Contaminación y calidad ambiental: exposición técnica realizada por Dr. Juan Camus en 2010

Contaminación y calidad ambiental: exposición técnica realizada por Dr. Juan Camus en 2010

Analices técnico cientifico sobre la contaminación y calidad ambiental realizada por Dr.Juan Camus
Breve presentación del Sr. Camus

1. Contaminación Atmosférica

 Características de la atmósfera .Contaminación atmosférica y su control

 Lecturas y discusiones complementarias

2. Contaminación del agua

 Consideraciones generales Agua pura y agua contaminada. Contaminación del agua con detergentes, plaguicidas, petróleo, metales tóxicos. Tratamiento de aguas residuales

 Lecturas y discusiones complementarias

3. Contaminación de suelo

 Química del suelo. Contaminación con compuestos agroquímicos. Contaminación con residuos sólidos

Lecturas y discusiones complementarias

Bibliografía

1. Stoker, HS y Seager, S.L. Química Ambiental. Contaminación del aire y del agua. Ed. Blume, 1981

2.     Leithe, W. La química y la protección del medio ambiente. Paraninfo, 1981

3. Spiro, T.G.  Química Medioambiental. Pearson Ed, 2004

4. Vega, J.C. Química del Medio Ambiente y de los Recursos Naturales. Ed. UC de Chile, 2002.

5.      Elson, D. La Contaminación Atmosférica. Cátedra. Madrid, 1990

6. Aznar, P. Conocer la Química del Medio Ambiente. Parte 1. La atmósfera. U. Politécnica.  Valencia, 1992

BIBLIOGRAFÍA ESPECIALIZADA: Guía de sitios WEB relacionados con el Medio Ambiente (WWW.conam.cl)

Redes de Gestión Ambiental (gestion.ambiental@listas.rds.organismosco)

Contaminación atmosférica I.1. Aire no contaminado

                   100 Km                      %, volúmen

Peso: 5,6x 1015 ton                N2   78,09

    99,999%                            O   20,95  

                   10 Km                 Ar 0,93

                                                  CO2   0,032 

                                                                                                                                 Ne, He, CH4, Kr, H2, N2O, CO, Xe, O3, NH3

                                                                                          NO2, NO, SO2, H2S

“Peso molecular” y densidad del aire

Calculo del PM aproximado del aire:

En 100 moles de aire tendremos 78 moles de N2; 21 moles de O2; 1 molécula de Ar

=> Peso del N2= 78×28= 2184 gramos

                 O2= 21×32= 672 g

                 Ar= 1×40 =  40 g

=>Peso de 100 moles de aire= 2.896 g

=> Peso de un mol= 28,96 gramos

Cálculo de la densidad

1 mol de aire  (28,96 g) ocupan 22,4 L en CN

=> Si d= p/v  = 28,96/22,4 = 1,29 g/L

———————————————–

¿Cuál es la masa de  1 m3 de aire, en CN ?

El  N° de moles  de la mezcla de gases en 1 m3 es = 1000/ 22,4 = 44,64 moles

De acuerdo a la ley de Avogadro

n 1 =  (44,64x 21 ) / 100  = 9,37 moles de O2

n2  =  (44,64x 78) / 100 = 34,82 moles de N2

n3 = (44,64 x1 ) /100 = 0,45 moles de Ar

=> Masa de aire= Mo n1 + MN  n2 +MArn3 =

= 32×9,37+28×34,82+39,3×0,45= 1.302,75 g

=>  1,303 Kg/ m3  

Aire contaminado

Contaminante.

Definición: “aquellas sustancias  añadidas  en tales cantidades que causan efectos mensurables  sobre la flora, la fauna y los materiales”

Propiedades: Natural, sintética, en forma de partículas sólidas, líquidas, gasosas, o mezclas de éstas.

EE.UU “produce” unos 250-300×106 ton/año 

Tipos de contaminantes atmosféricos.

Contaminantes primarios (90%):

CO;  NOx ;  HC;  SOx ; material particulado

1) ¿Cuál es su procedencia?

2) ¿Cuál se encuentra en mayor cantidad?

3) ¿Con qué rapidez aumenta su concentración?

Fuentes de contaminantes

H2S ; SO2  ; CO

                                         CH4 ; NH3  ; H2S

                             Putrefacción de plantas y animales

N2O ; NO  ; NO2                            CO2

                                                        Incendios

Proporciones de CP en M. toneladas/año

Factores de efecto o eficiencia del contaminante

CP    Nivel de tolerancia, μg/m     FE

CO             5600          el menos tóxico           1                  

NOx                250                                22.4

HC             45                                  125 

SOx             365                               15.3

Part.           260                                21.5

Efectos de emisión (EE)

                 CO NOx   HC   SOx   Part.   Total

Peso total: 147.2   22.7    34.7 33.9  25.4    263.9

EE:        147.2 508.48 4.337 518.67   546.1 6.057

EE = masas de emisión x Factor de efecto

—————————————————

Gráfico según el contaminante:

Masa=>263.9…100% Efecto=>6057..100%

        147.2=>55.8%               147,2..2.4%

Emisiones según contaminante

Conclusiones

1)De acuerdo a las masas de emisión:

El transporte es la principal fuente de contaminación. La fuente estacionaria es la cuarta

2) De acuerdo al efecto

Los HC son los contaminantes más importantes (72% de la composición atmosférica). El CO representa solo el 2% 

 =>El problema de la contaminación debe considerarse desde más de un punto de vista.

Unidades de concentración de los contenidos atmosféricos

Unidad de volumen: Partes por millón. (ppm)

“el volumen de cont. Contenido en 1 M de volúmenes de aire”

Relación masa/volumen: Microgramo / metro cúbico => μg /m3

“ masa del contaminante en un metro cúbico de aire”

Conversiones

  Concentraciones de contaminantes atmosféricos (CN: 25°C y 760 Torr)

 ppm (en volumen)…………………….  μg/ m3

Porcentaje en volumen————–> ppm

 0,032 % CO2 x 10.000 =  320 ppm

0,00015% CH4  x 10.000 = 1,5 ppm

Conversiones

                ppb  =  (ppm) ( 103 )

En EEUU 1 billón equivale a 1.000 millones. En el Sistema Universal 1 Billón= 1 millón de millones: ppb= 10^12

              ppt = (ppm) (106 )

                103 (ppm) (PM)

  μg/ m3 = ———————

                          24,5

Ej:  2 ppm de CO (PM=28)  =>  2285,7 μg/ m3

Los contaminantes primarios

El monóxido de carbono (CO)

Es el más abundante de los contaminantes atmósfera

Gas desde los -192°C. Incoloro, inodoro, insípido.

Densidad 96,5% de la del aire, no es soluble en el agua.

Es inflamable y arde con llama azul, pero no mantiene la combustión.

Es un gas letal=>  9 ppm en 8h ….35 ppm en 1 h

=>   Causa deterioro físico y mental  

Fuentes de contaminación

Aporte fuentes naturales >> Antropogénicas

(océanos 3,9; degradante clorofila 2,6;

ox. Del CH4 77,6; Otros 6,5%)

=>> 90,6%                                  =>> 9,4%

3.850 M ton/ año                   400 M toneladas/año

              =>La principal fuente de CO atmósfera Es un proceso que lo genera dentro de la atmósfera y no un proceso que lo introduce en ella.

Química del metano

Procedencia de los O y los  .OH

O3  Luz solar ==> O2  +  O

O  + H2O  ==>.OH  + .OH

Destrucción del metano  atmosférico:

CH4  +   .OH  = H2O  + .CH3

CH4  + O = .OH  + .CH3

—————————————————-

CH4 +  O2  =  2 CO  + 4 HEl gas metano se produce por putrefacción de la     materia orgánica y se oxida generando  CO

Peligro del CO antropogénico

Las fuentes de CO antropogénico se concentran  en reducidas zonas del Planeta:

=> 95-98% del CO  atmósfera en una metrópolis proviene de actividades Humanas.

Las fuentes de CO antropogénicas emiten CO a una tasa elevada, que sobrepasa la capacidad de eliminación.

CO en los EE.UU

EPA ( U.S. Environmental Protection Agency):

Unas 150  M de ton/ año  => atmósfera

a) Transporte b) Combustión Carburante Fuentes Estáticas c) Proceso Indicado D) Eliminación de residuos sólidos e) Otros

 a) 75,4%   b) 0,5%  c) 7,7%  d) 4,9%  e) 11,4%

Química. Formación del CO

Combustión Incompleta del carbono

 C +  1/2 O=  CO

2. Reacción a elevadas temperaturas Entre el CO2 y materias que contienen carbono

CO2  + C  = 2CO

3. Descomposición térmica del CO2

CO2 =  CO  + O

Mecanismo de reacción

Normalmente la combustión del carbón:

C + O2  = CO2

Sin embargo:

2C + O2  ->  2CO  (10 veces más rápida que la 2da)

2CO + O2 -> 2CO2

El motor de combustión interna

Octano=> uno de los cientos de HC que constituyen la gasolina:

2C8H18  + 25 O2 -> 18 H2O + 16 CO2

Pero si el motor esta mal afinado genera CO

=> El 75 % de los millones de toneladas que se vierten a la atmósfera proviene del escape de los automóviles

Concentración y distribución del CO

El automóvil es la fuente aislada más importante de cont. Con CO (65,6 %)

Destino del CO atmosférico

Lenta  eliminación de CO en la atmósfera

 ( 0,1% por hora de  luz solar )  2CO+O2hv–>2CO2

Los océanos son  fuentes de CO, en lugar de sumideros.

Las plantas superiores  no eliminan CO

Algunos suelos eliminan CO

( 14 especies de hongos activos y suelos tropicales )

Efectos del CO sobre las personas

La afinidad del CO  por la Hb es unas 200 veces superior a la del O2.

Entre 2-5 % de COHb en la sangre =>efecto deletéreo

>5% gravedad para enfermos del corazón y del pulmón

10-80% =>Dolor de cabeza, fatiga, … Fallos respiratorios, muerte

Relación entre el CO ambiente y en la sangre

Cuando la concentración del CO es < a 100 ppm

%COHb en la sangre= 0,16 x  /CO/aire + 0,5

Si la  /CO/aire se expresa en ppm

/CO/aire                          /COHb/sangre

10……………………….2,1

30……………………….5,3

50……………………….8,5

Control de la contaminación por CO

Controlar la cont. Provocada por el motor de combustión interna => + HC, Nox y materiales particulares

Proporción aire: carburante

Baja  =>  Min  NOx pero altos CO y HC

Estequiometría => Min CO y HC pero altura Nox

Alta => Diferencia Diseño motor y aumenta HC

Efectos de la proporción aire-carburante

                        Estequiométrico

                                              Nox

                                                            HC

                        CO

   10    12    14    16       18   20     22

                                                                           Proporción aire: carburante 

Reactores de escape

Para controlar las emisiones de CO e HC

(el control de los Nox se logra recirculando los gases de escape)

Reactivación de escape térmicos

Reactivación de escape catalíticos

=> El CO se convierte en CO2 y los HC en CO2  y  H2O

Diseño de reactivos de escape

        Aire

Escape        Cámara de alta temperatura   a la atmósfera

            Aire                                       A la atmósfera

Escape             Lecho Catalítico

Aditivos de los combustibles y aceites

Plomo, azufre, dibromuro de etileno=> Venenos para los catalizadores

La gasolina  debe tener máximo 0,013 g/L de plomo

Problema: Duración del catalizador (93.000 km)

Beneficios: -Control de la emisión, -economía de carburante,- etc.

Octanaje-Medida de la calidad de la gasolina

HC cadenas ramificadas

——————————       Mezcla de HC

   HC cadenas lineales

2,2,4-trimetilpentano=>isooctano=>100

Heptano=> 0

90% isooctano+10% heptano=> 90 octano

Aditivo: El índice de octano se mejora con Tetraetilo de Plomo, hoy metil-ter-butil-eter  (MTBE)

Sustitutos de la gasolina

Metano o gas natural, 2) Hidrógeno y 3)

Metanol.

Ventajas del Hidrógeno:

Los gases de escape, b) Alta inflamabilidad de la mezcla, c) Suministro inagotable

Desventajas:   a) Almacenamiento y b) Elevado costo

El metanol

Puede sintetizarse a partir de otro carburante: gas natural, petróleo, carbón, madera, etc.

Ventajas: Presenta propiedades físicas y sistemas de distribución,  similares a la gasolina.

Desventajas: Aumenta el nivel de aldehídos en los gases de escape (producen neblina en la cont. Fotoquímica)

Aditivos de la gasolina

=>Reduce  las emisiones de contaminantes

Las más conocidas:

Gasolina-Alcohol;  Gasolina-Agua;  Gasolina-Alcohol-Agua

+5-30% metanol => ajustes menores del motor

+13-50% agua=>requiere un emulsionante

Gasolina-Alcohol-Agua

=>Constituye un carburante de alto octanaje

Contiene 25% de  alcohol butílico terciario (C4H9OH); 3% de agua ; 72% gasolina.

Otras fuentes alternativas de energía:  Motores a vapor, eléctricos y con turbina de gas.

=> Ninguna  ha podido ser simple, económica y flexible como los actuales motores de combustión interna 

Temas  de discusión

La Industria Siderúrgica

Inversiones de temperatura y el efecto invernadero

Cambio climático global (video 45 mínimo)

Inversiones de temperatura y el efecto de invernadero

Inversiones de temperatura:

Los contaminantes se acumulan en la atmósfera inferior

Los vientos dispersan los contaminantes

                                                                                  hv           

Alt                                                   condiciones Metereológicas

                                                                                    smog

    Temperatura

            sin                               con inversión

Efecto invernadero

/CO2/ antrop. Creciente    Cambios climáticos

El CO2 no se considera contaminante

CO2 aire +  H2O hν Carbohidratos  + O2        

                              fotosíntesis

                              CH2OH                    CH2OH

                                      H                O    H                O              H

                                                 H                C      C

                                   HO   OH   H                      H      OH            

                                                                             O                               CH2OH

                                                H     OH                  OH    H 

Ciclo del carbono en la atmósfera

CO2  + H2O  hν   carbohidratos + O2

 Carbohidratos  + O2       CO2  + H2O

Un nivel atmósfera Constante de CO2 .

A no ser que sea alt. Por activ.Antropogen.:

Talado de bosques

Combustibles Carb. Fósiles

Conversión caliza en cemento, etc…

Efecto invernadero

                               O3

                                                             Vis

                                       UV

                                                 CO2

                                                     IR

                                                         H2O         

Radiación de onda corta y de onda larga

Onda corta como          Abandona la Reactivación Menos  radiación

Energía luminosa              como calor debido a la abs. Por CO2

Onda larga como

Energía calórica

Atmósfera No cont.               Atmósfera contaminada

Calentamiento global

/CO2/

ppm

     325

     320

     315                            0,7 ppm/ año

     300

               1958      1965           2000    

Consecuencias del efecto invernadero

TºC

+1

+0,5

0

   1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000   2020

Consecuencias del efecto invernadero

Aumento de las zonas desérticas

Deshielos de los casquetes polares y glaciares

Aumento de las precipitaciones en las zonas lluviosas

Aumento del nivel del agua de ríos y océanos

Desequilibrio climático

Óxidos de nitrógeno (NOx)

De los ocho, tres son los más importantes:

Óxido nitroso:  N2O (gas inc., no inf., ni tóx.)

Óxido nítrico:   NO  ( inodoro y tóxico)

Dióxido de nitrógeno: NO2 (pardo rojizo, no inf., tóxico, olor asfixiante.

3 Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 +2NO + 4H2O

2NO + O2 = 2NO2

Fuentes de los NOx

Naturales > Antropogénicas

N2O =>   Naturaleza casi todo (Act. Bacteriana en el suelo=> 592  Mton)

NO  =>   Naturaleza (80%)   Antr. (20%)  Combustión a elevada temperatura

NO2 =>  Antr. Casi todo

  Combustión a elevada temperatura En menor prop.

Cantidades relativas de emisiones de NOx

                                NO 11,3%

N2O                                            NO2  45,7%

43,0% 

Procesos de combustión => 106 Mton/ año  NOx

Cálculo Como NO                                             

Los NOx como contaminantes

NO  y  NO=> son tóxicos, participan en reacciones Fotoquímicas, son principalmente generados antrop. ( En EEUU unas 23 Mton/año )

Provienen de: –  Transporte  (51,5%)

                    TSSs Transportes Supersónicos

                    -Comb. Estacionaria de carburantes.                   (44,1%)

Química de la formación de NOx

-Oxidación del nitrógeno atmosférico a altas temperatura

                 N2  + O2  =  2 NO (ec.1)

              2NO  + O2  = 2 NO2 (ec.2)

En cond. Atmósfera( 78% N2 y 21% O2)  la ec.1 no se produce, porque necesita alta temperatura (1.300-2.500ºC).

/NO/ = f(Temperatura)

N2  +  O2  = 2NO ( ΔH= 181 kJ/mol)

La Tº hace posible q el N2 del aire no se mantenga inerte  y reaccione con el O2 atmosférico.

A 500ºC la Kp  de esta reacción gaseosa es muy baja  (10-15 )

A altas temperaturas  el equilibrio se desplaza completamente y a 2000ºC ; Kp=  10-2

En motores de ci, se alcanzan Tº de 700ºC  y las turbinas de aviones, aun mayores => Se genera NO

Dependencia de la Temperatura, en la formación del NO

A 27ºC se produce 1,1x 10-16 ppm de NO

A  1760ºC =>   2.600  ppm de NO

Velocidad de reacción de formación de NO

Tiempo de formación de 500 ppm de NO, segundos

=>A 1316ºC se formarán 500 ppm NO en 1370 seg

A  1538ºC……………………………………162 seg

Si los productos de la combustión se enfrían lentamente

La reacción se invierte:      

             N2   + O2               2 NO

 En la práctica esto no sucede, los gases se enfrían rápidamente.

=> El NO permanece en el escape sin descomponerse.

Estabilidad del NO2

2NO  + O2                2NO2 no se produce a altas temperaturas.

A 150ºC el NO2 empieza a descomponerse

A los 600ºC   la descomposición es total.

Se encuentra muy poco NO2 a altas temperatura

 La mayor parte de los NOx emitidos son en forma de NO, es la situación contraria al CO

Concentración y distribución de los NOx

Las /NOx/ son pequeñas en comp. Con  CO (esto no elimina los riegos, porque el f.e. para los NOes  22,4 veces sup. Al del CO)

Las /NO/ y /NO2/ fluctúan mucho.

La /NO/ atmósfera Es  1,5 veces mayor que la de NO2

    —————————————————-

   Las normas de calidad primarias y Secundario Del aire para los NOx  = a una media aritmética  anual < a 0,05 ppm calculada como NO2

Ciclo fotolítico del NO2

                    Energía solar UV

O2 producido          NO2

                                NO                  O

                                 O3             O2 del aire   

Efecto neto del ciclo

Rápida circulación del NO2

 De no existir competidores (HC), el ciclo no produciría ningún efecto neto total

Las /NO/ y /NO2/ no variarían, pues el O3 y NO se formarían y se destruirían  en cantidades iguales

Destino de los NOx en la atmósfera

2 NO2  + H2O        HNO3  + HNO2            lento

3 NO2  + H2O       2HNO3  + NO

                                         Nitratos

2 NO2 + O3         N2O5  +O2                  rápido

N2O5  + H2O      2HNO3 

                            Efecto de los NOx en las plantas

-El suelo es  capaz de  absorber los NOx

Los NOx causan daño a las plantas

 => NO2 (48 hrs) —— plantas=>>manchas

3,5 ppm….(21 hrs) — plantas =>necrosis leve

Efectos de los NOx sobre el hombre

NO y NO2  =>  potencialmente peligrosos

NO2 es 4 veces más tóxico que el NO

Umbral olfativo para el ser humano= 1-3 ppm

Irritación ocular y nasal = 13 ppm

Letales > 100 ppm  =>> edemas pulmonares

800 ppm NO2 en 29 min =>> 100% muerte

Efecto  de los NOx  sobre los materiales

Tintes textiles pierden color (0,6- 2 ppm)

Corrosión en cables 

——————————————–

Control de la contaminación por NOx

-Control en los procesos de combustión

Modificar la fuente para reducir

Eliminar los NOx  de los gases de escape

Eficiencia en la conversión de energía

Motor Otto => 25%

Motor Diesel=> 37%

aproximado40%  de la energía química  del combustible, se transforma en energía útil

En la centrales termoeléctricas  de ciclo combinado a gas natural se logran eficiencias del orden de  55%.

Las tecnologías futuras deberán  armonizar la eficiencia en la conversión de energía  con la protección ambiental.

Hidrocarburos y oxidantes fotoquímicos

HC => gases (<5 C), líquidos y sólidos

Los más peligrosos son  los  < 12 C

En el aire  56 HC : Metano, etano, propano, n-butano,n-pentano, i-pentano, etileno, benceno, tolueno, etc.

           Alifáticos             Saturados y No saturados

HC

          Aromáticos

Análisis de HC de aire urbano

200 muestras, en Los Ángeles (U.S.). Cromatografía de gases, en ppm

Metano  3,22

Etano 0,10

n-butano 0,06

Etileno  0,06

Tolueno  0,05

CG logró detectar 56,por limitaciones de sensibilidad

Fuentes de HC

Proceden de fuentes naturales (Descomposición Bacteriana, actividad geotérmica, yacimientos hulla, gas y petróleo…)=> 310 M ton/ año

Plantas (árboles) =>  terpenos y hemiterpenos

(α- pineno y el isopreno) =>  170 M ton/año

Emisiones antropogénicas => 88 M ton /año

Emisiones de HC antropogénico

Fuente     M ton/ año     % del Total

Transporte   19,5               56,2

Pérdidas en Proc. Indicado 5,5     15,9

Eliminación de residuos 2,0  5,8

Fuentes Estacionarias  0,6     1,7

————

Estimado en base a 34,7 M ton/año en un país industrializado

Oxidantes fotoquímicos

Sustancia atmósfera Producida por un proceso fotoquímico (contaminantes secundarios)

El ozono O3

Nitratos de peroxiacilo  R-CO3 NO2

—————-

                 NO2 + hν (luz solar)        NO + O

Ciclo        O  + O2   O3                                                HC 

                 O3  + NO    NO2   +   O2

Formación de oxidantes fotoquímicos          Ciclo fotolítico del NO2 con degradación de los HC

O2                             NO2                hυ

Smog            NO

            RHCL           HC          RHCL: Radicales Hidrocarbonados

                                                                          libres     

O3                O2                  O                                   

               Secuencia de formación de  NPA


R-CH=CH-R  + O3          R-C=O  + RO. + HCO.

                                               H

R-C=O  + O  + hν         R-C.=O  +  .OH

   H

R-C.=O   + O2        R-C-O-O.

                                      O

R-C-O-O.  + NO2                            R-C-O-O-NO2

  O                                             O

Variación diaria de los reactivos y los productos en el smog

 ppm                   HC

0.3

0.2                     Oxidante

0.1                      NO

      0:00 6:00  12:00   18:00

Efectos de los HC y Oxidantes fotoquímicos sobre las plantas

O3 y NPA  dañan las plantas

HC no son tóxicos con excedente del etileno

———————————–

Efectos sobre el hombre:

HC no afectan al hombre (<500 ppm)

HC aromáticos pueden causar irritación

Oxidantes del smog causan irritación

O3 produce irritación (0,3 ppm)

Efectos sobre el ser humano

O3   (1-3  ppm)  produce fatiga y falta de coordinación

O3  ( 9 ppm)  grave edema pulmonar

O3 acelera el envejecimiento  del tejido pulmonar

Efectos de los HC sobre el ser humano

                                   HC

Alifáticos                          Aromáticos

Solo si > 100-1000                   

Sup. a la atmósfera

    Benceno                                    Tolueno

100-20.000                                       200-600

Irrit. Mucosas    Letal (5-10´)  Fatiga (8hr)    Pérdida de concentración

Efectos sobre el hombre

                     Nitratos de peroxiacilo

CH3-C=O                                C=O                                    

         O-O-NO2                                           O-O-NO2

    NPA                                     NPBz

         Umbral para irritación de los ojos:

   0,7 ppm ( 5´)                  0,005 ppm (5´)

                                                     =>Princ. Irrit. En neblinas

Efectos de los HC y oxidantes fotoquímicos en los materiales

O3  => textiles y caucho  (ataca los dobles enlaces)

0,01- 0,02 ppm => grietas en el caucho

 Para mitigar, se agregan antiozonantes

Efecto nocivo=> poliester> nylon>acetatos> algodón                                                 

Control de los contaminantes HC y fotoquímicos.

O3  y los NPA son cont. Secundario

=>control= f (precursores primarios HC y NOx)

                        En fuentes estáticas

                            Técnicas

Incineración   Adsorción   Absorción Condensación

Quemador Auxiliar de llama     Quemador Auxiliar catalítico

Control de los cont. HC y Fotoquímicos

Adsorción      Gases de esc.   Adsorbente

                                                     Granulado

                                                  (Carbón activo)

 Absorción  Gases de escape      Líquido

                                                  (Columnas o

                                              torres de limpieza)

Contaminación estratosférica

111 Km   Ionosfera

93                                     .     100ºC

74        Mesosfera        .

55                                     ..   -1ºC

37      O3   Estratosfera  1% ….

18        Troposfera     …….. -55ºC

Nivel del mar           densidad 10ºC

Estratósfera

O3  es un composición Natural de la estratósfera. La fotodis. del O2, es el principal mecanismo. De su formación en la atmósfera Superior:

        hυ

O2                     O  +  O   ( radiación solar UV)

O  + O2            O3 (formación)

Constantemente;  2 O3    3O2  (descomposición)

Vel de form. = velocidade Desc. => /O3/ = const

/O3/ = f (altitud)

96 Km                        Además = F( estaciones,

                                              de los ciclos de 11

                                             años manchas solares)

48 Km

                   Estratósfera 

16 Km

                 Troposfera

               50  100  200  ppb

Ozono protector

La capa estratosférica de O3 absorbe más del 90% de la rad. UV (peligrosa para la vida; rompe los enlaces C-H; disocia las moléculas de H2O)

———————————————

Destructores del ozono

– “Contaminantes catalíticos” : NOx   y   Cl

-Clorofluorometanos (“freones”)

NO como  catalizador  de la reacción de desc. del O3

     NO + O3            NO2  + O2

+ O3       O2  + O

     NO2 + O        NO  + O2

2 O3       3 O2 

 El  NO catalítico no se destruye en la reacción Difunde lentamente Hacia la estratósfera inferior 

Fuentes de NO directas

Los TSSs ( La diferencia Entre los TSSs** y los aviones a reacc*. Es la altitud a que operan)

Estratosf.  ** 18-24 Km

Troposf. *  13 Km

Explosiones nucleares en la estratósfera

El Cl como catalizador

   Cl  + O3      ClO  +  O2

      hυ

O3         O2  + O

ClO  + O     Cl   + O2

La eficiencia catalítica del Cl es 6 veces  superior al NO

Los halometanos destructores del O3

  CFCl3  y   CF2Cl2  => volátiles y extr. Inertes

Propelentes  Refrigerante

 de los env.

Pulverizadores

Difunden sin reacción en Tratamiento

Sufren dis. Fotolítica en presencia de UV

               rad. Libres y at. Cl

Óxidos de azufre  SOx

SO2   inc., no infl. , olor acre irritante

SO3 inc., muy reactivo => no se encuentra  en la atmósfera

              /SO2/ >> /SO3/ (1-2%)

              ————————-     

                 Fuentes de SOx

  Antropogénicas             Naturales

     146 M ton                      194 M ton

Fuentes de SOx

 Naturales:     194 M ton a la atmósfera

H2S  + O3     SO2   + H2O

   Desc. Materia organismos  – Océanos -Pantanos, lodazales

                                30 M ton  70 M ton       

Fuentes de SOx

Antropogénicas:

Combustión del carbón, y combustibles, la fundición de minerales sulfurados, la lixiviación (H2SO4) de minerales oxidados

Emisiones                                          Ox. H2S

Naturaleza 55,2%                                         Antrop. 1,8%

(Ox. H2S)

                                                         Emisión directa

                                                         antrop. 42,9%

Principales fuentes de emisión antropogénica de SOx

19,4 Mton /año SOx => Producción de   electricidad

6,0 Mton/año => Fundiciones ( Cu, Zn,Hg, Pb), producción de H2SO4 ; prep. de coque, ref. del petróleo.

——————-

CuFeS2, Cu2S ; ZnS ; HgS ; PbS => concentración=>Tostación

Ej:  2 Cu2S  +3O2        2 Cu2O  +  2 SO2

Química de la formación de los SOx

1)  S + O2       SO2

2) 2SO2  + O2    2 SO=> f(condiciones)

Siempre se producirá mas SO2  

 Proceso de conversión en presencia de cat. V2O5  y  400- 600ºC

SO3  +  H2O     H2SO4 ( 150 Mton/año)

Prod: Fertilizantes, Detergentes, Alimentos, Caucho, baterías, pinturas, gasolina, papel, fármacos, etc.

Destino de los SOx atmosféricos

H2S    SO2           SO3   

Desc.Plantas   Volcanes   H2SO3  H2SO4

           Industrias

                                                       Sulfatos

                                    Lluvia ácida

——————————————————-                                                             

                              Tierra

Conversión SO2 SO3

En horas, por:  -oxidación catalítica=> indicado

                     – oxidación fotoquímica=> naturaleza

                               Fe, Mn

2 SO2 + 2 H2O  +  O2        2 H2SO4

                                                 Niebla

  Plumas de plantas energéticas y fundiciones

Solubilidad del SO2

100 ml de H2O disuelven  a 20ºC  11,3 g SO2

Cenizas de carbón => sales de Fe y Mn

La solubilidad baja en soluciones ácidas=> es mínima en 1 M  de H2SO4

Al neutralizar  el medio:

MgO + H2SO4    MgSO4  + H2O

2 NH3  + H2SO4    (NH4)2 SO4

Aumenta la solubilidad del SO2   

Concentración y distribución de los SOx

/SO2/

μg/m650

                         450

365  ———————————————EPA

                                      360

                                                  350

                                                              300

           1964 1967 1970 1990 2000

Efectos de los SOx sobre las plantas

Areas muertas de las hojas. Tono blanquecino.  (Corta expo. Y elev. /SO2/

Amarillo gradual. Síntoma crónico. (Menores /SO2/ )

“Acción sinérgica”: Acción simultánea de dos o más cont. (SO2 +O3 ) ;  (SO2+ NO2); etc.

Efectos de los SOx sobre el hombre

Irritación sobre el sistemas Respiratorio

/SOx/, ppm                 Efecto

0,2               Umbral para la inducción de reflejos  condicionados    

0,3                Umbral para el reconocimiento de sabores

8-12              Irritación  en la garganta

                 Irritación en los ojos

20                  Tos inmediata

SOx sobre el hombre

EPA (CHESS) => Existe correlación entre infecciones resp. (en los niños) y el nivel de cont. De SO2

Los aerosoles sulfatados son agentes irrit. 3-4 veces  más potentes que el SOx

 Vehículos catalíticos Controlan  CO y HC, pero transforman SOx en H2SO4. Liberan 0,03 g de ácido por Km recorrido. 

Efectos de los SOx sobre los materiales

H2SO4 => materiales, pintura

=> Corrosión ( aceros, zinc, etc.)

   – Altas  tasas de corrosión  en zonas  indicado

   – Superiores en otoño e invierno

   – Pérdida en peso f( concentración Atmósfera SO2 )

Fe  + SO2  + O2  = FeSO4

4 FeSO4 + O2 + 6 H2O = 4 FeOOH + 4 H2SO4

4 H2SO4 + 4 Fe + O2  = 4 FeSO4 + 4 H2O

Corrosión del acero por el SO2

Pérd.   18                                          12 meses

De peso, 16

gramos   14

( En probetas de 100 g) …                                    6 meses

             8

             6                                            3 meses

             4

                    0.02 0.06 0.10   0.14   0.18

                                       /SO2/  , ppm

El SOy los  materiales de construcción

 CaCO+  H2SO4    CaSO4  + CO2  + H2O

El cuero y el papel absorben SO2 => pierde  resistente Y se desintegran  

Control de la contaminación por SOx

Comb. Del carbón=> SOx

Controlar los carburantes, sustit. Por otro carb. Fósil o por otra forma alt. De energía (hidroel., nuclear, etc.)

 Medidas de precombustión ( carbón de bajo S (<0.7%); Desulf. Del C que cont. S; conversión en gas)

Medidas de poscomb. ( eliminar los SOx  de los gases de escape)

Desulfuración

Limpieza        Limpieza     Gasificación

 física                 qca.       => (Gas Natural Sintético)    

                                                          carbón

Molienda-Lavado del C con agua-

                                                           S pir.

S piritoso, orgánico, sulfatos inorgánicos

Gasificación

Carbón sólido        carburante gaseoso

Molienda- Trat, con aire y O2 – gasificación ( 1500ºC y 20-70 atm)

 => gas  (H2 ,  CH4)  y C coque ( Residuo Solido)

Coque + Vapor sobrecalentado  “gas de síntesis” ( CO ; H2 ; CH4 y  CO2 ; S) – catalizador de transferencia- metanación catalítica     GNS  (libre de CO y S)

Principales reacciones de gasificación

C + H2O     CO  + H2

C  + 2 H2    CH4

CO  + H2O    CO2  + H2

“gas de síntesis” => 40-65% de CH4 

Reacciones catalíticas

a) Con catalizador de transferencia:

CO + H2O     CO2  + H2

b) Por metanación catalítica:

CO + 3 H2   H2O + CH4

———————————-

El GNS  resultante tiene un valor calorífico de 1750 Btu/ m (menor al natural 35000)

Eliminación del SO2 de los escapes

1. Sistemas de inyección (cal/caliza)

2. Proceso de Wellman-Lord

3. Proceso de citrato de sodio

————————————————-

1=> CaCO3     CaO  + CO2   (inyección de caliza al fogón )   

2CaO + 2SO2 + O2       2CaSO4  (Reacc.a alta Tº)

Los prod.+ cenizas flot.=> abs. En el agua  

2. Proceso Wellman-Lord

Utiliza una solución acuosa de sulfito de sodio

SO2  (dil.)+  Na2SO3 + H2O   2NaHSO3

NaHSO3   calor Na2SO3  +  H2O  + SO2 (concentración)

  SOse  licua S  H2SO4

—————————————————————–

SO2 + H2O.    HSO3  +  H+ (gas se enfría y se depura)

HSO3  + H3Cit     (Complejo)2- (En torre de absorción )

(Complejo)2- + H+ +2H2S      3S + … (Inyección de gas)

                              (gas)

La solución de citrato regenerada  vuelve a circular para eliminar más SO2

Tema de discusión

Contaminación minera por SO2

Principales fuentes de contaminación de SO2 en procesos mineros.

La lluvia ácida

Corrosión

Material particulado. Clasificación

Aerosol (disp. De sólidos o líquidas En un medio gaseoso)

Neblina (gotas de líquidas En suspensión)

Humo (partícula de C u hollin)

Emanación (vapores condensados)

Polvo (prod. Molienda o chancado)

Clasificación de las partículas:

=>“Viables” (bacterias, hongos, mohos, esporas)

=>“Inviables” (Comp. Organismos, metales,polvos,sal, etc)

Partículas inviables. Características

Muchas penetran en el sistemas Resp.con mayor efectividad que los cont. Gaseosos

Algunas se comportan sinérgicamente

Aumentan la turbidez atmósfera Y red. La visibilidad

Se pueden formar a partir de cont. gaseosos

Fuentes de partículas

Aerosoles de sal marina=> 1000 Mton

                                        200 part. fina suspensión

                                                                      sal marina

     0,3- 3 mm

Arrastre de polvo por el viento ( actividad volcánica, incendios forestales, tronaduras mineras, caminos de tierra, etc.)=>primarias

Clasificación de las fuentes

        Partículas (2608 Mton/año)

Antropogénicas                             Naturales

Sulfatos (147)                            Sal marina(1000)

Materias Part. (92)                           Nitratos (432)

Pueden reaccionar en la atmósfera Partículas secundarias

Emisiones de partículas A nivel mundial

Emisiones secundarias Antrop.    Emisiones  primarias antrop.

7,8%                                                     3,5%

Emisión Secundaria Naturaleza                               Emisión Primaria Naturaleza

42,4%                                            46,3%

Composición química de las partículas

Partículas Polvo y suelo: sales mínimo, Ca, Al, Si, etc.

Humo: Composición Orgánica, carbón

Part. Secundario: Sales inorgánicas De amonio, sulfatos, nitratos, etc.

Cenizas suspendidas en el aire:

C  (0,37-36,2%)                     P2O5 ( 0,07-47,2%)

FexOy  (2,0-26,8%)                    MgO (0,06-4,77%)

Al2O3 (9,8-58,4%)                 CaO (0,12-14,73%)

SiO2  (17,3-63,6%)                SO2 (0,12-24,33%)

Tamaño de las partículas

0,0002 μm (molécula)    5000 μm

Moléculas  Humo Mayores Polvo de   Lluvia

 pequeñas   Virus   Daños cemento

                            en los   niebla  Arena

                            pulmones   polen   playa

0,0001            0,1   5  10   100  104   

Tamaño =  f (fuentes)

Caracterización del tamaño de las partículas

O <0,1=> fuentes de combustibles. Muestran un componente similar a las moléculas. Pueden coagular.

0,1-1,0 => producción Comercial y aerosoles fotoquímicos.

 => permanecen en suspensión durante largo tiempo

1,0-10,0 => Suelos, polvos de fábricas, sal mar.

>1,0 =>  a la larga sufren deposición gravitacional

>10,0 => permanecen en suspensión por tiempos cortos sedimentan

Destino de las partículas atmosféricas
…”todas las partículas atmosféricas se depositan en la superficie Terrestre…”

                           Depuración

Deposición en seco                 Precipitación húmeda

      20%                                Nubes o lluvia

La lluvia elimina cantidad significativa de partículas menores  (>1 μm)

Las precipitaciones están cada vez más ácidas

pH=2 extremadamente ácido

pH=4 en import. Ciudades de EE.UU.

CO2  + H2O = H2CO3 pH = 5,7   en la lluvia

/Partículas/,   μg / m3

150

          Localidades urbanas

50                                       75 (Primario) 60 (sec) 

          Localidades rurales

    1960                1979           2000

Las /part./ urb.  son unas 3 veces sup. A las rurales.

Las reglas Secundario Son más exigentes que para las Primario

                                 Efectos de las partículas sobre las plantas

El polvo de hornos de cemento al combinar con humedad costra que no se lava interfiere en la fotosíntesis => inhiben crecimiento

          Efectos sobre la salud


O <1  μm penetran hasta los alvéolos => infecciones responsables por desordenes cardiacos, bronquitis, cáncer, silicosis, etc.

Sistema respiratorio

Tracto respiratorio superior

=>se filtran partículas >5 μm

=>se hidratan SOx y NOx

Tracto responsable Inferior

0,5-5 μm bronquiolos

<0,5 μm alvéolos (tiempo de  residencia: semestral, meses, años…)

Oxígeno-carburante de la vida

250 ml O2  por min=> Adulto=> 200 ml CO2

 20.000-30.000 litros de aire  pasan  diariamente a través de nuestros pulmones

=> Cantidades pequeñas de impurezas pueden ser más nocivas que las que penetran vía digestiva

Metales traza tóxicos ( Ni, Be, Cd, Sn, Sb, Bi, Pb, Hg)

Plomo

Metal pesado presente en el aire en forma de partículas

Fuentes: Gasolina, Fundición, Pinturas

Efectos en la salud: Cambios en comport.,agresividad, hostilidad, probl. Aprendizaje, daño cerebral, daños en el Sistema Nervioso Central, muerte  (50-60  μg/ dL en la sangre).

 1  μg /m3 de Pb en el aire => 1-2  μg /dL en la sangre

Metalurgia del plomo

El polvo eliminado  de las fundiciones  contiene hasta 14% de Pb

La cont. De atmósfera Con Pb en torno a la empresa  puede alcanzar distancias de unos  10 Km en /Pb/ de  >100 μg/m3 de aire

Arsénico

Se libera de las fundiciones de Pb, Cu, Au, Ag, y Co

Algunos insecticidas y fungicidas

Presente en el aire y en cuerpos de agua=> se bioacumula en la cadena alimenticia.

Efectos: Parálisis de miembros inferiores, trastornos gástricos e intestinales, Cáncer pulmonar

As en los gases de la metalurgia no ferrosa

Pueden llegar a eliminar 1,5  Kg/ton de metal producido, en forma de As2O3

El diámetro de extensión de la polución puede llegar  a 4-5 Km del origen, en concentración Variables.

=> El As y sus comp. As (3+ y 5+) son todos venenosos

Complejo siderúrgico

Principales contaminantes de un complejo sid. Q produce  4×106 ton/año, acero

Asbesto

CaOx3MgOx4SiO2

Techos de asbesto-cemento, balatas de frenos, textiles no combustibles, etc.

Liberan fibras al aire

=> Asbestosis (cicatrices en los pulmones)

=> cancerígeno

Clasificación de las partículas que  afectan la salud

Partículas inertes

Partículas Transportadoras (abs. o ads., irritantes)

Partículas Tóxicas (8 metales Ni, Be, Cd, Sn,Pb, Hg, Bi, Sb)

En cantidades traza provocan enfermedades cardiovasculares, hipertensión, daños cerebrales, convulsiones, daños en el Sistema Nervioso, cáncer

Efectos de las partículas sobre los materiales

Hollín, polvo, humo, neblinas=> aceleran la corrosión, en presencia de comp. Que contengan azufre.

Efectos de las partículas Sobre la visibilidad

/part./ , μg/m3 Visibilidad, metros   Zona

30                     40.225               Rural

100                   12.067              Urbana

750                   1.609                 U. Cont.

Efectos de las partículas sobre la radiación solar

Descenso  de la visibilidad => disponibilidad menor de luz visible

Disminución de la temperatura terrestre

=> La cantidad de radiación  q llega al suelo  puede disminuir hasta en un 30%

Control de las emisiones de partículas

Control=> captura. antes q ingresen a la atmósfera

Métodos = f( tamaño de las partículas)

Tipos de equipos:

Cámara de pp. Gravitatoria (O 50 micras)

Colector ciclónico (O 5-20 micras)

Purificadores húmedos

Precipitadores electrostáticos

Técnicas de control

La cámara permite  gran tiempo de residencia para que deposite  (50 μm )

Circulación en espiral, la fuerza centrífuga elimina las part. 5-20 μm

El líquidas Se introd. En cámaras o torres de pulv. En forma de aerosol

Las partículas en movimiento pasan a través de un campo de alto potencial Electrostático=> tienden a cargarse (-) son atraídas por (+). Pueden ser tubulares y de placa

Partículas Suspendidas en el aire (PTS) Generalidades

<500 μm. Es un Contaminante primario y secundario, compuesto por una fracción orgánica y una inorgánica

Su tamaño se describe  por un O aerodinámico.

MP10   O  <10  μm (tamaño aproximado De bacterias)

MP2,5   O   <2,5  μm

Partículas respirables: MP10  y MP 2,5

MP10- Las mas importantes del punto de vista de la salud.

Los O  >10  (“ no respirables”) sedimentan con mayor facilidad

MP2,5- Las más peligrosas para los pulmones

Una part. De O  0,1 μm tiene una velocidad de asentamiento de apenas 20 cm/min

Efectos sobre el medio ambiente

Dificultan la fotosíntesis

Ocasionan caídas de hojas

Disminuyen la visibilidad

Erosionan los materiales

Oxidan las estructuras

Caso de la Región Metropolitana

Contribución  de fuentes estáticas (FE) y movimiento (FM)

100%

       FM

50%

        44  6    17     69    69 97

0% FE

        MP CO NOx  SOx COV   NH3

 Evaluación de la calidad del aire

Índice de calidad del aire (ICA)- evaluación de la calidad del aire

ICA=>  0-500 ( Bueno, malo, peligroso)

ICA=0 No hay contaminación

ICA= 100 Alcanzó la NCH de Cal. del aire

ICA=500 Efectos significativos sobre la salud

ICAP/ICA => Relación entre Materias Partículas y Gases

Índices de calidad del aire para materias Partículas (ICAP) y para gases  (ICA)

Índice      Nivel Episodio  PM10 CO   NO2  O3 SO2

ICAP/ICA                             μg / m3   ppm  ppb  ppb   ppb

                                             24 hrs   8hrs   1 hr 1 hr  1 hr

100                     Norma   150   9 212   60 96

200         1       Alerta  195   15 601  204   750

                                                239   29 1201 407  999

300          2     Preemerg   240  30 1202  408

500          3     Emerg. >330   >35  >1596>510

Evaluación de la calidad del aire

Tipo de       PTS   PM10  CO   NO2  O3  SO2   Pb

Norma         μg/m3   μg/m3    ppm

Media geom  anual 75

Prom.aritm.

24 hrs                     260

Prom.aritm.

Anual                                                           100                80   0,5

Prom. Aritm.

Diario                                   150                                      365

P.A.8hrs                                            8

P.A. 1 hr                                          32                   160

Norma Chilena de la Calidad del Aire
NCHCA

¿Qué significa en  la NCHCA que el PTS sea en 24 horas de 260 μg/ m3   ?

=>que la cantidad de partículas con un O  menor a 50 μ no debe exceder de 260 μg por cada m3 de aire, durante 24 horas

Interpretación para el caso del CO

¿Qué diferencia hay en la Norma para CO que permite en 1 hr; 32 ppm acumulado y en 8 hrs; 8 ppm  ?

32 ppm de CO en 1 hr significa que en el transcurso de 1 hr la cantidad de CO no puede superar los 32 ml por cada 1000 L de aire.

  8 ppm  en 8 horas, que en el transcurso de 8 horas la cantidad de CO no puede superar los 8 ppm

Otros contaminantes del aire: Dioxinas y furanos

Dioxinas- grupo de compuestos aromáticos clorados altamente tóxicos

Puede producirse como una impureza en la producción de diversas sustancias químicas y plaguicidas. Pueden liberarse al quemar plásticos

Furanos-  Policloro-dibenzo-furano (PCDF)

=> Son persistentes y pueden bioacumularse (atacan riñones, hígado y sistema nerv.)

Plaguicidas

Plaguicidas organismos Sintéticos: Organoclorados (DDT), organofosfatados*, carbamatos

*Son los más tóxicos para el hombre, se absorben rápidamente en la piel, pulmones, y tracto gastrointestinal, prov. Temblores, confusión, contracción en músculos, convulsiones.

II Unidad temática: Contaminación del agua

(H2O) cont   vs  (H2O) no cont

Características:

– Es un solvente universal (nunca se encuentra Totalmente pura),- El H2O de lluvia cont. CO2, O2 y N2 disueltos+ polvo en suspensión Y otras partículas,- El H2O superficial  Cont. Sales min, – En el H2O  pot.  Se han elim.  Sólidos en suspensión, bacterias, etc, pero quedan sustancias Disueltas.

Definición

“Cualquier sustancia que impida el uso normal del agua debe  considerarse como un contaminante de la misma…”

Áreas de utilización:

-Suministro público,- De recreación y estética,-Peces, organismos Acuat., vida silvestre,-Agricultura,-Industria

=> EPA “La 3ra. Parte del recorrido de los ríos  en EEUU esta contaminada…”

Clasificación de los contaminantes del agua

1. Residuos con req. De oxígeno (RRO), 2. Agentes patógenos (AP), 3. Nutrientes vegetales (NV), 4. Compuestos organismos Sintéticos (COS), 5. Petróleo, 6. Sustancias Qcas. Inorganismos Y mínimo (SQIM), 7. Sedimentos, 8. Sustancias Radioactivas, 9. Calor.

RRO

EL Oxígeno Disuelto (OD) => indispensable para la vida:

     Los peces necesitan la mayor cantidad

     Invertebrados

     Bacterias

Para una biota de H2O templ. OD=5mg/L

Para una biota de H2O fría ODsat =9,1 mg/L

Disminución del OD

La causa principal de la desoxigenización del  H2O es la presencia de RRO (componentes que  se degradan o descomponen fácilmente debido a la act. Bacteriana en presencia de O2)

RRO=> aguas domiciliarias, industria alimentaria, papeleras, curtiembres, mataderos, etc.   C+O2=CO2

=> Se necesitan 9 ppm de O2 para oxidar completamente a aproximadamente 3 ppm de carbono disuelto.

              C+ O2 = CO2  (con ayuda de bacterias)
                     12g…..32 g

Los RRO eliminan con rapidez el OD (permite calcular indirectamente la cantidad de estos contenidos, en una masa dada de agua)

DBO del agua es una cantidad relacionada con la proporción de residuos presentes.

“La DBO  indica la cantidad de O2 disuelta que se gasta durante la oxidación. De los RRO”

DBO-5   (5 días de incubación a 20º C )

Interpretación

DBO= 1 ppm   es agua muy pura

         3 ppm   pura

         5 ppm  pureza dudosa

         > 20  ppm, esta contaminada

Equivalente Demográfico (Eq.D) para las fuentes de BOD

Comparación entre producción finales de descuento bajo distintas Condiciones

Cond. Aeorobias      Cond. Anaerobias

C  CO2                              C CH4

N  NH3 + HNO3    N  NH3 + aminas

S  H2SO4                         S  H2S

P H3PO4                P PH3  y comp.  P

=> Los prod.  De desc. Son muy diferentes !

Capacidad de reproducción de los resultados

La det. De la DBO es poco exacta +-20%

Se reemplaza por DQO  y COT

DQO=> las bacterias Oxidantes Son reemplazadas Por K2Cr2O7

Demora menos de 3 horas Resultados Mayores que DBO

COT=> combinación Cat. A elev. Temperatura 900-1000ºC

El C se conv. En CO2. Demora mínimo

Aguas municipales

Ppm  250

      200                                              DQO

      150

      100                                               DBO

        50                                               COT

         0

             1 sem   2 sem  3 sem 4 sem

Agentes patógenos (AP)

El agua puede transmitir AP=> infecciones del tracto intestinal( fiebre tifoidea y paratif, disentería, cólera, poliomielitis, hepatitis etc.)

Son difíciles de detectar en pequeñas concentración

Los exámenes de laboratorio Demoran mucho tiempo

Los AP están bajo control en los países desarrollados

Organismos indicadores

Bacterias coliformes=> método indicado De control de calidad de las aguas. Su aparición indica descarga de materias Fecales y probablemente AP

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Nutrientes vegetales

La tasa y abundante Del crecimiento vegetal son proporcionales  a la cantidad dee nutrientes disponibles.

Plantas verdes=>15-20 elementos para crecer (C,N,P,K,S y metales Traza)

Eutrofización

“Enriquecimiento Natural del agua con nutrientes”

Cantidades Excesivas de nutrientes=> continuidad de ecosistemas Acuáticos.=> “eutrofización natural”

=>Proliferación de algas y plantas acuáticas => olores y sabores desagradables (consumidores del OD)

P y N q entran al ambiente acuático

Fuente     P               N     MKg/ año

Natural   245-711    1036- 4210

Antrop.   686- 1015 3990

El N y el P => causantes de  eutrofización cultural.

=> 80% N  y 75% P  en aguas sup. Son antrop.

Compuestos orgánicos sintéticos

Prod. Sustancias Qcas. Sint. Se ha mult. 14 veces después de la II guerra mundial: carburantes, plásticos, fibras, elastómeros, disolventes, detergentes, pinturas, plaguicidas, aditivos, prod. Farm., etc.

Resistente A la degradación Bioquímica

Responsables de sabores, olores, colores ofensivos

Algunos tóxicos para peces en concentración reducidas

Producción de compuestos Organismos sintéticos

Año                 Billones de Kg

                       4,5

                       62

 2000                     80

Petróleo

EEUU  1859 => 2000 barriles

          2000=> 3 billones de barriles

Petróleo crudo: mezcla compleja de  cientos de comp. Diferentes: HC, N, O, Metales

 => 175 HC  ( 108 alifáticos y 57 aromáticos)

=> Debe refinarse para obt. Fracciones útiles

Fuentes de contaminación con petróleo

Accidentes de buques petroleros o producción en la Costa Marina

Buques cisterna (805.000 Ton/año)

“lastrado” (el petróleo es reemplazado por agua de mar y luego se descompone en el océano)

Operaciones de limpieza

=>  50% del petróleo que se vierte a los océanos

Otras fuentes de contaminación

Perforaciones submarinas => 160.000 Ton/año

Residuos de petról. Y grasa=> 825.000 ton/año

Lubricantes usados, aceites, fluidos hidráulicos, disolventes, y refrigerantes, etc.

Destinos de los vertidos de petróleo

Fotooxidación                         Evaporación (25%)

Deposición      Vertido de petróleo

Litoral

Emulsionamiento Dispersión Abs. Por organismos         Sedimentación

Acumulación   Oxidación microbiana

          Captación por parte de organismos vivos

          Adsorción por los sedimentos del fondo

Mecanismo de emulsionamiento

                                      petróleo en agua

      a) Con lastre                                b) Sin lastre

Efectos biológicos y físicos

A corto plazo y – A largo plazo

                                        Red. De trans. luz

Revestimiento y asfixia Dism. Del OD

                                       Daños en aves acuat

                                       Asfixia alg. Y liq.

Los HC aromát. Con bajo pto. Ebull. Abundan en el petróleo => más peligrosos

(benceno, tolueno, xileno, naftaleno, fenantreno…)

A corto y a largo plazo

A corto plazo=> una masiva e inmediata destrucción de la vida marina sobreviene durante los primeros días del vertido.

A largo plazo=> Atracciones y repulsiones qcas. => bloqueo de receptores gustativos => ampliación de la cadena trófica => medio de concentración De otros venenos

Limpieza de los vertidos de petróleo

Actividades:

-Se trata de mantener  el petróleo en su lugar de vertido

Se recup. La mayor cant. Posible

Barreras: a) Botalones flotantes

             b) Barreras de burbujas

             c) Barreras químicas (gelificación o solidificación))

Métodos mecánicos de limpieza

-El P. Es retirado del agua y se recuperan para su empleo

-El P. Se bombea al barco y se separa del agua

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Degradación por microorganismos Marinos.

– Degrad. Biol. Acelerada.=> La degr. Total de 1 L de P. Crudo nec. Todo el OD en 320.000 L de agua de mar sat. De aire

Combustión del petróleo vertido

Cuando:- No esta cerca de la costa o estructura

          – está recién vertido

Consecuencias: – se genera un sólido negro y un denso humo negro

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        Eliminación utilizando absorbentes:

Paja, aserrín, espuma de poliuretano (1,5 m3 absorbe 1 ton de P. Crudo)

Utilización de emulsionantes y otros

Emulsionantes,  detergentes, desengrasadores  y dispersantes.

Dispersante= surfactante+ disolvente (mayor%)+ estabilizador => Forma una dispersión     ( emulsión) q rebaja la tensión sup. => distribuyen las gotas en un gran volumen de agua (mejoran la degr. A cargo de microorganismos.)

El peligroso uso de dispersantes

Las gotitas son ingeribles  y asimilables por organismos Del extremo inf. De la cadena trófica marina=> algunos dispersantes resultan  más tóxicos para la vida acuática q el P. Mismo.

Empleo de superpetroleros

1940 petroleros de 16.000 ton

                    30.000 ton

 1970                  250.000 ton

                    540.000- 800.000 ton

Accidentes

Ej. Un petrolero de 200.000 ton no puede detenerse en menos de 4,5 Km ( deben descargarse en zonas de aguas profundas)

Producción submarina de petróleo

-Exploración,-emplazamiento  de plataformas,-perforación,-producción,-transporte,- almacenamiento.

En lugar de explosivos se usan cargas de aire comprimido y sistemas De vibración acústicos.

La Plataforma Continental Externa de EEUU tiene 200 billones de barriles de P.=> 2-4 accidentes/año

Sustancias químicas Inorganismos y sustancias minerales

Cont. Del agua: -Sales inorgánicas

                       -ácidos minerales

                       -metales o compuestos Metálicos finamente dispersos

Aumentan la acidez

Aumentan la salinidad

Aumentan la toxicidad del agua

Acidez

Drenajes de minas=> yacimientos con S, Pb, Zn, Cu ( los verdaderos cont. Son el ac. Sulfúrico y los comp. De Fe)

  a)  2FeS2 + 7O2 + 2 H2O  2 FeSO4 + 2 H2SO4

            + bacterias

b) 4FeSO+  O2 + 10 H2O  4Fe(OH)3 + 4 H2SO4

Las minas abandonadas provocan mas del 60% de los problemas  de cont. Por drenaje ácido

Acción del ácido Sulfúrico en drenajes 

CaCO3 + H2SO4   CaSO4 + H2O  + CO2 

Aumenta  la dureza de las aguas, destrucción de la vida acuática, corrosión, daño de cosechas, etc.

pH< 4,5  el suelo no soporta, aumenta la solubilidad de sales de Fe, Al, Mg, etc.

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     Mitigación del drenaje ácido

Sellado de las minas abandonadas

Control del drenaje

Tratamiento químico con cal y aireamiento (genera fangos)

Destrucción de la vida acuática por drenaje ácido

Equilibrio entre CO2 ; HCO3  ;  CO32-

A pH bajo tanto el HCO3 como el CO32- se convierten en  CO2   que se disuelve en el agua.

HCO3–  +  H+     H2O   + CO2

CO32- + 2 H+              H2O    + CO2

Se acumula CO2 en la sangre del animal, disminuye el transporte de O y el pH desciende.

Distribución de especies carbónicas en función del pH

       H2CO3                HCO3            CO32-

                              6.38                                 10.32

1          5       6       7       8      9      10    11      12 pH    

Salinidad

97% en mares y océanos ( agua salada)

Fuentes de salinidad: 

-Efluentes industriales   -Regadío -Aguas salobres -Sal oceánica

Regadío:  Si el 20% de la corriente del río es utilizada para regar y luego se devuelve a 4 puntos sucesivos. La relación de sales disueltas aumentará desde 1; 1,25;  1,67; 2,50; 5 después de cada utilización.

Procesos osmóticos

Cuando los organismos entran en contacto con agua que tiene una conc superior, existe una tendencia a q el agua salga de las células y pase al medio circundante=> muerte.

Muchas especies de agua dulce desaparecen cuando las aguas se hacen salobres.

Agua de irrigación

-inicialmente contienen sales

-las plantas extraen el agua

-las sales son excluidas por las raíces

-el agua se evapora por la superficie

=>en el suelo se acumulan sales disueltas

(no se considera una “acumulación”)

Total de sólidos inorganismos Disueltos ((TiDS)

Efecto en cosechas          TiDS, mg/L

No hay efecto                    <500

Efecto en cultivos sens.       500-1000

Efectos adversos                  1000-2000

Plantas tolerantes                2000-5000 

Tolerancia a la sal (hortalizas), mg/L

                 500        4000           8000

Remolacha

Espinaca

Tomate

Maíz

Lechuga

Cebolla

Toxicidad de TiDS

Hg, Pb, Cd,  Cr, Ni => se acumulan y permanecen largo tiempo (“venenos acumulativos”)

Sedimentos

La mayor contaminación de las aguas

Carga sólida en suspensión es 700 veces superior a la que  procede de aguas residuales

Tasas de erosión

Aumentan 4-9 veces debido a la agricultura,

100 veces  debido a la construcción

La minería a cielo abierto=> 16000 Ton/ km2 por año

Escorrentía superficial (ES)

60-70% cobertura

                                          37%             10%

ES: 2%                ES: 14%         ES:73%    

Pérdida de              PS: 1,2          PS: 13

suelo:0,12 Ton /Ha

Materiales radioactivos

                    Átomos radioactivos

         α                          β                          γ 

           He2+                         e           rad. Electromagnética

226           222                 238              238

88   Ra 86  Rn        92 U     93Np

Combustibles – Reservas, Ton –   Energía Kw/hr

Petróleo y gas     0,06×1012        0,49×1015

Carbón                             10,7x 1012       86x 1015

U y Th                 6,5x 1012         527x 1015

Energía solar          ?              1500×1015

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 1 Kg de petróleo produce: 11,6 Kw-hr

1 Kg núcleos de átomos de U-235 : 22,9x 106 Kw-hr

Tiempo de vida media t1/2

Velocidad de la desintegración radioactiva

Tiempo necesario para q se desintegra la mitad de un número dado de átomos.

232   1,41x 1010 a 228    6,7 a 228

90  Th alfa         88 Ra   beta  89Ac

Utilidad del t1/2

Antropología:  “Suponga que una persona asimila en 50 años 10 ppm de C-14 y deja de asimilarlo cuando muere. ¿Hace cuántos años ha permanecido enterrada una persona cuyo esqueleto tiene 1,25 ppm de C-14?. Se sabe que el t1/2  de este isótopo es 5440 a.”

           5440 a         5440 a       5440 a

10 ppm            5 ppm         2,25           1,25

           5440×3= 16.320 años

Contaminantes radioactivos

La desintegración radioactiva puede ser letal para organismos Vivos.

1 g de Pu-239 es capaz de causar cáncer a 1.000.000 de personas y emite radioctividad durante cerca de 250.000 años.

Ej.: U

Minería y laboratorio De las menas de U

Armamento nuclear

Centrales nucleares

Procesado de las menas de U

Contienen 1-2,5 Kg/ ton  de  mineral

Trituración- molienda-lixiviación(con ácidos o álcalis)- precipitación- extracción con solventes o intercambio iónico…

Se producen residuos de U en grandes cantidades. Contienen principalmente 2 materias Radioactivos: Th-230 (t1/2=80a) y Ra-226 (t1/2= 1600a), tienden a ser absorbidos por los huesos (similar al Ca)

Ensayos nucleares

Productos diversos de t1/2  largo y corto

Llegan a la tierra como lluvia radioactiva

Pueden permanecer en el aire, dando la vuelta al mundo varias veces y dispersándose

El Tratado de Limitación de Armas Nucleares (1963) obliga a ensayos subterráneos solamente. Se producen “fugas” de radiaciones a la atmósfera

 Isótopos radioactivos procedentes de ensayos nucleares

Lluvia radioactiva                            Masas de agua

 Suelo  Vegetación Bebida  Inhalación

Ingestión pasto Forraje   Inhalación        Hombre

     Ganado                     Comestibles

                   Leche         Plantas y animales

                                             acuáticos

Otros isótopos radioactivos

Sr-90  componente de la lluvia ácida (t1/2=28a) qcamente similar al Ca=>huesos y dientes. Anemia u otros desordenes graves.

Cs-137 (t1/2= 30a) qcamente similar al K las partes blandas del cuerpo y los músculos se afectan.

Plantas de energía nuclear

Para producir calor se utiliza la radioactividad, produce vapor, turbinas- generador-electricidad.

El   “carburante”  es una mezcla de 100 ton o más  de U-235 y U-238. Se empaquetan en tubos de acero inox o Zr. Los tubos se espacian de manera que se produce una reacción nuclear en cadena y controlada. La Tº es de unos 600ºC .

Se precisa  50% más de agua de refrigeración que una planta con carb. fósiles

Contaminantes de las centrales nucleares

-Residuos líquidos de bajo nivel radioactivo

-Res. Líquidas Y gaseosos proced. De elementos del carburante

-Productos de fisión

-Calor

Productos de fisión

Los centros de procesado de carburantes separan los productos de fisión, del resto del carburante utilizable, q vuelve  al reactor para su post. Utilización.

Las normas CEA desde el 71 exigen:

-los residuos de alto nivel  se convierten en sólidos

-se transportan a un depósito de seguridad  dentro de 10 años.

Calor

La adición de calor en exceso al agua => como muchos de los contaminantes químicos.

Efectos:

 1) Disminuye la cantidad de OD

2) Aumenta la velocidad de las reacciones químicas

3) La vida acuática recibe datos falsos

4) Pueden sobrepasarse los límites térmicos letales

Solubilidad del oxígeno  a diversas temperaturas y altitudes

Solubilidad  15

Ppm         13

                  11

                   9                                      Nivel del mar

                   7                                       900 m

                   5                                      1800 m

                       0   10  20   25   30   40   50º C

“La velocidad de cualquier reacc. Qca., incluidas la resp. Y ox., se duplica aproximado Por cada 10ºC q aumenta la Tº”

Aguas térmicamente contaminadas

Los peces requieren más O2 (aumenta la tasa respiratoria)

Los huevos de truchas eclosionan en poco tiempo  3º  => 165 d

              12º=> 32 d

            >15º=> No hay eclosión !

Cuando los cambios de tº son moderados, los peces pueden aclimatarse.

=> Deben utilizarse torres de refrigeración antes de vaciarlas a los cursos naturales 

Detergentes

“Agentes limpiadores q incluyen como parte de su composición química. Surfactantes petroquímicos.”

Comp. Qca.: Surfactantes (agente humectante)

                   Estructuradores y varios

Surfactantes: Sulfonatos de alquilo lineales (SAL)

Dodecilbencenosulfonato de sodio

AGUA—–(CH3-(CH2)10-CH-  )  ——Suciedad

                                O S-O-Na+

                                                           O

Estructuradores

Agente secuestrante. Se unen a los iones del agua dura (Ca2+ ; Mg2+ ) Reaccionan (hidrolizan) con el agua de lavar y la alcalinizan. Son los polifosfatos: Na5P3O10

Otros componentes: Abrillantadores, perfumes, enzimas, colorantes, etc. 

Problemas de contaminación de los detergentes

-Algunos persisten en el ambiente en forma de espuma

Los surfact. se degradan lentamente, persisten y escapan al Tratamiento De las aguas residuales.

Provocan eutrofización

Modificación de la estructura=> biodegradables

Se sustituyeron las cadenas ramificadas  por lineales

(q se degradan  con rapidez)

Fósforo en las aguas residuales

Fuente de agua                      /P/, ppm

Aguas lacustres                     0,01-0,04

Ríos forestados                      0,02-0,10

Drenaje agrícola                    0,05-1,00

Aguas residuales dom.          3,50-9,00

Actualmente se producen Detergentes con bajo contenido de P o sin ellos.

Eliminación de los fosfatos

Eutrofización=>crecimiento rápido de algas, muerte de peces y otros efectos dañinos en ríos y lagos.

Provocado por exceso de nutrientes, principalmente fosfatos

5 Ca2+ +3HPO42- + 4OH  =  Ca5OH(PO4)3          + 3H2O                              mineral hidroxiapatita         

Ventajas de los fosfatos

-No son tóxicos para la vida acuática

-No son nocivos para la salud de las personas

-Pueden usarse con seguridad sobre tejidos, fibras o colores

-Son insustancias En las máquinas de lavar

Se descomponen Satisfactoriamente  Por hidrólisis en las plantas depuradoras

No interfieren con otros procedimientos de Tratamiento

Sustitución de fosfatos

Se emplean aminas terciarias, tales como el NTA => N(CH2CO2Na)3

——————————————

Otros Estructuradores: Carbonatos y silicatos (forman sales de Ca y Mg poco solubles) => conf. Alcalinidad al agua (pH= 9-10,5) 

Controversias de los fosfatos

– Los fosfatos son reciclados continuamente en plantas verdes y algas,

En los fangos del fondo de los lagos se almacenan en forma de sales de Ca,Mg y Fe solubles =>suministran P durante años,

La eliminación de los fosfatos no disminuiría la eutrofización

Plaguicidas orgánicos sintéticos

“Productos Químicos. Que se emplean para destruir Insectos, roedores, malas hierbas, mohos, etc.”

Existen unos 300 plaguicidas con unas 10.000 fórmulas.

Clasificación según objetivo: -Insecticidas-Funguicidas-Herbicidas-Otros específicos (rodenticidas, molusquicidas, nematocidas)

Clasificación según composición química

-HC clorados  -Clorofenoxiácidos-Organofosfatados   -Carbamatos

HC clorados: -Su uso acumulativo total excede al de cualquier otra clase, – son más persistentes en el ambiente.                       H

DDT                   Cl –   -C-   -Cl

Control de malaria       Cl- C-Cl

                                                 Cl

Persistencia

“Tiempo necesario para q pierda al menos  95% de su actividad”

Clasificación: -No persistentes (perm.1-3 sem),-Persistemas Mod. (1- 18 meses),- Persistentes (2 o más años)=> los HC clorados

Tiempo de degradación para los HC clorados en el suelo

100

 50                                             DDT

                                                 Dieldrin

   5     Aldrin Clordano Lindano Endrin

      1 2 3 4   5 6 7 8 9 10   11

                                       Tiempo, años

Concentración típica de DDT en una cadena trófica

                                Aves de presa

                                        10ppm

Peces de agua dulce                      Peces marinos

         2 ppm                                       0,5 ppm

Plantas acuáticas    Invertebrados      Plancton

  0,01 ppm               acuáticos 0,1              0,05

Agua dulce  10-5                    Agua de mar 10-6                             

Peligros del DDT

Cambios en el comportamiento (problemas de reproducción)

Aumentan tasa de mortalidad en las jóvenes

Son directamente tóxicos para algunas especies

Se acumulan en los tejidos corporales

5 ppm máximo En el pescado (para consumo humano)

Las moscas q sobreviven se vuelven más resistente

-Ningún ser humano ha sido dañado por el uso normal del DDT

-Grandes sobredosis afectan las aves y los peces

-Muchos sustitutos se degradan con rapidez pero son más tóxicos.

Prohibición al DDT: -Los efectos  sobre el ser humano no se conocen- Las aves y algunos peces experimentaron fracasos reproductivos

Metabolismo del DDT en insectos y mamíferos

                                              H

                               Cl       C         Cl

                                       Cl   C   Cl

                                              Cl            Mamíferos, mosca

Mosca de establos                                         doméstica

                                 Mosca del vinagre 

    C                                      OH                       C

Cl   C   Cl                               C                           C

    H  (menos activo)    Queltano (inactivo)    Cl    Cl                                 

Del DDT –  DDE  al DDA

                                 DDT

              Mamíferos, mosca doméstica

Cl       C           Cl

                                C                    DDE

                         Cl      Cl         (Inactivo)

          C

           C   O  DDA (Inactivo)

       OH                     

Degradación fotoquántica del DDT

Además del metabolismo animal, el DDE también se forma durante la degradación del DDT por parte de la luz solar y de los microorganismos del suelo

Los Bifenilos policlorados (BPC)

Son estructuralmente similares al DDT (muchos de sus efectos también lo son)  

Posibles puntos de sustitución

Teóricamente pueden formarse 210 compuestos distintos: -Son estables a elevadas temperaturas,-Resistentes a los ácidos, bases y oxidación,- Ligeramente solubles en agua

Usos de los BPC

Fluidos de transferencia de calor en intercambiadores térmicos industriales

Aislantes en grandes condensadores y transformadores

Fluidos hidráulicos

Plastificadores en polímeros

Forros de frenos, pinturas, adhesivos, etc.

Restricciones para los BPC

Los BPC son inhibidores enzimáticos más eficaces q el DDT  (delgadez de cáscaras de huevos)

La EPA ha establecido 0,01 ppb como nivel aceptable de BPC en las corrientes de agua

Los clorofenoxiácidos

                   H   O           Cl            H     O          

Cl       O C C           Cl         O   C C

       Cl    H    OH                 Cl  H   OH

             2,4-D                                2,4,5-T

Acido 2,4-diclorofenoxiacético      Acido 2,4,5-triclofenoxiacético                        

Control de malezas: Herbicidas de gran actividad en plantas de hojas anchas.

Baja toxicidad en animales. Experimentalmente han resultado teratógenos (cancerígenos)

Otros usos:

Mezclas de clorofenoxiácidos fueron empleados en la guerra con Vietnam:

“agente naranja”: partes iguales de  2,4-D y 2,4,5-T

“Agente blanco”:  80% de 2,4-D y 20% de picloram (otro herbicida)

Organofosfatos

Son más tóxicos para el hombre q los HC clorados, sin embargo se desactivan en el ambiente con rapidez

R Y                          X,  Y  son S y O

     P   X    Z          R es un HC

R                                  Z grupo orgánico complejo

Toxicidades relativas de plaguicidas(DL50)

             Organofosfatados

TEPP                    1

Paration                    3,6

Metilparation                    14

DDVP                                    56

Malation                                                                              1000

                   HC clorados

Aldrín                            39

Lindano                                          88

Heptacloro                                            100    

DDT                                                               113       

    Rojo: Muy Tóxico   50 Verde: Toxico  200 Azul: Media  1000  Negra:Baja

DL50   ( mg/Kg )

“Cantidad de insecticida q administrado en una sola dosis, es letal para el 50% de un grupo de animales a prueba.”

Clasificación:

 Rojo: Muy Tóxico, hasta 50; Verde: Tóxico, hasta 200; Azul:Media, Hasta 1000; Negra: Baja, > 1000

El paratión causó 102 muertos en la India en 1958 y  88 muertos en Colombia en 1967

Carbamatos (Iguales en persistencia a los organofosfatos)

Son derivados del ácido carbámico:

                               O       H

                   H   O   C N

             R                          H

Baygón                      CH3

Plagas domésticas

Carbaril (Sevin); Insecticidas para cultivo

 Temik (tratamiento de suelo),  Tectran (molusqui)

Alternativas a los plaguicidas químicos

Uso de controles biológicos

Desarrollo de variedades resistentes de plantas

Empleo de atrayentes

Control genético

Control bioambiental

Manipulación de hormonas

Metales tóxicos

De los 106 elementos químicos, 84 son metálicos =>alta probabilidad de cont. Metálica

Clasificación: -metales pesados (d > 5 g/cc)

                    -metales livianos (d< 5 g/cc)

                    – metales traza (abundante Naturaleza <0,1%)

Los metales Traza son muy peligrosos para los organismos Vivos, que han desarrollado sistemas de Protección a los metales abundantes

Causas de la contaminación Por metales


-Minería causa meteorización acelerada

-Corrosión y desgaste

Se liberan de algunos compuestos (acetato fenil mercúrico, tetraetilo de plomo, carburantes fósiles, etc.)

Losmetales Traza se mueven en el ambiente ( los organismos Vivos  se exponen a ligeras concentración  De metales Traza, en la comida, en el agua, etc.)

Cantidad de metales  arrastrados a las aguas superficiales 

Metal         Mton                Relación Min/Erosión

           Erosión  Minería

Pb         180       2330                  13

Hg           3           7                       2,3

Cu           375       4660                 12

Zn           370       3930                  11

Ni            300            358                   1,2

Ag           5              7                     1,4 

Destino de los contaminantes metálicos

La mayoría termina en las aguas superficiales o subterráneas:

Los metales se encuentran en soluciones

Por descargas directas al aire-lluvia-tierra

La escorrentía agrícola, los residuos mínimos, el alcantarillado domiciliar controlan la concentración de metales.

La estabilidad contribuye a su transporte

Amplificación biológica

Como resultado de su persistencia=>amplificación biológica de los metales en las cadenas tróficas.

Los seres humanos presentan tendencia a acumular metales: 1460 días (Pb), 200 días (Cd), etc.

Algunos de ellos son indispensables: Na, Mg, K, Ca, V, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Sn, Mo  

Ingestión de metales por el hombre

Metal  Comida y agua Dosis tóxica  Vida  media

                mg/día                   mg                 días

Sb        0,100                        100               38

Ba        0,735                       200               65

Cd        0,160                        3                   200

Cr        0,245                         200               616

Co       0,390                         500               9,5

Cu       1,325                    250-500             80

Ag       0,060                      60                     5

Contaminantes metálicos real y potencialmente peligrosos

Metal                         Grado de peligrosidad

Be                              Peligroso

Hg                              Peligroso

Ba                              Pot. Peligroso

Cd, Cu, Pb, Mn,       Pot. Peligroso, pesados en

Ni, Sn, V, Zn            trazas

Hg (mercurio)

-Líquidas Congela –39ºC

-Hierve a los 396ºC

-Se expande linealmente con la Tº

-Es volátil

Muy baja resistividad eléctrica

Disuelve muchos metales (amalgamas)

Puro y aleado es tóxico para todos los organismos Vivos

Baja abundancia (0,08 ppm)

Mineral Cinabrio HgS ( HgS+ O2 = Hg + SO2 )

Liberación de Hg al ambiente

=>2-3% del Hg cont. En menas => al ambiente

=>La combustión de C produce <0,1  ppm Hg

Si se queman 600×106 ton se generan 60×103 Kg de Hg al ambiente

=>La meteorización de rocas y minerales (200 ton Hg / año)

Toxicidad y metilación biológica del Hg

-Los comp. Se transforman en otros biológicamente

Se unen a grupos con azufre en las moléculas enzimáticas y en las paredes celulares, inactiva las enzimas y perturba las reacc. Qcas., inhibe las act. Normales de la célula.

El daño al cuerpo es permanente, no se conoce  tratamiento efectivo.

Clasificación

                               Hg

Inorgánico                                   Orgánico

Metálico                                  Aril y alquil 

Sales inorganismos

HgCl2 soluble

(se acumula en los tejidos hepáticos y renales=>llega al cerebro y daña el sistemas Nerv. Central)

Daños

   Daños en los riñones, hígado y cerebro

Hg inorganismos

                                                 transformación

     En el cuerpo y ambiente                  por microorganismos

Aril Hg                  Tóxicos             Alquil Hg  

Toxicidad

CH3Hg  y ( CH3 )2 Hg  => son los más peligrosos y tóxicos

El Hg puede ser  convert. Por microorganismos Anaerobios (en el fondo de lagos) en  CH3Hg  o en (CH3)2Hg , pasan del  limo al agua

(CH3)2Hg  estable en soluciones alcalinas

CH3Hg   estable en soluciones ácidas, es soluble en el agua y se concentra en organismos vivos, aparece en los lípidos en el cuerpo.

Problemas ambientales provocados por el Hg

“Enfermedad de Minamata” 1953  Japón

-Enfermedad neurológica (muerte de 44 personas y el resto paralíticos)=> metilmercurio vertido por una fábrica de plástico

/Hg/ =  2000 ppm  en el fango de la bahía

/Hg/ = 1,6-3,6 ppb en el agua

/Hg/ = 5-20 ppm en los peces

Vida media del metilmercurio

Especie                       Vida media (días)

Ratón                           8

Aves de corral             25

Hombre                        70

Águila                         910-1030

El plomo como metal

Propiedades q lo hacen útil:

-Bajo pto. De fusión, -Blando y maleable,- Baja actividad química, -Se alea con muchos metales,- Posee  la mayor densidad (excluyendo Hg y Au).

Principal mena: PbS (galena)

Usos industriales:

Metal para cojinetes, cobertura de cables y recipientes para ácidos, soldadura, aleaciones para imprenta, contrapesos para pesaje, densidad y anzuelos, fusibles eléctricos, protectores contra radiación, etc.

Usos industriales del Pb

Aplicación       Ton/año                %

Baterías de auto   582.546            43,1

Prod. Metálicos   254.411             26,1

Prod. Químicos.*          271.730             20,1

Pigmentos            101.185             7,5

Varios                   4.103                 3,1

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* 99,8% tetraetilo de plomo (antidetonante en gasolinas)

El Pb contaminante

Puede contaminar el agua=> accidentes periódicos

Contamina la atmósfera Urbana (partículas y comp.gas.)

/Pb/urb  >5-50 veces  > /Pb/rurales

                        /Pb/aire

Lugar        Ptos. Informados       /Pb/  mg/ m3

Urbano         217                           1,11

Rural alejado 10                            0,022       

Fuentes de Pb atmosférico

Orígen                       Pb   Ton/año

Combustión Gasolina 181.000

Comb. Carbón           920.000

Comb. Fuel oil          24

Fundición                  174

Elaboratorio PbO                   20

Compuestos de Pb de los escapes del automóvil

Compuestos       Inicial,%   Después 18 hr,%

PbBrCl                32,0                12

PbBrCl 2H2O      31,4                1,6

PbCl2                   10,7                8,3

PbCO3                   1,2                13,8

PbBr2 2PbO           1,1                0,1

PbCO3 2PbO          1,0                29,6

La EPA exigió rebajar de 1 g/L  a  0,13 g/L  de Pb, paulatinamente

Pb transportado en el agua

Límite superior  /Pb/H2O =>  0,05  mg/  ml

En ríos y lagos cercanos a indicado Metales  0,140 mg/ml

Las aguas duras con CO32-  y SO42- reaccionan con Pb formando sarro insoluble.

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                        Pb en el suelo

En plantas el nivel natural es de  5 ppm

Pb soluble en el suelo  0,05-5,0 ppm

Pb en el organismo

Se absorben 20 mg/ día  a partir de alimentos, 1 mg/ día del agua, y 10 mg/día del aire urbano.

Los composición de Organismos Del Pb se absorbe rápidamente por la piel y las membranas mucosas.

5-10% Pb ingerido  del tracto digestivo pasa a la sangre

30-40% Pb inhalado llega a la sangre

El Pb de la corriente sanguínea se almacena en los huesos.

El cont. Total de Pb de una persona de 80 Kg es de 100-400 mg.

Pb en el organismo

La vida media biológica del Pb en los huesos  es de 2-3 años

Primer síntoma: anemia. Provoca, además, mal funcionamiento de los riñones.

Pb por motivos laborales

Categoría     /Pb/, mg/100 ml         Obs.

A                    40                   Normal

B                     40-80           Aceptable

C                     80-120          Excesiva

D                     >120            Abs. peligrosa   

Tratamiento de aguas residuales

Grado de tratamiento de las aguas residuales:

Primario- elimina materias Sólidos y rebaja DBO

Secundario- Rebaja drásticamente la DBO (por ox. Bio. Materias Organismos)

Terciario- Elimina todos los sólidos restantes Mínimo y comp. Organismos

Procesos de tratamiento primario

-Los sólidos sedimentan y se eliminan las espumas sobrenadantes

Pasos:

Cribado (a través de tamices)

Eliminación de impurezas (arena, tierra, se dejan sedimentar)

Eliminación de sedimentos (se utiliza una cisterna de sedimentación)

Tratamiento con cloro

Esquema de Tratamiento primario

=> Elimina el 35% de DBO, 60% sólidos en suspensión

20% NTotal   y 10% PTotal

        1       2          3                4

1.  Criba

2.  Cámara de impurezas

Cisterna de sedimentación

Cloración

Proceso De Tratamiento secundario

Se emplean procesos biol. Para rebajar el DBO,-Filtros de goteo (Elimina75% Sólidos en Susp.), -Fangos activados (Elimina90% Sólidos en Susp.)

Filtros de goteo:  Lecho de piedra y grava 1-3 m espesor. Las bacterias  se acumulan sobre las piedras. Pasan por el lecho activado. Salen goteando por tubos en el fondo del filtro.

Fangos activados: Intimo contacto del aire y fango con bacterias, con el efluente del Tratamiento primario

Fangos activados

                          Cisterna de aireación

Aire

                      Fangos activados

Proceso de fangos activados

Aguas residuales, aire y cieno activado permanecen en contacto varias horas :

Materias Organismos+bacterias+O2  CO2 +H2O+NH3+energía

  (Proceso óptimo utiliza O2 en lugar de aire)

Desde una cuba  de sedimentación Secundario Se recoge el fango biológicamente activo. Parte  se emplea para sembrar la prox. Carga.

Eficacia de los Tratamiento Prim y Secundario

                                                  Primario Primario+sec

DBO                                          35%     90%

DQO                                          30%     80%

Materias Organismos Refract.                     20%     60%

Ntotal                                            20%     50%

Ptotal                                             10%     30%

Minerales disueltos                     —           5% 

Costo/40.000 L                            1c      50c-1US 

Procesos de Tratamiento Terciario o avanzado

Objetivo: supresión de casi todos los contenidos Disueltos y suspendidos que quedan después del Tratamiento Secundario

Sólidos en suspensión

Comp. Organismos Disueltos

Nutrientes inorganismos Vegetales Disueltos

Mínimo Inorganismos Disueltos

Ej.: -Coagulación y filtración,-Ads. Sobre C act.,- Ox. Qca.,-Proc. Bioquímicos., -Electrodiálisis, -Osmosis inversa

Coagulación

Al2(SO4)3 + 6 HCO3    2 Al(OH)3 + 3 SO42-+6CO2

Elimina la turbidez,  pequeñas cant. De sustancias Organismos (olor y sabor)

El P se presenta normalmente en forma de PO43- q puede eliminarse  por pp

Al3+ + PO43-      AlPO4

Para red. /N/ f(forma qca. Del N y del pHagua )

Por ej.: N   NH4y luego dis. NH4+   NH3 + H+

Proceso a pH >7  se elimina el 85% en forma de gas , o bien

NH4+       NO3   N2   Proc. Biol. De nitrif. Y desnitrif.    

Etapas de floculación

Adición del coagulante, 2. Desestabilización de la partícula coloidal, 3. Formación de flóculos

La etapa 1, produce cationes poliméricos:

/Al13O4(OH)24/ 7+  ;   /Fe3(OH)4/5+  Sus cargas + neutralizan las – de los coloides=> flóculos

La reunión de flóculos=>conglomerados mayores se realiza con polímeros polielectrolíticos=>decantación

Oxidación química


Se realiza con H2O2  o con O3

2 H2O2   2 H2O  + O2

Oxida cualquier materias Organismos, elimina colores y aromas desagradables, destr. Organismos Patógenos

———————

Iones inofensivos: Na+ ,  K+ , Ca2+ , Mg2+ , HCO3 Cl, SO42-  sólo aumentan la  /minerales/  o la salinidad del agua => dureza

Electrodiálisis

                Catodo (-)     Anodo(+)

Agua salada                                          Agua sala.

                            +

Agua salobre                     –            Agua salo.

       Membranas      Agua dulce

A (membrana aniónica)
K(membrana catiónica)

Salida del anolito                     concentrado                          Salida del catolito

          A   K A   K K   

                        M+                     M+                     M+

Anodo(+)                                                                                            Cátodo(-)

                         X                      X                    X

                                        D      C          D      C        D

Entrada                                                                                            Entrada

Del anolito                                                                                      del catolito    

Ventajas y Desventajas de la electrodiálisis

                                         Ventajas

Reduce el cont. Total de sales dis. En 35% (equivale al cont. Añadida por una ciudad)

Recupera el 92% de las aguas

                                       Desventajas

Las moléculas organismos No pueden eliminarse (se acumulan en las membranas)

Se producen grandes cantidades de aguas salobres

Osmosis vs. Osmosis inversa

C1 > C2   el agua pasa  a través de la membrana Hasta que  C1 = C2  

                                                         C1                                  C2

Osmosis inversa: Elimina el agua de los materiales residuales 

Ventajas y desv. de la osmosis inversa

-Las materias Organismos Tienden a obstruir la membrana

-No son iones los q pasan a través de la membrana(electrodialisis), sino  moléculas de agua => reduce sales mínimo Y organismos => 75% rec. De agua

Deben emplearse en conjunción con otro método (Primario O  Secundario)  

Agua residual

Agua salobre

 Agua purificada          

Etapas en el Tratamiento De aguas residuales

Tratamiento Primario (eliminación de Materias que sedimentan o flotan)

Tratamiento Secundario (eliminación de Impurezas biológicas Degradables)

Precipitación (elim. P y sólidos en suspensión)

Adsorción (elim. Materias Organismos Disuelto)

Electrodialisis (restaura la /sales/ del agua)

Cloración (elim. Organismos Patógenos)

Potabilización de aguas superficiales

El agua debe cumplir con requisitos  de calidad física, qca. Y biológica.

Física:  Inodora, incolora e insípida, translúcida, con turbidez y color mín. de acuerdo a Normas.

Contenido máximo De elementos y sustancias Qcas.

Sustancia  Expr. Como     Límite Máximo mg/L

Amoniaco        N                 0,25

Arsénico           As               0,05      

Contenido máximo De elementos y sustancias químicas

Sustancia           Expr. Como     Lím. Máximo mg/L

                          Cd                     0,01

                          CN                   0,20

                          Zn                     5,0

                          Cl                     250

                          Cu                     1,0

Comp.fenólicos Fenol                    0,002

Cr (VI)             Cr                      0,05

Detergente        SAAM              0,50                 

Sustancia  Expr. Como   Lím. Máximo mg/L

                               F                       1,5

                               Fe                       0,3

                               Mg                     125

                               Mn                     0,10

                               Hg                      0,001

Nitratos                  N                       10

Nitritos                  N                        1,0

                               Pb                       0,05

Residuos sólidos filtrables                   1000

                               Se                       0,01

                               SO42-                   250 

Contenido máximo De elementos y sustancias químicas

Sustancia  Expr. Como     Lím. Máximo mg/L

Microorganismos Patógenos            No debe contener

Coliformes totales                <5NMP/100 ml

Coliformes fecales               <5 NMP/100 ml

NMP => Nº Mas Probable

SAAM =>Sustancia acomplejable por el azul de metileno                     

Potabilización del agua natural

Extraer sólidos suspendidos,-aglomerar y decantar los coloides,-desinfectarla de organismos Patógenos.

Procesos: 1. Filtración gruesa 2. Sedimentación (coagulación-floculación)3. Filtración por arena 4. Desinfección.

———————–

Coagulación de partículas finas (arcillas coloidades) con Al2(SO4)3; FeCl3; Fe2(SO4)3=> aglomeran (agregados)

Acción del cloro

Cuando el cloro se disuelve en el agua:

Cl2 + H2O  =  HClO  + H+  + Cl–    (K= 4,5×10-4)

El ácido se disocia parcialmente:

HClO = H+  + ClO                        (K= 2,5×10-8)

Sólo son bactericidas el ClO y HClO => se opera a pH q permita la máximo Concentración De estas especies.

Fracción        1

De especies 0,8  HOCl                            OCl

Cloradas     0,6

                    0,4

5     6      7       8      9     10 pH

En resumen

El agua desinfectada debe quedar al menos con 0,2 mg/L de cloro. Sirve además, como oxidante de H2S ; Fe2+  e impurezas orgánicas o flóculos q decantan.

Procesos:

Agua cruda Reja  Desarenador    Coagulación-floculación  Filtración  Desinfección

Tratamiento de aguas residuales

Cada persona consume unos 200 litros/día para satisfacer la vida  moderna.

Tres etapas: 1. Tratamiento Primario(físico), 2. Tratamiento Secundario (biológico) y 3. Tratamiento Terciario (cloración)

Tratamiento Biológico: Materias Organismos + bacterias + O2 Lodo biológico + CO2 + H2O

Lodos activados

El agua servida aireada se mezcla con bacterias aeróbicas (q se han  desarrollado con anterioridad). La materia de Organismos Degradada flocula y decanta. Parte de esta biomasa se devuelve al Tratamiento Biol. Y el resto se separa como lodo.

Agua      Decantador Piscina Dec.2        Agua

Servida         1                                                 Tratada

                          Lodo recirculado

                   Lodo                            Lodo

Característica de lodos activados

El tiempo de residencia de la biomasa en las piscinas es 6 horas

La eliminación de bacterias patógenas es baja

– Si se desea emplearla para regadío debe clorarse para desinfectarla

Tratamiento avanzado

Objetivos: -Eliminar la carga organismos Remanente,

-Desinfectar para eliminar microorganismos Patogénicos,

-Eliminar color, olor y detergentes, fosfatos, nitratos, los q ocasionan espumas y eutrofización.

Procedimiento: -Desinfección,-Absorción con C activo, intercambio iónico, osmosis inv., electrodiálisis

 Problema sanitario: – Manejo de los lodos provenientes del Tratamiento Primario Y Secundario

Manejo de los lodos provenientes del tratamiento primario y Secundario

Barros semisólidos (0,5-5% de sólidos)=> sólidos estables (reducir la masa y el vol. Del agua y destruir bacterias dañinas).

El lodo se concentra por sedimentación y coag.-floculación. Se trata con cal (como bactericida) se expone al sol y se hace pasar sobre filtros de arena, se filtra al vacío o centrifuga. => Se utiliza como  fertilizante y acondicionador del suelo. 

Caso Pudahuel (Santiago-Chile)

Agua residual (30.000 personas)  Cribado

Degradación de Bacterias (Lodos activados) Caudal 60 m3/seg

   Sedimentos De materias Organismos Floculada Decantación  Filtración   Cloración Regadío

Aguas residuales o residuos industriales líquidos (RIL)

                      Aguas industriales

Indicado Alimentarias                               Indicado  Rec. Metales

-cárnica, lactea,                                -galvanotécnia,

-cervecera, papel                              -curtido de cueros

Alta carga                                               Iones

  Orgánica                                               metálicos

Contaminantes químicos Del Ril y sus efectos

Contaminantes                       Efecto principal          

Orgánicos

Aceites y grasas          Tóxicos para la vida acuat.

Detergentes                  Espuma impide aireación

HC                               Tox. Para la vida acuat.

Fenoles                             Tox. Para la vida acuat.

Pesticidas                      Tox. Para el hombre

Cloroformo                   Cancerígeno         

Contaminantes               Efecto principal

Metales pesados

Ag, B, Cr(VI), Cu, Fe,       Tóxicos En general

Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se

Sn, Zn

As, Cd, Hg, Tl………………….   Muy tóxicos

Otros

Fosfatos y nitratos               Producen eutrofización

Sulfatos                               Corroen

sulfuros                              Olores desagradables

Cianuros                              Muy tóxicos

Estudio de casos:

Tratamiento de efluentes líquidos industriales y urbanos

Tema: Tratamiento de efluentes de la industria galvanotécnica (electroquímica).

III Unidad temática: Contaminación del suelo

“Mezcla de partículas minerales, materias Organismos, agua y aire, que constituye la materia de soporte de los organismos Vivos”

Aire(25%),Agua(25%),Materias Mínimo(45%),Materias Organismos(5%)

Estratificación del suelo

Estratos=> “horizontes” y el conjunto de capas edáficas => “perfil” del suelo

Perfil del suelo

                                   Horizonte O (Mantillo)

                                  Horizonte A (materias Orgánicas porosas)           

                                  Horizonte B (roca alterada y

                                                    mínimo Lixiviado

                                  Horizonte C (roca madre)

Características de los componentes del suelo

Aire: tiene  más CO2 q  O2 ( En 1 gramo tierra del HA pueden habitar 25.000algas ; 100.000 hongos y unas 100×106 de bacterias)

Agua: rica en sales mínimo de compuestos Variables

Materias Mineral: fragmentos de rocas (meteorización física y química.)

Los mínimos que constituyen la corteza terrestre son unos 25, que contienen  (46.6%); Si(27,7%); Al(8,1%) Fe(5,0%); Ca(3,6%); Na(2,8%); K(2,6%); Mg(2,1%); Otros

Los silicatos

El 75% de la masa corresponde a O y Si (silicatos), cuya estructura:

/ Si3O9/6-             /Si4O12/8-                        /Si6O18/12-

Aparte de los silicatos: los óxidos, carbonatos, sulfuros, sulfatos.

Principales tipos de minerales de la corteza terrestre

Categoría                       Mineral                              Fórmula

Silicatos               Cuarzo                    SiO2

                          Olivina                   (Mg,Fe)SiO4

                                         Feldespato             KAlSi3O8

Óxidos                   Corindón                     Al2O3

                                Magnetita                    Fe3O4

Carbonatos             Calcita                        CaCO3

                                Dolomita                    CaCO3 MgCO3

Sulfuros                Pirita                            FeS2

                               Galena                          PbS

Sulfatos                 Yeso                            CaSO4

Proceso de meteorización

Ejemplo: la olivina

                                H+ (H2O)   

                                                          Mg2++ Fe2++ H4SiO4

                              H2O

(Mg,Fe)SiO4                      Mg2++OH + Fe2SiO4+H4SiO4

                                         O2; H2O

                                        Fe2O33H2O + Mg2SiO4+H4SiO4

=> La meteorización libera Fe2+ y Mg2+ q son asimilables por las plantas

La materia orgánica

Acumulación de residuos de origen vegetal y animal. Puede ser “fresca” o “avanzada”

Avanzada (humus): es de naturaleza coloidal. El humus es una mezcla muy compleja de compuestos Organismos Polimerizados y con alto grado de aromatización; proviene principalmente de la lignina y de proteínas.

Formación de la materia organismos Por fotosíntesis y su degradación A humus

  CO2   + H2O  + Energía

                    Fotosíntesis

Planta

           Muerte

Materias Organismos

                                    Microorganismos Heterotróficos

Materias descompuesta

Formación de la materia organismos Por fotosíntesis y su degradación a humus

                Materia descompuesta

(Celulosa, hemicelulosa, lignina,proteínas,grasas,ceras)

                                humidificación

                         Humus

                                álcali

Fracción soluble                      Fracción insoluble

(ácidos húmicos y                    (humina)

Fúlvicos)      

Formación y descomposición del humus

N2 , aire                    Materia orgánica

                                       humidificación

                                        bacterias   

                              Humus

                                       mineralización

                          Materia inorgánica

Descomposición del humus

                           Humus

                                  mineralización                             mezcla de moléculas simples e iones

En conclusión: Los desechos vegetales  producen humus de mejor calidad, cuanto más baja es la relación C/N (cuanto mayor sea la riqueza de N

en el suelo).

Humus- almacén de reserva de cationes

Se comportan como coloides negativos

Humus-H      (Humus)   + H+

Su carga varía  f(pH) y puede retener cationes  K+, Ca2+, NH4+, Mg2+ , Fe2+

=> Es  un almacén de cationes absorbidos => los suelos cubiertos con vegetación naturaleza y explotación Racionalmente funcionan en “circuito cerrado”    

Coloides del suelo

Clasificación: Hidrófilos, hidrófobos y asociados

Hidrófilos:  interaccionan fuerte  con el agua

Hidrófobos: interactúan poco con el agua (arcillas)

Asociación coloidal: Agregados de moléculas q forman micelas (moléculas de jabón).

Carga del coloide: Depende del pH. A  pH=7 la mayoría se carga negativamente 

Carga del coloide

En caso de óxidos e hidróxidos

MnO2(H2O)  + H+       MnO2(H3O)+

b) En medio básico

MnO2(H2O)     MnO2(OH)+ H+

c) Cuando se produce adsorción iónica (protones sobre arcilla)                     H

  M-OH  +  H+            M-O+            M=Fe,Al 

                                                 H

Carga del coloide

En conclusión: En la superficie de los coloides se manifiesta una carga eléctrica q define el signo del coloide.

Tipo              Carga          Afinidad por el agua

Arcillas ordenadas –                  Hidrófobos

Arcillas desordenadas  –               Mod. Hidrófobos

Sílice  hidratada     –                 Mod. Hidrófilos

Hidróxido de Fe    +                 Mod. Hidrófilos

Hidrox. Al             +                 Hidrófilo

Humus                      –                  Hidrófilo

Principales Iones en la solución del suelo

Cationes:  H+  ; Ca2+ ; Mg2+ ; Al3+ ; K+ ; Na+; NH4+

Aniones:  OH–  ; HCO3 ; CO32- ; SO42- ; PO43-; NO3

                                                 Sales

Textura y estructura del suelo

Denominación Granulometría Tamaño (mm)

Grava              gruesa              >2

Arena              media               0,05-2

Limo               fina                   0,002-0,05

Arcilla             muy fina         <0,002

Textura:” cantidades relativas  de los distintos tamaños de partículas” 

Capacidad de retención de los suelos según textura

Textura         Retención de agua y nutrientes

Arenoso          Baja

Limoso               Mediana

Arcilloso        Alta

Los buenos suelos poseen entre 40-60% de volumen de poros, cuyos espacios permiten el desplazsmiento Del agua y aire, condicionando así su permeabilidad.       

Propiedades químicas del suelo

-Intercambio de iones

-Acidez

-Potencial de oxido-reducción

Intercambio iónico:  los coloides actúan como un “almacén” de sustancias nutritivas, guardándolas cuando hay abundancia y entregándolas cuando existe escasez:

       H

Col  +  Ca2+  + 2HCO3  = Col-Ca  + 2 CO2+2H2O

      H

Intercambio iónico

Si se agrega CaCO3 al suelo, este se disuelve por acción del CO2 disuelto en el agua:

CaCO3 + H2O +CO2 = Ca2+  + HCO3–  Entonces:

      H

Col   + Ca2+  + 2HCO3  = Col-Ca + 2CO2 + 2H2O

    H

=> La solución del suelo se enriquece en Ca2+; la acidez del suelo disminuye.

Orden de adsorción sobre los coloides

Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+

Hay fácil desorción de los iones alcalinos (en climas húmedos)

 Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC)

“es el Nº de miliequivalentes de cationes q pueden ser intercambiados en 100 g de suelo seco”

Clase de suelo                           CIC (meq/100 g)

Arenoso                                     3

Limoso                                      15

Arcilloso                                    30

Orgánico                                   75

Grado de adhesión

Las partículas cargadas + adsorben aniones con distinto grado de adhesión:

Fosfatos> arseniatos> molibdatos> sulfatos = fluoruros>cloruros>nitratos

=>Los aniones menos disponibles para las plantas son los fosfatos, dado q forman sales insolubles en el suelo y los nitratos porque se desprenden con facilidad.

Acidez del suelo

En el suelo se distinguen:

pH real expresa los H+ existentes en  la solución del suelo. Se mide agregando agua dest. A una porción de suelo. Peso tierra/ agua = 1/ 2,5

pH potencial, expresa los H+ q existirían en la solución, si a ella se hubiesen desplazado todos los H+ adsorbidos sobre las partículas del suelo. Se mide agregando una solución de sal neutra (KCl) en exceso a una porción de tierra.

pH potencial

Los cationes adsorb. ( entre ellos los H+)  se desplazan desde las partículas a la solución acuosa, donde se mide el pH.

La acidez o basicidad de un suelo esta det. Por el tipo de cationes ads. Sobre los coloides. El Ca2+, Mg2+, K+, Na+ se llaman “bases intercambiables”:

Col- Ca  + 2H2O  = Col   H   + Ca2+  + 2OH

                                                            H

=> Aumentan el pH

Iones intercambiables

Por el contrario los iones H+  y Al3+  disminuyen el pH:  Col-H  +H2O  = Col   + H3O+

Col-Al  + 5 H2O  = Col-H  + Al(OH)4  + H3O+

                                  H   H

La acidez de los suelos es propia de zonas húmedas

La basicidad se da en regiones áridas. Los iones de Ca2+ y Na+  se concentran en forma de carbonatos de Na y Ca.

Organismos del suelo

Macroorganismos animales (ratones, insectos, babosas, caracoles, arañas, lombrices, etc.)

En terrenos húmedos y ricos en materia organismos Las lombrices pueden superar los 2×106 /Ha.

Macroorganismos vegetales  Las raíces de las plantas => fuente importante de residuos organismos, contribuyen a:- preservar la estr. Grumosa del suelo,-disgreg. Mec. Las rocas,- alt. Qcamente los mínimo Al desprender CO2,- desarrollan microorganismos Q viven en torno a ellas,- etc.

Microorganismos del suelo

Algas, hongos, bacterias- Descomponen la materias Organismos

Los hongos descompuestos Celulosa y lignina, son unos 100.000/g  de suelo, soportan frío y acidez.

Las bacterias no filamentosas, son decenas de millones por g de suelo, realizan la humificación como la mineralización. Son seres claves y únicos por producir la fijación y transformación del nitrógeno atmósfera Y la ox. Del S. Requieren terrenos húmedos, pH= 6-8 y 21-38 ºC

Existen bacterias aerobias, anaerobias y anaerobias facultativas. 

Nutrientes del suelo

Macronutrientes: C, H, O, N, F, K, Ca, Mg y  S

Micronutrientes: Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn, Cl

El C se absorbe como CO32-  y  HCO3– 

El H en forma de OH  y H+

El O  es abs. Por las raíces del agua del suelo

Los 13 restantes se absorben en forma iónica, con excedentes del B q lo hace como H3BO3

Ciclo del CO2

                      Atmósfera

             CO2                                                   CO2

 Fotosíntesis       Respiración                         Respiración

            Plantas        Materias Organismos              Animales

                  Transformación                 Degradación

                                   Humus    CO2         CO32-

                                                       Suelo                       HCO3

Fotosíntesis

Se ha establecido q la fotosíntesis transforma el CO2

Principal forma en q se asimila el macronutrientes C, en materia orgánica, generando principalmente los carbohidratos q conforman los vegetales.

El nitrógeno

                        Atmósfera

                             NH3     Planta  N2  ; N2O

     N2

Asimilación                       H+               Desnitrificación

          Amonificación       Nitrificación

N organismos              NH4+          NO2     NO3

                   Bacterias            Bacterias

                   Fijación por mínimo Arcill.   Lixiv. 

El nitrógeno

En los suelos, el 90 del N es de naturaleza Organismos (provenientes de la biodegradación De las plantas, animados y microorganismos Muertos). Se hidroliza a catión amonio, luego se oxida (por acción bacteriana) a anión NO3

Desde la atmósfera El N2 es fijado en el suelo por bacteriana del género Rhizobium

La fijación consiste en la transformación a comparación Nitrogenados q son utilizados por las plantas previa mineralización en las esp. iónicas

El fósforo

                         Atmósfera

              Lluvia     

                                           Planta

                                                Transformación

                       H2PO4      Humus

Ca3(PO4)2                          Apatita

                    MPO4 M:Al, Fe          Fosforita

El Fósforo

Es esencial en los procesos de transformación de la energía.

Debe estar en forma iónica para q sea absorben por las plantas

Las especies fosforadas aprovechables son  H2PO4

 (forma asimilable preferida) y   HPO42-

La disponibilidad máximo De P se encuentra a pH entre 6 y 7

Otros macronutrientes importantes

Para el crecimiento de las plantas se requieren cantidades relativamente elevadas de K, el q activa ciertas enzimas y contribuye  a mantener el balance de agua en las plantas. También es esencial para las transf. De algunos carbohidratos.

Macronutr. Catiónicos más imp.: amonio, K, Ca, Mg

Macronutr. Aniónicos: Nitratos, sulfatos y ortofosfatos

Efecto del pH

El pH afecta los microorganismos Y la disponibilidad de los nutrientes.

pH<5,5 afecta las bacterias nitrificantes y la velocidad de desc. Del humus (=>poca disponibilidad de N en suelos ácidos)

Para ajustar el pH se emplea  S (para acidificarlo) y caliza o cal (para basificarlo):

S + 3/2 O2 + H2O Bacterias  H2SO4

CaCO3  + CO2  + H2O    Ca2+  + 2 HCO3

Deterioro del suelo

– Erosión  – Desertificación  -Deforestación  -Incendios forestales – Sobrepastoreo –Quemas de cosechas – Aplicación de fertilizantes –Contaminación del suelo con aguas servidas – Uso intensivo del suelo para agricultura – Actividad industrial – Producción, Almacenamiento, distribución de combustible HC, solventes y pesticidas- Vertederos de residuos domésticos e industriales, etc.

Deterioro del suelo en Chile

Territorio productivo: V- IX

Cultivos limitados: VIII y XI  (ganadería y silvicultura)

Sólo ovejería: XII

Según INIA:  “a todos los suelos les falta N y los trumaos carecen de P”, “ la  superficie erosionada del país alcanza el 50% de los terrenos productivos (47×106Ha)” “la desertificación alcanza el 63% del territorio chileno. El desierto avanza de N a S a razón de 300-500 m por año”  “ los incendios forestales arrasan con 50.000 Ha/ año”

Acciones inmediatas

Crear y promover una conciencia de protección del suelo y la aplicación de prácticas que impliquen su manejo sustentable, es una tarea urgente.

Temas de discusión: Contaminación  del suelo

El caso de la minería.

IV Unidad temática: Producción más limpia (PML)

La Conferencia de la ONU sobre el MA y Desarrollo, realizada en Río de Janeiro, en1992 instó a los gobiernos y ONGs a crear nuevos mecanismos para proteger el MA de manera más efectiva. Se adoptó la Agenda 21 q propicia la PML o menos contaminante. Este concepto lo introdujo el PNUMA en 1989 como

“ la aplicación permanente de una estrategia preventiva integrada y continua para modificar los procesos, productos y servicios, con el fin de aumentar la eficiencia ecológica y reducir los riesgos q se plantean a la vida humana y el MA” 

PML

Estrategia de prevención para modificar

   Procesos       Productos        Servicios

 Mejorar la eco-eficiencia y reducir los riesgos

PML

Procesos=>Reducir las materias Primas y la energía. Eliminar materias Primas tóxicas. Red. La cantidad y toxicidad de todas las emisiones y residuos.

Productos=>Reducir los efectos negativos en el ciclo de vida útil de un producto, desde la extracción de las materias primas hasta el desecho final.

Servicios=>Considerar la preocupación ecológica al concebirlos y prestarlos.

La PML demanda:

Un cambio de actitud

La creación de políticas nacionales, sectoriales y empresariales

La evaluación de opciones tecnológicas

PNUMA…” es un planteamiento q no sólo concierne a la tecnología sino q también a la gestión en general, desde las primeras hasta las últimas etapas del proceso productivo…”

… “  si se quiere lograr el desarrollo sustentable, los procesos, productos  y servicios deben orientarse hacia nuevas modalidades, para aliviar la tensión ambiental y mejorar la productividad industrial…”

PNUMA

…” Para ello es necesario crear y emplear nuevos instrumentos normativos y de gestión, tanto en el gobierno como en la industria, así como crear y emplear tecnologías ecológicas que prevengan la contaminación y aprovechen mejor las materias primas…”

…” la prevención de la contaminación es parte medular  del concepto PML(=> abandonar las tecnologías de tipo terminal)

Prevención de la Contaminación

…” se debe ir más allá de la red. Máximo De residuos, adoptando medidas para prevenir la generación de contaminantes, mediante la aplicación de nuevas tecnologías…”

…” la red. De la contaminación es un método correctivo de reacción y tratamiento, la PML se basa en la anticipación y prevención…”

Métodos y tecnologías de PML

Procesos q emplean materias Primas inocuos o de menor toxicidad.

Métodos para aprovechar mejor los procesos

Métodos de recolección de residuos y contaminantes, los q se reciclan en el proceso productivo

Aumentar la eco-eficiencia

Eco-eficiencia= Producto/ Recursos utilizados

Cambios y mejoras en los métodos y tecnologías para lograr una PML

Mejoras en el manejo de las materias primas

Reducción del uso de energía y agua

Cambios en el método o tecnología de producción

Tratamiento de residuos para la PML

Beneficios y costos económicos de la PML

Una vez q se han evaluado los beneficios y costos se puede decidir cuáles son las medidas más atractivas

Beneficios

Medidas de mejoras del proceso

         Medidas de gestión                      

         Costos

Emisión cero

La meta final es q la industria alcance la emisión cero. Se apunta  a una nueva concepción del proceso productivo, de manera q la industria reutilice sus propios residuos o q sea factible q otros las aprovechen.

=> Nueva disciplina científico-tecnológica: Ecología industrial . Se orienta a disponer de métodos limpios o q produzcan escasos residuos, en los cuales la recuperación y reutilización de los materiales sea un postulado crítico.

PML en algunas industrias

Industria del curtido de pieles

Reactivos                       Piel                             Etapas

Agua y tensoactivos             Remojo

Cal y Na2S                          Apelambrado                I

Sales de amonio y enzimas Desencalado y purga

NaCl y Acidos                     Piquelado

Cr(OH)SO4                                 Curtido                         II

Colorantes y grasas             Tintura y engrase

                                           Secado                       III

Varios                                  Terminación

Piel      Cuero

Etapa I: Preparación de la piel (evitar la putrefacción por desecación)=>10-15% humedad

-Remojo y Depilado (apelambramiento) a pH>12 con Ca(OH)2 y Na2S

Na2S + Ca(OH)2 = 2 NaOH   +  CaS

Na2S + H2O = NaSH  + NaOH

R-S-S-R  + SH   = 2 R-SH  + S22-

(disulfuro de queratina)

R-SCOOH  + 2 SH  = R-SH  + S22- + H2O

(ácidos sulfénicos)

Etapa I: Preparación de la piel

Desencalado y purga (Lavado con sales de amonio NH4Cl  o  (NH4)2SOpara eliminar la cal)

-Piquelado ( Cambia la carga de las proteínas +

para aceptar los curtientes con comp. Metálicos. Se real. Con ac. Sulf. Y fórmico pH<3 )

OOC-R-NH2  + H+

(proteína electronegativa)               HOO-R-NH3+

HOOC-R-NH2  + H+              (prot. Electropositiva)

II etapa: Curtido

Se utilizan curtientes minerales( sales mixtas de Cr3+  y Al3+ => Cr(OH)SO4  y AlK(SO4)2 12 H2O

El curtido se inicia a pH=2,5 –3,0  con sulfato básico de cromo, el pH aumenta a 3,5-4,0 y las especies de Cr aumentan de tamaño al penetrar a la piel, con ayuda de ligandos como el formiato

/Cr(H2O)6/3+  =   /Cr(H2O)5 (OH) /2+   + H+

Complejos de Cromo

    H2O    H2O     2+      H2O     H2O   2+

H2O       O       H2O          H2O OH    H2O

     Cr       Cr                       Cr     Cr

H2O        O         H2O        H2O   OH   H2O

    H2O     H2O                     O      O

                                                           S

                                                     O      O

Etapa “wet blue”  por el color azul de los complejos de Cr (III)-proteínas               

III etapa: Acabado

Para mejorar el brillo, color, suavidad y flexibilidad (colorar, engrasar, secar y darle terminación final)=> cuero

Balance de materiales:

De 100 Kg de piel salada => 36 Kg de cuero

Se utilizan 35,4 Kg de reactivos químicos

Se desechan 75 Kg de residuos acuosos

Se desechan 34 Kg de residuos sólidos

Conclusiones y recomendaciones

-Investigar procesos que no ocupen Cr

-Implementar tratamientos de agotamiento del Cr en los RILES, con ácidos dicarboxílicos (por ej.),=> disminución del Cr(III) residual por formación de complejos insolubles.

=>  No se ha logrado sustituir al Cr, ni rebajar  hasta <5 ppm (por reglamentación).

Las PML mitigan la emisión de cont.. Esta industria probabl. Nunca llegue a ser ecológicamente limpia.

PML en la industria Galvanotécnica

Los metales que se emplean frecuent. para la electrodeposición: Zn, Ni, Cr, Cu, Sn, Ag, Au, Pd. Para ellos se utilizan como electrolito soluciones muy tóxicas, tales como Cr(VI) y  complejos cianurados.

El dorado: Emplea electrolito que contiene cianuro de oro y cianuro de potasio

El cromado: Emplea electrolito q cont. CrO3  (Cr (VI) y ácido sulfúrico

El niquelado: Emplea Sulfato de Ni, Cloruro de Ni, ácido bórico, agentes humectantes y abrillantadores

Caso del niquelado

Detergentes          Desengrasado     RIL

                              Enjuague             “

H2SO4, HCl,          Decapado            “

                               Enjuague              “

Sales, aditivos       Electrolisis               “

                               Enjuague              “

                               Secado

                               Pieza niquelada 

Planta de niquelado

Etapas contaminantes del Niquelado

Desengrasado: Eliminar toda traza de grasa sup. Y óxido, con detergentes

Enjuague: Lavar con agua potable

Decapado: Remover óxidos  con ácidos minerales

Enjuague: Lavar con agua potable

Niquelado: Mezcla de sales de Ni y ácido Bórico pH= 4

Enjuague después del niquelado: nuevo lavado con agua potable, para eliminar electrolíticos de Ni

Recomendaciones y conclusiones

Los RILES de los procesos de galvano contienen grasas, aceites, metales pesados, cianuros, soluciones alcalinas y ácidas.

Disminuir el agua de lavado 15-20% mediante reciclaje  o en cascada

Disminuir la evaporación con esferas de polipropileno

Extraer sales de los RILES utilizando ecoceldas (cátodo cilíndrico rotatorio de gran área rodeado de un ánodo concéntrico) para depositar varios metales simultáneamente.

Recomendaciones

Debido a su alta toxicidad el CN se debe transformar en gases CO2 o  N2 con agentes oxidantes como  Cl2, NaClO  u  O3

Por ej.:

2 NaCN + 5 Cl2 + 12 NaOH  N2 + 2 Na2CO3+ 10 NaCl + 6 H2O

NaCN + NaClO + H2O   CNCl+ 2 NaOH

NaCNO + NaCl + H2O      (NH4)2CO3…..   a pH= 11

El cianato de sodio lentamente se transf. En carbonato de amonio

IV Unidad temática: PML en Chile

El gobierno aprobó en 1997 la “Política de Fomento a la Producción Limpia” y creó la Secretaría Ejecutiva correspondiente  (Ministerio de Economía)

Otra herramienta que fomenta los cambios tecnológicos es el Centro Nacional de Producción Limpia.=>Desarrollo sustentable  que intenta armonizar el crecimiento económico  con la equidad social y la protección ambiental, sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras

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