Determinación del aporte de fuentes a la contaminación del aire por material particulado en el área minera del Cerrejón (La Guajira, Colombia) a través del modelo de receptor CMB (2017)
RESUMEN: La mina del Cerrejón, ubicada en el norte de Colombia, en los últimos ocho años (2009 - 2016), ha mantenido la producción anual de carbón por encima de los 30 millones de toneladas (Mt) y una masa de estéril excavado en el mismo periodo es de 226,2 Mt. Todo este proceso se realiza en un área de 21.587 hectáreas (ha). El modelo de balance químico de masa (CMB), se escogió como el método para determinar los principales aportes de material particulado PM10, en las operaciones de minería de carbón a cielo abierto. Para la aplicación del CMB, se escogieron cinco estaciones distribuidas de norte a sur en la Mina el Cerrejón, para el muestreo de receptores. Se tuvo en cuenta, que las estaciones cubrieran los 6 tajos (pit) de explotaciones denominadas: tajo La puente, tajo Tabaco, tajo Patilla, tajo Comunero, tajo 100 y tajo Oreganal. Las estaciones seleccionadas están localizadas en la zona norte: estación Sol y Sombra (SS); zona centro: estación Patilla (PT) y estación Provincial (PV) y zona sur: estación Barranca (BR) y estación Las Casitas (LC). Para la identificación y selección de los sitios para muestreo en fuentes, se utilizaron los factores de emisiones en minas de superficies de la Agencia de protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), sumado a los volúmenes de material extraído, transportado y almacenado, los resultados de los estudios de las características físicas de las vías y materiales del Cerrejón. Se cuantificó las emisiones de material particulado PM10, para cada actividad y para cada uno de los tipos de fuentes identificadas en la operación minera. Se escogieron las actividades de vías, cargue, suelo (meteorizado) y pilas de almacenaje. Adicionalmente, se agregaron las actividades de emisiones del tubo de escape de vehículos y aerosoles marinos. Los puntos de muestreo de fuentes, también fueron distribuidos, de tal manera que se cubrieran las 6 áreas de explotación, incluidas en el muestreo de receptores. Los datos meteorológicos utilizados en el análisis, se obtuvieron de la Red de calidad de aire del Cerrejón. Esta red está compuesta por 19 estaciones, de las cuales 3, tienen sensores meteorológicos automáticos. La caracterización química de especies inorgánicas en las partículas PM10, en las estaciones de muestreo en el receptor, mostraron elementos mayoritarios (Na, Mg, Al, K, Ca), con promedios de concentraciones entre 100 a 1900 ng/m3; b) elementos intermedios (Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ba), con promedios de concentraciones entre 1 a 100 ng/m3; c) elementos minoritarios (Li, Be, V, Ni, Co, Ga, As, Se, Sr, Rb, Mo, Cd, Ag, In, Sb, Cs, Hg, Ti, Pb, Bi, U), con promedios de concentraciones < de 1 ng/m3. Las concentraciones en µg/m3 de los nueve iones del análisis, mostraron que las especies SO42-, Na+ y NH4+, presentaron las concentraciones más altas de los iones estudiados. En el total de las 210 muestras, el 75% de la suma de las masas de iones, corresponde a estos tres iones. El 25% restante se distribuye en los iones K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, NO3-, PO43-. Las concentraciones de carbono orgánico y carbono elemental, resultaron superiores, en las estaciones ubicadas en la zona de influencia directa de las operaciones mineras (LC, BR, PT y PV), con relación a la estación de blanco o de referencia (SS), lo cual sugiere, que estos componentes son aportados significativamente por las actividades mineras, desarrolladas en la zona. Las contribuciones a concentraciones de PM10, en minas de carbón a cielo abierto, son originadas principalmente, en un 76%, en las mismas actividades mineras. Las vías aportaron una contribución a la masa de PM10, entre 60 al 66%, en las estaciones al interior de la minas. Con concentraciones entre 28,23 a 54,88 µg/m3. Las contribuciones a concentraciones de PM10, de las otras fuentes se distribuyeron así: pilas (9% -14%); cargue (0,19% -10%); meteorizado (6% -8%); aerosoles marinos (2% -7%) y gasas de escape de automóviles (2% -14%). En la estación de fondo (SS), los aportes de escape de automóviles, fueron de 2 a 4 veces mayores a las concentraciones promedios en las estaciones PV, LC, PT y BR, lo que permitió concluir la presencia de una fuente de aporte significativo en esta estación. La explicación, fue la presencia de un generador eléctrico ubicado en esta estación. Con relación a los aportes individuales de especies químicas, en las estaciones mineras, los elementos abundantes fueron los indicadores de vías (Ca, Fe, OC, Al, Na+), seguido de los elementos de indicadores de cargue (OC, EC, Sc, Tl, Ca), pilas (OC, EC), aerosoles marinos (Cl-, Na+, Na, Cl, SO4=) y elementos indicadores de fuentes de automóviles (Pb, Br, Ni, V, EC, OC). La validación del modelo CMB, mostró indicadores estadísticos en los rangos requeridos en el protocolo. Este análisis mostró que la aplicación del modelo de receptor CMB, en zona minera del Cerrejón, tuvo consistencia y estabilidad en la estimación de los aportes de fuentes mineras. Los resultados del CMB, se compararon con las técnicas factor de enriquecimiento y función de probabilidad condicional.