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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• temas de calidad del aire • ecología• recursos naturales • desechos sólidos• economía y factibilidad
¿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.
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 Canadahttp://www.ec.gc.ca/pollution/strategy/en/p4.cfm
Regulaciones para la Prevención de la Contaminación en Norteamérica
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: Semarnaphttp://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
Reciclaje en sitio (On-site)
Reciclaje fuera de sitio (off-site)
Tratamiento de Desechos
Disposición segura
Liberación Directa al Ambiente
Recicla en Proceso
Reducción de FuentesLa Prevención de la Contaminación abarca los primeros 4
Temas Ambientales Relacionados con la Prevención de la Contaminación
Uso de Energía
Calidad del Aire, Agua y SueloEcología
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
* También es importante considerar todas las fuentes posibles de contaminación, de los recursos naturales iniciales requeridos hasta la disposición final del producto.
Materias primas Uso de Energía+Agua
Producto Corrientes de Desecho
PROCESO
+
+
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
Materias Primas
+
Energía +Uso de agua
Productos
Ambiente
Corriente deDesecho
Contacto dérmico
Inhalación
Ingestión
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
o Combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo)o Combustibles nucleares (uranio)o Combustibles renovables (agua, geotérmico, viento y otras fuentes renovables de energía).
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:
Fuente: www.acnatsci.org/research
Ejemplo : Generación de Electricidad
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.
Generación de Electricidad: Energía Renovable
Ejemplo: Generación de Electricidad
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
Ejemplo: Energía Renovable
Temas AmbientalesEcología
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
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
Fuente: www.esd ornl.gov/programs/bioindicators/
Ejemplo: Estresantes de los Organismos
Estresantes térmicos-Incremento en el Tiempo de residencia -Incremento de Temperatura
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
• Incremento en hormonas corticosteroide y Catecolamina
• Alteraciones en neutrotransmisores
• Cambios metabólicos (aumento en glucosa, lactosa; disminución del glicógeno del tejido)
• Cambios celulares (aumento en proteínas de stress)
• Trastornos osmoregulatorios (equilibrio de agua, cloruro, sodio)
• Cambios en hematología (hematocritos, leucocritos)
• Cambios en la función inmunológica
• 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)
Nivel de respuesta del organismo
Respuesta de tejido/celular
Respuesta subcelular
Fuente: www.esd ornl.gov/programs/bioindicators/
Ejemplo: Estresantes de los Organismos
Stress Ambiental
PsicológicoInmunológico
Patológico
Efectos Individuales
(crecimiento, reproducción)
Población
Comunidad
Biomolecular
Bioquímico
Competencia alimentación reproducción
Cantidad y calidad del alimento
Directos Indirectos
Bioenergéticos De comportamiento
BioquímicosMetabólicos
Efectos Directos e Indirectos de los Estresantes
Temas ambientalesRecursos 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 AireFuentes 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.
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
Monóxido de CarbonoPartículas de Plomo
Partículas sólidas (2.5 y 10 micrones)Óxido de azufre (SOx)
OzonoÓxidos de Nitrógeno (NOx)
yCompuestos Orgánicos Volátiles (VOCs)
Hidrocarburos (HCs)
Criterios de Contaminantes del AireTemas Ambientales: Calidad del Aire
Monóxido de CarbonoEl 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 NitrógenoEl 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
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.
Ozono
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
• 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.).
Efectos Adversos de la Contaminación del Aire
Temas Ambientales: Calidad del Aire
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.
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.
Lluvia ácida y Deposición
Smog
Temas Ambientales: Calidad del Aire
Calentamiento GlobalLa 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 AmbientalesCalidad 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 OXÍGENOTodas 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 SólidosDesechos 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
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
Ejemplo : Aspecto Económico de la Recuperación de Desechos
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.
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
Thomson Crown Wood Products, Mocksville, NC
Ejemplo: Reciclaje de Agua de lavado de la Cabina de Spray Húmedo
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 ProcesoLas 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 cloro-orgánicos de las corrientes de desecho.
Medidas Externas de ProcesoLas 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 (LifeCycle Analysis, LCA)
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.
Fuente: www.acnatsci.org/research/kye/big_picture.html
¿Qué es el Análisis de Ciclo de Vida?
EjemplosBolsas de papel vs. Bolsas de
plásticoVasos de espuma de Poliestireno vs.
Vasos de papel
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.
Límites del SistemaCuáles 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.
Pasos del Análisis del Ciclo de Vida
Fuente: www.dk-teknik.dk/ydelser/miljo/LCA%20guide/3rd_ed/kap334.htm
La unidad funcional define cual es la base para la comparación ente dos productos similares.
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 VidaInventario 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
Adquisición de Materias Primas
Manufactura de Materiales
Manufactura de Productos
Disposición de Productos
Uso de Productos
Energía y Materiales
Emisiones al aire, desechos sólidos, agua de desecho
Reciclaje de materiales
Remanufactura de productos
Reciclaje 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
Evaluación de impacto del ciclo de vida
Pasos del Análisis 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
Fuente: www.uneptie.org/pc/pc/tools/lca.htm
Uso, reuso y mantenimiento del
producto
Mercadotecnia
Empaque
Manufactura
Reciclaje o disposición eventual como desecho
al final de su vida útil
Extracción y procesamiento de materias primas
Evaluación de Ciclo de Vida de un
producto o función
Las etapas de la Evaluación del Ciclo de vidaFuente: www.uneptie.org/pc/pc/tools/lca.htm
Definición de Meta y
Alcance
Inventario de Extracciones y Emisiones
Evaluación de Impacto
Interpretación
Definición de Meta y AlcanceEl (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 EmisionesLos 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.
Interpretación
Evaluación de ImpactoLos 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.
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 VidaAnálisis de Mejoras o Etapa de
InterpretaciónEl 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
