Miércoles, marzo de 09 2011 21: 49

Naturaleza y fuentes de contaminantes químicos en interiores

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Contaminantes químicos característicos

Los contaminantes químicos del aire interior pueden presentarse como gases y vapores (inorgánicos y orgánicos) y partículas. Su presencia en el ambiente interior es el resultado de la entrada al edificio desde el ambiente exterior o su generación dentro del edificio. La importancia relativa de estos orígenes en interiores y exteriores difiere para diferentes contaminantes y puede variar con el tiempo.

Los principales contaminantes químicos que se encuentran comúnmente en el aire interior son los siguientes:

  1. dióxido de carbono (CO2), que es un producto metabólico y se utiliza a menudo como indicador del nivel general de contaminación del aire relacionado con la presencia de seres humanos en interiores
  2. monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx) y dióxido de azufre (SO2), que son gases de combustión inorgánicos formados predominantemente durante la combustión de combustibles y ozono (O3), que es un producto de reacciones fotoquímicas en atmósferas contaminadas, pero también puede ser liberado por algunas fuentes interiores
  3. compuestos orgánicos que se originan a partir de una variedad de fuentes interiores y exteriores. Cientos de productos químicos orgánicos se encuentran en el aire interior, aunque la mayoría están presentes en concentraciones muy bajas. Estos se pueden agrupar según sus puntos de ebullición y una clasificación ampliamente utilizada, que se muestra en la Tabla 1, identifica cuatro grupos de compuestos orgánicos: (1) compuestos orgánicos muy volátiles (VVOC); (2) volátil (VOC); (3) semivolátil (SVOC); y (4) compuestos orgánicos asociados con material particulado (POM). Los compuestos orgánicos en fase de partículas se disuelven o se adsorben en materia particulada. Pueden ocurrir tanto en la fase de vapor como de partículas dependiendo de su volatilidad. Por ejemplo, los hidrocarburos poliaromáticos (HAP) que constan de dos anillos de benceno fusionados (p. ej., naftaleno) se encuentran principalmente en la fase de vapor y los que constan de cinco anillos (p. ej., benceno).a]pireno) se encuentran predominantemente en la fase de partículas.

 

Tabla 1. Clasificación de contaminantes orgánicos en interiores

Categoría

Descripción

Abreviatura

Rango de ebullición (ºC)

Métodos de muestreo típicamente utilizados en estudios de campo

1

Compuestos orgánicos muy volátiles (gaseosos)

COVV

0 al 50-100

muestreo por lotes; adsorción en carbón

2

Compuestos orgánicos volátiles

COV

50-100 a 240-260

Adsorción en Tenax, negro de carbono molecular o carbón

3

Compuestos orgánicos semivolátiles

COSV

240-260 a 380-400

Adsorción sobre espuma de poliuretano o XAD-2

4

Compuestos orgánicos asociados a material particulado o materia orgánica particulada


POM


380


Filtros de colección

 

Una característica importante de los contaminantes del aire interior es que sus concentraciones varían tanto espacial como temporalmente en mayor medida que en el exterior. Esto se debe a la gran variedad de fuentes, al funcionamiento intermitente de algunas de las fuentes ya los diversos sumideros presentes.

Las concentraciones de contaminantes que surgen principalmente de fuentes de combustión están sujetas a una variación temporal muy grande y son intermitentes. Las liberaciones episódicas de compuestos orgánicos volátiles debidas a actividades humanas, como la pintura, también provocan grandes variaciones en las emisiones con el tiempo. Otras emisiones, como la liberación de formaldehído de productos a base de madera, pueden variar con las fluctuaciones de temperatura y humedad en el edificio, pero la emisión es continua. La emisión de productos químicos orgánicos de otros materiales puede depender menos de las condiciones de temperatura y humedad, pero sus concentraciones en el aire interior se verán muy influenciadas por las condiciones de ventilación.

Las variaciones espaciales dentro de una habitación tienden a ser menos pronunciadas que las variaciones temporales. Dentro de un edificio puede haber grandes diferencias en el caso de fuentes localizadas, por ejemplo, fotocopiadoras en una oficina central, cocinas de gas en la cocina del restaurante y fumar tabaco restringido a un área designada.

Fuentes dentro del edificio

Los niveles elevados de contaminantes generados por la combustión, en particular el dióxido de nitrógeno y el monóxido de carbono en los espacios interiores, por lo general son el resultado de aparatos de combustión sin ventilación, con ventilación inadecuada o mal mantenidos y por fumar productos de tabaco. Los calefactores de queroseno y de gas sin ventilación emiten cantidades significativas de CO, CO2, Yo no hex, ASI QUE2, partículas y formaldehído. Las cocinas y los hornos de gas también liberan estos productos directamente al aire interior. En condiciones normales de funcionamiento, los calentadores de aire forzado a gas ventilados y los calentadores de agua no deben liberar productos de combustión al aire interior. Sin embargo, pueden ocurrir derrames de gases de combustión y tiros inversos con aparatos defectuosos cuando la habitación está despresurizada por sistemas de escape de la competencia y bajo ciertas condiciones meteorológicas.

humo de tabaco ambiental

La contaminación del aire interior por el humo del tabaco es el resultado de la corriente lateral y el humo principal exhalado, generalmente denominado humo de tabaco ambiental (ETS). Se han identificado varios miles de componentes diferentes en el humo del tabaco y las cantidades totales de los componentes individuales varían según el tipo de cigarrillo y las condiciones de generación del humo. Los principales químicos asociados con ETS son nicotina, nitrosaminas, HAP, CO, CO2, Yo no hex, acroleína, formaldehído y cianuro de hidrógeno.

Materiales de construcción y mobiliario.

Los materiales que han recibido mayor atención como fuentes de contaminación del aire interior han sido los tableros a base de madera que contienen resina de urea formaldehído (UF) y el aislamiento de paredes huecas UF (UFFI). La emisión de formaldehído de estos productos da como resultado niveles elevados de formaldehído en los edificios y esto se ha asociado con muchas quejas sobre la mala calidad del aire interior en los países desarrollados, particularmente a fines de la década de 1970 y principios de la de 1980. La Tabla 2 da ejemplos de materiales que liberan formaldehído en edificios. Estos muestran que las tasas de emisión más altas pueden estar asociadas con los productos a base de madera y UFFI, que son productos que a menudo se usan ampliamente en edificios. Los tableros de partículas se fabrican a partir de partículas de madera finas (alrededor de 1 mm) que se mezclan con resinas UF (6 a 8 % en peso) y se prensan en paneles de madera. Es ampliamente utilizado para pisos, revestimientos de paredes, estanterías y componentes de gabinetes y muebles. Las capas de madera dura están unidas con resina UF y se usan comúnmente para paneles de pared decorativos y componentes de muebles. Los tableros de fibra de densidad media (MDF) contienen partículas de madera más finas que las que se utilizan en los tableros de partículas y también están ligadas con resina UF. El MDF se usa con mayor frecuencia para muebles. La principal fuente de formaldehído en todos estos productos es el formaldehído residual atrapado en la resina como resultado de su presencia en exceso necesaria para la reacción con la urea durante la fabricación de la resina. Por lo tanto, la liberación es mayor cuando el producto es nuevo y disminuye a un ritmo que depende del grosor del producto, la intensidad de la emisión inicial, la presencia de otras fuentes de formaldehído, el clima local y el comportamiento de los ocupantes. La tasa de disminución inicial de las emisiones puede ser del 50 % durante los primeros ocho a nueve meses, seguida de una tasa de disminución mucho más lenta. La emisión secundaria puede ocurrir debido a la hidrólisis de la resina UF y, por lo tanto, las tasas de emisión aumentan durante los períodos de temperatura y humedad elevadas. Los esfuerzos considerables de los fabricantes han llevado al desarrollo de materiales de baja emisión mediante el uso de proporciones más bajas (es decir, más cercanas a 1:1) de urea a formaldehído para la producción de resina y el uso de eliminadores de formaldehído. La regulación y la demanda de los consumidores han resultado en el uso generalizado de estos productos en algunos países.

Tabla 2. Tasas de emisión de formaldehído de una variedad de materiales de construcción, muebles y productos de consumo

 

Rango de tasas de emisión de formaldehído (mg/m2/día)

Fibra de madera de densidad media

17,600-55,000

Paneles de madera contrachapada de madera dura

1,500-34,000

Tablero de partículas

2,000-25,000

Aislamiento de espuma de urea-formaldehído

1,200-19,200

Madera contrachapada de madera blanda

240-720

Productos de papel

260-680

Productos de fibra de vidrio

400-470

Ropa

35-570

Pavimentos resilientes

240

Alfombras

0-65

Tela de tapicería

0-7

 

Los materiales de construcción y el mobiliario liberan una amplia gama de otros COV que han sido objeto de una creciente preocupación durante las décadas de 1980 y 1990. La emisión puede ser una mezcla compleja de compuestos individuales, aunque unos pocos pueden ser dominantes. Un estudio de 42 materiales de construcción identificó 62 especies químicas diferentes. Estos COV eran principalmente hidrocarburos alifáticos y aromáticos, sus derivados de oxígeno y terpenos. Los compuestos con las concentraciones de emisión en estado estacionario más altas, en orden decreciente, fueron tolueno, m-xileno, terpeno, n-acetato de butilo, n-butanol, n-hexano, p-xileno, acetato de etoxilo, n-heptano y o-xileno. La complejidad de las emisiones ha dado lugar a que las emisiones y concentraciones en el aire a menudo se notifiquen como la concentración o liberación total de compuestos orgánicos volátiles (TVOC). La Tabla 3 ofrece ejemplos de tasas de emisión de TVOC para una gama de productos de construcción. Estos muestran que existen diferencias significativas en las emisiones entre los productos, lo que significa que si se dispusiera de datos adecuados, los materiales podrían seleccionarse en la etapa de planificación para minimizar la liberación de COV en edificios de nueva construcción.

Tabla 3. Concentraciones totales de compuestos orgánicos volátiles (TVOC) y tasas de emisión asociadas con varios revestimientos y recubrimientos para pisos y paredes

Tipo de material

Concentraciones (mg/m3)

Tasa de emisión
(Mg / m
2hora)

Papel pintado

vinilo y papel

0.95

0.04

Vinilo y fibras de vidrio

7.18

0.30

Papel impreso

0.74

0.03

revestimiento de paredes

arpillera

0.09

0.005

PVCa

2.43

0.10

Textil

39.60

1.60

Textil

1.98

0.08

Recubrimiento de piso

Linóleo

5.19

0.22

Fibras sinteticas

1.62

0.12

Caucho

28.40

1.40

Plástico blando

3.84

0.59

PVC homogéneo

54.80

2.30

Revestimientos

Látex acrílico

2.00

0.43

Barniz, epoxi transparente

5.45

1.30

Barniz, poliuretano,
dos componentes

28.90

4.70

Barniz, endurecido al ácido

3.50

0.83

a PVC, policloruro de vinilo.

Se ha demostrado que los conservantes de madera son una fuente de pentaclorofenol y lindano en el aire y en el polvo dentro de los edificios. Se utilizan principalmente para la protección de la madera para la exposición al aire libre y también se utilizan en biocidas aplicados para el tratamiento de la pudrición seca y el control de insectos.

Productos de consumo y otras fuentes de interior

La variedad y el número de productos de consumo y domésticos cambian constantemente, y sus emisiones químicas dependen de los patrones de uso. Los productos que pueden contribuir a los niveles de VOC en interiores incluyen productos en aerosol, productos de higiene personal, solventes, adhesivos y pinturas. La Tabla 4 ilustra los principales componentes químicos en una gama de productos de consumo.

Tabla 4. Componentes y emisiones de productos de consumo y otras fuentes de compuestos orgánicos volátiles (COV)

Fuente

Compuesto

Tasa de emisión

Agentes de limpieza y
los pesticidas

Cloroformo
1,2-Dicloroetano
1,1,1-tricloroetano
Tetracloruro de carbono
m-diclorobenceno
p-diclorobenceno
n-decano
n-undecano

15 μg/m2.h
1.2 μg/m2.h
37 μg/m2.h
71 μg/m2.h
0.6 μg/m2.h
0.4 mg/mXNUMX2.h
0.2 μg/m2.h
1.1 μg/m2.h

pastel de polilla

p-diclorobenceno

14,000 μg/m2.h

ropa limpia en seco

tetracloroetileno

0.5-1 mg/m2.h

cera liquida para pisos

TVOC (trimetilpenteno y
isómeros de dodecano)

96 g / m2.h

Pasta de cera para cuero

TVOC (pineno y 2-metil-
1-propanol)

3.3 g / m2.h

Detergente

TVOC (limoneno, pineno y
mirceno)

240 mg/mXNUMX2.h

Emisiones humanas

Acetona
El acetaldehído
Ácido acético
Alcohol metílico

50.7 mg / día
6.2 mg / día
19.9 mg / día
74.4 mg / día

papel para imprimir

Formaldehído

0.4 μg/forma

Humidificador de vapor

dietilaminoetanol,
ciclohexilamina

-

Máquina de copia húmeda

2,2,4-trimetilheptano

-

Disolventes domésticos

Tolueno, etilbenceno

-

removedores de pintura

diclorometano, metanol

-

removedores de pintura

diclorometano, tolueno,
propano

-

protector de tela

1,1,1-tricloroetano, pro-
cristal, destilados de petróleo

-

Pintura latex

2-propanol, butanona, etil-
benceno, tolueno

-

ambientador

nonano, decano, etil-
heptano, limoneno

-

ducha de agua

cloroformo, tricloroetileno

-

 

Otros COV se han asociado con otras fuentes. El cloroformo se introduce en el aire interior principalmente como resultado de dispensar o calentar agua del grifo. Las copiadoras de procesos líquidos liberan isodecanos al aire. Los insecticidas utilizados para controlar cucarachas, termitas, pulgas, moscas, hormigas y ácaros se utilizan ampliamente como aerosoles, dispositivos de nebulización, polvos, tiras impregnadas, cebos y collares para mascotas. Los compuestos incluyen diazinón, paradiclorobenceno, pentaclorofenol, clordano, malatión, naftaleno y aldrín.

Otras fuentes incluyen ocupantes (dióxido de carbono y olores), equipos de oficina (COV y ozono), crecimiento de moho (COV, amoníaco, dióxido de carbono), tierra contaminada (metano, COV) y filtros de aire electrónicos y generadores de iones negativos (ozono).

Contribución del entorno externo

La Tabla 5 muestra las relaciones interiores-exteriores típicas de los principales tipos de contaminantes que se producen en el aire interior y las concentraciones medias medidas en el aire exterior de las zonas urbanas del Reino Unido. El dióxido de azufre en el aire interior es normalmente de origen exterior y proviene tanto de fuentes naturales como antropogénicas. La combustión de combustibles fósiles que contienen azufre y la fundición de minerales sulfurados son fuentes importantes de dióxido de azufre en la troposfera. Los niveles de fondo son muy bajos (1 ppb), pero en áreas urbanas las concentraciones máximas por hora pueden ser de 0.1 a 0.5 ppm. El dióxido de azufre puede ingresar a un edificio en el aire utilizado para la ventilación y puede infiltrarse a través de pequeños espacios en la estructura del edificio. Esto depende de la hermeticidad del edificio, las condiciones meteorológicas y las temperaturas internas. Una vez dentro, el aire entrante se mezclará y se diluirá con el aire interior. El dióxido de azufre que entra en contacto con los materiales de construcción y mobiliario se adsorbe y esto puede reducir significativamente la concentración en el interior con respecto al exterior, especialmente cuando los niveles de dióxido de azufre en el exterior son altos.

Cuadro 5. Principales tipos de contaminantes químicos del aire interior y sus concentraciones en las zonas urbanas del Reino Unido

Sustancia/grupo de
sustancias

Relación de concentraciones
Interiores exteriores

Urbano típico
centraciones

dióxido de azufre

~ 0.5

10-20 partes por billón

Dioxido de nitrogeno

≤5-12 (fuentes interiores)

10-45 partes por billón

Ozone

0.1-0.3

15-60 partes por billón

Dióxido de carbono

1-10

350 ppm

Monóxido de carbono

≤5-11 (fuente interior)

0.2 10-ppm

Formaldehído

≤ 10

0.003 mg/mXNUMX3

Otros compuestos orgánicos
tolueno
Benceno
m-y p-xilenos

1-50



5.2 μg/m3
6.3 μg/m3
5.6 μg/m3

Partículas suspendidas

0.5-1 (excluyendo ETSa)
2-10 (incluyendo ETS)

50-150 μg/m3

a ETS, humo de tabaco ambiental.

Los óxidos de nitrógeno son un producto de la combustión, y las principales fuentes incluyen los gases de escape de los automóviles, las estaciones generadoras de electricidad que funcionan con combustibles fósiles y los calentadores domésticos. El óxido nítrico (NO) es relativamente no tóxico, pero se puede oxidar a dióxido de nitrógeno (NO2), particularmente durante los episodios de contaminación fotoquímica. Las concentraciones de fondo de dióxido de nitrógeno son de aproximadamente 1 ppb, pero pueden llegar a 0.5 ppm en áreas urbanas. El exterior es la principal fuente de dióxido de nitrógeno en edificios sin aparatos de combustible sin ventilación. Al igual que con el dióxido de azufre, la adsorción por las superficies internas reduce la concentración en el interior en comparación con la del exterior.

El ozono se produce en la troposfera por reacciones fotoquímicas en atmósferas contaminadas, y su generación está en función de la intensidad de la luz solar y la concentración de óxidos de nitrógeno, hidrocarburos reactivos y monóxido de carbono. En sitios remotos, las concentraciones de fondo de ozono son de 10 a 20 ppb y pueden superar las 120 ppb en áreas urbanas en los meses de verano. Las concentraciones en interiores son significativamente más bajas debido a la reacción con las superficies interiores y la falta de fuentes fuertes.

Se estima que la liberación de monóxido de carbono como resultado de actividades antropogénicas representa el 30% del presente en la atmósfera del hemisferio norte. Los niveles de fondo son de aproximadamente 0.19 ppm y en áreas urbanas un patrón diurno de concentraciones está relacionado con el uso del vehículo motorizado con niveles máximos por hora que van desde 3 ppm a 50 a 60 ppm. Es una sustancia relativamente no reactiva y, por lo tanto, no se agota por reacción o adsorción en superficies interiores. Por lo tanto, las fuentes interiores, como los aparatos de combustible sin ventilación, se suman al nivel de fondo debido al aire exterior.

La relación interior-exterior de los compuestos orgánicos es específica del compuesto y puede variar con el tiempo. Para los compuestos con fuertes fuentes en interiores, como el formaldehído, las concentraciones en interiores suelen ser dominantes. Para el formaldehído, las concentraciones al aire libre suelen estar por debajo de 0.005 mg/m3 y las concentraciones en interiores son diez veces más altas que los valores en exteriores. Otros compuestos, como el benceno, tienen fuertes fuentes al aire libre, siendo los vehículos de gasolina de particular importancia. Las fuentes interiores de benceno incluyen ETS y esto da como resultado que las concentraciones medias en los edificios del Reino Unido sean 1.3 veces más altas que las del exterior. El ambiente interior no parece ser un sumidero importante para este compuesto y, por lo tanto, no protege contra el benceno del exterior.

Concentraciones típicas en edificios

Las concentraciones de monóxido de carbono en ambientes interiores comúnmente oscilan entre 1 y 5 ppm. La Tabla 6 resume los resultados informados en 25 estudios. Las concentraciones son más altas en presencia de humo de tabaco ambiental, aunque es excepcional que las concentraciones superen las 15 ppm.

Tabla 6. Resumen de mediciones de campo de óxidos de nitrógeno (NOx) y monóxido de carbono (CO)

Planta

NOx valores (ppb)

Valores medios de CO
(Ppm)

Oficinas

Fumar
Control

42-51
-

1.0-2.8
1.2-2.5

Otros lugares de trabajo

Fumar
Control

NDa-82
27

1.4-4.2
1.7-3.5

Transporte

Fumar
Control

150-330
-

1.6-33
0-5.9

Restaurantes y cafeterías

Fumar
Control

5-120
4-115

1.2-9.9
0.5-7.1

bares y tabernas

Fumar
Control

195
4-115

3-17
~ 1-9.2

a ND = no detectado.

Las concentraciones de dióxido de nitrógeno en interiores suelen ser de 29 a 46 ppb. Si hay fuentes particulares, como estufas de gas, las concentraciones pueden ser significativamente más altas y fumar puede tener un efecto medible (consulte la tabla 6).

Muchos COV están presentes en el ambiente interior en concentraciones que van desde aproximadamente 2 a 20 mg/m3. En la Figura 52,000 se resume una base de datos de EE. UU. que contiene 71 3 registros sobre 50 productos químicos en hogares, edificios públicos y oficinas.3. Los materiales de construcción contribuyen significativamente a las concentraciones en interiores y es probable que las casas nuevas tengan una mayor cantidad de compuestos que excedan los 100 mg/m3. La renovación y la pintura contribuyen a niveles significativamente más altos de VOC. Las concentraciones de compuestos como el acetato de etilo, el 1,1,1-tricloroetano y el limoneno pueden superar los 20 mg/m3 durante las actividades de los ocupantes y durante la ausencia de los residentes, la concentración de una serie de COV puede disminuir en aproximadamente un 50 %. Se han descrito casos específicos de concentraciones elevadas de contaminantes debido a materiales y muebles asociados con quejas de los ocupantes. Estos incluyen aguarrás de cursos inyectados a prueba de humedad, naftaleno de productos que contienen alquitrán de hulla, etilhexanol de pisos de vinilo y formaldehído de productos a base de madera.

Figura 1. Concentraciones diarias en interiores de compuestos seleccionados para sitios interiores.

AIRE030T7

La gran cantidad de COV individuales que se encuentran en los edificios dificulta detallar las concentraciones de más de los compuestos seleccionados. El concepto de TVOC se ha utilizado como una medida de la mezcla de compuestos presentes. No existe una definición ampliamente utilizada en cuanto a la gama de compuestos que representa el TVOC, pero algunos investigadores han propuesto que limitar las concentraciones por debajo de 300 mg/m3 debe minimizar las quejas de los ocupantes sobre la calidad del aire interior.

Los pesticidas que se usan en interiores tienen una volatilidad relativamente baja y las concentraciones se encuentran en el rango bajo de microgramos por metro cúbico. Los compuestos volatilizados pueden contaminar el polvo y todas las superficies interiores debido a sus bajas presiones de vapor y su tendencia a ser absorbidos por los materiales interiores. Las concentraciones de PAH en el aire también están fuertemente influenciadas por su distribución entre las fases de gas y aerosol. El hecho de que los ocupantes fumen puede tener un fuerte efecto en las concentraciones del aire interior. Las concentraciones de PAH oscilan típicamente entre 0.1 y 99 ng/m3.

 

 

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