Manual carmen

414 views

Published on

CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Published in: Education
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
414
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
3
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Manual carmen

  1. 1. Control de la contaminación atmosférica 11CO TROL DE LA CO TAMI ACIÓATMOSFÉRICADEPURACIÓ Y CO TROL DE EMISIO ES A LAATMÓSFERA(180 horas.)1. CO TAMI ACIÓ ATMOSFÉRICA1.1. ATMÓSFERA: CONCEPTOS BÁSICOSLa atmósfera es una capa gaseosa de espesor uniforme que haceposible la vida en el planeta. Está formado por una serie de gases enproporciones variables.1.1.1. Composición del aire limpio y seco (% vol.)Entre estos gases está:Gas Composición (%)N2 78,084 %O2 20,9476 %Ar 0,934 %CO2 0,0314 %Ne 0,0018 %He 0,0005 %Otros (CH4, Kr, NO, H2, Xe) <0,0002 %
  2. 2. Control de la contaminación atmosférica 22Otros (O3, NH3, CO, I2, NO2, SO2) < 0,000007 %1.1.2. Definiciones de contaminación atmosférica“Presencia en la atmósfera de sustancias no deseables, enconcentraciones, tiempo y circunstancias tales que puedan afectarsignificativamente al confort, salud y bienestar de las personas o al usodisfruto de sus propiedades” (ASTM)“Existe contaminación del aire cuando la presencia en él de una sustanciaextraña o una variación importante en la proporción de lashabitualmente presentes es capaz de provocar un efecto perjudicial o unamolestia, teniendo en cuenta los conocimientos científicos del momento”(Consejo de Europa)“Presencia de impurezas en el aire que puede provocar un perjuicionotable para la salud, la comodidad y los bienes humanos. Estácontaminación puede deberse a gases, vapores, partículas o líquidos,incluso radiaciones.”La atmósfera es un medio muy complejo en el que ocurren fenómenosmeteorológicos y químicos que hacen incierto el comportamiento de losresiduos vertidos.Debido a la gran movilidad de los compuestos en la atmósfera sobre todoen relación a los medios hídricos y edáficos, por los efectos de losresiduos pueden alcanzar extensas zonas del planeta.La contaminación atmosférica se caracteriza por ser totalmente dinámica.Por lo tanto los impactos producidos en la atmósfera se pueden tratar en3 niveles. Se puede producir con efecto:Planetario (global): efecto invernaderoRegional: lluvia ácidaLocal: contaminación de los núcleos urbanosPodemos distinguir distintos tipos de fuentes de contaminaciónatmosférica:Natural: erupciones…Antropogénica:
  3. 3. Control de la contaminación atmosférica 33Industrias (fijos)Tráfico (móviles)1.1.3. Composición de la atmósferaEn la atmósfera se pueden distinguir 5 zonas que se diferencian porla gradiente de temperatura y por la densidad, tiempo de actividad químicay energía de radiación incidente.Los límites entre las regiones reciben el nombre de pausas. Destacarque la densidad de las capas va a disminuir con la altura.Las capas de la atmósfera son:Troposfera: es la capa más importante y está en contacto con el hombre.Es la capa donde emitimos los contaminantes. Comprende los primeros12 Km de altitud. El intervalo de temperatura es de 15 ºC hasta -56ºC(gradiente negativo de temperatura). Esto es muy importante ya quepermite una mezcla constante de masas, tanto en dirección horizontalcomo vertical, y favorece la actividad meteorológica.La constante mezcla de aire es consecuencia de una gran actividadmeteorológica. El continuo movimiento hace que los contaminantes sedispersen y transporten.En esta capa, la composición del aire seco es muy homogénea. Sinembargo, el contenido en vapor de agua es muy variable por laformación de nubes, precipitaciones y evaporación desde las grandesmasas de agua superficial.Es la capa de mayor densidad y contiene el 75 % de la masa total de laatmósfera. Es donde se concentra todo el vapor de agua y los aerosoles.La densidad de esta capa disminuye con la altura.Estratosfera: Entre la troposfera y la mesopausa. La estratosfera va desdela tropopausa hasta una altitud que alcanza los 50 Km.En ella tienen lugar un gradiente positivo de temperatura (-56ºC a -2ºCse invierte el gradiente de temperatura). En este caso, la temperaturaaumenta con la altura. Esto se debe a la absorción de radiaciónultravioleta ya que esta capa contiene la mayor parte del ozonoatmosférico.
  4. 4. Control de la contaminación atmosférica 44El gradiente mayor de temperatura tiene una implicación importante yaque las masas de aire frío suben por encima de las más calientes y por lotanto en esta capa predominan los movimientos horizontales. Estoconfigura una estructura de estratos.Mesosfera: se extiende desde los 50 m hasta los 95 Km. Su temperaturavaría desde los -2ºC hasta los -92ºC, por lo que existe un gradiente detemperatura negativo.La densidad es muy baja y apenas se producen movimientos deconvección.La composición del aire de esta capa también depende de la temperaturaya que hace que existan gases ligeros y apenas se encuentra vapor deagua y ozono.Termosfera o ionosfera: comprende la parte de la atmosfera entre los 85Km y los 500 Km de altitud. El intervalo de temperatura se encuentraentre -92ºC y 1200ºC (gradiente positivo).Este aumento de temperatura se debe a la absorción ultravioleta. En estacapa existe de forma despreciable vapor de agua y ozono.En esta capa hay gran cantidad de actividad fotoquímica y esto hace quemuchos elementos, como N2 y O2, se ionicen. De ahí el nombre deionosfera.Existen otras capas más altas que son:Exosfera y mesosfera: están compuestas mayoritariamente por átomos eiones de hidrógeno, oxígeno y helio. La concentración de los ionesaumenta conforme subimos y por encima de los 2.000 Km se encuentrauna banda de radiaciones que llegan hasta los 55.000 Km (magnetosfera)contenida en la exosfera.Se puede dividir la atmósfera en dos partes:Homosfera: es la parte de la atmósfera más homogénea en cuanto aconstituyentes gaseosos. Comprende la biosfera, estratosfera ymesosfera.Heterosfera: es la parte de la atmósfera más heterogénea. Es en estaparte donde se producen cambios en la composición química y abundanlos iones y las especies disociadas.
  5. 5. Control de la contaminación atmosférica 55Ilustración 1 AtmósferaExiste una parte de la atmósfera denominada “Quimiosfera”donde hay una gran actividad fotoquímica. Está formada por laestratosfera y la mesosfera.La densidad de la atmósfera disminuye con la altitud de formaque un 99% de masa de la atmósfera se concentra en los primeros 30 Km.Es a esta zona donde van a parar los residuos lanzados por el hombre.La proporción mayor de ozono está en la estratosfera,aproximadamente a los 25 Km de altura.
  6. 6. Control de la contaminación atmosférica 661.2. CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOSLa contaminación atmosférica es un fenómeno que se presenta aescala microscópica.Las unidades de medida que se emplean son pequeñas (mg/m3,µg/m3, ng/m3, ppm, ppb).1.2.1. Tipos de contaminantes atmosféricosSe establece una clasificación de los contaminantes atmosféricos:Estado físicoPartículas físicas arrastradas por gases de combustión, nieblas, gaseso vapores. Gran dispersión de tamaño. Composición química muy elevadasegún su procedencia.Contaminantes gaseososPartículas (sólidas o líquidas):Polvo: partículas comprendidas entre 1-1000 µm que sedepositan por la acción de la gravedad. Se denominansedimentables. Influyen sobre la velocidad de sedimentación(cuanto más tiempo más sedimentación).Aerosoles: partículas < 1 µm que se encuentran en suspensión enel aire y no tienen tendencia a sedimentar. Sus efectos dependede la granulometría, siendo las partículas más pequeñas las máspeligrosas y estando un mayor tiempo suspendidas en el aire.• Partículas < 10-20 µm causan riesgos respiratorios.• Partículas < 0,1 µm son solubles desde el punto de vistabioquímico ya que atraviesan membranas biológicas.En función de la composición químicaCompuestos de azufre: SO2, SO3, SH2Se vierten cantidades muy elevadas que proceden de lacombustión. El azufre es la impureza más común de los combustiblesfósiles.
  7. 7. Control de la contaminación atmosférica 77En el caso del SO2 es peligroso, tóxico e irritante. Puede formarSO3 por oxidación directa, catalítica o por descomposición desulfatos presentes en los combustibles.El 80 % de SO2 que se vierte a la atmosfera procede de procesosde combustión ya que es la impureza más común en loscombustibles, tanto sólidos como líquidos.La oxidación catalítica es el proceso más importante y comocatalizadores actúan diversos compuestos metálicos que hay enlos combustibles como Fe2O3 (óxido férrico), CuO (óxidocúprico), V2O5.El SO3, con la humedad del ambiente forma ácido sulfúricoH2SO4, que es un ácido con alto poder corrosivo y que seencuentra en la atmosfera en forma de aerosol y da lugar a unasnieblas de color azulado conocidas como smog ácido.SO2 + ½ O2 O3 +QEl H2SO4 es un ácido de alto poder corrosivo que se encuentraen la atmósfera en forma de aerosol.SH2 no es tan importante como SO2 y SO3, pero está presente enla atmósfera y procede de la descomposición de la materiaorgánica.Tiene facilidad para formar compuestos metálicos que sonespecialmente agresivos.También se produce en erupciones volcánicas, en refinerías depetróleo y en industrias metalúrgicas.A bajas concentraciones causa molestias respiratorias y enconcentraciones por encima de 2.000 ppm puede causar lamuerte.En general, los compuestos de azufre tienen efectos sobre lasplantas, siendo el efecto más preocupante el de la lluvia ácidaque afecta a una amplia gama de materiales, ecosistemas, etc.
  8. 8. Control de la contaminación atmosférica 88Compuestos inorgánicos del carbono: CO, CO2, Cl2CO (fosgeno)El CO se origina en procesos de combustión incompleta (el O2 seencuentra en defecto).Reacción de oxidación:CxHy + O2 CO + H2OLa principal fuente de CO es el tráfico rodado.Es un compuesto muy tóxico debido a que el CO interfiere en eltransporte de O2 por la sangre (carboxihemoglobina).O2Hb + CO COHb + O2Su difusión en la atmósfera es muy rápida ya que el pesomolecular del CO es bajo y por tanto altas concentraciones deCO tienen una duración muy corta.CO2: se encuentra en la atmósfera de forma natural (por ellohace 15-20 años no se consideraba contaminante).Hoy en día se considera contaminante debido a que seencuentra en concentraciones anormales que rompen el efectoatmosférico.Es un gas de efecto invernadero (controlado por el protocolo deKyoto).
  9. 9. Control de la contaminación atmosférica 99Este compuesto no es tóxico por sí sólo, pero a altasconcentraciones puede producir asfixia por desplazamiento delO2.Cl2CO: cloruro de carbonilo o fosgeno. Es un contaminante deorigen industrial y su producción se encuentra muy limitada. Suimportancia radica en que es extremadamente tóxico.Es fácilmente detectable por su carácter organoléptico (huelemal) debido a su mal olor. Se usa para la fabricación de plásticosy pesticidas.Compuestos de nitrógeno: NOx (NO, NO2, N2O…), NH3, PANLos óxidos de nitrógeno (NOx) son componentes naturales de laatmósfera aunque en concentraciones muy bajas. Estasconcentraciones aumentan debido a la combustión a altatemperatura, tanto industrial como en vehículos. Esto se debe aque en los combustibles líquidos hay N entre un 1-2 % y este Ncontribuye a la formación (80-90 %) de los óxidos de nitrógenoNOx totales.Las principales fuentes de emisión son las fábricas de HNO3,centrales térmicas, calderas industriales, combustionesdomésticas y tráfico rodado.Los óxidos de nitrógeno contribuyen a la lluvia ácida, smogfotoquímico y al efecto invernadero.NH3: se presenta en concentraciones muy bajas en la atmósfera ysólo se dan a niveles elevados de forma ocasional debido aescapes accidentales en la industria (fábricas de carbono, de NH3y procesos de fabricación de compuestos orgánicos).PAN. Nitratos de peracilo: tienen su origen en procesosfotoquímicos (reacción de la luz solar cuando en la atmósferahay presencia de hidrocarburos activados con óxido denitrógeno)HC + NOx + hυ PAN
  10. 10. Control de la contaminación atmosférica 1010Compuestos orgánicos volátiles (COVs): hidrocarburos, aldehídos,halocarburos.Son compuestos de carbono con bajo peso molecular, por eso sonvolátiles. Se distinguen en:Hidrocarburos: constituyen el 50 % de los COVs y se puedendividir en:• Hidrocarburos alifáticos (cadena lineal): son propano,hexano, etileno.Son muy tóxicos y asfixiantes ya que desplazan el O2.Tienen su origen en la producción del petróleo, gas natural ylos vehículos por combustión incompleta y por evaporación• Hidrocarburos aromáticos: son benceno, tolueno.Son altamente tóxicos debido a que son cancerígenos ytienen propiedades narcóticas.Las principales fuentes de emisión de estos compuestos(HC) son las industrias del petróleo, de gas natural y losvehículos en este caso. Los HC proceden de la combustiónincompleta y de la evaporización.Aldehídos: se forman por oxidación incompleta decombustibles y lubricantes. Su concentración depende de laactividad industrial de la zona, de la densidad del tráfico, etc.Halocarburos: son derivados de los hidrocarburos y contienenelementos halógenos (F,Cl,Br,I). Destacan los halones (contienenBr) y los freones (CFCs =clorofluorocarbono) que contribuyen ala reducción de la capa de ozono.Los CFCs han sido sustituidos por HFC y PFC que no afectana la capa de O3, pero sí contribuyen al efecto invernadero.Metales: Ca, Al, Pb, Fe,…, Na, K, V, Mg, Cu, Cr, MnEn la atmosfera se ha detectado presencia de metales (Ca,Al, Pb, Fe)y en proporciones bajas (Na,K, Mg, Cu,Cr,Mn) son perjudiciales aaltas concentraciones.
  11. 11. Control de la contaminación atmosférica 1111Su origen es muy variado (Pb: gases de escape, Vanadio: residuofuel-oil, etc.)En general, los metales pesados proceden de la combustión de loscarburantes, centrales metalurgias y de incineración de residuos.Ozono: se forma por reacción fotoquímica en la que interviene deforma activa la luz solar. A nivel de suelo se encuentra aconcentraciones muy bajas, pero se incrementa de forma muyrápida con la altura.Se genera en la troposfera por reacciones fotoquímicas en las queintervienen hidrocarburos y óxidos de nitrógeno en determinadascondiciones.HC + NOx + hυ Niebla solar fotoquímicaSe debe distinguir entre el ozono beneficioso (se genera en laestratosfera/ absorción de radiación ultravioleta) y el contaminante(se genera en la troposfera).El ozono contaminante se genera por diversas causas:Naturales• Descargas eléctricas• Radiación X• Radiación UVArtificiales• Arco voltaico: pueden elevar las concentraciones hastaniveles de 0’3 ppm. Incluso se puede llegar aconcentraciones superiores a 1 ppm (situación que es muygrave).Desde 1985 se considera el ozono como contaminantes prioritario yaumenta continuamente en la troposfera y paradójicamentedisminuye en la estratosfera (capa de ozono).Troposfera limpia [O3] = 20-80 ppb
  12. 12. Control de la contaminación atmosférica 1212Zonas urbanas contaminadas [O3] = 500 ppbAlgunos efectos del ozono son:Influye en la degradación de productos de goma, neumáticos.Tiene efectos nocivos sobre plantas y en la salud.Fluoruros: son productos derivados del flúor. Son gases incoloros,solubles en agua, muy tóxicos y de olor irritante.En el aire húmedo forma una niebla compuesta por pequeñas gotitaslíquidas. La presencia de fluoruro se realiza sobre todo en formagaseosa. Hay que destacar el HF, aunque también tiene importanciael SiF4. El fluorhídrico FH está en forma de dímeros H2F2.También podemos tener fluoruros en partículas sólidas. Losfluoruros, de forma natural, pueden proceder de una erupciónvolcánica, de una emisión marina (al calentarse el agua sedesprenden), etc.Las emisiones de flúor provocadas por la actividad humana puedendarse en: combustión de carbón, industrias fertilizantes, acero, Al, Fe.También pueden surgir de la propia erosión de un terreno que tengacompuestos de flúor o minerales ricos en flúor, aunque esta últimaprocedencia puede considerarse más natural que artificial.Efectos:Se comportan como compuestos tóxicos acumulativos en losvegetales. Atacan en forma de quemaduras a las hojas(fundamentalmente en las puntas) aunque no van a penetrar ensu metabolismo.En el hombre los fluoruros afectan al metabolismo del calcio.Pueden provocar, por tanto, problemas de huesos; disminuyenlas defensas contra ciertas enfermedades, etc. Si aumenta laconcentración que absorbe el organismo se producen problemasrespiratorios.Los animales absorben los fluoruros directamente oindirectamente a través de los vegetales que consumen.
  13. 13. Control de la contaminación atmosférica 1313En cuanto al HF hay que decir que es muy irritante paras las víasrespiratorias y puede que generar perturbaciones crónicas.Exposiciones prolongadas pueden producir edemas pulmonaresy concentraciones elevadas pueden producir asfixia por sincoperespiratorio.Además es muy corrosivo pudiendo provocar quemadurasgraves en las mucosas y por suerte su olor es insoportable por loque los accidentes agudos son muy raros. Afortunadamente suolor insoportable repele el permanecer en atmósferascontaminadas; por lo cual los accidentes agudos son bastanteraros.OtrosContaminación organoléptica:Los olores no se consideran directamente como contaminantespor no producir en general, efectos nocivos sobre la salud; pero síhay que tenerlos en cuenta porqué produce malestar general en lapoblación.Fuertes olores desagradables pueden provenir de vertederos(tanto de los controlados como de los no controlados), de ríoscontaminados, de industria agroalimentaria, etc. En este últimocaso, en las industrias agroalimentarias, se pueden evitar en granmedida la emisión de olores desagradables haciendo uso de unlecho de carbón activo. También hay que destacar los alpechines.La contaminación con un olor perceptible puede ser detectadapor el olfato humano, aún en concentraciones tan bajas que nosean perjudiciales para la salud. Existen otras fuentes que emitenolores agradables, como pueden ser las fábricas de galletas, laindustria de la fermentación, las cerveceras, las fábricas de cañade azúcar, etc.Se han realizado numerosos estudios y aplicaciones en laindustria para la disminución de la emisión de olores; e inclusopara la transformación de estos olores en otros menosdesagradables.
  14. 14. Control de la contaminación atmosférica 1414Existen otras formas de contaminación (Acústica, radiaciones,lumínica, etc.)En función de su formaciónContaminantes primarios: se encuentran de la misma forma en laque se emiten.Se emiten de forma directa desde diversas fuentes naturales o poractividades del hombre.Se pueden encontrar en la atmósfera en la misma forma química quecomo ha sido emitida.Los más representativos son: SO2, CO, NH3, NOx, SH2, CFCs,partículas en suspensión…El SO2, CO, NOx representan el 75 % de los contaminantesprimarios.Contaminantes secundarios: no se encuentran en la misma formaen la que se emiten.Se forman por la interacción química entre los contaminantesprimarios, otros compuestos y otros efectos habituales en laatmósfera (vapor de H2O o radiación solar).Los más habituales son: H2SO4, NH3, O3, PAN.Tiempo de vida mediaLa vida media de las moléculas de un gas calculadas por la relaciónentre la concentración atmosférica de una especie y la velocidad deaportación de la misma.Nos proporciona una idea de lo reactivo o inerte que puede ser elcontaminante.Cuanto mayor sea su vida media, mayor será le tiempo depermanencia en la atmósfera y más lejos podrán ser transportados.Ejemplos:
  15. 15. Control de la contaminación atmosférica 1515La vida media del SO2es del orden de días.Los CFC’stienen una vida media de más de 100 años. Puedenalcanzar las capas más altas de la atmosfera degradando la capa deozono. Recorren grandes distancias dentro de los ciclosmeteorológicos del planeta.En función de este parámetro podemos tener:Gases permanentes: cuyo tiempo de permanencia es de más de 1000años (N2, O2 y gases nobles)Gases variables: con un tiempo de permanencia de 100 años (CO2,CH4, H2, N2O, O3)Gases muy variables: con una vida media inferior al año (vapor deagua, CO, NH3, NO2, SO2, H2S)1.3. DISPERSIÓN ATMOSFÉRICA: EMISIÓN E INMISIÓNLa contaminación comienza cuando una determinada fuente emite uncontaminante a la atmósfera.El proceso de contaminación a la atmosfera comienza al depositarseen ella los contaminantes, y continua con la presencia de los mismos en losmedios gaseosos.Esta presencia es muy variada, según las propiedades de loscomponentes y las condiciones ambientales. (Contra más actividadatmosférica haya más dispersión de los contaminantes habrá)Las fuentes emisoras son bastantes numerosas y se concentranprincipalmente en los entornos urbanos y en las áreas de elevada densidadindustrial; aunque tenemos que decir que existen algunas fuentes muyimportantes, como son las plantas térmicas, que suelen estar alejadas de losnúcleos urbanos.La evacuación de la contaminación debe comenzar desde el principiodel proceso.Se dan dos conceptos:Emisión: totalidad de las sustancias que pasan a la atmosfera después dedejar las fuentes de las que proceden (en el momento en que abandonansu fuente de procedencia y pasan a formar parte del aire).
  16. 16. Control de la contaminación atmosférica 1616Sufren un proceso de difusión atmosférica (mezcla y transporte)Una vez se ha producido la emisión, los contaminantes se distribuyepor la atmosfera según el proceso de difusión que depende de dos factores:Específicos: tamaño, temperatura, peso molecular, velocidad desalida.Meteorológicos:En una atmosfera estable propicia la contaminación decontaminantes porqué solo habrá difusión ordinaria. Sin embargo, en unaatmosfera inestable y dinámica difundirá rápidamente los contaminantesdebido a la turbulencia atmosférica. En este caso tenemos transporte porconvección.Se consideran factores meteorológicos la velocidad del viento, elgradiente de temperatura, la humedad…Estos factores también influyen en las posibles transformacionesquímicas. Hay que tener en cuenta que la atmosfera es un medio oxidanteque recibe radiación solar. Podemos decir que los contaminantes en laatmósfera están en continua dilución.La estabilidad atmosférica será un factor importante, ya que si hayinestabilidad se produce difusión y transporte por convección.Inmisión: permanencia de los compuestos de forma continua o temporalen la atmosfera.Concentración de los contaminantes en el ambiente gaseoso enpuntos suficientemente alejados de las fuentes (emisiones) como para nodiscernir cuál de ellos es el causante de los niveles de polución alcanzados.Los niveles de emisión e inmisión están regulados mediante laespecificación de unos límites:Concentración máxima de emisión (CME): representa la mayorcantidad de contaminante que una fuente está autorizada a emitir (mg/Km recorrido; g/ Tn incinerada, g/h, …)Concentración máxima de inmisión (CMI): representa la limitación detipo sanitario que regula la calidad del aire. Suele estar acompañada enlas normas legales por el máximo período de tiempo en que esautorizada su existencia.
  17. 17. Control de la contaminación atmosférica 1717Es calculado para los sectores más sensibles:Ejemplo.: SO2 límite horario 350 mg/m3, diario 125 mg/m3. Nopuede superarse de 24 veces por año (horario) y el diario 3 veces por año.Se establece la unidad de alerta en 500 µm3Concentración máxima admisible (CMA): representa valores deinmisión en determinados ambientes laborales.Son menos restrictivas (CMA>CMI)Ilustración 2 Dispersión atmosférica. Emisión e inmisión1.4. EFECTOS SOBRE LOS MATERIALESEn principio nos vamos a referir a los efectos de la contaminaciónatmosférica directamente sobre los materiales.Con respecto a los daños sobre los materiales, la acción de loscontaminantes se puede desarrollar de varias formas diferentes, susceptiblesde aparecer separadas o conjuntamente.
  18. 18. Control de la contaminación atmosférica 1818Acción de los contaminantes sobre los materiales:Sedimentación o deposición de partículas: las partículas sólidas sedepositan sobre la superficie de los materiales, lo cual implica cambiosen el aspecto externo e incluso pueden provocar transformaciones.Abrasión o desgaste erosivo: provocado por la acción de las partículassólidas. Estas partículas tendrán distintos tamaños, están en el aire ypueden además estar empujadas por el viento.Ataque químico: puede ser directo o indirecto.Directo: acción directa del contaminante sobre las moléculas delmaterial.Indirecto: acción de un nuevo compuesto que reacciona con elmaterial. Este nuevo compuesto surge de una transformación delcontaminanteCorrosión electroquímica: para que exista esta forma de acción esnecesario que el material esté cubierto por una capa o película acuosa; yeste esté cubriendo a un objeto metálico, aunque la capa sea de mínimoespesor.Diremos que la elevada importancia que se concede actualmente alproblema de la contaminación atmosférica reside principalmente, más queen los materiales, sobre el entorno humano que lo soporta.La cuantía de estos efectos no es siempre expresada en aspectoseconómicos; ya que algunos de estos (Referidos a bienes tales como lasalud, la visibilidad atmosférica, etc.) no se pueden medir fácilmente entérminos monetarios.En cambio, los daños causados al mundo inanimado (materiales) sonfácilmente detectables por cuanto llevan aparejados el cambio de unamagnitud física (por ejemplo, cuando se produce daño sobre la fachada deun edificio); que a veces se puede llegar a tener en cuenta mediante unaexpresión numérica.Esta acción de los contaminantes sobre los materiales se puede verinfluenciada por algunos parámetros de tipo meteorológico, que soncapaces de intensificar o modificar esa acción. Los parámetros de mayorinfluencia son 4 fundamentalmente:Humedad
  19. 19. Control de la contaminación atmosférica 1919TemperaturaVelocidad del vientoIntensidad de iluminación (este parámetro realmente es la“insolación”)En general, la contaminación atmosférica puede tener consecuenciasa nivel local, regional y global dependiendo de su zona de influencia.En este sentido se van a tratar algunos ejemplos importantes a estos 3niveles:Contaminación urbanaLluvia ácidaDestrucción de la capa de ozono1.5. CONTAMINACIÓN URBANAEl problema de la contaminación atmosférica cada vez gana másimportación desde el punto de vista científico, técnico, económico, social…porqué preocupan sus efectos en el entorno del hombre.Estos efectos de la contaminación atmosférica no siempre se puedencuantificar desde el punto de vista económico ya que hay efectos sobre lasalud o la visibilidad atmosférica que no son cuantificables. Sin embargo, losefectos sobre los bienes inanimados o animales si son cuantificables desde elpunto de vista económico.Como dijimos antes, los efectos de la contaminación puede ser a nivellocal (ej. contaminación urbana), regional (lluvia acida), y global (efectoinvernadero o destrucción de la capa de ozono)1.5.1. Factores de que depende la calidad del aireLa contaminación atmosférica es un problema muy importante entodos los sitios, siendo los factores más relevantes en la calidad del aire:Focos de emisión de contaminación: influyen en la concentración delaire. Ejemplo: tráfico, calefacción, domesticas, polígonos, etc.Difusión atmosférica:
  20. 20. Control de la contaminación atmosférica 2020Condiciones meteorológicasRégimen de vientosUna atmosfera estable sin movimiento proporciona la acumulaciónde contaminación, lo que facilita la formación de contaminantessecundarios. Sin embargo, una atmosfera inestable difundirárápidamente los contaminantes debido a la turbulencia atmosférica.Características geográficas y topográficasFenómeno de inversión térmicaEn la troposfera la temperatura desciende con la altitud. El gradientees vertical (gradiente de temperatura negativo). Este gradiente no esconstante: hay una capa donde la temperatura debe de ser menor yse convierte en mayor. Esta capa es la de inversión y elimina lascorrientes verticales de aire, lo que genera una especie de tapadera yhace que estas corrientes desaparezcan.Este fenómeno se produce porqué el suelo absorbe radiación debidoal clima y éste se enfría por la noche.En situación normal se difundiría los contaminantes (debido a laactividad meteorológica) y en situación térmica al enfriarse el aire seproduce una tapadera donde los contaminantes no se difunden yaumentan la concentración.1.5.2. Formación de smog y smog fotoquímicoSmog: se forma cuando el humo y de partículas de hollín se mezclacon el efecto niebla, formando una escasa capa de niebla contaminada. Eltérmino de smog viene de smoke + fog.Smog fotoquímico: COV’s + NOx + hυProvocado por la emisión de hidrocarburos volátiles y óxidos denitrógeno que suelen proceder de los vehículos.Estos compuestos, bajo el efecto de la luz solar forman contaminantescon gran capacidad de oxidación como el ozono, HC oxidados y nitratos deperacilo (PAN)HC volátiles, NOX + Rad. Solar O3, HC oxidados, PAN
  21. 21. Control de la contaminación atmosférica 2121El Smog fotoquímico produce irritaciones en los ojos y en las fosasnasales. Este tipo de contaminación es detectado antes por personas contrastornos respiratorios.1.5.3. Isla térmica urbanaEl agrupamiento de edificios en las ciudades se llama isla térmicaurbana. Esto es un ejemplo de contaminación térmica.Lo que ocurre es que los edificios, asfaltos, aceras… que previamenteabsorben radiación solar difunden ese calor que calienta el aire y hace queascienda en el centro de las ciudades y descienda sobre las afueras.Esto hace que en las ciudades la Tª sea más alta, entre 5-8 ºC. Esteefecto se nota sobre todo en la puesta de sol. No solo ocurre por laliberación térmica, sino que también se produce porqué en la atmósferaurbana la concentración de contaminantes es alta.La liberación de calor al medio, provoca un aumento de latemperatura medio en el entorno de las grandes ciudades (contaminacióntérmica sobre la atmósfera).La isla térmica urbana se debe a la difusión de calor por parte deedificios, aceras y asfaltados de calles que previamente han absorbidoradiación solar en un porcentaje mayor que los suelos rurales circundantes.En las ciudades se absorbe mayor cantidad de calor que en el campo.Por la noche se desprende mayor cantidad de calor en la ciudad que en elcampo, por lo que las temperaturas en las ciudades son siempre mayoresque en el campo.1.5.4. Ruido y vibracionesEl ruido y las vibraciones también se consideran contaminaciónurbana. Son contaminantes atmosféricos muy preocupantes en el mediourbano.Los principales emisores de estos contaminantes son: obras enconstrucción, alarman, sirenas…
  22. 22. Control de la contaminación atmosférica 2222El aumento de los niveles de emisión de ruido puede provocarlesiones físicas y trastornos en el comportamiento de los individuosexpuestos a niveles altos.1.5.5. Fenómeno de inversión térmicaOtro fenómeno que también tiene repercusión en la concentración enla contaminación urbana es el fenómeno de inversión térmica. Este puededar lugar a episodios importantes de contaminación y durante periodosrelativamente largos.Se produce cuando en una capa de la atmósfera aumena latemperatura con la altitud, es decir, se invierte el gradiente vertical detemperatura (las masas de aire quedan estancadas no moviéndoseverticalmente).Límite superior de la capa mezcla: altitud donde se producen estaszonas de inversión.En la troposfera, el gradiente (menor Tª a mayor altitud) es verticalcomo la Tª y está relacionado con las turbulencias. Este gradiente no esconstante, hay una capa donde la Tª debe ser menor y se convierte enmayor. Esta capa es la de inversión y eliminan las corrientes verticales deaire.Esto genera una especie de tapadera y hacen que desaparezcan lascorrientes verticales del aire. La altura donde se encuentra la capa deinversión, que se llama límite superior de la capa de mezcla. Esta capa es lainferior a la de inversión.Este fenómeno se produce porque el suelo que por el clima absorberadiación, se enfría por la noche.En situación normal, se difunde los contaminantes.En inversión térmica. Al enfriarse el aire se produce una tapadera, loscontaminantes no se difunden y aumenta la contaminación decontaminantes.
  23. 23. Control de la contaminación atmosférica 2323Ilustración 3 Fenómeno de inversión térmica1.6. LLUVIA ÁCIDAIlustración 4 Lluvia ácida
  24. 24. Control de la contaminación atmosférica 2424Se puede dar mediante:Deposición húmedaDeposición secaTiene lugar cuando las nubes transportan algunos contaminantesdesde el aire y los depositan junto con la lluvia, nieve, niebla, etc. Sedenomina deposición húmeda.Este fenómeno se inicia a partir de las emisiones de NOxy SOx. Unavez en la atmosfera sufren un proceso de oxidación que los transforma enHNO3 y H2SO4, que se disuelven en las gotas de lluvia produciendo unaprecipitación ácida y muy corrosiva.El pH del agua de lluvia oscila entre los 5’5-5’7. Esta ligera acidez sedebe a que el dióxido de carbono atmosférico es soluble en agua y seconvierte en ácido carbónico.CO2 + H2O H2CO3Consideramos lluvia ácida a la que tiene un pH < 5’5. Puede alcanzarvalores muy bajos, de hasta pH=3.El ácido sulfúrico contribuye a la lluvia ácida en un 60-70 %. El ácidosulfúrico en la atmosfera son pequeña gotitas que pueden ser arrastradaspor los vientos hasta 1.500 Km antes de llegar al suelo.El HNO3 contribuye a la lluvia ácida en un 30%. El hecho de que elsulfúrico contribuya en una concentración mayor se debe a que el SO2 tieneuna mayor solubilidad en agua que el NO2.Hay otros ácidos que contribuyen a la lluvia ácida en un 6 %, comopor ejemplo el ácido clorhídiro (HCl) que puede tener un origen natural oantropogénico.También el SO2 y los NOx pueden depositarse en el suelo circundantea los focos emisores, lo que se denomina deposición seca. Los efectos queproducen son destrucción de ecosistemas, especies, deterioro demateriales…La distancia a la que se deposite del foco emisor va a dependerde las condiciones meteorológicas.Los contaminantes que generan la lluvia ácida pueden sertransportados a largas distancias desde los focos emisores. Esto depende delas condiciones meteorológicas.
  25. 25. Control de la contaminación atmosférica 2525Debido a este transporte a largas distancias, las lluvias ácidas puedenafectar a zonas no industrializadas y ecosistemas diversos. Entre losecosistemas más expuestos tenemos los bosques, lagos, ríos, tierras decultivo y pastos etc…1.6.1. Efectos de la lluvia ácidaAguas: produce una disminución del pH de los ríos y los lagos.La acidificación de las aguas interiores puede tener consecuenciasgraves sobre los ecosistemas acuáticos. Está demostrado que todos losorganismos que forman estos ecosistemas son sensibles, en mayor omenor grado, a la acción del aumento de la acidez de las aguas dondeviven. Puede asegurarse que este fenómeno es un proceso en expansiónen amplias zonas acuáticas, llegándose a detectar pérdidas de algunasespecies y rotura de los ciclos alimenticios de otras especies.Ejemplo: las microalgas. En condiciones normales el pH está entre 5 y 9.Si se acidifica se puede obtener pH menor de 5. En estas condicionesdeterminadas microalgas del ecosistema pueden desaparecer. Algunasde ellas son clave en los ciclos alimenticios de algunas especies.Suelos: aumento de la acidez del suelo. Aunque el suelo es másresistente que el agua, acaba sufriendo cambios de composición,lixiviación de nutrientes esenciales para las plantas como Ca, Mg, K…,arrastre de metales tóxicos…y esto hace que los suelos pierdan calidad eincluso lleguen a ser inutilizables para algunos cultivos.Este aumento de la acidez del suelo también produce la mineralizaciónde metales férricos, por ejemplo, suelos con silicatos de aluminio: el Alse libera y esto afecta a otros elementos esenciales.También puede afectar a otros metales pesados como el Ni, Mn, Pb,Hg…La lluvia ácida también puede disolver metales depositados envertederos y estos metales son incorporados a los cursos del aguaafectando al ecosistema.
  26. 26. Control de la contaminación atmosférica 2626Vegetación: daño directo por quemaduras, además de las consecuenciaspor el deterioro del suelo.La acción de la lluvia ácida se deja notar, sobre todo, en bosques. Estedaño está causado fundamentalmente por la acción combinada de losácidos H2SO4 y NH y por las altas concentraciones de azufre S en el aire.Un efecto indirecto de la lluvia ácida sobre los bosques es el motivadopor la presencia de metales en el suelo, fundamentalmente la existenciade aluminio en el suelo. La presencia de H2O en el suelo con un pH bajo,unida a la existencia de estos metales, produce daño en las raíces y conella la pérdida de vitalidad del vegetal que se hace más sensible a plagasya que pierde inmunidad.Materiales: deterioro de materiales pétreos, aumento de la velocidad decorrosión de metales, “mal de la piedra”…Todos los materiales que sean del tipo calcáreo (piedra caliza,mármol…) sufren importantes daños por la lluvia ácida debido a lasiguiente reacción:CaCO₃ (s) + H₂SO₄ (ag) (medio con H₂O) CaSO₄ * 2 H₂O + yeso+CO₂ (g) + H₂OLa formación de sulfato de calcio dihidratado tiene problemas porque elyeso es 2 veces más voluminosos que el carbonato, por lo tanto hace unefecto cuña y produce rotura, desconchamientos…El sulfato de calcio es mucho más soluble que el carbonato de calcio loque da lugar a una lenta desaparición del material.Estos procesos de los deterioros pétreos es lo que se le conoce como elmal de la piedra.Este efecto, normalmente se manifiesta por la aparición de capas decolor oscuro en superficies expuestas al aire y la acción de la lluvia ácidava a contribuir con bastante gravedad a su degradación.1.7. DETERIORO DE LA CAPA DE OZONOOzono en la troposfera: contaminante perjudicialOzono en la estratosfera: beneficioso (absorción de UV)
  27. 27. Control de la contaminación atmosférica 2727Ilustración 5 Algunas propiedades de freones y halonesIlustración 6 Mecanismo de acción de los CFCs en la destrucción del ozono estratosféricoEl oxígeno molecular O₂ que respiramos tiene 2 átomos deoxígeno y el ozono O₃, tiene 3 átomos de oxígeno. Esta variación haceque sus propiedades químicas sean muy diferentes.La máxima concentración de ozono se localiza entre los 25 y 30Km de altura y es de vital importancia para la vida en la superficie.
  28. 28. Control de la contaminación atmosférica 2828El ozono en la troposfera (donde se produce la actividadmeteorológica) es un gas que presenta efectos nocivos para la salud,mientras que en la estratosfera donde es beneficios ya que se encuentraabsorbiendo radiación.El ozono se forma a partir del oxígeno molecular mediante laabsorción de luz solar y es una radicación reversible.O2 + hυ ↔ O3Pero esta reacción es reversible, el ozono en la estratosferaexperimenta una ciclo global de formación / destrucción y si no existieraninguna actividad antropogénica la tasa de ozono se mantendríaconstante. Es decir, el problema aparece cuando las concentraciones delos componentes que favorecen la reacción inversa están por encima delas concentraciones naturales.La presencia de algunos contaminantes favorece la transformacióndel ozono en oxígeno. Entre estos contaminantes destacamos los CFCque son hidrocarburos de cloro y flúor, muy estables y que llegan a laestratosfera.Pero estos compuestos no son los únicos que afectan a la capa deozono. También los óxidos de nitrógeno dañan la capa de ozono.Aunque estos compuestos es más raro que lleguen a la estratosfera, lohacen a causa de que son emitidos por los aviones.Los CFC son compuestos químicos sintéticos, derivados delbutano y del metano. En ellos, los átomos de hidrogeno han sidosustituidos por F y Cl, son los que se llaman freones. Si además contienenbromo son llaman halones.
  29. 29. Control de la contaminación atmosférica 2929Ha habido reuniones importantes para disminuir la producción deCFC’s. Entre estas destacamos las siguientes:1987. Protocolo de Montreal. Desarrolla las directrices del convenio deViena para el control de sustancias que degradan la capa de ozono.1992. Rio de Janeiro. Cumbre de la Tierra. En virtud de aquellosacuerdos en 1994 se suspende la fabricación de todo tipo de halones y seestablecen planes concretos para reducir los CFC’s. (Se establece unafecha límite).1998. Conferencia sobre el clima. Kyoto. Se ha prolongado hastarecientemente. Un punto acordado fue reducir en un 15 % la emisión deCO2 sobre los valores del año 1990. Se debía conseguir esta reducciónpara el año 2005.1.8. EFECTO INVERNADEROEfecto invernadero: Existe de forma natural. Es el mecanismo por el quela presencia de ciertos gases en la atmósfera hace que se produzca uncalentamiento adicional de la temperatura de la tierra.Los gases de la atmósfera son prácticamente transparentes a laradiación de longitud de onda corta que llega del sol. De esa energía quellega al suelo, una fracción se refleja y el resto es absorbido. El suelo se
  30. 30. Control de la contaminación atmosférica 3030calienta e irradia energía con una longitud de onda más larga. Sin embargo,existe una serie de gases que ya no son transparentes a esta radiación deonda larga y esos son los gases de efecto invernadero.La radiación solar que llega a la tierra tiene λ < 4000 nm. La partecomprendida entre 320-700 nm, que se corresponde con la zona visible delespectro, tiene posibilidad de alcanzar la superficie terrestre porqué losgases que componen la atmósfera no absorben apenas en estas λ.De la energía solar que llega al suelo, una fracción se refleja y el restoes absorbida. La radiación está a λ > 4000 nm que es lo que se llama zonainfrarroja del espectro. Muchos de los gases que componen la atmósferatienen una alta absorción a estas λ, por lo que buena parte de esta radiaciónes absorbida. Solo aquellas radiaciones pertenecientes a las zonas de entre8000-12000 nm consiguen alcanzar el espacio exterior, ya que en ellas laabsorción de los componentes de la atmosfera es baja, estas zonas se suelendenominar ventanas.La capacidad de absorber energía que poseen estos gases, tiene comoconsecuencia la generación de una nueva radiación de calor hacia el suelo.Este hecho se traduce en un calentamiento de la atmosfera terrestreadquiriendo esta una Tª más elevada que la que le correspondería si noexistiera en su composición los denominados gases de efecto invernaderoque son CO₂, CH₄, N₂O. Este fenómeno se denomina efecto invernaderonatural y está cuantificado en 33 ºC, lo que implica quela Tª media delplaneta sea 15 ºC en lugar de los -18 ºC que tendríamos si no existiera estedesajuste energético, esto hace posible la vida en el planeta.El problema es el llamado efectos invernadero antropogénico, queprovoca un aumento de la Tª superior al natural, se debe a alteraciones en lacomposición y/o concentraciones de los gases de efectos invernaderos en laatmosfera, lo que implica un aumento de la absorción de la radiacióninfrarroja lo que provoca un calentamiento adicional del planeta. Lasemisiones antropogénicas son responsables del aumento desmesurado enlas concentraciones de gases que forman parte de la composición de laatmosfera principalmente CO₂, CH₄, N₂O, pero además de estos gasespresentes de forma natural en la atmosfera también la acción del hombre hahecho que aumenten otros componentes extraños, debido al hombre, estosson CFC´s, O₃, hexafluoruro de azufre (SF₆), los HFCs, PFCs. Estoscompuestos también absorben en la zona de las ventanas provocando lo quese denomina cierre de las ventanas.
  31. 31. Control de la contaminación atmosférica 3131De entre estos contaminantes, el más importante es el CO₂ y el fuerteincremento en su concentración se debe principalmenteal uso decombustibles fósiles.También es importante el efecto de la deforestación ya que se impideel proceso de fotosíntesis que convierte al CO₂ en carbono orgánico.Por tanto, algunas de las medidas para paliar el efecto invernaderoantropogénico son:Medidas de eficiencia energética: disminución del consumo decombustibles fósilesDesarrollo de energías renovablesFreno de la deforestaciónSumideros de CO2Ilustración 7 Efecto invernadero
  32. 32. Control de la contaminación atmosférica 3232Ilustración 8 Espectro de emisión y absorción2. TRATAMIE DO DE EFLUE TES GASEOSOS3. MA EJO DE EQUIPOS DE DEPURACIÓ Y CO TROL DE EMISIO ESATMOSFÉRICAS (90 horas.)Funcionamiento de los equipos de toma de muestra y medidaProtocolo de trabajo. Instrucciones técnicas.Esquemas mecánicos y eléctricos de los equipos de medida.4. PREVE CIÓ Y MA TE IMIE TO E LOS SISTEMAS DEDEPURACIÓ Y CO TROL DE EMISIO ES ATMOSFÉRICAS (90 horas.)Formatos y registros de los resultados de las lecturasLegislación específica relacionada con los equipos de medidaormas técnicas relacionadas con los equipos de medida.
  33. 33. Control de la contaminación atmosférica 3333

×