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QUÍMICA AMBIENTAL RRJ C.A

H2 + O H2 +O [Escribir el subtítulo del documento]

SISTEMAS DE LETRINAS Y AGUAS SUBTERRANEAS

OSMOSIS

LLUVIA

INVERSA

ACIDA

Autores Juvenal Alvarado Rafael Bracho Rafael Gil

UNIVERSIDADYACAMBÚ

2012


Ă?ndice Sistemas de letrinas y aguas subterrĂĄneas

3 a 11

Osmosis inversa

11 a 17

Lluvia acida

17 a 38


Sistemas de letrinas y aguas subterráneas Sabias que

¿Qué es una letrina? La letrina o retrete es un espacio destinado a defecar. La correcta disposición de las excretas es fundamental para preservar la salud de las comunidades rurales y urbanas. Mientras en las ciudades la solución ideal es la recolección de las aguas negras o servidas por medio de una red de alcantarillado y el posterior tratamiento en plantas de tratamiento de aguas servidas, en las áreas rurales, con poca densidad de población, la solución técnica y económicamente más viable es la letrina.

Al fermentar los desechos orgánicos producen fundamentalmente dos tipos de gas: dióxido de carbono y metano (componente fundamental del gas natural), y a veces monóxido de carbono. Este último gas es tóxico, más denso que el aire, por lo que se mantiene en las fosas que estén bajo el nivel del terreno, y a menudo inodoro. Se debe trabajar durante su limpieza con mascarillas adecuadas y en equipo, nunca en solitario, ya que el efecto de la inhalación produce vértigo que rápidamente produce inconsciencia y lleva a la muerte

Tipos de letrinas Letrina de hoyo seco Esta letrina es la más común. Se trata simplemente de un hoyo en el terreno cubierto con una plancha de cemento o madera en la que se ha practicado un agujero sobre el que eventualmente se puede colocar una taza.

Campo de aplicación Este tipo de letrina se recomienda en lugares con poca densidad de población, y debe estar localizada a más de 30 m de la vivienda y de la fuente de agua potable. Se desaconseja su utilización en los siguientes casos:     

áreas inundables áreas donde la capa freática es poco profunda en zonas vecinas a los manantiales terrenos muy impermeables, porque se llenarán muy rápidamente Terreno pedregoso


Letrina abonera

La taza

La concepción La letrina abonera transforma los excrementos sólidos en abono de la taza es tal que o tierra mejorada que puede ser utilizada en la quinta familiar permite la sin peligro para la salud. separación de Consta de dos cámaras independientes situadas por encima del los sólidos y los líquidos. nivel del terreno. Las cámaras se construyen sobre una basa de Los sólidos cemento de 5 cm de espesor, con una malla de hierro, que la caen en la aísla totalmente del terreno. Internamente las cámaras están cámara impermeabilizadas con mortero de cemento. Las cámaras se impermeabiliz sellan en la parte superior con una losa de cemento reforzada ada en uso. Al con hierro. Esta losa superior tiene un orificio que comunica final de la con cada una de las cámaras, donde se colocan las tazas deposición se agrega especiales aproximadam ente medio kg de ceniza, o igual cantidad de cal. Los líquidos, por medio de un tubo, generalmente una manguerita de ½ pulgada se conducen al exterior de la letrina en un pequeño pozo filtrante.

Campo de aplicación Puede ser utilizada en cualquier sitio: Sin embargo, esta especialmente recomendada en las siguientes situaciones:   

cuando el nivel freático es elevado en zonas rocosas en terrenos muy impermeables

Letrina abonera de secado solar Se trata de una modificación de la letrina abonera descrita arriba. Consta de una sola cámara, que ha sido prolongada unos 60 cm fuera de la caseta. La tapa de esta prolongación se cubre con una lámina metálica pintada de negro que calienta el material en la cámara y acelera su secado. Quincenalmente se levanta la tapa metálica, y con un azadón se arrastra el excremento sólido mezclado con papel y ceniza o cal, para situarlo debajo de la plancha metálica. Es aconsejable colocar una chimenea de aireación que termine por encima del techo de la caseta. El tubo de aireación no debe permitir la entrada de agua de lluvia y debe estar provisto de una rejilla para no permitir la salida de las moscas, que naturalmente buscan la luz


Letrina de cierre hidráulico Este tipo de soluciones, también conocido como inodoro (sanitario), sólo se recomienda en lugares donde la disponibilidad de agua no es un problema, el nivel freático es profundo y la filtración del terreno es media. Lo ideal es que estas letrinas dispongan de una cámara séptica dividida en dos partes, una impermeable donde permanecen los sólidos, que periódicamente deben ser retirados por medio de bombas especiales denominadas barométricas; y una cámara filtrante donde los líquidos percolan en el terreno sin causar contaminación.

Letrina de hoyo seco

Letrina abonera

Letrina de cierre hidráulico


Aguas subterráneas Representa una fracción importante de la masa de agua presente en cada momento en los continentes. Esta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la tierra.

.

¿Qué es? Nivel freático corresponde (en un acuífero libre) al lugar en el que se encuentra el agua subterránea. En éste nivel la presión de agua del acuífero es igual a la presión atmosférica. También se conoce como capa freática, manto freático, napa freática, napa subterránea, tabla de agua o simplemente freático

Acuífero es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas. Dentro de estas formaciones podemos encontrarnos con materiales muy variados como gravas de río, limo, calizas muy agrietadas, areniscas porosas poco cementadas, arenas de playa, algunas formaciones volcánicas, depósitos de dunas e incluso ciertos tipos de arcilla. El nivel superior del agua subterránea se denomina tabla de agua, y en el caso de un acuífero libre, corresponde al nivel freático.

Estructura Un acuífero es un terreno rocoso permeable dispuesto bajo la superficie, en donde se acumula y por donde circula el agua subterránea. Una zona de saturación, que es la situada encima de la capa impermeable, donde el agua rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta zona, que lo separa de la zona vadosa o de aireación, es el nivel freático y varía según las circunstancias: descendiendo en épocas secas, cuando el acuífero no se recarga o lo hace a un ritmo más lento que su descarga; y ascendiendo, en épocas húmedas. Una zona de aireación o vadosa, es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua. Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre dos capas impermeables, que puede tener forma de U o no, vimos que era un acuífero cautivo o confinado. En este caso, el agua se encuentra sometida a una presión mayor que la atmosférica, y si se perfora la capa superior o exterior del terreno, fluye como un surtidor, tipo pozo artesiano.


Esquema de acuífero

Acuífero


Tipos de acuíferos Desde el punto de vista de su estructura, ya se ha visto que se pueden distinguir los acuíferos libres y los acuíferos confinados. En la figura de al lado se ilustran los dos tipos de acuíferos: Río o lago (a), en este caso es la fuente de recarga de ambos acuíferos. Suelo poroso no saturado (b). Suelo poroso saturado (c), en el cual existe una camada de terreno impermeable (d), formado, por ejemplo por arcilla, este estrato impermeable confina el acuífero a cotas inferiores. Suelo impermeable (d). Acuífero no confinado (e). Manantial (f); Pozo que capta agua del acuífero no confinado (g). Pozo que alcanza el acuífero confinado, frecuentemente el agua brota como en un surtidor o fuente, llamado pozo artesiano (h).

Según su comportamiento hidrodinámico Desde un punto de vista hidrodinámico, de la movilidad del agua, podemos denominar, en sentido estricto:


Acuíferos Buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y velocidad) (p.ej.- arenas porosas y calizas fisurales). Acuitardos Buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea (cantidad pero lentos) (p.ej.- limos). Acuícludos Pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej.- las arcillas). Acuífugos Son nulos tanto como almacenes como transmisores. (p.ej.- granitos o cuarcitas no fisuradas).

Según su comportamiento hidráulico Acuífero subestimado o libre Es aquel acuífero que se encuentra en directo contacto con la zona subsaturada del suelo. En este acuífero la presión de agua en la zona superior es igual a la presión atmosférica, aumentando en profundidad a medida que aumenta el espesor saturado. Acuífero cautivo o confinado Son aquellas formaciones en las que el agua subterránea se encuentra encerrada entre dos capas impermeables y es sometida a una presión distinta a la atmosférica (superior). Sólo recibe el agua de lluvia por una zona en la que existen materiales permeables, recarga alóctona donde el área de recarga se encuentra alejada del punto de medición, y puede ser directa o indirecta dependiendo de si es agua de lluvia que entra en contacto directo con un afloramiento del agua subterránea, o las precipitaciones deben atravesar las diferentes capas de suelo antes de ser integrada al agua subterránea. A las zonas de recarga se les puede llamar zonas de alimentación. Debido a las capas impermeables que encierran al acuífero, nunca se evidenciarán recargas autóctonas (situación en la que el agua proviene de un área de recarga situada sobre el acuífero), caso típico de los acuíferos semiconfinados y los no confinados o libres (freáticos). Acuífero semi-confinad Un acuífero se dice semi-confinado cuando el estrato de suelo que lo cubre tiene una permeabilidad significativamente menor a la del acuífero mismo, pero no llegando a ser impermeable, es decir que a través de este estrato la descarga y recarga puede todavía ocurrir


CONTAMINACION DEL AGUA SUDTERRANEA El agua subterránea tiende a ser dulce y potable, pues la circulación subterránea tiende a depurar el agua de partículas y microorganismos contaminantes. Sin embargo, en ocasiones éstos llegan al acuífero por la actividad humana, como la construcción de LETRINAS o la agricultura. Por otro lado la contaminación puede deberse a factores naturales si los acuíferos son demasiado ricas en sales disueltas o por la erosión natural de ciertas formaciones rocosas.

Contaminación directa El contaminante alcanza la Zona Saturada sin haber atravesado otro medio físico. 

Contaminación de un pozo de extracción de aguas subterráneas por efecto de una fosa séptica. Contaminación difusa El contaminante alcanza la Zona Saturada tras haber circulado por la Zona No 

Saturada.


Penacho contaminante en un vertedero con fugas de lixiviado.Isocontenidos de amonio (NH4+) en mg/l. Los mecanismos de propagación de la contaminación en el acuífero más frecuentes son: 

Mecanismos de propagación desde la superficie: Contaminación de un acuífero por lixiviados de residuos depositados en superficie. Contaminación por actividades agrícolas (fertilizantes, pesticidas, etc.) Contaminación por flujo inducido de aguas superficiales contaminadas hacia un pozo. Mecanismos de propagación desde la Zona No Saturada Contaminación por aguas residuales domésticas (fosas sépticas...) Contaminación por embalsamiento superficial de residuos (balsas de infiltración de industrias, depósitos en excavaciones naturales o artificiales...) Mecanismos de propagación originados en la Zona No Saturada Pozos de inyección (sondeos utilizados para inyección directa y eliminación de aguas residuales, industriales, procedentes de actividades mineras...) Progresión de intrusión marina por alteración del régimen de flujo (avance de la cuña de agua salada tierra adentro, al disminuir el flujo de agua dulce hacia el mar). En función del tipo de contaminante se pueden diferenciar:  Contaminantes conservativos Su estructura química se mantiene a lo largo del tiempo a pesar de su interacción con los materiales del medio. Como ejemplo están los metales pesados (Hg, Pb, Zn, Ag, etc.). A pesar de no verse alterados, no siempre son capaces de llegar al agua subterránea pues procesos tales como la adsorción en la superficie de arcillas o materia orgánica o la formación de complejos insolubles pueden fijarlos o retrasar su avance.  Contaminantes no conservativos Son aquellos cuya estructura química se modifica al interaccionar con el medio o por autodegradación como en el caso de los contaminantes orgánicos o biológicos.

El principal problema que afecta a las aguas subterráneas es la elevada concentración de nitratos procedentes mayoritariamente del empleo de abonos inorgánicos. El uso de fertilizantes puede afectar a las aguas subterráneas de la siguiente manera:  

Al proliferar las bacterias del suelo que consumen el nitrógeno disponible aumentan las necesidades de fertilizantes nitrogenados. La aplicación de dosis excesivas de fertilizantes con un alto contenido en agua afecta a las propiedades físicas del suelo lo que causa un incremento de la lixiviación de sustancias nitrogenadas y un deterioro en la calidad del humus.


  

La aplicación de abonos líquidos que contengan nitrógeno amoniacal puede afectar directamente a la calidad de las aguas subterráneas. Los microorganismos presentes en los abonos orgánicos naturales pueden contaminar las aguas. Los compuestos nitrogenados orgánicos antes de que pueden ser empleados por las plantas o arrastrados hacia el agua subterránea han de pasar por las etapas de mineralización. Esta lenta liberación mejorar su rendimiento y limita su acceso al agua. Los compuestos de fósforo presentan una movilidad muy reducida y son rápidamente fijados o adsorbidos por los compuestos del suelo y de la Zona No Saturada.

La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el comportamiento de un sólido como soluto de una solución ante una membrana semipermeable para el solvente pero no para los solutos. SABIAS QUE

La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos.


INFORMACIÓN Téngase en cuenta que en la ósmosis inversa a través de la membrana semipermeable sólo pasa agua. Es decir, el agua de la zona de alta concentración pasa a la de baja concentración

¿PREGUNTA?

¿La ósmosis inversa se ha convertido hoy en día en uno de los sistemas más eficientes para desalinizar y potabilizar el agua?

Sí [ ]

No [ ]


¿SABIAS QUE?

OJO

La ósmosis inversa tiene algunas restricciones, hay ciertas especies químicas que el sistema no es capaz de retener, estos son el arsenito (As+3), la sílice neutra y el boro.

La utilización de la ósmosis inversa en el tratamiento de efluentes persigue alguno de los tres objetivos siguientes:


• Recuperar productos de alto valor económico.

Columna 3

Columna 2

Columna 1

• Concentrar la contaminació n en un reducido volumen.

• Recircular el agua.

IMPORTANTE

Uso como agua potable “Cada vez es más frecuente el uso de la desalinización para producir agua para consumo humano, y la tendencia probablemente continuará conforme aumenta la escasez de agua a causa de las presiones que produce el crecimiento demográfico, la sobreexplotación de los recursos hídricos y la contaminación de otras fuentes de agua”.

Producción de aguas de alta calidad


Producción de agua desmineralizada: las membranas de baja presión eliminan la mayor parte de las sales en el agua, finalizando su desmineralización total con el intercambio iónico.

Producción de agua ultrapura: además de eliminar las sales en el agua y una gran variedad de sustancias orgánicas, también depura microorganismos consiguiendo un agua ultrapura.

Experimento ilustrativo de ósmosis

Se puede realizar una experiencia, consistente en llenar una bolsa de celofán (que también se usa para bolsas de supermercado), con una solución de agua y azúcar común; la boca de la bolsa debe quedar herméticamente cerrada. En estas condiciones, se le sumerge en un recipiente que contenga agua.


El celofán cumple el papel de una membrana y la característica que presenta es la de no permitir el paso de las moléculas de azúcar en la solución, lo cual significa que es impermeable al azúcar. Por el contrario, deja pasar con facilidad las moléculas de agua, o sea, es permeable a ella. Las membranas que presentan este comportamiento reciben el nombre de semipermeables. De acuerdo a lo anterior, en el experimento se puede observar que, al comienzo el recipiente formado por la membrana de celofán se encuentra distendido, pero poco a poco va aumentando de tamaño hasta quedar inflado. Esto es consecuencia de la difusión del agua a través de la membrana, desde el recipiente hacia el interior de la bolsa. Este es el fenómeno que se conoce como ósmosis. Pero si se aumentase la presión dentro de la bolsa, se vería que pasan sólo las moléculas de agua y no las de azúcar, produciendo la filtración del componente solvente, es decir, ósmosis inversa.

Reducción de la dureza

Las aguas duras contienen iones de calcio y magnesio que pueden precipitar combinados con iones como carbonatos, sulfatos o hidróxidos estos precipitados se van acumulando (obstruyendo) en las tuberías de distribución, calentadores, etc. Con la ósmosis inversa se consigue eliminar estos precipitados químicos.


El término de lluvia ácida fue usado por primera vez por el químico Robert Angus Smith, en 1985, para explicar el fenómeno producido por la combinación de la humedad del aire con el óxido de nitrógeno y el dióxido de azufre, los cuales son emitidos por fábricas, centrales eléctricas y vehículos que queman carbón o productos derivados del petróleo. Un vez que estas emisiones entran en contacto con el vapor de agua, forman ácido sulfúrico y ácidos nítricos, sustancias químicas que posteriormente caen a la tierra acompañando a las precipitaciones. Este fenómeno sumamente dañino recibe el nombre de lluvia ácida. En pocas palabras es cuando se disminuye el pH normal de las precipitaciones que oscila entre 7 a 5,6, se considera lluvia acida cuando estos números disminuyen a partir de los valores 5 o menor.


La lluvia ácida y otros tipos de precipitación ácida como neblina, nieve, etc. han llamado recientemente la atención pública como problemas específicos de contaminación atmosférica secundaria; sin embargo, la magnitud potencial de sus efectos es tal, que cada vez se le dedican más y más estudios y reuniones, tanto científicas como políticas ya que en la actualidad hay datos que indican que la lluvia es en promedio 100 veces más ácida que hace 200 años. De una manera natural, el dióxido de carbono, al disolverse en el agua de la atmósfera, produce una solución ligeramente ácida que disuelve con facilidad algunos minerales. Sin embargo, esta acidez natural de la lluvia es muy baja en relación con la que le imparten actualmente los ácidos fuertes como el sulfúrico y el nítrico, sobre todo a la lluvia que se origina cerca de las zonas muy industrializadas como las del norte de Europa y el noreste de los estados unidos. Se cree que estos ácidos se forman a partir de los contaminantes primarios como el bióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno por las siguientes reacciones:

S + O2 → SO2 Los procesos industriales en los que se genera SO2, por ejemplo, son los de la industria metalúrgica. En la fase Gaseosa el dióxido de azufre se oxida por reacción con el radical hidroxilo por una reacción intermolecular. SO2 + OH· → HOSO2· seguida por HOSO2· + O2 → HO2· + SO 3 En presencia del agua atmosférica o sobre superficies húmedas, el trióxido de azufre (SO3) se convierte rápidamente en acido sulfúrico (H2SO4).


SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4(l)

El NO se forma por reacción entre el oxígeno y el nitrógeno a alta temperatura.

O2 + N2 → 2NO Una de las fuentes más importantes es a partir de las reacciones producidas en los motores térmicos de los automóviles y aviones, donde se alcanzan temperaturas muy altas. Este NO se oxida con el oxígeno atmosférico, O2 + 2NO → 2NO2, y este 2NO2 y reacciona con el agua dando acido Nítrico HNO3), que se disuelve en el agua


El material contaminante que desciende con la lluvia se conoce como sedimentación húmeda, e incluye partículas y gases barridos del aire por las gotas de lluvia. El material que llega al suelo por gravedad durante los intervalos secos se llama sedimentación seca, e incluye partículas, gases y aerosoles. Los contaminantes pueden ser arrastrados por los vientos predominantes a lo largo de cientos, incluso miles, de kilómetros. Este fenómeno se conoce como el transporte de largo alcance de contaminantes aéreos (TLACA). En1968, Svante Oden, de Suecia, demostró que la precipitación sobre los países escandinavos se estaba haciendo cada vez más ácida, que los compuestos de azufre de las masas de aire contaminado eran la causa primordial, y que grande cantidades de las sustancias acidificantes provenían de emisiones de las áreas industriales de Europa central y Gran Bretaña. Poco tiempo después, se obtuvieron datos acerca de cambio en la acidez de los lagos. Los estudios de trayectorias en Norteamérica han demostrado que más del 50% de la precipitación ácida en Notario central se debe a las masas de aire que pasan sobre las fuentes emisoras de azufre más importantes de los estados del oeste medio de Estados Unidos, en especial Ohio e Indiana (Environment Canadá, 1981).. Más del 10% de la lluvia ácida que cae en el noreste de Estados Unidos proviene de fuentes canadienses. ¿Qué actividades humanas originan la emisión de estos gases? Todos ellos son consecuencia de los procesos de combustión. Los óxidos de azufre se emiten al quemar combustibles de baja calidad, que contienen azufre, en general son carbones o fracciones pesadas del petróleo. Los óxidos de nitrógeno se producen, en mayor o menor cantidad, en todas las reacciones de combustión por reacción del oxígeno y nitrógeno del aire a temperaturas elevadas. Tengamos en cuenta que los procesos de combustión son unos de los que más habitualmente efectuamos, tanto a nivel doméstico (calefacciones), como a nivel industrial (obtención de energía eléctrica por vía térmica, combustiones en calderas,) y que los medios de transporte, individuales y colectivos, incorporan motores en los que se queman combustibles de mejor o peor calidad. Dióxido de Azufre (So2) Es un contaminante primario que se produce en la combustión de carbón y petróleo que contienen azufre:


S (combustibles) + O2 ----------- SO2 El SO2 también se produce en la refinación de ciertos minerales que son sulfuros. 2 PbS + 302 ---------- 2PbO + 2 SO2 El SO2 es el contaminante del aire derivado del azufre más importante; sin embargo, algunos procesos industriales emiten trióxido de azufre, SO3, el cual se forma también en la atmósfera en pequeñas cantidades debido a la reacción entre el SO2 y el oxígeno 2 SO2 + O2 ------------- 2 SO3 Algunas macro partículas del aire catalizan esta reacción. A veces, el SO2 y el SO3 se mencionan en forma conjunta como óxidos de azufre, SOx. Fuentes de emisión. La mayor parte de los SOx antropogénicos provienen de la combustión de carbón y petróleo en las plantas generadoras de electricidad (carboeléctricas y termoeléctricas).

Fuentes de Óxidos de Azufre Fuente

Transporte

Porcentaje del Total anual de emisiones de SOx 2.4

- Vehículos motorizados (gasolina)

0.6

- Vehículos motorizados (diesel)

0.3

- Vehículos marinos

0.9

- Uso del combustible de motor para fines distintos del transporte

0.3

- Ferrocarriles

0.3


Combustión de productos energéticos (fuentes estacionarias, plantas de energía, calefacción de espacios industriales, etc.)

73.5

- Carbón

60.5

- Aceite combustible (combustóleo)

13.0

Procesos Industriales

22.0

Eliminación de Desechos Sólidos

0.3

Diversos

1.8

Los procesos industriales que más contribuyen a la presencia de SOx en la atmósfera son la calcinación de los minerales de sulfuro, la refinación del petróleo, la producción de óxido sulfúrico, y la de coque a partir del carbón. Los óxidos de azufre se eliminan del aire mediante su conversión en ácido sulfúrico y sulfatos. En esta forma terminan depositándose sobre la tierra o en el mar, ya sea con la precipitación pluvial o sedimentándose en forma de partículas. Oxido de Nitrógeno (NOx) El monóxido (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) son contaminantes primarios del aire. El NO, también llamado óxido nítrico es un gas incoloro e inodoro, en tanto que el NO2 es un gas de color rojizo, de olor fuerte y asfixiante parecido al del cloro. El óxido nítrico se forma en el aire mediante la reacción de oxígeno con el nitrógeno. N2 + O2 ------------ 2 NO Esta reacción ocurre a altas temperaturas durante el uso de combustibles fósiles. El NO2 se forma por la reacción del NO con el O2 del aire: 2 NO + O2 ------------- 2 NO2 Fuentes de emisión. Ciertas bacterias emiten una gran cantidad de óxido nítrico hacia la atmósfera, por lo que constituye una fuente natural que no es posible controlar.


La mayor parte de los óxidos de nitrógeno producidos por fuentes artificiales se deriva de las plantas generadoras de energía eléctrica, en las que la alta temperatura de la combustión de los energéticos facilita la formación de estos óxidos. Fuentes de Oxido de Nitrógeno Fuentes

Transporte

Porcentaje del Total anual de emisiones de NOx 39.3

- Vehículos motorizados (gasolina).

32.0

- Vehículos (diesel).

2.9

- Ferrocarriles.

1.9

- Uso de combustible de motor para fines distintos del transporte.

1.5

- Vehículos marinos.

1.0

Combustión de Productos energéticos (Fuentes estacionarias – Plantas de energía, calefacción de Espacios Industriales)

48.5

- Gas Natural

23.3

- Carbón

19.4

- Combustóleo

4.8

- Madera

1.0

Procesos Industriales (plantas de Ácido Nítrico, etc.)

1.0

Eliminación de desechos sólidos

2.9


Diversos (incendios forestales, quema agrícola, etc.)

8.3

Los óxidos de nitrógeno participan en la formación de contaminantes secundarios del aire, lo que tiende a eliminar una pequeña porción de la atmósfera. La mayoría de los NOx se convierten finalmente en ácido nítrico, (HNO3) y nitratos (NO3). En esta forma se depositan sobre la tierra o en el mar, como consecuencia de las lluvias o se sedimentan como macropartículas. Por tanto la tierra y el mar son el depósito final de los óxidos de nitrógeno, una vez que éstos se han convertido en nitratos.

Acidificación del medio: procesos en la atmósfera, suelo y agua. Los óxidos de azufre y el nitrógeno son emitidos desde los núcleos urbanos e industriales. Cierta cantidad de estos compuestos llega al suelo en forma de depósitos secos, el resto pasa a la atmósfera y se oxida formando el ácido sulfúrico (SO4H2) y el ácido nítrico (NO3H). Esta oxidación se realiza a gran velocidad en la atmósfera debido a dos procesos: a la denominada oxidación catalítica y a la oxidación fotoquímica. Buena parte de la oxidación catalítica del anhídrido sulfuroso se cree que tiene lugar dentro de las gotas de agua. En esta oxidación intervienen el oxigeno (como agente oxidante) y sales de hierro y manganeso (como catalizadores). El anhídrido sulfúrico formado como consecuencia de esta oxidación, tiene gran afinidad por el agua, disolviéndose en ella con gran rapidez y da como resultado una niebla de gotas de ácido sulfúrico que aumentan de tamaño a medida que chocan con las moléculas de agua. Las sales de hierro y manganeso que sirven como catalizadores se encuentran comúnmente en las cenizas de carbón quemado transportadas por el viento, por tanto, la combustión del carbón proporciona tanto el anhídrido sulfuroso como los catalizadores necesarios para la formación del ácido sulfúrico. Sin embargo, quizá el proceso más rápido de oxidación del anhídrido sulfuroso sea su interacción con oxidantes foto químicos que se encuentran presentes en las "nieblas" (smog) de las ciudades con contaminación atmosférica Con respecto a la oxidación de los óxidos de nitrógeno para formación de ácido nítrico se ha propuesto una reacción entre óxido nitroso (NO2) y el ozono


atmosférico generándose un compuesto intermedio de naturaleza compleja, el cual se disuelve luego en agua para dar ácido nítrico Gran parte de estos ácidos se disuelven en el seno de las gotas de agua y alcanzan la superficie del terreno merced a la precipitación. Cuando los iones sulfato (SO4=), nitrato (NO3-) e hidrógeno caen con el agua de lluvia, hablemos de "deposición húmeda". Acidificación de los Suelos. Varios procesos de acidificación tienen lugar en forma natural en los suelos. Uno de los mas importantes es la absorción de nutrientes por las plantas a través de los iones positivos. A su vez las plantas compensan lo anterior liberando iones hidrógeno positivos. Por lo tanto el crecimiento de las plantaciones es de por sí acidificante mientras que la muerte de la misma provoca el efecto contrario. Es decir que en un ecosistema donde el crecimiento y el envejecimiento son aproximadamente iguales no se produce una acidificación. Pero si el ciclo se rompe por cosechas la acidificación dominará. En el caso de bosques de coníferas existe usualmente una acumulación de residuos de plantas no totalmente muertas las cuales provocan un efecto acidificante similar al descrito anteriormente. Pero el problema grave de acidificación de suelos ocurre cuando la acidificación proviene del exterior y no solo de procesos naturales normales. A su vez esa acidificación externa provoca los siguientes efectos biológicos: Disminución de los valores de pH. Incremento en los niveles de aluminio libre y otros metales tóxicos en las aguas que están en contacto con dichos suelos. Pérdida de los nutrientes de las plantas como el potasio, calcio y magnesio. Se constató además que el efecto Buffer de los suelos no posee el poder suficiente como apara neutralizar dicha acidez que en el caso del sur de Escandinavia llega a valores de 0,3 a 1 unidad de pH. Es de remarcar también que estos valores de pH no solo se dan en las capas superiores sino que los mismos se extienden hasta profundidades de 1 metro. En este tipo de suelos desaparecen las bacterias y demás especies que tienen como función descomponer la materia animal o muerta pasando a desempeñar dicha función los hongos presentes. Pero, debido a que estos organismos realizan


su función mucho más lento, gran parte de los nutrientes son perdidos agravando aún más la situación. Acidificación del Agua. Es un problema aún de mayor gravedad debido a su menor capacidad de neutralización en comparación con el suelo. El agua que escurre de los suelos acidificados, causa la acidificación de arroyos, ríos y lagos, alterando el equilibrio de los iones del agua y aumentando el contenido en aluminio y demás metales pesados (RSCOIL, 1984). Las precipitaciones ácidas lavan los metales contenidos en el suelo o los sedimentos de las cuencas hidrográficas y van separando partículas de materiales solubles, descargando estos metales en los lagos y cursos de agua (MASC, 1984). La acidificación de aguas continentales consiste en la disminución de su capacidad de neutralizar ácidos (ANC). Las aguas húmicas, en las que la acidez viene regulada por ácidos orgánicos, no se incluyen. La actual acidificación es producida por ácidos fuertes como sulfúrico y nítrico. El sulfato es la causa primordial a largo plazo. Pero tanto éste como el nitrato, pueden contribuir a la liberación de ácido, como ocurre cuando funde la nieve. La pérdida de ANC se ha asociado a un cambio de hasta 1,5 unidades de pH y, en casos extremos, variaciones de 2-3 unidades de pH (Conferencia de Estocolmo, 1982). Tanto los lagos como las corrientes de agua están menos protegidos contra la acidificación que el suelo y aguas subterráneas, habiendo sido precisamente en los lagos donde primero se notaron los efectos del aumento de ácidos (Conferencia de Estocolmo, 1982). Efectos, Toxicidad del Oxido de Azufre Agrava las enfermedades respiratorias: afecta la respiración en especial a los ancianos con enfermedades pulmonares crónicas; provoca episodios de tos y asfixia; crecientes índices de asma crónico y agudo, bronquitis y enfisema; cambios en el sistema de defensa de los pulmones que se agudiza con personas con desórdenes cardiovasculares y pulmonares; irrita los ojos y los conductos respiratorios; aumenta la mortalidad.


Efectos Tóxicos del SO2 para el Hombre Concentración (partes por millón)

Efectos

1–6

Broncos

3–5

Concentración mínima detectable por el olfato.

8 – 12

Irritación de la garganta.

20

Irritación en los ojos y tos.

50 – 100

Concentración máxima para una exposición corta (30 min.)

400 – 500

Puede ser mortal, incluso en una exposición breve.

Oxido de nitrógeno Agrava las enfermedades respiratorias y cardiovasculares; irrita los pulmones; reduce la visibilidad en la atmósfera; causa daño al sistema respiratorio; afecta y reduce la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre, a las células y al corazón; dolor de cabeza, pérdida de visión, disminución de la coordinación muscular, náuseas, dolores abdominales (es crítico en personas con enfermedades cardíacas y pulmonares); eleva los índices de mortalidad por cáncer, por neumonías, cáncer del pulmón.

Efectos del NO2 en la Salud Concentración (Partes por millón) – ppm (mg/l)

Efecto


1–3

Concentración mínima que se detecta por el olfato. 3 Irritación de nariz, garganta y ojos 25 Congestión y enfermedades pulmonares

100 – 1000

Puede ser mortal, incluso tras una exposición breve.

Oxido de Carbono En forma de monóxido de carbono tiene la capacidad de reducir la capacidad de la sangre para transportar oxígeno, puede afectar los procesos mentales, agrava las enfermedades respiratorias y del corazón, puede causar dolor de cabeza y cansancio en concentraciones moderadas (de 50 a 10 p.p.m.) y la muerte en concentraciones altas y prolongadas (de 750 p.p.m. en adelante). La amenaza de óxido de carbono a la salud es mayor en personas que padecen enfermedades cardiovasculares ¿Qué daños origina la lluvia ácida? La lluvia ácida causa multitud de efectos nocivos tanto sobre los ecosistemas como sobre los materiales. Intentemos sintetizarlos: Aumentan la acidez de las aguas de ríos y lagos, lo que se traduce en importantes daños en la vida acuática, tanto piscícola como vegetal. Aumenta la acidez de los suelos, lo que se traduce en cambios en la composición de los mismos, produciéndose la lixiviación de nutrientes importantes para las plantas, tales como el calcio, y movilizándose metales tóxicos, tales como el cadmio, níquel, manganeso, plomo, mercurio, que de esta forma se introducen también en las corrientes de agua. La vegetación expuesta directamente a la lluvia ácida sufre no sólo las consecuencias del deterioro del suelo, sino también un daño directo que puede llegar a ocasionar incluso la muerte de muchas especies. Los patrimonios construido con piedra caliza experimenta también muchos daños, pues la piedra sufre la siguiente reacción química, proceso conocido como mal de la piedra: CaCO3 (piedra caliza)+H2SO4 (lluvia ácida) ----> CaSO4 (yeso) + CO2 + H2O es decir, se transforma en yeso, y éste es disuelto por el agua con


mucha mayor facilidad y además, al tener un volumen mayor, actúa como una cuña provocando el desmoronamiento de la piedra. Los materiales metálicos se corroen a mucha mayor velocidad. COMPOSICION QUIMICA DEL AIRE GASES

% EN VOL.

TIEMPO PERMANENCIA

PERMANENTES Nitrógeno

N2

78,08

10.000.000 años

Oxígeno

O2

20,95

5 X 10.000 años

Argón

Ar

0,93

-/-

Helio

He

0,00052

100.000.000

Neón

Ne

0,00018

-/-

Krypton

Kr

0,0001

-/-

Xenon

Xe

0,000008

-/-

VARIABLES Dióxido Carbono

CO2

0,03

15 años

Metano

CH4

0,00015

5 años

H2

0,00005

7 años

N2O

0,00002

8 años

0,000002

2 años

Hidrógeno Monóxido Dinitrógeno Ozono

O3 MUY VARIABLES


Agua

H2O

Monóxido de Carbono

CO

entre 0,01 y 5

0,00001

10 días

1/2 años

Amoniaco

NH#

0,0000006

7 días

Dióxido de Nitrógeno

NO2

0,0000001

6 días

Dióxido de Azufre

SO2 0,00000002

3 días

Sulfuro de Hidrógeno

H2S 0,00000002

2 días

Efectos sobre la salud humana No esta del Todo claro que las aguas subterráneas ácidas sean por si mismas nocivas para la salud. Pero si se conoce el efecto negativo de los metales como el aluminio y el cadmio que se libera en la tercera etapa

a pH inferiores a 5.


Aunque se ha encontrado casos altos de niveles de plomo zinc y cadmio aun a pH superiores (entre 5.2 y 6.4) Con respecto a los metales tenemos: Cadmio: ES el más móvil de los metales pesados comunes y debido a las latas concentraciones presentes en los países industrializados, es necesario alertar sobre su presencia. El cadmio se acumula en la corteza renal causando graves lesiones. Las principales fuentes son los fertilizantes y las debidas a la acidificación de las aguas subterráneas. Cobre: Debido a que es el metal con el cual se construye la mayoría de las cañerías, cuando las aguas se tornan corrosivas dicho elemento es disuelto. Uno de los efectos más comunes sobre la es la diarrea infantil. Aluminio: Es el más común en la corteza terrestre y si bien está unido a los minerales que constituyen la misma, la acidificación lo torna soluble. El aluminio penetra en la corriente sanguínea en forma directa pasando las barreras de protección normales del ser humano y provocando graves daños al cerebro y al sistema óseo. Si la concentración es muy elevada puede causar demencia senil y muerte. Plomo: También se libera por acidificación de las aguas y en los países donde este elemento es utilizado para la construcción de las cañerías de agua la situación se puede tornar bastantes peligrosa. Dicho elemento provoca daños considerados a nivel cerebral, sobre todo en los niños. . Efectos en los Cultivos. Aunque la sensibilidad hacia el daño foliar directo por la lluvia ácida de algunos cultivos parece ser mayor que la de muchas especies de árboles, no existen pruebas sólidas de que las hojas de los cultivos hayan sido dañadas por gotas ácidas en el campo (NATO, 1980). No obstante, algunos estudios detallados han comenzados a insinuar que incluso en un sistema agrícola bien amortiguado la lluvia ácida puede ser perjudicial. En un estudio realizado por Lee y Neely (1980) a 27 plantas agrícolas cultivadas en tiestos y expuestas a lluvia ácida simulada con un intervalo de pH de 2.5 a 5.7, aparecieron lesiones visibles y desagradables en el follaje en 21 cultivos a un pH de 3.0, el cual se presenta con una frecuencia de precipitación de 0.5 a 1.0% en las regiones afectadas de Norteamérica. Los estudiosos de cultivos importantes de Ontario realizados por Hutchinson (1981) mostraron que las lluvias con pH entre 2.5 y 3.0 afectaban seriamente la lechuga, el betabel, la cebolla, la


soya, el fríjol pinto y el tabaco . Cultivos como el tabaco, la lechuga y la espinaca dependen de un follaje saludable para su venta. Por toro lado, los estudioso realizados en el Brookhaven National Laboratory de Estados Unidos (Evans et al.,1983) demostraron que las plantas expuestas a precipitaciones ácidas simuladas de un pH de 4.2, 3.8 y 3.5 tuvieron rendimientos de semilla menores en 2.6, 6.5 y 11.4% respectivamente, en comparación con plantas expuestas solo a precipitación ambiental. Estos daños de semilla en un cultivo importante, como la soya, equivaldrían a pérdidas de muchos millones de dólares al año en Estados Unidos. De manera experimental se ha demostrado que la etapa critica del ciclo vital de las plantas, en la cual el polen se transfiere a la flor hembra y lo fertiliza para producir un largo tubo (de polen), es muy sensible a un pH bajo (sidhu, 1983). . Efectos sobre las aguas subterráneas Parte importante de las precipitaciones penetran a través del suelo y cuanto más permeable sea el mismo, más profundidad alcanza. La acidificación de las aguas subterráneas se realiza en tres etapas. 1. Primero disminuye la capacidad de los suelos de neutralizar las precipitaciones. Aumentan los niveles de sulfato, calcio y potasio, en las aguas subterráneas, no existiendo ningún otro efecto que altere la calidad del agua. En esta etapa el agua se torna corrosiva y ataca las cañerías. 2. Luego de esta etapa la acción neutralizante del suelo decae aún más y el efecto buffer de las aguas subterráneas comienza a disminuir. Se nota en esta etapa un aumento en el poder corrosivo sobre metales y concreto 3. Por último, la capacidad neutralizante del suelo desaparece y los valores de pH descienden con un aumento en las concentraciones de metales en las aguas de los pozos, tornándose aún más corrosivos. 16. Efectos en construcciones, materiales y pinturas. Las construcciones, las estatuas y los monumentos de piedra sufren erosión por efecto de diversos contaminantes que arrastra el aire, entre ellos la lluvia ácida. Los materiales de construcción como acero, pintura, plásticos, cemento, mampostería, acero galvanizado, piedra caliza, piedra arenisca y mármol también están expuestos a sufrir daños. Con respecto a las medidas a tomar para evitar la acidificación de las aguas, la solución a largo plazo es la reducción de las emisiones.


Con respecto las medidas a corto plazo tenemos la neutralización de lagos y demás corrientes de aguas, mediante el agregado de una base, lo que provoca un aumento de pH. La acción anterior causa la precipitación de aluminio y otros metales que luego sedimentan en el fondo y además está relacionado con la disminución en los niveles de mercurio en los peces. 18. Medidas de remedio y control. Puesto que es indudable que se está causando un daño bastante considerable a nuestro medio, es claro que se necesita actuar para remediarlo. Debemos estar conscientes de la complejidad del problema, con sus ramificaciones e interacciones en el aire, el suelo, el agua y los sedimentos, así como sus efectos en las plantas, los animales y los microbios. El reconocimiento de que la lluvia ácida es un problema grave. El conocimiento de que la reducción de las emisiones es la mejor solución. Los óxidos de azufre se producen en la quema de combustibles, en la fundición de minerales y en otros procesos industriales. Las emisiones de dióxido de azufre se pueden reducir si se toman las medidas siguientes antes, durante y después de la combustión. ANTES DE LA COMBUSTIÓN

Cambio de los combustibles con alto contenido de azufre a otros con menor contenido de azufre.

Cambio de combustible

Mezclado de combustibles con contenido de azufre más alto y más bajo para producir un combustible con un contenido de azufre de nivel medio

Mezclado de combustibles. Desulfuración de petróleo. Lavado del carbón (limpieza física del carbón).

Eliminación del azufre durante el proceso de refinación del petróleo por hidrogenación (adición dehidrógeno)

Limpieza química del carbón. Trituración y eliminación de azufre y otras impurezas del carbón poniendo éste en un líquido (el carbón limpio flota, las impurezas se hunden) Disolución de azufre del carbono con sustancias


químicas. DURANTE LA COMBUSTIÓN

Mezclado de piedra caliza finamente molida con carbón y combustión en suspensión

Combustión en lecho fluidizado (CLF)

Inyección de piedra caliza finamente molida en un quemador especial.

Inyección de piedra caliza en quemadores de etapas múltiples (ICQM) DESPUES DE LA COMBUSTIÓN Desulfuraciónde gases de combustión (DGC), o lavado.

Mezclado de un absorbente químico, con cal o piedra caliza, con los gases de combustión para eliminar el dióxido de azufre.

Las emisiones de dióxido de azufre de fundiciones no ferrosas se pueden reducir por diversos medios, entre los cuales se cuentan:

Separación de minerales

Eliminación de algunos de los minerales azufrados de los minerales metálicos antes de la fundición

Cambio de proceso

Uso de procesos de fundición que provocan menos SO2 o generación de corrientes residuales más fáciles de controlar.

Fabricación de subproductos

Captura del SO2 después del proceso de fundición para producir ácido sulfúrico (que se utiliza en muchos procesos industriales y en la fabricación de fertilizantes) o azufre elemental (que se usa en procesos industriales)

.


CONCLUSIONES DE LA Conferencia DE ESTOCOLMO DE 1982 TECNOLOGÍA DE CONTROL DE EMISIÓN (Las emisiones a la atmósfera pueden reducirse purificando los combustibles antes, durante, y después de la combustión.)

Petróleo:

Desulfuración de los aceites residuales durante el refinamiento para dejarlos con bajo contenido de azufre (menos del 1%). Contiene azufre pirítico y orgánico.

Carbón bituminoso: TECNOLOGÍA DE ELIMINACIÓN DESPUÉS DE LA COMBUSTIÓN

Azufre pirítico: Se elimina por procesos de trituración y depuración análogos a los utilizados para eliminar la materia mineral (cenizas). Se consigue una eliminación del 50%. Azufre orgánico: Está combinado químicamente con el carbono. Para eliminarlo, el carbón se ha de transformar a una forma alternativa. La conversión del carbón a otros combustibles, líquidos o gaseosos, proporciona un medio para eliminar el procesos, tanto el azufre pirítico como el orgánico.

Tecnología del quemador:

Combustión en lecho fluido:

Quemadores de etapas múltiples: Se llega a eliminar el 50% de óxidos de nitrógeno con respecto a la eliminación de quemadores convencionales. Quemadores limitados de óxidos de nitrógeno con sistemas de inyección de calizas que reducen simultáneamente las emisiones de óxidos de azufre y de nitrógeno. Sistemas de lechos fluidizados: Se añade caliza para la eliminación de óxidos de azufre. Sistemas de lechos fluidizados burbujeantes,


que se vienen utilizando en instalaciones pequeñas. Lechos fluidizantes circulantes: Ofrecen mejor eliminación de los óxidos de azufre que los burbujeantes. Son para calderas industriales.

TECNOLOGÍA DE ELIMINACIÓN ANTES DE LA COMBUSTIÓN

Desulfuración de humos en lavado húmedo: Los humos se lavan en una solución alcalina, de manera que el óxido de azufre es eliminado en forma de sulfato cálcico; se consigue así una eliminación de hasta 95%. El óxido de azufre se puede convertir en un producto de deshecho (lodo) y un subproducto (yeso). Método de lavado en seco: Los humos se ponen en contacto con caliza pulverizada para absorber el óxido de azufre. Estemétodo se utiliza para carbones de medio y bajo contenido de óxidos de azufre

CONCLUSIONES DE LA CONFERENCIA DE ESTOCOLMO DE 1982 Tecnología de control de emisión Sistemas regeneradores de desulfuración de humos: el óxido de azufre se convierte en azufre elemental o en ácido sulfúrico. En Japón, se utiliza muy extensivamente la eliminación de óxidos de nitrógeno de los humos, utilizando métodos catalíticos; se elimina hasta un 80%. Ahorro energético "Un eficaz uso de la energía es deseable por razones económicas y también tiene el efecto de disminuir todas las emisiones." "Estos ahorros podrían conseguirse presuponiendo el uso de tecnologías disponibles como: aislamiento, calderas de condensación, bombas térmicas, automóviles eficientes, etc." Así, mediante el ahorro energético, podrían obtenerse importantes beneficios estratégicos, económicos y ambientales; pero éstos son menos fáciles de conseguir que por aplicación directa de la tecnología de control de emisiones, debido a que tienen que afectar innumerables decisiones sobre inversiones por todos los consumidores en cuanto al uso energético.


Estrategias de control regional para emisiones de azufre "En muy pocos países se han adoptado medidas positivas para reducir las emisiones, tanto para solucionar problemas locales como problemas de transfronteras." Han sido algunos países europeos de la CEPE (Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa) y Norteamérica los que han adoptado estas medidas. Una estimación de las tendencias a lo largo de los próximos veinte años señala una estabilización de las emisiones, y posiblemente una reducción. Las emisiones en estos países de Europa y Norteamérica no han aumentado en los últimos años, y no es probable que lo hagan en las próximas décadas.

h2 + o  

quimica ambiental

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