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Introduccin de Efluentes Gaseosos

Fecha de Publicación: 2/1/2015


1. Introduccin

La Repblica Argentina no presenta un alto nivel de contaminacin atmosfrica, esta problemtica se siente nicamente en las ciudades, donde en algunos puntos, durante las horas pico, pueden presentarse concentraciones elevadas de contaminantes.

En las ciudades, la generacin de emisiones gaseosas se ha incrementado en los ltimos aos, debido al crecimiento del parque automotor. En la actualidad las emisiones de los vehculos, son ms importantes que las emisiones de las industrias. Adems se han prohibido las quemas y los incineradores domiciliarios. Esto a contribuido a bajar el nivel de contaminantes.

Prcticamente todo nuestro pas se halla sometido a vientos constantes. Las ciudades de Buenos Aires, Rosario, Crdoba, se hallan en zonas donde el viento renueva constantemente las masas de aire de la urbe, dispersando de esta manera los contaminantes. Esto es algo que favorece que en estas zonas no se concentren los contaminantes generados.


2. Diferencia entre Ambiente laboral y Externo

La atmsfera puede ser analizada tanto en el ambiente laboral como en el ambiente externo. Hay que tener en cuenta varios aspectos que hacen que estos estudios difieran uno del otro, e incluso difieran las legislaciones existentes respecto a estos dos ambientes.

En el interior, existe un ambiente controlado y un grupo de personas expuestas a los contaminantes acotado y con un tiempo de exposicin, tambin acotado.

En el exterior no hay control, los grupos de riesgo son mayores, hay nios, embarazadas, ancianos, enfermos, (adems de personas sanas) y el tiempo de exposicin puede ser muy variable.

Por ello los estudios realzados en el ambiente laboral no pueden nunca extrapolarse al ambiente en general.

Los tiempos de muestreos, son mucho memores dentro de los ambientes laborales, justamente porque se puede considerar que las condiciones estn acotadas y son constantes en el tiempo. Sin embargo en el exterior, los muestreos son prolongados, puesto que las variaciones son muchas, y deben ser contempladas.

Los valores de las dosis tolerables para un ambiente u otro son diferentes, y esto es lo que se halla expuesto en las distintas legislacin.


3. Contaminacin Atmosferica

Se entiende por contaminacin atmosferica la presencia en la atmsfera de cualquier agente fisico qumico o biolgico, o de combinaciones de los mismo en lugares, formas y concentraciones tales que sean o puedan ser nocivos para la salud, la seguridad o bienestar de la poblacin, o perjudiciales para la vida animal y vegetal. A su vez la contaminacin puede clasificarse segn su fuente o sus constituyentes principales.

Segn su fuente podran clasificarse de la siguiente manera:

Fuentes Fijas

  • Industriales
  • Domesticas

Fuentes Mviles

  • Vehculos
  • Aeronaves
  • Buques

Fuentes Compuestas

  • Zonas industriales
  • reas urbanas
Efluentes Gaseosos

Efluentes Gaseosos


En la tabla puede verse que la fuente de contaminacin ms imprtate es el transporte y que a su vez el contaminante mas abundante es el CO(monxido de carbono).


4. Equipos de medicin de contaminantes atmosfricos.

Los equipos de medicin para los distintos agentes contaminantes son los siguientes


4.1 Para Particulas:

Muesteo en ambiente laboral:

Las partculas pueden ser sedimentables o no sedimentables. En el ambiente laboral importan las partculas respirables es decir aquellas que se encuentran en suspensin.

Estas partculas se miden con unos equipos porttiles que son unas mochilas, donde se encuentra una bomba y las bateras para hacerla funcionar. El equipo se monta sobre un operario o sobre un inspector y este hace la tarea normal de su trabajo, llevando el equipo constantemente conectado.

A la altura de la boca o la nariz, se encuentran las boquillas portafiltro, que permite que el equipo recoja el aire a la misma altura por donde lo hace una persona al respirar.
Los filtros que se utilizan son muy pequeos y suelen ser de celulosa o metilcelulosa. Estos filtros se retiran y se pesan cuidadosamente para conocer el peso de las partculas que se ha depositado sobre l. Como el equipo tambin registra el caudal de aire que ha pasado por su interior, entonces se puede conocer la concentracin del contamnate.

Muestreo en ambiente:
Partculas sedimentables: se utilizan colectores sobre un soporte que recoge las partculas que van sedimentando con el tiempo. Los muestreadores que se utilizan son de 15 centmetros de dimetro y tiene una altura de 30 centmetros. Pueden ser de acero o de plstico. Los mismos se llenan con agua para favorecer que las partculas queden retenidas en su interior, luego del tiempo estipulado, se toman estos recipientes evapora el agua y se pesa las partculas recogidas Se debe tener en cuenta que deben colocarse en sitios alejados de edificios o estructuras que puedan actuar como pantallas.

Efluentes Gaseosos


Efluentes Gaseosos

Partculas en suspensin:

Para partculas en suspensin se utilizan filtros con bombas Se usan bombas para poder mover el caudal desde el exterior de la estructura forzndolo a ingresar en la zona donde se encuentra el filtro.

Los filtros pueden ser de fibra de vidrio o los llamados de poro definido. Estos filtros deben ser cambiados cada 24 horas aproximadamente

Estos sistemas recogen partculas muy diversas. Cuando el sistema comienza a funcionar, recolecta las partculas ms grandes, pero en la medida en que se va saturando el filtro, comienza a muestrear las partculas ms finas.
Todo el equipo se monta sobre un bastidor que acta de soporte.

El techo de la cabina, se utiliza para dos funciones

  1. Evita que las partculas sedimentables toquen el filtro
  2. Fuerza a las partculas grandes a desviarse por inercia antes de entrar al muestreador. Esto permite separar las partculas ms grandes.

Para partculas ms pequeas, se utilizan otros sistemas de medicin, que involucran mecanismos de separacin de las partculas. Se utiliza la inercia de las partculas para separarlas en distintos tamaos.

La siguiente figura muestra un equipo de muestreo de partculas de PM 10.(particulas menores a 10 micrometros)

Efluentes Gaseosos

Muestreo en Chimenea: Se utilizan trenes de muestreo, debido a la temperatura se hacen determinaciones en diferentes puntos de la chimenea.

Los sistemas de filtros, son parecidos a las de las cabinas. En estos casos se debe tener encuentra que la alta temperatura de las chimeneas, puede causar problemas en los filtros, como ser la condensacin de humedad o el deterioro de las piezas. Para evitar esto se toman toda una serie de precauciones con los equipos, para asegurar que el filtro se halle a temperatura normal.


4.2 Para gases o vapores orgnicos

1. Tubos de carbn activado: El carbn activado se utiliza par poder adsorber compuestos orgnicos que se encuentren en la atmsfera.

Los muestreadores de tubos de carbn activado, llevan unidas unas bombas, que fuerzan al aire a pasar a travs del tubo.

El carbn activado es un material, que tiene una superficie de contacto enorme comparada con el volumen que posee. Esto hace que pueda adsorber por efecto superficial muchos tipos de compuestos orgnicos.

Esta superficie se satura en determinado momento, por lo que debe conocerse lo que se denomina curva de saturacin del equipo a utilizar. De esta manera, se determina el tiempo de muestreo, que asegure conocer la concentracin del contaminante. La concentracin puede conocerse fcilmente debido que se conoce el caudal de aire, que la bomba ha hecho pasar por el tubo.

Si el tubo se satura, cuando se analiza, no puede saberse cuando se ha saturado, y no puede ser correspondido con la lectura del caudal. Por lo tanto ya no sirve el muestreo.

2. Impactadores: Basan su funcionamiento en la disolucin de un contaminante en un medio lquido. Se hace burbujear el aire por una solucin que reacciona especficamente con lo que se quiere detectar. Con esto se detecta por ejemplo el SO2.

Efluentes Gaseosos

Los impactadores tiene algunas limitaciones. Esta son:

  • El lquido puede evaporarse disminuyendo el volumen y sobreestimando la concentracin real de los contaminantes presentes en la atmsfera.
  • El reactivo qumico se puede saturar completamente y por lo tanto no se conocer la concentracin real del contaminante.

Por lo tanto, los impactadores deben ser calibrados, lo msimo que los equipos de carbn activado.

Para ambientes de trabajo, los equipos son similares a los de las mochilas para la determinacin de partculas en suspensin, salvo que estos detectan gases.

En los ambientes exteriores, se arman equipos que pueden estar montados sobre bastidores o trpodes, dependiendo de la cantidad de impactadores que se hallen conectados en serie.

Estos equipos se utilizan para medicin en chimeneas. Se arman trenes se muestreo, que son equipos formados, por un cao colector de la muestra, un equipo enfriador, un extractor de humedad, los impactadores, una bomba y un medidor de caudal.

La siguiente figura muestra un tren de muestreo tpico

Efluentes Gaseosos

En esta figura, pueden observarse todos los elementos de un tren de muestreo para chimeneas. La calibracin de estos equipos lleva tiempo, dado que debe ajustarse la velocidad del bombeo de la corriente gaseosas a travs del equipo, con la velocidad de la columna ascendente que sale por la chimenea.

Si esto no se hace, tiende a producirse un fenmeno de subestimacin o sobreestimacin de la cantidad o la concentracin de gases.


5. Tratamiento de Efluentes Gaseosos

5.1 Material particulado

La siguiente tabla resume alguno de los equipos que se suelen utilizar para el tratamiento y control de las emisiones gaseosas.

Los sistemas pueden ser:

a) Separacin mecnica

Secos: Gravitacionales
Inerciales
Centrfugos

Humedos: Cmaras de aspersin
Ciclones
Venturi
Por burbujeo

b) Filtros
Filtros de tela
Filtros de papel.

c) Elctricos
Separadores electrostticos.

Antes de seleccionar el sistema de tratamiento hay que conocer:

  • Caudal de aire
  • Concentracin de contaminantes
  • Temperatura de la emisin
  • Densidad
  • Reactividad de los contaminantes
  • Inflamabilidad de los contaminantes

Por lo general, todos los contaminantes presentes en una corriente de chimenea o equipo de extraccin de aire, tratan de ser llevados a una fase slida. Hay equipos que los pasan a una fase lquida, pero estos luego deben ser tratados con sistemas de tratamiento de efluentes convencionales.

Separacin Mecnica, Sistemas Secos
Cmaras sedimentadoras:
En estos equipos las partculas caen y sedimentan por la accin misma
de la gravedad. Las partculas terminan sedimentando sobre tolvas.

Efluentes Gaseosos

En estos equipos la eficiencia est medida en relacin a la altura del mismo. Pueden separar hasta el 90% de las partculas superiores a 50 micrmetros. Pero considerando que el 80% de las partculas tpicas de una corriente de emisin a la atmsfera se halla entre 0,1 a 10 micrmetros, vemos que la eficiencia no es tan alta.

Cmaras inerciales: Estos equipos utilizan la fuerza inercial de las pertculas para separarlas de la corriente de aire. Se colocan obstculos frente a la corriente de aire, que hace que esta cambie de direccin bruscamente. Esto hace que las partculas de mayor tamao sigan su trayectoria y caigan en una tolva.

Efluentes Gaseosos

Estos equipos no se pueden utilizar con partculas muy pequeas. Tienen una eficiencia de 90% para partculas mayores a 25 micrmetros.

Ciclones Estos equipos utilizan la inercia de las partculas para separarlas de la corriente de aireEl aire describe una espiral alrededor de un eje central. La cantidad de vueltas que da el aire dentro depende de la altura del equipo.

Cuanto menor es su altura, menor eficiencia tiene. Estos sistemas son continuos y se purgan con un movimiento de la tolva. Pueden ser colocados en bateras (varios juntos).

Tienen una eficiencia alta para partculas menores a los 25 micrmetros. Sin embargo estas siguen siendo gruesas, ya que las que se hallan por debajo delos 10 micrmetros que son las ms abundantes pasan de largo.

Efluentes Gaseosos

Separacin Mecnica, Sistemas Hmedos

Lavadores: Hay cuatro tipos de sistemas de lavadores: por lluvia, Ciclnicos, Venturi y Por burbujeo

Lavadores de lluvia:
Estn constituidos por simples cmaras, como las sedimentadoras, pero donde adems se agrega un spray de agua. Pueden ser verticales u horizontales, dependiendo de cmo se haga pasar el aire. Estos equipos son de baja eficiencia para partculas pequeas, pero son tambin de bajo costo.

Los lavadores transversales como los que se muestran en la figura, fuerzan el aire a subir y bajar, separando las partculas por inercia, y adems arrastran con el spray de lluvia.

Efluentes Gaseosos

Tambin se pueden armar en formas de lechos, donde se coloca un material de relleno (que suelen ser productos comerciales en general de distintos tipos de plsticos) dentro de una estructura. El aire entra por debajo empujando este material, que reciben la lluvia, y dejando en la superficie de este material las partculas del efluente.

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Lavadores ciclnicos: Estos son equipos muy sencillos. El aire ingresa al sistema en forma tangencial y ascendente. El agua que cae desde arriba o sale del eje central, arrastra e intercepta a las partculas y las enva a una tolva colctora.

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Equipos Venturi: En estos equipos se utiliza el principio de Bernoulli de diferencia de presiones dentro de un angostamiento de seccin de un cao. Cuando un flujo se hace pasar por un estrangulacin, la velocidad de esta aumenta y por lo tanto la presin sobre las paredes disminuye.

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En estos equipos la micro gota de agua se forma justo en el angostamiento de la seccin del equipo por el que se hace pasar la corriente de aire. De esta manera la gota se forma casi en el seno del volumen de aire, permitiendo una mejor separacin de las partculas.

Estos equipos requiere movilizar la corriente gaseosa a altas velocidades y por lo tanto requieren de mucha energa. Sin embargo son equipos mucho ms eficientes que los anteriores.

Sistemas de burbujeo: En estos sistemas las partculas chocan contra unas bandejas y se desprenden del aire, quedando en el agua.

El agua luego es tratada con mtodos convencionales.

Efluentes Gaseosos

Sistemas de Filtros

Filtros de manga:
Estos son artefactos constituidos por una manga de material poroso, por la cual se hace pasar el aire. En estos equipos el aire puede ingresar desde adentro de la manga o desde afuera, dependiendo del tipo y modelo. Los equipos ms sencillos reciben el aire desde adentro de la manga, colectado el polvo dentro de esta. Esto hace que cuando se saturan y se llenan de polvo, deban ser cambiadas por otras.

Los equipos que reciben el aire desde afuera, no tienen ese problema, debido a que el polvo queda por fuera de la manga, y este puede ser retirado con equipos vibrtiles o con aire a presin sin tener que detener el equipo.
En la figura siguiente pueden apreciarse los sistemas de ingreso interno de aire.

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Sistemas Elctricos

Precipitadores electrostticos:
Estos equipos son muy eficientes en la remocin de las partculas ms finas. Pueden limpiar el aire del 90 al 95 de las partculas presentes para partculas de 0,1 a 0,01 micrones.

Estos equipos se basan en la accin de un campo elctrico, que separa a las partculas por su accin electrosttica. Cuando una partcula es muy pequea, se polariza dentro de un campo elctrico, tendiendo a depositarse sobre uno u otro polo elctrico. Si tiene carga neta, como las partculas ms pequeas se adhieren electrostticamente al ingresar dentro del campo.

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5.2 Tratamiento de gases

Equipos para el control de los gases y/o vapores cidos.


El objetivo de estos equipos es retener y neutralizar los vapores cidos tales como los xidos de Azufre SO2 y SO3, el cido Clorhdrico, ClH y los distintos hidrcidos de los Halgenos que se encuentren presentes , ej. FH, BrH, etc.
Para ello existen substancialmente dos modos;
  1. A seco o semiseco
  2. A hmedo

1) Este va instalado siempre antes del equipo de tratamiento del particulado.

El principio del proceso de retencin es la neutralizacin o sea reacciones qumicas entre los vapores cidos y el reactivo neutralizador CaO slido o Ca(OH)2 en suspencin u otros xidos o sales alcalinas. Las sales formadas y los reactivos que no reaccionaron son retenidas luego en el equipo para particulado.

2) Este tipo de equipo va instalado generalmente luego del tratamiento del particulado.

Aqu el principio del proceso de retencin se basa en la absorcin de los gases y vapores en las soluciones lavadoras, que a su vez reaccionan qumicamente neutralizando los cidos.
Generalmente se usa como neutralizante una solucin de soda custica (NaOH)
Pueden estar constituidos por:

  • Torres de lavado (scrubber)
  • Torres de relleno
  • Torres de platos

Todos ellos estn constituidos por columnas o torres donde se ponen en contacto el gas y los vapores a depurar con las soluciones neutralizantes.

En el Scrubber la seccin de pasaje es totalmente libre, logrando con esto la imposibilidad de obstruirse y dando lugar a bajas perdidas de carga, en ella se inyecta la solucin generalmente en contracorriente respecto del gas y vapores a depurar, la superficie de intercambio se logra mediante la fina nebulizacin del lquido de lavado.

Las torres de relleno, poseen cuerpos de formas caractersticas en su interior para lograr as un mejor retencin pues ofrecen una mayor superficie de contacto entre el lquido y los gases

Los cuerpos o material de relleno pueden ser esferas, anillos, placas onduladas, etc. en general son todos productos comerciales bien identificados.

La solucin absorbente entra desde la parte superior en contracorriente a los vapores, el lquido luego se recicla dentro de la misma torre, existiendo controles de pH y conductividad para saber cuando hay que descargar una parte de la solucin que reaccion (purga) y reponer solucin fresca.

Es necesario luego poseer un tratamiento posterior para la solucin descargada. Este tratamiento puede consistir en un filtro prensa o de bandas, una concentracin por calor, etc; de modo tal de separar los barros del lquido.

Las torres de platos poseen en su interior distintos pisos donde en cada uno de ellos los gases deben burbujean en la solucin lavadora, no son muy utilizadas para estos casos pues son fcilmente obstruibles.

En todos los casos de tratamiento a hmedo, la salida de los gases tratados se hace a temperaturas relativamente bajas (60-70 C) y saturados, esto da lugar al caracterstico penacho. Para evitar o minimizar este efecto, los gases son recalentados a temperaturas de 110-130 C.

Las eficiencias de retencin de estos equipos es variable y depende de su diseo y operacin. Pero se encuentran siempre en el orden de 98 a 99 %.

Equipos para el control de los NOx.

Se utilizan generalmente dos tipos de sistemas para la eliminacin de los xidos de Nitrgeno.

  1. Reduccin cataltica selectiva
  2. Reduccin No cataltica

1) Emplea una inyeccin de amonaco en los gases de la chimenea, luego la mezcla pasa por un lecho catalizador a una temperatura de entre 280 C y 430 C:

NO + NH3 + O2 --> N2 + 3/2 H2O

2) Aqu tambin se agrega una corriente de amonaco pero no se utiliza ningn catalizador, el amonaco se inyecta directamente en el horno a temperaturas de entre 700 c y 1200 C.

NO + NH3 + O2 + H2O --> N2 + H2O

Si se evita el adicionar H2, debe aumentarse la temperatura mnima a 870 C.

6. Contaminantes y sus efectos sobre el medio ambiente.

6.1 Monoxido de Carbono:

El monxido de carbono es un gas de naturaleza incolora e inodora En el aire, puede encontrarse en concentraciones que ronda de 0,06 a 1,0 ppm.

Una forma de eliminar las emanaciones de monxido de carbono de algunos procesos industriales es la combustin a llama directa.

El principal aporte de monoxido de carbono a la atmsfera el producido por las fuentes mviles.

Dentro de las industrias, la industria siderrgica es uno de los principales aportantes de monxido de carbono, La combustin llevada a cabo en los altos hornos suele ser incompleta.

Las legislaciones de todo el mundo tomaron cuenta de la gravedad de la accin del CO sobre la salud humana, y fue este el motivo principal de las regulaciones que le pesan.

Aspecto fisiolgico:

El CO es un gas txico que altera profundamente la capacidad de la sangre para ceder oxgeno a los tejidos. El CO afecta el transporte de dos maneras

  1. Impide que parte de la hemoglobina se combine con el oxgeno
  2. La presencia de CO aumenta la afinidad entre la hemoglobina y CO2

Como la afinidad de la hemoglobina por el CO es 200 veces mayor que por el oxgeno, si un sujeto inhala CO an en concentraciones bajas, el gas se combina rpidamente con la hemoglobina. El CO se une en el mismo sitio de la hemoglobina en donde se une normalmente el Oxigeno, por lo que se produce una interferencia estrica bajando la concentracin de oxgeno en sangre.

Debido a la alta afinidad del CO, una muestra de sangre expuesta a una presin parcial de oxgeno de 100 mmHg y una presin parcial de CO de 0,05 mmHg, tendr el 50% de su hemoglobina en forma de oxihemoglobina y el otro cincuenta en forma de Carboxihemoglobina. Este es el equivalente a una persona anmica con solo la mitad de sus glbulos rojos.


6.2 Contaminacin con compuestos del Azufre:

Se considerara la contaminacin con compuestos del azufre. Los principales compuestos del azufre en la naturaleza son SO2, SO3, SH2, SO4H2 y sales del cido sulfrico. Las fuentes de estos compuestos son

  • Combustin de carburantes fsiles
  • Combustin de materia orgnica
  • Descomposicin de materia orgnica
  • Aerosoles marinos
  • Emisiones volcnicas

Los compuestos del azufre son emitidos a la atmsfera principalmente en forma de SO2 (derivadosde procesos antropognicos ) y de SH2, esta especie es emitida a la atmsfera por fuentes naturales en grandes cantidades. El sulfuro de hidrogeno (SH2) puede ser oxidado por el oxigeno atmico, molecular y por el ozono.

Efectos de los compuestos de Azufre:

Efectos en la visibilidad: Las partculas en suspensin en la atmsfera reducen el rango visual al dispersar y absorber la luz. Los aerosoles de cido sulfrico y otros sulfatos constituyen del 5 al 20% de las partculas en suspencin