1a Unidad, Contaminación Atmosférica.pptx

1.3.1 Fuentes de contaminación atmosférica 1.3.2 Tipos de contaminantes del aire Maestra Jessica Alejandra Reyes Larios

Los componentes principales del aire, nitrógeno (78%), oxígeno (20.94%) y argón (0.93%), no reaccionan entre sí bajo condiciones normales. Asimismo, las pequeñas cantidades de helio, neón, kriptón, xenón, hidrógeno y óxido nitroso tienen poca o ninguna interacción con otras moléculas. Algunos otros gases, también presentes en pequeñas cantidades, no son químicamente inertes, sino que interactúan con la biósfera, la hidrósfera y entre ellos mismos;

en consecuencia, estos gases tienen un tiempo de permanencia limitado en la atmósfera y concentraciones característicamente variables (tabla 1.1). Los gases reactivos son los que se consideran contaminantes cuando los produce el hombre en cantidades elevadas como para exceder en forma significativa las concentraciones del ambiente señaladas en la tabla 1.1. Los gases mas importantes dentro de este grupo son los que se hallan presentes en el aire de las ciudades del mundo, SO2, NO y NO2, CO e hidrocarburos excepto el CH4.

Otros gases reactivos tambien pueden causar problemas de contaminación en concentraciones elevadas, por ejemplo, los gases halógenos cloro y flúor, así como sus ácidos derivados: HCl y HF; pero estos problemas tienden a ser regionales más que universales. Las concentraciones de los gases reactivos en el ambiente han permanecido constantes a través del tiempo. Esto significa que fuentes y vertederos (procesos de formación y remoción)

están balanceados, y también en cuanto a los gases con elevada contribución contaminante, que los vertederos son capaces de darse abasto con la carga adicional a causa del hombre. Esto se explica, en parte, por la reactividad y, en parte, por el hecho de que la fuente natural de estos gases excede en mucho a la fuente contaminante en la mayoría de los casos (tabla 1.2)

Símbolo químico

Concentración (porcentaje)

Tiempo de residencia calculado

Nitrógeno

N2

73.0

Continuo

Oxígeno

O2

20.9

Continuo

Argón

Ar

0.93

Continuo

Dióxido de carbono

CO2

0.032

20 años

Gases principales

Gases raros

ppm

a) Gases He permanentes (no reactivos)

5.2

Continuo

Neón

Ne

18.0

Continuo

Kripton

Kr

1.1

Continuo

Símbolo químico

Concentración (porcentaje)

Tiempo de residencia calculado

Xenón

Xe

0.086

Continuo

Hidrógeno

H2

0.5

?

Óxido nitroso

N2O

0.25

8 -10 años

Monóxido de carbono

CO

0.1

0.2 – 0.3 años

Metano

CH4

1.4

< 2 años

Hidrocarburos excepto el metano

HC

0.02

?

Óxido nítrico

NO

0.2 a 2.0X10 -3

2 – 8 dias

Dióxido de nitrógeno

NO2

0.5 a 4.0 x10-3

2 – 8 dias

Amoniaco

NH3

6 a 20x10-3

1 – 4 dias

Dióxido de azufre

SO2

0.03 a 1.2 x10-3

1 – 6 dias

Ozono

O3

0 a 0.5

?

b) Gases reactivos

En la tabla 1.2 se puede observar que la naturaleza produce mas de diez veces H2S, al menos una cantidad equivalente de óxidos de nitrógeno (NO y NO2, escritos como NOx) y más de cien veces NH3 en comparación con los que produce el hombre. Sin embargo, el SO2 parece ser una excepción a la regla. El H2S se convierte finalmente en SO2 en la atmósfera y es, por consiguiente, un precursor de SO2. Los problemas de contaminación asociados con los gases que se indican en la tabla 1.2 (excepto el CO2), surgen no como resultado de la magnitud

Tabla 1.2 Fuentes de contaminantes del aire Gas

Principales fuentes contaminantes (fuentes antropogénicas)

Fuentes naturales

Cantidad (x 10 6) toneladas por año) Contaminación

Natural

SO2

Combustión de carbón y petróleo

Volcanes

146

6 – 12

H2S

Procesos químicos, tratamiento de aguas negras

Volcanes, acción biológica en pantanos

3

30 – 100

CO

Combustión, principalmente escapes de automóviles

Reacciones de terpenos en incendios forestales

300

> 3000

NOx

Combustión

Acción bacteriana en suelos

50

60 – 270

NH3

Tratamiento de desechos

Descomposició n biológica

4

100 – 200

N2O

En forma indirecta por el uso de

Acción biológica en

> 17

100 450

Gas

Principales fuentes contaminante s (Fuentes antropogénic as)

Fuentes naturales

Cantidad (x 10 6 toneladas por año) Contaminaci ón

Hidrocarbur Combustión, os escapes, procesos químicos

Procesos biológicos

CO2

Descomposici 1.5 x 10 4 ón biológica

Combustión

88

Natural

CH4: 3001600 Terpenos: 200 15 x 10 4

de la emisión realizada por el hombre (antropogénica), sino porque esta emisión se concentra en las regiones donde la gente vive y trabaja, y mas específicamente en las ciudades del mundo industrial. Además, la mayor parte de la industria del mundo se encuentra en el hemisferio Norte (más del 90%). En esta región, la emisión antropogénica es considerablemente mas importante que la emisión natural. Por otro lado, las emisiones que realiza el hombre se están incrementando regularmente conforme

las poblaciones y la industria se expanden. La producción mundial estimada para el siglo XIX de SO2 en 1860, fue cerca de cinco millones de toneladas, sobre todo por la combustión de carbón. En la actualidad, se producen cerca de 100 millones de toneladas de SO2 de las cuales aproximadamente la mitad proviene del carbón (el cual por lo general contiene de 0.5% a 4% de S), una cuarta parte procede de la refinación y quema de petróleo y el restante proviene, principalmente, de la fundición de los minerales de Cu, Pb y Zn.

A largo plazo, los problemas mas serios de contaminación pueden surgir no de gases reactivos, sino de emisiones no reactivas, como el CO2, el cual no tiene ninguna interacción nociva con sistemas vivientes. Al igual que los gases contaminantes reactivos, la emisión de CO2 se incrementa año tras año; en contraste con los gases reactivos, este incremento se acompaña de un aumento en la concentración del contaminante. El CO2 desempeña un papel vital en el equilibrio de radiación de la tierra. El cambio en la concentración de CO2 está asociado en el clima de la tierra.

En cuanto a los clorofluorometanos, de los cuales también se incrementaron sus concentraciones, la causa de preocupación es la naturaleza del proceso de remoción final en la estratósfera ; aunque los clorofluorometanos parecen no tener ningún vertedero troposférico, se descomponen en la estratósfera y forman productos que reaccionan con el ozono. Sin embargo, en 1985 la Convención de las Naciones Unidas, conocida como Protocolo de Montreal, firmada por 49 países, se puso de manifiesto la intención de eliminar los CFC. En

1987, 36 naciones firmaron y ratificaron un tratado para la protección de la capa de ozono. La entonces Comunidad Europea (hoy Unión Europea) propuso en 1989 la prohibición total del uso de CFC durante la década de 1990. Y después de 20 años de su descubrimiento, el agujero de ozono de la Antártida se ha estabilizado. El programa intergubernamental para las Alteraciones Climáticas considera que el acuerdo internacional adoptado en 1986 sobre el uso de aerosoles y los compresores frigoríficos ha conseguido su objetivo; sin embargo, los sustitutos de los aerosoles no son inofensivos y han contribuido al calentamiento global del planeta.

Algunas fuentes de contaminación del aire son grandes y se encuentran concentradas: fábricas grandes, plantas químicas, refinerías de petróleo, industrias de recuperación y fundición de metales y estaciones de energía eléctrica, éstas contribuyen a una tercera parte de la masa total de la carga de contaminación del aire. La incineración de desperdicios adiciona otra 5% a la carga contaminante total. Los grupos mas importantes de fuentes contaminantes industriales son los de refinación

del petróleo, los de extracción de metales, y los de elaboración de productos químicos. REFINACIÓN DEL PETRÓLEO. El petróleo crudo es una mezcla de hidrocarburos que contiene, como impurezas , del 1% al 4.5% o más de azufre, según la fuente, y un numero de compuestos metálicos inorgánicos. La mayor parte del S del petróleo crudo permanece con las fracciones mas pesadas; la menos volátil de éstas es el asfalto, el cual se utiliza como sellador en carreteras.

Las emisiones atmosféricas que proceden de las refinerías de petróleo son de cuatro tipos. Primero, hay vapores de hidrocarburos provenientes de algunas de las unidades de refinación que no están selladas por completo, de válvulas de escape, de tanques de almacenamiento y de una multiplicidad de otras fuentes. El segundo tipo de emisiones está constituido por gases de desperdicio que provienen de calentadores, calderas, hornos y quemadores usados en la refinería; éstos contienen SO2 que procede del S contenido en su combustible . Tercero, existen gases que contienen S, principalmente H2S y SO2, que proceden de las unidades en la refinería las

cuales remueven los compuestos de S a partir de los productos de destilación. FUNDICIÓN DE MINERALES NO FERROSOS. La fuente mas concentrada de contaminación por SO2 es la del cocido de minerales metálicos sulfurados no ferrosos (los más comunes son Cu, Pb y Zn). ELABORACIÓN DE Fe Y ACERO. El Fe, a diferencia de los metales no ferrosos, se encuentra en abundancia casi como óxido puro, hematita (Fe2O3) la cual se trata directamente con C, dentro de un horno de fuelle, la reacción es como sigue: Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO

LA INDUSTRIA QUIMICA Y OTROS PROCESOS INDUSTRIALES. Las fábricas que producen una enorme variedad de materiales, desde fertilizantes para la agricultura y pigmentos para pinturas y tejidos hasta fibras sintéticas, goma elástica y plásticos, se pueden clasificar como industria quimica. Las fábricas que producen sustancias químicas son probablemente los lugares donde se imponen controles de contaminación del aire de manera mas estricta. Algunos ejemplos de procesos químicos son:

1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

Elaboración de ácido sulfúrico. Elaboración de fertilizante Petroquímicos. Elaboración de la pulpa de papel. Secado de pintura. Elaboración de alimentos. Incineración de desechos.

Después de su formación, los contaminantes del aire se emiten hacia la atmósfera y se dispersan en ella. Una vez mezclados con el aire, algunos contaminantes persisten en forma inalterada y se mezclan en toda la atmósfera donde potencialmente tienen una influencia global. EFECTOS DE CONTAMINANTES INDIVIDUALES SOBRE EL HOMBRE. El hombre, al vivir en comunidades desarrolladas y en consecuencia contaminadas,

por lo general expone solo áreas limitadas de piel a la atmósfera, pero cada día inhala aproximadamente 7500 litros de aire, de tal manera que sus pulmones y sistema respiratorio general están en contacto con ella y tienen la potencialidad de retener cualquier sustancia nociva que pueda estar contenida en ese aire. Ya se ha visto en los incidentes de contaminantes del aire que la nariz, garganta y el sistema bronquial son los que con más frecuencia se ven afectados. Esto también sucede con otros contaminantes; aún cuando el pulmón no sea el órgano blanco, sí provee la ruta a través de la cual el contaminante penetra en el sistema.

El aire se introduce en la nariz, donde el vello fino filtra la mayor parte de las partículas mas grandes que miden alrededor de 10μm de diámetro; el aire se calienta y humedece, y entonces se filtra, a través de la tráquea , hacia el interior de los conductos bronquiales, los cuales subdividen la corriente de aire al introducirlo en los pulmones. Los peligros de algunas partículas pequeñas tales como sílice y asbestos, las cuales son comunes en minas, excavaciones y algunas plantas industriales, conllevan a enfermedades laborales como la silicosis o asbestosis.

El CO es el unico contaminante que produce un cambio en la fisiología humana. La carboxihemoglobina (COHb) de la sangre se puede predecir a partir de las concentraciones atmosféricas de CO. La muerte ocurre en humanos expuestos a concentraciones alrededor de 1000 ppm correspondientes a niveles sanguineos del 60% de COHb. Se ha mostrado que la función cardiaca se altera mediante un nivel de COHb elevado, debido a que el CO bloquea el transporte de O2 en la corriente sanguinea.

Fuente bibliográfica: * Contaminación del aire Causas, efectos y soluciones W Strauss y S. J. Mainwaring Editorial Trillas