitratos a los 80 filtros de fibra de vidrio, utilizados en el muestreo.

Se hizo una curva de calibración a cada uno de los reactivos que heron utilizados en el análisis, lo anterior con la finalidad de saber con exactitud si nuestros reactivos estaban en condiciones adecuada.

Se hizo una regresión lineal a los valores obtenidos en la curva de calibración, para saber cual es la concentración real de partículas.

Identificar la importancia de la exposición personal que provocan las fuentes primarias y secundarias, para diseñar medidas eficientes que reduzcan no sólo la emisión de contaminantes, sino la exposición a los mismos.

Llevar a cabo un muestreo piloto en 3 gasolineras sin sistema de recuperación de vapores (SRV) y otras 3 con sistema de recuperación de vapores (SRV). Permitirá evaluar la efectividad del sistema de recuperación de vapores así como su calidad en el proceso.

Analizar en que medida los equipos de control de emisiones evaporativas, reducen la exposición laboral, en las estaciones de servicio de gasolina.

RESULTADOS

MEDICIóN DE CONCENTRACIONES EN EL AMBIENTE

Para conocer las concentraciones de contaminantes en el ambiente se pueden utilizar dos métodos:

El monitoreo en tiempo real. Por medio de una red de estaciones de monitoreo se obtienen datos virtualmente instantáneos. Es aplicable, bajo condiciones adversas del clima, para saber cuando es oportuno modificar la intensidad de la actividad industrial y así reducir los niveles de contaminación.

Los métodos clásicos. Consiste en tomar muestras durante un cierto tiempo para evaluar la contaminación en el aire. Los métodos clásicos se siguen usando como base para calificar la confiabilidad de nuevos métodos de medición y validar los resultados de sistemas en operación.

El muestre0 seguido por el análisis es el Único método satisfactorio para determinar la composición de las partículas y gases atmosféricos.

MEDICIóN DE PARTICULAS CONTAMINANTES

La mayoría de las partículas transportadas por el aire se pueden colectar conforme caen de la atmósfera. Estas se colectan dentro de un recipiente cilíndrico de dimensiones estándar con una especie de tolva en la parte superior y agua para evitar el rearrastre de las partículas. Solo las partículas mayores de 20 micrómetros son lo suficientemente pesadas como para que se depositen sin que el viento las afecte. La masa total de las partículas recolectadas sólo son válidas si se hacen entre colectores de diseño idéntico. El uso principal de este método es para estudiar las tendencias y distribución de las emisiones en un período de tiempo largo.

Otro método utilizado para determinar los niveles de partículas consiste en arrastrar el aire contaminado a través de un filtro y medir el grado de depositación de partículas.

Por 10 general, la medición de las concentraciones atmosféricas se hace mediante el USO de Gn colector de muestras de “alto volumen” que hace pasar un gasto conocido de aire a través de un filtro.

La concentración se mide al pesar el filtro antes y después de la calecta y dividir el cambio en masa por el total de flujo de aire.

Hay gran variedad de técnicas para determinar la concentración de los componentes de las partículas colectadas. Los iones metálicos como el plomo, zinc, cadmio y mercurio, comúnmente se determinan mediante absorción atómica. Los compuestos orgánicos de aerosoles se determinan mediante el uso de técnicas de extracción por solventes, que no descomponen los compuestos de interés, seguido de técnicas analíticas estándares para mezclas raras, en general se usa una separación cromatográfica (cromatográfia de capa fina, líquida o de gases). La detección de los compuestos separados se puede hacer mediante espectofotometria.

*El filtro número 1 podemos apreciar una micrografia en donde se puede apreciar las fibras de vidrio, estos filtros son los óptimos para hacer los muestreos de partículas con un diámetro de 1 O micrómetros.

MUESTREADOR UNIVERSAL SKC

Es un dispositivo de muestre0 de aire de flujo constante apropiado para una amplia gama de aplicaciones. Es ideal para nuestro estudio en donde se pudo colectar los compuestos orgánicos volátiles (COVs) gracias a un tubo de carbón activado que nos sirvió como método de referencia para que estos gases quedaran atrapados y posteriormente hacerle su análisis. Además este también puede ser utilizado para realizar estudios de higiene industrial al igual que las pruebas ambientales.

Diseñado especificamente para las aplicaciones sobre el trabajador y de monitoreo perimetral, el cual es utilizado típicamente con dispositivos de colección, tales como filtros, golpeadores, tubos de muestras de sorbentes y bolsas de muestras.

La metodología central para la obtención y determinación química de los COV’S que se empleará, será el método TO1 de la USEPA para el monitoreo ambiental, en tanto que para muestras de exposición personal se utilizará el 12 de OSHA, y el 1500 de NIOSH (seguridad e higiene) poniendo especial atención en las emisiones evaporativas de los Compuestos Orgánicos volátiles (COV’s).

El método TO1 es utilizado en forma general para monitorear a COV‘s no polares, incluyendo al Benceno, al tolueno y xileno.

El monitor ambiental personal ( PEM ) es un impactor que utiliza un filtro de fibra de vidrio. El impactor captura partículas aerodinámicas con un tamaño entre 2.5 y 10 micrómetros. Las partículas pequeñas son colectadas en un filtro, para que posteriormente aplicandole un método de extracción podamos realizar una técnica colorimetrica y así obtener las concentraciones de sulfatos y nitratos.

El muestre0 seguido por el análisis es el Único método satisfactorio para determinar la composición de las partículas y gases atmosféricos. VISTA ESQUEMATICA

MINIVOL

Es un aparato portátil que se utiliza para recolectar muestras de partículas PM10, PM2.5 y partículas suspendidas totales, así como de contaminantes gaseosos. Es básicamente una bomba con un programador de tiempo que puede establecerse para ser varios muestreos a lo largo de 24 hrs. Dentro de sus principales características posee un tamaño manejable, es ligero, puede ser usado con baterias y es ideal para monitorear en Breas donde no existe un sistema de monitoreo permanente.

COLECTOR DE ALTO V O L U M E N 222234

CALIBRACION DE LAS SUMBAS SKC

-:

M I N I V O L (PORTATIL )

MINIVOL ( I N T E R I O R E S Y E X T E R I O R E S )

P R O G R A M A N D O MINIVOL ( 2 4 HOKAS)

ANALISIS QUIMICO DE LAS MUESTRAS

IDETERMINACION DE SULFATOS Y I I NITRATOS FILTRO DE FIBRA DE VIDRIO DE 47 MM.

47 MM.

MINIVOL NOROESTE

No. Filtro SULFATOS NITRATOS

labs. JABS-BLANCO ABS-BLANCO UG N03 abs. UG So4 0.034

0,05

0,053 0,027

0,016 0,021

0,025

0,022

0,022

0,041

0,023

0,04 0.032

0.038 0.043

0.44

0,058 0,052

0,032 0,043

0,034 0,023

0,027

0,023

0,047

0,038

0,041

0,034

0.05.4 0,065 0,023

1.1 1875

1.61875

1 ,725

0.9

0.556 0.71 2

0.83

O. 743

0.743

1.337

0.775

1.30 1.05625

1.24375

1.4

1.431 25

1.86

1.68

2 . 0 5 6 1.4

1.118

0.775

0.9

0.775

1 .S25

1.275

1.618

1.33

1.118

1.743

2.08 0.775

ANALISIS QUlMlCO DE LAS MUESTRAS

64 0,0361 0,027 34,91124261 0,05:

ABS-BLANCO UG N03

0,026

0,037

0,085 0,029

0,014

0,029 0,016

0,024

0,032 0,024

0,029

0,027

0,031 0,037 0,029 0,054 0,056

0,041

0,027

0,056 0,047

0,024

0,044

0,045

0,056 0,041

0,032

0,085

0,044

O W 0,029

0,039 0'04

0,04

0,041

0,86875

1,2125

1,61875

2,7125

0,9625

0,4Q375

0,9625

0,55625

0,80625

1,05625

0,80625

0,9625

09 1,025

1,2125

0,9625 1,74375

1,775

1,3375

0,g

1,80625

1,525

0,80625 1,431 25

1,4625

1,80625

1,3375

1,05625 2,7125

1,431 25

1,30625

0,9625 1,275

1,30625

1,30625

1,3375

0,012 0,011 0,007

9,008 0,023

0,095 0,074 0,076

0,059 0,066 0,067 0,077

0,431 25 0,4

0,275 0,30625 0,775 3,025

2,36875 2,431 25

1,9 2,11875

2,15 2,4625

FASE DE FILTRACION ( W h a t m a n No. 4 )

REACTIVOS UTILIZADOS PARA ANALIZAR NITRATOS

CONCLUSIONES

Diversos organismos gubernamentales e instituciones academicas se encuentran realizando estudios e investigaciones sobre el origen de las partículas, los procesos fotoquímicos que las transforman en el aire, su efecto en la visibilidad y la acidez de la lluvia, así como su viabilidad biológica. Cabe mencionar que dichos estudios e investigaciones son llevados incluso a casas-habitación, como lo que se realizo en éste estudio, en donde se trato de establecer una comparación entre la concentración real de partículas (extracción de sulfatos y nitratos) de la zona Sureste con la del Noroeste tanto en el interior como en el exterior. Con lo cual llegamos a la conclusión de que existe una cantidad de sulfatos en ambas zonas geográficas, lo anterior en virtud de que como se menciono al principio de éste trabajo, la emisión potencial de partículas generadas por la erosión del suelo y áreas sin pavimento asciende a 342 mil toneladas al año, donde casi el 12% son áreas no pavimentadas (SEDUE, 1993).

Es importante señalar que se debe dar un seguimiento continuo a los muestreos, ya que de ello dependerá la confiabilidad de estos resultados, además de que permitirá disehar nuevas estrategias para el control de dichas partículas.

Dentro de los principales contaminantes que propician el nacimiento de las partículas en el ambiente, por su origen se clasifican en:

a) Primarios: emitidos directamente de la fuente b) Secundarios: formado en la atmóTfera por interacciones químicas de los

contaminantes primarios y constituyentes atmosféricos normales.

Podemos decir que una posible solución al problema es el hecho de que rescatemos y expandamos nuestras áreas verdes, se descentralicen las industrias más contaminantes, se lleve a cabo una reforestación en el área urbana, se racionalice el consumo de combustibles y transformación tecnológca de los procesos de combustión en nuestras casas, industrias, automóviles y servicios.

Por último podemos decir que la forma de remover los contaminantes de las emisiones depende del contaminante: si es gaseoso o está en forma de partículas. El comportamiento de las partículas se puede modificar por el uso de fuerzas fisicas. En cambio, los gases son homogéneos respecto al gas acarreador y su remoción solo se puede lograr por difusión hacia superhies de control que absorben de manera selectiva a los contaminantes, o se presenta una reacción química que los transforma en productos menos nocivos.

CRITERIOS A EVALUAR Se tomo en cuenta la asistencia, puntualidad y principalmente el entusiasmo que puso para el desarrollo del proyecto. En cuanto al análisis de las muestras, se verifico que el procedimiento se realizara conforme a la NOM-PA-CCA-002/93.

RECOMENDACIONES

Me gustaría que se impartieran Diplomados de temas relacionados a la problemática ambiental que estamos viviendo, ya que es importante que nosotros como profesionistas tengamos las herramientas necesarias para contribuir en l a solución de problemas tan graves y que a su vez atentan contra el bienestar de la humanidad

BIBLIOGRAFIA

m Casanelles, Eusebi. 1983. La Contaminación, hoy. Editorial Teide. España.

Finlayson-Pitts J.B. Y Pitts N.J. Jr. 1986. Atmospheric Chemistry, fundamental and experimental techniques Wiley. Nueva York.

Lance, Wallece. 1996. lndoor Particles: A Review. Journal of the Air & Waste Management Association. 46: 98- 126.

Norma Oficial Mexicana NOM-PA-CCAM-002/93. Que establece los métodos de medición para determinar la concentración de partículas suspendidas totales en el aire ambiente y el procedimiento para la calibración de los equipos de medición.

m SEDUE (Secretaria de Desarrollo Urbano y Ecología ). 1986 lnforme sobre el estado del Medio Ambiente en México. México, D.F.

SEDUE Comisión Metropolitana para la prevención y control de la contaminación ambiental en el Valle de México. 1993.

Straws, W. Main Waring S.J. 1993. Contaminación del aire, Ed. Trillas. México.

m Universidad Iberoamericana. 1995. Desarrollo del Curso “Tecnología Ambiental” Tesis.

Villalobos-Pietrini R., Blanco s. y Gómez-Arroyo S. (1995) Mutagenicity assesmen of airborne particles in Mexico city. Atmospheric Enviroment 29 (4) 5 17- 524.

Martha Columba Trejo Castro, 90337043, Lic. Biología Clave: B.012.98 fecha de entrega 2 de Febrero de 1999. METODOS DE MUESTRE0 Y ANALISIS DE EXPOSICION A CONTAMINANTES AMBIENTALES. Asesor Interno: Biol. Edmundo Ducoing Chahó, Prof. Tit. "A" de tiempo Completo Departamento de Hidrobiología. Asesor Externo: Dr. Alfonso Garcia Gutiérrez, Subdirector de Investigación de calidad del aire. Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental (CENICA). La contaminación del aire en la ciudad de México es un problema ambiental que se ha ido acrecentando a través de los años, debido entre otras cosas a la erosión del suelo. Sin embargo, las actividades antropogénicas (actividades realizadas por el hombre), son las que tienen mayor contribución, particularmente en ciudades con elevada densidad demográfica dando como resultado actividades que paradójicamente llevan hacia el desarrollo de un país. La gran cantidad de partículas aunada a las elevadas cantidades de compuestos químicos, en aire, agua, y suelo, así como la proliferación de éstos para su uso en ambientes de trabajo y en el hogar ha conducido a realizar acciones tendientes a identificar y evaluar sus efectos y el riesgo que implican para la salud. El título del trabajo es "Métodos de muestreo y análisis de exposición a contaminantes ambientales" es de suma importancia saber cuáles son y cómo funcionan los equipos que tenemos para muestrear las partículas. En éste trabajo el objetivo especifico fue monitorear a corto plazo las partículas con diámetro aerodinámico igual a 10 micrómetros, o también llamadas PM 10. Durante un mes de hicieron muestreos cada 24 horas con minivol portátil tomándose muestras tanto para interiores como exteriores, en dos puntos diferentes de las zonas Sureste y Noroeste. Los resultados obtenidos se colocaron en una base de datos de los 160 filtros ocupados durante el muestreo, en donde se incluye el análisis de sulfatos así como de nitratos, mediante la técnica colorimetrica (espectrofotometro). Posteriormente se hizo una regresión lineal y se obtuvo la concentración basal de partículas, para posteriormente hacer gráficas comparativas entre los puntos antes mencionados. Con ello podemos concluir que en las dos zonas se encuentran gran cantidad de sulfatos, en virtud de que según estadísticas la emisión potencial de partículas generadas por la erosión del suelo representa cerca del 12% son áreas no pavimentadas. Una posible solución al problema es rescatar y expandir las beas verdes, así corno una descentralización de las industrias mas contaminantes etc. Ademas es importante señalar que se le debe dar un seguimiento continuo a los muestreos, ya que de ello dependerá diseñar nuevas estrategias para el control de dichas partículas.