Transcript Técnicas de Prevención de la Contaminación

Técnicas de Prevención de la
Contaminación
Objetivo del Módulo
• Aplicar técnicas de prevención de la
contaminación a varios procesos industriales
para eliminar o reducir la emisión de sustancias
tóxicas o peligrosas al ambiente.
• Esto sería hecho al analizar globalmente los
procesos industriales así como las emisiones de
los procesos y los desechos manteniendo en
mente las leyes y regulaciones ambientales.
CAPÍTULO 1
Introducción a los Aspectos Ambientales
Relacionados con la Prevención de la
Contaminación
Introducción
- Prevención de la contaminación y Jerarquía de
Manejo de Desechos
- Introducción a los Temas Ambientales
- Impacto de la producción de químicos en el ambiente
- Impacto de las corrientes de desecho y análisis de ciclo de
vida
- Aspectos importantes del ambiente
• uso de energía
• temas de calidad del aire
• recursos naturales
• economía y factibilidad
• temas de calidad del aire
• ecología
• desechos sólidos
¿Qué es prevención de la
Contaminación?
Cualquier acción (o acciones) que previene la
liberación de sustancias peligrosas y/o któxicas
al ambiente - reducción de fuente.
Regulaciones para la Prevención de
la Contaminación en Norteamérica
CANADÁ
El gobierno federal Canadiense define la prevención
de la contaminación como: El uso de procesos,
prácticas, materiales, productos o energía que evitan o
minimizan la creación de contaminantes y desechos, y
reducen el riesgo global a la salud humana o al
ambiente.
Fuente : Environment Canada
http://www.ec.gc.ca/pollution/strategy/en/p4.cfm
EUA
Prevención de la Contaminación significa "reducción de
fuentes", como está definido en el Acta de Prevención de
la Contaminación (Pollution Prevention Act), y otras
prácticas que reducen o eliminan la creación de
contaminantes a través de: eficiencia creciente en el uso
de materias primas, energía, agua u otros recursos o
protección de los recursos naturales por conservación.
Fuente : EPA
http://www.epa.gov/opptintr/p2_97/append-c.pdf
MÉXICO
Vea la Ley General del Equilibrio Ecológico y
la Protección al Ambiente la cual define la
prevención de la contaminación para aire,
agua y tierra.
Fuente: Semarnap
http://www.semarnat.gob.mx/wps/portal
Beneficios de la Prevención de la
Contaminación
– Protección ambiental mejorada en varios aspectos
(aire, agua, suelo, ecología, salud humana)
– Costos reducidos de materias primas, energía, agua,
manejo de desechos, tratamiento de desechos y
disposición.
– Mejoras en salud y seguridad del trabajador, imagen
pública y calidad del producto.
Jerarquía de Manejo de Desechos
Reducción de Fuentes
La Prevención
de la
Contaminación
abarca los
primeros 4
Recicla en Proceso
Reciclaje en sitio
(On-site)
Reciclaje fuera de sitio
(off-site)
Tratamiento de Desechos
Disposición segura
Liberación Directa al Ambiente
Temas Ambientales Relacionados con la
Prevención de la Contaminación
Uso de Energía
Calidad del Aire, Agua y Suelo
Ecología
Recursos Naturales
Desechos Sólidos
Temas Económicos
Producción de un Químico
Es importante no solo ver los efectos de las
corrientes de desecho, sino también
considerar todos los pasos de la producción
al implementar las técnicas de prevención
de la contaminación en un proceso. Uno
debe usar un enfoque holístico.
Visión General de la Producción de
Químicos
Recursos
naturales y
otros procesos
requeridos
Calor y energía
desperdiciados y
emisiones de todos
los procesos
Contaminación de
las corrientes de
desecho y
disposición de
productos y
subproductos
Uso de
Materias primas + Energía+Agua
PROCESO
Producto +
Corrientes de
Desecho
* También es importante considerar todas las fuentes posibles de
contaminación, de los recursos naturales iniciales requeridos hasta
la disposición final del producto.
Materias Primas
Energía +
Uso de agua
+
Corriente de
Desecho
Ambiente
Contacto dérmico
Inhalación
Ingestión
Productos
Impacto de las Corrientes de
Desecho
La producción de un químico tiene
un impacto en muchos aspectos
diferentes del ambiente,
incluyendo recursos naturales,
aire, agua, tierra cultivable,
ecología y poblaciones humanas.
Impactos Primarios
Los contaminantes de corrientes de
desecho pueden impactar directamente el
aire, agua y tierra, y también pueden
tener un efecto adverso en el ambiente y
en los humanos por contacto dérmico,
ingestión o inhalación.
Impactos Secundarios
Los contaminantes de las corrientes de
desecho también pueden reaccionar
después de haber sido descargados
creando efectos adversos en el aire,
agua, suelo, ambiente o en los
humanos.
Temas Ambientales
Uso de la energía
• Es importante considerar:
– Las Fuentes Renovables y No renovables,
– La Eficiencia de las Fuentes,
– Las Fuentes Primarias y Secundarias,
– Los Impactos Asociados con el Ambiente.
Ejemplo: Generación de Electricidad
Los productores públicos y privados de
electricidad operan varios tipos de
unidades generadoras eléctricas, que
funcionan con un amplio rango de fuentes
de combustible, incluyendo:
o Combustibles fósiles (carbón, gas natural y
petróleo)
o Combustibles nucleares (uranio)
o Combustibles renovables (agua, geotérmico,
viento y otras fuentes renovables de energía).
Fuente: www.acnatsci.org/research
Ejemplo : Generación de Electricidad
Ejemplo: Generación de Electricidad
Generación de Electricidad: Energía
Renovable
Fuentes Finitas (no renovables) de energía incluyen a
los combustibles fósiles.
Fuentes Renovables de energía incluyen al agua
(hidroenergía), biomasa, viento, calor proveniente de
la tierra (energía geotérmica), y el sol (energía solar).
Fuentes "verdes" de energía renovable contribuyen
mucho menos al calentamiento global, y al cambio
climático en comparación con los combustibles fósiles.
Ejemplo: Energía Renovable
Energía Renovable no es un nuevo concepto.
Hace cinco generaciones, la madera abastecía cerca del
90% de de nuestras necesidades. Debido a la
conveniencia y los bajos precios de los combustibles
fósiles, el uso de la madera ha sido virtualmente
reemplazado.
Muchas industrias diferentes están convirtiendo biomasa
en electricidad.
Ejemplos de tales procesos/sustancias incluyen desechos
de manufactura y licor negro de la producción de papel.
Ejemplo: Energía Renovable
Fuente:http://www.eia.doe.gov/cneaf/solar.renewables/page/rea_data/rea_sum.html
Temas Ambientales
Ecología
Es importante considerar los efectos de los
contaminantes en ecosistemas que pueden
causar daño al:
- Interrumpir el ciclo de los elementos (i.e.
nutrientes).
- Entrando a la cadena alimenticia.
Ecología es el estudio de flujos de materiales y
patrones de uso de energía en comunidades de
organismos vivos en el ambiente,calificados como
ecosistemas.
Fuente : Green Engineering, Allen and Shonnard, pp. 23
Ejemplo: Estresantes de los
Organismos
Los organismos están sujetos a un
número y variedad de agentes
estresantes en el ambiente, por lo tanto
medidas múltiples de salud son
requeridas para ayudar a identificar y
separar efectos antropogénicos
inducidos de estrés de aquellos efectos
causados por estresantes naturales.
Ejemplo: Estresantes de los Organismos
Respuesta subcelular
Estresantes térmicos
• Incremento en hormonas
corticosteroide y Catecolamina
-Incremento en el Tiempo de residencia
-Incremento de Temperatura
• Alteraciones en neutrotransmisores
Respuesta de tejido/celular
• Cambios metabólicos (aumento en glucosa,
lactosa; disminución del glicógeno del tejido)
Estresantes físicos
-Transporte
- paso de la turbina
-Derrames
-Incremento en la
demanda de natación
Estresantes químicos
-Exposición a contaminantes
-Decremento en la calidad del agua
-Gases supersaturados
• Cambios celulares (aumento en proteínas de
stress)
• Trastornos osmoregulatorios (equilibrio de
agua, cloruro, sodio)
• Cambios en hematología (hematocritos,
leucocritos)
• Cambios en la función inmunológica
Nivel de respuesta del organismo
• Mortalidad acumulada y latente
- Cambios en desempeño (crecimiento,
capacidad para nadar, resistencia a las
enfermedades, elusión de
depredadores)
- Patrones de comportamiento
modificados (selección del hábitat)
Fuente: www.esd ornl.gov/programs/bioindicators/
Ejemplo: Estresantes de los Organismos
Efectos Directos e Indirectos de los
Estresantes
Stress
Ambiental
Indirectos
Directos
Cantidad y
calidad del
alimento
Biomolecular
Bioquímico
Bioenergéticos
Psicológico
Inmunológico
Bioquímicos
Patológico
Competencia
alimentación
reproducción
De comportamiento
Efectos
Individuales
(crecimiento,
reproducción)
Metabólicos
Población
Comunidad
Fuente: www.esd ornl.gov/programs/bioindicators/
Temas ambientales
Recursos Naturales
• Es importante considerar lo siguiente en el diseño
de un proceso:
– Disponibilidad de los recursos naturales
(material).
– Uso sostenible del material.
• Capacidad para reciclar, conservar y/o usar
tecnologías mejoradas para mantener la
disponibilidad del material.
Temas ambientales: Calidad del Aire
Fuentes Móviles:
Automóviles, otros vehículos de transporte y
vehículos recreacionales como vehículos para
nieve y agua.
Fuentes Estacionarias:
Incluyen fábricas y otros procesos de manufactura.
Fuentes de Área:
Emisiones asociadas con actividades humanas no son
consideradas móviles o estacionarias, incluyendo emisiones de
equipos para el césped y el jardín, y calefacción residencial.
Temas Ambientales: Calidad del Aire
Primarios:
Aquellos emitidos directamente a la atmósfera.
Secundarios:
Aquellos formados en la atmósfera después de la
emisión de compuestos precursores.
Temas Ambientales: Calidad del Aire
Criterios de Contaminantes del Aire
Monóxido de Carbono
Partículas de Plomo
Partículas sólidas (2.5 y 10 micrones)
Óxido de azufre (SOx)
Ozono
Óxidos de Nitrógeno (NOx)
y
Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs)
Hidrocarburos (HCs)
Temas Ambientales: Calidad del Aire
Monóxido de Carbono
El monóxido de carbono es fácilmente absorbido en el
cuerpo por los pulmones. Decrece la capacidad de la
sangre de transportar oxígeno, lo que provoca riesgos a
la salud para niños no natos y gente que sufre de
enfermedades del corazón y de los pulmones.
Dióxido de Nitrógeno
El óxido nítrico reacciona con los hidrocarburos en
presencia de la luz del sol para formar dióxido de
nitrógeno.
Durante el verano, el NO2 es un componente mayor del
smog fotoquímico.
Temas Ambientales: Calidad del Aire
Ozono
El ozono no es emitido directamente a la atmósfera
pero es formado principalmente por la reacción de los
hidrocarburos y los óxidos de nitrógeno en presencia
de luz solar.
Dióxido de Azufre
El dióxido de azufre es emitido directamente a la
atmósfera y puede permanecer suspendido por días
permitiendo la amplia distribución del contaminante.
Fuente: http://www.arb.ca.gov/aaqm/criteria.htm
Temas Ambientales: Calidad del Aire
Efectos Adversos de la Contaminación del
Aire
• Deterioro del ozono estratosférico
- Químicos que deterioran el ozono (CFCs, HCFCs) y luz.
• Smog (creación de ozono troposférico)
- Reacción de VOCs o HCs con NOx y luz.
• Lluvia ácida y Deposición
- Reacción de NOx y SOx con moléculas de agua en la
atmósfera.
• Calentamiento Global (o efecto invernadero)
- Causado por emisión de “gases invernadero” (CO2,
CH4, N2O, etc.).
Temas Ambientales: Calidad del Aire
Lluvia ácida y Deposición
La acidificación puede llevar a la reducción de la salud
de los árboles y eventualmente a la muerte de la
totalidad de los bosques. Algunos suelos contienen
caliza que neutraliza el ácido y por lo tanto mantiene los
efectos de la acidificación invisibles por un periodo de
tiempo.
Smog
El ozono troposférico es absorbido por las plantas a través
de las hojas.
En las hojas, el ozono degrada clorofila. La pérdida de
clorofila inhibe la fotosíntesis y por lo tanto el crecimiento
de la planta.
Calentamiento Global
La concentración de los gases invernadero se
incrementan continuamente en la atmósfera debido a las
actividades humanas:
1) Por emisión de gases de invernadero encontrados
naturalmente como bióxido de carbono (CO2), metano
(CH4) y óxido nitroso (N2O), y,
2) Por emisión de nuevas sustancias como carbonos
halogenados (CFCs, HCFCs y PFCs).
El posible incremento de la temperatura de la tierra debido
a estas emisiones es frecuentemente llamado “efecto
invernadero” o “calentamiento global”.
Fuente: http://www.howproductsimpact.net
Temas Ambientales
Calidad del Agua
•
•
La contaminación de aguas superficiales (lagos,
ríos, mares, océanos) y aguas subterráneas puede
ocurrir de fuentes puntuales o no puntuales.
Los contribuidores a la contaminación del agua
incluyen:
- Fuentes Industriales
-Fuentes Municipales
- Fuentes de Agricultura
- Silvicultura
- Transporte por tierra y agua
AGOTAMIENTO DEL OXÍGENO
Todas las plantas y animales en el agua necesitan
oxígeno para su respiración y la concentración de
oxígeno en el agua es un factor limitante para muchas
especies de peces y animales que viven en el fondo del
mar.
Un grado poco severo de agotamiento de oxígeno
puede causar un cambio en la composición de la vida
acuática hacia especies con menos demanda de
oxígeno. Un mayor deterioro del oxígeno puede matar
plantas, peces y animales de los fondos acuáticos y
dejar solo plancton, larvas de insectos y bacterias.
Fuente: http://www.howproductsimpact.net
NITRÓGENO
Las emisiones originadas en agua pueden elevarse por la
industria agrícola, industria y los hogares en formas como
amoniaco (NH3), amonio (NH4+), nitrito (NO2-), nitrato
(NO3), urea (CO(NH2)2) y nitrógeno orgánico.
Emisiones excesivas de sustancias nitrogenadas pueden
cambiar el equilibrio en el ambiente acuático y terrestre
causando serios problemas conocidos como
enriquecimiento de nutrientes.
Fuente: http://www.howproductsimpact.net
Temas Ambientales: Desechos Sólidos
Desechos no peligrosos:
– Representa la mayor contribución en el
panorama de desechos industriales.
– Contribuciones importantes provienen de las
industrias de manufactura, minería y petróleo
y gas.
Desechos peligrosos:
– Materiales residuales que son inflamables,
reactivos, corrosivos y tóxicos.
– Cantidades pequeñas pero gran costo de
tratamiento en comparación con los desechos
no peligrosos.
– Muy poco es reciclado.
Temas Ambientales: Economía
Ejemplo : Aspecto Económico de la Recuperación de
Desechos
La Recuperación de Desechos es una alternativa de
manejo de desechos rentable (cost-effective).
• La Recuperación Efectiva depende de la
segregación del material recuperable y de otros
desechos de proceso o materiales extraños.
• Ventajas Potenciales:
• Elimina los costos de disposición de desechos
• Reduce los costos de materias primas
• Reduce el uso de energía (y por lo tanto el costo)
• Provee ingresos de desechos vendibles
Fuente: es.epa.gov/techinfo/facts/nc/tips8.html
Ejemplos de Reducción de Desechos por
Recuperación y Reuso - Técnica Industrial
Manufactura de espejos
- Recuperación de xileno gastado usando un sistema
de destilación batch.
Tablas de circuitos impresas
- Un sistema electrónico de recuperación usado para
recuperar cobre y estaño/plomo de las aguas de
desecho de proceso.
Herramientas de energía
- Recuperación de los baños alcalinos desgrasantes
usados en los sistemas de ultrafiltración, etc.
Ejemplo: Reciclaje de Agua de lavado de
la Cabina de Spray Húmedo
Thomson Crown Wood Products, Mocksville, NC
Sistema Original: Disposición del agua de lavado de
la cabina de spray húmedo como desecho peligroso.
Nuevo Sistema: Separar los sólidos de pintura del
agua de desecho y reciclar el agua recuperada
nuevamente a la cabina de spray.
Resultado : Reducción de los costos de disposición
de desechos peligrosos de $92,500 por año
Fuente: es.epa.gov/techinfo/facts/nc/tips8.html
Fuentes e Impactos de la Contaminación
en la Producción de Químicos
Frente al crecimiento de la
preocupación pública y política,
la industria de la pulpa y el
papel comenzó a investigar e
implementar maneras de
reducir la formación de
compuestos organoclorados y
la descarga de plantas que
reportan descargas don AOX,
COD y BOD. Estos pueden ser
categorizados ampliamente
como medidas externas e
internas de proceso.
Medidas Internas de Proceso
Las medidas internas de proceso para reducir los
compuestos organoclorados de la planta y otras salidas
de contaminantes se centra en la remoción incrementada
de lignin antes de que la pulpa sea enviada a la planta de
blanqueamiento.
La remoción mejorada de lignin permite la modificación
de los agentes y del proceso de blanqueamiento y
reduce la carga de químicos blanqueadores usados.
Estos procesos han sido investigados intensamente y
ahora parecen establecerse como el sistema futuro de
elección para la eliminación de compuestos cloroorgánicos de las corrientes de desecho.
Medidas Externas de Proceso
Las medidas externas de proceso se refieren principalmente
al diseño y construcción de varios tipos de plantas de
tratamiento.
El tratamiento de efluentes de plantas blanqueadoras puede
reducir los efectos tóxicos, dependiendo de los químicos
blanqueadores usados y el tipo de tratamiento empleado,
mientras que el cambio a dióxido de cloro como químico
blanqueador también ha contribuido.
La capacidad de los sistemas de tratamiento de reducir los
componentes AOX varia marcadamente, pero las aguas de
desecho descargadas de tal planta invariablemente
contienen AOX si químicos basados en cloro son usados
mientras los lodos pueden contener hasta 50g de AOX por
kg de material seco.
Análisis de Ciclo de Vida (Life
Cycle Analysis, LCA)
¿Qué es el Análisis de Ciclo de Vida?
Es examen del impacto ambiental total de un producto a
lo largo de cada paso de su vida, frecuentemente citado
como el análisis "de la cuna a la tumba" de un producto.
Ejemplos
Bolsas de papel vs. Bolsas de
plástico
Vasos de espuma de Poliestireno vs.
Vasos de papel
Fuente: www.acnatsci.org/research/kye/big_picture.html
Por ejemplo, después de una ráfaga de legislaciones
estatales regulando las bolsas de plástico, los
fabricantes tanto de las bolsas de plástico como de
papel para provisiones realizaron estudios de ciclo
de vida para comparar los dos tipos de bolsas. El
estudio por un grupo comercializador de plástico
alegó que el impacto ambiental neto de las bolsas de
plástico es menor que el de las bolsas de papel.
Fuente: www.acnatsci.org/research/kye/big_picture.html
Aún cuando los frecuentemente criticados vasos de
espuma de poliestireno han sido defendidos por los
LCA. Un estudio publicado en la reconocida revista
académica Science, comparó el impacto ambiental de
los vasos de espuma de poliestireno para bebidas
calientes con los vasos de papel
Se estimó que la manufactura de vasos de papel
requería consumir 36 veces más electricidad y
generaba mas de 500 veces el agua de desecho que
la fabricación de vasos de espuma de poliestireno.
Fuente: www.acnatsci.org/research/kye/big_picture.html
Un Análisis de Ciclo de Vida
consta de cuatro pasos
principales:
1) Los límites del Sistema
2) Inventario de Ciclo de Vida.
3) Evaluación de Impacto del Ciclo de Vida.
4) Análisis de Mejoras o Etapa de
Interpretación.
Pasos del Análisis del Ciclo de Vida
Límites del Sistema
Cuáles serán los límites de la investigación
Los límites del sistema definen los procesos y/u
operaciones (e.g. manufactura, transporte y procesos
de manejo de desechos), y las entradas y salidas a
tomar en cuenta en el LCA.
La unidad funcional define cual es la base para la
comparación ente dos productos similares.
Fuente: www.dk-teknik.dk/ydelser/miljo/LCA%20guide/3rd_ed/kap334.htm
El cartón juega un rol
importante en el
empacado debido a su
resistencia, bajo precio y
propiedad de flexibilidad.
Las hojas de papel por
encima de 0.3 mm de
espesor son clasificadas
como cartón y el cartón es
producido en estructuras
de capa única o capas
múltiples.
Fuente: http://www.howproductsimpact.net/box/
Fuente: www.pre.nl/life_cycle_assessment/impact_assessment.htm
Pasos del Análisis del Ciclo de Vida
Inventario del Ciclo de Vida
La meta es determinar y cuantificar claramente las
entradas y salidas de las fronteras del proceso.
Esto se toma en cuenta para el uso de materias
primas, energía y efluentes de desecho (aire, agua,
sólidos), emisiones y subproductos del proceso en
general.
Recursos Naturales
Energía y Materiales
Adquisición de Materias
Primas
Emisiones al aire, desechos sólidos, agua de
desecho
Reciclaje de
materiales
Manufactura de Materiales
Remanufactura de
productos
Manufactura de Productos
Reciclaje de productos
Uso de Productos
Disposición de Productos
Fuente: http://www.howproductsimpact.net
La electricidad usada en todos los procesos es
obtenida de la red nacional. Esta electricidad es
derivada principalmente del carbón, petróleo, gas
natural y energía hidroeléctrica.
La electricidad es producida en plantas por combustión
de combustibles como carbón, petróleo y gas natural.
Durante la combustión muchas sustancias son emitidas
al aire, por ejemplo, dióxido de carbono, óxidos de
nitrógeno, compuestos orgánicos volátiles, metano y
óxido de azufre.
Fuente: www.howproductsimpact.net/box/systemboundaries/systemboundarieselectricitygeneration.htm
Pasos del Análisis del Ciclo de Vida
Evaluación de impacto del
ciclo de vida
El objetivo de este paso es compilar los impactos
ambientales de los puntos del Inventario de Ciclo de Vida.
Esto puede hacerse en tres pasos principales:
- clasificación : de la sustancia en una categoría
relacionada con el impacto que pueda tener
- caracterización : de la potencia del impacto
ambiental
- evaluación : pueden determinarse índices relativos
a una evaluación general de impacto
Extracción y procesamiento
de materias primas
Reciclaje o disposición
eventual como desecho
al final de su vida útil
Manufactura
Evaluación de Ciclo
de Vida de un
producto o función
Empaque
Uso, reuso y
mantenimiento del
producto
Mercadotecnia
Fuente: www.uneptie.org/pc/pc/tools/lca.htm
Definición de
Meta y
Alcance
Interpretación
Inventario de
Extracciones
y Emisiones
Evaluación de
Impacto
Las etapas de la Evaluación del Ciclo de vida
Fuente: www.uneptie.org/pc/pc/tools/lca.htm
Definición de Meta y Alcance
El (los) producto(s) o servicio(s) a ser evaluados son
definidos, una base funcional para su comparación es
elegida y el nivel requerido de detalles es definido.
Inventario de Extracciones y Emisiones
Los portadores de energía y materia prima usados, las
emisiones a la atmósfera, agua y suelo y los diferentes
tipos de uso de la tierra son cuantificados para cada
proceso, entonces son combinados en el diagrama de
flujo del proceso y relacionados en la base funcional.
Evaluación de Impacto
Los efectos del uso de recursos y las emisiones
generadas son agrupados y cuantificados en un número
limitado de categorías de impacto que pueden ser
ponderadas por su importancia.
Interpretación
Los resultados son reportados en la manera más
informativa posible y la necesidad y oportunidades de
reducir el impacto de el(los) producto(s) o servicio(s) en
el ambiente son evaluadas sistemáticamente.
Pasos del Análisis de Ciclo de Vida
Análisis de Mejoras o Etapa de
Interpretación
El cuarto paso es interpretar los resultados de la
evaluación de impacto, sugiriendo mejoras cuando sea
posible.
Este paso puede consistir en recomendar el producto
ambientalmente más deseable.
Fuente: Green Engineering, Allen and Shonnard, pp. 425