1TECNOLOGIA DE CONTROL DECONTAMINANTES EN EMISIONESGASEOSASCUARTA UNIDADEFECTOSFENMENOPRIMAS/PRODUCTOS(I) PROCESO(ACTIVIDAD INDUSTRIAL)EFECTOS DIRECTOS(III)EMISIONES ATMOSFRICAS(II)ENERGA MATERIASINSUMOSENERGA SUBPRODUCTOSEFLUENTES RESIDUOS SLIDOSCONTROL DE EMISIONESINDUSTRIALESEFECTOSFENMENOPRIMAS/PRODUCTOS(I) PROCESO(ACTIVIDAD INDUSTRIAL)EFECTOS DIRECTOS(III)EMISIONES ATMOSFRICASDISPOSITIVO DE(II) CONTROL AGREGADOENERGA MATERIASINSUMOSENERGA SUBPRODUCTOSEFLUENTES RESIDUOS SLIDOSCONTROL DE EMISIONES INDUSTRIALES Sin uso de dispositivos de control agregado: Buenas prcticas operativas Cambios de materiales y combustibles Modificacin o cambio de procesos Cierre de fbricas o instalaciones Con uso de dispositivos de control agregado: Recuperacin del contaminante Destruccin del contaminanteDispersin o dilucin de la concentracin del contaminanteESTRATEGIAS PARA EL CONTROLTcnicas de control por va seca CMARAS DE SEDIMENTACIN POR GRAVEDAD COLECTORES INERCIALES CICLONES COLECTORES DE TELA (FILTROS DE MANGAS) PRECIPITADORES ELECTROSTTICOS TORRES DE ASPERSION LAVADORES TIPO VENTURICONTROL DE PARTCULASatrapa en micras0.001 a 10.01 a 10.01 a 0.12partculas queRango de tamao y dispositivo de controlContaminante o materialRango del tamaoen micrasEquipo utilizado en el control Rango de partculas quatrapa en micrPrecipitadores electrostticos 0.01 a 90Torres empacadas 0.01 a 100Filtros de papel 0.005 a 8Filtros de tela 0.05 a 90Lavadores de gases 0.05 a 100Separadores centrfugos 5 a 1000Cmaras de sedimentacin 10 a 10000Lluvia Roco Niebla Nubes VaporesPolvos metalrgicosVirusHumo de cigarro Humo de petrleo Negro de humoVapores de xido de zincSlica coloidal Polvo atmosfrico Ncleos de sal marina BacteriasPolvo daino Vapores alcalinos Talco molido InsecticidasPigmentos de pinturasNiebla sulfrica Polvo de carbn Ceniza fina PolenGotas de boquillas neumticas Gotas de boquillas hidrulicas Arena de playa1000 a 10000100 a 10000.001 a 1012 a 900.001 a 1000.006 a 0.090.05 a 10.01 a 0.150.03 a 0.080.001 a 800.05 a 0.70.5 a 500.8 a 80.1 a 80.8 a 800.8 a 100.1 a 80.5 a 51 a 1001 a 40010 a 10010 a 10070 a 8000100 a 1500FD = fuerza viscosaFlujo del aerosolFH = fuerza viscosa de resistencia al avanceDireccin del movimiento de lapartculaFG = fuerza gravitacionalCorrientegaseosaCAMARA DE SEDIMENTACIN PORGRAVEDADGas sucioH Gas limpioLEFICIENCIA DE UN COLECTOR POR GRAVEDADBasado en el hecho de que las partculas slidas suspendidas en un gas caen a travs de ste, bajo la accin de la gravedad, a una velocidad que depende del tamao y la densidad de las partculas, as como la viscosidad del gas.CAMARA DE SEDIMENTACION POR GRAVEDADSon grandes cmaras en las que la velocidad de los contaminantes desciende hasta que por gravedad se deposita en el fondo del equipo.Su mxima eficiencia se logra con partculas no mayores a 1000 micras, siempre y cuando su densidad sea altaCAMARA DE SEDIMENTACION POR GRAVEDADSe basan en el cambio repentino de la direccin del flujo de gas.Entonces la partcula tiende a continuar durante un tiempo corto en la direccin original del flujo de gas y pasa a un espacio muerto donde puede sedimentar.COLECTORES INERCIALESLos ciclones poseen la mayor eficacia de los aparatos basados en la separacin por inercia.El polvo se concentra, por la accin de giro, en la capa del gas prximo a la pared del recipiente, para caer a la tolva ubicada en la parte inferior.CICLONESLos ciclones son muy utilizados en laindustria.Se utilizan diversas configuraciones o distribuciones.CICLONESSistema basado en el hecho que las partculas cargadas elctricamente, sujetas a un campo elctrico, son atradas hacia los electrodos que crean dicho campo y depositadas sobre ellos.PRECIPITADORES ELECTROSTATICOSVista de un EPS moderno y grande,cortesa:Institute of Clean Air CompanicsEstos dispositivos: Permiten separar partculas por debajo de 0.01 micrasPermiten trabajar atemperaturas altas, hasta de 450CSon adaptables a cualquier condicin de trabajoEs posible separar diversos tipos de material suspendido, ya sea polvo o niebla.PRECIPITADORES ELECTROSTTICOSBasados en el principio de hacer pasar los gases cargados de partculas a travs de un medio filtrante poroso donde quedan retenidas.COLECTORES DE TELASe distinguen los siguientes medios filtrantes:-- Papel poroso y esteras fibrosas- Filtros de tela y de fieltroCOLECTORES DE TELATcnicas de control por va hmedaTcnicLa eficiencia de remocin de partculas est directamente relacionada con la energa requerida por el separador hmedo: Colectores de baja energa Colectores de media energa Colectores de alta energaHay tres tipos de colectores hmedos dependiendo de la cantidad de energa suministrada o utilizada en el sistema de limpieza.Tipos de colectores Hmedos Son aquellos en los que el flujo de aire contaminado pasa por unaniebla o cortina de agua. Son para atrapar partculas de ms de 50 micras o para hacerreacciones qumicas o trmicas con los contaminantes. Los ms conocidos son las cajas de aspersin, en los que el flujocontaminado pasa por una cmara en la que se ponen en contactoel gas y el agua mediante la aspersin del lquido.Colectores de baja energaEl contacto de las partculas con el lquido pueden darse en mas de una etapa, aumentando la captura.Lavador de torre por aspersin En ellos flujo de contaminantes pasa por una serie de mamparas con cortinas de agua o junto a las paredes hmedas de los lavadores, las partculas del contaminante se unen al agua y luego sta es tratada para separarla de los contaminantes.Colectores de media energaPara lograr estas eficiencias se llegan a tener cadas de presin hastade 1000 mm de agua, lo que implica el uso de mucha potencia. Son aquellos equipos que utilizan la energa para mezclar con gran eficiencia a las emisiones y el agua, los equipos ms conocidos son los venturi de alta energa. Estos equipos logran capturar con 99% de eficiencia a partculas de 0.5 de micra.Colectores de alta energaEste sistema decaptura permite una mayor eficiencia de contacto y suele ubicarse en las lneasde conduccin del gasLavador tipo venturiEste sistema utiliza fases mezcladas de gas y lquido, de manera que la materia suspendida en el gas pase al liquido absorbedor.Estos aparatos estn basados en la colisin entre las partculas y las gotas de lquido.Torre de aspersin ciclnica1. Distribucin de tamao y carga de partculas:Los colectores hmedos van a tener una buena eficiencia para partculas grandes, de 5 a 10 m con prdidas de presin no muy elevadas.Para conseguir eficiencias elevadas en distribuciones de partculas menores, se requerirn de equipos de venturi con separador ciclnico, y altas prdidas de presin. No hay un mtodo general para el diseo de un separador hmedo, habr que ver los requerimientos del efluente y, mediante prueba y error, determinar el ptimo entre los costos.Los parmetros que afectan una torre de limpiezahmedaLos separadores hmedos no operan a flujos volumtricos muy elevados, a diferencia de los filtros de mangas o los precipitadores electrostticos que tienen mayor capacidad.2. Razn del flujo, temperatura y humedad del gas residual: A mayor flujo volumtrico de gas se necesitar un equipo ms grande y un mayor volumen de lquido La temperatura y humedad del gas residual de entrada van a determinar la evaporacin de lquido, tendiendo a aumentar la relacin lquido-gas con gases con poca humedad y alta temperatura. Las caractersticas del efluente gaseoso contaminado influirn en el diseo del separador.Los parmetros que afectan una torre de limpiezahmeda(2)Donde:P = cada de presin a travs del venturi (mmH2O)v = velocidad de garganta (m/s)g = densidad del gas (Kg/m3)L/G = relacin lquido a gas (l/m3)k = factor de correlacin para un diseo especfico de torre de limpieza. Unade las ecuaciones ms aceptadas para un separador de venturi es la deCalvert, con K=5,2*10-63. Prdida de presin: La velocidad relativa entre el gas y las gotas de lquido aumenta la eficiencia de recoleccin, pero a mayor velocidad mayor es la cada de presin en el sistema.Los parmetros que afectan una torre de limpiezahmeda(3)Donde:vt = velocidad en la garganta (m/s)At = rea de seccin transversal de la garganta (m2)Qm = razn de flujo volumtrico mximo real de aire (m3/s)sat = densidad del gas al punto de saturacin (Kg/m3)C = constante para separadores de venturi con seccin convergente de 30 ydivergente de 10 a 12 y una densidad de gas no mayor de 1 kg/m3. Velocidad ptima en la garganta sera:4. Velocidad y seccin de la garganta de venturi: La garganta es el lugar donde se produce el estrechamiento del separadorde venturi, aumentando la velocidad del gas y la turbulencia (>mezclado) Es donde se produce la mayor prdida de presin, por lo que aunque la mayor velocidad favorece la mxima eliminacin de partculas, existen unas limitaciones en su diseoLos parmetros que afectan una torre de limpiezahmeda(4)6. Tamao de la gota:En principio a menor tamao de gota, se consigue una mayor eficiencia de recoleccin, pero ocurre que a un determinado tamao de gota lmite (llega a ser resuspendida con el efluente gaseoso).5. Relacin lquido-gas (L/G):Esta relacin tender a aumentar con el aumento de la carga de partculas en el efluente contaminado con el fin de mejorar la eficiencia. Esta relacin suele encontrarse entre 1 y 1,5 litros por cada metro cbico de aire contaminado.Los parmetros que afectan una torre de limpiezahmeda(5)7. Tiempo de residencia:El mayor tiempo de contacto entre el lquido y el material particulado>eficiencia de recoleccin. Para separadores venturi para > eficiencia:Longitud garganta = 3 Diametro Longitud divergencia = 4 DiametroLos parmetros que afectan una torre de limpiezahmeda(6)Eficiencia en Colectores venturiDimetro de corte para distintos equipos colectores departculas35TECNOLOGIAS DE CONTROL DE CONTAMINANTES EN EMISIONES GASEOSASTcnica de control por absorcindisuelve en un lquido.gases con alta concentracin de compuestos orgnicos.La absorcin es el proceso mediante el cual un contaminante gaseoso seEl agua es el absorbente ms usado.La absorcin se usa comnmente para recuperar productos o purificarAbsorcin de gasesColumnas de Absorcin El absorbedor de columna de relleno contiene unasustancia inerte (no reactiva), como plstico o cermica, que aumenta la superficie del rea lquida para la interfaz lquida/gaseosa.gaseosade absorcin esta diseado para obtener la mayor cantidad de mezcla posible entre el gas y el lquido. Los absorbedores son frecuentemente llamados lavadores de gas yexisten varios tipos de ellos.Ley de Henry:y = H * xDonde:y: fraccin molar del contaminante en la faseH: Constante de Henryx: Fraccin molar en la fase LiquidaEquilibrio de fasesConstantes de HenryComportamiento con la temperaturaComportamiento con la temperaturaGraficas de SolubilidadEcuaciones de equilibrioInundacin en torres de absorcin (de relleno)LAVADO DE GASES (SISTEMA CLCICO)2 SO2(g) + 2 CaCO3ac) 2 CaSO3(ac) + 2 CO2(g)CaSO3(ac) + O2 2CaSO4(ac)Procesos de absorcin con reaccin qumicaEn los depuradores dinmicos de gas se roca una pelculade agua sobre una superficie en movimiento, como las aspas de un ventilador por ejemplo.Las gotas adquieren un movimiento en espiral, ya que son relativamente grandes e interceptan las partculas de gas y polvo.Depurador de rocio CentrfugoUn tipo de depurador de gases msefectivo es elVenturi, donde el lquido se pone en contacto (por lo general mediante rocos) con el gas sucio que se muevea velocidades altas a travs del conducto de un venturiSistema Venturi con aplicacin de absorcinEjemplo: Absorcin de CloroTcnica de control poradsorcinAdsorcin fsica: rpida, equilibrio posible formacin de multicapas.Adsorcin qumica: procesos especficos. Energa de activacin. Lentos y no reversibles . Monocapas adsorbidas.Tipos de absorcinDonde:We: equilibrium adsorptivity (lb adsorbate/lb adsorbent)P = partial pressure of VOC in gas stream (psia)k,m = empirical parametersWe = k P mAdsorcin de gases y vapores sobre slidosadsorbente: slido adsorbato : gas o vapor adsorcin : en superficie; absorcin : en el seno del slidoMecanismos de Adsorcin e IsotermasType I Adsorption Isotherms for Hypothetical AdsorbateIsotermas de AdsorcinParmetros en las Isotermas de AdsorcinDonde:Mvoc = VOC inlet loading (lb/h)M = Mvoc.AWeRequerimientos de AdsorbenteContinuously Operated Fixed Bed Carbon Adsorber SystemSistema de Adsorcion tipico (two-bed)Sistema de Absorcin con Carbn activadoTipo I : ( amonaco sobre C) Isotermas tipo Langmuir Adsorcin qumica.Tipo II ( nitrgeno sobre slica gel) Adsorcin fsica sobre slidos no porosos.Tipo III. V ( vapor de agua sobre C)Tipo IV. ( benceno sobre Fe)Pendiente: 1/VmOrdenada: 1/aVmp/V = p/Vm + 1/aVmV= Vm. A.p / (1+a.p)Ecuacin de adsorcin de LangmuirTcnica de control porcombustin Caractersticas de los catalizadores:Composicin: metales preciosos o sus sales, soportados o no soportados. xidos metlicos: de Fe, Co, Ni, Sb. Temperatura de operacin: 350-450 C(Temperatura mxima del lecho: 625 C) Reaccin de Van der Vaart:CxHyOz + [x + y/4 + z/2] O2 x CO2 + y/2 H2OINCINERACIN CATALTICA DE COVsTheoretical Reactor Temperatures Required for 99.99 Percent Destruction by ThermalIncineration for a 1-Second Residence TimeTemperaturas de IncineracinIncinerador y uso de catalizadorIncinerador- Etapa regenerativaTipos de Catalizadores en incineradores deCOVsTecnologas de IncineracinCONVERTIDOR CATALTICO(Vehicular)Tcnica de control porva biolgicaRequerimientos: Menor uso de energa No utilizan sustancias peligrosas para su operacin. No requieren condiciones extremas de trabajo. El contaminante es destruido (en lugar de slo transferirse) El CO2 producido con esta tecnologa es mucho menor al generado por la incineracin trmica al no usar combustibles suplementarios. Los sistemas biolgicos de tratamiento de aire:tecnologas limpias = tecnologas verdesMETODOS BIOLOGICOSLmite de estos procesos: Biodegradabilidad de los contaminantes Compuestos recalcitrantes: aquellos con estructuras qumicas no naturales (xenobiticos) Estas tecnologas se basan en la degradacin o transformacin de los contaminantes en compuestos menos dainos. Proceso en el cual los gases contaminados son tratados al entrar en contacto con un medio biolgicamente activo.METODOS BIOLOGICOSProceedings of the 89th Annual Meeting and Exhibition of the Air and WasteManagement Association, Kosteltz, A.M., A. Finkelstein y M. Shoda 1996.Seleccin de TecnologasCLASIFICACIN DE LOS BIOFILTROS (segn su fase)Tipo de equipoFase BiolgicaFase LquidaBio-scrubberDispersaEn movimientoBiofiltro percoladorInmovilizadaEn movimientoBiofiltro de lecho fijoInmovilizadaInmovilLos biofiltros de lecho fijo (BLF) constan de un lecho empacado que se conoce como material filtrante y que puede ser sinttico u orgnico, que sirve como soporte para los microorganismos y en el caso de los orgnicos como fuente de nutrientes para el crecimiento microbiano.Biofiltro de Lecho fijoPrincipio:Hacer pasar la corriente gaseosa saturadade humedad que contiene al contaminantea travs del lecho en donde loscontaminantes son degradados por losmicroorganismos.Materiales filtrantes utilizados:rocas porosas, tierra de diatomeas, perlita, tierra, trozos demaderas, diferentes tipos de compostas, residuos orgnicostales como cscaras de cacahuate, de arroz o de coco, fibra decaa de azcar, entre otros.Biofiltro de Lecho fijo (2)Las principales ventajas:a) La recirculacin del lquido quefavorece la no acumulacin deproductos que pudieran tenerefectos nocivos para losmicroorganismos, yb)la facilidad de control del proceso biolgico a travs de la composicin del medio lquido.Los BL son los sistemas ms adecuados para el tratamiento de compuestos muy solubles en agua.Biofiltro de Lecho fijo (3)El biofiltro de lecho escurrido (BLE) consiste de una columna empacada con un soporte inerte (usualmente de material cermico o plstico) donde se desarrolla la biopelcula.Biofiltro de Lecho EscurridoA travs del lecho se alimenta una corriente gaseosa que contiene al sustrato por biodegradar y una corriente lquida que es comnmente reciclada a travs del lecho y que tiene la funcin de aportar nutrientes esenciales a la biopelcula, as como de remover los productos de degradacin de los microorganismos.Estos sistemas se recomiendan para compuestos solubles en agua. Los BLE tienen similares ventajas que los biolavadores, ya que la recirculacin del lquido facilita la eliminacin de los productos de reaccin as como un mayor control sobre el proceso biolgico a travs del control del pH y la composicin del medio lquido.Biofiltro de Lecho Escurrido (2)Ejemplo: Captura de H2SEn estos equipos el compuesto a degradar primero es absorbido en la fase lquida localizada en una torre de absorcin llena de lquido.La operacin consiste en hacer fluir el gas a contracorriente a travs dellquido, donde los contaminantes y el O2 son absorbidos.Posteriormente el lquido es alimentado a un reactor empacado de un material inerte cubierto de la pelcula biolgica encargada de degradar al contaminante.Bio-Scrubber (Biolavadores, BL)Ventajas y desventajas de los BiofiltrosVentajas y Desventajas de los Biofiltros (2)Son los siguientes: Caractersticas del gas contaminante (concentracin, flujo, presencia de partculas, temperatura). Seleccin del material filtrante. Contenido de humedad del material filtrante. Microorganismos.Parametros de Diseo de los Sistemas deBiofiltracin Generalmente para los sistemas de biofiltracin se ha considerado que el rango de concentracin ptimo de 0 a 5 g/m3. Es necesario evaluar la presencia de partculas con el fin de evitar el taponamiento del lecho filtrante a su paso por ste.Respecto a la temperatura del gas contaminante, si es mayor a 40 C ser necesario un proceso de pretratamiento para reducirla.Caractersticas del gas contaminantePara los biofiltros de lecho fijo (BLF) y de lecho escurrido (BLE), el lecho filtrante es el hbitat de la poblacin microbiana.Se prefiere que los materiales filtrantes contengan los nutrientes necesarios para el metabolismo microbiano, en ausencia o baja concentracin de estos pueden adicionarse mediante solucin de nutrientes. Para los BLF esta solucin se agrega peridicamente por aspersin. Para los BLE, las soluciones minerales se agregan al lquido en movimiento.Material FiltranteUn bajo contenido en el lecho filtrante reduce el espesor de la biopelcula y merma la actividad microbiolgica y, por consiguiente, la actividad del biofiltro. Por otro lado, un elevado contenido de humedad puede crear una saturacin, provocando zonas anaerobias o incrementar la cada de presin. El material filtrante debe tener una buena capacidad de retencin de agua, ya que los microorganismos requieren de una importante cantidad de agua para crecer. El rango ptimo de humedad del material filtrante en sistemas de biofiltracin se considera entre 40 y 60%.Contenido de HumedadMicroorganismosLa reaccin bioqumica que describe el proceso de biofiltracin sepresenta a continuacin, en donde el contaminante presente en fase gassera el sustrato.Biomasa + sustrato = biomasa + CO2 + H2O X + S = dX + CO2 + H2OLa lista de especies presentes en sistemas de biofiltracin es larga y depende de diversos aspectos, tales como el inculo inicial, el material filtrante, los contaminantes a tratar y el tiempo de aclimatacin.