TEST TRATAMIENTO DE EFLUENTES GASEOSOS
¿Cuál es la diferencia diferencia entre un contaminante primario y uno secundario? Un contaminante primario se emite sin cambios químicos en el aire directamente a partir de una fuente. Un contaminante secundario se convierte químicamente en otro compuesto mientras se encuentra en el aire.
¿Qué se entiende por vigilancia de la contaminación atmosférica? La vigilancia de la contaminación atmosférica es el procedimiento que se utiliza para la evaluación de la concentración de contaminantes atmosféricos, con el fin de conocer la calidad del aire y su evolución en el tiempo y el espacio. La realización de esta vigilancia es necesaria para proteger la salud del hombre, los ecosistemas y los bienes en general. En el diseño de un programa de vigilancia de la contaminación atmosférica se debe tener en cuenta, en primer lugar, la escala del problema de contaminación, ya que éste puede abarcar aspectos mundiales (aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera), aspectos nacionales (problema de las lluvias ácidas) o aspectos locales (problemas de contaminación convencional). Por otra parte, hay que considerar el objetivo fijado para el programa de vigilancia. Entre los distintos objetivos se pueden señalar: conocer la evolución de los efectos de los contaminantes, vigilar que no se superen los niveles de inmisión fijados por las normas, evaluación de la eficacia de los programas de lucha contra la contaminación, etc.
Según cual sea la escala y el objetivo a cubrir por el programa de vigilancia, éste requerirá el empleo de métodos y técnicas específicas para la obtención de los datos necesarios.
Principalmente se emplean dos procedimientos diferentes para la vigilancia de la calidad del aire: uno basado en las técnicas del análisis fisicoquímico, y otro basado en la técnica de los indicadores biológicos.
La medida de la concentración de los contaminantes de los gases de combustión es uno de los datos más importantes de los que se dispone para
evaluar el cumplimiento de la normativa. Con esta única información no puede conocerse si se incumple la normativa, ya que los volúmenes de los gases de combustión varían según la proporción de oxígeno. Es por ello que la concentración debe relacionarse con un nivel de oxígeno de referencia. En este sentido, en un foco emisor se ha medido una concentración (CM) de SO2 de 327 mg/m 3 y de O2 del 13%. Determinar la variación de la concentración si el oxígeno de referencia que marca la norma es del 3 o del 8% y el valor límite de emisión asignado es de 550 mg/m 3.
Donde OR representa el oxígeno de referencia, y O M la concentración de oxígeno medido en el foco emisor.
mientras que en el segundo caso:
Así, mientras con un 8% de oxígeno de referencia cumpliría con la norma, con un 3% (combustión más perfecta) no podría.
Calcular la emisión de SO 2 que se produce en una central térmica que utiliza lignito con un 5% de azufre (S), sabiendo que consume unas 100 t/h de combustible Según los datos que ofrece el enunciado, en cada hora se consumirán 5 t de azufre. Sin utilizar un sistema sofisticado de control, se pueda llegar a retener un 10% de las emisiones. En este sentido:
Por tanto, al exterior se emitirán 4,5 t/h de azufre. Cuando el azufre se combina con el oxígeno da lugar al SO 2:
Sabiendo que: PM (SO2) = 64 g/mol PM (S) = 32 g/mol Se puede deducir que cada molécula de SO 2 pesa 64/32 veces más que el azufre. Según esta relación:
Es decir, durante cada hora se emitirán a la atmósfera 9 t de SO 2.
Influencia de los procesos meteorológicos en la contaminación atmosférica. La concentración de contaminantes a nivel del suelo varía como consecuencia del desequilibrio entre los índices de producción de contaminantes y los de dilución y desaparición de los mismos. Es decir, la concentración de contaminantes dependerá de la relación de fuerzas entre las fuentes contaminantes y las condiciones de autodepuración atmosférica. La importancia de las condiciones meteorológicas en el grado de contaminación atmosférica se reconoce observando las variaciones de la calidad del aire en una zona determinada de unos días a otros, aún cuando las emisiones permanecen prácticamente constantes. Las principales variables meteorológicas a considerar por su influencia sobre la calidad del aire son: - El transporte convectivo horizontal, que depende de las velocidades y direcciones del viento. - El transporte convectivo vertical, que depende de la estabilidad atmosférica y de la inversión térmica de las capas de la atmósfera.
¿Cuáles son las principales características de la inversión térmica? El fenómeno de la inversión térmica aparece cuando la temperatura del aire aumenta con la altura, produciendo una fuerte acción limitadora en la dispersión de contaminantes. La inversión de la temperatura del aire se puede producir como consecuencia del enfriamiento del suelo, por la gran irradiación de calor que se produce en las noches despejadas. El aire se va enfriando progresivamente desde el suelo hacia arriba, produciendo una fuerte estabilidad atmosférica que impide la difusión vertical de los contaminantes. La inversión térmica se forma durante la noche y suele desaparecer progresivamente durante la mañana, cuando la radiación solar calienta de nuevo el suelo y éste a las capas de aire que estén en contacto con él.
La chimenea de una central térmica construida de acero recubierto de ladrillo refractario, tiene 124 m de altura y 6,8 m de diámetro interior. A través suyo los gases residuales circulan a una velocidad de 13,5 m/s y están a 163 ºC de temperatura en el punto de muestreo. Si la concentración del dióxido de nitrógeno (NO2) en la chimenea es de 346 ppm y se sabe que la central
trabaja 24 horas al día durante 300 días al año, ¿cuál será la emisión másica anual de este contaminante expresada en toneladas al año? El caudal volumétrico es:
En condiciones normales:
La emisión másica horaria será:
Y la emisión másica anual será:
Una industria que se dedica a la fabricación de cemento dispone, a la salida del horno rotativo, de un precipitador electrostático con una área 2 3 colectora específica (A/V) de 15 m /1.000 m /h, que presenta un 96% de rendimiento en la eficacia recolectora de partículas. Si se aumenta el 2 3 valor de A/V hasta 25 m /1.000 m /h, ¿cuál será el rendimiento del nuevo electrofiltro suponiendo que la velocidad de migración de las partículas es constante? (Utilizar la ecuación de Deutsch). Sustituyendo los datos en la fórmula de Deutsch se obtiene: (A·W/V)
0,96=1 - exp
-(W·0,015)
=
1 - exp
-
Utilizando el valor de la velocidad de migración de
las partículas y la nueva relación existente entre el área y el volumen del 2
3
electrofiltro, es decir, 25 m por cada 1.000 m /h, se obtiene: = 1- exp
-
(214,6·0,025)
=0,995
Calcular la emisión másica horaria de un foco industrial que tiene las siguientes características: - Diámetro de chimenea = 0,5 m - Temperatura de salida de los gases = 23 ºC - Velocidad de salida de los gases = 10,9 m/s
- Concentración = 2,7 mg/m3 - Horas anuales de funcionamiento = 5.280 h La emisión másica horaria se calcula como el producto entre el caudal y la concentración. Por tanto, lo primero que debe hacerse es calcular el caudal. El caudal de obtiene como: Q = v · s · donde: Q: caudal v: velocidad de salida s: superficie : factor de corrección de la temperatura Para calcular la superficie se aplica la siguiente expresión:
Ahora ya se puede aplicar la ecuación del caudal:
Como ya se ha dicho anteriormente, la emisión másica horaria se calcula a partir del producto del caudal por la concentración. En este sentido:
La emisión total se calcula como:
¿Qué tipo de muestreo se llevaría a cabo si se quieren realizar medidas sobre partículas y contaminantes gaseosos? En el caso de las partículas, la toma de muestra se realiza aspirando los gases a la misma velocidad a la que son emitidos, es decir, bajo condiciones isocinéticas, y posteriormente se les hace pasar por un filtro para retener las partículas. En el caso de querer muestrear gases, se puede realizar manual o automáticamente. La toma de muestra manual consiste en hacer pasar los gases emitidos a través de un medio captador que es específico para el contaminante que se desea medir y que lo retiene. El método automático aspira de forma continua una
muestra de los gases y determina posteriormente la concentración de contaminantes.
¿Cuáles son los dispositivos habituales en la recogida de una muestra de contaminantes atmosféricos? Los dispositivos para el muestreo de contaminantes atmosféricos son los siguientes: colector de la muestra, generalmente un filtro o una solución absorbente que atrapa el contaminante, un medidor de caudal del aire muestreado, y una bomba que suministre un caudal constante al colector.
Características principales de los gases portadores empleados en cromatografía de gases. El gas portador, o "carrier", cumple básicamente con dos propósitos: transportar los componentes de la muestra y crear una matriz adecuada para el detector.
¿Cuáles son los detectores más empleados en cromatografía de gases? Un gas portador debe reunir algunas condiciones: - Inerte. De esta forma se evitarán interacciones con la muestra y con la fase estacionaria. - Capaz de minimizar la difusión gaseosa. - Fácilmente disponible. - Pureza elevada. - Económico. - Adecuado al detector que va a emplearse.
¿Cuáles son las características principales que deben presentar los detectores? Los detectores más usados en GC son: - Detector de conductividad térmica (TCD). Mide la conductividad térmica del gas portador, ocasionada por la presencia de sustancias eluídas. - Detector de ionización de llama (FID). Está basado en la medida de las variaciones de la corriente de ionización en una llama de oxígenohidrógeno debido a la presencia de sustancias eluídas. - Detector de captura de electrones (ECD). Está basado en la electronegatividad de las sustancias eluídas, y su habilidad para formar iones negativos por captura de electrones.
- Detector termoiónico (NPD). Se basa en la emisión de una carga eléctrica desde una superficie sólida que es calentada. El detector es específico en su respuesta a nitrógeno y fósforo. - Espectrómetro de masas (MSD). Este detector realiza un espectro de cada uno de los compuestos que van saliendo de la columna. De esta forma se pueden identificar los compuestos sin conocer previamente la muestra. Las características principales son: - Sensibilidad. Es la medida de la efectividad de un detector para convertir la muestra en una señal eléctrica medible. - Linealidad. Rango de concentración de muestra sobre el que el detector mantiene una sensibilidad constante. El significado práctico de la linealidad del detector es el que le indica al analista la concentración para la cual el detector es fiable. - Rango dinámico lineal. Rango sobre el cual la sensibilidad del detector es constante. - Ruido. Señales en la línea base del cromatograma.
- Límite de detección. Mínima cantidad de sustancia que puede producir una señal que sea el doble del nivel de ruido - Corriente de fondo. Señal constante de salida generada por el proceso en el que un detector está operativo sin que alguna sustancia pase a través de él. Esta señal permite diagnosticar el buen o mal funcionamiento del detector.
