condorchem. water waste air wwa DEPURACIÓN DE AIRE Compuestos orgánicos volátiles
1 La constante y a menudo descontrolada industrialización que se está produciendo desde el siglo pasado, ha acabado generando unos daños ambientales que afectan a la salud humana y al ecosistema en general, especialmente en los medios urbanos. Con el fin de combatir estos impactos negativos (agotamiento de la capa de ozono, cambio climático, etc.) i conservar la atmósfera en unas condiciones que permitan su disfrute por parte de todas las personas, en los últimos tiempos se han ido desarrollando múltiples normativas orientadas hacia la concienciación de que el aire es un bien común y que todos estamos obligados a preservarlo. A nivel nacional, la ley anterior a la última Ley de calidad del aire y protección de la atmósfera (Ley 34/2007 de noviembre de 2007) databa de 1972, lo cual manifiesta claramente, la necesidad de una nueva ley actualizada a las exigencias actuales. Esta nueva ley pretende compatibilizar la protección de las personas y del medio ambiente con el desarrollo sostenible, y para ello se basa en el principio de quien contamina paga. Un objetivo básico que se persigue con esta normativa es la corresponsabilidad a distintos niveles: involucrando además de los poderes públicos a la sociedad en general, demandando la necesaria colaboración administrativa a distintos niveles y promoviendo que las administraciones públicas incorporen la protección de la atmósfera en el desarrollo de las distintas políticas sectoriales. Además de esta ley, hay varias normativas locales y nacionales más específicas, que fijan unos límites en las emisiones de ciertos contaminantes por parte de fuentes fijas y móviles. Como consecuencia de su aplicación, en los últimos años se han empezado a vislumbrar algunas mejoras en la calidad del aire. 2
2 CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS Son múltiples los contaminantes atmosféricos que actúan perjudicialmente sobre la salud humana y el medio ambiente. Algunos contaminantes importantes son los clorofluorocarbonos (CFC), los óxidos de azufre, los compuestos generadores de olores, las partículas sólidas, el ozono y los precursores del ozono, que son los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles. Los CFC contribuyen de manera importante a la destrucción de la capa de ozono en la estratosfera, así como a incrementar el efecto invernadero. Desde finales de la década de los años ochenta se ha puesto fin a la producción de la gran mayoría de estos productos. 3
2 El dióxido de azufre (SO 2 ) es el principal causante de la lluvia ácida, al transformarse en la atmósfera en ácido sulfúrico. El SO 2 es liberado en muchos procesos de combustión ya que combustibles como el carbón, en cuanto a su afectación en la salud humana es el tamaño de las partículas, debido al grado de penetración y permanencia que ellas tienen en el sistema respiratorio. Cuanto más pequeñas, más dañinas resultan. el petróleo, el gasoil o el gas natural contienen ciertas cantidades de compuestos de azufre. El olor está considerado como una forma específica de contaminación ambiental. La presencia de olor en el aire supone una molestia y un empeoramiento de la calidad del aire. A menudo, el olor va asociado con un elemento perjudicial para salud y el medio ambiente. El ozono existe de forma natural en la atmósfera superior de la Tierra, conocida como la estratosfera, donde protege a la Tierra de los rayos ultravioletas El término partículas abarca un amplio espectro de sustancias sólidas o líquidas, orgánicas o inorgánicas, dispersas en el aire y procedentes tanto de fuentes naturales como artificiales. El factor determinante del sol. Sin embargo, el ozono también se encuentra cerca de la superficie de la Tierra. Este ozono a nivel del suelo es un contaminante dañino del aire, que se forma por medio de una reacción química entre los compuestos orgánicos volátiles (COV) y los óxidos de nitrógeno, en presencia de la luz solar. 4
3 COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES Con el fin de minimizar estos efectos nocivos, se publicó el Real Decreto 117/2003 sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades, el cual aplica desde el 31 de octubre de 2007 a todas las industrias afectadas. Este Real Decreto, que es la transposición de la Directiva Europea 1999/13/CE, marca para cada una de las actividades afectadas (Anexo II-A) un umbral en el consumo de disolventes, así como unos límites de emisión de COV s en los gases que salen por chimenea y en las emisiones difusas. Los sectores de actividad afectados son muy variados y entre ellos podríamos destacar el sector artes gráficas (diferentes tecnologías de impresión), el recubrimiento (pintado y barnizado de diferentes materiales) y el sector químico-farmacéutico. En este RD 117/2003 se indica el Plan de Gestión de Disolventes (P.G.D.) como herramienta para, a partir Los compuestos orgánicos volátiles (COV s) son unos productos que pueden ser nocivos para la salud y producir importantes perjuicios a los recursos naturales. de unos cálculos a realizar con las entradas y salidas de disolventes, determinar si una industria se ve afectada por esta reglamentación. Para poder cumplir el Real Decreto, las alternativas que hay son: reducir el consumo de disolventes, minimizar las emisiones difusas o reducir la concentración de COV s en las emisiones de gases residuales que salen por chimenea. Para seleccionar la mejor tecnología para la reducción de COV s en las emisiones de gases residuales, hay que analizar detalladamente en cada caso las características 5
3 del aire a tratar y la capacidad tecnológica de la industria afectada. Las principales propiedades que hay que tener en cuenta en el aire a tratar son el caudal, la concentración de COV s, la temperatura y humedad del aire, los disolventes presentes, el límite de emisión permitido y la posible presencia de polvo y otros contaminantes. En cuanto al análisis tecnológico de la empresa, hay que valorar los recursos disponibles, la distribución temporal de las emisiones contaminantes así como la posibilidad de recuperar los disolventes y la energía térmica. Analizando globalmente todos estos aspectos se puede determinar cual es la mejor tecnología disponible. Las tecnologías de tratamiento se pueden dividir en dos grandes grupos: las destructivas y las no destructivas. Los tratamientos destructivos son aquellos en que los COV s se transforman en otras sustancias mediante un procedimiento adecuado, mientras que los no destructivos consisten en la separación física o química de los COV s del aire a tratar. Dentro de las destructivas, las principales tecnologías son la oxidación térmica regenerativa, la oxidación térmica recuperativa, la oxidación catalítica y más ocasionalmente, la biofiltración. En cuanto a las no destructivas, las tecnologías más habituales son la adsorción, la condensación criogénica y la absorción. 6
3.a Tecnologías destructivas En la oxidación térmica regenerativa (OTR), al igual que en las otras técnicas oxidativas, los COV s se oxidan en una cámara de combustión con quemador y se transforman en CO 2 y H 2 O. La OTR se caracteriza por la presencia de unas torres (normalmente 2 ó 3) rellenas de un material cerámico que retiene y cede el calor de combustión al aire tratado durante los sucesivos ciclos del proceso. Con estas torres se consigue una eficiencia de recuperación térmica superior al 95%. Es por tanto, una tecnología con un reducido consumo de combustible y si la concentración de los disolventes es superior a 1,5 2 g/nm 3 puede llegar a ser un proceso autotérmico con un consumo prácticamente nulo. La temperatura de trabajo se sitúa entre los 750 y los 1.250 ºC. A esta temperatura se pueden oxidar todas las sustancias orgánicas. La oxidación térmica recuperativa es una tecnología más simple, con un coste de inversión menor pero unos mayores costes de gestión. Consiste en una cámara de combustión con un quemador y con un intercambiador de calor donde se calienta el aire de entrada y se enfría el aire depurado. Con esta técnica se puede conseguir una eficiencia de recuperación térmica del orden del 65%. 7
3.a En la oxidación catalítica, la principal diferencia es que se consigue la combustión a temperaturas más bajas (200-400ºC) debido a la presencia de un catalizador en la cámara de combustión. Estos equipos son compactos, ocupan menos espacio y al trabajar a menor temperatura consumen menos combustible que la oxidación térmica recuperativa. Para aplicar esta tecnología hay que tener bien caracterizados todos los disolventes, pues puede haber algunos productos que envenenen el catalizador y obliguen a su sustitución. Para todas las técnicas oxidativas hay que tener en cuenta, que en presencia de compuestos clorados y demás halogenados, éstos se transforman en productos del tipo HCl que no pueden ser emitidos a la atmósfera Así, en presencia de halogenados es necesario poner a continuación, un scrubber para tratar las emisiones ácidas generadas. reducirlo es preciso poner como paso previo un rotoconcentrador. El rotoconcentrador consiste en una rueda rellena de zeolitas, las cuales adsorben los COV s del aire de entrada, teniendo en la salida un aire que ya está depurado. Una pequeña porción del aire depurado (entre una décima y una quinceava parte) se calienta a 200 ºC y se pasa a contracorriente para desadsorber los COV s retenidos en las zeolitas. De esta forma, se obtiene un caudal de aire 10-15 veces inferior al inicial con una concentración 10-15 veces superior a la inicial. Este aire es el que se envía luego a la unidad de oxidación para ser depurado. En el caso de tener caudales de aire muy elevados (> 10.000 Nm 3 /h) con una concentración de COV s muy baja (< 1g/Nm 3 ), el combustible consumido con estas tecnologías es bastante elevado y con el fin de 8
3.a Para unos casos más puntuales, en los que se trabaja con concentraciones bajas y uniformes en el tiempo de disolventes biodegradables y solubles en agua, hay la posibilidad de usar la biofiltración en la que unos microorganismos se encargan de degradar la materia orgánica. La biofiltración, aunque se caracteriza por tener unos costes de gestión bajos, presenta también numerosos inconvenientes debido a que los microorganismos necesitan unas condiciones estables de humedad, temperatura y alimentación, y en caso de que estas condiciones se vean repentinamente modificadas, supondrían un riesgo para el sustrato. Por último, estas plantas generan unos residuos que hay que gestionar de forma adecuada, lo cual supone unos gastos adicionales. 9
3.b Tecnologías no destructivas La tecnología más habitual en este grupo es la adsorción en carbón activo. En esta tecnología, se hace pasar el aire a tratar a través de un lecho con carbón activo que retiene los COV s. El carbón activo se va cargando de COV s y llega un momento en que se satura y pierde la capacidad adsorbente. En este punto tenemos dos posibilidades: a) desechar este carbón, gestionarlo como residuo y sustituirlo por uno nuevo. b) Regenerar el carbón con vapor o con un gas inerte (nitrógeno). Con la regeneración se pueden recuperar los disolventes y reutilizarlos en el proceso productivo. La condensación criogénica es un proceso que se basa en el enfriamiento a temperaturas extremadamente bajas del aire a tratar, mediante nitrógeno líquido u otro fluido criogénico. El aire contaminado se enfría progresivamente en los condensadores, por debajo de su punto de rocío, produciéndose la condensación de los COV s y su separación de la fase gas. La absorción física/química consiste en la retención de los contaminantes en agua o en una solución acuosa con determinados reactivos. Para ello, se utilizan unas torres de lavado en las que el aire entra en contacto con microgotas de la solución de tratamiento y quedan absorbidos. Ignasi Piñol Licenciado Ciencias Químicas Product Manager División Aire 10