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CONTAMINACION ATMOSFERICA Carlos Blanco C. UAP - ICA ING. AMBIENTAL

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Page 1: Contaminacion Atm

CONTAMINACION ATMOSFERICA

Carlos Blanco C.

UAP - ICA

ING. AMBIENTAL

Page 2: Contaminacion Atm

La mezcla de gases que forma el aire actual se ha desarrollado a lo largo de 4.500 millones de años.

La atmósfera primigenia debió estar compuesta únicamente de emanaciones volcánicas, es decir, vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre y nitrógeno, sin rastro apenas de oxígeno

Formación de la atmósfera

Manto gaseoso que rodea la Tierra y sustenta la vida en el planeta.

Atmosfera

Page 3: Contaminacion Atm

Para lograr la transformación han tenido que desarrollarse una serie de procesos.

Uno de ellos fue la condensación. Al enfriarse, la mayor parte del vapor de agua

de origen volcánico se condensó, dando lugar a los antiguos océanos

Más tarde, cuando evolucionó la vida primitiva capaz de realizar la fotosíntesis, empezó a producir oxígeno.

Hace unos 570 millones de años, el contenido en oxígeno de la atmósfera y los océanos aumentó lo bastante como para permitir la existencia de la vida marina.

Más tarde, hace unos 400 millones de años, la atmósfera contenía el oxígeno suficiente para permitir la evolución de animales terrestres capaces de respirar aire

Page 4: Contaminacion Atm

ComponenteSímbolo/Fórmula

% Volumen % Peso Tiempo de residencia

Nitrógeno N2 78,00 75,60 Continuo (*)

Oxígeno O2 20,90 23,10 Continuo

Argón Ar 0,93 0,30 Continuo

Dióxido de carbono

CO2 0,032 0,05 20

Total 99,862 99,05

(*) Permanece a

través del tiempo sin reaccionar

Constituyentes principales

Composición de la Atmosfera

Page 5: Contaminacion Atm

Componente Símbolo / Fórmula ppm Tiempo de

residencia

Neón Ne 18,0 Continuo

Helio He 5,2 Continuo

Kriptón Kr 1,1 Continuo

Hidrógeno H2 0,5 (?)

Óxido nitroso N2O 0,25 8-10 años

Xenón Xe 0,086 Continuo

Constituyentes secundarios

Page 6: Contaminacion Atm

Componente Fórmula ppm Tiempo de residencia

Monóxido de carbono CO 0,1 0,2-0,3 años

Metano CH4 1,4 Menor de 2 años

Hidrocarburos HCNM 0,02 (?)

Óxido nítrico NO 0,2-2,0 x 10-3 2-8 días

Dióxido de nitrógeno

NO2 0,5-4,0 x 10-3 2-8 días

Amoniaco NH3 6-20 x 10-3 1-4 días

Dióxido de azufre

SO2 0,03-1,2 x 10-3 1-6 días

Ozono O3 0-0,05 (?)

Page 7: Contaminacion Atm

Constituyentes trazas

Page 8: Contaminacion Atm
Page 9: Contaminacion Atm

Que es contaminación atmosférica???

Presencia de sustancias indeseable o agentes contaminantes como: Agentes Químicos, Físicos y Biológicos, en cantidades suficientemente elevadas como para provocar un efecto dañino sobre personas, plantas, animales, o propiedades materiales.

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Natural: No causan episodios grave de contaminación; excepto, Erupciones Volcánicas

Antropogénicas (producidas por el hombre como resultado de la actividad industrial).

Origen de los agentes contaminantes

Page 11: Contaminacion Atm

Naturales: Polen , esporas, humo y partículas de polvo procedentes de erupciones volcánicas e incendios, H2S y CH4 procedente de procesos anaerobios de descomposición, terpenos liberados en bosques de coníferas.

Antropogénicos: Transporte (Vehículos de motor, aviones, barcos,

etc…)Combustión estacionaria (Producción de

electricidad, calefaccionesProcesos industriales (Refinerías, Industria

Química, metalúrgica, del papel, etc.)Tratamiento de residuos sólidos (Basuras

domesticas, combustión de residuos domésticos)

Fuentes de los agentes contaminantes

Page 12: Contaminacion Atm

Que son Agentes Contaminantes

Se denominan Agentes Contaminantesa aquellas sustancias químicas, energíafísica y microorganismos que debido a su concentración en el aire, pueden alterary/o dañar la salud de las personas, dañara los animales, a las plantas y los materiales

Page 13: Contaminacion Atm

Agentes ContaminantesLos Agentes Contaminantes se clasifican en :

Agentes Químicos (Polvos, Humos, Neblinas, Gases y Vapores).

Agentes Físicos (Ruidos, Iluminación, Radiaciones Ionizantes y no Ionizantes,etc.)

Agentes Biológicos (Hongos, Bacterias, Polen, etc.)

Page 14: Contaminacion Atm

Niebla.- suspensión de pequeñas gotas de liquido que se generan por condensación de un gas, o por desintegración de un liquido (atomización, ebullición, etc)

Vapor.- es la fase gaseosa de un material que se halla normalmente en estado liquido o solido en condiciones normales de presión y temperatura

Humo.- suspensión de partículas solidas procedentes de la condensación de vapores, reacciones químicas o combustiones

Page 15: Contaminacion Atm

Agentes QuímicosContaminante Químico, es toda sustancia natural o sintética, que durante la fabricación, manejo,transporte, almacenamiento o uso, puede incorporarse al ambiente en forma de polvo, humo, gas o vapores con efectos perjudiciales para la salud de las personas que entran en contacto con ellas.

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Concentración : Cantidad del agente contaminante presente en el medio por unidad de volumen o área. (ug/m3)

Persistencia : Característica que tiene el contaminante de perdurar en el ambiente.( seg, min, Hr, días, sem, mes, año)

Agentes Químicos Características

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Bioacumulación : Proceso natural por el cual una sustancia se acumula en los organismos a nivel celular individual, pudiendo alcanzar niveles peligrosos.

Biomagnificación : La carga tóxica de un organismo en un nivel trófico inferior se acumula y se concentra mas aún por un organismo en un nivel trófico superior.

Características

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Sinergismo : Aumento de los efectos de un contaminante, a causa de la introducción o presencia de otro (Ej. Partículas y Dióxido de Azufre).

Antagonismo : La presencia de un contaminante reduce parcialmente el efecto del otro.

Interacción de Contaminantes

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La masa de un contaminante se expresa como:

ug/m3 = microgramos metro cúbico

Expresiones de Concentración de Contaminantes

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La relación entre ppm y ug/m3, para 1 atm, y 25°C, es la siguiente:

ug/m3 = ppm x peso molecular x 103

24.5

Para 1atm y 0°C la constante en el denominador es 22.4

Expresiones de Concentración de Contaminantes

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La concentración diaria promedio del SO2 es de 415 ug/m3 a 25 ºC y 1 atm. Cuál es la concentración en ppm?

Ejemplo 1

Page 22: Contaminacion Atm

El gas de escape de un automóvil contiene 1.5% en volumen de CO ¿Cuál será la concentración de CO en mg/m3 a 25ºC y 1 atm.?

Ejemplo 2

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La concentración del Dióxido de Azufre en el aire es de 0.06 ppm. Cual será dicha concentración expresada en microgramos por metro cúbico (T= 25 °C y P= 1 atm)

Ejemplo 3

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La concentración del Dióxido de Azufre en el aire es de 100 ppb (partes por billón). Cual será dicha concentración expresada en microgramos por metro cúbico (T= 25 °C y P= 1 atm)

Ejemplo 4

1ppm = 1000 ppb

Page 25: Contaminacion Atm

La concentración del Monóxido de Carbono en el aire es de 1 ppm. Cual será dicha concentración expresada en microgramos por metro cúbico (T= 20 °C y P= 1 atm)

Ejemplo 5

Page 26: Contaminacion Atm

Otra Relación entre ppmv y g/m3

ppmv= (g/m3) * R * T / (1000*P * M)

Donde: R: Constante universal de los gases (0.0821

atm- L/(mol-ºK))T: Temperatura (ºK) (25ºC = 298 ºK)P: Presión (1 atm)M:Peso molecular de la sustancia (g/mol)

ppmv = partes por millón por volumen

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Convertir….

Efectuar las siguientes transformaciones de ug/m3 a ppmv:

Contaminante Período Valorug/m3

Formato Calculo(ppm)

SO2 24 horas 365 NE mas de 1 vez al año

CO 1 hora 30000 NE mas de 1 vez al año

Ozono 8 horas 120 NE mas de 24 veces al año

De los Estándares de Calidad Ambiental del Aire, N° 074- 2001- PCM

Completar el calculo con los demás Estandares de Calidad del Aire

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Los agentes químicos se clasifican

de acuerdo a su estado físico en:Gases y vapores orgánicos e inorgánicos, tales como

óxidos de azufre, nitrógeno, hidrocarburos, ácidos, etc.

Partículas sólidas y líquidas en suspensión y sedimentables.

Clasificación de Agentes Químicos

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De acuerdo a su origen se clasifican en:

Primarios: son sustancias contaminantes vertidas directamente a la atmósfera desde los focos emisores. No han sufrido ninguna modificación química desde el momento que han salido desde su punto de emisión, ejemplo el monóxido de carbono, óxidos de azufre, etc.

Clasificación de Agentes Químicos

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Secundarios: no son vertidos directamente a la atmósfera. Se producen a consecuen-cia de transformaciones y reacciones químicas o fotoquímicas que sufren los contaminantes primarios en la atmósfera. Ejemplo: El Ozono, el peroxiacetilnitrato (PAN), SO3, NO2, ac. sulfúrico, ac. Nítrico, etc.

Clasificación de Agentes Químicos

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Page 32: Contaminacion Atm

Principales Contaminantes del Aire

Contaminante Simbolo Forma Física

Tipo

Mónóxido de Carbono CO gas Primario

Dióxido de Azufre SO2 gas Primario

Dióxido de Nitrógeno NO2 gas Primario y Secundario

Ozono O3 gas Secundario

Hidrocarburos HC gas Primario

Partículas PTS, PM10. PM2.5

Sólido, líquido

Primario y Secundario

Plomo Pb Sólido primario

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Contaminantes gaseosos: SOx

Asufre elemental (S) es inocuo e inerte en la naturaleza sin embargo sus óxidos (SOx) e incluso su formas reducidas (H2S) poseen un efecto dañino sobre el ecosistema.

Los SOx son los contaminantes atmosféricos mas extendidos y estudiados

6 Compuestos prioritarios: SO, SO2, SO3, SO4, S2O3, S2O7

Reacciones de oxidación y reducción de S

Reducción Forma elemental

Primer paso de la oxidación

Segundo paso de la oxidación

Reacción con agua

Reacción con NH4

+ u otros cationes

T y P ; atm. de H2 y

catalizador; En procesos

biológicos se da a T y P ambiente

Reacción con O2 de la atmósfera.

Rápida a T ; lenta a T ambiente

Lenta en la atmósfera, rápida en un reactor catalítico

Depende del contenido de

humedad de la atmósfera

Depende de la concentración de

cationes en la atmósfera

H2S S SO2 SO3 H2SO4 Partículas de sulfato (NH4)2SO4

SO2 es el contaminante mas extendido. En atmósfera sin contaminar [SO2] = 0.2 ppb. Su fuente principal es la combustión de combustible fósiles (carbón y petróleo 86 % emisiones) y la purificacion de metales en altos hornos.

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Óxido de azufre SO2 :Gas incoloro, no inflamable y no explosivoTiene sinergia con las partículas en suspensión.Resulta de la reacción del azufre o de los

materiales que lo contienen con el oxígeno.(minerales sulfurosos, combustibles)

En la combustión de combustibles fósiles la relación SO2/SO3, esta usualmente entre 40:1 a 80:1

S(presente en combustibles) + O2(aire) SO2

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Ejemplo: Si se queman 100 kilos de un combustible con 7% de azufre se emitirán 14 kilos de Dióxido de azufre.

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Óxido de azufre SO2 :

Se convierte a trióxido de azufre o ácidos sulfúricos y a sus sales mediante procesos fotoquímicos o catalíticos en la atmósfera. El trióxido de azufre forma ácido sulfúrico con la humedad del aire. 2SO2 + O2 (aire) 2 SO3

2SO2 + 2H20 + O2 + M 2H2SO4 + M (Catalítico)

SO2 hu SO2* (Fotoquímico)

SO2* + 2O2 SO3 + O3

SO3 + H2O H2SO4

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Este ácido ataca las construcciones realizadas en piedra caliza y mármol, siendo la reacción:

• A su vez, el dióxido de azufre presente en la atmósfera  puede atacar directamente al mármol según la reacción:

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Óxido de azufre SO2 :

Algunos Óxidos Metálicos oxidan el dióxido de azufre directamente a sulfato, por ejemplo:

4 MgO + 4SO2 3MgSO4 + MgS

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Óxido de azufre SO2 :

Produce una sensación gustatoria a concentraciones de 0.3 a 1.0 ppm en el aire.

A concentraciones mayores a 3.0 ppm, el gas tiene un olor acre e irritable.

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Emisiones de Azufre a Nivel Mundial

750 x 106 ton.100 x 106 ton.

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Efectos: SOx

En humanos: Irritación de membranas mucosas del sistema respiratorio causando bronquitis y enfisemas pulmonares. Paralizan los cilios del sistema respiratorio, lo que da vía libre a la contaminación por partículas

En plantas: Sensibles durante periodos de luz Intensa, alta humedad, y temperatura moderada o durante periodos de crecimiento. Depende del tipo de planta.

En Materiales: Deterioro grave de materiales que contienen carbonatos (mármol, piedra caliza). Se forma sulfato cálcico que es muy soluble en agua. CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + CO2 +H2O

Altas concentraciones de SOx aceleran también la corrosión de metales.