Introducción de Efluentes Gaseosos

1. Introducción

La República Argentina no presenta un alto nivel de contaminación atmosférica, esta problemática se siente únicamente en las ciudades, donde en algunos puntos, durante las horas pico, pueden presentarse concentraciones elevadas de contaminantes.

En las ciudades, la generación de emisiones gaseosas se ha incrementado en los últimos años, debido al crecimiento del parque automotor. En la actualidad las emisiones de los vehículos, son más importantes que las emisiones de las industrias. Además se han prohibido las quemas y los incineradores domiciliarios. Esto a contribuido a bajar el nivel de contaminantes.

Prácticamente todo nuestro país se halla sometido a vientos constantes. Las ciudades de Buenos Aires, Rosario, Córdoba, 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 atmósfera 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 exposición, también acotado.

En el exterior no hay control, los grupos de riesgo son mayores, hay niños, embarazadas, ancianos, enfermos, (además de personas sanas) y el tiempo de exposición 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 están 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 legislación.

3. Contaminación Atmosferica

Se entiende por contaminación atmosferica la presencia en la atmósfera de cualquier agente fisico químico o biológico, 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 población, o perjudiciales para la vida animal y vegetal. A su vez la contaminación puede clasificarse según su fuente o sus constituyentes principales.

Según su fuente podrían clasificarse de la siguiente manera:

Fuentes Fijas

• Industriales
• Domesticas

Fuentes Móviles

• Vehículos
• Aeronaves
• Buques

Fuentes Compuestas

• Zonas industriales
• Áreas urbanas

En la tabla puede verse que la fuente de contaminación más impórtate es el transporte y que a su vez el contaminante mas abundante es el CO(monóxido de carbono).

4. Equipos de medición de contaminantes atmosféricos.

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

4.1 Para Particulas:

Muesteo en ambiente laboral:

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

Estas partículas se miden con unos equipos portátiles que son unas mochilas, donde se encuentra una bomba y las baterías 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 pequeños y suelen ser de celulosa o metilcelulosa. Estos filtros se retiran y se pesan cuidadosamente para conocer el peso de las partículas que se ha depositado sobre él. Como el equipo también registra el caudal de aire que ha pasado por su interior, entonces se puede conocer la concentración del contamínate.

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

Partículas en suspensión:

Para partículas en suspensión se utilizan filtros con bombas Se usan bombas para poder mover el caudal desde el exterior de la estructura forzándolo 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 partículas muy diversas. Cuando el sistema comienza a funcionar, recolecta las partículas más grandes, pero en la medida en que se va saturando el filtro, comienza a muestrear las partículas más finas.
Todo el equipo se monta sobre un bastidor que actúa de soporte.

El techo de la cabina, se utiliza para dos funciones

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

Para partículas más pequeñas, se utilizan otros sistemas de medición, que involucran mecanismos de separación de las partículas. Se utiliza la inercia de las partículas para separarlas en distintos tamaños.

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

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 condensación 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 orgánicos

1. Tubos de carbón activado: El carbón activado se utiliza par poder adsorber compuestos orgánicos que se encuentren en la atmósfera.

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

El carbón 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 orgánicos.

Esta superficie se satura en determinado momento, por lo que debe conocerse lo que se denomina curva de saturación del equipo a utilizar. De esta manera, se determina el tiempo de muestreo, que asegure conocer la concentración del contaminante. La concentración puede conocerse fácilmente 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 disolución de un contaminante en un medio líquido. Se hace burbujear el aire por una solución que reacciona específicamente con lo que se quiere detectar. Con esto se detecta por ejemplo el SO2.

Los impactadores tiene algunas limitaciones. Esta son:

• El líquido puede evaporarse disminuyendo el volumen y sobreestimando la concentración real de los contaminantes presentes en la atmósfera.
• El reactivo químico se puede saturar completamente y por lo tanto no se conocerá la concentración real del contaminante.

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

Para ambientes de trabajo, los equipos son similares a los de las mochilas para la determinación de partículas en suspensión, salvo que estos detectan gases.

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

Estos equipos se utilizan para medición en chimeneas. Se arman trenes se muestreo, que son equipos formados, por un caño 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 típico

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

Si esto no se hace, tiende a producirse un fenómeno de subestimación o sobreestimación de la cantidad o la concentración 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) Separación mecánica

Secos: Gravitacionales
Inerciales
Centrífugos

Humedos: Cámaras de aspersión
Ciclones
Venturi
Por burbujeo

b) Filtros
Filtros de tela
Filtros de papel.

c) Eléctricos
Separadores electrostáticos.

Antes de seleccionar el sistema de tratamiento hay que conocer:

• Caudal de aire
• Concentración de contaminantes
• Temperatura de la emisión
• Densidad
• Reactividad de los contaminantes
• Inflamabilidad de los contaminantes

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

Separación Mecánica, Sistemas Secos
Cámaras sedimentadoras: En estos equipos las partículas caen y sedimentan por la acción misma
de la gravedad. Las partículas terminan sedimentando sobre tolvas.

En estos equipos la eficiencia está medida en relación a la altura del mismo. Pueden separar hasta el 90% de las partículas superiores a 50 micrómetros. Pero considerando que el 80% de las partículas típicas de una corriente de emisión a la atmósfera se halla entre 0,1 a 10 micrómetros, vemos que la eficiencia no es tan alta.

Cámaras inerciales: Estos equipos utilizan la fuerza inercial de las pertículas para separarlas de la corriente de aire. Se colocan obstáculos frente a la corriente de aire, que hace que esta cambie de dirección bruscamente. Esto hace que las partículas de mayor tamaño sigan su trayectoria y caigan en una tolva.

Estos equipos no se pueden utilizar con partículas muy pequeñas. Tienen una eficiencia de 90% para partículas mayores a 25 micrómetros.

Ciclones Estos equipos utilizan la inercia de las partículas 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 baterías (varios juntos).

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

Separación Mecánica, Sistemas Húmedos

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

Lavadores de lluvia: Están constituidos por simples cámaras, como las sedimentadoras, pero donde además se agrega un spray de agua. Pueden ser verticales u horizontales, dependiendo de cómo se haga pasar el aire. Estos equipos son de baja eficiencia para partículas pequeñas, pero son también de bajo costo.

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

También 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 plásticos) 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 partículas del efluente.

Lavadores ciclónicos: 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 partículas y las envía a una tolva colctora.

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

En estos equipos la micro gota de agua se forma justo en el angostamiento de la sección 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 separación de las partículas.

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

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

El agua luego es tratada con métodos convencionales.

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 más 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 vibrátiles o con aire a presión sin tener que detener el equipo.
En la figura siguiente pueden apreciarse los sistemas de ingreso interno de aire.

Sistemas Eléctricos

Precipitadores electrostáticos: Estos equipos son muy eficientes en la remoción de las partículas más finas. Pueden limpiar el aire del 90 al 95 de las partículas presentes para partículas de 0,1 a 0,01 micrones.

Estos equipos se basan en la acción de un campo eléctrico, que separa a las partículas por su acción electrostática. Cuando una partícula es muy pequeña, se polariza dentro de un campo eléctrico, tendiendo a depositarse sobre uno u otro polo eléctrico. Si tiene carga neta, como las partículas más pequeñas se adhieren electrostáticamente al ingresar dentro del campo.

5.2 Tratamiento de gases

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

El objetivo de estos equipos es retener y neutralizar los vapores ácidos tales como los óxidos de Azufre SO2 y SO3, el ácido Clorhídrico, ClH y los distintos hidrácidos de los Halógenos que se encuentren presentes , ej. FH, BrH, etc.
Para ello existen substancialmente dos modos;

1. A seco o semiseco
2. A húmedo

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

El principio del proceso de retención es la neutralización o sea reacciones químicas entre los vapores ácidos y el reactivo neutralizador CaO sólido o Ca(OH)2 en suspención u otros óxidos 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.

Aquí el principio del proceso de retención se basa en la absorción de los gases y vapores en las soluciones lavadoras, que a su vez reaccionan químicamente neutralizando los ácidos.
Generalmente se usa como neutralizante una solución de soda cáustica (NaOH)
Pueden estar constituidos por:

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

Todos ellos están 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 sección 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 solución generalmente en contracorriente respecto del gas y vapores a depurar, la superficie de intercambio se logra mediante la fina nebulización del líquido de lavado.

Las torres de relleno, poseen cuerpos de formas características en su interior para lograr así un mejor retención pues ofrecen una mayor superficie de contacto entre el líquido 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 solución absorbente entra desde la parte superior en contracorriente a los vapores, el líquido luego se recicla dentro de la misma torre, existiendo controles de pH y conductividad para saber cuando hay que descargar una parte de la solución que reaccionó (purga) y reponer solución fresca.

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

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

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

Las eficiencias de retención de estos equipos es variable y depende de su diseño y operación. 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 eliminación de los óxidos de Nitrógeno.

1. Reducción catalítica selectiva
2. Reducción No catalítica

1) Emplea una inyección de amoníaco 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 + ¼ O2 –> N2 + 3/2 H2O

2) Aquí también se agrega una corriente de amoníaco pero no se utiliza ningún catalizador, el amoníaco 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 mínima a 870 C.

6. Contaminantes y sus efectos sobre el medio ambiente.

6.1 Monoxido de Carbono:

El monóxido 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 monóxido de carbono de algunos procesos industriales es la combustión a llama directa.

El principal aporte de monoxido de carbono a la atmósfera el producido por las fuentes móviles.

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

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

Aspecto fisiológico:

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

1. Impide que parte de la hemoglobina se combine con el oxígeno
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 oxígeno, si un sujeto inhala CO aún en concentraciones bajas, el gas se combina rápidamente 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 estérica bajando la concentración de oxígeno en sangre.

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

6.2 Contaminación con compuestos del Azufre:

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

• Combustión de carburantes fósiles
• Combustión de materia orgánica
• Descomposición de materia orgánica
• Aerosoles marinos
• Emisiones volcánicas

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

Efectos de los compuestos de Azufre:

Efectos en la visibilidad: Las partículas en suspensión en la atmósfera reducen el rango visual al dispersar y absorber la luz. Los aerosoles de ácido sulfúrico y otros sulfatos constituyen del 5 al 20% de las partículas en suspención