TECNOLOGÍA PARA EL TRATAMIENTO DEL AIRE: PARTÍCULAS, GASES Y VAPORES 9.2. FUENTES DE CONTAMINACIÓN: 9.2.4 Fuentes Agrícolas: Los primeros conocimientos botánicos de plantas silvestres y de manejo agrícola, tanto para uso alimenticio como curativo proceden de la cultura campesina china de hace unos 4.000 años. La agricultura constituye una actividad de gran importancia para la vida humana, ya
que
todos los alimentos consumidos por el hombre provienen de la naturaleza. Al igual que todas las actividades humanas, la agricultura genera contaminación del entorno. En nuestra región ésta se deriva principalmente de las técnicas que existen para desmalezar los predios y prepararlos para la siembra siguiente o la eliminación de residuos como frutas y verduras en descomposición al igual que los materiales de uso para invernaderos, soportes de cultivos, etc. El uso intensivo de productos agroquímicos, como fertilizantes nitrogenados y los pesticidas con compuestos orgánicos altamente persistentes en el ambiente, producen un gran impacto sobre el medioambiente. Los fertilizantes si se utilizan racionalmente, no son el principal problema de contaminación. En cambio los pesticidas si son mucho mas peligrosos. Existen estimaciones en EEUU, que demuestran que menos del 1% de los plaguicidas aplicados llegan efectivamente a combatir la plaga deseada, pero el resto, el 99%, se disemina en el ambiente contaminando, y de forma incontrolada, campos, bosques y ríos. Un uso abusivo de los fertilizantes nitrogenados contribuiría de una manera significativa al calentamiento de la atmósfera por la liberación de dióxido de carbono, y destruye la capa de ozono. Los productos agroquímicos no se degradan fácilmente y perduran por muchos años en el ambiente afectando a los procesos reproductivos y de desarrollo, provocando daños neurológicos e inmunológicos en los humanos y en otras especies animales. La fumigación de grandes extensiones de campos mediante avioneta provoca que estos productos contaminantes queden suspendidos en el aire y sean llevados por los vientos a grandes distancias. Para purificar el aire lo mejor es una buena lluvia ya que arrastra los contaminantes hacia el suelo, ríos y lagos. Sin embargo estos contaminantes no desaparecen, solamente cambian de lugar. Otra de las actividades agrícolas, producidas en los meses de invierno, que producen contaminación en el aire es cuando se utiliza el fuego para las quemas agrícolas. Las sustancias generadas en las quemas agrícolas son principalmente monóxido de carbono CO y compuestos orgánicos volátiles COVs, y en menor medida material particulado PM10 y óxidos de nitrógeno NOx, las que si bien en volumen no se pueden comparar con lo que producen las
industrias o el transporte, si son importantes ya que se emiten, en su mayoría, en pleno invierno, cuando las condiciones para la ventilación de la cuenca son menos favorables. El número de especies resistentes a los plaguicidas va aumentando de manera muy importante mientras que la tasa de crecimiento de nuevos insecticidas introducidos es cada vez menor. Para evitar todas las formas de contaminación que puedan resultar de las técnicas agrarias tenemos la llamada agricultura ecológica. Es un sistema de cultivo alternativo que se propone obtener unos alimentos de máxima calidad nutritiva respetando el medio y conservando la fertilidad del suelo, mediante una utilización óptima de los recursos locales sin la utilización de productos químicossintéticos. Estas y otras medidas son la vía para reducir el impacto negativo de la actividad agrícola en sus actuales niveles de sobreexplotacion. 9.2.5 Fuentes Industriales: Entendemos por contaminación industrial a la emisión de sustancias nocivas, tóxicas o peligrosas, directa o indirectamente de las instalaciones o procesos industriales al medio natural. La contaminación industrial es la impregnación del aire, el agua o el suelo con productos que afectan a la salud del hombre, la calidad de vida o el funcionamiento natural de los ecosistemas. La contaminación ha ido en aumento desde la Revolución Industrial, pero hasta hace poco sus efectos, como la lluvia ácida, no han producido alarma internacional. A partir de la revolución del siglo XVIII la industria ha ido en constante desarrollo constituyéndose su índice de crecimiento en parámetros de la calidad de vida de su población bajo el enfoque del desarrollo económico. Fuentes: Estas emisiones pueden ser:
9.3
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Emisiones a la atmósfera
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Vertidos a las redes públicas de saneamiento
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Vertidos directos al suelo o a cauces de aguas superficiales
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Almacenamientos o disposición de residuos industriales
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Ruidos en el entorno LIMPIEZA NATURAL DE LA ATMÓSFERA: Las partículas muy pequeñas rebotan con movimientos aleatorios como las moléculas de gas,
y si chocan con otras crecen por coagulación y se precipitan como partículas grandes. Aquellas con carga eléctrica crecen o se coagulan al atraer partículas con carga opuesta. Las partículas pequeñas, que actúan como núcleos, pueden caer dentro de una gota de lluvia, una gota de lluvia puede chocar
con las partículas y recolectarlas durante su caída. Estos procesos se conocen como llovido y arrastre, respectivamente.
9.4
FUENTES FIJAS: EL CONTROL DE LA EMISIÓN DE PARTÍCULAS
9.4.1 Cámaras de sedimentación por gravedad: Son colectores sencillos y económicos en los cuales las fuerzas gravitatorias dominan el movimiento vertical de las partículas. 9.4.2 Colectores inerciales: Están formados básicamente por un recipiente cilíndrico vertical donde se introduce tangencialmente el gas portador, cargado de partículas de polvo. La corriente se desvía en círculo y por efecto de la fuerza centrífuga, las partículas se lanzan al exterior al formar la mezcla gaseosa un remolino vertical descendente. Esta corriente en espiral del gas cambia de dirección al llegar al fondo del recipiente y sale por el conducto situado en el eje. 9.4.3 Colectores húmedos: Tienen por objeto aumentar el tamaño de las partículas por medio de agua o de gotitas de suspensión, porque es más fácil recolectar las partículas grandes. 9.4.4 Colectores de tela y esterilla: Estos equipos se utilizan para extraer partículas secas de corrientes gaseosas secas y a baja temperatura. Se suspenden medias de tela de 15 a 30 cm de diámetro y de hasta 10 m de largo en una cámara, y el aire que se fuerza a pasar por la media se descarga a través de la tela. 9.4.5 Precipitadores electrostáticos: Se desprenden electrones de un electrodo en una descarga en corona, los cuales se adhieren a las partículas y las dotan de carga. Las partículas de la misma carga que el electrodo emigran hacia las superficies conectadas a tierra en virtud de fuerzas electrostáticas. 9.5
CONTROL DE LA EMISIÓN DE GASES
9.5.1 Procesos de absorción: Basan su funcionamiento en el hecho de que los gases residuales están compuestos de mezclas de sustancias en fase gaseosa, algunas de las cuales son solubles en fase líquida. En el proceso de absorción de un gas, el efluente gaseoso que contiene el contaminante a eliminar se pone en contacto con un líquido en el que el contaminante se disuelve. La transferencia de materia se realiza por el contacto del gas con el líquido en lavadores húmedos o en sistemas de absorción en seco. 9.5.2 Procesos de adsorción: Una alternativa a los sistemas de absorción por líquido lo constituye la adsorción de los contaminantes sobre sólidos. En los procesos de adsorción los gases, vapores y líquidos se retienen sobre una superficie sólida como consecuencia de reacciones químicas y/o fuerzas superficiales. Se produce una difusión desde la masa gaseosa hasta la superficie externa del sólido y de las moléculas del gas dentro de los poros de sólido seguida de la adsorción propiamente dicha de
las moléculas del gas en la superficie del sólido. Los sólidos más adecuados para la adsorción son los que presentan grandes relaciones superficie-volumen, es decir, aquellos que tienen una elevada porosidad y área superficial para facilitar el contacto sólido-gas: tierra de Fuller, bauxita, carbón activado, alúmina activada, tamices moleculares, etc. Periódicamente, es necesaria la sustitución o regeneración del adsorbente para que su actividad no descienda de determinados niveles. 9.5.3 Control de la emisión de CO: La remoción posterior a niveles acordes con las normas de calidad de aire- ambiente requiere la disolución, e interacción adicional con el ambiente atmosférico. El CO a diferencia de otros importantes contaminantes gaseosos, no se presta para las técnicas de remoción para los gases de escape, un método mas productivo es el control de su formación. El método más práctico de reducir el CO de fuentes estacionarias consiste en el diseño, instalación, operación y mantenimiento adecuado del equipo de combustión. El CO se puede remover selectivamente de otros gases por lavador con soluciones específicas como por ejemplo el Formato de Cobre o Amoniaco o por incineración o combustión auxiliar 9.5.4 Incineración o combustión auxiliar: Se usa frecuentemente en situaciones donde el gasto volumétrico del gas residual de un proceso es grande pero a nivel de gas contaminante es pequeño. Es un método satisfactorio de control de contaminantes de diversos aspectos: 1. Casi todos los contaminantes altamente olorosos son combustibles o son cambiados químicamente a sustancias menos olorosas cuando se calienta suficientemente en presencia de oxígeno y se pueden percibir los mercaptanos, los gases de cianuro y le ácido sulfhídrico. 2. Los aerosoles orgánicos se destruyen por combustión auxiliar, por ejemplo los tostadores de café, las casas de carne, las estufas para horneado de esmaltes, emiten tales aerosoles. 3. Algunos gases y vapores orgánicos intervienen en reacciones de neblumo, la combustión auxiliar con flama destruye dichos materiales. 4. Algunas industrias producen grandes cantidades de gases residuales altamente combustible y el método mas seguro de control es mediante la combustión de chimeneas de flama y hornos. 9.5.5 Control de los óxidos de azufre: Existen cuatro métodos o alternativas posibles y se pueden utilizar para reducir las emisiones de SO2 a partir del consumo de combustibles fósiles y son: 1. Cambio a un combustible con bajo contenido de azufre a) Gas natural b) Gas natural licuado
c) Petróleo con bajo contenido de azufre d) Carbón con bajo contenido de azufre 2. Uso de carbón y petróleo desulfurados. 3. Construcción de chimeneas altas a fin de aumentar la dispersión atmosférica 4. Utilización de métodos de sulfuración de los gases de combustión. La Desulfuración de gases consiste en hacer reaccionar el óxido de azufre, formado en la combustión, con un producto que lo descompone. Los reactivos más utilizados son caliza, óxido de calcio, carbonaro sódico, hidróxido cálcico, óxido de magnesio o amoníaco y, en algún caso, se ha llegado a utilizar agua de mar. El proceso químico de la desulfuración, puede representarse en forma general por las siguientes reacciones:
Cuando la desulfuración se realiza por vía húmeda, haciendo borbotear el gas por una solución de productos desulfurantes o utilizando una torre de lavado, lo principales inconvenientes que se presentan son el enfriamiento de los gases, el gran tamaño e inversión de la instalación y la generación de unos residuos en forma de lodos cuya resulta difícil y cara; por el contrario tiene la ventaja de eliminar junto con los óxidos de azufre el resto de los compuestos ácidos que pudieran formar parte del gas. La desulfuración por vía semi-seca es un proceso en el cual se inyecta una disolución o suspensión del reactivo desulfurante en los conductos de gases posteriores a la cámara de combustión. Para mejorar el contacto entre el reactivo y el gas, se lleva a cabo una atomización en el punto de entrada del reactivo en la instalación para que, en las gotas pulverizadas, se produzca una fijación del dióxido de azufre. Seguidamente se evapora el agua obteniéndose un residuo sólido pulverulento, que resulta más fácil de manejar que los lodos que se obtienen con los tratamientos húmedos. Los productos de la reacción son sulfito cálcico, una pequeña fracción de sulfato cálcico y una cantidad muy importante de reactivo sin reaccionar lo que obliga a reciclar a proceso un porcentaje muy alto de residuo sólido formado. El sulfito en presencia de oxígeno y de humedad se transforma en sulfato que es el producto residual del proceso (yeso). Los rendimientos de este proceso alcanzan del 80 al 90 % y las principales ventajas frente a la vía húmeda son unas inversiones y un tamaño mucho menores, la operación es más sencilla, los consumos son más bajos y, sobre todo, que puede realizarse directamente a la temperatura a la que salen los gases de la combustión
9.5.6 Control de los óxidos de Nitrógeno: La creciente contaminación por los NOx (NO y NO2) ha decidido a las naciones más avanzadas industrialmente a limitar las emisiones por focos emisores fijos. Para el control de las emisiones de NOx se utilizan técnicas que pueden agruparse en dos tipos principales: Técnicas de control de la combustión, denominadas “primarias” por las que se actúa sobre el quemador o sobre la cámara de combustión, para reducir la formación de NOx en caldera, mediante la disminución de la temperatura de combustión. Técnicas de tratamiento de los gases de combustión o también denominadas “secundarias” que, a su vez, pueden efectuarse en húmedo o en seco. Entre las técnicas de tratamiento en seco de los gases de combustión, la más utilizada, por su elevada eficacia y selectividad, es la reducción selectiva de los NOx, utilizando como agente reductor amoníaco o urea, en presencia de un catalizador apropiado. Este método se basa en reducir los NOx para la obtención de nitrógeno y agua como productos finales.
9.6
FUENTES MOVILES
9.6.1 Emisiones de escape de motores a gasolina Las principales emisiones de un motor de gasolina son las siguientes: •
Nitrógeno (N2): El 78% del aire es nitrógeno y éste únicamente pasa por el interior del motor sin ser alterado.
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Dióxido de carbono (CO2): Este es un producto de la combustión. El carbono de la gasolina reacciona con el oxígeno del aire.
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Vapor de agua (H2O): El agua también es un producto de la combustión. El hidrógeno de la gasolina reacciona con el oxígeno del aire para formar agua. Estas emisiones no son consideradas como contaminantes aunque el calentamiento global de
la tierra se le atribuye en parte a las emisiones de dióxido de carbono. Todos sabemos que el proceso de combustión dentro de nuestros motores no es ideal ya que la gasolina presenta ciertas impurezas y es imposible mantener una relación exacta de aire-gasolina todo el tiempo. Esto provoca la emisión de los siguientes contaminantes: •
Monóxido de carbono (CO): Es un gas venenoso sin color ni olor que se genera por una combustión incompleta.
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Hidrocarburos (HC): Principalmente residuos de gasolina que no se quemó dentro del motor.
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Óxidos de nitrógeno (NOX): Puede ser monóxido o dióxido de nitrógeno. Es el causante de la lluvia ácida.
9.7
CONTROL DE OLORES
9.7.1 Ventilación: Se llama así a la acción y efecto de airear una estancia cerrada, es decir, renovar el aire que contiene, de una manera continua o bien en forma intermitente. Los sistemas de ventilación se diseñan para adaptarse a una amplia variedad de criterios los objetivos del control de ventilación incluyen el suministro de suficiente O2 para la respiración normal, dilución de los contaminantes dentro de los espacios ocupados, eliminación de los contaminantes emitidos desde los puntos origen o de las áreas de trabajo (extracción local), presurización de los espacios para controlar la infiltración o exfiltración, disipación de las cargas térmicas en los espacios ocupados y control de olores. 9.7.2 Adsorción: Las moléculas son retenidas sobre la superficie del adsorbente por fuerzas débiles electrostáticas. Se usa principalmente carbón activado. El adsorbente debe ser regenerado (in- situ o ex situ) una vez saturado. La adsorción puede verse afectada por humedad, selectividad, temperatura, presión, y presencia de partículas. 9.7.3 Absorción: El contaminante es transferido del gas a un líquido absorbente por un gradiente de concentración. Las soluciones absorbentes incluyen agua, sosa cáustica, aminas y algunos hidrocarburos. El absorbente empleado dependerá de las características de solubilidad del COV a remover. La eficiencia depende de la solubilidad contaminante, que a su vez depende de temperatura, presión y el pH. Pueden ser torres de aspersión o empacadas. 9.7.4 Oxidación por flama: La combustión se puede auxiliar en forma catalítica en circunstancias en que la emisión no contiene cantidades significativas de venenos para catalizadores. Los catalizadores que se utilizan más comúnmente son metales nobles; por ejemplo, platino o paladio, o bien óxidos de metal de transición como manganeso, cromo o cobalto depositados sobre un soporte de alúmina poroso. La ventaja de la combustión catalítica es que los hidrocarburos se oxidan a temperaturas mucho menores (400ºC a 500ºC) que las de la combustión en la flama (700ºC a 800ºC), de tal manera que se requiere menos calor adicional. Esto es en particular beneficioso cuando el efluente contiene material hidrocarburo insuficiente para hacer que la combustión se autosustente. La oxidación catalítica se utiliza mucho para el control de olores en el procesamiento de alimentos, por ejemplo, en el tostado de café, y para la oxidación de vapores orgánicos del horneado y esmaltado de pinturas; ambos procesos tienen emisiones bajas de venenos potenciales de catalizadores.
9.7.5 Neutralización y enmascaramiento: •
Neutralización: Este método al ser aplicado cambia la concentración del olor,
afectando a las moléculas malolientes a través de adsorción, absorción y una combinación de éstas. En este método se cambian las características físico-químicas de la molécula y se abate totalmente su olor molesto. •
Enmascaramiento: Este método de tratamiento de olores consiste en agregar al medio
en que olores molestos predominan, una sustancia con moléculas odorizantes, que saturan el ambiente, reemplazando en los receptores la sensación de mal olor, sin modificar su origen. Se enmascara el olor con otro más poderoso, y a la vez más agradable.
