TOXICIDAD DE LOS HIDROCARBUROS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES ADMINISTRACIÓN ADMINISTRA CIÓN AMBIENTAL TOXICOLOGIA AMBIENTAL Presentado por: FERNANDA BARRERA BRYAN PALACIO ALEX GONZALEZ CAROL HERNÁNDEZ ALEJANDRO CAMARGO DANIEL CARREÑO
TOXICIDAD DE LOS HIDROCARBUROS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES ADMINISTRACIÓN ADMINISTRA CIÓN AMBIENTAL TOXICOLOGIA AMBIENTAL Presentado por: FERNANDA BARRERA BRYAN PALACIO ALEX GONZALEZ CAROL HERNÁNDEZ ALEJANDRO CAMARGO DANIEL CARREÑO
TOXICIDAD DE LOS HIDROCARBUROS
1. Generalidades 2. Ciclo de vida 3. Vías de Exposición 4. Toxicodinámica 5. Efectos en la Salud 6. Ecotoxicología 7. Situación en Colombia 8. Conclusiones y Recomendaciones 9. Bibliografía
Los hidrocarburos (HC) son compuestos orgánicos constituidos predominantemente por moléculas de carbón e hidrógeno. Los hidrocarburos alifáticos , pueden ser moléculas ramificadas o lineales de cadena abierta, saturada o insaturada; mientras los hidrocarburos aromáticos son aquellos hidrocarburos que poseen las propiedades especiales asociadas con el núcleo o anillo del benceno.
Son clasificados en 4 tipos basados en el ordenamiento de las moléculas de carbón:
a. Alifáticos: · parafinas (o alcanos) — hidrocarburos saturados · olefinas (o alquenos) — hidrocarburos insaturados con uno o más dobles enlaces (si tienen dos de estas uniones se llamarán dienos y si tienen tres de estas doble uniones se llamarán trienos) · acetilenos (o alquinos) — hidrocarburos insaturados con uno o más triples enlaces b. Aromáticos (benceno, tolueno y naftaleno). c. Cicloparafínicos: naftenos (ciclo hexano y metilcilopentano).
A. Hidrocarburos alifáticos o lineales: 1. Hidrocarburos C1-C4: metano, etano, propano, butano. 2. Hidrocarburos C5-C8 ; n- hexano.3. Gasolina y keroseno (derivados del petróleo). B. Hidrocarburos halogenados: 1. Tetracloruro de carbono. 2. Cloroformo. 3. Diclorometano. 4. Tricloroetileno. 5. Tetracloroetileno. 6. Tricloroetano.
C. Hidrocarburos aromáticos o cíclicos: 1. Benceno. 2. Tolueno. D. Derivados nitrogenados: 1. Anilina. 2. Toluidina y nitrobencenos. E. Acetona
La mayor parte de los productos de origen petrolífero son mezclas más o menos sencillas en el caso de los gases, pero muy complejas al tratarse de fracciones líquidas. Además, los productos comerciales, los cuales deben responder a determinadas especificaciones, son generalmente mezclas de fracciones complejas: naftas, carburantes para reactores, fueloils y aceites Las principales características son: A- Tensión de vapor de los hidrocarburos puros, de las fracciones del petróleo y de sus mezclas. B- Propiedades críticas. Temperatura y presión críticas.
C- Densidad D- Propiedades térmicas: calor específico; coeficiente de compresión adiabática; calor latente de vaporización; entalpía y conductividad térmica. E- Viscosidad F- Potencia calorífica o poder calorífico G- Número de octano H- Índice de cetano IPuntos de congelación JLímites de explosividad y punto de inflamación K- Tensión superficial LSolubilidad de los hidrocarburos y de los hidrocarburos en el agua. M- Penetración y reblandecimiento de los asfaltos N- Curvas de destilación
Mediante la aplicación de distintos procesos de transformación (refinación) de los hidrocarburos, se pone a disposición del consumidor una amplia gama de productos, que podemos agrupar en: -Energéticos: que son combustibles específicos para transporte, la industria, la agricultura, la generación de corriente eléctrica y uso doméstico - Productos especiales: como lubricantes, asfaltos, grasas para vehículos y productos de uso industrial. Los combustibles que más se comercializan en nuestro país son las gasolinas, el kerosene y el diesel. El gas natural, sobre todo el GNV1, recién está penetrando el mercado de venta de combustibles.
Asimismo, la Industria Petroquímica hace uso de los elementos que se encuentran presentes en los hidrocarburos produciendo compuestos más elaborados que sirvan de materia prima para las demás industrias. Estos productos petroquímicos dan vida a muchos productos de uso difundido en el mundo actual: plásticos, acrílicos, nylon, fibras sintéticas, guantes, pinturas, envases diversos, detergentes, cosméticos, insecticidas, adhesivos, colorantes, refrigerantes fertilizantes, llantas, etc.
Figura 1. Ciclo del Carbono. Fuente: Recuperado el 20 de marzo de 2014 de: Blog de Pablo Wadt. Politica e meio ambiente. http://paulowadt.blogspot.com/2013/05 /o-trabalho-ambiental-nosso-e-osdeles.html
En el aire interactúan en el ciclo fotolítico del NO
Se depositan en agua y suelo por el descenso de partículas y lluvia
En el agua pueden disolverse, oxidarse, flotar, degradarse por bacterias y microorganismos; dependiendo de la mancha y las propiedades de los componentes.
Figura 2. Formación del petróleo. Fuente: Recuperado el 20 de marzo de 2014 de: http://www.geovirtual.cl/geologiageneral/ imagenes/petroleoforma1.gif
Figura 3. Formación del petróleo. Fuente: Recuperado el 20 de marzo de 2014 de: http://www.cienciasnaturalesonline.com/wpcontent/uploads/2009/03/petroleo1.jpg
VÍAS DE EXPOSICIÓN
Contacto Dérmico
Inhalación
Vapores de Petróleo y derivados
Asfixiantes simples
Anestésicos generales
Metano y Etano
Propano Octano, Tolueno
Depósitos de combustible
n-Hexano, Benceno, Tolueno
Tolerados a altas concentracio nes
Depresores SNC
Talleres de reparación
A mayor solubilidad en lípidos, mayor penetración en piel
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Su toxicidad aumenta con el # de carbonos
Drogadicción: Pegamento y gasolina
Ingestión (niños)
Disolventes y desengrasantes
Industria Petroquímica Fabricación de Caucho y plástico (1-penteno, isopreno, propileno, estireno).
Petróleo
Ocupacional
Derrames Pesticidas (DDT) Perfumes y aromatizante s
Áreas de Influencia
El etano, a concentraciones inferiores a 50.000 ppm (5 %) en la atmósfera, no produce efectos sistémicos por inhalación •
La exposición breve a concentraciones de propano de 10.000 ppm (1 %) no produce síntomas en el ser humano
El gas butano causa sopor, pero no efectos sistémicos, con exposiciones a 10.000 ppm (1 %) durante 10 minutos. •
Pentano, una exposición de 10 minutos a 5.000 ppm (0,5 %) no produjo irritación de las mucosas ni otros síntomas
El heptano causó un ligero mareo en hombres expuestos durante 6 minutos a 1.000 ppm (0,1 %) y durante 4 minutos a 2.000 ppm (0,2 %) El octano a concentraciones de entre 6.600 y 13.700 ppm (de 0,66 a 1,37 %) causó narcosis en ratones durante 30-90 minutos Valor límite umbral para alcanos totales (C5 a C8) de 350 mg/m3 como media ponderada en el tiempo, con un valor máximo para 15 minutos de 1.800 mg/m3 (NIOSH) El 1,3 butadieno es un probable cancerígeno humano (grupo 2ª, IARC) •
•
La OSHA ha establecido un límite de 0.2 miligramos de HAPs por metro cúbico de aire (0.2 mg/m³).
Estimulan la liberación de catecolaminas. Inhalación y contacto dérmico
Producen dependencia psíquica y algunos hasta física. Absorción:
Lenta por inhalación (5,6 15% de pulmones a sangre) –
Efecto sinérgico con la metil etil cetona
Distribución:
Exposición:
Extremadamente lenta por contacto dérmico
El más tóxico de los metabolitos de n-hexano es la 2,5hexanodiona
Ruta metabólica:
SNC y periférico, bazo, hígado y hueso.
Renal
Eliminación:
Absorción • •
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Oral Respiratoria (70-80% en 1 a 5 min) Dérmica
Distribución •
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Liposoluble (tejido adiposo, sistema nervioso, médula). Todo el organismo Atraviesa BHE y placenta
Metabolismo • • •
Hepático (citocromo P450) Daños hematológicos Cáncer
Eliminación •
• •
Renal 75% (Eliminado como Fenol, ácido S fenilmercaptúrico y los ácidos trans mucónicos.) Pulmonar 25% El procatecol podría fijarse al ADN y ejercer acción mielotóxica
Figura 5. Ruta metabólica del benceno. Fuente: Evaluación de la exposición al Benceno: control ambiental y biológico. 2003
Figura 6: Estructuras, fórmulas químicas y pesos moleculares de 16 poluyentes PAHs de acuerdo a la EPA (NRC, 1997). Recuperado el 20 de marzo de 2014 de http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358025/Material_online/Fig_4.jpg
Figura 7. Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos identificados como mutagénicos.
Figura 7. Contribución por grupos de alimentos a la ingesta de HAP totales . Fuente: Contaminantes químicos. Estudio de dieta total en Cataluña 2008
1. Pueden continuar en el aire, agua y suelo por meses o años.
2. A CORTO PLAZO: irritación ocular, nauseas, vómito, diarrea y confusión.
3. A LARGO PLAZO: cataratas, enfermedades renales y del hígado, rompimiento de los glóbulos rojos e incluso cáncer.
1. Los HAP de bajo peso molecular se absorben más que los de gran peso molecular
Fuentes
Naturales Erupciones volcánicas Incendios forestales Degradación de la Materia Orgánica • •
2. Se distribuyen por casi todos los órganos y tejidos del cuerpo que contienen grasa, son capaces de atravesar la barrera placentaria. 3. No se bioacumulan pero tienden a almacenarse en riñones, hígado, grasa y acumularse en ovarios, bazo y g. suprarrenales.
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4. Los mamíferos los pueden metabolizar por diferentes vías Antrópicas Pesticidas Tabaco Asfalto Combustión incompleta Alimentos contaminados o • • • • •
5. Los metabolitos se eliminan por la orina. Estos son muy reactivos y están implicados en los mecanismos mutagénicos (16 identificados) y carcinógenos (100 identificados)
Ingesta: puede afectar 3 sistemas orgánicos fundamentales: pulmón, aparato gastrointestinal y sistema nervioso. a) Pulmón, los síntomas respiratorios son: tos, ahogo, sibilancias y ronqueras. Generalmente se inician inmediatamente después de la ingesta de hidrocarburos. b) Generalmente son irritantes de boca, faringe e intestino. Se han observado vómitos espontáneos hasta en el 40% de los pacientes. Muchos presentan nauseas, malestar intestinal. c) SNC (sistema nervioso central) es inusual la aparición de síntomas como letargia, aturdimiento estupor
Aspiración: El pulmón es el principal órgano afectado de la toxicidad por hidrocarburos. La toxicidad pulmonar aparece fundamentalmente por aspiración. El contacto directo de los hidrocarburos líquidos con el tejido pulmonar produce neumonitis química, edema pulmonar y hemorragia. La intoxicación crónica por mezclase que contengan hexano puede causar poli neuropatía (daños sistema nervioso). El riesgo de aspiración depende de las propiedades de viscosidad, volatilidad, y tensión superficial del hidrocarburo. El mayor riesgo de aspiración corresponde a un producto de baja viscosidad, baja tensión superficial y gran volatilidad.
Contacto: Dermatitis de contacto: produce irritación de la piel y picores, la piel en este estado facilita la absorción de los componentes del crudo. Se ha asociado un aumento del riesgo de cáncer de piel con la presencia de hidrocarburos poli aromáticos (PAH). Irritación de los ojos por contacto con gotas de crudo. Algunos componentes pueden ser absorbidos a través de la córnea.
Descripción toxicológica de algunos componentes de los hidrocarburos: Benceno: Puede entrar en el cuerpo vía el tracto respiratorio, el tracto gastrointestinal o a través de la piel. Causa irritación en la piel, ojos y parte superior del tracto respiratorio. Mayores exposiciones pueden producir depresión, dolores de cabeza, vértigo y nauseas. Es considerado cancerígeno para el ser humano y no existe ningún nivel de seguridad conocido. Tolueno: Es rápidamente absorbido a través del tracto respiratorio y, se cree que su absorción por la piel es mínima. Sus principales efectos son sobre el sistema nervioso. Se han observado efectos a niveles de tan sólo 375mg/m3 (100 ppm). Estos pueden ir desde fatiga, dolores de cabeza, irritación de garganta y ojos, confusión mental, debilitamiento muscular o, incluso, insomnio.
Xileno: Produce irritación de garganta, nariz, ojos y tracto respiratorio a exposiciones de 110-460 ppm. Causa efectos en el sistema nervioso similares a los del tolueno. En altas dosis puede provocar neumonitis y deterioro renal y hepático.
PAH: Los hidrocarburos aromáticos poli cíclicos también están presentes en el crudo. Existen cientos de PAH pueden provocar cáncer de piel y pulmón y, dada su gran potencial cancerígeno, no existen limites de seguridad recomendados.
Los efectos ecológicos de los vertidos de hidrocarburos son muy variables, aún en vertidos similares. Estas variaciones dependen de diversos factores, tales como la composición química del producto vertido, el tipo de sedimento afectado, la época del año y su relación con los ciclos reproductivos y/o migratorios de las especies afectadas, entre otros. Además hay que tener en cuenta que los ecosistemas (incluyendo al hombre como integrante del mismo) son sistemas complejos con numerosos elementos interactuando, creando dinámicas no lineales difíciles de predecir.
El factor fundamental que va a determinar el grado de impacto sobre los organismos y comunidades va a ser la presencia de fuel y sus derivados en sus hábitats, su persistencia, y la biodisponibilidad del mismo
LAS PRINCIPALES PROPIEDADES DEL PETRÓLEO QUE INFLUYEN SOBRE EL AMBIENTE TOXICIDAD. Los hidrocarburos aromáticos de bajo punto de ebullición son letales para casi todos los organismos terrestres y marinos. SOLUBILIDAD. Los hidrocarburos de alto peso molecular son insolubles en agua. Los derivados del benceno y los naftalenos pueden solubilizarse en agua. Dicha solubilidad influirá en la toxicidad del componente de petróleo en el ámbito marino. BIODEGRADABILIDAD. La biodegradación del petróleo es función de sus características y peso molecular de sus componentes, por lo cual la tasa de degradación debe estudiarse y referirse al tipo de petróleo producido. VOLATILIDAD, DENSIDAD Y ACTIVIDAD SUPERFICIAL. Indican las tendencias del petróleo y de sus componentes a la evaporación, a hundirse o a dispersarse fácilmente o no. CARCINOGENECIDAD: Varios componentes del petróleo tienen sustancias potencialmente carcinógenas
No solamente el petróleo crudo, es tóxico, lo es todavía más todo subproducto refinado como, por ejemplo, el kerosene o el fuel - oil, utilizados en los motores de barcos, lanchas y plataformas de perforación o producción. Estos combustibles contienen elementos tóxicos solubles en agua y son de difícil y lenta degradación, que pueden matar directamente toda la vida costera o cercana a un derrame
Hidrocarburos saturados de bajo punto de ebullición, fácilmente solubles en agua de mar producen anestesia y narcosis en los animales "contaminados", y muertes a altas concentraciones.
Los hidrocarburos saturados de alto punto de ebullición están presentes naturalmente en muchos organismos marinos y no son altamente tóxicos, pero pueden causar interferencia en emisiones químicas.
s o s r o u c i b r t á a c m o o r r d i a H
Son altamente tóxicos.
Los aromáticos de bajo punto de ebullición son solubles en agua y pueden matar por contacto. benceno, tolueno,
Los aromáticos de alto punto de ebullición y en particular los aromáticos polinucleares, pueden ser venenosos largo plazo. naftaleno y el fenantreno
Efectos directos letales (Impregnación y sofocación)
Efectos directos sub letales (Alteraciones genéticas, bioquímicas o fisiológicas)
IMPACTOS
Efectos indirectos (Biología de las poblaciones y consecuencias demográficas)
En las zonas litorales los efectos potenciales son muy superiores a los de zonas oceánicas y en particular, dentro de los ecosistemas costeros, el riesgo es más elevado para aquellas especies que tienen un tamaño de población reducido y/o hábitats restringidos. Existen una serie de factores que incidirán en la magnitud del impacto sobre las comunidades litorales: Los grandes vertidos de hidrocarburos pueden cubrir buena parte del área de distribución de ciertas especies o poblaciones, ocasionando una gran afección espacial. •
Si los vertidos son coincidentes con periodos de puesta, el principal impacto afecta a los procesos reproductivos, siendo además las fases vitales iniciales (embriones, larvas) de las especies mucho más sensibles a este tipo de contaminantes que otras fases de su desarrollo. •
Afección de hábitats clave y restringidos para ciertas especies (rías, marismas, bahías o estuarios) que pueden constituir lugares de invernada, reproducción o de cría en numerosas especies. •
NIVEL DE LOS IMPACTOS
Mayor impacto se produce sobre las comunidades de especies bentónicas, que viven en contacto con los fondos marinos
En la zona costera, los impactos potenciales son mucho más elevados, tanto por la cantidad de vertido que suele llegar a la costa, como por la extensión de la zona afectada
En los fondos de la plataforma continental (profundidades de aprox. 50 m. a 200 m.) y talud (profundidades superiores a 200 m.), suelen ser esperables, con el tiempo, concentraciones de fuel inferiores a las detectadas en zona litorales
El nivel de impacto va a depender del tipo hábitat y de la movilidad de las especies, por lo que posiblemente los organismos móviles tendrán niveles intermedios, y las especies sésiles y sedentarias sufrirán la mayor afección.
De acuerdo con las observaciones y estudios de respuesta de las plantas, frente a una contaminación petrolera, se ha podido establecer una escala de resistencia:
a)Plantas muy susceptibles a la contaminación: las de raíces de poca profundidad, con reservas alimenticias muy bajas. No se recuperan y mueren - Ej. Suaeda marítima. b)Plantas susceptibles: plantas perennes arbustivas, con los extremos de las ramas expuestos al petróleo. Ej.Halimione portulacoides. Algas verdes filamentosas. c)Plantas Intermedias: plantas perennes que aceptan una o dos contaminación y luego declinan en otra. Ej. Spartina anglica, Puccinellia marítima.
El petróleo o cualquier tipo de hidrocarburos, crudo o refinado daña la ecología marina a través de diferentes efectos:
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Muerte de los organismos por asfixia. Muerte de los organismos por envenenamiento, sea por absorción, o por contacto. Muerte por exposición a los componentes tóxicos del petróleo, solubles en agua. Destrucción de los organismos jóvenes o recién nacidos. Destrucción de las fuentes alimenticias de las especies superiores. Disminución de la resistencia, infecciones, etc. de las especies y en particular de las aves por absorción de cantidades sub-letales de petróleo. Incorporación de carcinógenos en la cadena alimentaria. Efectos negativos sobre la reproducción y propagación a la fauna y flora marina
La "columna de agua" se refiere a la proporción, o segmento vertical del mar, cuyo techo es la superficie del mar y la base es el fondo marino, la cual tiene cierta estratificación que recibe la influencia de estímulos o factores externos, fauna y/o flora, típicos de las diversas capas y que migran de un estrato a otro. La recuperación en esta depende de las cantidades y composición de los contaminantes que persisten tras el derrame. También depende la dinámica de la población (reproducción, crecimiento y maduración) y de las interacciones ecológicas ( depredación, competencia)
En Colombia más de 25 000 niños menores de 5 años se intoxican al ingerir destilados de petróleo (como la gasolina, el queroseno y el aguarrás), hidrocarburos halogenados (como tetracloruro de carbono, presente en líquidos para el lavado en seco, líquidos y disolventes) y el dicloruro de etileno (presente en limpiadores de pintura). Sin embargo, la mayoría de las muertes por intoxicación por hidrocarburos se produce en adolescentes que deliberadamente inhalan sustancias volátiles. Pequeñas cantidades de estas sustancias, sobre todo líquidos que fluyan a chorro fácilmente, pueden entrar en los pulmones y dañarlos directamente.
NORMATIVIDAD NACIONAL
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DISTRITAL
Decreto 4299/05 obligaciones de
cadena de distribución. Decreto1220/05 licencias ambientales Resolución 1565/04 calidad de combustibles Decreto 1521/98 requisitos estaciones de servicio. Decreto 1594/84 calidad de vertimientos y régimen sancionatorio. Ley 610 de 2010 de Calidad de Aire Límite máximo permisible del benceno 5ug/m3 anual; Tolueno 1000ug/m3 en 30 min y 260ug/m3 en 1 semana Resolución 909 de 2008 emisiones de fuentes fijas -> 5mg/m3 de hidrocarburos totales
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Resolución 1170/97
requisitos ambientales para estaciones de servicio •
Resolución 1174/97
Calidad de vertimiento •
Resolución 1188/03
manual de aceites obligaciones y prohibiciones. •
Guía ambiental estaciones de servicios y combustibles
Condiciones de almacenamiento de los hidrocarburos
El petróleo y sus derivados requieren de un almacenamiento temporal en todas sus fases, ya sea en los centros de extracción, centros de refinación y distribución de derivados:
Almacenamiento en el área de extracción: depósitos en tanques de hasta 100000 m cúbicos, a temperatura ambiente.
Almacenamiento en la refinería: el tipo de tanque depende del elemento que esta almacenando ya que la presión y la temperatura no es la misma para todos.
Almacenamiento en las terminales: el medio mas eficaz y económico es usar un deposito- pulmón
Condiciones de seguridad del uso de hidrocarburos en el hogar
Usar un armario bajo llave para el almacenamiento de estos productos y etiquetar los envases Uso de productos de limpieza amigables con el medio ambiente y usar envases herméticos para que sean difíciles de abrir para los niños. En los ambientes donde funcione un artefacto a gas, debe existir buena ventilación, debido a que éste consume oxígeno, pudiendo provocar asfixia. Además, al no haber buena ventilación y Oxígeno la llama del fuego se apaga. Dando inicio a una fuga de gas. En viviendas donde se utilicen garrafas o tubos de gas, éstos deben almacenarse fuera de la vivienda, lejos de las fuentes de calor y del alcance de los niños. Revise y cambie periódicamente el tubo flexible de conexión de sus aparatos a gas
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Los Hidrocarburos son compuestos cuya toxicidad varía notablemente de acuerdo a la composición y estructura química, siendo más tóxicos los aromáticos que los alifáticos; así mismo estos últimos son más fáciles de degradar por el ambiente. Es claro que el factor fundamental que va a determinar el grado de impacto sobre los organismos y comunidades va a ser la presencia de fuel y sus derivados en sus hábitats, su persistencia, y la biodisponibilidad del mismo El nivel de impacto va a depender del tipo hábitat y de la movilidad de las especies, por lo que posiblemente los organismos móviles tendrán niveles intermedios, y las especies sésiles y sedentarias sufrirán la mayor afección. El apoyo del estado es fundamental, como ente legislador y organismo de control de la contaminación en todos los componentes ambientales (agua, aire, suelo, biota)
Ampliar en el análisis de datos, el rango de impactos y efectos de los procesos de uso, manejo y contaminación por hidrocarburos, incluyendo no solo condiciones directas sino indirectas.
Fortalecimiento en la aplicación de normatividad y la creación de nueva más específica y acorde con los estándares internacionales.
Inversión en la investigación de sustitutos a hidrocarburos tóxicos y poco biodegradables utilizados comúnmente en limpieza, combustibles, perfumes, etc.
Control exhaustivo en la compra y uso de hidrocarburos anestésicos o que puedan ser empleados como drogas de abuso.
Implementación del uso de elementos de protección personal y reglas básicas de almacenamiento en amas de casa y demás personas expuestas a cualquier tipo de hidrocarburo. Revisión periódica de gasoductos y oleoductos, así como ejecución de planes de contingencia ante posible fuga.
