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MK-2 Kiln Antecedentes y Teoría

Robert O. Márquez, PhD.

Afiliado a la Facultad NMSU

Presidente PublicUs, CDC

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Los ladrilleros están conectados a la tierra a través del agua, aire, fuego y tierra

La mano de obra de los ladrilleros y el fuego unidos son componentes que crean un producto útil.

Producto listo a la venta

Selección

de Material, Abastecimiento y Transporte

Mezcla para

hacer los bloques Batter

Mano de

obra

Arcilla Arena

Combustible Agua

Moldeado

de los bloques

Desmolde

y pre-secado al sol

1 srost bloques

Rotación y secado al sol

almacenamiento y secado al sol

molde

Cargando

Quema del horno Descargo

Mano de

obra

Mano de

obra

Mano de

obra

Mano de

obra

Mano de

obra

Mano de

obra

Mano de

obra

Mano de

obra

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Personas económicamente limitadas (PEL)-No hay derroche en la gestión restringida o limitada de recursos

PEL suelen tener: Poca o ninguna educación formal Pocos o limitados recursos Cantidad muy pequeña o nula

de los recursos financieros Su contribución a la sociedad: el

conocimiento, las habilidades, el corazón (su voluntad de vivir con dignidad), el trabajo duro, los productos y el uso productivo de residuos de la sociedad.

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Productos de cerámica cocidos

Ladrillos

Azulejos (de piso y techo)

Utensilios de cocina

Piezas artísticas

Filtros de agua (el futuro)

http://www.pottersforpeace.org/

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Problema tradicional de los hornos:

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Costo de elaboración de los

ladrillos(EPDN basin) (Estudio realizado por Alan Blackman et. al., 2000, Resources For The Future, Washington, D.C.)

Impacto (No. Casos)

Mortalidad

Ingresos hospitalarios (respiratorio)

Visitas a la sala de emergencia

Síntomas respiratorios diarios

Días de actividad restringida

Ataques de asma

Bronquitis crónica infantil

Tos crónica infantil

Casos de adultos con bronquitis

Costo impacto ($ millones)

Cd.Juarez

37

726

1,681

1,100,000

392,400

122,500

4,584

5,284

261

$53-152

El Paso

4

69

159

121,400

37,130

11,590

326

375

29

$15

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La contaminación del aire de los antiguos hornos de ladrillos es un problema mundial

Los sitios web en todo el mundo de los hornos de ladrillos (circa 2000):

Bolivia- http://www.sci.se/red/red9508d.html

Nepal-

http://www.worldbank.org/extdr/extme/1337.html

India- http://www.the-week.com/98may03/life1.htm

Pakistan- http://www.infoasis.com/people/stevetwt

/Life_Death_ThirdWorld/bondagePakistan_TF.html

Tanzania- http://www2.sci.se/sei/seiweb.nsf/

2d9d3ff…91365704a6c125ee003d9ef8?OpenDocument

"Una reducción del 25 por ciento de las emisiones de los hornos de ladrillo podría llevar a reducir en un 15% menos la contaminación, evitar las muertes prematuras al año, 274.000 menos días de actividad restringida y un ahorro de Rs. 37 millones en costos anuales relacionados con la contaminación que dañan la salud ", dice Jitendra Shah, del Banco Mundial, Ingeniero Ambiental, Asia y el Medio Ambiente División de Recursos Naturales y Editor del Informe URBAIR Valle de Katmandú “.

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Meta:

La contaminación del aire producida por los hornos de ladrillos se ve disminuida por la "tecnología apropiada"

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Soluciones tecnológicas adecuadas para comunidades de escasos recursos

Solución debe venir de la comunidad ladrillero(arcillas, arena, agua, calor y trabajo son los únicos recursos).

Costo mínimo para hacer y usar.

No se debe cambiar el proceso de la fabricación de ladrillos demasiado drástico.

Ladrilleros toman posesión dela solución

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Qué sucede durante la quema?

En un proceso de combustión completo:

Combustible (hidrocarbono) + O2 + Correcta temperatura → CO2 + H2O + exceso de energía

(calor)

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Combustión incompleta =>hollín => = HAP (hidrocarburos aromáticos)

HAP se funden anillos de benceno.

Aromaticidad significa estabilidad debido a la deslocalización de electrones.

Se entiende por estabilidad persistente en el medio ambiente.

Benceno

Molécula

Electron Densidad

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Los HAP son carcinógenos o se sospecha que sean cancerígenos

Imagen de la izquierda es el ADN.

Derecho es el ADN con Metabolito BaP (benzo (a) pireno es un carcinógeno conocido HAP).

HAP w / "Región Bay"

Foto cortesía de Efectos sobre la salud de laboratorio USEPA, RTP, NC

Tabla Periódica

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La Combustión

incompleta produce

VOCs CO PAHs

Dioxins Furans PCBs

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Contaminantes

derivados de una

combustión incompleta

Naphthalene Benzene Carbon Monoxide

C O = : : =

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Ejemplo: Los contaminantes medidos derivados de la combustión de la madera

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Qué se puede hacer?

Una mejor combustión (preventiva)

Filtración

La destrucción de contaminantes

Otros (por ejemplo, la catálisis, etc)

Datos sobre la destrucción de las dioxinas en la planta a alta temperatura del horno rotativo de incineración, diseñados y fabricados por BIC SISTEMAS BIC SISTEMAS SA, Jean Vandewalle, Presidente, www.bic.be

La destrucción de las dioxinas. Debido a su extrema estabilidad, las dioxinas pueden ser TOTALMENTE DESTRUIDAS por: -temperatura alta homogénea (> 850 ° C) -exceso de oxígeno (> 6%) residencia-tiempo suficiente a temperatura alta (> 2segundos) En cualquier otro caso, las moléculas de dioxinas tienden a "crack" en los más pequeños, pero reactiva, que la reforma en las moléculas de dioxinas nuevos, especialmente en la presencia de metales pesados, actuando como catalizadores. (Reforma y "de novo"formación).

Captura de las dioxinas. Las dioxinas, ya que la mayoría de moléculas orgánicas complejas, absorben en parte o completamente en ciertas superficies porosas, como(sinterizada) partículas de polvo, arrastrado por los gases de combustión o más específicamente en adsorbentes, de los cuales el más conocido (y más utilizado), es el carbón activado . Adsorbentes no destruyen en modo alguno a la captura de dioxinas. Ellas simplemente corrigen, a la espera de procesamiento posterior (destrucción por la combustión completa)

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Las dioxinas, los PCB, furanos, Tecnologías de la HAP destrucción

Polychlorodibenzo-p-dioxin and Polychlorodibenzo-furan Removal and Destruction

Stavan Patel, Michael D. Kaminski, and Luis Nuñez Argonne National Laboratory Argonne, IL 60439 USA

3.1 HISTORIC AND TRADITIONAL TREATMENT TECHNOLOGIES Landfill Cap System and Deep Well Injection: Most common forms of remediation technologies. Used to cover buried waste materials and to prevent contact with the environment, and to effectively manage human and ecological risks

associated with a remediation site (Rahuman et al. 2000).

High-Temperature Incineration: High-temperature (870-1200°C) destructive method for exsitu treatment of polluted soil. Soil is fed into an incinerator under high temperature and in the presence of oxygen, and contaminants are volatized and combusted into innocuous substances. Destruction efficiencies of 99.9999% have been achieved (Rahuman et al. 2000).

Clement Kilns: At very high temperatures, the highly alkaline conditions in a Cement kiln are ideal for decomposing chlorinated organic waste. When operated properly, destruction of chlorinated compounds in Clement kilns can be >99.0% complete with no adverse effect on the quality of the exhaust gas (Benestad 1989).

APEG Plus (glycolate dehalogenation): (Tundo et al. 1985). 3.2 EMERGING AND INNOVATIVE TECHNOLOGIES Oxidation using Fenton’s Reagent: (Kao 1999). Dechlorination using Calcium Hydroxide: (Webber et al. 2002). Hydrochlorination of Chlorinated Aromatic Environmental Pollutants to Alicyclic Compounds: (Ghattas et al. 2003). Removal by Sorption Method using Polydimethylsiloxane Membranes: (Yoon et al. 2003). Decomposition using Vanadium Catalyst: (Cho and Ihm 2002). Supercritical Oxidation: (Environment Australia1997). Electrochemical Oxidation: (Rahuman et al. 2000). Solvated Electron Technology: (Rahuman et al. 2000). Base-Catalyzed Decomposition: (Rahuman et al. 2000). Molten Metal Pyrolysis: (Chanenchuk et al. 1994). Molten Salt Oxidation: (Schwinkendorf et al. 1995, National Research Council 1993). Plasma Arc: (Environment Australia 1997). Ultrasonic Technology: (Argonne National Laboratory 1997). Advanced Oxidative Process: (OswegoEnvironmental Research Center 1996).

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MK Horno

Las temperaturas en la cámara de combustión pueden llegar fácilmente a más de 1000C Bajo los ladrillos a más de 850C

Un montón de oxigeno puede ser alimentado en la cámara (equilibrio con calentamiento de aire adicional)

El aire es 77% nitrógeno, 21% de oxígeno, 2% otros

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Arcillas, la respuesta para el filtrado?

Capas

Grandes áreas de superficie

Catalíticos y sitios ácidos

Cationes intercambiables (materiales modificable)

Tamaños de poros definido

Clay Structural Layers

Exchangable cations

“Hydrateable”

Exfoliatation

of Clay Layers

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¿Puede la carga de la arcilla utilizarse para inducir un dipolo?

Toma ventaja de la carga en la arcilla y - nubes de electrones sobre los HAP por la unión

+

+

+

+

+

+

+

-

-

Clay with

Localized

Charges

PAH – PAH Binding

Induced Dipoles

+

-

-

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Sin purificar ladrillo de arcilla utilizado para eliminar el hollín (1er experimento, 1995)

Las arcillas son absorbentes fuertes Abundante, barato,

ya se utiliza en el proceso

Inerte y seguro

Moldeable (fácil de trabajar)

Material reciclable

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Arcillas absorben hollín (HAP)

Arcillas y Suelos llegan a ser físicamente más oscuro

La extracción de arcillas cambian de color (claro a amarillo)

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Utilice - nube de electrones para la detección (fluorescencia

)

HAP Fluorescente

Las arcillas antes y después del encuentro con horno de efluentes

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La medición de las interacciones gas-sólido utilizando CIG (inversa cromatografía de gases)

Dilución infinita =

adsorbato / adsorbente interacción solamente.

Solid Packing

Material (e.g. Clays)

Solid Packing

Material (e.g. Clays)

Gas Analyte and solid

material interactions

Benzene gas

moleculesCarrier gas

(Helium)

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COLUMN

DETECTOR

FID

TEMPERATURA BAROMETRO

PRESSURE

Po

HELIUM

He

PRESION

Pi

CROMATOGRAFÍA DE GASES INVERSA [dilución infinita cromatografía]

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Composición de una mezcla de ladrilloELP

Después de 100 ml de suspensión y secado

30/80 =. 375 o el 37,5% de arena

26/80 =. 325 o 32,5% limo

24/80 =. 300 o 30% de arcilla

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Disolución infinita cromatografía cromatografía inversa de gas-IDC-

CIG Matriz Experimental

Non-

aromatic

Not Possible

on ½ cm

column

Cis-Decalin Trans-Decalin

Not TestedBottom

Fraction

Brick

Mix

(Sand) Aromatic

Not Possible

on ½ cm

column

Naphthalene Naphthalene Anthracene

Not Tested

Non-

aromatic

Cyclohexane Cis-Decalin Trans-Decalin

Not TestedTop

Fraction

Brick

Mix

(Clay)Aromatic

Benzene Naphthalene Naphthalene Anthracene

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CIG comparaciones fracción de arena

-21.8 -21.2 -22.2

-51.7

-47.5

-50.8

-67.5

-59.3

-64.6

-80.0

-70.0

-60.0

-50.0

-40.0

-30.0

-20.0

-10.0

0.0

Na

ph

thale

ne

Tra

ns

-de

ca

lin

Cis

-de

ca

lin

Ad

so

rbti

on

En

erg

y V

alu

es

of

Bri

ck

Sa

nd

Organic Compound

Brick Sand Binding to 2-Ring Hydrocarbon Compounds(Entropy scaled changed)

DG (kJ/mol)

DH (kJ/mol)

DS (J/mol*K)

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CIG comparaciones fracción arcilla

Brick Clay Binding to 2-Ring Hydrocarbon Compounds(Entropy scale changed)

-32.7 -32.6 -33.3

-67.3

-51.3

-56.0

-78.1

-42.3

-51.4

-80.0

-70.0

-60.0

-50.0

-40.0

-30.0

-20.0

-10.0

0.0

Na

ph

tha

len

e

Tra

ns

-

de

ca

lin

Cis

-de

ca

lin

Organic Compound

Ad

so

rptio

n E

nerg

y V

alu

es

of B

rick

Cla

y

DG (kJ/mol)

DH (kJ/mol)

DS (J/mol*K)

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Tendencias en las moléculas, enlace de energías en el ladrillo de arcilla

Brick Clay Binding to Hydrocarbon Compounds(Entropy scale changed)

-28.1

-32.7 -33.7

-26.7

-32.6 -33.3

-39.5

-67.3

-86.1

-37.0

-51.3

-56.0

-25.7

-78.1

-118.2

-23.1

-42.3

-51.4

-120.0

-100.0

-80.0

-60.0

-40.0

-20.0

0.0

Ben

zen

e

Nap

hth

ale

ne

An

thra

cen

e

Cyclo

hexan

e

Tra

ns-

decalin

Cis

-decalin

Organic Compound

Ad

so

rbti

on

En

erg

y V

alu

es

of

Bri

ck

Cla

y

Gibbs'FreeEnergy(kJ/mol)

Enthalpy(kJ/mol)

Entropy(J/mol-K)

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Resultados de la CIG

Moléculas aromáticas más que los no aromáticos se unen a las arcillas

Cargo arcilla inducida por causas dipolo mayor adsorción de los HAP!

La fracción arcilla se une a más de fracción de arena (no puede medir el benceno o ciclohexano tiempos de retención en la arena)

El área de la superficie es importante para la absorción de todos los compuestos.

Tendencias termodinámica son importantes para predecir la adsorción de los HAP.

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MK-1, un diseño funcional (Hacia diciembre de 1995)

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MK-1 Resultados del 88-94% de reducción

de partículas (verano1996)

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MK-2 un diseño practico- una cúpula de ladrillos de adobe y la filtración (Circa 1997)

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MK-2 Resultados;

80-100 kg /quemado(partículas) => 2 kg /quemado(medida)

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MK-3 diseño del horno (Hacia junio de 1999; optimización de caudal de los efluentes de gas, aproximadamente , ~ 1 kg /quemado)

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MK-3 resultados; 1.5m/seg velocidad del

gas ==> 0.8m/seg, ~ 1 kg/quemar las partículas (medida)

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MK-4 (Circa Agosto 2000) (Dibujo cortesía de Luis Ávila, NMSU Clays Lab)

Concepto para MK para una comunidad ladrillera

NMSU Chemistry & Biochemistry Department

MK-04

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MK-4 Resultados (Circa Agosto

2002) 0.8 kg/quemado particulas

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MK-2 seleccionado como el diseño más eficiente para los ladrilleros de Ciudad Juárez

Los anteriores hornos circulares se pueden modificar fácilmente

Industria ferozmente competitiva (participación limitada de los recursos, no MK-4, etc.)

Diseño simple de construir y entender, la imagen del espejo, sistema completamente reversibles

~ 4-5 K Tabiques /horno o de 8-10K bloques pequeños

10-12hrs/quemando vs. 18-24 hrs antes 1,5 toneladas de madera frente

a 4.5 toneladas anteriores

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MK-2 Operación del Horno

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Un proceso de solución sostenible es:

Visualizar los resultados positivos y la belleza

Construir relaciones sólidas y de confianza (compartir una comida)

Utilice el talento local, los materiales y soluciones

El orgullo de la propiedad se refleja a través del arte

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Agradecimientos

Courtesy of Michael Kiernan,

NMSU, 2001

SMA Ecología, SCERP, USEPA, FEMAP, SEMARNAT, PROFEPA, TCEQ, EPEC, USDOE, LANL, ASL, NPR, US Smithsonian Folk Life Festival

NMSU and UACJ (Dr.Antonio Lara, Dr. C. Bruce, and Dra. A.Y. Corral)

Chevron Corp. PublicUs, CDC Instituto Tierra y Cal (Jim Hallock, Jeff Rottler, Laura Rottler, etc.)

CATIS (Birambye, CEDESA, ISF, Tierra y Cal)

Ing. Luis Ávila, los voluntarios, los creyentes Don Enrique Chávez y la "Ladrilleros" por el

privilegio, la oportunidad, la solidaridad y el apoyo