Efluentes Gaseoso: Aspectos técnicos 06

Aspectos técnicos: efluentes gaseosos.
Características de la Atmósfera.
Capas de la atmósfera:
Troposfera: es la capa más cercana a la tierra y por a tanto la más importante. En ella se desarrolla la vida y se producen los fenómenos meteorológicos que determinan el clima terrestre. Tiene una altitud de 9 a 16 km y sus características son:
  •  Es la capa donde se originan las perturbaciones.
  • Tiene una composición química constante (muy importante para la vida).
  • Desciende la temperatura a razón de aprox. 6.5°C por kilómetro de altura, por encima de los 2000 metros de altura.

Tropopausa: es la capa que separa la troposfera de la estratosfera. Su espesor varía de los 6 km en los polos a los 17 km en el ecuador.
Estratosfera: su espesor se extiende desde los 10 km a los 45 km. En ella se haya la mayor concentración de ozono (O3) de la atmósfera cuya misión es absorber la radiación ultravioleta.
Mesosfera: se extiende desde los 40 a los 90 km. En ella la concentración de ozono es muy baja y al no haber absorción por el ozono, la temperatura baja drásticamente.
Termosfera: en ella se produce la disociación de las moléculas de O2 y N2 por la absorción de radiación ultravioleta, alcanzándose temperaturas de 1500°C. su altura es de 500 km.
Exosfera: es la capa de la atmósfera terrestre en la que los gases poco a poco se dispersan hasta que la composición es similar a la del espacio exterior. Es la última capa de la atmósfera, se localiza por encima de la termosfera, a unos 500 km de altitud, en contacto con el espacio exterior, donde existe prácticamente el vacío. En esta capa la temperatura no varía y el aire pierde sus cualidades físico–químicas.


Contaminación del aire
Las actividades humanas (industrias, tránsito automotor, generación de energía, etc.), contribuyen a que la ciudad sea una fuente y una jaula de calor: las superficies verticales amplifican la reflexión de los rayos solares, el accidentado relieve urbano acrecienta las turbulencias y reduce la evacuación del calor, y por tal motivo, la temperatura de las ciudades suele así ser varios grados superior a la de las áreas rurales circundantes, con polvos y aerosoles suspendidos en el aire.

Las grandes ciudades suelen verse acompañadas de actividad industrial en su entorno y hasta a veces, dentro del mismo ámbito.

El desarrollo industrial está directamente relacionado con la prosperidad, la calidad de vida, y es considerado la principal medida de progreso, también está asociado a preocupaciones como la contaminación y a desastres imprevistos que podrían ocurrir y, con perjuicio, exponer a la población circundante a niveles no deseados de emisiones químicas.

Actualmente, la contaminación del aire representa una amenaza importante para la salud pública en todo el mundo. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS) más de dos millones de muertes prematuras anuales son atribuibles a los efectos de la contaminación del aire en espacios abiertos urbanos y en espacios cerrados. Más del 50% de esta carga de enfermedad recae en las poblaciones de los países en vías de desarrollo.
De lo expuesto se deriva que la calidad del aire urbano enfrenta a numerosos, diversos y complejos problemas y por lo tanto, es objeto de estudio para diferentes disciplinas, que deben complementarse.

Aire

El aire es una mezcla homogénea de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor del planeta Tierra por acción de la fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta. Es una combinación de gases en proporciones ligeramente variables, compuesto por nitrógeno (78 %), oxígeno (21 %),y otras sustancias (1 %), como ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y gases nobles (como kriptón y argón).

Definición de contaminación del aire

Es la presencia en la atmósfera de ciertas sustancias que alcanzan concentraciones lo suficientemente altas sobre el nivel normal, que ocasionan efectos adversos en el hombre, los animales y el clima.
La Ley Nacional 20284/73 de preservación del recurso aire define a la contaminación del aire como: “…la presencia en la atmósfera de cualquier agente físico, químico o biológico o de combinaciones de los mismos en lugares, formas y concentraciones tales que sean o puedan ser nocivos para la salud, seguridad o bienestar de la población, o perjudiciales para la vida animal y vegetal, o impidan el uso y goce de las propiedades y lugares de recreación”.

  
Clasificación de los contaminantes

Los contaminantes químicos primarios se vierten directamente a la atmósfera, están compuestos mayoritariamente (más del 90%) por NOx, CO, COVs y material particulado en suspensión (MP).

Gases inorgánicos (SO2, SH2, NOx, CO, CO2)
Metales pesados (Pb, Cr, Cu, Mn, V, Ni, As, Cd, Hg)
Compuestos halogenados (HCl, Cl2, HF)
Sustancias minerales (asbestos, amiantos)
Compuestos orgánicos: volátiles (COVs), hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs)
Compuestos orgánicos azufrados (mercaptanos)
Compuestos orgánicos halogenados (PCBs, dioxinas, furanos)
Sustancias radioactivas
Aerosoles (partículas sólidas y líquidas)

Los contaminantes secundarios se forman en la atmósfera

Ozono
Oxidantes fotoquímicos
Sulfatos / ácido sulfúrico
Nitratos / ácido nítrico

Contaminantes Prioritarios o Criterio (US EPA, Agencia Ambiental de EEUU)

Monóxido de carbono (CO)
Óxidos de nitrógeno (NOx)
Material particulado (MP)
Ozono (O3)
Dióxido de azufre (SO2)

Compuestos no Cancerígenos

Admiten la existencia de algún nivel de emisiones y contaminación permisibles o aceptado lo suficientemente bajos de manera tal que no causen efectos significativos en la salud de la población o el ambiente. Referencia a niveles guía.
Estos niveles de concentración admitidos se encuentran regulados por la normativa vigente y son conocidos como parámetros de calidad del aire.

Compuestos Cancerígenos

El nivel de efectos por ellos generado se calcula en función de varios factores, entre ellos su concentración, como incremento de probabilidad de desarrollo de cáncer. No se hace referencia a niveles guía, sino de unidad de riesgo.
Unidad de riesgo: riesgo adicional de contraer cáncer durante una vida en una población hipotética cuyos individuos estén expuestos continuamente desde que nacen a una concentración de 1 μg/m3 del contaminante del aire que respiran.
A este grupo pertenecen el benceno, el percloroetileno, el formaldehído, (benzo(a)pireno,
benzo(a)antraceno, benzo(b)fluoranteno, benzo(k)fluoranteno y 3-metilcolantreno, entre los más usuales en aire urbano.

¿Cómo se liberan los contaminantes en el aire?

Los contaminantes son liberados en el aire por un fuente: natural (volcanes, incendios, tormentas de arena, etc) o antropogenica (industria, trafico, calefacciones, etc), en un proceso conocido como emisión.

La emisión es la concentración de contaminantes que vierte un foco determinado. Se mide a la salida del foco emisor.

Una vez en la atmósfera sufren una serie de fenómenos como:

Desplazamiento: por acción de las corrientes de aire en la atmósfera, teniendo en cuenta la vida media del contaminante, estos pueden recorrer grandes distancias más allá del foco emisor.

Dilución: en la atmósfera los contaminantes encuentran un espacio abierto en el que se difunden y expanden, disminuyendo la concentración inicial en la que se encontraban en el foco emisor.

Acumulación: aquellos contaminantes con baja capacidad de reacción pueden acumularse en la atmosfera aumentando su concentración de forma progresiva.

Transformación: con el paso del tiempo y el efecto combinado de los factores meteorológicos, los contaminantes emitidos se transforman. En muchas ocasiones esta transformación supone una degradación del contaminante, propio de la capacidad de asimilación del medio. En otras ocasiones esta transformaciones supone la generación de otros contaminantes, denominados contaminantes secundarios (tales como el ozono y los acidos sulfúrico y nítrico, que dan lugar a la lluvia acida).


Categorías de Fuentes de Contaminantes

·         Fuentes puntuales (también conocidas como fuentes estacionarias o fijas): Una fuente puntual se refiere a una fuente en un punto fijo, con ubicación georeferenciable.

Existe una gran cantidad y variedad de fuentes estacionarias de contaminación del aire: plantas de energía, industrias químicas, refinerías de petróleo, fábricas, etc.

Según la industria o proceso específico, estas fuentes pueden emitir uno o varios contaminantes criterios (partículas con menos de 10 y 2,5 micrómetros de diámetro) del aire además de muchos otros contaminantes peligrosos.

Una de las mayores  preocupaciones en todo el mundo, es la emisión de contaminantes como el dióxido de azufre (SO2) y material particulado (MP) en la generación de energía eléctrica, pues su proceso involucra la combustión de grandes cantidades de combustibles fósiles. Las industrias químicas, entre otras son responsables de emitir muchos contaminantes peligrosos como los compuestos orgánicos volátiles (COVs).

·         Fuentes de área: Las fuentes de área se refiere a una serie de fuentes pequeñas, numerosas y dispersas, que no pueden ser incluidas de manera eficiente en un inventario de fuentes puntuales, pero que en conjunto pueden afectar la calidad del aire en una región, por ejemplo: el uso de madera para cocinar o calentar la casa, las imprentas, las estaciones de servicio, y las tintorerías, etc.

Desde la perspectiva del monitoreo, en estas fuentes se determinan parámetros de inmisión, y como tal son analizados en estudios de la contaminación zonal o regional, incluyendo las fuentes estacionarias y las móviles (inventario de fuentes).

·         Fuentes móviles: Las fuentes móviles incluyen a las diversas formas de transporte tales como automóviles, camiones y aviones, etc. Son fuente de CO, NOx, COVs y MP. La principal fuente móvil de contaminación del aire es el transporte terrestre por la cantidad siempre creciente de vehículos, y de ellos los motores gasoil por su mayor emisión de material particulado.

Los programas para el control de emisiones de automóviles, como el programa de verificación vehicular y el uso de convertidores catalíticos, han contribuido con la reducción de la cantidad de contaminantes del aire. Un aporte también significativo se ha por aplicación de normas que especifican la calidad del combustible de los automóviles y límites de emisiones de vehículos nuevos y en circulación, también han contribuido a una mayor eficiencia y menores emisiones.

·         Fuentes Naturales: Además de las actividades humanas, los fenómenos naturales y la vida animal y vegetal pueden aportar cantidades relevantes de contaminantes al aire. Se reconocen dos fuentes naturales significativas, que son comúnmente consideradas en los inventarios de emisiones atmosféricas:

Emisiones Biogénicas. Conjunto de emisiones de origen vegetal, que varía en su composición según las especies consideradas, consistentes en distinto tipos de COVs, tales como terpenos, alcoholes, aldehídos y cetonas.

Emisiones de Suelos. El óxido nitroso (N2O) es producido naturalmente en los suelos como parte de los procesos de desnitrificación (eliminación microbiológica del nitrógeno del suelo). Dicha emisión se incrementa en zonas agrícolas debido al uso de fertilizantes nitrogenados. Las emisiones de NOx provenientes de los suelos constituyen un 16% de la cantidad global de NOx en la tropósfera.


Ejemplos de fuentes naturales de menor peso cuantitativo son los relámpagos (NOx), la actividad volcánica y geotérmica (SO2 y MP), los incendios forestales (CO2, CO, NOx, MP) y distintas fuentes generadoras de CH4, tales como las colonias de termitas, el ganado y los pantanos (degradación anaeróbica). En este grupo también contribuyen de manera significativa al contenido en MP los aerosoles marinos, el polen y las esporas fúngicas, cuyo peso relativo varía en los distintos ambientes.


Compuestos Particulares

Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs)

Definición

Comprende diferentes tipos de compuestos orgánicos volátiles, básicamente los hidrocarburos y sus derivados, incluyendo diversas familias de compuestos alifáticos (saturados e insaturados) y aromáticos. Podemos encontrar n-alcanos, cicloalcanos, terpenos, hidrocarburos aromáticos y compuestos halogenados.

En función de su relevancia como precursores del ´smog´ fotoquímico, COVs queda definido por exclusión como aquellos compuestos del carbono que no son el monóxido de carbono, el dióxido de carbono, el ácido carbónico, los carburos metálicos o los carbonatos, que participan en reacciones fotoquímicas atmosféricas; anexando un listado exhaustivo del conjunto de compuestos con reactividad fotoquímica (CFR, 2004).

Características

Son contaminantes primarios del aire. Muchos evolucionan transformándose en contaminantes secundarios (oxidantes fotoquímicos). Representan hasta un 16% del total de los contaminantes atmosféricos más frecuentes.

El metano es uno de los presentes en mayor cantidad, por tal motivo suelen ser divididos en dos grupos: metano y compuestos orgánicos volátiles no metánicos (NMOCs).


Material Particulado en Suspensión en Aire (MP)

Dos grandes categorías:

·         SEDIMENTABLE: partículas mayores a 100 μm.
·         EN SUSPENSIÓN: partículas menores a 100 μm.

El límite inferior de visibilidad del ojo es ligeramente inferior a los 100 μm.

Otras denominaciones habituales para las partículas atmosféricas:

·         Aerosol: conjunto de partículas, sólidas o líquidas dispersas en el aire.
·         Polvo y hollín para referirse a sólidos.
·         Neblina y niebla para designar una elevada concentración de gotas de agua.

Productos derivados.

Polvo: suspensión de partículas sólidas de forma irregular que proceden de diferentes procesos de disgregación de materiales.

Niebla: suspensión de pequeñas gotas líquidas originadas por la condensación de vapor de agua sobre partículas higroscópicas suspendidas en el aire (núcleos de condensación).

Humo industrial: suspensión de partículas sólidas o líquidas debidas a la condensación de vapores producidos en procesos industriales.

Humo de combustión: conjunto formado por partículas sólidas o líquidas residuales procedentes de procesos de combustión (cenizas).

Bruma: suspensión de pequeñas gotas líquidas, originadas por condensación de vapores o evaporación de aceites esenciales de vegetación (visibles a simple vista).

Fuentes de MP:

Más del 80% tienen un origen natural:

Aerosoles marinos
Arrastre de polvo por el viento
Incendios forestales
Erupciones volcánicas
Pólenes
Microorganismos

Partículas gruesas:

Compuestas por sustancias de origen mineral, la composición química de las mismas incluye silicatos y elementos como aluminio, potasio, hierro, calcio, otros del grupo alcalino-térreos y otros de transición. También se han encontrado en esta fracción cantidades importantes de compuestos orgánicos y algunos carbonatos.

Partículas finas:

·         Las partículas finas tienen tiempos de vida media (días o semanas) mayores que las partículas gruesas (minutos a horas).
·         Tienden a dispersarse de manera más uniforme a lo largo de un área determinada o región geográfica.
·         Las partículas finas pueden dispersarse entre 100 y 1.000 km, las partículas gruesas sólo pueden viajar una distancia menor a 10 km.
·         Contiene considerables cantidades de sulfatos, amonio, nitrato, carbón elemental, y compuestos orgánicos condensados.

·         Una gran variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos se encuentran adsorbidos en la superficie de las partículas, especialmente en las más finas, debido a su mayor área superficial (compuestos carcinogénicos como algunos hidrocarburos aromáticos policíclicos, y metales pesados tales como el arsénico, selenio, cadmio, y zinc).
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