Apuntes_Tema 4_ Control de Óxidos de Azufre by Cherry Flavour

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre TOMA DE MUESTRAS Y ANÁLISIS DE LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

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ÓXIDOS DE AZUFRE

Los óxidos de azufre son gases incoloros que se forman al quemar azufre. El dióxido de azufre (SO2) es el contaminante criterio que indica la concentración de óxidos de azufre en el aire. La fuente primaria de óxidos de azufre es la quema de combustibles fósiles, en particular el carbón, debido a que el azufre reacciona con el oxígeno en el proceso de combustión para formar dióxido de azufre. La cantidad del azufre que es emitido al aire (como dióxido de azufre) es casi la misma cantidad de azufre presente en el combustible. En los procesos metalúrgicos también se liberan grandes cantidades de este gas debido a que se emplean frecuentemente los metales en forma de sulfuros. Se ha encontrado que los óxidos de azufre perjudican el sistema respiratorio, especialmente de las personas que sufren de asma y bronquitis crónica. Los efectos de los óxidos de azufre empeoran cuando el dióxido de azufre se combina con partículas o humedad del aire. Esto se conoce como efecto sinérgico porque la combinación de sustancias produce un efecto mayor que la suma individual del efecto de cada sustancia. Los óxidos de azufre también son responsables de algunos efectos sobre el bienestar, el de mayor preocupación es la contribución de óxidos de azufre a la formación de lluvia ácida que puede perjudicar lagos, la vida acuática, materiales de construcción y la vida silvestre. El grado de toxicidad del SO2 dependerá del nivel (en ppm) al que estemos expuestos. La concentración máxima permitida en los lugares de trabajo es de 2 ppm NIVEL (ppm) 3 – 5 ppm 1 – 10 ppm 20 ppm (corta exposición) 20 ppm (larga exposición) 400 – 500 ppm

EFECTOS FISIOLÓGICOS Detección por olfato Aumento de frecuencia respiratoria y pulso Irritación de ojos y nariz. Incremento de crisis asmática Afecciones respiratorias severas Graves padecimientos cardiovasculares

La reacción del oxígeno con azufre para formar ácido sulfúrico es la siguiente:

S  O2  SO2 SO2  H 2O  H 2 SO3 2 SO2  O2  2SO3 SO3  H 2O  H 2 SO4 La reacción química que daña los monumentos y edificios es la siguiente:

H 2 SO4  CaCO3  CaSo4  CO2  H 2O 1

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre Finalmente, la reacción del ácido carbónico es esta:

CO2  H 2O  H 2CO3

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METODOLOGÍA DEL MUESTREO

En este tema trataremos el estudio de los contaminantes atmosféricos más frecuentes en la actualidad a excepción de los sistemas de evaluación continua. Trataremos la emisión, el transporte y la inmisión de los contaminantes que hay en el aire. Los objetivos de realizar un estudio sobre los contaminantes atmosféricos son principalmente: - Conocer los efectos sobre la población y el medio ambiente - Informar al público sobre la calidad del aire - Proporcionar información sobre fuentes y riesgos de contaminación. - Evaluaciones sobre tendencias a largo plazo. - Medir efectos en la calidad del aire. - Estudiar las reacciones químicas de los contaminantes en el aire - Calibrar y evaluar modelos de dispersión de contaminantes. A la hora de realizar el muestreo se tendrá que tomar en cuenta el área de influencia, ya que todos estos objetivos determinarán áreas o localidades delimitadas en donde se llevarán a cabo los estudios, agrupándose en muestreos de un área o región determinada (población, vegetación, materiales…), muestreos por fuentes emisoras (fijas o móviles) y muestreos específicos También debemos definir los parámetros ambientales necesarios para cumplir con los objetivos. Los parámetros a medir son los contaminantes atmosféricos, los cuales pueden ser divididos en primarios y secundarios. Los primarios con aquellos que se emiten directamente a la atmósfera por alguna fuente y los secundarios con generados a partir de reacciones de los primarios en la atmósfera. Se han identificado en la atmósfera más de 100 contaminantes pero los principales con los óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx), monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (CO) y partículas suspendidas. Es importante la elección de la localización de los sitios de muestreo. Existen diferentes procedimientos de selección de los lugares en donde se deben instalar los sitios de muestreo, que van desde la elaboración de una cuadrícula del área a monitorear, colocando los sitios de monitoreo en las aristas de la cuadrícula hasta el uso de complejos modelos estadísticos que nos proporcionan el número y distribución óptima de las estaciones. Para elegir estas localizaciones se deberán tomar en cuenta una variedad de consideraciones como tipo de emisiones, fuentes de emisión, los factores topográficos y meteorológicos, información de la calidad del aire, modelos de simulación, etc. 2

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre La densidad de los puntos de muestreo (o número de puntos de muestreo requeridos) indica el número de sitios de muestreo por zona dentro de una misma área. En el caso de que se establezcan varios sitios de muestreo, su número se incrementará en las zonas en las que se alcancen o excedan los valores permisibles (a mayores valores y variaciones de calidad de aire dentro de una misma zona más sitios de muestreo se requerirán). También se requerirán más número de puntos de muestreo cuando se tengan tiempos de muestreo cortos y cuando las mediciones sean menos frecuentes (a menor frecuencia mayor número de sitios de muestreo). Los requerimientos del sitio de muestreo son los siguientes: fácil acceso, seguridad contra vandalismo, unas buenas infraestructuras y es necesario que el sitio esté libre de obstáculos. La determinación de tiempos de muestreo dependerá del tipo de programa que se pretenda llevar a cabo. Lo primero que se tendrá que definir para cualquier tipo de programa de monitoreo será la duración del mismo. Tras esto es importante decidir la frecuencia de muestreo y el tiempo de toma de muestra. -

Duración del programa

Se trata del período de tiempo de evaluación en que se llevan a cabo las mediciones para recopilar la base de datos necesaria para cumplir con los objetivos del programa. Puede tratarse de un año completo, de programas semestrales de verano y de invierno, de programas mensuales e incluso semanales. -

Frecuencia

Indica el número de muestras que se tomarán en un intervalo de tiempo. Es de gran importancia porque los valores de calidad del aire dependen en gran parde de variaciones temporales -

Tiempo de toma de muestra

Corresponde al período de tiempo en que se lleva a cabo la determinación de concentraciones de los contaminantes. Mientras más corto es el tiempo de toma de muestra, más altos serán los valores máximos esperados. Este tiempo se determina tomando en cuenta los criterios recomendados de efectos en la salud o factores de inmisión de los contaminantes a determinar, por medio de los límites de detección del método de muestreo utilizado (LD) y por medio de los criterios establecidos en las normas oficiales de cada país. Otro factor importante es la selección del equipo de muestreo y de sus metodologías de análisis. En este apartado deberá tenerse en cuenta el costo del instrumento a utilizar, así como su complejidad contra su confiabilidad y su funcionamiento. Las redes de muestreo son principalmente las cuadrículas espaciales y los lugares representativos.

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CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE MUESTREO

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre Muestreadores pasivos: Estos dispositivos de toma de muestra, en general con forma de tubo o disco colectan un contaminante específico por medio de su adsorción y absorción en un sustrato químico seleccionado. Después de su exposición durante el período de muestreo (que puede variar desde un par de horas hasta un mes) la muestra regresa al laboratorio, donde se realiza la desorción del contaminante y se analiza cuantitativamente. Las principales ventajas del muestreo pasivo son su simplicidad y el bajo coste. Sin embargo, el tiempo de resolución de esta técnica es limitado, por lo que sólo puede proveer información de concentraciones promedio de contaminantes. Los muestreadores pasivos se utilizan para el NO2, SO2, NH3, O3 y VOC’s (compuestos orgánicos volátiles) Muestreadores activos: Estos equipos utilizan bombas para forzar el paso del aire a través del muestreador, por lo que requieren de energía eléctrica para bombear el aire. El volumen de aire muestreado incrementa la sensibilidad, por lo que pueden obtenerse mediciones diarias. Sin embargo, tienen un mayor costo y complejidad que los muestreadores pasivos. Se utilizan para el NO2, SO2, O3 y partículas en suspensión. Analizadores automáticos: Estos instrumentos se basan en propiedades físicas o químicas del gas que va a ser detectado continuamente, utilizando métodos optoelectrónicos. El aire muestreado entra en una cámara de reacción donde (ya sea por una propiedad óptica del gas que pueda medirse directamente o por una reacción química que produzca luz fluorescente) se mide esta luz por medio de un detector que produce una señal eléctrica proporcional a la concentración del contaminante muestreado. Estos muestreadores son muy rápidos (dan una respuesta en una hora o menos) pero tienen un mayor costo y acarrean más problemas técnicos que los anteriores. Sensores remotos: Estos equipos se basan en un emisor de radiaciones de diferentes longitudes de onda y un receptor, separados ambos por una distancia determinada. Los contaminantes presentes en este camino óptico absorben estas radiaciones, cuantificándose posteriormente la intensidad de la absorción. Las ventajas son que se trata de equipos que operan cerca de las fuentes y que proporcionan medidas de multicomponentes. Pero, por otro lado, son muy complejos y difíciles de operar, calibrar y validar. Bioindicadores: Actualmente se ha mostrado un gran interés en el uso de bioindicadores para estimar algunos factores ambientales, entre los que se incluyen la calidad del aire. El término biomonitoreo implica el uso de las plantas como receptoras de contaminantes o el uso de la capacidad de la planta para acumular contaminantes para monitorear el aire. Pero estos métodos tienen ciertos problemas de estandarización y muchas limitaciones por el tipo de plantas empleadas.

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EQUIPOS DE MUESTREO

Equipos pasivos: Se basa en la difusión de los contaminantes hacia la superficie del muestreador. Después del período de muestreo (generalmente semanas) se realiza una extracción y posteriormente un análisis. Entre los muestreadores pasivos hay que diferenciar los que se utilizan en puntos fijos de muestreo, para monitorear calidad de aire, especialmente 4

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre para estudios de fondo y muestreos de amplia cobertura espacial; y los pasivos personales, que la gente puede llevar puesto (burbujeador pasivo, tubos de difusión, etc.) Equipos activos: Están constituidos de una línea de muestreo que consta de una entrada (mediante tuberías), un sistema de medición de flujo, una bomba y un sistema de colección de muestras. La colección puede llevarse a cabo succionando el aire y conteniéndolo en bolsas de plástico o en depósitos de vidrio o de metal, o por medio de absorción, filtración, difusión, reacción o la combinación de estos procesos. Tubos adsorbentes sólidos: Se trata de hacer pasar un volumen determinado de aire a través de un tubo, generalmente de vidrio o algún otro material inerte como acero inoxidable. El tubo está relleno de un material sólido que retiene por adsorción superficial determinados gases o vapores. Estos aparatos están formados por dos partes: la primera contiene el doble de adsorbente que la segunda y deben analizarse por separado. Si la concentración en la segunda parte del tubo alcanza el 50% de la concentración de la primera parte, indica que el adsorbente se ha saturado y debe repetirse el muestreo. Como margen de seguridad, se considera que la concentración en la segunda parte no debe superar el 25% de la concentración de la primera parte. La cantidad total de contaminante es la suma de las dos partes del tubo.

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre 

MÉTODOS DE COLECCIÓN Y CONTAMINANTES

Método de colección Bolsas de plástico Absorción en fase líquida Adsorción Denuder Filtros impregnados químicamente 

Contaminante N2, O2, CO, hidrocarburos, vapores tóxicos, VOCs SO2, NOx NO2, PAN (Nitrato de peroxiacetilo) Aerosoles, gases ácidos, ácido nítrico, bióxido de azufre, amonio SO2

LÍNEA DE MUESTREO

Este es el esquema básico de una línea de muestreo, aunque también pueden haber algunos instrumentos adicionales: manómetros y termómetros, prefiltros, válvulas, contadores de tiempo.

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TÉCNICAS ANALÍTICAS PARA EL ANÁLISIS DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Métodos discontinuos: Para los métodos discontinuos, lo esencial es que llegue al laboratorio, el 100% del contaminante que existía en el aire muestreado. TÉCNICA Gravimetría/Reflectometría Potenciometría/Conductimetría Espectofotometría de UV-Visible Espectrometría de Absorción Atómica Cromatografía iónica Cromatografía de gases-detector de masas Cromatografía líquida de alta eficacia FRX/DRX

Gases X X X X X

Partículas X X X X X X X X

Precipitación X X X X X

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre Métodos continuos: Lo fundamental en la captación de contaminantes atmosféricos por métodos continuos es el diseño de la línea de muestreo o distribuidor, la cual determina la exactitud y credibilidad de las medidas realizadas. Contaminante SO2 (Dióxido de azufre) NO2 (Dióxido de nitrógeno) CO (Monóxido de carbono) O3 (Ozono) Partículas

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Técnica Fluorescencia ultravioleta Quimiluminiscencia Absorción de infrarrojo Absorción de ultravioleta Absorción de radiación β Transductor de elemento oscilante

VALORACIÓN DE LOS RESULTADOS

Los datos de las concentraciones de los contaminantes del aire se usan para determinar el cumplimiento de las normas de calidad del aire. También se usan para diagnosticar las condiciones de un área antes de permitir la construcción de una nueva fuente de contaminación, para desarrollar modelos de dispersión de contaminantes, para realizar estudios científicos y para evaluar la exposición humana a contaminantes y el daño al medio ambiente. La legislación establece tres tipos de valores de referencia: a) Valores límite: deben ser respetados en todo el territorio y, en caso de verse superados, deben estudiarse las causas que han originado dicha superación y establecerse actuaciones adecuadas para evitar su repetición. b) Valores guía: tienen la consideración de objetivo a alcanzar a más largo plazo y son indicativos de aire limpio. c) Valores de alerta: establece concentraciones de contaminantes que obligan a la toma inmediata de medidas para atajar el problema.

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN

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INTRODUCCIÓN

El objetivo de un sistema de control de la contaminación atmosférica es asegurar que concentraciones excesivas de contaminantes atmosféricos no alcancen receptores sensibles. Estos receptores pueden ser personas, plantas, animales u objetos. Los contaminantes atmosféricos pueden ser gases, vapores, aerosoles y, en algunos casos, materiales biopeligrosos. La mayoría de los sistemas de control de la contaminación atmosférica combinan distintas técnicas de control (de tipo tecnológico y administrativo. Para fuentes de mayor volumen o complejidad puede utilizarse más de un tipo de control tecnológico. Los principales aspectos que hay que considerar para llevar a cabo un control de la contaminación ambiental son: -

Qué se emite y cuál es su concentración Cuál es el grupo receptor y cuál es el receptor más sensible Cuáles son los niveles permisibles de exposición de corta duración Cuáles son los niveles permisibles de exposición de larga duración Cuál es la selección adecuada de controles para garantizar que no se sobrepasan dichos niveles

Las soluciones que deberíamos adoptar son: disminución de la producción de contaminantes, control y retención de los contaminantes con la tecnología adecuada y uso de chimeneas de altura adecuada para mejorar la dispersión.

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MEDIDAS DE CONTROL

Las medidas de control se dividen en: -

Medidas de control tecnológico

Son básicamente la dispersión y la eliminación de residuos. Los residuos pueden utilizarse como materia prima para otros procesos industriales, como sucede, por ejemplo, con el SO2 recogido como H2SO4 y posteriormente utilizado para la fabricación de fertilizantes. Sin embargo, si no es posible reciclar o reutilizar los residuos, su eliminación puede constituir un problema, no tanto por su volumen sino por la peligrosidad del material. (EJEMPLO: Si los residuos de H2SO4 de una caldera y horno de fundición no pueden ser reutilizados tendrán que ser neutralizados antes de ser eliminados.) La dispersión puede reducir la concentración de un contaminante a la que se ve expuesto un determinado receptor, aunque no reduce la cantidad total de material procedente de una fábrica. Esta medida debe utilizarse con cuidado y teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas locales y superficiales del suelo. 8

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Medidas de control administrativo

Las medidas de control administrativo son la sustitución, la extracción localizada, el aislamiento, la vigilancia en tiempo real y el mantenimiento y limpieza. La sustitución consiste en cambiar un material o proceso por otro más seguro que evite emisiones nocivas y consiga un control óptimo. (EJEMPLOS: Uso de combustibles más limpios, el uso de recubrimientos para almacenamientos a granel y la reducción de la temperatura en los secadores. Este método también puede aplicarse a compras de menor importancia y a los principales criterios de diseño de una fábrica. Si sólo se adquieren productos o procesos ecológicos, no existirá riesgo para el ambiente exterior o interior. Además, si se adquiere un producto o un proceso de bajo coste pero peligroso, tendrán que utilizarse procedimientos y equipos d manipulación y métodos de eliminación especiales. Por lo tanto, un material o un proceso más ecológico, aunque en principio sea más caro, suele resultar más económico a largo plazo.) Los sistemas de extracción localizada son una de las técnicas más comunes utilizadas en la industria. Un sistema de extracción localizada consiste principalmente de 5 componentes:     

Receptor o campana extractora Conductos Purificador de aire, filtro Un ventilador Un conducto de salida

En este sistema no diluyen los contaminantes y proporcionan una corriente de gas concentrado. El sistema de depuración de gas será más eficiente cuanto mayor sea la concentración de contaminantes. (EJEMPLO: una campana situada en la parte superior del canal de colada de un horno de fundición). El aislamiento consiste en alejar la fábrica de los receptores sensibles y no permitir que la población se establezca cerca de la fábrica. También se controla el procedimiento de trabajo, para garantizar la utilización correcta y segura de los equipos, sin riesgo para los trabajadores o el medio ambiente. Sin embargo, la vigilancia en tiempo real se utiliza muy poco. Es básicamente para evitar o reducir incidentes graves de contaminación atmosférica en lugares donde existen varias fuentes emisoras. (EJEMPLO: si se esperan unos niveles excesivos de contaminación atmosférica se puede limitar el transporte privado y proceder al cierre de las principales industrias contaminantes). Finalmente, el mantenimiento y el uso correcto de los equipos, así como de los procesos que generan emisiones es de gran importancia, al igual que la limpieza. Una limpieza insuficiente de las instalaciones de una fábrica puede ocasionar un riesgo importante para la comunidad.

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EQUIPOS PARA EL MUESTREO DE EMISIONES 9

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre

El muestreo de una fuente puede realizarse con distintos fines: 1. Caracterización de las emisiones. Conocer las emisiones, pero no sólo el volumen de gas, sino también la cantidad, identidad y, en el caso de partículas, la distribución de tamaños del material liberado. 2. Control de la eficiencia de los equipos. Debe comprobarse que funciona correctamente. 3. Como parte de un sistema de control. Para mejorar el sistema de control de contaminación atmosférica o el propio funcionamiento de la fábrica. 4. Comprobación del cumplimiento de las normas. Si las normas y reglamentos establecen límites de emisión, el muestreo de emisiones puede utilizarse para comprobar su cumplimiento. Cuando se desea mejorar la calidad del aire, aumentar la visibilidad o evitar la emisión de aerosoles a la atmósfera, las normas pueden basarse en las emisiones visibles. Las emisiones visibles están compuestas por pequeñas partículas o gases de color. Cuanto más opaco es un penacho, más cantidad de material se está emitiendo. Las ventajas de este método son muchas, por ejemplo que no se necesitan equipos costosos, que podemos realizar múltiples observaciones en un mismo día y valorar rápidamente y a un bajo coste el efecto de cambios en los procesos. Además gracias a las emisiones visibles se puede amonestar a los infractores sin necesidad de realizar pruebas en la fuente emisora, que consumen mucho tiempo. También podemos identificar emisiones dudosas y a continuación determinar las emisiones reales mediante pruebas en la fuente. El muestreo extractivo consiste en tomar en la chimenea una muestra de la corriente de gas y analizarla. Las muestras deben recogerse mediante un procedimiento isocinético, especialmente cuando se trata de partículas. El muestreo isocinético consiste en introducir la muestra en la sonda a la misma velocidad con la que el material se desplaza por la chimenea o el conducto. Este tipo de muestreo es fundamental cuando se trata de partículas, puesto que las partículas más grandes y pesadas no seguirán un cambio de dirección o velocidad. El muestreo extractivo se utiliza para comprobar el cumplimiento de las normas. Además, la precisión de este método lo hace indicado para determinaciones del rendimiento de nuevos equipos de control. Finalmente, puesto que las muestras pueden tomarse y analizarse en condiciones controladas de laboratorio para un gran número de componentes, esta técnica de muestreo es útil para caracterizar la corriente de gas. La siguiente imagen es el diagrama de un tren de muestreo isocinético para dióxido de azufre (SO2):

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre

En el caso del muestreo in situ las emisiones pueden muestrearse en una chimenea. Se utiliza un transmisómetro sencillo para determinar los materiales presentes en la corriente de gas.

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre Existen diversas diferencias entre ambos muestreos. Los sistemas de vigilancia in situ pueden medir la concentración a lo largo de toda la chimenea o conducto, mientras que el método extractivo determina las concentraciones sólo en el punto en el que se toma la muestra. Sin embargo, el muestreo extractivo dispone de un mayor número de métodos de análisis y puede utilizarse en numerosas aplicaciones. Por otro lado, los sistemas in situ proporcionan una lectura continua y pueden utilizarse para documentar las emisiones o para mejorar el sistema operativo.

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PRINCIPALES ACTIVIDADES EMISORAS DE CONTAMINANTES

Los contaminantes se producen con casi todas las actividades que realiza en ser humano, tanto en el ámbito de las energías, el transporte, la industria como en la agricultura e incluso en los hogares. Estas actividades generan problemas: -

Eutrofización (la eutrofización o enriquecimiento en nutrientes de las aguas produce un crecimiento excesivo de algas y otras plantas acuáticas, las cuales al morir se depositan en el fondo de los ríos, embalses o lagos, generando residuos orgánicos que, al descomponerse, consumen gran parte del oxígeno disuelto y de esta manera pueden afectar a la vida acuática y producir la muerte por asfixia de la fauna y flora.)Al reducir los contaminantes que generan este problema conseguiríamos menos pérdidas de peces y biodiversidad. Cambio climático (modificación del clima con respecto al historial climático a una escala global o regional.) Al reducir los contaminantes que generan este problema conseguiríamos menos sequías, inundaciones, tormentas, cambios en la agricultura, etc. Disminución de la calidad del aire urbano. Al reducir los contaminantes que generan este problema conseguiríamos menos enfermedades en la población. Acidificación (pérdida de la capacidad neutralizante del suelo y del agua, como consecuencia del retorno a la superficie de la tierra, en forma de ácidos, de los óxidos de azufre y nitrógeno descargados a la atmósfera) Al reducir los contaminantes que generan este problema conseguiríamos menos daños a bosques, suelos, vida acuática y construcciones. Presencia en la troposfera de sustancias como CH4, NO, CO, COV, SO2, dioxinas, HF, PM,… Al reducirlas conseguiríamos menos enfermedades y pérdidas agrícolas.

A pesar de las ventajas de las acciones preventivas, en muchas ocasiones tendremos que recurrir a medidas correctoras, que suponen controlar y tratar los contaminantes una vez generados. Debemos ser conscientes siempre de que concentrar y retener los contaminantes con equipos adecuados lleva implícito ciertos inconvenientes.

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INCONVENIENTES

Como dijimos anteriormente, existen muchos inconvenientes en el control y tratamiento de los gases generados. En primer lugar, hay que tener en cuenta que estamos trasfiriendo la 12

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre contaminación de un medio a otro. Por lo tanto se generarán residuos sólidos y/o líquidos que podrán contaminar los suelos y/o el agua. Finalmente, hay que considerar el incremento de contaminación originado por el consumo de recursos naturales y energía por los equipos depuradores. Además siempre tendrán que atenderse tres problemas que incrementan la dificultad: la recogida de los gases, su enfriamiento y su tratamiento.

Para diseñar adecuadamente un sistema de control no es suficiente con conocer las soluciones tecnológicas existentes. Habrá que evaluar todos los parámetros que le atañen: contaminantes generados, concentración, caudales, temperaturas, humedades, presión, densidad…. La implantación correcta de un sistema de gestión de contaminación atmosférica es un proceso complejo. Es preciso considerar y analizar numerosas variables, tanto del propio proceso como del medio al que esos agentes van a ser expulsados. También hay que realizar un estudio profundo y particularizado del problema a resolver.

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CONTROL DE FOCOS FIJOS DE EMISIÓN DE CONTAMINANTES

Existen dos métodos principales: de absorción y de adsorción: -

Métodos de absorción: Se basan en la retención de contaminantes de la corriente emitida mediante su absorción por un absorbente húmedo o una disolución que circula a contracorriente con el gas. Entre los tipos de absorbedores más comunes se encuentran: torres de relleno, torres de platos, absorbedores de dispersión hidráulica o mecánica, lechos fluidificados… Métodos de adsorción: Se basan en la retención de gases sobre sólidos por fenómenos de tipo superficial. Se utiliza el carbón activo, la alúmina activa, el silicagel, la bauxita, la tierra de Fuller, la dolomita, el óxido de magnesio…

En el caso de los óxidos de azufre, la reducción de las emisiones se consigue rebajando el contenido de azufre de los combustibles a emplear o bien actuando sobre los gases de emisión: -

Reducción del contenido en azufre de los combustibles:

Mediante el empleo de combustible de alta calidad cuyo contenido en azufre sea bajo. El azufre inorgánico constituye un 30-50% del total, se encuentra en forma de pirita y/o marcasita. Para su eliminación es necesario una molienda y someterlo posteriormente a una separación por vía seca o húmeda, mediante flotación (proceso viable). El azufre que se encuentra formando parte de los compuestos orgánicos no puede ser removido puesto que se encuentra unido por enlaces químicos. Para su eliminación se recurre a la hidrogenación catalítica formándose H2S (alto coste económico). 13

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre También se aplican técnicas de desulfuración en las distintas etapas de refino -

Métodos de eliminación de los óxidos de azufre de los gases de combustión:

Entre los procedimientos comerciales de mayor desarrollo existentes para la desulfuración de los gases de emisión puede optarse por métodos húmedos y métodos secos. Procedimientos húmedos: Se emplea como sistema absorbente soluciones alcalinas de distinta naturaleza, dado el carácter ácido del gas a eliminar (SO2). Existe la posibilidad de regenerar o no el absorbente utilizado y los productos finales separados. Los procedimientos que no recuperan el absorbente utilizado son empleados con frecuencia para eliminación de partículas. Requieren mucha energía y son, por lo tanto, métodos poco económicos. Existen varios procesos: 1. Desulfuración con cal o caliza La diferencia reside en cómo se prepara la lechada: si es con cal se trata con agua para formar hidróxido de calcio, si es con caliza se pulveriza finamente el molino húmedo. Las reacciones que tienen lugar son las siguientes:

Las eficiencias oscilan entre un 60-90% para carbones cuyo contenido en azufre esté entre un 0,3-5%. Este tipo de desulfuración da lugar a importantes problemas de corrosión y formación de costras en las instalaciones. También se forman notables volúmenes de lodos de sulfito y sulfato de calcio. Para conseguir una mayor eficiencia y evitarse la formación de costras se emplea la caliza húmeda modificada con sulfato de magnesio, que conduce a la formación de sulfito de magnesio. El proceso transcurriría de la siguiente forma:

2. Desulfuración con sulfito de sodio Se realiza la absorción del SO2 en una solución diluida de sulfito de sodio. La reacción que tiene lugar es la siguiente: 14

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre

El sulfito de sodio se regenera en un evaporador, produciéndose simultáneamente dióxido de azufre, vapor de agua y sulfito de sodio:

Las ventajas de este método son que responde rápidamente a los cambios en la carga de SO2 y puede variarse el caudal de alimentación del reactivo, que las relaciones líquido/gas pueden ser bajas y que los rendimientos de desulfuración suelen ser altos y el método se puede implantar con una baja inversión. El mayor problema que plantea es que el reactivo que debe emplearse debe ser de alta calidad, por lo que su aplicabilidad casi se reduce a pequeñas calderas industriales. 3. Desulfuración don doble álcali El gas se trata con una solución de hidróxido de sodio:

El absorbente utilizado se mezcla con lechada de cal para conseguir así que el sulfito de sodio precipite como sal de calcio, insoluble, lo que permite regenerar la solución sódica:

Este proceso presenta importantes ventajas en cuanto a altos rendimientos y pocos problemas de creación de costras. 4. Desulfuración con óxido de magnesio 15

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre Este método se diferencia de los demás en el empleo de una lechada de óxido de magnesio como absorbente. El proceso transcurre según las siguientes reacciones:

Este método presenta importantes ventajas con respecto al empleo de la lechada de cal. Además, el sulfito y el sulfato de magnesio producidos pueden calcinarse:

Por un lado regenera el MgO, y por otro lado, permite la obtención de SO2 concentrado, que puede utilizarse en otros procesos. También con este procedimiento disminuye el problema de deposiciones, pues la solubilidad del MgSO3 es 30 veces superior a la del CaSO3 y la del MgSO4 120 veces superior a la del CaSO4.

Procedimientos secos: Se basan en la adición de caliza seca, finamente molida o calcinada, al horno de combustión. Estos procedimientos tienen una baja eficiencia, necesitan relaciones estequiométricas SO2/caliza del orden de 1:200 para conseguir reducciones del 50% en la emisión de SO2 y generan una importante cantidad de residuos. La ventaja es que pueden ser aplicados a calderas ya existentes sin necesidad de introducir cambios notables en las mismas. Existe una alternativa a este método, que consiste en añadir caliza pero realizando la combustión del carbón en lecho fluidificado. La caliza se añade al carbón pulverizado y el SO2 que se forma en el lecho caliente va reaccionando originando CaSO4, que se recoge junto con las cenizas. De este modo, el rendimiento de la eliminación del SO2 será del 90% y la producción de óxidos de nitrógeno no será alta. Dado que el consumo de caliza es elevado puede intentarse una regeneración de la misma por acción del CO sobre los residuos de CaSO4 originados, reacción en la que se libera SO2 que puede emplearse para otros usos. También es posible mejorar la eficacia de la utilización de caliza añadiendo CaCl2.

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BACT (Best Avaliable Control Technology)

A veces, el enfoque gradual de la selección de los controles de la contaminación atmosférica resulta insuficiente y las autoridades reguladoras y los diseñadores adoptan directamente una

Tecnologías del Medio Ambiente y Sostenibilidad I – Tema 4: Control de los óxidos de azufre “solución universal”, como, por ejemplo, la “mejor tecnología de control disponible” (Best Available Control Technology, BACT). Este sistema se basa en el supuesto de que, utilizando en una fuente emisora la mejor combinación posible de depuradoras, filtros y buenas prácticas de trabajo, se conseguirá un nivel de emisión suficientemente bajo como para proteger al grupo de receptores más sensible. Con frecuencia, el nivel de emisión resultante se encuentra por debajo del mínimo necesario para proteger a los grupos más sensibles, evitando de esta forma exposiciones innecesarias. Sin embargo, esta técnica no garantiza por sí misma unos niveles de control adecuados. A pesar de que es el mejor sistema de control basado en sistemas de depuración de gases y buenas prácticas de trabajo, la BACT puede no ser suficiente si la fuente emisora es una fábrica de gran tamaño situada cerca de un receptor sensible. Por ello siempre debe comprobarse que la mejor tecnología disponible de control es suficientemente buena.