REUTILIZACIN DE LOS RESIDUOS DE POLIESTIRENO EXPANDIDO PARA LA CREACIN DE POLIELECTROLITOS

REUTILIZACIN DE LOS RESIDUOS DE POLIESTIRENO EXPANDIDO PARA LA CREACIN DE POLIELECTROLITOS.

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CARTAGENA DE INDIAS D. T y C.

DESCRIPCIN DEL PROBLEMAEn el escenario socio-ambiental ha aumentado la preocupacin por los recursos naturales, y la reutilizacin de sus productos y subproductos. Los plsticos ofrecen muchsimos beneficios a la sociedad. Sin embargo el manejo de los residuos plsticos es una gran problemtica ambiental. Da a da aumenta la produccin de elementos a base de plsticos, y consigo mismo sus residuos generados. Los impactos ambientales generados por esta clase de materiales son acumulativos a largo y lejano plazo. Para el caso de nuestro pas, la composicin fsica del producto de todos sus residuos slidos corresponde en un 13% a plsticos y afines, arrojando un valor aproximado de 3400 toneladas de desechos diarios en basureros. [1]Hace cincuenta aos, se cre un tipo de plstico particular, el poliestireno expandido (EPS) fue creado con una composicin de 98% de aire y 2% de la materia prima (poliestireno). Los EPS conocidas como espuma de poliestireno se identifican como un termoplstico celular rgido, el resultado de la polimerizacin de estireno en agua. [2]Este material ha sido ampliamente aplicado en muchos aspectos, tales como para la industria de embalaje, bienes de consumo, materiales de construccin, ms all de los procesos de fundicin de bloques de motor de la industria automotriz [3], [4].Entre las caractersticas del EPS est su ligereza, resistencia a la humedad y capacidad de absorcin de los impactos. Como principal cualidad destacada est el no descomponerse, ni podrirse, ni enmohecerse, y as se convierte en un material excepcional para la venta a alimentos. Pero este conjunto de caractersticas a su vez lo convierten en un material altamente estable muy difcil de degradar, segn estudios tarda ms de mil aos en biodegradarse.La produccin mundial de poliestireno es de aproximadamente 3 millones de toneladas por ao fue de envasado y de consumo de bienes de las industrias responsables de 54% de la produccin total, seguido por el sector de la construccin con un 46%. [5]El EPS es un material qumicamente inerte, no biodegradable, es decir, que no se descompone, no se desintegra, no desaparece en el medio ambiente, en consecuencia, el EPS no contamina qumicamente el suelo, el agua o el aire. Sin embargo, puede ser un problema ambiental si no se recicla porque se considera un material eterno y se necesita demasiado espacio (debido a su baja densidad). [6]Adicionalmente se le ha dado un gran desarrollo en el pas, y especficamente en Cartagena debido a los avances tecnolgicos en elementos para el embalaje y empaques en este material. Se presenta un problema porque estos cumplen su funcin industrial muy rpido y terminan formando rpidamente parte de la acumulacin de los residuos slidos generados a diario por la humanidad. [7]Econmicamente hablando una tonelada de EPS vale exactamente lo mismo que una tonelada de tapas de botellas PET; sin embargo, el esfuerzo y la inversin que implica la recoleccin de cada uno de ellos son diametralmente opuestos. [8]Germn Segura, director de Verdenatura Una tonelada de icopor equivale a 100 toneladas en volumen de otros materiales, ocupando un excesivo espacio en el relleno sanitario de Doa Juana. Y si se tiene en cuenta lo cotidiano que es su uso (para proteger electrodomsticos, empacar alimentos o tomar tinto), se entiende el porqu de la importancia y la urgencia de reutilizarlo. [9]Se presenta gran contaminacin en Cartagena, debido a que son arrojados indiscriminadamente grandes cantidades de poliestireno expandido al relleno sanitario Loma de los Cocos, el cual destina parte de su rea para la disposicin de residuos ordinarios de la ciudad, lo cual hace que se reduzca el volumen disponible restante para la disposicin de otros residuos.Tambin se encuentra presencia de estos materiales residuales en las fuentes de agua, como lo es la cinaga de la virgen, en los manglares, la Laguna de Chambac, la boquilla es una cinaga atorada, llena de desechos, basura, icopor, aguas residuales y concreto.[10]La Cinaga de la Virgen alberga la segunda mayor cantidad de manglares del mundo. Hoy, los manglares peligran. Las aves, iguanas y cangrejos son en realidad llantas, bolsas plsticas y pedazos de icopor. La experiencia extica no es ms que un paseo al basurero distrital de Cartagena. [11]Hay reportes de especies que confunden las partculas de estos envases con alimento, los ingieren y se asfixian, como tortugas y peces, refiri Gracia Fadrique. A pesar de ello, se trata de uno de los materiales ms empleados en el mbito mundial.A escala mundial, esos materiales constituyen una fuente importante de residuos. Se trata de la llamada basura blanca, que cuando es desechada ensucia por largo tiempo, porque su vida media es alta (puede tardar ms de 400 aos en degradarse). Este fenmeno hace que su acumulacin en basureros y cuerpos de agua produzca graves daos ambientales. [12]Es por lo anterior que se deben buscar alternativas para reutilizar el EPS y as producir un beneficio que genere oportunidad de desarrollo dentro del departamento de Bolivar.

TECNOLOGA: PROCESO DE PRODUCCIN POLIELECTROLITO.El aprovechamiento de desechos de EPS mediante reciclaje qumico provee alternativas de creacin de materiales en diferentes sectores siendo un ejemplo, el sector de la construccin donde este se mezcla con otros componentes para aumentar la resistencia del concreto, o en el sector de adhesivos, donde se utiliza para hacer selladores de humedad e incluso para elaborar ambientes templados dentro de edificios. Dicho lo anterior, una de las aplicaciones ms interesantes evoca su utilidad en el sector de tratamiento de aguas residuales, donde mediante el EPS se pueden crear polielectrolitos.Los polielectrolitos se pueden utilizar para acelerar la floculacin y hacerla ms eficiente, estos son compuestos polimericos o simplemente polmeros los cuales tienden a separarse si mezclan con agua, estos se separan en iones positivos y negativos, un ejemplo muy comn de estos polmeros es (poli)acido acrlico, si este se coloca en contacto con el agua los hidrgenos del cido se apartarn con las molculas de agua, formando iones H3O+como ste:

Entonces polmero quedar con un cmulo de grupos con carga negativa, todas esas cargas negativas van a repelerse entre s. Esto ocasiona un extrao comportamiento de la cadena polimrica (Cuando estn en solucin), las molculas neutras tienden a enrollarse (fenmeno conocido como ovillo al azar). Pero cuando las cadenas polimricas se encuentran pobladas de cargas negativas (lo cual produce su repulsin mutua) el polmero no puede enrollarse, esto hace que la solucin que vuelva ms viscosa. Cuando la cadena de polielectrolito se expande, ocupa ms espacio y se hace ms resistente a fluir a travs de las molculas de solvente que la rodean. Por lo tanto la solucin se vuelve espesa, como si fuera almbar, Pero existe una forma para poder evitar esto. Si se parte de una solucin de polielectrolito en agua y se agrega bastante sal, ocurrir que el NaCl se separar en iones Na+y Cl-. En el caso de un polielectrolito con cargas negativas, como el poli(cido acrlico), los iones Na+ se interpondrn entre las cargas negativas del polmero y las neutralizarn. Cuando esto sucede, la cadena polimrica colapsa y vuelve a formar el ovillo al azar.Los polielectrolitos son ampliamente utilizados en procesos de separacin en la industria de tratamiento de aguas en especial sulfonato de poliestireno, el cual es de inters para nuestro fin. Los polielectrolitos orgnicos comerciales son usados por lo general como coadyudantes durante proceso de floculacin y este en especial tiene una gran ventaja sobre otros agentes floculantes ya que es fcil de ajustar, y depende en gran medida de pH, concentracin de sales y la carga superficial.La tecnologa consiste en llevar a cabo un proceso en el cual con diferentes insumos se transforma el poliestireno expandido en dichos polielectrolitos.El proceso llevado descrito por Wieslaw W. et al es:1. Comminucin del poliestireno expandido a 0,4-1.04 mm con un equipamiento adecuado de molienda.2. Se lleva el EPS al proceso de sulfonacin que es la fijacin qumica del grupo bisulfito a un tomo de carbono de una molcula orgnica. El uso de compuestos orgnicos sulfonados est ligado a la presencia del grupo SO3H por su carcter hidroflico muy polar. (Crdova R, 2013) En este caso se aade el EPS (reducido en tamao) y cido sulfrico catalizado con sulfato de plata y se espera que reaccione a un tiempo ptimo de 1.5h y un rango de temperatura de 80 a 90C.La reaccin que describe el proceso es:

Ilustracin 1. Reaccin de sulfonacin (Crdova R, 2013)

3. Se pasa a un proceso de filtrado donde se remueve el catalizador y se reutiliza.4. El filtrado se lleva mezcla con agua.5. La mezcla anterior se lleva a otro proceso donde se aade NaCO3, el precipitado que es una sal de sodio en forma de polmero se conoce como polielectrolito, que es el producto de inters.El poliestireno expandido conminuido se mezcla con acido sulfrico (cinco veces su peso) y con un 1% en peso de catalizador sulfato de plata.

Ilustracin 2. Esquema del proceso.

IMPACTOSLa reutilizacin directa de los materiales plsticos est limitada actualmente al 1-2% debido a los cada vez ms elevados requerimientos de calidad de los productos as el plstico reciclado obtenido de los envases alimentarios y embalajes no se puede volver a emplearse en la fabricacin de nuevos envases por razones sanitarias y deben usarse para otros tipos de aplicaciones, por lo cual se sugiere la produccin de un polielectrolito para la floculacin de los contaminantes presentes en las aguas residuales.

Econmico: El reciclaje nos permite reintroducir materiales en nuestro sistema productivo. Se requiere ahorro de energa y disminucin del empleo de recursos naturales, se reduce el consumo de petrleo. Al utilizar como materia prima un producto reciclado, el precio directo de la fabricacin de los floculantes se reduce significativamente. Precios asociados a los insumos: Acido Sulfrico al 95-97% por 100 ml, Laboratorios Sar Ltda, Bogot D.C. Colombia.Precio pblico: $12220 La lista de materiales de fabricacin para el reactor en que se da la reaccin pueden ser posiblemente a base de: vidrio, acero Inoxidable, aleaciones de nquel, titanio, circonio. Equipos para conminacin del poliestireno expandido: Molino para PSE: EPSCR series, La trituradora rompe los bloques EPS en las uniones despus de haber sido triturados, el dimetro de los moldes seleccionados son uniformes, totalmente llenos, con menos polvo. El polielectrolito resultante se puede almacenar durante dos aos en lugares frescos y secos, y los envases deben mantenerse cerrados a fin de prevenir la entrada de humedad, ofrecindose as un largo periodo de duracin del producto. El polielectrolito se puede vender en Cartagena a los contratistas del emisario submarino que pre tratan las aguas residuales antes de ser diluidas en las corrientes marinas y empresas nacionales como epm que tratan las aguas residuales de ciudades como Medellin. Como mercado alterno el producto puede destinarse para el mantenimiento y limpieza de piscinas.

Ambiental: Se necesita un mtodo para la reduccin del volumen de basura vertida en el medio ambiente. Reduce la contaminacin ambiental que se propaga rpidamente por accin elica. Reduce la contaminacin que afecta a los ecosistemas marinos produciendo la muerte de las especies. Da la posibilidad que en el proceso se volatilice una parte del acido sulfrico, y tambin de vapor de agua emitindose al ambiente como gases del proceso. El floculante ser empleado para tratar agua residual de carcter municipal y urbano que mejorara las propiedades fsicas removiendo slidos en suspensin. El uso de polielectrolitos orgnicos en el tratatameinto de agua puede incrementar la velocidad de sedimentacin del floculo; disminuir costos de tratamiento, mejorar la calidad del efluente, reducir el volumen de los lodos depositados y mejorar sus caractersticas mejorando la disposicin final. Los polmeros pueden contaminarse durante el proceso de fabricacin como monmeros y otras sustancias toxicas, tambin pueden reaccionar con las dems sustancias qumicas aadidas durante el tratamiento de agua residual.[12]

Social: Se podran implementar centros de acopios para la recoleccin de la materia prima reciclada, que requerira de un personal formal contratado, generando empleo directo. Habra generacin de trabajo para los recicladores informales porque el poliestireno expandido tendra un valor agregado al tener una aplicacin adicional utilizada a escala comercial. Sera un poco mas preferido el reciclaje de este tipo de polmeros sobre otros porque su valor podra aumentar por su aplicabilidad. Igualmente al tener que disear, construir y operar una planta para el tratamiento de estos residuos y su posterior aprovechamiento para obtener el floculante final se requiere de mano de obra local temporal y permanente para el mantenimiento de las operaciones en la planta, que generara un inminente desarrollo en la regin.Con la realizacin del anterior estudio se pudo plantear una alternativa de solucin a problemas de carcter ambiental, econmico y social para la ciudad de Cartagena, principalmente basados por la problemtica de la contaminacin producida por los residuos de poliestireno expandido para producir un polielectrolito que permitiera la floculacin de los contaminantes suspendidos en las aguas residuales de la ciudad.Adicionalmente quedara ms espacio disponible en el relleno sanitario loma de los cocos, para la disposicin de otros residuos. Se reducira drsticamente la contaminacin de los cuerpos de agua de la cuidad en el cual se arrojan trozos de icopor y contribuir a salvar a la fauna marina. Finalmente es recomendable que se estudien y desarrollen mecanismos que eviten la contaminacin de los polmeros al momento de la produccin con sus respectivos monmeros, y que se estudie como reducir la reactividad con sustancias presentes en las aguas residuales.

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