Gestión de la Contaminación Atmosférica

El objetivo de un administrador de un sistema de control de la contaminación del aire es garantizar que las concentraciones excesivas de contaminantes del aire no alcancen un objetivo susceptible. Los objetivos podrían incluir personas, plantas, animales y materiales. En todos los casos debemos preocuparnos por los más sensibles de cada uno de estos colectivos. Los contaminantes del aire pueden incluir gases, vapores, aerosoles y, en algunos casos, materiales biopeligrosos. Un sistema bien diseñado evitará que un objetivo reciba una concentración dañina de un contaminante.

La mayoría de los sistemas de control de la contaminación del aire involucran una combinación de varias técnicas de control, generalmente una combinación de controles tecnológicos y controles administrativos, y en fuentes más grandes o más complejas puede haber más de un tipo de control tecnológico.

Idealmente, la selección de los controles apropiados se hará en el contexto del problema a resolver.

• ¿Qué se emite, en qué concentración?
• ¿Cuáles son los objetivos? ¿Cuál es el objetivo más susceptible?
• ¿Cuáles son los niveles aceptables de exposición a corto plazo?
• ¿Cuáles son los niveles aceptables de exposición a largo plazo?
• ¿Qué combinación de controles debe seleccionarse para garantizar que no se excedan los niveles de exposición a corto y largo plazo?

En la tabla 1 se describen los pasos de este proceso.

Tabla 1. Pasos en la selección de controles de contaminación

* Al establecer los niveles de exposición en el Paso 3, debe recordarse que estas exposiciones son exposiciones totales, no solo las de la planta. Una vez que se ha establecido el nivel aceptable, los niveles de fondo y las contribuciones de otras plantas solo se restan para determinar la cantidad máxima que la planta puede emitir sin exceder el nivel de exposición aceptable. Si esto no se hace, y se permite que tres plantas emitan la cantidad máxima, los grupos objetivo estarán expuestos a tres veces el nivel aceptable.

** Algunos materiales, como los carcinógenos, no tienen un umbral por debajo del cual no se producirán efectos nocivos. Por lo tanto, siempre que se permita que parte del material escape al medio ambiente, habrá algún riesgo para las poblaciones objetivo. En este caso, no se puede establecer un nivel sin efecto (que no sea cero). En su lugar, se debe establecer un nivel de riesgo aceptable. Por lo general, esto se establece en el rango de 1 resultado adverso en 100,000 1,000,000 a XNUMX XNUMX XNUMX de personas expuestas.

Algunas jurisdicciones han hecho parte del trabajo al establecer estándares basados ​​en la concentración máxima de un contaminante que puede recibir un objetivo susceptible. Con este tipo de norma, el administrador no tiene que realizar los pasos 2 y 3, ya que la agencia reguladora ya lo hizo. Bajo este sistema, el administrador debe establecer solo los estándares de emisión no controlada para cada contaminante (Paso 1), y luego determinar qué controles son necesarios para cumplir con el estándar (Paso 4).

Al tener estándares de calidad del aire, los reguladores pueden medir las exposiciones individuales y así determinar si alguien está expuesto a niveles potencialmente dañinos. Se supone que los estándares establecidos bajo estas condiciones son lo suficientemente bajos para proteger al grupo objetivo más susceptible. Esta no es siempre una suposición segura. Como se muestra en la tabla 2, puede haber una amplia variación en los estándares comunes de calidad del aire. Los estándares de calidad del aire para el dióxido de azufre oscilan entre 30 y 140 μg/m³. Para materiales regulados con menos frecuencia, esta variación puede ser incluso mayor (1.2 a 1,718 μg/m³), como se muestra en la tabla 3 para el benceno. Esto no es sorprendente dado que la economía puede desempeñar un papel tan importante en el establecimiento de estándares como lo hace la toxicología. Si no se establece un estándar lo suficientemente bajo para proteger a las poblaciones susceptibles, nadie está bien servido. Las poblaciones expuestas tienen un sentimiento de falsa confianza y, sin saberlo, pueden ponerse en riesgo. Al principio, el emisor puede sentir que se ha beneficiado de un estándar indulgente, pero si los efectos en la comunidad requieren que la empresa rediseñe sus controles o instale nuevos controles, los costos podrían ser más altos que hacerlo correctamente la primera vez.

Tabla 2. Rango de estándares de calidad del aire para un contaminante del aire comúnmente controlado (dióxido de azufre)

Tabla 3. Rango de estándares de calidad del aire para un contaminante del aire menos controlado (benceno)

Los niveles se estandarizaron a un tiempo promedio de 24 horas para ayudar en las comparaciones.

(Adaptado de Calabrese y Kenyon 1991.)

A veces, este enfoque paso a paso para seleccionar los controles de contaminación del aire se cortocircuita y los reguladores y diseñadores van directamente a una "solución universal". Uno de estos métodos es la mejor tecnología de control disponible (BACT). Se supone que al usar la mejor combinación de depuradores, filtros y buenas prácticas de trabajo en una fuente de emisión, se logrará un nivel de emisiones lo suficientemente bajo como para proteger al grupo objetivo más susceptible. Con frecuencia, el nivel de emisión resultante estará por debajo del mínimo requerido para proteger los objetivos más susceptibles. De esta manera, todas las exposiciones innecesarias deben eliminarse. En la tabla 4 se muestran ejemplos de BACT.

Tabla 4. Ejemplos seleccionados de la mejor tecnología de control disponible (BACT) que muestran el método de control utilizado y la eficiencia estimada

BACT por sí solo no asegura niveles de control adecuados. Aunque este es el mejor sistema de control basado en controles de limpieza de gas y buenas prácticas operativas, BACT puede no ser lo suficientemente bueno si la fuente es una planta grande o si está ubicada junto a un objetivo sensible. Se debe probar la mejor tecnología de control disponible para garantizar que sea lo suficientemente buena. Los estándares de emisión resultantes deben verificarse para determinar si aún pueden ser dañinos o no, incluso con los mejores controles de limpieza de gases. Si los estándares de emisión siguen siendo dañinos, es posible que se deban considerar otros controles básicos, como la selección de procesos o materiales más seguros, o la reubicación en un área menos sensible.

Otra “solución universal” que pasa por alto algunos de los pasos son los estándares de rendimiento de la fuente. Muchas jurisdicciones establecen estándares de emisión que no se pueden exceder. Los estándares de emisión se basan en las emisiones en la fuente. Por lo general, esto funciona bien, pero al igual que BACT, pueden no ser confiables. Los niveles deben ser lo suficientemente bajos para mantener las emisiones máximas lo suficientemente bajas como para proteger a las poblaciones objetivo susceptibles de las emisiones típicas. Sin embargo, al igual que con la mejor tecnología de control disponible, es posible que esto no sea lo suficientemente bueno para proteger a todos donde hay grandes fuentes de emisión o poblaciones susceptibles cercanas. Si este es el caso, se deben utilizar otros procedimientos para garantizar la seguridad de todos los grupos objetivo.

Tanto BACT como los estándares de emisión tienen una falla básica. Asumen que si se cumplen ciertos criterios en la planta, los grupos objetivo estarán automáticamente protegidos. Esto no es necesariamente así, pero una vez que dicho sistema se convierte en ley, los efectos sobre el objetivo se vuelven secundarios al cumplimiento de la ley.

Los estándares de emisión BACT y fuente o los criterios de diseño deben usarse como criterios mínimos para los controles. Si el BACT o los criterios de emisión protegerán los objetivos susceptibles, entonces se pueden usar según lo previsto; de lo contrario, se deben usar otros controles administrativos.

Medidas de control

Los controles se pueden dividir en dos tipos básicos de controles: tecnológicos y administrativos. Los controles tecnológicos se definen aquí como el hardware colocado en una fuente de emisión para reducir los contaminantes en la corriente de gas a un nivel aceptable para la comunidad y que protegerá al objetivo más sensible. Los controles administrativos se definen aquí como otras medidas de control.

Controles tecnológicos

Los sistemas de limpieza de gas se colocan en la fuente, antes de la chimenea, para eliminar los contaminantes de la corriente de gas antes de liberarla al medio ambiente. La Tabla 5 muestra un breve resumen de las diferentes clases de sistemas de limpieza de gases.

Tabla 5. Métodos de limpieza de gases para eliminar gases, vapores y partículas nocivos de las emisiones de procesos industriales

El limpiador de gas es parte de un sistema complejo que consta de campanas, conductos, ventiladores, limpiadores y chimeneas. El diseño, desempeño y mantenimiento de cada parte afecta el desempeño de todas las demás partes y del sistema como un todo.

Cabe señalar que la eficiencia del sistema varía ampliamente para cada tipo de limpiador, según su diseño, la entrada de energía y las características de la corriente de gas y el contaminante. Como resultado, las eficiencias de la muestra en la tabla 5 son solo aproximaciones. La variación en la eficiencia se demuestra con lavadores húmedos en la tabla 5. La eficiencia de recolección del lavador húmedo va desde el 98.5 % para partículas de 5 μm hasta el 45 % para partículas de 1 μm con la misma caída de presión en el lavador (6.8 pulgadas manométricas de agua (wg )). Para partículas del mismo tamaño, 1 μm, la eficiencia va del 45 por ciento a 6.8 wg al 99.95 a 50 wg. Como resultado, los limpiadores de gas deben adaptarse a la corriente de gas específica en cuestión. No se recomienda el uso de dispositivos genéricos.

Deposito de basura

Al seleccionar y diseñar sistemas de limpieza de gases, se debe prestar especial atención a la eliminación segura del material recolectado. Como se muestra en la tabla 6, algunos procesos producen grandes cantidades de contaminantes. Si la mayoría de los contaminantes son recogidos por el equipo de limpieza de gases, puede haber un problema de eliminación de desechos peligrosos.

Tabla 6. Ejemplos de tasas de emisión no controlada para procesos industriales seleccionados

En algunos casos, los desechos pueden contener productos valiosos que pueden reciclarse, como metales pesados ​​de una fundición o solventes de una línea de pintura. Los desechos se pueden usar como materia prima para otro proceso industrial; por ejemplo, el dióxido de azufre recolectado como ácido sulfúrico se puede usar en la fabricación de fertilizantes.

Cuando los desechos no se pueden reciclar o reutilizar, la eliminación puede no ser sencilla. No solo el volumen puede ser un problema, sino que también pueden ser peligrosos. Por ejemplo, si el ácido sulfúrico capturado de una caldera o fundición no se puede reutilizar, deberá tratarse más para neutralizarlo antes de desecharlo.

Dispersión

La dispersión puede reducir la concentración de un contaminante en un objetivo. Sin embargo, debe recordarse que la dispersión no reduce la cantidad total de material que sale de una planta. Una chimenea alta solo permite que la pluma se extienda y se diluya antes de que alcance el nivel del suelo, donde es probable que existan objetivos susceptibles. Si el contaminante es principalmente una molestia, como un olor, la dispersión puede ser aceptable. Sin embargo, si el material es persistente o acumulativo, como los metales pesados, la dilución puede no ser la respuesta a un problema de contaminación del aire.

La dispersión debe utilizarse con precaución. Se deben tener en cuenta las condiciones meteorológicas locales y de la superficie del suelo. Por ejemplo, en climas más fríos, particularmente con una capa de nieve, puede haber inversiones de temperatura frecuentes que pueden atrapar contaminantes cerca del suelo, lo que resulta en exposiciones inesperadamente altas. De manera similar, si una planta está ubicada en un valle, los penachos pueden moverse hacia arriba y hacia abajo del valle, o ser bloqueados por las colinas circundantes para que no se extiendan y dispersen como se esperaba.

Controles administrativos

Además de los sistemas tecnológicos, existe otro grupo de controles que deben ser considerados en el diseño general de un sistema de control de la contaminación del aire. En su gran mayoría, provienen de las herramientas básicas de higiene industrial.

Sustitución

Uno de los métodos de higiene ocupacional preferidos para controlar los peligros ambientales en el lugar de trabajo es sustituirlo por un material o proceso más seguro. Si se puede utilizar un proceso o material más seguro y se evitan las emisiones nocivas, el tipo o la eficacia de los controles se vuelven académicos. Es mejor evitar el problema que tratar de corregir una mala primera decisión. Los ejemplos de sustitución incluyen el uso de combustibles más limpios, cubiertas para almacenamiento a granel y temperaturas reducidas en secadores.

Esto se aplica tanto a compras menores como a los principales criterios de diseño de la planta. Si solo se compran productos o procesos seguros para el medio ambiente, no habrá riesgo para el medio ambiente, ni en el interior ni en el exterior. Si se hace una compra equivocada, el resto del programa consiste en intentar compensar esa primera decisión. Si se compra un producto o proceso de bajo costo pero peligroso, es posible que se necesiten procedimientos y equipos de manipulación especiales y métodos de eliminación especiales. Como resultado, el artículo de bajo costo puede tener solo un precio de compra bajo, pero un precio alto para usarlo y desecharlo. Tal vez un material o proceso más seguro pero más costoso habría sido menos costoso a largo plazo.

Ventilación local

Se requieren controles para todos los problemas identificados que no pueden evitarse mediante la sustitución de materiales o métodos más seguros. Las emisiones comienzan en el sitio de trabajo individual, no en la chimenea. Un sistema de ventilación que capture y controle las emisiones en la fuente ayudará a proteger a la comunidad si está diseñado adecuadamente. Las campanas y conductos del sistema de ventilación son parte del sistema total de control de la contaminación del aire.

Se prefiere un sistema de ventilación local. No diluye los contaminantes y proporciona un flujo de gas concentrado que es más fácil de limpiar antes de liberarlo al medio ambiente. Los equipos de limpieza de gases son más eficientes cuando limpian aire con concentraciones más altas de contaminantes. Por ejemplo, una campana de captura sobre el pico vertedor de un horno de metal evitará que los contaminantes lleguen al medio ambiente y entregará los humos al sistema de limpieza de gas. En la tabla 5 se puede ver que las eficiencias de limpieza para los limpiadores de absorción y adsorción aumentan con la concentración del contaminante, y los limpiadores de condensación no se recomiendan para niveles bajos (<2,000 ppm) de contaminantes.

Si los contaminantes no se atrapan en la fuente y se les permite escapar a través de las ventanas y aberturas de ventilación, se convierten en emisiones fugitivas no controladas. En algunos casos, estas emisiones fugitivas no controladas pueden tener un impacto significativo en el vecindario inmediato.

Aislamiento

El aislamiento (ubicar la planta lejos de objetivos susceptibles) puede ser un método de control importante cuando los controles de ingeniería son inadecuados por sí mismos. Este puede ser el único medio de lograr un nivel aceptable de control cuando se debe confiar en la mejor tecnología de control disponible (BACT). Si, después de aplicar los mejores controles disponibles, un grupo objetivo todavía está en riesgo, se debe considerar encontrar un sitio alternativo donde no haya poblaciones sensibles presentes.

El aislamiento, como se presentó anteriormente, es un medio para separar una planta individual de los objetivos susceptibles. Otro sistema de aislamiento es cuando las autoridades locales utilizan la zonificación para separar las clases de industrias de los objetivos susceptibles. Una vez que las industrias se han separado de las poblaciones objetivo, no se debe permitir que la población se traslade al lado de la instalación. Aunque esto parece de sentido común, no se emplea tan a menudo como debería.

Procedimientos de trabajo

Se deben desarrollar procedimientos de trabajo para garantizar que el equipo se use de manera adecuada y segura, sin riesgo para los trabajadores o el medio ambiente. Los sistemas complejos de contaminación del aire deben mantenerse y operarse adecuadamente para que hagan su trabajo según lo previsto. Un factor importante en esto es la capacitación del personal. El personal debe recibir capacitación sobre cómo usar y mantener el equipo para reducir o eliminar la cantidad de materiales peligrosos emitidos al lugar de trabajo o la comunidad. En algunos casos, BACT se basa en buenas prácticas para garantizar resultados aceptables.

Monitoreo en tiempo real

Un sistema basado en monitoreo en tiempo real no es popular y no se usa comúnmente. En este caso, el monitoreo meteorológico y de emisiones continuo se puede combinar con el modelado de dispersión para predecir las exposiciones a favor del viento. Cuando las exposiciones previstas se acercan a los niveles aceptables, la información se utiliza para reducir las tasas de producción y las emisiones. Este es un método ineficiente, pero puede ser un método de control provisional aceptable para una instalación existente.

Lo contrario de esto para anunciar advertencias al público cuando las condiciones son tales que pueden existir concentraciones excesivas de contaminantes, para que el público pueda tomar las medidas apropiadas. Por ejemplo, si se envía una advertencia de que las condiciones atmosféricas son tales que los niveles de dióxido de azufre a favor del viento de una fundición son excesivos, las poblaciones susceptibles, como los asmáticos, sabrán que no deben salir. Nuevamente, este puede ser un control provisional aceptable hasta que se instalen controles permanentes.

El monitoreo atmosférico y meteorológico en tiempo real a veces se usa para evitar o reducir eventos importantes de contaminación del aire donde pueden existir múltiples fuentes. Cuando se hace evidente que es probable que existan niveles excesivos de contaminación del aire, es posible que se restrinja el uso personal de los automóviles y que se cierren las principales industrias emisoras.

Mantenimiento/limpieza

En todos los casos la eficacia de los controles depende del mantenimiento adecuado; el equipo tiene que funcionar según lo previsto. No solo se deben mantener y utilizar los controles de contaminación del aire según lo previsto, sino que los procesos que generan emisiones potenciales se deben mantener y operar adecuadamente. Un ejemplo de un proceso industrial es un secador de astillas de madera con un controlador de temperatura defectuoso; si la secadora funciona a una temperatura demasiado alta, emitirá más materiales, y quizás un tipo diferente de material, de la madera que se está secando. Un ejemplo del mantenimiento de un limpiador de gas que afecta las emisiones sería una cámara de filtros con un mantenimiento deficiente y con filtros rotos, lo que permitiría que las partículas pasaran a través del filtro.

La limpieza también juega un papel importante en el control de las emisiones totales. El polvo que no se limpia rápidamente dentro de la planta puede volver a arrastrarse y presentar un peligro para el personal. Si los polvos se transportan fuera de la planta, son un peligro para la comunidad. La mala limpieza en el patio de la planta podría representar un riesgo significativo para la comunidad. Los materiales a granel descubiertos, los desechos de plantas o el polvo levantado por vehículos pueden provocar que los contaminantes sean transportados por el viento a la comunidad. Mantener el patio limpio, utilizando contenedores o lugares de almacenamiento adecuados, es importante para reducir las emisiones totales. Un sistema no solo debe diseñarse correctamente, sino también usarse correctamente si se quiere proteger a la comunidad.

Un ejemplo del peor caso de mantenimiento y limpieza deficientes sería la planta de recuperación de plomo con un transportador de polvo de plomo roto. Se permitió que el polvo escapara del transportador hasta que la pila fuera tan alta que el polvo pudiera deslizarse por la pila y salir por una ventana rota. Los vientos locales luego llevaron el polvo alrededor del vecindario.

Equipos para Muestreo de Emisiones

El muestreo en la fuente se puede llevar a cabo por varias razones:

• Caracterizar las emisiones. Para diseñar un sistema de control de la contaminación del aire, se debe saber qué se está emitiendo. No solo se debe conocer el volumen de gas, sino también la cantidad, la identidad y, en el caso de las partículas, la distribución del tamaño del material que se emite. La misma información es necesaria para catalogar las emisiones totales de un barrio.

• Para probar la eficiencia del equipo. Después de comprar un sistema de control de la contaminación del aire, debe probarse para asegurarse de que está haciendo el trabajo previsto.

• Como parte de un sistema de control. Cuando las emisiones se monitorean continuamente, los datos se pueden usar para ajustar el sistema de control de la contaminación del aire o la operación de la planta misma.

• Para determinar el cumplimiento. Cuando las normas reglamentarias incluyen límites de emisión, se puede utilizar el muestreo de emisiones para determinar el cumplimiento o incumplimiento de las normas.

El tipo de sistema de muestreo utilizado dependerá de la razón por la que se tomaron las muestras, los costos, la disponibilidad de tecnología y la capacitación del personal.

Emisiones visibles

Cuando exista el deseo de reducir el poder de ensuciamiento del aire, mejorar la visibilidad o prevenir la introducción de aerosoles en la atmósfera, las normas pueden basarse en las emisiones visibles.

Las emisiones visibles están compuestas por pequeñas partículas o gases coloreados. Cuanto más opaca es una pluma, más material se emite. Esta característica es evidente a la vista y se pueden utilizar observadores capacitados para evaluar los niveles de emisión. El uso de este método para evaluar los estándares de emisión tiene varias ventajas:

• No se requiere equipo costoso.

• Una persona puede hacer muchas observaciones en un día.

• Los operadores de planta pueden evaluar rápidamente los efectos de los cambios en el proceso a bajo costo.

• Los infractores pueden ser citados sin pruebas de fuente que consumen mucho tiempo.

• Las emisiones cuestionables se pueden ubicar y las emisiones reales luego se pueden determinar mediante pruebas en la fuente, como se describe en las siguientes secciones.

Muestreo extractivo

Un método de muestreo mucho más riguroso requiere que se retire una muestra de la corriente de gas de la chimenea y se analice. Aunque esto suena simple, no se traduce en un método de muestreo simple.

La muestra debe recolectarse isocinéticamente, especialmente cuando se recolectan partículas. El muestreo isocinético se define como el muestreo al extraer la muestra en la sonda de muestreo a la misma velocidad que el material se mueve en la pila o conducto. Esto se hace midiendo la velocidad de la corriente de gas con un tubo Pitot y luego ajustando la tasa de muestreo para que la muestra ingrese a la sonda a la misma velocidad. Esto es esencial cuando se toman muestras de partículas, ya que las partículas más grandes y pesadas no seguirán un cambio de dirección o velocidad. Como resultado, la concentración de partículas más grandes en la muestra no será representativa de la corriente de gas y la muestra será inexacta.

En la figura 1 se muestra un tren de muestra para dióxido de azufre. No es simple y se requiere un operador capacitado para garantizar que la muestra se recolecte correctamente. Si se van a tomar muestras de algo que no sea dióxido de azufre, se pueden quitar los impactores y el baño de hielo e insertar el dispositivo de recolección apropiado.

Figura 1. Diagrama de un tren de muestreo isocinético para dióxido de azufre

El muestreo extractivo, particularmente el muestreo isocinético, puede ser muy preciso y versátil, y tiene varios usos:

• Es un método de muestreo reconocido con controles de calidad adecuados y, por lo tanto, se puede utilizar para determinar el cumplimiento de las normas.

• La precisión potencial del método lo hace adecuado para las pruebas de rendimiento de nuevos equipos de control.

• Dado que las muestras se pueden recolectar y analizar en condiciones de laboratorio controladas para muchos componentes, es útil para caracterizar la corriente de gas.

Un sistema de muestreo simplificado y automatizado se puede conectar a un gas continuo (sensores electroquímicos, ultravioleta-fotométricos o de ionización de llama) o a un analizador de partículas (nefelómetro) para monitorear continuamente las emisiones. Esto puede proporcionar documentación de las emisiones y el estado operativo instantáneo del sistema de control de la contaminación del aire.

Muestreo in situ

Las emisiones también se pueden muestrear en la chimenea. La Figura 2 es una representación de un transmisómetro simple utilizado para medir materiales en la corriente de gas. En este ejemplo, se proyecta un haz de luz a través de la pila hacia una fotocélula. Las partículas o el gas coloreado absorberán o bloquearán parte de la luz. Cuanto más material, menos luz llegará a la fotocélula. (Ver figura 2.)

Figura 2. Un transmisómetro simple para medir partículas en una pila

Mediante el uso de diferentes fuentes de luz y detectores, como la luz ultravioleta (UV), se pueden detectar gases transparentes a la luz visible. Estos dispositivos se pueden ajustar a gases específicos y, por lo tanto, pueden medir la concentración de gas en la corriente de desechos.

An in situ El sistema de monitoreo tiene una ventaja sobre un sistema extractivo en el sentido de que puede medir la concentración en toda la chimenea o conducto, mientras que el método extractivo mide las concentraciones solo en el punto de donde se extrajo la muestra. Esto puede resultar en un error significativo si la corriente de gas de muestra no está bien mezclada. Sin embargo, el método extractivo ofrece más métodos de análisis y, por lo tanto, quizás pueda usarse en más aplicaciones.

Puesto que el in situ El sistema proporciona una lectura continua, se puede utilizar para documentar las emisiones o para ajustar el sistema operativo.

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