Contaminación del aire

Contaminación atmosférica.

• Aire: conjunto de gases que forman la atmósfera.

• RRNN que tiene mayor intercambio con la biosfera.

• Según la OMS: Existe contaminación de aire cuando en su composición aparecen una o varias sustancias extrañas, en determinadas cantidades y en determinados periodos de tiempo, que pueden resultar nocivas para el ser humano, animales, plantas, o suelos, así como perturbar el bienestar y el uso de los bienes.

Fuentes de Contaminación: Naturales

• Erupciones Volcánicas:• Compuestos de S (SO2, H2S), partículas.• Incendios forestales: altas concentraciones de CO2, óxidos de

nitrógeno, humo, polvo y cenizas.• Actividades de los Seres vivos: • Respiración.• Procesos de reproducción y floración en plantas anemófilas. • (Polinosis, especialmente en primaveras.)• Descargas eléctricas: Oxidan el nitrógeno atmosférico • Mar: partículas salinas al aire.• Vientos fuertes o vendavales.

Fuentes de Contaminación: Antrogénicas

• La mayor parte por utilización de combustibles fósiles (Carbón, petróleo y gas).

• Hogar.• Transporte.• Industria.• Agricultura y ganadería.• Eliminación de residuos sólidos.

Fuentes de contaminación:Contaminante

Partículas SOx COx NOx HC

Origen natural 88,7 57,1 90,6 88,7 84,5

Origen humano

11,3 42,9 9,4 11,3 15,5

Tipos de contaminantes.

• Sustancias Químicas• Formas de energías.• Concentraciones suficientes• Nocivas• Tiempos de Residencia

Sustancias Químicas

• Contaminantes primarios y secundarios.• Partículas: PolvosAerosoles Nieblas Humos.

Polvos

• Partículas sólidas• Diámetro menor a 500 umCausas:Vientos o vendavales.ErupcionesPolución.Polvo en dispersión, efecto Tindall

Efecto Tyndall

Aerosoles

• Coloide de partículas sólidas o líquidas.

• Pueden estar suspendidas en un gas.

• Tamaño de 0,002 um a 100 um.

• PM------aerosol.• Procesos FQ de la

atmósfera.

Material particulado

• Formación de nubes• Nucleos de

condensación • Modificación del

balance radiativo de la tierra. (pantalla)

• Superficies polifásicas

Superficies adsorbentes

Nieblas

• Suspensión de gotas pequeñas en un gas.

• Impiden visibilidad.• Agua expelida por

vegetación, ríos, charcos.

• Mayor o menor condensación (polvo de sal)

Óxidos de Nitrógeno.

Formula Nombre No oxidación del N

Propiedades

N2O Oxido nitroso 1 Gas incoloro, soluble en agua

NON2O2

Óxido nítricoBióxido de dinitrógeno

2 Gas incoloro, ligeramente soluble en agua

N2O3 Trióxido de dinitrógeno 3 Sólido negro, soluble en agua, se descompone en agua

NO2N2O4

Dióxido de nitrógenoTetróxido de dinitrógeno

4 Gas café rojizo, muy soluble en agua, se descompone en agua.

N2O5 Pentóxido de dinitrógeno 5 Sólido blanco, muy soluble en agua, se descompone en agua

Origen de los NOX

• Natural:• Incendios forestales• Erupciones volcánicas• N2O por metabolismo microbiano a partir de

fertilizantes en el suelo.• Rayos.• Total: 70-125 millones de Tm/año.

Origen de los NOX

• Antropogénico:• Procesos de combustión

Fuente Porcentaje del total anual de emisiones de Óxido de Nitrógeno

Transporte 39.3

Vehículos motorizados (gasolina) 32.0

Vehículos motorizados (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, calefacciones...) 48.5

Gas Natural 23.3

Carbón 19.4

Combustóleo (Aceite combustible) 4.8

Madera 1.0

Procesos Industriales (Plantas de Ácido Nítrico....) 1.0

Eliminación de deshechos sólidos 2.9

Diversos (incendios forestales, quema agrícola...) 8.3

Óxidos de nitrógeno: origen.

Oxidos de nitrógeno producción en la ciudad de Bs As

• El compuesto predominante es el bióxido o dióxido de nitrógeno.

• El NO2 reacciona en presencia del aire y la luz UV cuando hay luz del sol, para formar ozono y óxido nítrico NO.

• El NO reacciona con radicales libres que son formados por la acción de la luz UV sobre los COVs

• Los Radicales libres reciclan NO a NO2• Los NO pueden producir ozono un múltiplo de veces , hasta que

los COV sean reducidos a compuestos de cadena corta que dejan de ser fotoreactivos.

• En promedio una molécula de COVs interviene en reacciones unas cinco veces.

• Los NOx pueden reaccionar para incrementar o agotar la concentración de ozono.

• El ión nitrógeno, puede tener varios números de iones oxígeno como compañero. Y según cambie su energía de ionización el nitrógeno buscará a sus compañeros oxígenos.– Cambio de la energía de ionización en el nitrógeno.– Es golpeado por un fotón de radiación ionizadora (UV)– Es golpeado por diferentes fotones y puede cambiarse el nivel de ionización,– Es catalizado– Es estimulado suficientemente por energía termal IR– Reacciona con un radical quimicamente oxidante o reductor– Reacciona con un ión quimicamente oxidante o reductor (átomo con carga

eléctrica desbalanceada)

• Cuando cualquiera de los óxidos de nitrógeno se disuelven en agua se descomponen y forman ácido nítrico o ácido nitroso.

• El ácido nítrico forma sales de nitrato• El ácido nitroso forma sales de nitrito• Los óxidos de nitrógeno reaccionan como gases, como

ácidos en gotitas de agua, o como sales y cuando todo esto ocurre se forma la lluvia ácida.

• N2O es conocido como gas hilarante, es producido por: plantas y levaduras, es un analgésico a través del cual se siente dolor pero no te molesta.

• Reacciona tanto en la tropósfera (por debajo de los 10000 pies sobre el nivel del mar) como en la estratósfera 50000 a 150000 pies SNM

• Tiempo de vida entre: 100 y 150 años.• La oxidación del N2O por O3 puede ocurrir a cualquier temperatura

N2O4, O2 y N2O2• genera O2 y NO o dos moléculas de NO formando un dímero N2O2, y

en dos horas se transforman a NO2.• NO2 a su vez genera una molécula de O3 a partir de una de Oxígeno

cuando es golpeado por un fotón de energía ionizador proveniente de la luz

• El N2O también es un GEI, al absorber la radiación IR, por lo que retiene el calor que irradia la tierra.

• Las emisiones de NOx provenientes de la combustión son principalmente NO, este se genera hasta el límite de oxígeno disponible, 200 ppm a 1300°C, a temperaturas menores 760°C el NO es generado en menor cantidad o no se genera en absoluto.

• El NO generado en combustión esta de acuerdo a una relación aire/combustible.

• A excepción del NO proveniente del suelo, los relampagos y los incendios naturales, el NO es antropogénico.

• Fuentes biogénicas responsables de menos del 10 % de emisión del NO• EL NO pudiese causar un efecto similar al del CO en los organismos, sin

embargo, por su poca solubilidad en agua no causa en general la muerte.• El NO2 se encuentra presente en la atmósfera y en la lluvia ácida• Produce ácido nítrio al disolverse en agua• Cuando el NO2 reacciona con un fotón para hacer que el O2 se convierta

en O3, el NO se transforma en NO, el NO se oxida a NO2 por medio de radicales provenientes de fotoreacciones de los COVs

• Debido a la participación en la formación de ozono, tanto el NO como NO2 deben ser considerados NOx

• EL N2O es biogénico en su mayor parte.

Formación de NOx en la combustión:

• 1. NOx termales: Concentración de NOx termales es controlada por las concentraciones molares de nitrógeno y oxígeno y la temperatura de combustión.

• A temperaturas bajas de 1300°C se forma menos NOx termales.

• 2. NOx combustibles: Combustibles que poseen N como el carbón crean NOx por oxidación del Nitrógeno ya ionizado que se encuentra en el combustible.

• 3. NOx inmediatos: Nitrógeno molecular en el aire que se combina con combustible en condiciones ricas en combustible en una combustión, el nitrógeno se oxida junto con el combustible y se convierte en NOx

NOx Térmico

• El NOx térmico resulta de la disociación del nitrógeno atmosférico en las zonas de alta temperatura de la llama, de acuerdo a las siguientes reacciones:

•     N2 + O   ---------->   NO+N    N  + 02   ---------->  NO+O

• Especialmente la primera de estas reacciones es altamente dependiente de la temperatura y el tiempo de residencia.

• Las zonas de alta temperatura de una llama serán por lo tanto centros en los que se favorecerá la formación de NOx.

NOx INSTANTANEO

• El NOx instantáneo se forma en las primeras etapas de la llama resultante de la combustión de hidrocarburos en presencia de radicales de hidrocarbonos.

• Es decir, en la combustión de combustibles que no poseen radicales CH no se producirá la formación de NOx instantáneo:

•     N2  + CH  ----------> N        +  HCN    N   + O2   ---------->  NO     + O

NOx DEL COMBUSTIBLE

• El NOx del combustible se forma a partir de los átomos de nitrógenos directamente ligados a las moléculas que forman el combustible.

• Como el hidrógeno y el carbón son oxidados durante la combustión, todos los átomos de nitrógeno del combustible son liberados como átomos inestables

• A modo de ejemplo, el petróleo liviano posee entre 0.015 a 0.05% de nitrógeno; en cambio, el petróleo residual o pesado contiene entre 0.25 y 0,5%. Esto se traduce en producciones de NOx de 10 ppm para el caso del petróleo liviano y 2000 a 3000 ppm para el caso de los petróleos pesados.

• Resulta evidente señalar que combustibles como el gas natural que contienen nitrógeno molecular N2 y no poseen átomos de nitrógeno ligados, formarán solamente NOx térmico.

NOx en el ambiente:

• NOx son transparentes a la mayoría de longitudes de onda de la luz, permiten que los fotones atraviesen y tienen un periodo de vida de por lo menos varios días.

• El NO2 parece tener un tiempo mas largo, debido a que es producto de la oxidación del NO, y es capaz de viajar largas distancias antes de generar ozono

• En la noche: COVS. NO y NO2 pueden recorrer largas distancias y estar disponibles para las reacciones fotoquímicas al siguiente día.

Problemas relacionados con los NOx

• Enriquecimiento de nutrientes (eutroficación)• disponibilidad de nitratos bastante grande• Se altera la relación entre el N y otros componentes.• ALteraciones pueden producir: cambios en el fitoplancton, brotes algaceos

tóxicos o nocivs de color café o rojos (marea roja) .• Los brotes algaceos y otro tipo de acumulación de organismos, generan sombra

y causan la muerte de las plantas en el agua, que agota el contenido de hipoxia.• Se estima que entre el 12 y 44% de la carga de nitrógeno en el suelo proviene

del aire.• Debido a que el ácido nítrico, acido sulfuroso, acido sulfúrico reaccionan con el

amoniaco del aire, forman cristales sólidos menores a 2,5 um, y pueden ser sitios de formación de núcleos para el crecimiento de partículas.

• Aveces no pueden ser detectadas opticamente porque no pueden llegar a dispersar la luz por su tamaño muy pequeño menor a 2, 5 um.

Compuestos Carbonados

Monóxido de Carbono

• Se produce por la combustión deficiente de sustancias como gas, gasolina, keroseno, carbón, petróleo, tabaco o madera.

• Las chimeneas, las calderas, los calentadores de agua o calefactores y los aparatos domésticos que queman combustible, como las estufas u hornallas de la cocina o los calentadores a queroseno, también pueden producirlo si no están funcionando bien.

• Los vehículos detenidos con el motor encendido también lo despiden.

• La presencia de CO puede ser considerado un problema de salud pública.

• Forma Carboxihemoglobina• Afecta a personas que hacen ejercicio en las

calles.• En 1992 los niveles de CO fueron

sobrepasados en 20 ciudades de EEUU (14 millones de personas)

• Parque automotor responsable de la emisión de CO:• 90% en ciudad, 70% en carreteras.• Es emitido directamente del tubo de escape de los vehículos.• La combustión incompleta ocurre en el motor de los

vehículos cuando las proporciones entre aire y combustibles son bajas.

• Esto ocurre especialmente en el arranque del vehículo cuando se nota que el suministro de aire esta restringido (ahogado)

• Si el auto no está afinado o calibrado• A cierta altitud cuando el aire es delgado.

Aire delgado.

• Los vehículos antiguos pueden eliminar combustible sin quemar en condiciones de altitud.

• Los vehículos nuevos pueden tener un sensor de presión• Los vehículos trabajan como una mezcla optima a nivel

del mar.• Menos oxígeno --------- menos combustión -----menos

energía.• Las regulaciones han mejorado el diseño de los motores

hasta llegar a 1975: convertidor catalítico: • CO--- CO2, NOx--- N2 + O2 y HC----CO2 y H2O

Catalizador.

• Un catalizador reduce el 99% de emisiones.• El catalizador es responsable de que se

produzcan 5 veces menos cantidad de GEI.• Porqué las emisiones de CO aumentan en

clima frío?• Puede añadirse alcoholes que aumentan

Dióxido de Carbono• Intercambio de CO2 entre la respiración de los seres vivos y la

atmósfera.• El CO2 es producido como desecho• El carbono es fijado o retenido por las plantas a través de la

fotosíntesis.• Transferencia entre la atmósfera , los océanos y el suelo.• Cuando supera el equilibrio de CO2 en los cuerpos de agua, el CO2

pasa a formar ácido carbónico.• Iones bicarbonato son asimilados por animales acuáticos en la

formación de tejidos.• Ca2+ + HCO3

- ---------------------- CaCO3 +H2O + CO2

• Deficiencia de oxígeno en el fondo del mar: Anaerobiosis.

• CO2 es el responsable del calentamiento global.

• El aumento desde la época preindustrial se ha establecido en 100 ppm, es decir 390 ppm: 0,039%.

• CO2 además de la actividad industrial puede desprenderse mas CO2 si aumenta la actividad solar.

Compuestos orgánicos volátiles. COV´s

• Todo compuesto que tenga a 293,15°K, Pv= 0,01 kPa• Tolueno• Metanol• Xilenos• N-Hexano• Benceno• 2,2,4-trimetilpentano• Formaldehído• Metil etil cetona

• Pueden encontrarse en fuentes puntuales, móviles, vegetales y suelos.

• Se eliminan como producto de combustión• El control debe basarse en una caracterización física química.• Puede utilizarse cromatografía de gases y cromatografía de gases

acoplada a espectrómetro de masas.• Principales industrias que generan COV´s:• Pinturas y recubrimientos• Tintas de impresión• Adhesivos• Agroquímica• Producción de polímeros

• Las principales acciones que ejercen en la atmósfera son:

• Precursores de ozono en la tropósfera• Destructores de ozono en la estratósfera.4 principales características:Volátiles.Liposolubles.Inflamables.Tóxicos.

• Pueden ser antropogénicos:• Y biogénicos:• CH4• Isopreno• limoneno