¿Cómo se limita la emisión de contaminantes sin el uso de control
agregado?
Algunas técnicas para controlar la emisión de contaminantes del aire no
requieren equipo adicional, mientras que otras requieren control "agregado". El
control agregado es aquel que se añade a los procesos que generan contaminación
con la finalidad de destruir o capturar los contaminantes. La técnica elegida
para controlar la emisión de contaminantes en una determinada fuente depende de
muchos factores; el más importante es si el contaminante es un gas o una
partícula.
Como se ha visto en las lecciones anteriores, existen
contaminantes en estado gaseoso, líquido y sólido. Los contaminantes en estado
gaseoso incluyen a los óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de
carbono y
compuestos orgánicos volátiles (COV). Muchos contaminantes
peligrosos son gases. Los contaminantes en estado líquido y sólido, llamados
material particulado, incluyen el polvo de cemento, humo, cenizas volantes y
vapores de metales.
Las técnicas para limitar la emisión de contaminantes
del aire sin el uso de control agregado son:
- Cambio de procesos
-
Cambio de combustibles
- Buenas prácticas de operación
- Cierre de
plantas
Estos métodos de control se aplican tanto para
los gases como para las partículas. Por ejemplo, un cambio de proceso puede ser
la conversión de una fuente de energía que emplea combustible fósil en una que
usa energía solar o hidroeléctrica. Los generadores de energía solar e
hidroeléctrica contaminan el aire menos que los generadores que queman
combustibles fósiles. Un ejemplo de cambio de combustible sería el uso de carbón
con bajo contenido de azufre para reemplazar al carbón con alto contenido de
azufre. Esto reduciría la cantidad de emisión de dióxido de azufre. Otro ejemplo
de cambio de combustible sería sustituir el carbón por gas natural, que es menos
contaminante.
Las buenas prácticas de operación incluyen medidas de
sentido común, tales como el cuidado y mantenimiento apropiado del equipo. Un
ejemplo de esta técnica es la inspección y mantenimiento regular para asegurar
que no haya fuga de compuestos orgánicos volátiles en una planta química. Las
fugas de los equipos pueden representar una
fuente importante de emisión de
compuestos orgánicos volátiles. Un programa de inspección regular con
dispositivos sencillos para la detección de fugas, junto con un rápido sistema
de reparación y mantenimiento, puede reducir en gran medida esta fuente. Además
de la reducción de emisiones, las buenas prácticas de cuidado y mantenimiento
también disminuyen los costos al evitar la pérdida de materiales
costosos.
Finalmente, el cierre de las plantas es una técnica eficaz para
reducir la contaminación. Esta medida puede ser necesaria en casos extremos, por
ejemplo, durante un episodio de contaminación del aire. Para la reducción de
la
contaminación del aire también es eficaz reemplazar plantas antiguas por
instalaciones modernas.
Dispositivos y técnicas de control para contaminantes gaseosos
El método más común de control de contaminantes gaseosos es la adición de
dispositivos de control agregado para destruir o recuperar un contaminante. Las
técnicas de control agregado son la combustión, adsorción, absorción y
condensación. Los dispositivos de combustión incluyen equipos tales como
incineradores termales y catalíticos, quemadores, calderos y calentadores
industriales. La combustión es la rápida oxidación de una sustancia producto de
la combinación del oxígeno con un material combustible en presencia de calor.
Cuando se completa la combustión, el flujo gaseoso se convierte en dióxido de
carbono y vapor de agua. La combustión incompleta libera algunos contaminantes a
la atmósfera. El humo es un indicador de combustión incompleta. Un ejemplo común
de combustión incompleta es la quema de madera en la chimenea de una
casa.
La adsorción, absorción y condensación son técnicas de
recuperación. Algunos dispositivos que usan estas técnicas
son los
adsorbedores de carbón, la torre rociadora y condensadores de superficie. Estas
técnicas aplican sencillos principios físicos para remover los contaminantes en
un flujo de gas. Estos principios se discutirán con más detalle a continuación,
junto con la descripción de algunos dispositivos específicos de control.
Incineradores termales
Los incineradores termales se usan frecuentemente para controlar la emisión
continua de compuestos orgánicos volátiles combustibles. En general, la
incineración destruye gases y desechos sólidos mediante la quema controlada a
altas temperaturas. Cuando los incineradores termales se operan correctamente
pueden destruir más de 99 por ciento
de los contaminantes
gaseosos.
Para la incineración termal es importante que el flujo de vapor
del incinerador termal tenga una tasa de flujo y concentración constantes del
gas combustible. Estos dispositivos no son adecuados para flujos fluctuantes de
vapor porque la eficiencia del proceso de combustión depende de la mezcla
apropiada de vapores y un tiempo específico de permanencia en la cámara de
combustión.
El tiempo de permanencia es el período que la mezcla del combustible
permanece en la cámara de combustión. A
menudo se agrega un combustible
suplementario al incinerador termal para complementar la cantidad de gases
contaminantes que se queman en el incinerador. La energía y calor producidos por
el proceso de incineración se pueden recuperar y dedicar a usos provechosos en
una fábrica.
Incineración catalítica
Los incineradores catalíticos son similares a los termales e incluyen un
catalizador para evaluar el proceso de combustión. Un catalizador es una
sustancia que acelera una reacción química sin que la reacción cambie o
consuma
dicha sustancia. Los catalizadores permiten que el proceso de
combustión ocurra con temperaturas más bajas, lo que
reduce el costo del
combustible. Cuando se usa un incinerador catalítico se obtiene una eficiencia
de destrucción mayor de 95 por ciento. Si se emplea un volumen mayor de
catalizadores o temperaturas más altas es posible alcanzar una mayor eficiencia.
Los incineradores catalíticos son más convenientes para las emisiones con bajo
contenido de COV.
Llamas
Las llamas se usan comúnmente para la disposición de gases residuales
durante alteraciones del proceso, como los que se dan cuando se inicia o
concluye un proceso. Las llamas son básicamente dispositivos de seguridad que
también se usan para destruir emisiones de desechos. Una llama se puede usar
para controlar casi cualquier emisión que contiene compuestos orgánicos
volátiles. Las llamas se pueden diseñar para manejar desechos que tienen
fluctuaciones en la tasa de flujo y en el contenido de compuestos orgánicos. La
eficacia de destrucción de las llamas es de aproximadamente 98 por ciento.
Calderas y calentadores industriales
Las calderas y calentadores industriales se usan comúnmente para generar
calor y energía. Su principal propósito es contribuir a las operaciones de la
planta. Su uso como dispositivo para el control de la contaminación es
secundario.
Las calderas y calentadores industriales se usan para el
control de la contaminación sólo si los contaminantes no afectan el desempeño de
las unidades. Un flujo contaminante puede servir como combustible suplementario
para la caldera o calentador si su "poder calorífico" es adecuado. Todos los
compuestos orgánicos volátiles tienen diferente poder calorífico. Si el flujo
contaminante es grande y el poder calorífico es alto, el flujo contaminante
puede ser la fuente primaria de combustible para la caldera o calentador. Los
compuestos orgánicos volátiles con bajo poder calorífico también pueden ser
descargados en la caldera o calentador si la tasa de flujo es lo bastante
pequeña como para no afectar el desempeño de la unidad.
Cuando las
calderas y calentadores se emplean como dispositivos para el control de
emisiones pueden proporcionar una eficiencia de destrucción mayor de 98 por
ciento. La ventaja de usarlos es que el costo adicional del capital es poco, ya
que las unidades son esenciales para toda la operación de la planta. Además, se
puede recuperar el poder calorífico del flujo contaminante para reducir
costos.
Adsorbedores de carbón
El proceso de adsorción más común es mediante el carbón. El adsorbedor de
carbón usa partículas de carbón activado para controlar y recuperar las
emisiones gaseosas contaminantes. En este proceso, el gas es atraído y se
adhiere a la superficie porosa del carbón activado, lográndose una eficiencia de
remoción de 95 a 99 por ciento. Se usa particularmente para recuperar compuestos
orgánicos valiosos, por ejemplo, el percloroetileno que se usa en los procesos
de lavado al seco.
Los sistemas de adsorción pueden ser regeneradores o
no regeneradores. Un sistema regenerador usualmente contiene más de un lecho de
carbón. Mientras un lecho retira activamente los contaminantes, el otro se
regenera para uso futuro. Para extraer los contaminantes atrapados en el lecho y
llevarlos a un dispositivo de recuperación se usa vapor. Mediante la
regeneración, las mismas partículas de carbón activado se pueden usar una y otra
vez. Los sistemas de regeneración se usan cuando la concentración del
contaminante en el flujo de gas es relativamente alto.
Usualmente, los sistemas no regeneradores tienen lechos más delgados de
carbón activado. En un adsorbedor no regenerador, el carbón gastado se descarta
cuando se satura con el contaminante. Debido al problema de desechos
sólidos
que genera este sistema, los adsorbedores no regeneradores de carbón se usan
cuando la concentración
del contaminante es sumamente baja.
Absorbedores
La absorción es el proceso mediante el cual un contaminante gaseoso se
disuelve en un líquido. El agua es el absorbente más usado. A medida que el
flujo de gas pasa por el líquido, éste absorbe el gas de la misma manera
como
el azúcar es absorbido en un vaso de agua cuando se agita. La absorción se usa
comúnmente para recuperar
productos o purificar gases con alta concentración
de compuestos orgánicos. Un problema potencial con la absorción es la generación
de aguas residuales, lo que convierte un problema de contaminación del aire en
un problema de contaminación del agua.
El equipo de absorción está
diseñado para obtener la mayor cantidad de mezcla posible entre el gas y el
líquido.
Los absorbedores son frecuentemente llamados lavadores de gas y
existen varios tipos de ellos. Los más usados son
las torres rociadoras,
columnas de relleno, cámaras rociadoras y lavadores Venturi.
El absorbedor de columna de relleno contiene una sustancia inerte (no
reactiva), como plástico o cerámica,
que aumenta la superficie del área
líquida para la interfaz líquida/gaseosa. El material inerte ayuda a maximizar
la
capacidad de absorción de la columna. Además, la introducción del gas y
líquido en extremos opuestos de la
columna permite que la mezcla sea más
eficiente debido al flujo contra corriente que se genera. Los
absorbedores
pueden alcanzar una eficiencia de remoción mayor de 95 por
ciento.
Condensadores
Los condensadores remueven contaminantes gaseosos mediante la reducción
de la temperatura del gas hasta un
punto en el que el gas se condensa y se
puede recolectar en estado líquido. Un ejemplo sencillo del proceso de
condensación son las gotas de agua que se forman en la parte exterior de un vaso
con agua fría. La temperatura fría
del vaso hace que el vapor de agua del
aire circundante pase al estado líquido en la superficie del vaso. La
condensación se puede lograr mediante un incremento de la presión o la
extracción de calor de un sistema. La
extracción de calor es la técnica que
más se emplea.
Los condensadores se usan generalmente para recuperar los productos valiosos
de un flujo de desechos. Usualmente
se usan con otro dispositivo de control.
Por ejemplo, un condensador se puede usar para remover una sustancia
gaseosa
de un flujo contaminante. Luego, los gases remanentes del flujo contaminante se
destruyen en un incinerador.
En el control de la contaminación se emplean condensadores de contacto y de
superficie. En los condensadores de contacto, el gas hace contacto con un
líquido frío. En un condensador de superficie, los gases entran en contacto con
una superficie fría en la cual circula un líquido o gas enfriado, como la parte
exterior de un tubo. La eficiencia de remoción de los condensadores varía de 50
a más de 95 por ciento, dependiendo del diseño y aplicación.
Equipo y prácticas de trabajo
Los requisitos para equipos y prácticas de trabajo también son efectivos
para reducir la emisión de gases. Por ejemplo, los separadores de aceite y agua
se usan frecuentemente para remover el aceite de las aguas residuales. La
superficie oleaginosa del separador puede ser una fuente de emisión de
compuestos orgánicos volátiles. La instalación de un techo fijo o flotante en el
separador puede reducir las emisiones. Otro ejemplo de este tipo de control es
la instalación de techos en tanques de depósito que contienen líquidos
volátiles, como la gasolina.
Las prácticas de trabajo, como un programa regular de inspección y
mantenimiento, pueden reducir la emisión de
gas proveniente de equipos con
fugas. En algunas instalaciones, como plantas químicas, se hacen
inspecciones
regulares con un analizador portátil de vapor orgánico (AVO)
para detectar fugas en válvulas, bombas y accesorios. Una vez detectadas las
fugas, se reparan inmediatamente para reducir las emisiones de estas fuentes.
Los factores que determinan la elección de una técnica de control para emisiones
de gases contaminantes son:
- Las propiedades químicas del contaminante.
-
El valor del contaminante si es recuperado.
- Costos del control.
- El
impacto de la técnica de control sobre la contaminación del agua o producción de
desechos sólidos.
Técnicas y dispositivos de control para partículas líquidas y sólidas
El material particulado incluye pequeñas partículas líquidas y sólidas y
también es referido como humo, polvo, vapor o neblina. Como ya se mencionó en la
lección 3, las partículas con menos de 10 y 2,5 micrómetros de diámetro son
reconocidas como contaminantes criterio. Estas pequeñas partículas tienen un
efecto mucho mayor sobre la salud humana que las partículas más grandes. Las
técnicas de control para las partículas se centran en capturar las partículas
emitidas por una fuente contaminante.
Antes de elegir un dispositivo de control de partículas se deben considerar
muchos factores. Usualmente, las partículas son recogidas y encauzadas por un
canal o chimenea. Las características de la corriente de partículas afectan la
elección del dispositivo de control. Estas características incluyen la variedad
del tamaño de las partículas en la corriente de escape, la tasa de flujo del
escape, temperatura, contenido de humedad y propiedades químicas del flujo de
la corriente de escape como capacidad explosiva, acidez, alcalinidad e
inflamabilidad.
Los dispositivos de control más usados para controlar la emisión de
partículas son:
- precipitadores electrostáticos
-
filtros
- lavadores Venturi
- ciclones
- cámaras de sedimentación.
En muchos casos, se usa más de uno de estos dispositivos en serie para
obtener la eficiencia deseada de remoción. Por ejemplo, se puede usar una cámara
de sedimentación para retirar partículas grandes antes de que el flujo
contaminante ingrese a un precipitador electrostático. A continuación se discute
cada uno de estos dispositivos de control de partículas.
Precipitadores electrostáticos
Los precipitadores electrostáticos (PES) capturan las partículas sólidas
en un flujo de gas por medio de la electricidad. El PES carga de electricidad a
las partículas atrayéndolas a placas metálicas con cargas opuestas ubicadas en
el precipitador. Las partículas se retiran de las placas mediante "golpes secos"
y se recolectan en una tolva ubicada en la parte inferior de la unidad.
Filtros
El filtro de tela o cámara de filtros de bolsa trabaja bajo el mismo
principio que una aspiradora de uso doméstico. El
flujo de gas pasa por el
material del filtro que retira las partículas. El filtro de tela es eficiente
para retener partículas finas y puede sobrepasar 99 por ciento de remoción en la
mayoría de las aplicaciones. Una desventaja del filtro de tela es que los gases
a altas temperaturas a menudo tienen que ser enfriados antes de entrar en
contacto con el medio filtrante.
Lavadores Venturi
Los lavadores Venturi usan un flujo líquido para remover partículas
sólidas. En el lavador Venturi, el gas cargado con material particulado pasa por
un tubo corto con extremos anchos y una sección estrecha. Esta constricción hace
que el flujo de gas se acelere cuando aumenta la presión. El flujo de gas recibe
un rocío de agua antes o durante la constricción en el tubo. La diferencia de
velocidad y presión que resulta de la constricción hace que las partículas y el
agua se mezclen y combinen. La reducción de la velocidad en la sección expandida
del cuello permite que las gotas de agua con partículas caigan del flujo de gas.
Los lavadores Venturi pueden alcanzar 99 por ciento de eficiencia en la remoción
de partículas pequeñas. Sin embargo, una desventaja de este dispositivo es la
producción de aguas residuales.
Cámaras de sedimentación
Las cámaras de sedimentación emplean la fuerza de gravedad para remover
partículas sólidas. El flujo de gas ingresa a una cámara donde disminuye la
velocidad del gas. Las partículas más grandes caen del flujo de gas en una
tolva.
Debido a que las cámaras de sedimentación son efectivas sólo para la remoción
de partículas más grandes, usualmente se usan junto con un dispositivo más
eficiente de control.
Ciclones
Los ciclones usan el principio de la fuerza centrífuga para remover el
material particulado. En un ciclón, el flujo contaminante es forzado a un
movimiento circular. Este movimiento ejerce fuerza centrífuga sobre las
partículas y
las dirige a las paredes exteriores del ciclón. Las paredes del
ciclón se angostan en la parte inferior de la unidad, lo que permite que las
partículas sean recolectadas en una tolva. El aire limpio sale del ciclón por la
parte superior de la cámara, pasando por un espiral de flujo ascendente o
vórtice formado por una espiral que se mueve hacia abajo.
Los ciclones
son eficientes para remover partículas grandes pero no son tan eficientes para
partículas pequeñas. Por
esta razón, a menudo se usan con otros dispositivos
de control.
Debido a que los dispositivos para el control de partículas capturan los
contaminantes pero no los destruyen, es necesario disponer adecuadamente el
material recolectado. Las partículas sólidas recolectadas frecuentemente se
disponen en un relleno. Las aguas residuales generadas por los lavadores deben
enviarse a una planta de tratamiento de aguas residuales. Cuando es posible, el
material particulado recolectado se recicla y vuelve a usar.
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