Contaminación Atmosférica: Orígenes, Efectos y Soluciones

Introducción a la Contaminación Atmosférica

La contaminación atmosférica se define como la presencia en la atmósfera de sustancias, materiales o formas de energía que provocan molestias graves, riesgos o daños para la seguridad de las personas, el medio ambiente y los bienes. Estas materias y fuentes de energía que ponen en peligro nuestra salud se denominan contaminantes.

Los efectos de la contaminación dependen de varios factores:

• Concentración del contaminante
• Tipo de contaminante
• Tiempo de exposición
• Sensibilidad de los receptores
• Sinergias entre contaminantes

Conceptos clave:

• Nivel crítico: Nivel fijado por encima del cual se pueden producir efectos nocivos para algunos receptores, no para el hombre.
• Valor límite: Nivel fijado con el fin de evitar o prevenir efectos nocivos para la salud humana, el medio ambiente y los bienes. Se debe alcanzar en un determinado periodo y no se puede superar.
• Valor objetivo: Valor que debe alcanzarse en un determinado momento para evitar, reducir o prevenir efectos nocivos.

Organismos y programas relevantes:

• CORINAIR: Inventario de las principales emisiones a la atmósfera.
• E-PRTR: Registro europeo (también español) de emisiones y transferencia de contaminantes.
• EMEP: Programa de vigilancia continua y de evaluación de la transmisión a larga distancia de contaminantes en Europa.
• IPCC: Grupo intergubernamental de expertos sobre cambio climático.
• IPPC: Prevención y control integrados de la contaminación.
• CEPE/ONU: Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa.

Transporte, Dispersión y Clasificación de Contaminantes

El transporte y la dispersión de los contaminantes se ven afectados por:

• Dirección del viento
• Velocidad del viento (estancamiento)
• Turbulencias

Factores que influyen en la contaminación:

• Vientos
• Luz solar
• Humedad
• Inversión térmica

Naturaleza de los contaminantes:

• Natural: Vientos, fuegos, polen, nieblas marinas, actividad biológica, meteoritos.
• Artificial o antropogénica: Extracción de rocas, aprovechamiento agrícola, transformación industrial.

Clasificación de los contaminantes:

• Por su estado físico: Partículas, gotas líquidas, gases y vapores.
• Por su naturaleza química: Tantos como especies químicas (se clasifican por sus grupos funcionales: aromáticos, olefinas, parafinas).
• Por su grado de evolución:
  • Primarios: Permanecen inalterados una vez que se vierten a la atmósfera desde las fuentes.
  • Secundarios: Se forman en la atmósfera entre contaminantes primarios y constituyentes atmosféricos. No se expulsan directamente (ejemplo: ozono).
• Por su forma de presentarse:
  • Aerosoles: Polvo (dust), nieblas (mist), bruma (fog), humos (smoke), humo metálico (fume).
  • Gases
  • Vapores

Principales contaminantes del aire:

• Partículas en suspensión: Partículas grandes (procesos industriales de cortado y molienda), partículas pequeñas (ácidas del sulfato y carbonáceas).
• SOx: Combustión de carbón y derivados del petróleo, procesos metalúrgicos de tostación de sulfatos minerales.
• NOx: Quema de combustible con aire a alta temperatura (smog industrial/fotoquímico).
• Hidrocarburos (HC): Gases de escape de coches.
• Monóxido de carbono (CO): Coches por insuficiente aporte de O₂.

Foco: Lugar desde el que físicamente se emite el contaminante a la atmósfera.

Clasificación de focos:

• Por su posición:
  • Fijos/estacionarios: Industrias, chimeneas.
  • Móviles: Coches, aviones.
• Por su tamaño:
  • Puntuales: Erupción volcánica.
  • Extensos: Atasco.

Fuente: Proceso industrial o actividad humana que produce un vertido (fábrica). Se agrupan por su semejanza:

• Producción de energía
• Producción de bienes materiales
• Tratamiento de residuos

Emisión: Cantidad de sustancia, en cualquiera de los tres estados de la materia, que se emite a la atmósfera desde una fuente. Sale con una determinada velocidad de emisión que se mide en relación a la cantidad de materia prima tratada en una planta o al bien producido. La cantidad de emisión se puede medir en kg/Tm (kg de sustancia que va a salir por cada tonelada métrica que se utilice de carbón/petróleo), o en g/km (gramos que se emiten de un contaminante por km recorrido de ese coche). Se puede colocar algo que evite la salida de esa contaminación (artificio depurador). Para gases que se escapan se habla de nivel de emisión, que se mide en cantidad de contaminante por unidad de volumen de gases. Para evaluar la emisión, hay que tener en cuenta: condiciones específicas de contaminación y características meteorológicas.

Inmisión: Es lo que nos llega a los receptores. Mide la concentración estable a nivel del suelo, es decir, la permanencia a medio y largo plazo de las sustancias nocivas, especificándose el tiempo de exposición. Se habla de la calidad del aire ambiente, que sirve para evaluar la calidad del aire. Debe expresarse en función del tiempo y podemos entenderlo como el contaminante al que está expuesto el personal que trabaja en las industrias. Existen unos TLV (valores límite umbrales).

Etapas de la contaminación tras su vertido:

1. Emisión sin control (velocidad de emisión - kg/Tm).
2. Emisión con mecanismo depurador (nivel de emisión - kg/Nm³) → difusión a la atmósfera → contaminación en el medio de vida.
3. Dilución y dispersión por la chimenea (nivel de inmisión - ppm o µg/m³) → difusión a la atmósfera → a la vida.

Causas de la alteración de la capa de ozono: La capa de ozono tiene una función filtradora para nuestros intereses, pero la emisión de ciertos compuestos favorece la transformación de este en oxígeno. Esta falta de ozono deriva en una mayor exposición a los rayos solares y, por tanto, se favorecen ciertas enfermedades. La emisión de gases como los fluorocarbonos es la causa de este problema.

Muestreo y Medición de Contaminantes

Para obtener un resultado útil en el muestreo de contaminantes, se requiere:

• Método de toma de muestra fiable.
• Punto de muestreo representativo.
• Cantidad de muestra representativa.
• Medición del volumen de aire exacta.

Motivos para realizar un muestreo:

• Determinar el grado de adecuación a los niveles de emisión legislados.
• Autocontrol de la propia industria para saber que no incumplen la ley.
• Obtención de datos para la elección y diseño de equipos de control adecuados (empresas con equipos depuradores).
• Determinación del rendimiento de equipos de control instalados para la reducción de emisiones, es decir, la eficacia del equipo.
• Establecimiento de datos para legislar.
• Determinación de factores de emisión para usarlos en inventarios de emisiones.
• Evaluación de cambios de emisión por cambios en el proceso o en los equipos depuradores.

Equipo básico de toma de muestra:

• Colector de muestra: Borboteador (filtro o disolución absorbente).
• Dispositivo medidor de flujo: Contador de gas seco (error < 3%).
• Bomba de succión.
• Rotámetro para elegir el caudal a succionar.

Determinación de SOx (fuente estacionaria): Se extrae una muestra de gas de la chimenea y se separa el SO₂ y la niebla de H₂SO₄ (y SO₃). El SO₂ se valora sobre una disolución al 3% de agua oxigenada con perclorato de bario, utilizando Thorina como indicador.

Medidas continuas:

• SO₂: Fluorescencia en la ultravioleta.
• NOx: Quimioluminiscencia.
• CO: Infrarrojo no dispersivo.
• Hidrocarburos (HC): Ionización en llama.
• O₃: Absorción ultravioleta.
• Partículas: Radiación beta.

Control de Emisiones de NOx, SOx, CO y HC

NOx:

• A mayor temperatura, mayor concentración de NO.
• A menor tiempo de reactivos en el motor, menos contaminantes.
• A mayor temperatura, menor concentración de NO₂.

Eliminación de NOx:

• Cambiar las condiciones de reacción (reducir el exceso de aire, trabajar en dos etapas, recirculación de gases, inyectar agua y vapor).
• Modificar el diseño del quemador para disminuir el tiempo de residencia.
• Tratar los gases (absorción, adsorción, descomposición catalítica, reducción catalítica).

Adsorción: Proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de un material sólido.

Absorción: Proceso por el cual se separan uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido.

Eliminar SOx:

• Extracción de azufre al combustible (lavado, hidrodesulfuración, gasificación).
• Eliminación simultánea a la combustión (inyección de CaCO₃ pulverizado, combustión en lecho fluidizado).
• Eliminación de gases (alto caudal y baja concentración: adsorción seca; bajo caudal y alta concentración: industrias que producen ácido sulfúrico).

Eliminar CO: Trabajar a altas temperaturas.

Eliminar HC: Combustión catalítica o no, condensación y recuperación, absorción, adsorción.

COV: Compuestos orgánicos volátiles.

Fuentes de COV:

• Natural: Metano, biológica.
• Antropogénica: Industrias de pinturas, obtención de energía de combustibles fósiles.

Tecnologías de Control de Partículas

Precipitador electrostático: Depuración de partículas. Para separar partículas muy pequeñas (sólidas o líquidas) de una corriente de gas. Funcionan por generación de una corona, entre un electrodo de alto voltaje y uno pasivo conectado a tierra. Las partículas pasan por el campo eléctrico, son ionizadas y van del electrodo de descarga al colector, adhiriéndose al colector por su carga negativa.

Filtro industrial: Estructura porosa que retiene partículas y deja pasar el gas. El más común es el de mangas, que filtran hasta millones de m³ y pueden alcanzar una eficacia del 99%.

Lavador y absorbedor de húmedos: Transfiere la materia suspendida en un gas a un líquido absorbente en la fase de mezcla gas-líquido, por colisión entre las partículas de polvo y las gotas líquidas en suspensión en el gas. Este es el proceso de absorción. Absorbente: agua u otras disoluciones. Partículas muy finas.