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CONTAMINACION ATMOSFERICA
Carlos Blanco C.
UAP - ICA
ING. AMBIENTAL
La mezcla de gases que forma el aire actual se ha desarrollado a lo largo de 4.500 millones de años.
La atmósfera primigenia debió estar compuesta únicamente de emanaciones volcánicas, es decir, vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre y nitrógeno, sin rastro apenas de oxígeno
Formación de la atmósfera
Manto gaseoso que rodea la Tierra y sustenta la vida en el planeta.
Atmosfera
Para lograr la transformación han tenido que desarrollarse una serie de procesos.
Uno de ellos fue la condensación. Al enfriarse, la mayor parte del vapor de agua
de origen volcánico se condensó, dando lugar a los antiguos océanos
Más tarde, cuando evolucionó la vida primitiva capaz de realizar la fotosíntesis, empezó a producir oxígeno.
Hace unos 570 millones de años, el contenido en oxígeno de la atmósfera y los océanos aumentó lo bastante como para permitir la existencia de la vida marina.
Más tarde, hace unos 400 millones de años, la atmósfera contenía el oxígeno suficiente para permitir la evolución de animales terrestres capaces de respirar aire
ComponenteSímbolo/Fórmula
% Volumen % Peso Tiempo de residencia
Nitrógeno N2 78,00 75,60 Continuo (*)
Oxígeno O2 20,90 23,10 Continuo
Argón Ar 0,93 0,30 Continuo
Dióxido de carbono
CO2 0,032 0,05 20
Total 99,862 99,05
(*) Permanece a
través del tiempo sin reaccionar
Constituyentes principales
Composición de la Atmosfera
Componente Símbolo / Fórmula ppm Tiempo de
residencia
Neón Ne 18,0 Continuo
Helio He 5,2 Continuo
Kriptón Kr 1,1 Continuo
Hidrógeno H2 0,5 (?)
Óxido nitroso N2O 0,25 8-10 años
Xenón Xe 0,086 Continuo
Constituyentes secundarios
Componente Fórmula ppm Tiempo de residencia
Monóxido de carbono CO 0,1 0,2-0,3 años
Metano CH4 1,4 Menor de 2 años
Hidrocarburos HCNM 0,02 (?)
Óxido nítrico NO 0,2-2,0 x 10-3 2-8 días
Dióxido de nitrógeno
NO2 0,5-4,0 x 10-3 2-8 días
Amoniaco NH3 6-20 x 10-3 1-4 días
Dióxido de azufre
SO2 0,03-1,2 x 10-3 1-6 días
Ozono O3 0-0,05 (?)
Constituyentes trazas
Que es contaminación atmosférica???
Presencia de sustancias indeseable o agentes contaminantes como: Agentes Químicos, Físicos y Biológicos, en cantidades suficientemente elevadas como para provocar un efecto dañino sobre personas, plantas, animales, o propiedades materiales.
Natural: No causan episodios grave de contaminación; excepto, Erupciones Volcánicas
Antropogénicas (producidas por el hombre como resultado de la actividad industrial).
Origen de los agentes contaminantes
Naturales: Polen , esporas, humo y partículas de polvo procedentes de erupciones volcánicas e incendios, H2S y CH4 procedente de procesos anaerobios de descomposición, terpenos liberados en bosques de coníferas.
Antropogénicos: Transporte (Vehículos de motor, aviones, barcos,
etc…)Combustión estacionaria (Producción de
electricidad, calefaccionesProcesos industriales (Refinerías, Industria
Química, metalúrgica, del papel, etc.)Tratamiento de residuos sólidos (Basuras
domesticas, combustión de residuos domésticos)
Fuentes de los agentes contaminantes
Que son Agentes Contaminantes
Se denominan Agentes Contaminantesa aquellas sustancias químicas, energíafísica y microorganismos que debido a su concentración en el aire, pueden alterary/o dañar la salud de las personas, dañara los animales, a las plantas y los materiales
Agentes ContaminantesLos Agentes Contaminantes se clasifican en :
Agentes Químicos (Polvos, Humos, Neblinas, Gases y Vapores).
Agentes Físicos (Ruidos, Iluminación, Radiaciones Ionizantes y no Ionizantes,etc.)
Agentes Biológicos (Hongos, Bacterias, Polen, etc.)
Niebla.- suspensión de pequeñas gotas de liquido que se generan por condensación de un gas, o por desintegración de un liquido (atomización, ebullición, etc)
Vapor.- es la fase gaseosa de un material que se halla normalmente en estado liquido o solido en condiciones normales de presión y temperatura
Humo.- suspensión de partículas solidas procedentes de la condensación de vapores, reacciones químicas o combustiones
Agentes QuímicosContaminante Químico, es toda sustancia natural o sintética, que durante la fabricación, manejo,transporte, almacenamiento o uso, puede incorporarse al ambiente en forma de polvo, humo, gas o vapores con efectos perjudiciales para la salud de las personas que entran en contacto con ellas.
Concentración : Cantidad del agente contaminante presente en el medio por unidad de volumen o área. (ug/m3)
Persistencia : Característica que tiene el contaminante de perdurar en el ambiente.( seg, min, Hr, días, sem, mes, año)
Agentes Químicos Características
Bioacumulación : Proceso natural por el cual una sustancia se acumula en los organismos a nivel celular individual, pudiendo alcanzar niveles peligrosos.
Biomagnificación : La carga tóxica de un organismo en un nivel trófico inferior se acumula y se concentra mas aún por un organismo en un nivel trófico superior.
Características
Sinergismo : Aumento de los efectos de un contaminante, a causa de la introducción o presencia de otro (Ej. Partículas y Dióxido de Azufre).
Antagonismo : La presencia de un contaminante reduce parcialmente el efecto del otro.
Interacción de Contaminantes
La masa de un contaminante se expresa como:
ug/m3 = microgramos metro cúbico
Expresiones de Concentración de Contaminantes
La relación entre ppm y ug/m3, para 1 atm, y 25°C, es la siguiente:
ug/m3 = ppm x peso molecular x 103
24.5
Para 1atm y 0°C la constante en el denominador es 22.4
Expresiones de Concentración de Contaminantes
La concentración diaria promedio del SO2 es de 415 ug/m3 a 25 ºC y 1 atm. Cuál es la concentración en ppm?
Ejemplo 1
El gas de escape de un automóvil contiene 1.5% en volumen de CO ¿Cuál será la concentración de CO en mg/m3 a 25ºC y 1 atm.?
Ejemplo 2
La concentración del Dióxido de Azufre en el aire es de 0.06 ppm. Cual será dicha concentración expresada en microgramos por metro cúbico (T= 25 °C y P= 1 atm)
Ejemplo 3
La concentración del Dióxido de Azufre en el aire es de 100 ppb (partes por billón). Cual será dicha concentración expresada en microgramos por metro cúbico (T= 25 °C y P= 1 atm)
Ejemplo 4
1ppm = 1000 ppb
La concentración del Monóxido de Carbono en el aire es de 1 ppm. Cual será dicha concentración expresada en microgramos por metro cúbico (T= 20 °C y P= 1 atm)
Ejemplo 5
Otra Relación entre ppmv y g/m3
ppmv= (g/m3) * R * T / (1000*P * M)
Donde: R: Constante universal de los gases (0.0821
atm- L/(mol-ºK))T: Temperatura (ºK) (25ºC = 298 ºK)P: Presión (1 atm)M:Peso molecular de la sustancia (g/mol)
ppmv = partes por millón por volumen
Convertir….
Efectuar las siguientes transformaciones de ug/m3 a ppmv:
Contaminante Período Valorug/m3
Formato Calculo(ppm)
SO2 24 horas 365 NE mas de 1 vez al año
CO 1 hora 30000 NE mas de 1 vez al año
Ozono 8 horas 120 NE mas de 24 veces al año
De los Estándares de Calidad Ambiental del Aire, N° 074- 2001- PCM
Completar el calculo con los demás Estandares de Calidad del Aire
Los agentes químicos se clasifican
de acuerdo a su estado físico en:Gases y vapores orgánicos e inorgánicos, tales como
óxidos de azufre, nitrógeno, hidrocarburos, ácidos, etc.
Partículas sólidas y líquidas en suspensión y sedimentables.
Clasificación de Agentes Químicos
De acuerdo a su origen se clasifican en:
Primarios: son sustancias contaminantes vertidas directamente a la atmósfera desde los focos emisores. No han sufrido ninguna modificación química desde el momento que han salido desde su punto de emisión, ejemplo el monóxido de carbono, óxidos de azufre, etc.
Clasificación de Agentes Químicos
Secundarios: no son vertidos directamente a la atmósfera. Se producen a consecuen-cia de transformaciones y reacciones químicas o fotoquímicas que sufren los contaminantes primarios en la atmósfera. Ejemplo: El Ozono, el peroxiacetilnitrato (PAN), SO3, NO2, ac. sulfúrico, ac. Nítrico, etc.
Clasificación de Agentes Químicos
Principales Contaminantes del Aire
Contaminante Simbolo Forma Física
Tipo
Mónóxido de Carbono CO gas Primario
Dióxido de Azufre SO2 gas Primario
Dióxido de Nitrógeno NO2 gas Primario y Secundario
Ozono O3 gas Secundario
Hidrocarburos HC gas Primario
Partículas PTS, PM10. PM2.5
Sólido, líquido
Primario y Secundario
Plomo Pb Sólido primario
Contaminantes gaseosos: SOx
Asufre elemental (S) es inocuo e inerte en la naturaleza sin embargo sus óxidos (SOx) e incluso su formas reducidas (H2S) poseen un efecto dañino sobre el ecosistema.
Los SOx son los contaminantes atmosféricos mas extendidos y estudiados
6 Compuestos prioritarios: SO, SO2, SO3, SO4, S2O3, S2O7
Reacciones de oxidación y reducción de S
Reducción Forma elemental
Primer paso de la oxidación
Segundo paso de la oxidación
Reacción con agua
Reacción con NH4
+ u otros cationes
T y P ; atm. de H2 y
catalizador; En procesos
biológicos se da a T y P ambiente
Reacción con O2 de la atmósfera.
Rápida a T ; lenta a T ambiente
Lenta en la atmósfera, rápida en un reactor catalítico
Depende del contenido de
humedad de la atmósfera
Depende de la concentración de
cationes en la atmósfera
H2S S SO2 SO3 H2SO4 Partículas de sulfato (NH4)2SO4
SO2 es el contaminante mas extendido. En atmósfera sin contaminar [SO2] = 0.2 ppb. Su fuente principal es la combustión de combustible fósiles (carbón y petróleo 86 % emisiones) y la purificacion de metales en altos hornos.
Óxido de azufre SO2 :Gas incoloro, no inflamable y no explosivoTiene sinergia con las partículas en suspensión.Resulta de la reacción del azufre o de los
materiales que lo contienen con el oxígeno.(minerales sulfurosos, combustibles)
En la combustión de combustibles fósiles la relación SO2/SO3, esta usualmente entre 40:1 a 80:1
S(presente en combustibles) + O2(aire) SO2
Ejemplo: Si se queman 100 kilos de un combustible con 7% de azufre se emitirán 14 kilos de Dióxido de azufre.
Óxido de azufre SO2 :
Se convierte a trióxido de azufre o ácidos sulfúricos y a sus sales mediante procesos fotoquímicos o catalíticos en la atmósfera. El trióxido de azufre forma ácido sulfúrico con la humedad del aire. 2SO2 + O2 (aire) 2 SO3
2SO2 + 2H20 + O2 + M 2H2SO4 + M (Catalítico)
SO2 hu SO2* (Fotoquímico)
SO2* + 2O2 SO3 + O3
SO3 + H2O H2SO4
Este ácido ataca las construcciones realizadas en piedra caliza y mármol, siendo la reacción:
• A su vez, el dióxido de azufre presente en la atmósfera puede atacar directamente al mármol según la reacción:
Óxido de azufre SO2 :
Algunos Óxidos Metálicos oxidan el dióxido de azufre directamente a sulfato, por ejemplo:
4 MgO + 4SO2 3MgSO4 + MgS
Óxido de azufre SO2 :
Produce una sensación gustatoria a concentraciones de 0.3 a 1.0 ppm en el aire.
A concentraciones mayores a 3.0 ppm, el gas tiene un olor acre e irritable.
Emisiones de Azufre a Nivel Mundial
750 x 106 ton.100 x 106 ton.
Efectos: SOx
En humanos: Irritación de membranas mucosas del sistema respiratorio causando bronquitis y enfisemas pulmonares. Paralizan los cilios del sistema respiratorio, lo que da vía libre a la contaminación por partículas
En plantas: Sensibles durante periodos de luz Intensa, alta humedad, y temperatura moderada o durante periodos de crecimiento. Depende del tipo de planta.
En Materiales: Deterioro grave de materiales que contienen carbonatos (mármol, piedra caliza). Se forma sulfato cálcico que es muy soluble en agua. CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + CO2 +H2O
Altas concentraciones de SOx aceleran también la corrosión de metales.