Universidad Catlica de CuencaFacultad de Ingeniera Agronmica, Minas Veterinaria y Ecologa

Facultad: Ingeniera Ambiental

Materia: Manejo y Tratamiento de Contaminantes II

Tema: Contaminacin Atmosfrica

Autor: David Aguilera

LA CONTAMINACIN ATMOSFRICAEl problema de la contaminacin es que no solo se crea sino que se transporta, se transforma y su posible destruccin es ms difcil, es un error pensar que solo hay contaminacin en los sitios donde se crea, ya que el viento y el agua ayudan al transporte de la contaminacin.1. CONTAMINACIN ATMOSFRICALa atmsfera es una mezcla de gases que rodean la tierra y otras especies qumicas en menor proporcin. La propiedad fsica ms importante de la atmsfera es la variacin de la temperatura en altura a razn de 6C por Km ascendido, cuando ms se aparte este gradiente del normal va a provocar que los procesos de contaminacin se agraven. La atmsfera contaminada ser aquella en que se han modificado sus caractersticas respecto a sus condiciones naturales. Un contaminante atmosfrico ser aquel que ha sido emanado en una concentracin suficiente para crear unos efectos mensurables en los receptores (seres vivos, materiales y la propia atmsfera).2. Proceso de contaminacin atmosfricaEntrada de un agente contaminante en un medio produciendo unos efectos.Fuente Contaminante ----------> Atmsfera -----> ReceptoresEn todo proceso de contaminacin es necesario medir los ndices de emisin y los ndices de inmisin. Para medir los ndices de emisin tenemos que disponer del nmero de fuentes contaminantes y del tipo de fuentes, tipo de contaminantes emanados y la concentracin de contaminantes. Los ndices de inmisin nos da la informacin de que un contaminante al llegar a la atmsfera sufre una transformacin y un transporte, incluyendo la concentracin de los contaminantes tenemos los tres niveles de inmisin.El contaminante del aire puede pasar al suelo o al agua, al igual que puede sufrir procesos de transporte y transformacin, estos procesos son funcin de las caractersticas de la fuente y de las condiciones del medio sobre el que incide, en este caso la atmsfera.Lasfuentes contaminantesa la atmsfera pueden ser: Fuentes mviles, que nos indican un transporte. Fuentes estacionarias: Produccin de energa Incineracin de residuos Consumo de combustibles Fuentes industriales diversasDependiendo del tipo de fuente va a ver distintos tipos de contaminantes, que son aquellos que son emanados en cantidades muy altas y sustancias que son muy txicas. La clasificacin de los contaminantes se hace atendiendo a los siguientes criterios:2.1. Segn su origenContaminantes primarios, son aquellos que son emanados directamente de la fuente, los niveles de emisin son las concentraciones de los contaminantes primarios. Pueden ser gaseosos o particulados, se puede ver su importancia en funcin de las fuentes que los emanan, cantidad total en que son emitidos y tendencia de esos contaminantes a aumentar o disminuir. Para ver la toxicidad relativa de los distintos contaminantes primarios debemos ver el factor de efecto, este factor de efecto se hace tomando como 1 el de menor toxicidad refirindose a l todos los dems, as a mayor nivel de factor de efecto ms txico, tenemos que el ms txico sern los hidrocarburos, NOx , partculas, SOx y el de menor factor de efecto (1) y al que estn referidos los dems son al CO.Contaminantes secundarios, son los que se originan en la atmsfera por reaccin entre contaminantes primarios o con la propia atmsfera, los niveles de inmisin son las concentraciones de los contaminantes secundarios.2.2. Segn su estado fsicoContaminantes gaseosos, son aquellos que son gases en condiciones ambientales (no normales). Son xidos de carbono, de azufre, de nitrgeno, compuestos de carbono no xidos y compuestos halogenados.Contaminantes particulados (aerosoles), es una suspensin en aire de slidos o microgotas de lquidos. Son de composicin qumica diversa al igual que su tamao y sus propiedades fsicas. Podemos nombrar los aerosoles en funcin del dimetro de las partculas: Arenillas, son tamaos muy grandes >100um Polvo, entre 10 y 100 um Humos, son de origen contaminante y se incluyen slidos y microgotas de lquidos. Su tamao va de 0,1 a 10 um.

3. Transporte y transformacin de los contaminantesLa atmsfera ejerce un papel activo en la contaminacin a travs de las condiciones meteorolgicas, la atmsfera es la responsable del transporte y de los procesos de transformacin.El estudio de las condiciones meteorolgicas nos da una idea de la evolucin del proceso de contaminacin y del posible control de la contaminacin atmosfricaLas condiciones meteorolgicas que ms afectan al transporte y transformacin de los contaminantes son: Presin atmosfrica Temperatura Grado de humedad Radiacin solar incidente y reflejada por la tierra Viento (velocidad y direccin)Las condiciones meteorolgicas ms importantes son la presin, los vientos y los fenmenos hidrometeorolgicos. Los movimientos del aire en la atmsfera estn determinados por la variacin de temperatura en altura, que va a ser la responsable del movimiento de las capas de aire. El gradiente normal es la disminucin de 6C por Km ascendido, lo que agrava los procesos de contaminacin son las isotermas de temperatura y la inversinde la temperatura, donde en lugar de disminuir la t sta aumenta por lo tanto no hay difusin en altura. La inversin puede ser: Ensuperficie, son las capas de aire ms cercanas al suelo, se forman como consecuencia de la diferencia de temperatura entre el da y la noche. Las desubsidencia(1000-2000 m hasta 400 m), es un fenmeno que se extiende durante mucho tiempo y ocupa grandes superficies de terreno. Agravan los problemas de contaminacin ya que al estar en altura y haber mucha radiacin ultravioleta se formarn muchos contaminantes secundarios.El viento va a ser el responsable de los movimientos horizontales de los contaminantes, hay que tener en cuenta la velocidad del viento y su direccin.Los fenmenos hidrometeorolgicos vamos a verlos como nieblas y precipitaciones: Las nieblas se producen cuando el grado de humedad en la atmsfera es muy elevado. Las principales reacciones se dan en invierno ya que en verano al aumentar la temperatura se pueden disipar. Este grado de humedad de las nieblas propicia determinados procesos de contaminacin primarios para dar lugar a contaminantes secundarios. La presencia de las nieblas hace que varen las caractersticas de la atmsfera, como es la visibilidad y el grado de penetracin de la radiacin solar (esta radiacin mata microorganismos), lo que provoca que en pocas de niebla aumente la contaminacin y las enfermedades. La lluvia, nieve o granizo lo que hacen es disminuir la concentracin de los contaminantes ya que provocan un efecto de disolucin y arrastre de los contaminantes, es decir, lavan la atmsfera, pero como consecuencia de esto hay un mayor aumento de la contaminacin del suelo.Todos estos procesos de inmersin, vientos y fenmenos hidrometeorolgicos lo que hacen es agravar o disminuir un proceso de contaminacin, pero no lo crean.

4. Reacciones qumicas de los contaminantesDependiendo de las condiciones meteorolgicas va a provocar la aparicin de los contaminantes secundarios, que son consecuencia de la transformacin de los contaminantes primarios. Las reacciones que dan lugar a los contaminantes secundarios: Reacciones en fase gaseosa, que son las trmicas y las fotoqumicas. Reacciones en fase lquida, son reacciones inicas.Lasreacciones fotoqumicas, el que tenga lugar la reaccin depende del contaminante A y de la radiacin, en cuanto a esta radiacin hay que tener en cuenta su intensidad y su longitud de onda. La intensidad de esta radiacin depende del angulo con que incide en un punto determinado, la latitud, la hora y la estacin en la que nos encontramos. Vamos a tomar como ejemplo las reacciones fotoqumicas en las cuales se ve implicado losxidos de nitrgenoque son los desencadenantes delsmog fotoqumico, que se caracteriza por las altas temperaturas y bajo grado de humedad. Consta de tres fases:a. Iniciacin: Fotlisis de NO2NO2 ------->NO + OO + O2 + M -------> O3 + MNO + O3 ------> NO2 + O2En este proceso no hay acumulacin de O3 en la atmsfera.b. Ramificacin: se caracteriza por la formacin de radicales libres, en la atmosfera, adems de xidos de nitrgeno tenemos hidrocarburos:OxidHCn --------> Prod. Estables + Radicales peroxoEstos radicales peroxo tienen un alto poder oxidante y son capaces de reaccionar con el NO:NO + RO2 ------> NO2 + ROhvNO2 ------->NO + OO + O2 + M -------> O3 + MEl ozono se consume, esto es caracterstico del smog fotoqumico.c. Terminacin, los productos intermedios van a dar lugar a productos estables, son los denominados PAN (nitratos de proxialquilos y nitratos de peroxiacilos).Como se ha visto en el smog fotoqumico se consume ozono, si por el arrastre del viento se va a zonas donde la contaminacin es menor hay menos posibilidades de consumo de este ozono, aumentando por tanto la contaminacin en estas zonas.Si consideramos los xidos d azufre que son los desencadenantes del smog reductor, es necesario que haya una alta humedad y la presencia de partculas. Hay tres etapas: Difusin del SO2 hacia la gota de agua Difusin del SO2 hacia el interior de la gota, se produce la disolucin de SO2 en agua (es muy soluble) Reaccin cataltica en la cual el SO2 es oxidado por el O2 de la atmsfera en presencia de partculas (actan como catalizador) y de la alta humedad. La que rige la velocidad de reaccin es esta tercera etapa, y su velocidad ser mayor o menor dependiendo del catalizador, es decir de la partcula que haya en la atmsfera.

5. Ciclo de los contaminantes en la atmsferaSe aplica sean contaminantes por medio natural o artificial. En un ciclo se ve la emisin de los contaminantes primarios, secundarios y los mecanismos de eliminacin, llamados mecanismos sumideros. En los contaminantes primarios y secundarios hay que ver el tiempo de permanencia en la atmsfera. Ciclo de los compuestos de azufre, el SO2 en un tiempo menor de 3 das se oxidar, el SH2 mediante oxidacin dar lugar al SO2, con lo cual se incrementa la concentracin de SO2 . Los tiempos de permanencia son bajos. Ciclo de los xidos de nitrgeno, el NO2 puede ser producido por medio natural o artificial, estos xidos se oxidan para dar los PAN, tambin debemos considerar la entrada de NH3. Ciclo de los xidos de carbono, el origen viene del CH4, tanto por fuentes antropognicas como naturales, para dar lugar al CO (que dar finalmente CO2) y el propio CO2 . El principal sumidero del CO2 van a ser las plantas. Aerosoles, lo ms importante a considerar en los aerosoles son una serie de transformaciones que van a sufrir. El aerosol es la suspensin de microgotas o partculas en suspensin de determinadas sustancias, por lo que su concentracin va a depender de su origen, que conlleva unas propiedades fsicas y una composicin qumica. Para eliminar el aerosol, al ir variando la composicin qumica y el tamao, lo que tenemos que hacer es disminuir la masa del aerosol, son procesos fsicos, como sedimentacin por gravedad, eliminacin de parte del aerosol por choques con superficie y arrastre por la lluvia.

6. Efectos de los contaminantes atmosfricosEl efecto ser funcin de la toxicidad de la sustancia y el grado de exposicin. Hay dos tipos de toxicidad: Inherente, cuando la sustancia por si slo puede producir dao. Generada o potencial, cuando la sustancia original no tiene capacidad de producir dao, pero s al interaccionar con el medio o con el receptor.El grado de exposicin va a ser funcin de la concentracin de la sustancia txica, el tiempo de exposicin y el tiempo meteorolgico. La va de exposicin puede ser por ingestin, inhalacin o contacto.Los efectos pueden ser de distinto tipo: Efectos agudos, una sustancia txica produce un efecto agudo cuando se detectan en una sola dosis. Son sustancias contaminantes muy fuertes. Efectos crnicos, se producen despus de un tiempo prolongado de exposicin, son caractersticos de sustancias txicas con alto carcter acumulativo y tpico de exposicin laboral. Efectos reversibles, cuando hay una recuperacin total o parcial despus de haber estado en contacto con la sustancia txica. Si una sustancia produce un efecto reversible esto quiero decir que los niveles permitidos son ms altos porque para tiempos cortos hay una recuperacin, siempre que la concentracin del contaminante no sea letal. Efectos irreversibles, no hay posible recuperacin.El efecto final va a ser funcin de la dosis y del grado de acumulacin. Para hacer una escala de toxicidad tenemos que tener en cuenta la toxicidad de esta sustancia, para medir la toxicidad se utiliza el valor del LD50 (dosis letal media), a mayor valor de LD50 poco txicas y viceversa. Existen otros lmites que son los lmites de tolerancia mxima que estn relacionados con la concentracin del contaminante y el tiempo de exposicin al que puede estar expuesto el sujeto para que no se produzcan los efectos.

Efectos sobre la propia atmsfera:

a. Visibilidad(se da en un pequeo espacio de tiempo y a pequea escala)La visibilidad es la capacidad que tenemos de observar un objeto sobre un fondo, va a ser funcin de las condiciones meteorolgicas, de la iluminacin y de las caractersticas del observador.Esta reduccin de la visibilidad va a ser consecuencia de la interaccin de los contaminantes con la luz, las interacciones ms importantes son los procesos de absorcin y los procesos de dispersin, este ltimo proceso es el que produce una mayor disminucin de la visibilidad.b. Lluvia cida(se da en corto-medio espacio de tiempo y a pequea escala)No solo se refiere a que las gotas de lluvia lleven un pH ms cido, es la denominada deposicin hmeda, sino tambin de la deposicin seca que son las partculas cidas que se depositan.El pH natural de la lluvia oscila entre 5 y 5,7 (ya que la lluvia atraviesa la atmsfera que tiene CO2 que es un gas cido). Consideramos que la lluvia es cida cuando su pH es menor de 5.c. Destruccin del ozono estratosfricoSe da a largo tiempo, ya que necesita un tiempo para llegar a la estratosfera, por lo que deben ser contaminantes que no se transformen en un largo espacio de tiempo, los ms importantes son:I. Clorofluorocarbonos (Freones):Tienen tiempos de permanencia muy altos sin transformacin (30-100 aos), las reacciones principales son:HvCFCl3 -------> CFCl2 + ClCl + O3 ------> ClO + O2ClO + O -----> Cl + O2Para poder destruir los CFCl3 se necesita una radiacin muy baja que no hay en la atmsfera. Con cantidades muy pequeas de estos CFC la destruccin del O3 es muy grande, ya que son reacciones en cadena.II. xidos de nitrgeno, el ms importante es el NO, se inyecta directamente en el lmite de la troposfera y estratosfera por lo aviones supersnicos, los cuales sueltan el NO producido por combustin que se enfra rpidamente y est preparado para reaccionar:NO + O3 ------> NO2 + O2El N2O proviene de productos de descompensacin de nitratos, de sales amoniacales y de procesos de descomposicin. Van a ir transformndose para dar lugar al gas N2O que va a reaccionar con el O3:HvN2O ------->NO + ONO + O3 ------> NO2 + O2

d. Efecto invernadero(es un efecto a gran escala y en largo espacio de tiempo)Los principales gases que producen el efecto invernadero son el CO2, CH4, CFC,..., todas aquellas molculas que son capaces de absorber IR en la longitud de onda remitida por la tierra, al haber esa absorcin de la radiacin esta no sale a la atmsfera y se produce el sobrecalentamiento de la tierra.