Informe Residuos de Lámparas Fluorescentes Agosto 2002

Informe Residuos de Lámparas Fluorescentes Agosto 2002

CONTENIDO Introducción I. Tipos de Lámparas II. III. IV. Contaminación por Mercurio Datos Estadísticos Marco Regulatorio Página 2 de 17

INTRODUCCIÓN Las lámparas fluorescentes son una de las fuentes de iluminación disponibles más eficientes en el uso de energía. Los tubos de lámparas fluorescentes contienen una pequeña cantidad de mercurio mezclado con argón en forma de vapor (gases), el cual dirige el flujo de la corriente eléctrica dentro del tubo. Muchas instalaciones (hogares, oficinas, instituciones, centros asistenciales y educacionales, etc.), generan intermitentemente un gran número de residuos de lámparas fluorescentes con contenido de mercurio (Hg). Cuando los tubos de lámparas fluorescentes se rompen, liberan de su interior vapores de mercurio mezclado con argón, altamente tóxicos que afectan peligrosamente a la salud humana y al ambiente; con la posibilidad de contaminación de los cuerpos de agua, superficial y subterránea (infiltración de lixiviados), del suelo, aire y seres vivos. Los elementos más frecuentes de contaminación de suelos provocados por la mala disposición final de los residuos de lámparas fluorescentes, son los metales como el mercurio, zinc, níquel, cadmio, plomo y manganeso. Los residuos de lámparas fluorescentes tienen un origen domiciliario y son considerados como peligrosos por sus características. El peligro potencial, ha causado que las instituciones ambientales pongan atención al manejo adecuado de estos residuos. Página 3 de 17

I. TIPOS DE LÁMPARAS En el mercado existen varios tipos de lámparas que contienen mercurio: lámparas fluorescentes, lámparas de vapor de mercurio a alta presión, lámparas de luz de mezcla, halogenuros metálicos y lámparas de sodio a alta presión. Todas las lámparas fluorescentes contienen mercurio elemental, y su contenido aproximado en un tubo de 120 cm es de 15 a 25 mg. A. Lámparas de vapor de mercurio a) Lámparas fluorescentes Las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión (0.8 Pa). En estas condiciones, en el espectro de emisión del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en la banda de 253.7 nm. Para que estas radiaciones sean útiles, se recubren las paredes interiores del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles. De la composición de estas sustancias dependerán la cantidad y calidad de la luz, y las cualidades cromáticas de la lámpara. En la actualidad se usan dos tipos de polvos; los que producen un espectro continuo y los trifósforos que emiten un espectro de tres bandas con los colores primarios. De la combinación de estos tres colores se obtiene una luz blanca que ofrece un buen rendimiento de color sin penalizar la eficiencia como ocurre en el caso del espectro continuo. Figura 1.- Lámpara fluorescente Las lámparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior. Están formadas por un tubo de diámetro normalizado, normalmente cilíndrico, cerrado en cada extremo con un casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos. El tubo de descarga está relleno con vapor de mercurio a baja presión y una pequeña cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar el encendido y controlar la descarga de electrones. Página 4 de 17

La duración de estas lámparas se sitúa entre 5,000 y 7,000 horas. Su vida termina cuando el desgaste sufrido por la sustancia emisora que recubre los electrodos, hecho que se incrementa con el número de encendidos, impide el encendido al necesitarse una tensión de ruptura superior a la suministrada por la red. Además de esto, debe de considerarse la depreciación del flujo provocada por la pérdida de eficacia de los polvos fluorescentes y el ennegrecimiento de las paredes del tubo donde se deposita la sustancia emisora. Han aparecido lámparas fluorescentes compactas que llevan incorporado el balasto y el cebador. Son lámparas pequeñas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para sustituir a las lámparas incandescentes con ahorros de hasta el 70% de energía. b) Lámparas de vapor de mercurio a alta presión A medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible. En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones rojas. Para resolver este problema se acostumbra añadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las características cromáticas de la lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3,500 y 4,500?K. La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación, se establece en unas 8,000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/w y aumenta con la potencia, aunque para una misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible. Los modelos más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido entre 150 y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares. Para encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos principales. A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos, caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos momentos se apagara la lámpara no sería posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio haría necesaria una tensión de ruptura muy alta. Página 5 de 17

Figura 2.- Lámpara de mercurio a alta presión. c) Lámparas de luz de mezcla Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente y habitualmente, un recubrimiento fosforescente. El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del mercurio, del espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia. Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/w y es el resultado de la combinación de la eficacia de una lámpara incandescente con la de una lámpara de descarga. La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo. Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos causas. Por un lado tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En general, la vida media se sitúa en torno a las 6,000 horas. Página 6 de 17

Residuos de Lámparas Fluorescentes Figura 3.- Lámpara de luz de mezcla Una particularidad de estas lámparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento actúa como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para sustituir las lámparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones. d) Lámparas con halogenuros metálicos Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio) se consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lámpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio). Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3,000 a 6000?K dependiendo de los yoduros añadidos. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/w y su vida media es de unas 10,000 horas. Tienen un periodo de encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta que se estabiliza la descarga. Para su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las tensiones de arranque son muy elevadas (1,500-5,000 V). Página 7 de 17

Figura 4.- Lámpara con halogenuros metálicos Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc. B. Lámparas de vapor de sodio a) Lámparas de vapor de sodio a alta presión Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión. La vida media de este tipo de lámparas ronda las 20000 horas y su vida útil entre 8000 y 12000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara, además de mencionar la depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensión de encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento. Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000 ºC), la presión y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas térmicas. El tubo está rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de encendido de estas lámparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve. Página 8 de 17

Figura 5.- Lámpara de vapor de sodio a alta presión. Este tipo de lámparas tiene muchos usos posibles tanto en iluminación de interiores como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminación de naves industriales, alumbrado público o iluminación decorativa. Página 9 de 17

II. CONTAMINACIÓN POR MERCURIO El mercurio es un elemento que existe en la naturaleza bajo diferentes modalidades, ya sea en forma metálica (de color plateado y líquido), de vapor o gas, combinado con otros elementos (como cloro, sulfuro u oxígeno) para formar sales orgánicas, o bien formando compuestos orgánicos (como el metilmercurio o el fenilmercurio), los cuales también pueden presentarse en forma de sales. A través de procesos naturales, en los que pueden intervenir microorganismos, el mercurio inorgánico puede ser transformado lentamente en mercurio orgánico. Liberación del mercurio de los residuos de lámparas fluorescentes al ambiente En los residuos urbanos es común encontrar mezclados residuos de lámparas fluorescentes con contenido de mercurio, los cuales históricamente han sido dispuestos en los rellenos sanitarios en el mejor de los casos o en los tiraderos al aire libre donde se llevan a cabo emisiones a la atmósfera por la volatilización del mercurio y la infiltración de lixiviados de este tipo de residuos a los depósitos de agua subterránea. Exposición al mercurio A diferencia de otros metales, el mercurio está continuamente recirculando en los distintos compartimentos ambientales, a lo cual se agrega su metilación a través de procesos biológicos y su bioacumulación en diferentes organismos vivos. La contaminación del suelo y de los cultivos agrícolas ocurre tanto por el depósito de las partículas del aire, como de la irrigación de cultivos o su fertilización con aguas o con lodos de plantas de tratamiento de agua residual conteniendo concentraciones elevadas de mercurios de origen industrial. Ya que se le encuentra normalmente en la naturaleza y existen múltiples fuentes antropogénicas que lo emiten al ambiente, todos podemos llegar a exponernos a bajas concentraciones de mercurio a través del aire (inhalación), el agua y los alimentos (ingestión). El mercurio en el medio acuático se acumula en la biota conforme aumenta su edad y se biomagnifica en cada uno de los niveles tróficos que constituyen la cadena alimentaria. Por lo anterior, y de acuerdo con el Programa Internacional de Seguridad Química (PSIQ) de la Organización Mundial de la Salud (OMS), la forma más riesgosa de exposición deriva de la ingestión de pescado conteniendo niveles elevados de metilmercurio. Página 10 de 17

También puede darse la exposición a partir del consumo de medicamentos y cosméticos que contengan mercurio y del contacto con otros productos descritos previamente, en todos los casos, la magnitud de la exposición puede variar grandemente. Para determinar la exposición humana, es preciso tomar en cuenta el ingreso diario de mercurio al organismo por distintas vías (por ejemplo ingestión de alimentos), la forma particular de mercurio que ingresa (por ej. el metilmercurio) y el tiempo de retención dentro del organismo. El mercurio, en contacto con el agua, se transforma en un potente veneno cuyo efecto tarda unos 50 años en desaparecer. Afecta a animales y plantas, y, por la cadena alimenticia, también al hombre. Los elementos más frecuentes de contaminación de suelos provocados por la mala disposición final de los residuos de lámparas fluorescentes son los metales como el mercurio, zinc, níquel, cadmio, plomo, y manganeso. Efectos tóxicos en seres humanos La exposición a concentraciones elevadas del mercurio puede provocar daños permanentes en el cerebro, los riñones y en los fetos en desarrollo, como ocurrió en los habitantes de Minamata en Japón que ingirieron pescado contaminado con mercurio o con la población de Guatemala que ingirió semillas tratadas con mercurio. En particular, el sistema nervioso es muy sensible a los efectos del mercurio, los cuales se manifiestan por distintos tipos de desórdenes que son más severos conforme la exposición aumenta: irritabilidad, nerviosismo, temblor, cambios en la visión y audición, problemas de memoria. Aunado a lo anterior, exposiciones de corta duración a vapores conteniendo concentraciones elevadas de mercurio metálico, así como exposiciones continuas por largos periodos a concentraciones menores, pueden dañar los pulmones, causa náusea, vómito o diarrea, elevar la presión sanguínea y causar irritación de la piel y de los ojos. La absorción del mercurio depende de su forma química, por ejemplo, el metilmercurio se absorbe en 90% y el cloruro de mercurio sólo en 2%. Los niños son especialmente vulnerables a los efectos del mercurio ya que pasa más a su cerebro que en el adulto e interfiere con su desarrollo. Efectos tóxicos en animales En los animales produce los mismos efectos que en las personas, en ellos han sido estudiados los efectos de la exposición de corta y larga duración a través del agua, de los alimentos o de la inhalación de polvo. Estos estudios muestran que por vía oral el mercurio inorgánico puede ocasionar daño renal, efectos en la presión sanguínea y el estómago, así como reacciones autoinmunes y Página 11 de 17

alteraciones en el sistema nervioso. Por su parte, la exposición a corto plazo afecta a fetos. El mercurio orgánico en exposiciones a largo plazo provoca daño renal, estomacal, intestinal, alteraciones en la presión sanguínea, efectos adversos en el feto, esperma y órganos reproductivos masculinos, además de abortos espontáneos y muertes al nacer; el sistema nervioso es más sensible que los otros órganos a los efectos tóxicos de estos compuestos; también hay indicios de que pudiera ocasionar cáncer renal. Página 12 de 17

III. DATOS ESTADÍSTICOS En el país operan tres fabricantes principales de lámparas fluorescentes que son: General Electric, Osram y Phillips. Los datos de producción de lámparas que tienen como componente el mercurio, se presentan en el siguiente cuadro: Cuadro 1.- Tipos de lámparas y contenido de mercurio Año Tipo de Lámparas Producción (millones) Contenido Hg/unidad Contenido Total de Hg (kg) Producción Nacional (%) 1996 Fluorescentes 22 40 mg 880 100 Compactas (112/T8) 4 10 mg 40 20 1997 Fluorescentes 25 40 mg 1000 95 Compactas (112/T8) 5 10 mg 50 20 1998 Fluorescentes 27 35 mg 945 80 Compactas (112/T8) 6 10 mg 60 20 1999 Fluorescentes 30 30 mg 900 75 Compactas (112/T8) 7 5 mg 35 20 Fuente: Información proporcionada por la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas (CANAME), 2000. Al igual que ocurre en el resto del mundo, se ha ido reduciendo o eliminando el empleo de mercurio en ciertos usos como es su utilización en la producción de lámparas. Cuadro 2.- Consumo de mercurio por lámpara producida (1996-1999) Contenido Año Total de Hg (kg) Kg de Hg / unidad producida 1996 920 0.035 1997 1050 0.035 1998 1005 0.030 1999 935 0.025 Fuente: Información proporcionada por la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas (CANAME), 2000. Página 13 de 17

Según información de General Electric 1 el volumen de producción de lámparas con contenido de mercurio es: Producción anual: 8,700,000 unidades Contenido promedio de mercurio 20-25 mg/unidad Ventas mercado mexicano 95% - 97% Ventas exportación: 3% - 5% Gráfica 1.- Uso de Lámparas Fluorescentes en México Público 18% Residencial 5% Comercial 45% Industrial 32% Fuente: General Electric, 1997. Según datos del INEGI, el 50% de la demanda nacional de lámparas está en tan sólo siete estados de la república, donde el Distrito Federal participa con un 11% de la demanda. Gráfica 2.- Distribución de Demanda de Lámparas en México Puebla 5% Distrito Federal 11% Estado de México 12% Veracruz 8% Otros 49% Michoacán 4% Jalisco 7% Guanajuato 4% Fuente: Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática, 1993. 1 Información proporcionada en mayo de 1997 al Instituto Nacional de Ecología. Página 14 de 17

Conforme a los resultados de un estudio contratado por Ericsson Telecom, referente a la toxicidad al ambiente (análisis CRETIB) de una lámpara de vapor de mercurio, las concentraciones de éste componente rebasan hasta en 350% los límites permisibles conforme a la NOM-052-ECOL-1993 (Cuadro 3). Cuadro 3.- Concentraciones de diferentes constituyentes inorgánicos principales, de lámparas de vapor de mercurio Constituyentes inorgánicos principales Resultados (mg/mtra) Resultados (mg/kg) Concentraciones Máximas Permisibles (mg/kg) Arsénico 2.627 5.027 5.0 Cadmio 0.627 1.20 1.0 Mercurio 39.58 75.74 0.2 Plomo 16.819 32.183 5.0 Fuente: Análisis CRETIB de una lámpara de vapor de mercurio, realizado por Desarrollo Ecológico Industrial para Ericsson Telecom. Información sobre las emisiones al ambiente de mercurio, en México En México no se dispone todavía de un inventario preciso sobre la generación de residuos que contengan mercurio. Recientemente, se inició un estudio piloto apoyado por el Instituto de las Naciones Unidas para la Formación y la Investigación (UNITAR), cuyo propósito es establecer un Registro de Emisiones y Transferencia de Contaminantes (RETC), el cual es un inventario multimedios que permitirá construir una base de datos sobre diversos contaminantes, entre ellos el mercurio. Página 15 de 17

IV. MARCO REGULATORIO Legislación y reglamentos En México no existe un marco regulatorio para el manejo de los residuos de lámparas fluorescentes y no se han formulado normas para estos residuos específicos. En las leyes que derivan de la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos solo hay elementos que permiten regular la contaminación por mercurio como a continuación se observa en el Cuadro 4. Cuadro 4.- Normatividad referente al mercurio, en México. Ley Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente Ley de Aguas Nacionales Ley General de Salud Ley Federal del Trabajo Ley Federal de Sanidad Animal Ley de Caminos Puentes y Autotransporte Federal Ley Federal de Armas de Fuego y Explosivos Ley de Industrias Mineras Reglamento Reglamento de Residuos Peligrosos Reglamento de Aguas Nacionales Reglamento para el Control Sanitario de las Actividades, Establecimientos, Productos y Servicios Reglamento de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente del Trabajo Reglamento para el Transporte Terrestre de Materiales y Residuos Peligrosos Reglamento de Armas de Fuego y Explosivos Reglamento para las Actividades Mineras Normas Oficiales Mexicanas NOM-052-ECOL-1993 NOM-053-ECOL-1993 NOM-031-ECOL-1993 NOM-071-ECOL-1994 NOM-071-ECOL-1994 NOM-118-SSA1-1994 NOM-010-STPS-1994 NOM-016-ZOO-1994 NOM-002-SCT2/1994 Entidad Responsable SEMARNAT PROFEPA SEMARNAT PROFEPA SSA STPS SAGARPA STC SEDENA SECOFI De las leyes y los reglamentos se derivan las Normas Oficiales Mexicanas (NOM), que son de aplicación federal, y han sido formuladas con la participación de los diferentes sectores gubernamentales, académicos y la industria, y sometidas a consulta pública antes de su publicación definitiva, hasta la fecha se han publicado sólo normas que regulan el uso del mercurio pero ninguna para regular el manejo de los residuos de lámparas fluorescentes como se puede observar en el Cuadro 5. La entidad encargada de vigilar el cumplimiento de estas normas es la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente. Página 16 de 17

Cuadro 5.- Normas Oficiales Mexicanas relacionadas con la regulación del mercurio Norma NOM-052-ECOL-1993 NOM-053-ECOL-1993 NOM-001-ECOL-1996 NOM-002-ECOL-1996 NOM-117-SSA1-1994 NOM-048-SSA1-1993 NOM-118-SSA1-1994 NOM-016-ZOO-1994 NOM-010-STPS-1994 NOM-002-SCT2/1994 Proy-NOM-098-ECOL- 2000 Tipo de Reglamento Que establece las características de los residuos peligrosos, el listado de los mismos y los límites que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente Que establece el procedimiento para llevar a cabo la prueba de extracción para determinar los constituyentes que hacen a un residuo peligrosos por su toxicidad al ambiente Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal Bienes y servicios. Método de prueba para la determinación de cadmio, arsénico, plomo, estaño, cobre, fierro, zinc y mercurio en alimentos, agua potable y agua purificada por espectrometría de absorción atómica Que establece el método normalizado para la evaluación de riesgos a la salud como consecuencia de agentes ambientales Bienes y servicios. Materias primas para alimentos, productos de perfumería y belleza. Colorantes y pigmentos inorgánicos. Especificaciones sanitarias Análisis de mercurio en hígado, músculo y riñón de bovinos, equinos, porcinos, ovinos y aves por espectrometría de absorción atómica Relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se produzcan, almacenen o manejen sustancias químicas capaces de generar contaminación en el medio ambiente laboral Listado de las sustancias y materiales peligrosos más usualmente transportados. Protección Ambiental- Incineración de residuos especificaciones de operación y límites de emisión de contaminantes (Este proyecto de norma, que establece como límite de emisión de mercurio 0.07 mg/m 3 ) Página 17 de 17