INIS-mí —1 362(1

INSTITUTO UKINVKSTIKACIONKSKl.KCTKICAS

ININ

VI SEMINARIO IIE-ININ-IMPSOBRE ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS

MESA 6

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

15 de julio de 1992Centro Nuclear, Salazar, Edo. de México

VI SEMINARIO IIE-IMP-ININSOBRE ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS

15 DE JULIO DE 1992SALAZAR, ESTADO DE MEXICO.

MESA 6. CONTAMINACIÓNAMBIENTAL

Moderador: Ing. Gilberto Campos Moreno. (IMP),Relator: Dr. Rigoberto Longoria (IIB).

Relator: M. en C. Francisca Aldape ügalde. (IHIN).

T E la X 13 O

INTRODUCCIÓN.

PONENCIAS H E .

ESTUDIO DE LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL EN CENTRALESTERMOELÉCTRICAS DE LA C.F.E.

MODELACIÓN DE LA DISPERSION DE CONTAMINANTES ¡'ATMOSFÉRICOS EN AREAS DE INFLUENCIA DE CENTRALESTERMOELÉCTRICAS.

INTEGRACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN PARA LA EVALUACIÓN DECONTAMINANTES EN FUENTES FIJAS.

PONENCIAS IMP.

TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE ALGUNOS GASES DECONTAMINACIÓN GENERADOS POR LA COMBUSTION ENCÁMARA ABIERTA.

LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA POR OZONO EN LA ZMCM:EVOLUCIÓN DE LOS PERIODOS ESTACIONALES DE 1986 A 1991.

DISEÑO BÁSICO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICODE AGUAS RESIDUALES PARA UNA REFINERÍA.

ESTUDIO SOBRE EL COMPORTAMIENTO EN LAS EMISIONES DEESCAPE AL INCORPORAR SISTEMAS DE CONTROL ENVEHÍCULOS DE TRANSPORTE PUBLICO.

PONENCIAS ININ.

- DETERMINACIÓN DE CONTAMINANTES EN LA ATMOSFERA DELVALLE DE TOLUCA MEDIANTE ANÁLISIS POR ACTIVACIÓN.

- IRRADIACION-COMPOSTEO DE LODOS RESIDUALES.

- EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL USO DELTRATAMIENTO DE GASES DE CHIMENEA CON ELECTRONESEN MEXICO.

CONCLUSIONES.

I NTROETLJCG I ON

Con el propósito de continuar con el Intercambio deexperiencias e impulsar el desarrollo de especialidades comunesentre el Instituto de investigaciones Eléctricas (HE), elInstituto Mexicano del Petróleo (IMP) y el Instituto Nacional deInvestigaciones Nucleares (ININ), se celebró el "VI SeminarioIIE-IMP-ININ Sobre Especialidades Tecnológicas", el 15 de juliode 1992, en las instalaciones del ININ en Salazar, Estado deMéxico. Se contó con la asistencia de 182 investigadores de lastres instituciones, asi como de 32 representantes del sectoreducativo y energético.

El objetivo del Seminario fue relacionar a los investigadoresde una misma especialidad, con la idea de que los especialistasintercambien experiencias y establezcan vías de cooperación. Lapresencia de los representantes de los sectores educativo yenergético en el Seminario tuvo por objeto recoger informaciónpara orientar sus acciones en relación con el desarrollo de lasespecialidades analizadas. Para ello, el evento se organizó en 15mesas de trabajo, correspondientes a 15 especialidadestecnológicas, en las que se presentaron 131 ponencias, de lascuales 43 correspondieron al IIE; 49 al IMP y 39 al ININ.

Durante el Seminario, las 15 mesas sesionaronsimultáneamente, allí se discutieron las ponencias que analizaronel desarrollo de las técnicas y metodologías utilizadas en cadauna de las especialidades tecnológicas de interés para las tresinstituciones. Asimismo, se discutieron posibles acciones futurasde cooperación interinstitucional, con el propósito de impulsarel desarrollo de la especialidad.

En una sesión plenaria se expusieron ante los directivos delas tres instituciones ,las conclusiones a las que llegaron losespecialistas en cada una de las mesas de trabajo.

PONENCIAS f I H E

MESA No. 6 CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

INSTITUCIÓN: INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS

PONENCIA: ESTUDIO DE LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL ENCENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE LA CFE.

AUTOR: RIGOBERTO LONGORIA RAMIREZ

CURRICULUM VITAE

INGENIERO QUÍMICO DE LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEON(1994) .DOCTORADO DE LA GRAN BRETAÑA EN CINÉTICA DE GASES (1983).

INGENIERO DE PROCESO DE POLIMERIZACIÓN EN LA PLANTA AKRA DELGRUPO ALFA EN MONTERREY (1974-1980).

HA SIDO INVESTIGADOR DE MEDIO TIEMPO EN LA UNIVERSIDADREGIOMONTANA Y EN LA UNIVERSIDAD DE NUEVO LEON.

COORDINADOR DE LA ESPECIALIDAD DE PROCESOS QUÍMICOS EN EL H E(1985 A LA FECHA).

COORDINA PROYECTOS RELACIONADOS CON CONTAMINACIÓN AMBIENTAL,CONTROL QUÍMICO DEL AGUA EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS, LIMPIEZASQUÍMICAS DE CALDERAS Y CARACTERIZACIÓN DE COMBUSTIBLES.

ES INVESTIGADOR NACIONAL.

RESUMEN

MEDIANTE ESTE PROYECTO SE EVALÚA LA NATURALEZA Y VOLUMEN DEEMISIONES CONTAMINANTES EN SIETE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE LACFE.ADEMAS SE OPTIMIZARAN LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LACOMBUSTION EN TREINTA Y DOS UNIDADES GENERADORAS DE ELECTRICIDADLO CUAL REDUNDA EN UNA DISMINUCIÓN DE GASES CONTAMINANTES A LAATMOSFERA.SE ANALIZAN ALTERNATIVAS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN POREL USO DE EQUIPO LAVADOR DE GASES DE COMBUSTION COMO POR LAIMPLEMENTACION DE TÉCNICAS DESULFURIZADORAS DE COMBUSTOLEO.

ESTUDIO DE LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL EN CENTRALESTERMOELÉCTRICAS DE LA CFE

RIGOBERTO LONGORIA RAMIREZIIE

INTRODUCCIÓN

Los aspectos ambientales que han sido considerados dentro deldesarrollo de Proyectos de Investigación en e3 Instituto deInvestigaciones Eléctricas pueden ser clasificados QL la siguientemanera:

a) Aquellos que están directamente relacionados con lacontaminación de la atmósfera.

b) Otros, relacionados con el impacto, identificación ycaracterización de los procesos más importantes que intervienenen el deterioro de la calidad del agua.

c) Los relacionados con procesos y sistemas para aprovechamiento dedesechos sólidos y la disminución de sus efectos contaminantesdel suelo y subsuelo.

d) Los relacionados con los efectos que las instalacioneseléctricas causan a los seres vivos por ruidos audiblesy efectos de campos electromagnéticos.

En lo concerniente a contaminación atmosférica se ha desarrolladoinfraestructura para el muestreo, análisis y modelación de ladispersión de contaminantes gaseosos emitidos a la atmósfera enCentrales Termoeléctricas, habiéndose efectuado evaluación, endiferentes centrales, de SOx, NOx y partículas suspendidas enfuentes fijas, así como instalación de redes de monitoreo decontaminantes en el ambiente en centrales localizadas enimportantes centros de población y focos de desarrollo industrialo turístico.

Para fines de apoyar a controlar y disminuir, según el caso, elimpacto de las emisiones gaseosas generadas en CentralesTermoeléctricas se realizan estudios sobre anticontaminantes que anivel mundial son aceptables, tales como equipos lavadores degases. La investigación sobre el empleo de plantas de lechofluidizado para quemar combustible que por sus características noes recomendable quemar en equipo convencional se ha desarrollado encolaboración con Instituciones extranjeras.

Dentro de los estudios encaminados a determinar la calidad delagua, se ha colaborado con dependencias oficiales para ladeterminación de la composición química e isotópicos del agua depozo así como sobre la potencialidad de contaminación del agua pormigración de elementos peligrosos para la salud, desarrollandoestudios isotópicos y geoquímicos.

Durante 14 años se ha hecho un seguimiento de los desarrollostecnológicos para el aprovechamiento de la biomasa realizandoademás trabajo experimental sobre la fermentación anaeróbica dedesechos sólidos orgánicos. La utilización de la basura urbana hasido considerada también desde el punto de vista de ser una fuentede energía y de que contribuirá a disminuir su impacto en eldeterioro del medio ambiente por desechos sólidos.

Se han desarrollado trabajos tendientes a complementarprocedimientos análiticos para evaluar el impacto ambientalproducido por el efecto corona y los campos eléctrico y magnéticode los diseños de sistemas de transmisión. El movimiento de cargassobre la superficie de los conductores de los sistemas de muyalta tensión producen ionización y descargas eléctricas localizadasen la región del aire que los rodea.

Actualmente se desarrolla para la Comisión Federal de Electricidadun proyecto que engloba la mayoría de los aspectos ambientales ytiene los siguientes objetivos.

OBJETIVOS

Evaluar la naturaleza y volumen de emisiones contaminantes delmedio ambiente de las Centrales Termoeléctricas de la ComisiónFederal de Electricidad y recomendar los métodos y sistemas paralograr una sensible reducción de esta contaminación.

Para mejor cumplir con este objetivo general fue necesariodesglosarlo en áreas, resultando un total de ocho aspectos aestudiar:

I.- Medición y Modelación de contaminantes atmosféricos

Dentro de este aspecto se realizan mediciones de contaminantesemitidos a la atmosfera por las chimeneas de las siete centralesconsideradas en el estudio. Los contaminantes que se evalúan son:S02, NOx y partículas. Estos mismos contaminantes son tambiénevaluados en el ambiente, además, se realiza la modelación de ladistribución del S04 con el propósito de delimitar la zona deinfluencia de las plumas de las centrales. Debido a que lainformación meteorológica de los sitios en que se encuentranubicadas las centrales es muy pobre o no existe, se incluye en elproyecto la instalación de estaciones meteorológicas que en unfuturo permitirán hacer uso de modelos de dispersión másconfiables.

II.- Técnicas y equipos para el control de la contaminaciónatmosférica.

En países industrializados se han desarrollado tecnologías que

permitan disminuir la emisión de contaminantes gaseosos a través delas chimeneas de Centrales Termoeléctricas.

Existen varias alternativas disponibles para prevenir, diluir oreducir las emisiones contaminantes.

a) Uso de combustóleo y carbón con bajo contenido de azufre.

b) Eliminación, mediante tratamiento adecuado, del azufre de loscombustóleos adquiridos de PEMEX con alto contenido de azufre.

c) Dispersión de las emisiones gaseosas mediante el uso dechimeneas de altura tal que en combinación con las condicionesmeteorológicas locales, permitan alcanzar niveles de dilución enla atmosfera que estén por debajo de los límites máximospermitidos por la SEDUE.

d) Aplicación de técnicas de lavado de gases y/o eliminacióncatalítica de óxidos de nitrógeno.

e) Para la eliminación de las partículas o de sus efectos seemplean técnicas de filtración y de corrección de lascaracterísticas acidas de las mismas.

III.- Aguas Residuales:

Los contaminantes de las aguas residuales en las CentralesTermoeléctricas son de diversa naturaleza (orgánicos e inorgánicos)estas aguas provienen fundamentalmente de los sistemas deenfriamiento, regeneración de resinas en las plantasdesmineralizadoras y aguas de uso doméstico.

IV.- Afinación de los Sistemas de Combustión de Generadores deVapor y Diseño o Adecuación del Equipo de Combustión.

Se incluyen trabajos dentro de una metodología enfocada a optimizarla operación de los Sistemas de Combustión.

V.- Caracterización de Combustóleos:

La calidad del combustible quemado en cada central repercutedirectamente en los procesos y productos de combustión por lo quese habrán de conocer las características de los combustóleos y lavariación estadística esperada para cada región del país.

VI.- Desechos sólidos:

Los suelos y las aguas subterráneas constituyen recursos

importantes cuya preservación, calidades y estabilidad debenprocurarse. La operación de Centrales Termoeléctricas a base decombustibles líquidos y sólidos generan riesgos de contaminación delas zonas donde éstas se encuentran emplazadas siendo los residuosde la combustión uno de los agentes contaminantes en potencia, porlo anterior se diagnóstica la contaminación química al subsuelo yse determinan los mecanismos por los que la contaminación seproduce.

vil.- Técnicas para Desulfuración de Combustóleo:

Se realiza un análisis comparativo de las tecnologías actualmentedisponibles a nivel mundial para desulfurización de crudos oaceites residuales característicos del país, identificando susventajas en función de sus características técnicas, económicas yrequerimientos de inversión.

VIII.- Capacitación y Entrenamiento:

Se prepara personal en cada una de las centrales, personal con elconocimiento teórico y práctico suficiente para realizar muestreoy análisis necesarios para la evaluación y control de lacontaminación ambiental producida.

PARTICIPANTES

Dentro del proyecto participan 30 investigadores del IIE y secuenta con la asesoría de empresas e instituciones de educaciónsuperior del extranjero y nacionales. En las áreas de modelación ymeteorología y capacitación participa empresa española UITESA.

MESA No. 6 CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

INSTITUCIÓN: INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS

PONENCIA: MODELACIÓN DE LA DISPERSION 'JE CONTAMI-MANTES ATMOSFÉRICOS EN AREAS DE INFLU-ENCIA DE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS.

AUTOR: RICARDO SALDANA FLORES

CURRICULUM VITAE

INVESTIGADOR DEL DEPARTAMENTO DE FUENTES NO CONVENCIONALES Y DESISTEMAS DE COMBUSTION DEL IIE.

INVESTIGAODR NACIONAL MIEMBRO DEL SNI.

DIRECTOR TÉCNICO Y MIEMBRO FUNDADOR DE LA ASOCIACIÓN MEXICANA DEENERGÍA Y RECURSOS ENERGÉTICOS.

SECRETARIO DE VOACLIAS Y MIEMBRO FUNDADOR DE LA ASOCIACIÓNNACIONAL DE ENERGÍA SOLAR.

HA PARTICIPADO EN PROYECTOS RELATIVOS AL DISEÑO DE REDES DEMONITOREO DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS Y CARACTERIZACIÓN DELCOMPORTAMIENTO Y NIVEL DE POTENCIALIDAD ENERGÉTICA DEL VIENTO DEDIVERSOS SITIOS DE INTERÉS.

RESUMEN

A PRINCIPIOS DE 1987 SE HAN VENIDO REALIZANDO EN EL IIE DIVERSOSESTUDIOS RELACIONADOS CON LA DETERMINACIÓN DE LOS NVELES DECONCENTRACIÓN DE CONTAMINANTES EN LA ATMOSFERA EN LOS ALREDEDORESDE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS A TRAVÉS DE MODELOS RECOMENDADOS PORLA EPA.

EN EL PRESENTE TRABAJO SE ANOTAN ALGUNAS GENERALIDADES RESPECTOA LA MODELACIÓN Y A ALGUNAS EXPERIENCIAS QUE EN ESTE CAMPO HATENIDO A LA FECHA EL GRUPO QUE SE AVOCA A ESTOS PROBLEMAS EN ELIIE.

MODELACIÓN DE LA DISPERSION DE CONTAMINANTESEN LOS ALREDEDORES DE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS

R. SALDAÑA, A. SALCIDO

I.I.E.

RESUMEN: En el Instituto de Investigaciones Eléctricas (HE) se han llevado a cabo di-versos estudios sobre la determinación de los niveles de concentración de contaminantesatmosféricos en áreas donde se localizan algunas centrales termoeléctricas de la ComisiónFederal de Electricidad (CFE). Estos estudios tienen como objetivo primordial el reunir ele-mentos de juicio que permitan tomar medidas para evitar el deterioro del medio ambiente.A la fecha se han realizado modelaciones de la dispersión de contaminantes atmosféricosen los alrededores de centrales termoeléctricas tales como Lerdo, Manzanillo, Mazatlán,Monterrey, Río Escondido. Salamanca, Valle de México y Tula vertiéndose en el presentetrabajo algunas generalidades sobre las experiencias que se han obtenido en tales estudios.

1. INTRODUCCIÓN

El día lo. de marzo de 19SS, se puso en vigencia la "Ley General del EquilibrioEcológico y la Protección al Ambiente", donde se señalan los objetivos fundamentales quedeterminan la protección de la atmósfera. Estos objetivos son:

a) La calidad del aire debe ser satisfactoria en todos los asentamientos humanos yregiones del país.

b) Las emisiones de contaminantes a la atmósfera, sean de fuentes artificiales o naturales,fijas o móviles, deben ser reducidas o controladas para asegurar una calidad de airesatisfactoria para el bienestar de la población y el equilibrio ecológico.

Esta ley genera la conformación de nuevas disposiciones reglamentabas en materiade control de la contaminación atmosférica. Así tenemos el "Reglamento en Materia dePrevención y Control de la Contaminación de la Atmósfera", el cual define la responsabi-lidad de la Secretaria de Desarrollo Urbano y Ecología (SEDUE) de formular los criteriosecológicos generales que deberán observarse en la prevención y control de la contaminación

do la atmósfera. Tales criterios a su vez establecen las bases para la definición de las "Nor-mas Técnicas Ecológicas" (NTE), las cuales determinan los niveles máximos permisiblesde la emisión de contaminantes a la atmósfera en cualquiera de sus estados físicos o deenergía.

Las Normas que ya han sido elaboradas son aplicadas a:

- Plantas productoras de ácido sulfúrico.

- Hornos de calcinación de la industria del cemento.

- Vehículos ^n circulación y de planta que usan gasolina.

- Fuentes fijas que operan procesos de combustión con diesel, carbón, combustóleo ogas natural, y para las que emiten partículas sólidas.

- Emisiones de bióxido de azufre, neblinas de trióxido de azufre y ácido sulfúrico.

- Características del equipo y el procedimiento de medición para la verificación de losniveles de emisión de contaminantes.

La Norma NTE-CCAT-007/SS, establece los niveles máximos permisibles de emisiónde partículas, monóxido de carbono, bióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, provenientesde procesos de combustión en fuentes fijas, que utilicen únicamente combustóleo como com-bustible, cuando los gases de combustión no estén en contacto directo con los materiales deproceso. Esta norma aclara que para los efectos de cuantificación de las emisiones, deberánutilizarse los procedimientos estabecidos en las Normas Oficiales Mexicanas correspondien-tes, en su caso, identificadas como: NOM-AA-23-1986 y NOM-AA-107-19SS. La primera,trata los temas de protección al ambiente, contaminación atmosférica y terminología; lasegunda se refiere a la calidad del aire, estimación de la altura efectiva de una chimenea yde la dispersión de contaminantes.

2. USOS GENERALES DE LA MODELACIÓN

Cuando existen fuentes de contaminación en un área determinada, la calidad del aireen los alrededores varía debido a la presencia de compuestos ajenos al medio ambientenatural. Un modelo de calidad del aire puede ser utilizado para determinar las concen-traciones de los contaminantes dentro de un zona específica. Cuando una nueva fuente decontaminación va a ser implementada o una ya existente se va a modificar, es convenienteusar la modelación para predecir los efectos en la calidad del aire. Sin embargo, no siemprese utiliza la modelación para tales propósitos, y una fuente nueva o la modificación de otrase decide, la mayoría de las veces, con otros criterios. Los modelos usados para determinarlas concentraciones de contaminantes tratan de ser una representación matemática de ladinámica de los diferentes procesos de transporte y difusión que ocurren en la atmósfera,pero debido a la naturaleza de ésta y la complejidad de sus interacciones con los continentesy los océanos, los modelos siempre involucran un número de hipótesis que irremediable-mente limitan sus capacidades de predicción. A pesar de esto, es claro que los modelosreflejan nuestro mejor entendimiento de los procesos más relevantes, y constituyen unabuena base lógica para la toma de decisiones. Las modelaciones y sus resultados pueden

ser utilizados, en general, para el desarrollo de planes de control, para la evaluación delimpacto ambiental y para la proyección de la tendencias de la calidad del aire, entre otrasaplicaciones.

3. PROBLEMAS EN LA MODELACIÓN

A menudo cuando se requiere hacer una modelación no se cuenta con la informaciónadecuada para la aplicación del modelo que mejor representa la situación particular con-siderada, lo cual obliga, generalmente, la utilización de algún otro modelo menos adecuadopara tal situación, y esto repercute en los resultados de las modelaciones reduciéndolas ala categoría de preliminares. En términos generales la información requerida para llevar acabo un modelado es la siguiente:

- Datos de emisión de la fuente contaminante.

- Parámetros meteorológicos de la zona donde se ubica la fuente.

- Parámetros del entorno que rodea al foco de contaminación.

Una menera de sortear el primer problema consiste en estimar las emisiones pormedio de un balance estequiométrico que describa de manera mas o menos confiable elproceso de combustión.

En el segundo caso resulta un problema aun mas difícil que el anterior ya que lainformación con la que se cuenta en la mayor parte del país no contempla la determinaciónde algunos parámetros empleados por los modelos de dispersión de contaminantes. Porotro laclo no siempre se cuenta localmente con información meteorológica teniendo la tareade analizar con mayor detalle la información disponible en puntos aledaños a la zona deestudio, la cual se circunscribe al medio ambiente que rodea la central termoeléctrica.

4. MODELACIONES REALIZADAS DENTRO DE ZONAS DE INFLUENCIA DEALGUNAS CENTRALES TERMOELÉCTRICAS

A la fecha en el HE se han realizado algunos modelados en diversas centrales ter-moeléctricas tales como: Lerdo, Manzanillo, Mazatlán, Monterrey, Río Escondido, Sala-manca, Valle de México y Tula. En el caso específico de Lerdo la modelación sirvió comopunto de partida para el diseño de una red de monitoreo de la calidad del aire con lacual será posible determinar los niveles de concentración de SO2, NOZ y partículas ensuspensión totales. En el resto de las centrales se lleva a cabo un estudio global sobre lacontaminación considerando en primer término el medio ambiente atmosférico. La primeraetapa dentro de este proyecto contempla una modelación tipo "screen" con la informaciónrecabada por medio de prontuarios y observaciones in situ realizadas en cada una de lascentrales. El objetivo de esta modelación además del conocimiento preliminar de los nive-les de concentración de contaminates, consiste en poder definir puntos para el muestreo delas inmisiones dentro del área de influencia de las centrales. Posteriormente contando condatos medidos de emisiones e información meteorológica recabada por medio de estaciones

meteorológicas instaladas en las inmediaciones de las centrales, se procederá a emplearmodelos más precisos y a determinar la altura óptima de las chimeneas de las distintasunidades que las conforman.

5. DESARROLLO DE INFRAESTRUCTURA PARA LA MODELACIÓN

Uno de los obstáculos más frecuentes para la modelación de los fenómenos de trans-porte y dispersión de contaminantes en la atmósfera es la carencia de la informaciónmeteorológica histórica requerida por los diferentes modelos disponibles. La informaciónque proporciona el Servicio Meteorológico Nacional, tanto de superficie como de radioson-deos, casi siempre viene incompleta y no está depurada ni decodificada. Debido a esto,aunque las tareas de depuración y decodificación son relativamente sencillas, en generales necesario invertir tiempo y grandes esfuerzos para la organización y elaboración de lasbases de datos meteorológicos requeridas por los modelos.

En el HE se está desarrollando una metodología para la organización y validación debases de datos meteorológicos y para la determinación de aquellos parámetros requeridospor los modelos que pueden ser calculados a partir de estos datos. En este sentido, se estánelaborando varios programas de cómputo que permiten realizar de manera automatizadalos procesos de depuración y decodificeLción de los mensajes sinópticos y de radiosondeos,así como de validación de los datos meteorológicos disponibles en estas fuentes. Dos deestos programas se describen en las secciones siguientes. Por otra parte, también se hanvenido elaborando algoritmos y programas de cómputo para el cálculo de otros parámetrosimportantes, tales como las alturas de mezcla, que son requeridos por algunos modelos decalidad del aire. El programa para e! cálculo de alturas de mezcla se decríbe en la sección5.3. Todos los programas que aquí se describen, así como otros que se encuentran enproceso de elaboración, se han desarrollado usando Turbo Pascal 6.0 y para ser ejecutadosen computadoras personales compatibles con IBM.

5.1 Depuración y Decodificación de los Mensajes SYNOP

Para la depuración y decodificación de los mensajes SYNOP fue elaborado el pro-grama SYNDEC. Este programa esta constituido por dos módulos básicos, el módulo dedepuración y el módulo de decodificación y de selección de los parámetros de salida. Enel primer módulo, el programa extrae del mensaje SYNOP la información relativa a lassesiones 0 y 1 del mensaje para todas las estaciones de observación. Estas sesiones siemprevienen incluidas y constituyen la parte más importante de los mensajes SYNOP. Con estainformación, el programa produce un archivo nuevo, depurado y reducido que sirve de en-trada para el segundo módulo. En esta fase del proceso, el usuario especifica las variablesque considera relevantes para sus propósitos y enseguida se realiza la decodificación y segenera un archivo terminal con la información decodificada.3'

5.2 Elaboración y Validación de las Bases de Datos Meteorológicos

Para la validación de los datos meteorológicos, así como para la organización de labase de datos correspondiente a cada estación meteorológica se desarrolló el programa DB-SYN. Este programa permite la elaboración de una base de datos meteorológicos sinópticosdecodificados para cada una de las estaciones mexicanas registradas en un archivo auxiliardel programa. Estos datos son ordenados de acuerdo con la fecha y la hora de observación,y son validados, uno por uno, de acuerdo con ciertos criterios de calidad proporciona-dos por el usuario durante la corrida.3^ Los archivos de entrada para este programa songenerados por el programa SYNDEC.

5.3 Cálculo de Alturas de Mezcla

Uno de los parámetros importantes requeridos por los modelos de la dispersión at-mosférica de contaminantes es la altura de mezcla. Para el cálculo de este parámetroexisten varios métodos, uno de los cuales ha sido implementado en el programa ALTMEZ.Para el cálculo de la altura de mezcla, este programa utiliza el perfil de la temperaturaatmosférica obtenido mediante radiosondeos, así como la máxima temperatura diurna. Elmétodo utilizado es el de la adiabática seca.

El programa ALTMEZ, por otro lado, permite también realizar algunos análisisestadísticos como la determinación de la densidad de probabilidad asociada con la dis-tribución de las alturas de mezcla en un cierto período de observación.

6. DESARROLLO DE MODELOS ALTERNATIVOS DENTRO DEL HE

En el HE también se están desarrollando algunos modelos alternativos para losfenómenos de transporte y dispersión de contaminantes en la atmósfera. La razón deesto radica, por un lado, en el hecho de que la mayoría de los modelos utilizados general-mente para la simulación de estos fenómenos, introducen una gran cantidad de hipótesisque muchas de las veces sobresimplifican los diferentes procesos dinámicos, termodinámicosy químicos que simultáneamente tienen lugar en la atmósfera durante la ocurrencia de talesfenómenos; y por otro lado, en el hecho de que los modelos más realistas (generalmenteclasificados como alternativos) requieren no sólo de sistemas de cómputo muy rápidos ycon grandes capacidades de memoria, sino también de una gran cantidad de informacióndetallada que en general no se encuentra disponible.

Los modelos que se están elaborando en el HE pretenden ser modelos intermediosentre estos extremos, y hacen uso de algunas de las técnicas más recientes para el estudiode sistemas y procesos dinámicos complejos, tales como los métodos de autómatas celularesy los modelos de partículas con técnicas de Monte Cario.

G.l Modelos de Autómatas Celulares

Los autómatas celulares son sistemas dinámicos totalmente discretos; evolucionan enun espacio-tiempo discreto y sus estados posibles constituyen un conjunto discreto. Estossistemas se están utilizando actualmente como modelos para el estudio de los fenómenos detransporte de masa, momento y energía en fluidos bidimensionales.4' Algunas de las ven-tajas que presentan radican en el hecho de que hacen uso de una aritmética entera y, porlo mismo, no involucran los típicos errores de redondeo y los problemas de estabilidad quesiempre están presentes en todas las técnicas numéricas de solución de ecuaciones diferen-ciales. Estos modelos, por otro lado, permiten fácilmente la implementación de condicionesde frontera complejas, tales como las que se requieren cuando existen obstáculos de geo-metrías arbitrarias en el campo de flujo de un fluido.

Uno de los modelos que se están desarrollando en el IIE para los fenómenos detransporte y dispersión de contaminantes hace uso de los métodos de autómatas celularespara modelar un gas con dos componentes químicas no reactivas, el cual evoluciona sobreun terreno complejo y en presencia de un campo de fuerzas externas del tipo gravitacional.Este modelo es una extensión del gas de nueve velocidades descrito en la referencia 4.Está definido sobre una malla bidimensional cuadrada donde las partículas pueden estaren reposo o moviéndose en las direcciones de los ejes coordenados o en las direccionesperpendiculares a éstas. Las reglas de interacción entre las partículas, las cuales definenla dinámica del modelo, satisfacen los principios de conservación de masa, momento yenergía. Los diferentes procesos dinámicos y térmicos que ocurren durante la dispersiónde contaminantes están representados en este modelo a nivel de las reglas de colisión-dispersión que definen su dinámica microscópica, de esta manera, a diferencia de otrosmodelos, tales procesos se encuentran acoplados naturalmente en el sistema.

Aunque este modelo aun se encuentra en una etapa de desarrollo, algunos resultadospreliminares obtenidos en simulaciones de prueba muestran que estos métodos pueden serde gran utilidad para el estudio de los fenómenos antes mencionados.5^

6.2 Modelos de Partículas

Otro de los modelos que se están desarrollando en el IIE, utiliza los métodosde partículas6'1', en particular el método con interacciones del tipo partícula-partícula-partícula-malla (P3M), para la simulación computacional del comportamiento de un gascon varias componentes químicas no reactivas. Los modelos de partículas hacen uso de uncierto número de objetos computacionales, llamados "partículas ficticias", para simular ladinámica de algún parámetro seleccionado (masa, calor, densidad de carga eléctrica, etc.).El movimiento de estas partículas se produce mediante ciertas velocidades y seudoveloci-dades generadas usando técnicas de Monte Cario. En su estado actual, el modelo queestamos elaborando ya permite el estudio del proceso de elevación de plumas, haciendouso de información meteorológica sobre los perfiles de temperatura y de velocidad de vientoque se obtienen de radiosondeos. La parte relacionada con el proceso de dispersión se estádesarrollando actualmente haciendo uso de técnicas de Monte Cario.

7. CONCLUSIONES

Existo una serie de dificultades para llevar a cabo el modelado de la dispersiónatmosférica do contaminates en los alrededores de centrales termoeléctricas, toda vez que serequire conocer el nivel de las concentraciones de fondo para poder conocer el impacto realdebido a la operación misma de la central. Por otro lado la carencia de información sobreemisiones así como de parámetros meteorológicos hace que en muchas ocasiones se realicensimplificaciones que dementan la calidad de los resultados obtenidos de la modelación.Se requiere implementar herramientas que permitan manejar toda aquella informaciónsuceptible de servir como entrada de distintos modelos con objeto de facilitar este proceso,dando como resultado un notable ahorro en el costo implícito en la modelación.

REFERENCIAS

1. F. Morales. Aspectos Meteorológicos involucrados en la Dispersión Atmosférica deContaminantes en una Central Termoeléctrica. Tesis de Licenciatura. Facultad deFísica. Universidad Veracruzana. 1992.

2. M. Muriel, R. Saldaña, B I. Romero, C. Meléndez. Estudios sobre la ModelaciónAtmosférica de Contaminantes en Centrales Termoeléctricas. The First InternationalSymposium on Urban Climate, Air Pollution and Planning Large Tropical Cities.Book of Abstracts Short and Extended. Mexican Meteorology Organization. Nov.1990. Guadalajara, Jal.

3. A. Salcido, R. Saldaña. Software para la Elaboración de Bases de Datos Meteo-rológicos. Memorias de la III Reunión Nacional de Ingeniería en Energía y RecursosEnergéticos, San Luís Potosí, Marzo, 1992. Editorial Universitaria Potosina. Enprensa.

4. A. Salcido. R. Rechtman. Equilibrium Properties of a Cellular Automaton for Ther-mofiuid Dynamics. En: Nonlinear Phenomena in Fluids, Solids and Other ComplexSystems, Eds. P. Cordero, B. Nachtergaele, Elsevier Science Publishers B.V. (1991).pp. 217-229.

5. A. Salcido. Un Modelo de Autómatas Celulares para la Dispersión Atmosféricade Contaminantes (Ideas y Resultados Preliminares). Memorias de la III ReuniónNacional de Ingeniería en Energía y Recursos Energéticos, San Luís Potosí, Marzo,1992. Editorial L7niversitaria Potosina. En prensa.

6. R. W. Hockney, J. W. Eastwood. Computer Simulation Using Particles. McGraw-Hill, N. Y. (1981).

7. L. F. Greengard. The Rapid Evaluation of Potential Fields in Particle Systems. TheMIT Press. Cambridge, Mass. (19S7).

MESA No. 6 CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

INSTITUCIÓN: INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS

PONENCIA: INTEGRACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN PARA LA EVALUACIÓNDE CONTAMINANTES EN FUENTES FIJAS.

AUTOR: RAFAEL GOMEZ MENDOZA

CURRICULUM VITAE

EGRESADO EN LA UNAM COMO INGENIERO QUÍMICO.

MAESTRÍA EN QUÍMICA ANALÍTICA EN CONTAMINACIÓN AMBIENTAL EN LAUNIVERSIDAD DE ABERDEEN, ESCOCIA.

EXPERIENCIA EN LA INTEGRACIÓN Y DESARROLLO DE LABORATORIOSANALÍTICOS Y ESTACIONES DE MONITOREO DE CONTAMINANTES.

PARTICIPACIÓN EN PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN PARA LA EVALUACIÓNDE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL, ESTUDIO DE EFECTOS DE LACONTAMINACIÓN SOBRE INSTALACIONES ELÉCTRICAS, COMPORTAMIENTO DEADITIVOS EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS.

ESTANCIAS TÉCNICAS EN CENTROS DE INVESTIGACIÓN EN ESTADOS UNIDOSDE NORTEAMÉRICA, GRAN BRETAÑA E ITALIA.

ACTUALMENTE INVESTIGADOR DEL DEPARTAMONTO DE SISTEMAS DECOMBUSTION DEL IIE.

RESUMEN

SE PRESENTA LA INTEGRACIÓN Y DESARROLLO DE METODOLOGÍA EINSTRUMENTACIÓN PARA LA EVALUACIÓN DE PARTÍCULAS, ÓXIDOS DEAZUFRE Y MONITOREO DE GASES.

CON APLICACIÓN A LAS EVALUACIONES DE FUENTES FIJAS EN CENTRALESTERMOELÉCTRICAS Y EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE ADITIVOS ENCORRIENTES GASEOSAS.

INTEGRACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN PARA LA EVALUACIÓN DECONTAMINANTES EN FUENTES FIJAS

R. GOMEZ MENDOZAIIE

1.0 INTRODUCCIÓN

Este trabajo se orientó a la integración de instrumentación parael muestreo y análisis de corrientes gaseosas producto decombustión de combustibles fósiles. El principal objetivoconsistió en disponer de capacidad para soportar parcialmente eldesarrollo de las líneas de investigación del Departamento deSistemas de Combustión del IIE, creado en Enero de 1991, que son:

- Procesos de Atomización- Diseño de Quemadores- Aditivos para Productos de Combustión- Contaminación Atmosférica- Caracterización de Combustibles

El desarrollo de éstas lineas implicaba la necesidad inherente deintegrar infraestructura y desarrollar metodología para evaluarespecies contaminantes en corrientes gaseosas. En los últimosdiez años, en la División de Fuentes de Energía del Instituto deInvestigaciones Eléctricas se habían venico efectuando medicionesde gases en calderas, principalmente con equipo improvisado, defabricación interna y procedimientos de medición empíricos. Deahí la necesidad de desarrollar simultáneamente a la integraciónde infraestructura, metodología confiable.

En un estudio previo [1], se efectuó una revisión y análisis denormas internacionales para la determinación de especiescontaminantes. Corroborando posteriormente la factibilidad deaplicar la metodología seleccionada preliminármente, a través deuna prueba en una cámara combustión experimental. Dicha pruebaconsistió en la determinación de emisiones producto de combustiónde emulsiones de combustóleos; teniendo como objetivo adicional,identificar limitaciones en infraestructura y capacidad derecursos humanos.

En dicha prueba, se empleó por primera vez en el IIE, unmuestreador de gases que cumpliá los requisitos de los Métodos deReferencia de la Environmental Protection Agency (EPA), enparticular el No.6 "Determination of Sulfur Dioxide EmissionsFrom Stationary Sources" y el No. 8 "Determination of SulfuricAcid Mist and Sulfur Dioxide Emissions From Stationary Sources";así como a las Normas Oficiales Mexicanas correspondientes.

2.0 SELECCIÓN DE INSTRUMENTACIÓN

Con base en el estudio de factibilidad anterior, se efectuó unabúsqueda y evaluación de la instrumentación idónea para ladeterminación de partículas, bióxido de azufre y trióxido deazufre, en estricto acuerdo con los Métodos de Referencia de laEPA No. 5, "Determination of Particulate Emissions From

Stationary Sources" y los Nos. 6 y 8 antes mencionados.Similarmente, se analizó y evaluó instrumentación para elmonitóreo semicontínuo de bióxido de azufre, óxidos de nitrógenoNO y N02, monóxido de carbono, bióxido de carbono y oxígeno;instrumentación orientada a la optimización de calderas.

Como se mencionó inicialmente, la instrumentación debía permitirprioritariamente la evaluación de conductos y chimeneas de lascentrales Termoeléctricas de la CFE, tanto para evaluación delcomportamiento de aditivos en calderas, combustibles alternos,emisiones contaminantes y optimización de las mismas.Considerando éste aspecto, el equipo de muestreo debía ser losuficientemente versátil para ser empleado en diversos conductosy chimeneas con geometría muy variada.

Por otra parte, la instrumentación debía ser simple de emplear,requiriendo mínima capacitación del personal técnico. Aspecto deimportancia, considerando la demanda que contemplaba, implicandola disposición de personal técnico con diversa capacitación. Unade las características que debía reunir la instrumentación era lamáxima automatización, con el objeto de minimizar la intervencióndel operador; ya sea tnato para la agilización del proceso comoel abatimiento de errores sistemáticos.

3.0 INSTRUMENTACIÓN

3.1 PARTÍCULAS

Con el objeto de seleccionar la instrumentación para efectuar lasdeterminaciones en cuestión, se efectuó una evaluación exhaustivaen diversas compañías americanas y alemanas; tales como Kurtz,Research Appliance Company, Andersen Instruments, NeuTech, Nappy Strolein principalmente [2].

Después de un análisis técnico y costo-beneficio, se seleccionóun muestreador universal de la marca Andersen Instruments.Implicando una investigación con apoyo de dicha compañía, con elobjeto de integrar la opción que satisfaciera las característicasde temperatura, geometría, dimensiones y condiciones típicas delas centrales termoeléctricas; y sobre todo capacidad para eltipo de combustible a evaluar. Cabe mencionar que ningún equipoestándar cumplía tales requerimientos, considerando quegeneralmente están fabricados en el extranjero, encontrándoseproblemas en planta desde la instalación y hasta la seguridad enel área.

El equipo seleccionado consistió básicamente en un muestreadoruniversal con sonda de 3 m, portafiltro de 110 mm, con capacidadde muestreo de 3 cfm, construido en vidrio y acero inoxidable;comprendiendo un número específico de elementos para unafuncionalidad óptima. Las características del instrumento sedocumentaron a través de la: ESPECIFICACIÓN TÉCNICA IIE/SC-RGM/003, MUESTREADOR DE PARTÍCULAS TIPO I.

3.2 ANÁLISIS DE GASES

El análisis de gases comprendió el bióxido de azufre, de carbonoy nitrógeno, el monóxido de carbono y de nitrógeno, y oxígeno.Para ello la selección se orientó a instrumentos portátiles,operación y calibración simples; considerando que los usuarios nosiempre serían personal técnico capacitado.

Se evaluaron diversos monitores de fabricación extranjera,considerando el empleo de colectores de datos, con el objeto deminimizar error y alteración de los registros de medición; ademásde las ventajas que éstos dispositivos ofrecen. El tipo decolector se especifica en la especificación técnicacorrespondiente.

Se seleccionó un analizador de seis gases, de celdaselectroquímicas, probando dos generaciones de analizadores.Implicando una investigación conjunta con la Cía. LandCombustion;diseñando el analizador idóneo para satisfacer las necesidades delas Centrales Termoeléctricas nacionales. En particular laelevada concentración de bióxido de azufre en combustiblesnacionales, de hasta 3.5 %, requirió ampliar el ámbito en unsegundo tipo de analizador, no comercial, para disponer decapacidad para monitoreo en forma confiable. Las característicasde los analizadores se especificaron a través de dosespecificaciones técnicas, dependiendo de la aplicación arealizar. Las especificaciones son: ESPECIFICACIÓN TÉCNICAIIE/SC-RGM/001, ANALIZADOR DE GASES TIPO I y ESPECIFICACIÓNTÉCNICA IIE/SC-RGM/002, ANALIZADOR DE GASES TIPO II.

4.0 APLICACIÓN

La aplicación inmediata fue la evaluación de la CentralTermoeléctrica Manzanillo I, bajo el proyecto: "Prueba de AditivoDual Apollo MC-7 y Coaltrol M-Z", IIE/15/2955; contratado por laGerencia de Generación y Transmisión de la Comisión Federal deElectricidad.

Una vez corroborada la efectividad de la aplicación, se adoptócomo instrumentación normalizada para proyectos subsecuentes,destacando la selección para desarrollar los módulos de:"Evaluación de Contaminantes" y "Afinación de Generadores deVapor" en el proyecto nacional "Estudio de la ContaminaciónAmbiental en Centrales Termoeléctricas de la CFE".

4.0 METODOLOGÍA

Como se mencionó inicialmente, fue necesario contar con unametolodología confiable para las determinaciones en cuestión. Deahí que con el apoyo del Energy Training Program de los EstadosUnidos de Norteamérica, se efectuó la participación en el curso:"STATIONARY SOURCE AIR POLLUTION MONITORING", impartido en elEastmount Environmental Institute, en Walpole, Massachusetts.

En esta forma se consolidó la metodología para evaluación defuente fija con métodos de referencia validados por laEnvironmental Protection Agency (EPA); cubriendo los Métodos de

Referencia 1 a 8.

La verificación en campo de la metodología para determinación departículas, óxidos de azufre y parámetros asociados, se efectuóen plantas convertidoras de desecho en energía de los EEUU;sometiendo los resultados de éstas evaluaciones a la EPA, para suaprobación.

Con respecto a los analizadores de gases, la verificaciónúnicamente tuvo lugar en laboratorios del fabricante.Considerando que el uso de éstos estaba destinado al apoyo parala optimización de calderas.

5.0 CONCLUSIONES

Como puede apreciarse, la integración de instrumentación para laevaluación de especies contaminantes en fuentes fijas, no selimita a la simple adquisición de la misma, requiriendoconsiderar diversos aspectos asociados. Esta actividad constituyela primera fase para disponer de capacidad en forma confiable,por lo que se mantiene dentro de lo posible, un seguimiento parala identificación de cuellos de botella en campo, un programa desustitución de elementos suceptibles de falla y unaretroalimentación constante para el mejoramiento de lametodología aplicada entre usuarios y fabricantes de lainstrumentación.

6.0 REFERENCIAS

[1] "Determinación de Partículas, Bióxido y Trióxido de Azufre"R. Gómez-Mendoza, IIE/15/2521/OOl/I, Marzo 1991.

[2] Bases para la Selección de un Muestreador para DeterminaciónIsocinética de Partículas y Trióxido de Azufre en Gases deCombustión, R. Gómez-Mendoza, IIE/15/2521/004/I, Mayo 1991.

PONENCIAS " IMP

MESA Xo 6: CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

INSTITUCIÓN: INSTITUTO MEXICANO DEL PETRÓLEO

PONENCIA: TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE ALGUNOS GASES -DE CONTAMINACIÓN GENERADOS POR LA COMBUSTION EN CAMARA ABIERTA

AUTOR (ESJ: ING. MA. DOLORES SALAZAR VILLALPANDO

CURRICULUM VITAE:

Licenciatura en Ingeniería Química. UNAM, colabora desde 1991 enen el Depto. de Ahorro de Energía del IMP., desarrollando proyec-tos y servicios de auditorías energéticas, tanto para Pemex comopara Industrias Privadas.

RESUMEN:

Presentar diferentes alternativas tecnológicas para el tratamien-to de algunos gases contaminantes generados por la combustión encámara abierta.Metodologías y Técnicas utilizadas:I. Remoción simultánea de SO2 y NOx mediante abosorción y

electrodiálisi s.Se logra mediante el lavado de los gases de combustión conun licor que contiene una solución acuosa de sulfito de --amonio que remueve el SO2 y un quelato metálico que remue-ve los NOx. La eficiencia que se obtiene en la remoción esmuy alta y el licor se puede regenerar para producir sultjíto de amonio ó sodio.

II. Eliminación simultánea de SOx y NOx por medio de aminas.Es un proceso convencional de abosorción, donde los SOx yNOx se reducen previamente mediante hidrogenación catalítitica produciendo K^S. El H2S se absorbe en monoetanolamina"y el N2 se libera a la atmósfera.

III. Postcombustión no catalítica avanzada para el control de -NOx.Es una recombustión en presencia de una solución acuosa a-tomizada de sulfato de amonio, que es un reductor selecti-vo de NOx.

IV. Control de compuestos orgánicos volátiles mediante oxida--ción hasta CO2 y H2O. En la oxidación térmica se requierenaltas temperaturas, mientras que en la catalítica se usa -un catalizador para la oxidación y se realiza a bajas tem-peraturas .

V. Eliminación de NOx por reducción catalítica.Esta eliminación se efectúa en presencia de amoníaco y un -•excesa de aire a bajas temperaturas; los NOx se reducen has-ta ,\i con eficiencias superiores al 951.

TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE ALGUNOS GASES CONTAMINANTESGENERADOS POR LA COMBUSTION EN CÁMARA ABIERTA

ING. QUÍMICO MARIA DOLORES SALAZAR VILLALPANDO

I.M.P.

INTRODUCCIÓN

A la familia de los óxidos de nitrógeno, incluyendo al NO y

NO2 se les denomina NOx. Estos compuestos, se forman durante la

combustión de carbón, combustibles líquidos y gas natural debido

a la oxidación del nitrógeno elemental del aire o a la oxidación

o reducción del nitrógeno contenido en los combustibles. El NO2

es un compuesto venenoso que ha sido designado como un

contaminante crítico por sus efectos dañinos a la salud humana.

Además, se sabe que los NOx contribuyen a la formación de

oxidantes fotoqulmicos y son precursores, junto con los SOx, de

la lluvia acida. Por otro lado, los NOx contribuyen a la

formación de ozono, otro contaminante altamente peligroso para la

salud humana.

Los SOx, al igual que los NOx, se forman durante la

combustión de combustibles fósiles. También son contaminantes que

provocan daños a la salud pública y son precursores de la lluvia

acida. La cantidad de SOx que se forma durante la combustión de

combustibles fósiles dependen directamente de la cantidad de

azufre que contengan, por lo que es deseable utilizar aquellos

que tengan la menor cantidad de azufre posible.

Los compuestos orgánicos volátiles (VOC^s), es el término

que se utiliza para designar a los hidrocarburos gaseosos, que se

emiten por la combustión de éstos, y que contribuyen a la

contaminación del aire. Consisten en una variedad de compuestos

que van desde metano, etano, hasta compuestos más complejos, tal

como acetona tolueno, etil acetato, etc.

Por los efectos que estos contaminantes provocan en la salud

humana, se hace necesario que investigadores e ingenieros

responsables de las unidades de combustión estudien las

diferentes alternativas y tecnologías que eviten la formación y

emisión de gases contaminantes a la atmósfera, y así evitar el

deterioro del ambiente.

I.- REMOCIÓN SIMULTANEA DE SO 2 Y NOx MEDIANTE ABSORCIÓN YELECTRODIALISIS.

Es un proceso que remueve simultáneamente dióxido de azufre

y óxidos de nitrógeno de los gases de chimenea mediante el lavado

húmedo con un licor de bisulfito de amonio y Fe-EDTA.

PROCESO DEL BISULFITO DE AMONIO

El gas de chimenea se precalienta y se introduce en un

prelavador donde se inyecta agua para enfriar el gas y remover la

mayoria de las partículas sólidas y el ácido clorhídrico que

pudiera llevar. Posteriormente, el gas se envía a la torre donde

se lava con la solución acuosa de bisulfito de amonio y el Fe-

EDTA, como se muestra en la figura 1.1.

Las principales reacciones son:

(NH4)2SO3 +H20+ SOa < > 2 NH4HSO3

Fe-EDTA + NO < > Fe-EDTA-NO

El gas limpio se libera a la atmósfera a través de una

chimenea. El absorbente agotado se bombea a través de un filtro

hacia el compartimiento de diluido de una pila de

electrodiálisis, donde un campo eléctrico provoca que los iones

amonio y bisulfito, permeables en las membranas aniónica y

catiónica respectivamente, hagan al absorbente más diluido. Este

absorbente parcialmente regenerado va hacia el tanque de

retención donde se llevan a cabo las siguientes reacciones de

oxido reducción:

2Fe(III) EDTA + S03~2 + H2O

2Fe(III) EDTA + NO + SO3"2 + H2O > S04 + 2H+ + 2Fe(II)- EDTA'2

oLTi

CD

ceÜ-

<3Z

El arreglo de las membranas y la transferencia de iones en la

pila se muestran en la figura 1.2.

El absorbente pasa a un absorbedor donde los iones amonio,

removidos de la pila de electrodiálisis, son reemplazados con una

alimentación de amoníaco. Efectuándose la siguiente reacción:

NH4HSO3 + NH3 (NH4)2SO3

El absorbente retorna a una cámara de lavado, mientras que el

concentrado de los compartimientos de la pila de electrodiSlisis

entra a un circuito de separación, empleado para producir el

producto principal. El bisulfito de amonio se alimenta a un

reactor que contiene un catalizador apropiado. Se adiciona

amoníaco para producir sulfito de amonio y oxígeno para producir

sulfato de amonio. Esta solución se recircula hacia el

compartimiento de concentrado de la pila de electrodiálisis

varias veces para minimizar la polarización. Así que, la solución

resultante es predominan-emente de sulfato de amonio. Una pequeña

parte de la corriente se envía a un secador donde se obtiene

sulfato de amonio seco como producto.

II.- ELIMINACIÓN SIMULTANEA DE SOx Y NOx POR MEDIO DE AMINAS

En este proceso los Nox y SOx se convierten a H2S y N2

respectivamente mediante una hidrogenación. Con una eficiencia

de más del 99%.

Las reacciones de hidrogenación son:

Sox + H2-» H2S + HaO

NOx + H2-» N2 + HaO

H50;

C Á T O D O

O

C D r t P A R T ¡ R Í E N

COHPART I nlENTCi

tI

70

\

DE

f!

NH4'

DE D I L U I D O

H S 0 3

CONCENTRADO

NH 4+

D

- O

HHA H 5 0 3

(lEÜFRANA 5ELECT

NH-, HSD3

IIEtlBRiHfl SELECT.

DULUlDf

AHIOHICA

CONCENTR

CATlDklCA

Oñ N Q D O

F I G U R A 1 . 2

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Las etapas principales del proceso son:

(FIG. 2.1)

*En el reactor de hidrogenación ocurren simultáneamente la

reducción de óxidos de azufre a ácido sulfhídrico, los óxidos de

nitrógeno a nitrógeno y el oxígeno a agua.

•Recuperación selectiva de ácido sulfhídrico en presencia de

cantidades significativas de CO2 del gas efluente del reactor de

hidrogenación.

* Producción de azufre elemental a partir del gas rico en H2S.

El gas de chimenea se alimenta a la planta de tratamiento de

gases y se pasa a través de un arreglo multiciclónico donde se

remueven las partículas más grandes de ceniza. El gas resultante

se mezcla posteriormente con una corriente de gas metano a alta

temperatura, y corriente abajo con el reciclado del gas residual

de la planta de azufre para formar la alimentación del

hidrogenador catalítico donde ocurre la reducción SO2, NO2 y 02.

La ceniza remanente en el gas de chimenea se remueve

posteriormente dentro de un precipitador electrostático y el gas

limpio se alimenta a un condensador de contacto. Aquí, el gas se

enfría y la mezcla se separa por condensación. El agua condensada

del gas de chimenea se elimina de la corriente para remover el

H2S que puede ser reciclado como condensado de alta calidad para

el uso en la planta.

El gas de chimenea proveniente del condensador de contacto

entra a una columna de absorción donde se pone en contacto con un

solvente selectivo de ácido sulfhídrico ( monoetanolamina MEA ) .

COIL

SU.fl!

HEElDlLER

WIIUML Uti

E. P A R S O N S F L U E GfiS C L E ñ N U P P R O C E S S

Esencialmente, todo el H2S y una pequeña cantidad del CO2 se

absorbe en el solvente. El efluente del absorbedor contiene menos

de 10 ppm de H2S, que es un nivel aceptable ambientalmente, y es

liberado a la atmósfera.

La solución enriquecida de H2S abandona el fondo del

absorbedor y entra al regenerador, donde se calienta y la

corriente libera los gases ácidos de la solución. El H2S

contenido en la salida de gas en el domo del regenerador, se

envía a una planta que convierte el H2S a azufre elemental.

I.- CONTROL DE COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES MEDIANTEOXIDACIÓN TÉRMICA 0 CATALÍTICA

OXIDACIÓN TÉRMICA DE COV'S

La oxidación térmica es un eficiente método de control de

compuestos orgánicos volátiles ( COVxs ) . En la que dichos

compuestos son quemados ( oxidados ) para formar dióxido de

carbono y vapor de agua, que son dos componentes comunes en la

atmósfera. La oxidación se efectúa a temperaturas que varían

según el tipo de compuesto (como se indica en la tabla 1 ) . La

incineración requiere simplemente que la corriente de aire

cargada de COV's se caliente a alta temperatura (de 750 a 1100 F)

y se mantenga a esa temperatura por un corto período de tiempo (

por ejemplo de 0.3 a 0.5 seg. ).

TABLA 1COMPUESTO

ACETONA

ACETONITRILO

HEPTANO

ALC.ISOBUTILICO

ALC. ISOPROPILICO

METANOL

METILETILCETONA

CLORURO DE METILENO

TEMPERATURA (F)

870

970

399

780

750

878

759

1030

OXIDACIÓN CATALÍTICA DE COV'S

La oxidación catalítica difiere de la térmica en que ésta

ocurre a una temperatura mucho menor ( 500 a 900 °F ). Cuando las

moléculas del hidrocarburo y el oxigeno reaccionan sobre una

superficie catalítica, esta superficie baja la energía de

activación necesaria para que reaccionen las dos moléculas. En

otras palabras, la misma reacción ocurre pero a menor

temperatura.

En suma:TÉRMICA

COV +O2 > H2O + CO2

( 1200 A 1600°F )

CATALÍTICACOV + O2 > H2O + CO2

( 500 A 900°F )

Esta reacción de oxidación libera calor. Con alta

concentración de COV's el calor generado por la reacción se

incrementa. Esta fuente de calor se usa en ambos métodos para

calentar el gas efluente de las fuentes de emisión de COV's a

temperaturas cercanas a la de incineración.

10

IV.- ELIMINACIÓN DE NOx POR REDUCCIÓN CATALÍTICA

La reducción catalítica selectiva remueve los NOx presentes

en el gas de combustión al hacerlos reaccionar con amoníaco para

formar nitrógeno y agua. Se dice que es selectiva por el hecho de

que el amoníaco puede reaccionar también con el oxígeno presente

en el gas de combustión, el catalizador hace posible que la

reacción sea selectiva con NOx.

La reacción que se lleva acabo es la siguiente:

NOx + NH3 -> N2 + H2O

Para mantener esta selectividad, el catalizador debe operar

a la temperatura adecuada, la cual debe ser lo sufucientemente

alta para proporcionar una actividad útil, pero lo

suficientemente baja para evitar la oxidación secundaria del

amoníaco.

En general, la mayoría de los catalizadores son de dos tipos:

óxidos inorgánicos y metales nobles. Ya que los productos de la

reacción son componentes del aire, la reacción no deja rastros

cuando se efectúa en proporciones estequiornétricas. Esta

tecnología remueve de 80 a 90% de los NOx.

11

CONCLUSIONES

Sólo existen 3 formas de evitar que los gases de NOx y SOx,

producto de la combustión en cámara abierta sigan contaminando el

aire de las ciudades, la primera es utilizar un combustible de

bajo contenido de N y S, la segunda es controlar los parámetros

que afectan la combustión, y la tercera es tratar y/o limpiar los

gases de combustión antes de emitirlos a la atmósfera.

Como se puede apreciar en la tabla 3.1, en general, los

tratamientos para eliminar los gases contaminantes de los gases

de combustión son eficientes pero complejos, que requieren de

equipo costoso, como: torres de absorción, reactores catalíticos,

intercambiadores de calor, etc. Además, requieren de espacios

grandes en las plantas, y adecuado manejo de subproductos. Por

esto, a pesar de que estas tecnologías podrían tener un amplio

campo de aplicación en las industrias mexicanas, a la fecha, es

prácticamente nulo su uso, y se prefiere utilizar otras opciones

más prácticas y económicas, por ejemplo:

a) Utilizar combustibles de mejor calidad con bajo contenido de

azufre, nitrógeno, metales, adecuada viscosidad, etc.

b) Disminuir el exceso de aire en la cámara de combustión para

evitar la formación de NOx, porque el oxígeno reacciona

preferentemente con el combustible que con el nitrógeno. Además,

se evita que el SO2 se transforme a SO3, que junto con el H2O

forma H2SO4, el cuál causa corrosión en los equipos de

combustión.

c) Realizar una combustión por etapas o recirculando el aire de

combustión, para que se logre una combustión completa.

d) Utilizar quemadores de bajo NOx, etc.

12

Como apoyo a estos programas, es necesario investigar las

alternativas mencionadas en equipos experimentalmente adecuados y

actualizados gue de un conocimiento profundo y adecuado del

fenómeno de la combustión, con el fin de controlar los parámetros

involucrados en la disminución de la emisión de gases

contaminantes a la atmósfera. También se deben estudiar los

tratamientos de gases contaminantes en plantas a nivel piloto

para lograr que el efecto de costo/beneficio, mantenimiento y

seguridad sea favorable a las industrias.

13

TABLA 3.1 COMPARACIÓN DE TRATAMIENTOS DE GASES CONTAMINANTES

MÉTODO REACCIONES MATERIAL Y REACTIVOS

1.- Remoción si-multánea de SO2y NOx medianteabsorción y electrodiálisis.

2.- Eliminaciónsimultánea desox por medio deaminas.

3.- Control decompuestos orgánicos volátilesmediante oxida-ción térmica ocatalítica.

I.- OxidaciónTérmica de COV

II.- Oxidacióncatalítica deCOV.

4.- Eliminaciónde NOx por re-ducción catalí-tica.

(NH4)2SO3+SO2+H2O ->2NH4HSO3Fe-EDTA+NO -> FeEDTA.NONH4HSO3+NH3 -> (NH4)2+S03

SOx + H2 -» H2S + H2ONOx + H2 -> N2 + H2OH2S -» S + H2

Sol. ac. de (NHU)2SO3 y.Fe-EDTA, amoníaco ó carbonato de sodio, ó bi-carbonato de sodio.

Solución acuosa de MEA

COV + 02 -» CO2 + H2O

HC + 02 -> C02 + H2O

NOx + NH3 -> N2 + H2O

Combustible

Combustible

CombustibleAmoníaco

TABLA 3.1 COMPARACIÓN DE TRATAMIENTOS DE GASES CONTAMINANTES

MÉTODO

1.

2.

3.1

3.II

4.

EQUIPO REQUERIDO

Torres de absor-ción, pila de e-lectrodiálisis,reactor catalítico, secador.

Reactor de hidrogenación catalí-tica, torre deabsorción, ciclones (si existenpartículas de ceniza), precipitador electrostático.

Quemador, inter-cambiador de ca-lor.

Intercambiadorde calor, quema-dor, reactor ca-ta 1 ico de lechofijo.

Reactor catalítico de lecho fijoPrecipitador e-lectrostático,intercambiadorde calor, red dedistrib. de amo-níaco.

PRODUCTOS FINALES

Sulfato de amonio

H2S que se puedeusar para produ-cir S.N2

C02H20

C02H20

N2

EFIC. EN LA REMOCIÓN

S02 : 99.4%NO : 92.8%NO2 : 99.0%

Mayor de 99%

Alta

80 - 90 %

15

BIBLIOGRAFÍA

1.-Walter J. Richard and Henry W. Pennline. " Absorption,

Electrodialysis, and Additional Regeneration in Two Flue Gas

SO2/NOx Cleanup Process." Environmental Progress (Vol. 7 No. 4)

November 1988.

2.- Kwong Vincent K., Meissner E. Roland, Ahmad Saif and Wendt J.

Carl. "Application of Amines for Treating Flue Gas from Coal-

Fired Power Plants." Environmental Progress (Vol. 10 No.3) August,

1991.

3.-Burns R. Kenneth " Use of catalyst for VOC's Control"

New England Enviromental EXPO, Boston Massachusetts, April 10-12,

1990.

4.- Seiwert J. Joseph. "Advanced Regenerative Thermal Oxidation

Technology for Air Pollution Control" Smith Engineering Company.

16

MESA N° b: CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

INSTITUCIÓN: INSTITUTO MEXICANO DEL PETRÓLEO

PONENCIA: LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA POR OZONO EN LA 2MCM:EVOLUCIÓN DE LOS PERIODOS ESTACIONALES DE 1986 A -1991

AUTOR (.ES): BIOL. MA. MAGDALENA NAVA NAVA

CURRICULUM VITAE:

Licenciatura en Biología egresada de la ENEP Iztacala, UNAM. Ingr£só AL IMP. como becaria adscrita a la Subdirección de Tecnología -de Transformación Industrial. Actualmente es investigadora numera-ria de esta institución en la División de Protección Ambiental, --donde participa en proyectos prioritarios referentes a la calidaddel aire, coordinando desde 1988 los estudios encaminados a la evaluación de la contaminación por ozono en la Zona Metropolitana dela Ciudad de México.

RESUMEN:

El presente estudio se realizó como parte de los proyectos dirigi-dos a identificar, monitorear, evaluar y controlar la contaminación ambiental en al ZMCM, así como proporcionar soluciones y a l -ternativas que permitan amortiguar y disminuir su impacto sobre lavida y el paisaje. Por tanto, esta investigación ha sido diseñadapara cumplir básicamente con los siguientes objetivos: a)Proveer -un inventar;-.) de registros aerométricos validados; b)Comparar losniveles de c. ntaminantes con estándares de calidad del aire y nor-mas diseñadas para proteger la saludo; c) Establecer patrones devariación, asi como tendencias de comportamiento a corto plazo; d)Conformar una base de datos con la cual evaluar lc-.s niveles de coritaminantes en diversos puntos de la ciudad; e) Determinar la in--~fluencia de la meteorolgía de superficie sobre el comportamiento -de los contaminantes atmosféricos.

Para tales fines se han realizado los programas de cómputo denomi-nados OCA-01 a OCA-04 con los cuales es posible efectuar la validación, ordenamiento y tratamiento estadístico de la información ho~raria, proporcionada por SEDUE, referente a Ozono, Oxido y Dióxidode Nitrógeno, Hidrocarburos no Metánicos y los parámetros meteoro-lógicos velocidad y dirección del viento.

Los resultados indican que los niveles de ozono alcanzados en 1990y 1991 son comparativamente mayores a los años anteriores, presen-tando las concentraciones máximas en invierno y primavera. Los Pa-trones de vientos mostraron que la dirección dominante proviene --del NW, misma que posee mayor velocidad con respecto al resto de -los registros del área. Esto condujo a fenómenos de difusión y

transporte de contaminantes, desfavorable a la zona de SK de la -ciudad donde frecuentemente se exceda el límite normativo IMECA -100 [0.11 ppm), con eventos de exposición de 2 a 5 hs. al día.

El patrón de variación diario se comportó de acuerde al horario lborul, presentando las concentraciones máximas entre las 12:00 y15:00 hs.El análisis de regresión mostró que la producción fotoquímica deozono depende en mayor medida de la emisión de dióxido de nitrógeno que del resto de los precursores estudiados.

LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA POR OZONO EN LA Z.M.C.M.:EVOLUCIÓN DE LOS PERIODOS ESTACIONALES DE 1986 A 1991.

Biol. Magdalena Nava N.Biol. Gabriela Sánchez R.

I.M.P.

En México son recientes los estudios dirigidos al monitoreo,identificación, caracterización y control de lacontaminación. Aun cuando se han logrado importantes avancesen el conocimiento de los fenómenos involucrados en materiade contaminación atmosférica, todavía se desconocen algunosde los procesos básicos que ocurren con las emisiones decontaminantes primarios a la atmósfera y su efecto en laproducción de contaminantes secundarios, como losfotoxidantes y los compuestos ácidos.

El registro del oxidante fotoquímico ozono en la ZonaMetropolitana de la Ciudad de México (ZMCM) inició en 1976-1978 mediante un sistema de monitoreo que operó la Secretariade Mejoramiento del Ambiente, sin embargo fue hasta 1986 quela Secretarla de Desarrollo Urbano y Ecología (SEDUE)conformó la Red Automática de Monitoreo Atmosférico (RAMA),que en la actualidad cuenta con 25 estaciones distribuidas enel Valle de México determinando tanto contaminantesatmosféricos como parámetros meteorológicos.

La importancia de este sistema de monitoreo es proporcionarla información que permita: establecer normas de calidad delaire; evaluar estrategias y programas de control; evaluar losriesgos para el hombre y el ambiente;detectar episodios eimplantar medidas de control; planeación del uso del suelo;investigar reactividad e interacciones entre contaminantes;validar los modelos de dispersión y detectar cambios otendencias de los contaminantes (SEDÜE, 1988).

Para el caso del ozono, la presencia de niveles altos indicantambién niveles de otros contaminantes, así el ozono en unindicador del problema fotoquímico existente en atmósferasurbanas. En la Ciudad de México, este contaminante esransportado, dispersado y transformado en la atmósfera, deacuerdo con la variación en las condiciones de las fuentesemisoras y agentes ambientales, como el viento, humedadrelativa, temperatura, radiación solar y sistemas de alta ybaja presión.

1

METODOLOGÍA:

El presente estudio forma parte de los proyectos que sobrecontaminación atmosférica se desarrollan en el InstitutoMexicano del Petróleo.

Los datos para investigación provienen de las estacionespertenecientes a la RAMA, ubicadas en cinco zonasestablecidas por SEDUE en la Ciudad de México (MAPA 1). Lainformación consta de registros horarios del oxidantefotoquímico Ozono (03), algunos de sus precursores, comoÓxidos de Nitrógeno (N02 y NOX) e Hidrocarburos exceptometano (HCNM), de igual manera contiene los parámetrosmeteorológicos: Temperatura ambiente (T'C), Velocidad yDirección del viento ( W y DV).

Se elaboraron programas de cómputo, debido a la gran cantidadde datos de los que se dispone y para la aplicación de loscriterios de calidad del aire y normatividad, dichosprogramas la validación y procesamiento estadístico,considerando las recomendaciones de la EnvironmentalProtection Agency para datos aerométricos (Nehls, 1973 yCalifornia Air Resources Board, 1990) y la tesis de PérezAbreu (1991) para la seleción de los periodos de tiempo.

La base de datos fue ordenada por periodos estacionales y seprocesó en forma estadística. Los resultados presentadosgráficamente describen el comportamiento de los niveles deozono al comparar los periodos de diversos años, mostrandoademás la influencia de los precursores y las condicionesmeteorológicas en tiempo y espacio.

El promedio de la concentración horaria se utilizó paracaracterizar la variación temporal. El promedio de laconcentración máxima horaria fue evaluado para describir ladistribución espacial de los niveles de ozono, así como sucomportamiento con respecto a índices de calidad del aire.El promedio de la concentración por hora del día, permitióintegrar la variación de los patrones diarios de ozono y susprecursores.

MAPA 1 ESTACIOI\IES DE MONITIRLD DE CALIDAD DEL AIRE EN LA ZMCM.

Subsecretaría de Ecología. 19B3.

RESULTADOS:

El cuadro 1 conforma el inventario cualitativo de 6 puntos demonitoreo para ozono en la ZMCM, incluye 24 periodosestacionales correspondientes a los años 1986 a 1991. LaFigura 1 contiene un resumen de los niveles (ppm) en dichossitios, el valor representado es el promedio de laconcentración horaria.

El Comportamiento con respecto al Subíndice IMECA por Ozonose esquematiza en la Figura 2, el valor representado es elpromedio de la concentración máxima horaria y laconcentración máxima estacional.

La Figura 3 muestra, a modo de ejemplo, la distribuciónespacial del contaminante en un periodo invernal, los valoresque se presentan son los promedios de la concentración máximahoraria.

En la Figura 4 se encuentra los patrones de variación diariaen un periodo estacional e incluyen los precursores: óxidosde nitrógeno e hidrocarburos no metánicos

Las Figuras 5 y 6 muestran respectivamente, el comportamientode la temperatura y humedad relativa, así como los flujos devientos dominantes en la ZMCM.

Del total de 10 puntos de monitoreo de ozono en la ZMCM, 6 deellos contaron con 67% a 83% de registros aceptables deltotal de periodos (Cuadro 1). Los cuatro puntos restantes noregistraron regularmente. Considerando que la ciudad estádividida en cinco zonas preestablecidas por SEDUE, lasestaciones que le representan, con su clave y ubicación son:Xalostoc (L, Noreste); Tlalnepantla (F, Noroeste); Merced (X,Centro); Pedregal y Plateros (T y U, Suroeste) yCerro de la Estrella (Q, Sureste).

La Variación Temporal por punto de monitoreo (Fig. 1), sepuede apreciar por ciclos estacionales y anuales. Losperiodos que mostraron continuidad en sus registros fueronlos correspondientes a primaveras de 1988-1991 e inviernos de1986 a 1991.

La variación general por ciclo anual mostró los mayoresniveles en invierno y primavera, las menoresconcentraciones se presentaron en verano, coincidente con laépoca de vacaciones escolares y lluvias que contribuyen a lasensible disminución de los niveles, el valor intermedioocurrió en otoño.

Los valores medios globales (ppm) de las primaveras fueron:0.049 (1988); 0.047 (1989); 0.052 (1990) y 0.068 (1991) ypara los inviernos 0.032 (1987); 0.042 (1988); 0.041 (1989);0.051 (1990) y 0.065 (1991), así, el mayor nivel decontaminación por ozono correspondió al último año, po lo que

la tendencia general dio un incremento con el tiempo. Paracualquier periodo, la zona con los valores extremos más altosfue generalmente la ubicada en el Suroeste de la ciudad y losmás bajos se dieron en la zona Noreste.

El Comportamiento con respecto al Subíndice IMECA por Ozono(Fig 2) se basó en el promedio de la concentración máximahoraria (ppm), en los periodos de primavera se obtuvo elvalor global de la ZMCM, con esto 1991 (0.176) fuecomparativamente superior a los periodos anteriores(1988:0.129; 1989:0.121 y 1990:0.144), donde la calidad delaire fue NO SATISFACTORIA. Los valores máximos (ppm)estuvieron por encima del valor 0.203 en 1988, 0.176 para1989, 0.250 en 1990 y 0.285 en 1991.

Para los periodos invernales de 1986-90 los valores globales(ppm) mostraron incremento con el tiempo y disminución para1991. La disminución fue de 0.163 en 1990 a 0.152 en 1991,cabe mencionar que en este año se aplicó la fase preventivadel plan de contingencias ambientales, en donde lastendencias a corto plazo para el último periodo preveíaniveles superiores al IMECA 200. Aun con la disminución estosindican niveles de calidad del aire que van NO SATISFACTORIAa MALA. El valor extremo de los máximo se dio en 1991(0.475ppm).

El promedio anual por punto de monitoreo se dio en elsiguienteorden creciente: Xalostoc, Cerro de la Estrella,Tlalnepantla, Centro, Plateros y Pedregal, asi, los valorextremos han recaído generalmente en la zona Suroeste y estánaproximadamente 47% por encima del valor de las estacionesdel Este, sin embargo, los puntos del este, el valor referidoa índices de Calidad del aire resulta generalmente NOSATISFACTORIO.

La representación de la Figura 3 se basó en la ubicacióngeográfica de las 5 zonas de monitoreo. De acuerdo con esteejemplo, para el contaminante ozono las áreas más afectadaspor los altos niveles fueron las localizadas en la zonaSuroeste, Noroeste y Centro de la Ciudad. Generalmente, enesta área urbana, las menores concentraciones de ozono selocalizan en el Este, concentrándose hacia el Centro y Oestey las zonas que no cumplen los límites ambientales con mayorfrecuencia son las que se extienden entre la zona Oeste yCentro de la ciudad.

De los patrones de variación diaria del ozono y susprecursores, los niveles atmosféricos variaron regularmente,según la hora del día, tal como se observa en la Figura 4. Latendencia del promediode la concentración horaria mostró unarelación no lineal, así la contaminación atmosférica varíaprincipalmente con horarios laborales, comienza conincremento gradual y las excedencias de ozono se manifestaronde 11:00 a 14:00 hs (cuartil 3) y en las tardes decrece

5

conforme la luz solar y las actividades. El dióxido denitrógeno muestra incremento a partir de las 9:00 hs, con losmáximos entre las 11:00 y 12:00 hs. Para los óxidos denitrógeno hay dos máximos en el dia, uno temprano conrespecto a N02, de 7:00 a 9:00 hs y el tardío de las 21:00 alas 24:00 hs. Los hidrocarburos (Merced) se incrementanalrededor de las 6:00 de la mañana, su máximo ocurre entre7:00 y 9:00 hs, aunque su variación horaria no es tanprolongada como la de los otros contaminantes. De estasfiguras es aparente que los niveles de óxidos de nitrógeno ehidrocarburos no metánicos son más bajos en el Cuartil 1 y 4,esto por sí mismo sugiere que los contaminantes primariosestán siendo químicamente transformados.

El ozono presenta los patrones típicos de procesosfotoquímicos definidos (Falcón, 1989). La observaciónrelevante es que en la totalidad de épocas, lasconcentraciones de óxidos de nitrógeno son comparativamentemenores en el Suroeste con respecto al Noroeste y Centro,siendo estas zonas en donde se concentran las mayoresemisiones (JICA, 1988) y por el contrario las concentracionesde ozono son mayores en el Suroeste y menores en el Oeste yCentro, lo cual, aunado al escaso desfasamiento de horarios,hace evidente el desplazamiento interregional del ozono y susprecursores y además que no es muy amplia la distancia entrelas estaciones productoras y las que perciben loscontaminantes.

De la situación atmosférica por fenómenos meteorológicos,cabe aclarar que está integrada por puntos de monitoreodisponibles en los periodos seleccionados para ozono,basándose en un análisis de similitud para dirección yvelocidad del viento en dichos puntos (JICA, 1988) en dondese observó que generalmente los puntos geográficos cercanosmuestran características similares. La meteorología desuperficie se describe a continuación:

Los patrones de Temperatura en la ZMCM (Fig. 5) muestran quelas más altas se manifestaron en primavera y verano y tiendena descender paulatinamente conforme llega el invierno, cuandoalcanzan su valor mínimo. Los Patrones de Vientos en la ZMCM,son descritos en forma muy general en las cinco zonasgeográficas:

Velocidad (m/seg)>5>5>5>5

6

ZONA NOROESTEPeriodoPrimaveraVeranoOtoñoInvierno

DirecciónNNO

ENE-E-ESENNENNO

ZONA NORESTEPeriodoPrimaveraVeranoOtoñoInvierno

DirecciónNNE-NE-ENENNE-NE-ENE

NE-ENENE-ENE

Velocidad (m/seg)2 a >52 a >53 a 43 a 4

ZONA CENTROPeriodoPrimaveraVeranoOtoñoInvierno

ZONA SUROESTEPeriodoPrimaveraVeranoOtoñoInvierno

DirecciónNO al E

ONO al NNE (sin incluir N)NO al E

E al S (además del NO)

DirecciónSO-OSOSO-OSOso-ososo-oso

Velocidad (m/seg)1 a >50 a >53 a >51 a >5

Velocidad (m/seg)0 a 40 a 40 a 51 a 4

ZONA SURESTEPeriodoPrimaveraVeranoOtoñoInvierno

DirecciónSSO-SOSSO- 'Osso- osso-so

Velocidad (m/seg)1 a 30 a 31 a 3O a 3

El viento dominante en la ZMCM procede del NO y se registraen el norte de la ciudad, su velocidad es mayor respecto alresto del área. En el sur, los vientos dominantes procedendel suroeste, con bajas velocidades, lo cual explica eltransporte de masas de aire del norte hacia el sur.corroborado por los flujos de viento (Fig. 6), en donde en elhorario de mayor concentración de precursores y el ozono(9:00 a 15:00 hs) el viento es desfavorable a la zonasuroeste de la ciudad.

CONCLUSIONES

Se contó con información de 6 de los 10 puntos establecidospor SEDUE, los cuales obtuvieron entre 67% y 83% de registrosadecuados no continuos de 24 periodos comprendidos entre 1986y 1991.

El nivel más alto de contaminación y la mayor frecuencia deexcedencias al subíndice IMECA 100 por ozono, correspondierona 1991, ya que el promedio global de la ZMCM en primavera einvierno se incrementó respecto a los 4 años anteriores,siendo la calidad del generalmente NO SATISFACTORIA en esteaño.

La variación de los niveles en ciclos anuales presenta unincremento en los niveles de ozono del invierno a laprimavera, descenso en el verano y valores intermedios en elotoño. La calidad del aire en la ZMCM de 1986 a 1989 fuegeneralmente de SATISFACTORIA a NO SATISFACTORIA de 1990 a1991 se clasificó de NO SATISFACTORIA A MALA.

La distribución espacial del ozono en la ZMCM, mostró que lasáreas urbanas ubicadas al Este, tienen los menores niveles,mismos que se incrementaron gradualmente hacia la zona Centroy Oeste de la ciudad, siendo la zona Suroeste la más afectadapor el alto grado de contaminación.

Los patrones de variación diaria de ozono, son los típicospara transformaciones fotoquímicas. Los picos de ozono se danentre las 11:00 y 15: hs., más tardíos que precursores.

Los niveles atmosféricos variaron regularmente según la horadel día. La tendencia del promedio de la concentraciónhoraria mostró una relación no lineal en los patrones devariación diaria, así la contaminación atmosférica varíaprincipalmente con horarios laborales.

Los niveles de los precursores óxidos de nitrógeno ehidrocarburos no metánicos son más altos de las 6 de lamañana a las 6 de la tarde, esto sugiere que loscontaminantes primarios están siendo químicamentetransformados.

En las estaciones del año de 1986-1991, durante lasprimaveras se manifestaron las temperaturas más elevadas y enlos inviernos las menores.

En la zonificación de la temperatura, los sitios ubicadoshacia el Noroeste los que conservaron los valores mayores ylos menores en el Sureste.

El viento dominante en la ZMCM procede generalmente delNoroeste con velocidades altas (>5 m/seg). En el sur, lasdirecciones fueron constantemente del Suroeste y susvelocidades fueron relativamente bajas (0-3 m/seg).El flujo de los vientos, caracterizaron la dependenciahoraria de las concentraciones del oxidante y precursores dela meteorología de superficie.

En las estaciones de medición del suroeste que registranvalores medios comparativamente altos de Ozono, se advierteun incremento de la concentración por causa de la direccióndel viento procedente del Noroeste.

La variación y comportamiento irregular de cada periodoconduce a fenómenos de transporte y dispersión de loscontaminantes por efecto de los vientos. Los niveles másaltos de contaminación se presentaron viento abajo de laszonas con mayor concentración precursores.

a"

BIBLIOGRAFÍA

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> Chan W.; Allard W; "A characterization of interregionaltransport of ozone and its precursors into an urban area"; InWispeleara (Ed) "Air pollution modeling and its aplicationI", Plenum Press, Vol. I, 1981.

> Departamento del Distrito Federal; Japan InternationalCooperation Agency; "Seminario sobre las Medidas contra laContaminación Atmosférica de la Ciudad de México", México, D.F., Octubre 1988.

> Falcón B.Y.; "Contaminación Atmosférica de OrigenFotoqulmico"; Ciencia y Desarrollo; Vol. XV, No. 88; Sept.-Oct. 1989.

> Japan International Cooperation Agency; "The Study on AirPollution Control Plan in the Federal District. Finalreport"; October, 1988.

> Secretaría de Desarrollo Urbano y Ecología; índiceMetropolitano de Calidad del Aire (IMECA). Subsecretaría deEcología, Mexico, D.F., 1986.

CUADRO 1. INVENTARIO DE 6 ESTACIONES DE MONITOREO PARAOZONO DE 1986 A 1991 EN LA Z.M.C.M.

ZONA ESTACIÓN PERIODO 1986 1987 1988 1989 1990 1991

NO

PRIMAVERA

TLALNEPANTLA

F

VERANO

OTOÑO

INVIERNO

NE

PRIMAVERA

XALOSTOC

L

VERANO

OTOÑO

INVIERNO

PRIMAVERA

MERCED

X

VERANO

OTOÑO

INVIERNO

SO

PRIMAVERA

PEDREGAL

T

VERANO

OTOÑO

INVIERNO

PRIMAVERA

PLATEROS

U

VERANO

OTOÑO

INVIERNO

PRIMAVERA

SECERRO DE LA

ESTRELLAQ

VERANO

OTOÑO

INVIERNO

Monitoreo (> 7 5%) Monitoreo (< 75%)

1G

FIG.1. VARIACIÓN TEMPORAL DEL OZONO AMBIENTAL EN LA ZMCM.PERIODOS ESTACIONALES DE 1987 A 1991.

NOROESTE. EST. TLALNEPANTLA CENTRO; ESTACIÓN MERCED

III I

NORESTE: ESTACIÓN XALOSTOC

SUROESTE: ESTACIÓN PLATEROS SUROESTE: ESTACIÓN PEDREGAL. SURESTE: EST. CERRO DE LA ESTRELLA

iiy(VF"4 vf rtir.o

PROMEDIO DE LA CONCENTRACIÓN HORARIA

Fig. 2 . COMPORTAMIENTO DE LAS CONCENTRACIONES DE OZONO ENLA Z.M.C.M. PARA PERIODOS ESTACIONALES.

PRIMAVERA VERANO

I I X TIIO | I y I ¡JQ I f v I I ¡i J | | í l l l i

l'.Ufíf, 198 7 1988 1089

• I ! JO L t • 1 I.KJ

''-140 1'1'J!

r t t 1 !.¡( ¡ i f -. 1 I K j t ! • 1 : 'O M " T I JO I F ' 1 HO I. I

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OTOÑO

0 1

IMECA O3

300

.. Jl!lL r - . I N O I I XT IJQ L I X T I J O 1.1 v H.IO ! I • 1 U U

198R 1987 1988 198:4 19(50 U491

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03 (DDm)

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INVIERNO

* 3¡n roe") ¡ s t rr-,i

i i .-. ruó i i •« i no i i ,T no i i > T IJO i y • i uo L' - I ^ J

1'3R(5 I ' IH? 1088 198!) 1'WH H-i-J i

FIGURA 3

ZONA METROPOLITANA DE LA CIUDAD DE MEXICO.

ESCALAprOTied'O

1:de

250 UOUmáximos ho

LONGITUD

-

'arios en ppm. -

I 9 u

I \I \I /I /Kl\

0 169

0.174

0.1S7

PLATERO

0.184

PEDREGAL

0.143

UAM-IZTAPALAPA

0.147

C.-DE-LA-ESTRELLA

I I I I I I I I I I I I I I 19o 15'

OZONO, INVIERNO 1990.99c 00'

NOROESTE: ESTACIÓN TLALNEPANTLA

FIG. k PATRONES DE VARIACIÓN

DIARIA PARA OZONO Y SUS

PRECURSORES EN LA Z.M.C.M.

INVIERNO 1991.

OZONO

NOX

NO2

HCNM

NORESTE: ESTACIÓN XALOSTOC

•JO 9 6

- C ¿6

6 S :7 .£ "6 7: 2-í

SUROESTE: ESTACIÓN PEDREGAL

FIG. 5 A. PATRON GENERAL DE VARIACIÓN DIARIA DE TEMPERATURAY HUMEDAD RELATIVA EN LA ESTACIÓN PLATEROS.

INVIERNO

00 6:00 9:00 12:00 16:00 18:00 21:00 24:00

j TEMPERATURA — HUM. REL. <%>

5 B. RECORRIDOS DE TEMPERATURA PARA LAS 10 ESTACIONES DEMONITOREO EN LA ZMCM.

°c26

PRIMAVERA oc

26VERA NO

F G U N Q T U X V B F G L N O T U X Y

O TOÑO oc

26'IN VIERNO

F G L N O T U X Y F G t N O T U X V

15

3 hrs.

\ -

15 hrs.

ó hrs.

18 hrs. 21 nrs.

12 hrs.

24 hrs.

LINEAS DE FLUJO DE VIENTOS DOMINANTES DURANTE EL INVIERNO DE 1990 PARA LA ZMCM.

FIGURA S

MESA N° 6: CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

INSTITUCIÓN: INSTITUTO MEXICANO DEL PETRÓLEO

PONENCIA: DISEÑO BÁSICO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO BIOLOG_ICO DE AGUAS RESIDUALES PARA UNA REFINERÍA

AUTOR (ES): QUIM. FELIPE RAMOS LOPEZ

CURRICULUM VITAE:

Felipe Ramos López, Químico Bacteriólogo y parasitólogo, es egre-sado de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del IPN. Cuen-ta con ocho años de experiencia en el Tratamiento Biológico de A-guas Residuales Industriales. Ha desarrollado la Ingeniería Bási-ca para los Sistemas de Tratamiento Biológico del CPQ. "Morelos yde la Refinería "Lázaro Cárdenas".

RESUMEN:

Se llevo a cabo un estudio experimental de tratabilidad Biológicade los efluentes de la Refinería "Lázaro Cárdenas" en Minatitlán,Veracruz, obteniéndose los parámetros científicos de la Biomasa -Microbiana destinada a degradar los contaminantes. Con estos r e -sultados se calcularon los parámetros básicos para el diseño delSistema de Tratamiento Secundario.

Los parámetros científicos se obtuvieron experimentalmente utili-zando reactores biológicos operando aerobicamente, bajo régimen -continuo y sin recirculación de lodos empleando el Agua Residualde la Refinería como sustrato para los Microorganismos, previamente adaptados para degradar la Materia Orgánica presente en dichoefluente. Con los Datos obtenidos se calcularon las dimensiones -del reactor, número y potencia de los aireadores requeridos y di-mensiones del clarificador secundario. El Agua será tratada en unlapso aproximado de dos horas y habrá una remoción de contaminan-te orgánico del 90%, con lo que se cumplirá con las Normas esta-blecidas por la Legislación.

TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA REFINERÍA"GRAL. LÁZARO CARDENAS".

Q.B.P. FELIPE RAMOS LOPEZ.I.M.P.

Se determinaron los parámetros de diseño para el sistema detratamiento biológico de las aguas residuales de la Refinería,cuya operación permitirá cumplir con los parámetros de descargaque fija la legislación gubernamental vigente.

En el sistema de drenajes de la Refinería, actualmente se mezclancorrientes de proceso y de origen pluvial, aumentandoconsiderablemente el aporte de caudal hacia el sistema detratamiento primario, provocando con esto un baja en la eficienciade operación; para resolver este problema, PEMEX realiza obras desegregación de drenajes con la finalidad de dirigirexclusivamente agua de proceso hacia los sistemas de tratamiento yde establecer un sistema de tratamiento biológico, donde loscontaminantes orgánicos solubles sean eliminados. Los trabajos desegregación están proyectados para finalizar en 1993, por lo quesería impráctico esperar al término de este lapso para establecerla ingeniería del sistema de tratamiento biológico. En vista deesto, el IMP realizó una evaluación del sistema actual de drenajesy una caracterización de las aguas residuales, con la finalidad deelaborar un agua que fuera representativa de la misma que serátratada en los separadores de aceite y en un sistema detratamiento biológico y, basándose en su composición, obtener eldiseño del sistema de tratamiento secundario.

ESTUDIO DE TRATABILIDAD BIOLÓGICA DE LOS EFLUENTES

Cálculo del Flujo y Caracterización del Efluente a TratamientoSecundario.

Flujo.Está constituido por la suma de los flujos que manejarán losseparadores API más el canal pluvial (ver figura 1). El aceite

separadores API más el canal pluvial (ver figura 1). El aceitedeberá estar presente en una concentración máxima de 50 mg/1, locual es requisito para que el agua sea tratada biológicamente coneficiencia. Las demás características se calcularon con base enlas cargas de las mismas corrientes consideradas en los flujos:

CARGA = FLUJO VOLUMÉTRICO X CONCENTRACIÓN DEL CONTAMINANTE

(kg/día) = (m3/día) x (kg/m3)

FLUJO A LA SALIDA DEL TRATAMIENTO PRIMARIO : 26 195 m3/díaAGUA DEL CANAL PLUVIAL (AREA 8, SECCIÓN SUR): 5 098 m3/día

TOTAL AGUA A TRATAMIENTO SECUNDARIO : 31 293 m3/día

Elaboración del efluente utilizado.

Con la finalidad de obtener la carga orgánica deseada en elefluente (337 mg/1 como Demanda Química de Oxígeno, según loscálculos descritos arriba), se adicionó la fase orgánica de lassosas gastadas provenientes del lavado de gasolinas de laRefinería:

MUESTRA FRACCIÓN

EFLUENTE (SALIDA DEL SEPARADOR 5} 900.00 miEFLUENTE (CANAL No. 5) 100.00 miSOSAS GASTADAS (FASE ORGÁNICA) 0.32 mi

Adecuación del Agua para su Tratamiento.

Una vez elaborado el efluente, fue sometido a tratamientoprimario, reduciendo los valores de los siguientes parámetros:

GRASAS Y ACEITES: Se removieron mediante flotación hasta nivelesinferiores a 50 mg/1.

SOLIDOS SUSPENDIDOS: Fueron reducidos mediante sedimentación aniveles inferiores a 50 mg/1.

Caracterización de la Mezcla Semisintética.

Se efectuaron las siguientes determinaciones:

Análisis Físicos.-

Conductividad1

Grasas y Aceites1

PHSólidos disueltosSólidos suspendidos1

Análisis Químicos.-

Alcalinidad (como CaCO3)1

Cromo hexavalenteDemanda Química de Oxigeno (DQO)1

Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)1

Fenoles1

Fosfatos1

Nitrógeno AmoniacalSulfuros1

Las características fisicoquímicas del efluente se encuentranregistradas en el cuadro 1.

CUADRO 1. Características del efluente a tratar biológicamente.

CONDUCTIVIDAD (/¿mho/cm) 500GRASAS Y ACEITES (mg/1) 20PH ( -- ) 7.3SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (mg/1) 43SOLIDOS DISUELTOS TOTALES (mg/1) 564ALCALINIDAD (COMOCaCO,) (mg/1) 50CROMO HEXAVALENTE (mg/1) 0.0DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO (mg/1) 337DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO (mg/1) 155FENOLES (mg/1) 28FOSFATOS (mg/1) 35NITRÓGENO AMONIACAL ímg/l) 19SULFUROS (mg/1) 67

SELECCIÓN MICROBIANA PARA LA INOCULACIÓN DEL EFLUENTE.

En el estudio se utilizó una población microbiana mixta, aislada,seleccionada y adaptada para degradar los contaminantes orgánicospresentes en los efluentes de la Refinería. Las muestras a partirde las cuales se aislaron los microorganismos, fueron colectadasen los alrededores de dicho centro de trabajo.

Adaptación Microbiana.

Este proceso tiene dos objetivos: conocer los efectos tóxicos delagua semisintética sobre la población microbiana seleccionada yaclimatar esta última al mayor porcentaje posible de concentracióndel efluente. Los microorganismos seleccionados fueron inoculadosen agua semisintética diluida en agua cruda al 50% e incubados enlas condiciones señaladas en la selección secundaria durante eltiempo necesario para alcanzar la fase estacionaria.

El proceso se repitió con proporciones de efluente cada vezmayores hasta obtener un cultivo que se desarrolló bajo lascondiciones más severas posibles: agua semisintética al 100%.

Los microorganismos adaptados se emplearon para la determinaciónde los parámetros cinéticos.

DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS CINÉTICOS EN CULTIVO POR LOTE

Velocidad Específica de Crecimiento (¿i)

El objetivo de este estudio fue encontrar la tasa crítica dedilución en el cultivo continuo empleado para calcular losparámetros descritos más adelante. El resultado normó el criteriopara seleccionar los diferentes tiempos de residencia.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.-

La población mixta adaptada al efluente fue inoculada en un litrode efluente semisintético concentrado conteniendo unaconcentración de Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV) de 50 mg/1;el medio de cultivo utilizado se preparó con efluentesemisintético (DQO = 300 mg/1), NH4NOo 0.500 g, KH2PO4 0.100 g,a pH 7.0, una Temperatura de 28°C y 120 r.p.m. de agitación. Elinoculo fue la población microbiana mixta adaptada, cultivada enCaldo Soya y Tripticaseína (Difco), lavada con solución salina(0.86%) y concentrada por centrifugación. El parámetro dedesarrollo microbiano fueron SSV en el medio de cultivo.

La fase de desarrollo microbiano se presentó entre las dos y lascuatro horas; con los datos obtenidos en esta fase se elaboró lagráfica que se muestra en la figura 2; el valor de la pendienterepresenta la Velocidad Específica de Desarrollo microbiano \i, queequivale a la tasa crítica de dilución; el inverso de este valores el tiempo mínimo de residencia. Los valores fueron:

M máx. = D crít = 0.275 1/htr mín = 3.6 horas

DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS CINÉTICOS EN CULTIVO CONTINUO

Para la determinación de los restantes parámetros cinéticos fuenecesario instalar un sistema de cultivo continuo que consta decuatro biorreactores adyacentes de diferentes volúmenes deoperación, operando en paralelo. El sistema fue totalmentemezclado con aire y sin recirculación de lodos .

Condicionas de Operación.

BIORREACTORES.

Biorreactor

i234

Volumen(L)

4.05.56.58.0

Tiempo de Residencia Flujo(horas) (mL/Hr)

3.7 1 0787.4 7428.8 73812.4 646

Estos tiempos de residencia están basados en el tr min., que es de3.6 hr.

ALIMENTACIÓN.-

Se utilizó el agua semisintética. almacenándose en recipientes de50 litros a pH= 3 • 4 y a 4°C y neutralizando a 7 - 7.5 para suuso.

El recipiente de alimentación tuvo un volumen de operación de 32litros, por lo que el líquido fue sustituido cada 24 horas, de talmanera que no permaneciera más tiempo a temperatura ambiente.

La alimentación se llevó a cabo mediante bombas peristálticasmarca Cole-Parmer, operando intermitentemente cada dos minutos einyectando a cada cámara un volumen tal que tuviera el flujo antesmencionado.

Los nutrimentos, nitrato de amonio y fosfato dibásico de potasio,fueron disueltos en el efluente semisintético en concentracionesnecesarias para obtener una relación Demanda Bioquímica de Oxígeno(DBO5): N: P de 100: 5: 1.

CULTIVO.-

-Aireación:

-Temperatura-pH

Suficiente para mantener una concentraciónoxígeno disuelto arriba de 4 ppm.Osciló entre 16 y 20°C.No se controló, fluctuó entre 7 y 7.5.

de

-Agitación : Mantenida con aire.-Inoculo : Población microbiana mixta, adaptada a una

concentración de agua semisintética del 100 %.

Para el cálculo se tomó en cuenta solo el nitrógeno amoniacal, quees la forma más asimilable para la mayor parte de losmicroorganismos.

Parámetros Cinéticos Determinados.

Enseguida se definen las literales empleadas para los parámetroscinéticos.

k Velocidad específica de Eliminación de Sustrato.(días.mg SSV/L)"1.

Y Rendimiento celular (mg SSVLM/mg DBO5 eliminada).

kd Decaimiento celular (días)"1.a Constante de Utilización de Oxígeno para la

Oxidación del Sustrato (mg O2/mg DBO5 elim.).

b Tasa de Utilización de Oxígeno para la RespiraciónEndógena o Autooxidación Celular (días)"1.

Parámetros de Seguimiento y Control del sistema.

Parámetro Frecuencia

Tiempo de Residencia diariamenteOxígeno Disuelto diariamenteConcentración de SSVLM diariamenteConcentración de SSNVLM diariamentepH diariamenteObservación Microscópica diariamente

Los valores promedio de los parámetros de seguimiento en el estadode equilibrio del sistema para la obtención de los parámetroscinéticos se presentan en el cuadro 2; los valores de losparámetros cinéticos, en el cuadro 3 y las respectivas gráficas semuestran en las figuras 3, 4 y 5.

DATOS EXPERIMENTALES PARA EL CALCULO DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS.

So Carga orgánica de Alimentación, DBO5 y DQO (mg/L) .Se Fuente de Carbono en el Biorreactor, DBO5 y DQO (mg/L).

Xvo Sólidos suspendidos Volátiles en la Alimentación (mg/L).Xto sólidos Suspendidos Totales en la Alimentación (mg/L).Znvo Sólidos Suspendidos no Volátiles en la Alimentación (mg/L).Xva Sólidos Suspendidos Volátiles en el Licor Mezclado (mg/L).Xta Sólidos Suspendidos Totales en el Licor Mezclado (mg/L).Xnva Sólidos Suspendidos no Volátiles en el Licor Mezclado

(mg/L).Rr Velocidad de Consumo de Oxígeno (mg 0 2/L).P Flujo de Alimentación a los Biorreactores (L/día).tr Tiempo de Residencia en cada Biorreactor (días).V Volumen de Operación de cada Biorreactor (L).

Velocidad Específica de Eliminación de sustrato (k).

BASES TEÓRICAS.-

En un cultivo en condiciones limitadas de fuente de carbono, lavelocidad de eliminación o consumo de sustrato por unidad debiomasa es directamente proporcional a la cantidad de sustratopresente.

Este fenómeno puede traducirse al lenguaje matemático:

So - Se= k(Se) Donde:

tXva

So = Sustrato a tiempo cero (DBO5)ecuación de la forma Se = Sustrato a tiempo = t

y = mx + b Xva= Biomasa presentek = Constante de proporcionalidad

Es posible determinar k en un sistema continuo con variosbiorreactores operando a diferentes tiempos de residencia; conesto varía la concentración de sustrato en cada uno, (a distintotiempo de residencia, distinto sustrato residual) obteniéndose lospuntos de la variable independiente; con el sustrato residual, labiomasa producida y el tiempo de residencia en cada cámara seobtienen los puntos de la variable dependiente.

Procedimiento Experimental.-

Con los biorreactores operando a los tiempos de residenciadescritos y en condiciones estables, se cuantificaron:

So: DBO5 y DQO.Se: DBO5 y DQO.tr: tiempo de residencia hidráulico promedioXto, Xvo, XnvoXta, Xva, Xnva

-Muestreo: diariamente durante dos semanas.

-Determinaciones:

So y Se: las muestras fueron filtradas a través demembranas Millipore de 0.45 mieras dediámetro de poro y procesadas el mismodía, analizando DBO5 Y DQO.

tr: se calculó con base en el flujo hidráulicopromedio durante el período experimental.

Xto, Xvo, Xnvo, Xta, Xva, Xnva: se determinaron conforme seobtuvieron las muestras.

Rendimiento celular (X) y Tasa de Decaimiento de Lodo (kd).

BASES TEÓRICAS.-

La producción neta de lodo biológico o rendimiento celular, estádada por la diferencia entre su síntesis y su degeneración debidaa la muerte microbiana.

Bajo condiciones de limitación de sustrato, la producción de lodobiológico por unidad de biomasa es directamente proporcional a lavelocidad específica de remoción del sustrato.

Matemáticamente esta relación se expresa como sigue:

AXv/V

Xva

Y(So-Se)- kd

Xva.t

Donde:

AXv = Lodo producido por día.V = Volumen del biorreactor.Xva = Lodo inicial.t = Tiempo.Y = Rendimiento celularkd = Decaimiento de lodo.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.-

Las determinaciones utilizadas para el cálculo de estos parámetrosfueron:

Xto, Xvo, Xnvo, Xta, Xva, Xnva, So, Se

constante da utilización de Oxígeno para la Oxidación del Sustrato(a) y Tasa de Consuno de Oxígeno para la Autooxidación Celular(b).

BASES TEÓRICAS.-

En un cultivo, el oxígeno es utilizado por los microorganismos condos finalidades: degradar el sustrato para producción de biomasa ypara autooxidarse cuando mueren.

°2microorganismos + sustrato — — > biomasa + productos de

degradación

En condiciones de limitación de sustrato, la velocidad de consumode oxígeno por el lodo biológico es directamente proporcional a lavelocidad específica de consumo de sustrato.

Matemáticamente:

Rr a(So-Se)= + b Donde:

Xva Xva. tRr = velocidad de consumo

de oxígeno

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL•-

Las determinaciones necesarias fueron :

Xva; t; So; Se y Rr.

La medición de la velocidad de consumo de oxígeno Rr, se llevó acabo utilizando un medidor de oxígeno disuelto marca YSI, modelo57, de Yellow Springs Instruments Co., Inc. Las lecturas fueronregistradas a intervalos regulares de tiempo; las muestrasanalizadas procedían de cada biorreactor bajo condiciones demezcla total.

DISEÑO DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS.

REACTOR BIOLÓGICO,

información Previa.

La siguiente documentación es necesaria para el cálculo de los

parámetros de diseño del sistema de tratamiento biológico. Losvalores máximo, mínimo y promedio de los parámetros reportadosenseguida se ¿asaron en los datos obtenidos experimentalmentedurante el período de muestreo en la Refinería, considerando lasrespectivas desviaciones estándar.

PARÁMETROS CINÉTICOS.-

PARÁMETRO 0HIDADE8

kYkdab

[1/dias.(mg SSVLM/L)][mg SSVLM/mg DB05elim.][1/dia][rog O2/mg DB05elim.][mg O2/dia.mg SSVLM]

VALOR

EXPERIMENTAL

0.03320.650.210.550.19

REFERENCIA

0.0.490.100.400.14

5,074- 0.62- 0.16- 0.76- 0.23

FLUJOS DE CORRIENTES A TRATAMIENTO SECUNDARIO.-

CORRIENTE

Separador 4AmpliaciónCanal pluvial

TOTAL

MAXIMO

28 3892 5688 593

39 550

FLOJO (D3/día)MÍNIMO PROMEDIO

19 9311 5021 603

23 036

24 1602 0355 098

31 293

CARGA ORGÁNICA DE LA MEZCLA DE CORRIENTES ASECUNDARIO.-

TRATAMIENTO

Las concentraciones de DQO se calcularon con base en la suma decargas (Kg/día) de las tres corrientes consideradas, dividiendodicho valor entre el flujo respectivo (máximo, mínimo o promedio)del conjunto de dichas corrientes. La DBO5 se calculó utilizandola relación DBO5/DQO = 0.46, encontrada experimentalmente.

DQO (mg/1)DBO5

MAXIMO

368169

MÍNIMO

284131

PROMEDIO

337155

CONCENTRACIÓN DE NITRÓGENO Y DE FOSFORO.-

NITRÓGENO (mg/1) 25 12 19

10

FOSFORO (mg/l) 5 1 3

TEMPERATURAS Y PRESIONES DE VAPOR DEL EFLUENTE Y DEL AIRE.-

Considerando la construcción de una laguna de igualación antes deingresar a tratamiento secundario, la temperaturas del influente(o afluente) y del aire son las siguientes:

MAXIMO (VERANO) MÍNIMO (INVIERNO)

EFLUENTE (°C) 30 28AIRE (°C) 28 25

PRESIÓN DE VAPOR DEL EFLUENTE 29.36 25.81

PRESIÓN ATMOSFÉRICA from Hg) 760 760

CARGA ORGÁNICA REQUERIDA EN EL EFLUENTE TRATADO.-

Según la legislación vigente, se requiere:

DQO = 50 mg/lDBO5= 50 mg/l

Por lo que la DQO rige la norma y la DBO5 deberá ser 23 mg/l.

Desarrollo del Diseño.

Los datos fueron procesados en un programa de cómputo, cuyodesarrollo se basó en el procedimiento recomendado por RAMALHO ,donde se incluyen aireadores de superficie. Los parámetros básicosde diseño se calcularon con base en los flujos máximo, mínimo ypromedio, de tal manera que se reportan tres series de ellos.

Clarificador Secundario,

información Previa.

Los datos previos necesarios para el diseño son los siguientes:

FLUJO DE ENTRADA.-

Se consideró el flujo máximo: 39 550 m3.

CONCENTRACIÓN DE LODOS.-

11

Sólidos Suspendidos Totales (SST) a la entrada del clarificador:3 425 mg/1. (SSV = 2 500 mg/1).

SST en el fondo del Clarificador:

15 000 mg/1 (SSV = 12 000 mg/1.

VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN ZONAL.-

Se determinó según el procedimiento recomendado por Eckenfelder5

utilizando una probeta graduada de 1000 mi y midiendo la interfaselíquido-lodos a intervalos regulares de tiempo:

ZSV =2.77 m/h

Desarrollo del Diseño.

Se empleó el procedimiento recomendado por Talmagde y Fitch6. Elclarificador secundario es de tipo circular y se obtuvieron lossiguientes parámetros:

Tiempo de residenciaVolumenAreaDiámetroProfundidad

SIMULACIÓN.

Se llevó a cabo la simulación de operación a nivel de laboratorioutilizando los parámetros de diseño para un flujo máximo. Laprueba se montó en un reactor con una capacidad de operación de 10litros, registrándose los valores de los siguientes parámetros:

DBO5, DQO, FENOLES, GRASAS Y ACEITES Y SULFUROS.

RESULTADOS.

Enseguida se reportan las características del sistema de lodosactivados diseñado considerando el flujo máximo, incluyendo losbalances de materia. En la figura 6 se muestra el reactor diseñadopara el flujo máximo, incluyendo sus dimensiones y el área deinfluencia de los aireadores.

DISEÑO DE LA PLANTA DE LODOS ACTIVADOS

DATOS DEL AFLUENTE

Flujo (m3/d) = 39 550DBO5 (mg/1) = 169

12

Concentración de SSV (mg/1)Concentración de SSNV (mg/1)Nitrógeno Amoniacal (mg/1)Ortofosfatos (mg/1)Alcalinidad (mg CaCO3)

Temperatura del afluenteTemperatura del aire

5012.5255

50

VERANO

3028

INVIERNO

2825

DATOS DEL REACTOR

Dimensiones

Volumen de operaciónArea del reactorLongitud del reactorAncho del reactorProfundidad del reactorProfundidad recomendada

(m3)(m2)(m)(m)(m)(m)

= 4 455.967= 1 737.674

51.05434.0362.564

= 2.5 - 3.7

Requerimientos de potencia y aireadores

Nivel de potencia (HP/m3)Potencia mínima requerida (HP)Potencia total (HP)Potencia de cada aireador (HP)Número de aireadoresAireadores a lo largoAireadores a lo anchoDistancia entre aireadores (m)Diámetro de influencia (m)Oxígeno disuelto (mg/1)

Carga orgánica

DBO5 de entrada al reactorDBO5 soluble en el reactor

, 406E-02307.269330556321720.2

018422

(20% de seguridad)

Sólidos

SSV en el reactorSSNV en el reactorF/M instantáneaSSV en el sedimentador

Nutr imentos

Adición de Nitrógeno

(mg/1)(mg/1)

(1/día)(mg/1)

(mg/1)(mg/1)

2 5006250.6

12000

VERANO

136.58712.576

INVIERNO

136.83913.345

(kg/día)

VERANO

0.0

INVIERNO

0.0

13

Adición de Fósforo

Temperatura de operación

DATOS DEL EFLUENTE

DBO5 total en el efluenteSSV en el efluenteSSNV en el efluente

RECIRCULACIÓN

(kg/d.ía)

(°C)

(mg/l)(mg/l)(mg/l)

Factor de recirculación ;

DBO5 soluble de recirculación (mg/l) :

SSV en la recirculación (mg/l) !

SSNV en la recirculación (mg/l) !

DESECHO

DBO5 en el desechoSSV en el desechoSSNV en el desechoProducción de SSVProducción de SSNVProducción total de lodos

FLUJOS (m3/día)

(mg/l) -(mg/l) -(mg/l) =

(kg/día) =(kg/dla) =(kg/día) =

Flujo de entrada al reactor =Flujo de recirculación =Flujo de desechoFlujo del efluente tratado =Flujo de fondos del sedimentador =Tiempo de residencia hidráulico (h) =

SEDIMENTADOR.

Tiempo de residenciaVolumenAreaDiámetroProfundidad

(b) = 2.(mJ) = 4 892.(m2) = 2 164.(m) = 52.(m) = 2.

0.0

29.6

18.276102

VERANO

0.26112.576

= 12000= 2972

18= 12000= 2972= 1858.5

460.2= 2318.8

= 49887.3= 10337.3

154.9= 39395.1= 10492.2

2.14

,00,35,265026

0.0

27.5

19.045102

INVIERNO

0.26013.345

120002972

191200029722216.1548.82764.9

49849.710299.7184.7

39365.310484.42.15

En cuanto a la simulación, en el cuadro 4 se muestran los datosobtenidos, tanto a la entrada como a la salida del sistema y secomparan con la norma establecida para la Refinería; es posibleobservar que los valores descienden hasta niveles permisibles.

CONCLUSIONES

En la gran mayoría de las corrientes muestreadas segrandes fluctuaciones en las cargas de los

observarondiferentes

14

contaminantes. Estas variaciones se debieron en parte a quealgunas plantas salieron de operación durante el período demuestreo, mientras que otras iniciaron actividades operativas.

Fue posible establecer las características fisicoquímicasprincipales del agua de proceso que será sometida a tratamientoprimario y del efluente que será tratado biológicamente; laDemanda Bioquímica de Oxígeno máxima a la entrada del tratamientosecundario será de 167 mg/1.

Se estableció el diseño básico del sistema de tratamientobiológico, el cual removerá el 90% de la carga orgánica en unlapso aproximado de dos horas, con una DBOg en el efluente de 18mg/1. Además, se reducirán a valores permisibles los parámetros:Fenoles, Demanda Química de Oxígeno y Sólidos Suspendidos.

BIBLIOGRAFÍA

1) "STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER"APHA, AWWA, WPCF., 15TH EDITION, 1980.

2) METCALF & EDDY, INC. "WASTEWATER ENGINEERING: TREATMENT,DISPOSAL, REUSE". MCGRAW-HILL, INC., 1979.

3) BARTSCH, A. F., AND INGRAM, W. M., "PUBLIC WORKS 90, 104.,1959.

4) RAMALHO, H. S., "INTRODUCTION TO WASTEWATER TREATMENTPROCESSES"., ACADEMIC PRESS, NEW YORK. 1983.

5) ECKENFELDER, W. W. AND FORD, D. L. "WATER POLLUTION CONTROL".,PEMBERTON PRESS JENKINS PUBLISHING COMPANY. AUSTIN AND NEWYORK, 1970.

6) TALMAGDE, W.P. AND FITCH, E.B., INDUSTRIAL ENGINEERINGCHEMISTRY, 1955.

15

CUADRO 2

DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS BAJO CONDICIONES ESTABLES, CON EL AGUA SEMISINTETICA CONSIDERANDO

LOS DRENAJES SEGREGADOS Y LA SUSTITUCIÓN DE LOS CONDENSADORES BAROMÉTRICOS POR LOS DE SUPERFICIE.

HORA FECHA

(D/M/A)FLUJO(ml/h)

VOL.(ml)

t . res(días)

So(mg/l)3.0.0.

Se(mg/l)D.Q.O.

So(mg/l)

Se(mg/l)D.B.O.

Xv,a(mg/l)

Rrmg/L.dia

Rr

Xv,a

AXv/V

Xv,a

(So-Se)

Xv.a.t

CÁMARA 1

18:30

12:00

11/12/91

12/12/91

1

2

1

1

100

056

¡.000

4000

0.

0.

15¡5

1578

356333

324285

161

141

133

103

50

50

131

122

.76

.26

2

2.64

.45

4.06 3

4

.7

.8

CÁMARA 2

18:30

12:00

11/12/91

12/12/91

1

2

732

750

3465

5465

0.3111

0.3036

356

333

289

269

161

141

106

92

65

60

108.86

99.94

1.67

1.67

1.51 2.71

2.69

CÁMARA 3

18:30

12:00

11/11/91

12/12/91

1

2

744

731

5510

6510

0.3645

0.3710

356

333

238

237

161

141

72

71

125

80

171.79

182.59

1.37

2.28

1.42 1.95

2.35

CÁMARA 4

18:30

12:00

11/12/91

12/12/91

1

2

642

650

7940

7940

0.5153

0.5090

356

333

253

190

161

141

82

46

80

SO

166.61

348.34

2.08

4.35

1.00 1.91

2.33

DATOS PARA LA ELABORACIÓN DE LAS GRÁFICAS

CÁMARA

1

2

3

4

CALCULO DE le

Se

(mg/l)

64

72

99

118

(So-Se)

Xv.a.t

1.91

2.36

2.71

4.30

CALCULO

(So-Se)

Xv.a.t

1.91

2.36

2.71

4.30

DE Y y led

AXv/V

Xv,a

1.0

1.42

1.51

4.06

CALCULO

(So-Se)

Xv.a.t

1.91

2.36

2.71

4.30

DE a y b

Rr

Xv,a

-

1.37

1.67

2.54

16

CUADRO 3

VALORES DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE.

PARÁMETRO

k

Y

kd

a

b

DIMENSIONES

l/[dia(mg/l)]

(mg SSV/mg DBO5 removida)

(mg SSV eliminados/mg SSVLM.dia)

(mg O2/mg DBO5 removida)

(mg 02/mg SSVLM.dia)

VALOR

0.0332

0.65

0.21

0.55

0.19

REFER' CIA(*>

0.074

0.49 - 0.62

0.10 - 0.16

0.40 - 0.76

0.14 - 0.23

NOTA:k = Velocidad especifica de consumo de sustrato.Y = Rendimiento celular.kd= Tasa de decaimiento celular.a = Constante de Utilización de Oxigeno para

el Desarrollo Microbiano,b = Tasa de Utilización de Oxigeno para

Respiración Endógena.SSV = Solidos Suspendidos Volátiles.SSVLM = Solidos Suspendidos Volátiles en el

Licor de Mezcla (reactor).

CUADRO 4

VALORES DE LOS PARÁMETROS FISICOQUIMICOS QUE DESCENDIERONDURANTE LA SIMULACIÓN DEL PROCESO A NIVEL LABORATORIOPARA UN FLUJO MAXIMO.

PARÁMETRO

DQO (mg/1)

DBO5 (mg/1)

FEN.(mg/1)

GVTA (mg/1)

SULF.(mg/1)

ENTRADA

367

169

47

32

28

SALIDA

50

18

0.05

5

0.2

NORMA SEDUE

50

50

0.1

37

0.5

NOTA:PQO = Demanda Quimica de Oxigeno.DBO5 = Demanda Bioquimica de Oxigeno.FEN. = Fenoles.GYA = Grasas y Aceites.SULF.= Sulfures.

17

FIGURA 1 PUNTOS DE MUESTREO ESTABLECIDOS EN LA REFINERÍA

TAILERE5

ALMACÉN

CENTRAL

PLANTA

REDÜCIORA

DE VtSCOSiOAD

BZHCZHQ

C.HEXANO -

ETIL 8.

PESCO

POUU.

CAL0ERA5

I i 1 PRIMARIA

¡EPARADOR 1 ^ ^ ^ J . '

FRAC LIO ASS

PRIU 4 — — R I ) I M 2

0E5ULF. OE GA5OL.

KERO5INA V DIESEL

i FRACC OE GAS. NAT.

J _a—

PRIM i

DESALAD

- 4REF BTX

FRACC SOLV

REF NAF PDA

; AREA 8

RI0i SECCIÓN

I1!1

NAF PDA T

IILENO ISÓMEROS I

TRANSFERENCIAHIDROOESULF OEST INTERU

CT-1OOA REFORMADORA DE NAFTA TV-S1J

|BOMBAS 3

1 TV-514

SECCIÓN NORTE

CORRIENTE PLUVIAL (by-pass)

DRENAJE MIXTO pluvial-aceitoso)

FIGURA 2. CALCULO DE y MAXIMA FIGURA 3. CALCULO DE LA VELOCIDAD DEREMOCIÓN DE SUSTRATO (k).

OA \-

0 3 '<•

FIGURA 4. Cálculo del rendimiento y tasade muerte celular (Y y kd).

FIGURA 5. Cálculo del coeliciente deutilización de oxigeno y tasa de

respiración endógena (a y b).

3r

*-.-•

1 2 3 4 5I 5 o - S 9 ¡ ' i x v . o n

34 m

FIGURA 6. Dimensiones del reactor biológico paraun flujo máximo de 39 550 m3/día.

20.4 m

PROFUNDIDAD = 2.4 m

MESA N° ti: CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

INSTITUCIÓN: INSTITUTO MEXICANO DEL PETRÓLEO

PONENCIA: ESTUDIO SOBRE EL COMPORTAMIENTO EN LAS EMISIONES --DE ESCAPE AL INCORPORAR SISTEMAS DE CONTROL EN VEHI_CULOS DE TRANSPORTE PUBLICO.

AUTOR (ES): ING. LUS DIAZ GUTIERREZ

CURRICULUM VITAE:

Ingeniero Químico Petrolero, egresado de la Esiquie ingreso al ---IMP. en 1985 a la División de Protección Ambiental coordinando di-versos proyectos realcionados con el desarrollo y evaluación de a-ditivos y combustibles automotrices, empleo de combustibles alter-nos y Sistemas de Control de Emisiones. Actualmente es el encarga-do del Area de Emisiones Vehiculares y mejoramiento de combustibles del Departamento de Contaminación Atmosférica y Combustión --del IMP.

RESUMEN:

Debido al fuerte incremento en el número de vehículos de transpor-te público del tipo "Minubús" que se inició a partir de 1990 parasustituir los vehículos tipo "Combi" y considerando que represent^rán una importante contribución en la emisión de contaminantes. ElIMP. llevó a cabo un estudio para determinar el efecto en las emi-siones de escape al incorporar convertidores catalíticos en vehíciJlos nuevos y en circulación, simulando en el Laboratorio las condalciones de operación a que son sometidos dichos vehículos y su efe£to en las emisiones.

"ESTUDIO SOBRE EL COMPORTAMIENTO EN LAS EMISIONES DEESCAPE AL INCORPORAR SISTEMAS DE CONTROL EN

VEHÍCULOS DE TRANSPORTE PUBLICO"

ING. LUIS DIAZ GUTIERREZ

I. M. P.

Actualmente la Ciudad de México y su Zona Metropolitanapresenta serios problemas de contaminación atmosférica, comoresultado principalmente de las interacciones originadas porla alta densidad de población, las actividadessocioeconómicas, los excesos en el consumo de energía y lascondiciones geográficas y metereológicas especificas.

La energí a requerida por esta Ciudad provieneprincipalmente de la combustión de hidrocarburos, los cualesgeneran diariamente una importante cantidad de compuestosnocivos, correspondiendo un alto porcentaje del inventariototal de emisiones a las provenientes de las fuentes móvilesque consumen gasolina y diesel principalmente (Figura 1). Portal motivo, es importante establecer el enorme esfuerzo que serequiere para r.l mejoramiento y optimización de la tecnologíaautomotrlz que incluya la variable ambiental en los nuevosdesarrollos.

I. ANTECEDENTES

Desde hace dos decadas, las legislaciones y regulacionesambientales de los paises desarrollados se han enfocadoprincipalmente en la industria automotriz, estableciendopaulatinamente limites de emisión más estrictos. Comoresultado de esto, los fabricantes de vehículos han realizadonumerosas modificaciones en el diseño del motor y adicionadofinalmente convertidores catalíticos que en conjunto hanllegado a reducir significativamente las emisiones de escape(Cuadro 1).

En nuestro país tales avances tuvieron poca repercusión,sin embargo a finales de los 80"s se hace inminente tanto porrazones económicas como por los efectos del impacto ambientalla adopción de los mismos enfoques. En adición, esindispensable reconocer que en general la tecnologíaautomotriz disponible en nuestro pals ha ido a la zaga, enunos casos por razones de rentabilidad de las empresas,basándose siempre en motores "simples" diseñados para lamáxima

economía de combustible y/o la máxima potencia, y en otros,por la normatividad impuesta que incluyó a los combustiblesdisponibles en cada momento.

Es en 1990 cuando se inicia en México la disminuciónpaulatina de los niveles máximos de emisiones de escape paraautomóviles y vehículos comerciales de hasta tres toneladas depeso bruto vehicular, lo cual condujo a los fabricantes deautomóviles a realizar modificaciones sencillas en lossistemas de carburación e inyección.

Para 1991 y 92 los niveles de emisión para automóviles sereducen hasta alcanzar valores ligeramente inferiores a losestablecidos en 1975 por la Environmental Protection Agency(EPA) de los Estados Unidos, que llevó a la incorporación deconvertidores catalíticos, y será a partir de 1993 cuando laemisión máxima de contaminantes para automóviles alcance losvalores establecidos en Estados Unidos desde 1981 y que sonsimilares a los niveles adoptados recientemente por los paísesde la Comunidad Europea y algunos de América Latina,significando una disminución de 90% en las emisiones demonóxido de carbono e hidrocarburos y 70% en óxidos denitrógeno, desde que se establecieron los primeros estándaresde emisión (Cuadro 2).

Lo anterior representará para nuestro pal s un avanceacelerado en la adopción de medidas tendientes a reducir losÍndices de contaminación en las areas con esta problemática,cuyos resultados se observarán conforme se realice lasustitución del parque vehicular.

Por otra parte, en relación al transporte de serviciopúblico el cual representa tan solo el 5% de la poblaciónvehicular existente en el Valle de México, pero con un consumode combustible estimado de 4 millones de litros de gasolinapor día entre minibuses, combis y taxis, correspondiente al24% del consumo total y una generación proporcional decontaminantes (Figura 1), las autoridades del DDF iniciaron apartir de 1990 un programa integral para la sustitución de39,000 taxis anteriores a 1984 por vehículos 1991 equipadoscon convertidor catalítico y de 43,000 combis por minibuses.

Sin embargo, debido a la carencia en ese entonces de lanormatividad para el control de emisiones en vehículos conpeso bruto vehicular superior a 3 toneladas, como es el casode los minibuses, se planteaba el origen de otro problema decontaminación derivado de la falta de control de emisiones,mayor consumo de combustible y condiciones de carga excesiva a

que están sujetas dichas unidades, por lo que el Departamentodel Distrito Federal y la SEDUE solicitaron al IMP larealización de un estudio que en colaboración con lascompañías armadoras de este tipo de vehículos (Chrysler,General Motors y Ford) permitiera establecer losprocedimientos de prueba y la Norma Técnica de Emisiones enbase a los resultados obtenidos.

II. DESARROLLO EXPERIMENTAL Y RESULTADOS

Para llevar a cabo estas pruebas el IMP aceleró lostrabajos de construcción de un nuevo laboratorio de emisiones,en el cual se instalaron equipos de muestreo y análisis contecnología de vanguardia y un dinamómetro de chasis de altacapacidad para evaluar unidades con inercias áe hasta 7800 kg.y potencia de camino de 250 hp. Asimismo, considerando que elprocedimiento de prueba nacional e internacional basado en elciclo FTP-75 no representa las condiciones de manejo yvelocidad de estas unidades en la Cd. de México, ya que estádiseRado para la evaluación de automóviles bajo tránsitofluido representativo de una ciudad de Estados Unidos, sedesarrolló un nuevo ciclo de recorrido simulado con puntos decambio de velocidad más bajos, mayor porcentaje del tiempo deprueba en ralenti, una velocidad promedio de 29 km/hr ' y lamáxima de 78 km/hr.

La determinación de emisiones de escape en vehículos serealiza mediants la prueba con equipo CVS (Constant VolumeSampler) en un dinamómetro de chasis en un ambiente controladoy condiciones de prueba sometidas a limites especificados, deacuerdo con la Norma Oficial Mexicana DGN-AA-II-1980, que essimilar al FTP-75 del Code of Federal Regulations de losEstados Unidos. El sistema de muestreo de emisiones de escapeatrapa los gases de la combustión y los diluye con un volumenconstante de aire, recolectándose una porción de la muestra enbolsas Tediar para posteriormente analizar cuantitativamentesu composición. El vehículo simula en el dinamómetro unrecorrido típico de i5.5 km; este método además de los valoresde emisiones reguladas (CO, HC y NOx) aporta datos derendimiento de combustible en ciudad al aplicar la metodologíade balance de carbono en las emisiones de escape.

Las pruebas de evaluación se desarrollaron en 9 unidadesnuevas proporcionadas por las compafiias armadoras y 4 unidadesen uso. En todos los casos se realizaron pruebas a tresdiferentes condiciones de carga, 3125, 5000 y 5795 kg,correspondientes al peso vehicular (PB), peso bruto vehicular(PBV) y PBV más 50% déla carga útil respectivamente. Cabeseñalar que los procedimientos normativos para lacertificación de emisiones establecen la realización de

pruebas con una inercia equivalente al peso vehicular, sinembargo, considerando que las unidades mencionadas trabajan encondiciones de sobrecarga, se consideró importante evaluardicho efecto en este estudio. Los resultados promedio delefecto de la carga en las emisiones se observan en el cuadro3.

En relación a las unidades nuevas, se realizaron pruebasde referencia en nueve minibuses representativos de laproducción de 1990 sin convertidor catalítico; posteriormente,las Compañías Armadoras realizaron diversas adaptaciones ymodificaciones en los motores, así como la incorporación deconvertidores catalíticos, cuyo análisis de resultados sirviópara el establecimiento de les límites de emisión para estasunidades, considerando los valores de emisión más bajos, lanormatividad internacional y los sistemas con el mejor controlde emisiones tales como, inyección de combustible, control dela relación aire/combustible de circuito cerrado y convertidorcatalítico de tres vías, lo cual condujo a las armadoras quesuperaban dichos niveles a instalar sistemas similares en susmotores (Cuadro 4). Los resultados de estas pruebas ' y lareducción porcentual de emisiones se observan en el Cuadro 5 yFigura 2. Es conveniente aclarar que los porcentajes dedisminución no sen del mismo orden en todos los casos y sinembargo cumplen con los niveles máximos establecidos.

Respecto a las evaluaciones en minibuses en uso demodelos 1989 y 90, se realizaron pruebas de referencia una vezafinados y acondicionados a las esspecificaciones de afinacióndel fabricante, realizando posteriormente la incorporación deconvertidores catalíticos con sistema de circuito abierto yadición de aire secundario, esto último exclusivamente en lasunidades de Chrysler. Los resultados de estas pruebas seobservan en el Cuadro 6 y Figura 3.

III. CONCLUSIONES

En base a los niveles de emisión alcanzados por losprototipos evaluados, podemos asegurar que la tecnologíaempleada a partir de 1991 en este tipo de transporte garantizala calidad de las emisiones provenientes de estos vehículos,la cual esta sujeta al buen mantenimiento y uso adecuado delcombustible requerido.

Aun cuando los rebultados en la disminución de emisionesson atractivos en uno de los casos, la retroadaptación deconvertidores catali ticos al parque vehicular de minibusesexistente en general no es recomendable, por las dificultadestecnológicas, de control, de costo y mantenimiento que

presenta esta alternativa, las cuales deberán .inalizarse antesde proponer cualquier conversión masiva de unidades.

Es importante observar la diferencia sustancial mayor ala esperada en las emisiones generadas por vehículos nuevos yusados cuando utilizan el convertidor catalítico, ya queobviamente la adaptación de la tecnología y estado mecánico delos vehículos es determinante en la eficiencia delconvertidor.

CUADRO 1

AVANCES IMPORTANTES EN LA MODIFICACIÓN DE LOSMOTORES PARA LA REDUCCIÓN DE EMISIONES

- VENTILACIÓN POSITIVA DEL CARTER.

- RECIRCULACION DE GASES DE ESCAPE.

- RECUPERACIÓN DE VAPORES DE COMBUSTIBLE .

- OPTIMIZACION DEL AVANCE DEL TIEMPO DE ENCENDIDO.

- CONVERTIDOR DE TRES VÍAS.- SISTEMA DE INYECCIÓN ELECTRONiCA DE COMBUSTIBLE .

- CONTROL DE LA RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE.

(SISTEMA CERRADO)

- 4 VÁLVULAS.

- MEJORA EN EL DISEÑO DE LA CÁMARA DE COMBUSTION.

(COMBUSTION RÁPIDA)

- SENSOR DE GOLPETEO.

CUADRO 2LIMITES MÁXIMOS DE EMISIÓN DE AUTOMÓVILES

EN ESTADOS UNIDOS Y MEXICOAUTOMÓVILES EN E.U. (g/km)

CO %RED HC %RED NOx %RED

1970(1) 21.0 "- 2.6

1973(2) 17.0 -19 1.9 -27 1-93

1975-6 (3) 9.3 -45.3 0.93 -51 1.93 0.0

1981 - 2.11 -90 0.26 -90 0.62 ^68

AUTOMÓVILES EN MEXICO, (g/km).

CO %RED HC %RED NOx %RED

1988-9 22 - - 2.0 - - 2.3

1990 18 -18 1.8 -10 2.0 -13

1991-2 (3) 7 -68 0.7 -65 1.4 -39

1993 2.11 -90 0.25 -88 0.62 -73

(1) PRIMEROS ESTÁNDARES DE EMISIÓN (CO Y HC)

(2) PRIMER ESTÁNDAR PARA NOx

(3) INCORPORACIÓN DE CONV. CATALÍTICOS

CUADRO 3VARIACIÓN PORCENTUAL DE EMISIONES EN RELACIÓN

A LA CARGA EN MINIBUSES

PV PBV PBV+ 50% C U .

(PV • CARGA ÚTIL)

CO - - +27 +41

HC - - +19 +30

NOx - - *22 + 3 5

REND. - - -7 .0 -10.5

PV-PESC VEHICULAR, PBV-PESO BRUTO VEHICULARPBV+50%C.U.-PESO BRUTO VEHICULAR+50% ADICIONALDE LA CARGA ÚTIL (SOBRECARGADO).

CUADRO 4

MODIFICACIONES EN LOS MOTORES DE MINIBUSES

FORD

ORIGINAL(1989-1990)

361 pcd V8CARBURADOR

MODIFICACIONES(1991)

361 pcd V8-INYECCIÓN DE COMB.-VÁLVULA DE RECIRCU-

LACION DE GASES DEESCAPE (EGR)

-TWC (SISTEMA ABIERTO)

GENERAL MOTORS

CHRYSLER

360 pcd V8CARBURADOR

360 pcd V8CARBURADOR

-CORRECCIÓN DEL TIEMPODE ENCENDIDO

-EQR-TWC (SISTEMA ABIERTO)

-INYECCIÓN DE COMB. TBI-INYECCIÓN DE AIRE SEC.-SENSOR DE OXIGENO-TWC (SISTEMA CERRADO)

CUADRO 5EMISIONES DE ESCAPE EN MINIBUSES 1991

CO

HC

NOx

REND

S/C

50.6

4.98

3.94

3.97

FORD

C/C

5.4

0.40

0.36

4.09

%

-89.3

-92

-91

+3.1

CHRYSLER

S/C

40.1

2.77

4.16

4.12

C/C

3.17

0.32

1.10

4.31

%

-92.1

-88.2

-73.5

+4.60

S/C

20.1

2.45

4.41

3.91

G.M.C

C/C

7.79

0.31

2.37

3.98

%

-61.2

-87.2

-46.1

•1.8

CO. HC, NOx EN g/km

REND. km/I

S/C, SIN CONVERTIDOR

C/C, CON CONVERTIDOR

EMISIONES DE ESCAPE EN MINIBUSES 1989-90

CHRYSLER G.M.

CO

HC

NOx

REND.

S/C

40.9

6.06

5.86

3.98

C/C21.7

1.08

3.18

4.05

%

-47.0

-82.2

-45.7

+1.8

S/C47.0

3.73

4.28

3.96

C/C42.8

1.41

2.50

4.10

%-9.0

-62,3

-41.6

+3.6

CO, HC, NOx EN g/kmREND. km/IS/C, SIN CONVERTIDORC/C, CON CONVERTIDOR

FIGURA 1DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL MASICA DEEMISIONES POR FUENTE EN LA ZMCM

CARGA Y AUTOBUSES30%

TAXIS Y COLECTIVOS20%

AUTOMÓVILESPARTICULARES

46%

TERMOELÉCTRICAS

3.9%PROCESOS

INDUSTRIALES4.4%

DEGRADACIÓNECOLÓGICA

16%

V

EVALUACIÓN DE EMISIONES DE ESCAPEEN VEHÍCULOS TIPO MINIBUS (1991)

SIN CONVERTIDOR CATALÍTICO

EMISIONES, o/km

HC CO NOx

• 1 CHRYSLER. ES2 FORD. C U Q.M.C.

EVALUACIÓN DE EMISIONES DE ESCAPEEN VEHÍCULOS TIPO MINIBUS (1991)

CON CONVERTIDOR CATALÍTICO

EMISIONES, «/km

HC CO NOx

• i CHRYSLER. ES3 FORD. • G.M.C.

FIGURA 213

EVALUACIÓN DE EMISIONES DE ESCAPE ENVEHÍCULOS TIPO MINIBUS (1989-90)

SIN CONVERTIDOR CATALÍTICO

EMISIONES, g/km

CO

I CHRYSLER ESJ Q.M.C

NOx

EVALUACIÓN DE EMISIONES DE ESCAPE ENVEHÍCULOS TIPO MINIBUS (1989-90)

CON CONVERTIDOR CATALÍTICO

EMISIONES, g/km

CO

I CHRYSLER E53 Q.M.C

FIGURA 3

NOx

14

PONENCIAS " XNXN

MESA No. : 6

INSTITUCIÓN : ININ y UAEM*

PONENCIA! Determinación de contaminantes en la atmósfera del Valle de Tolucamediante Análisis por Activación.

AUTOR! I. García Sosa, J. L. Iturbe, F. Granados Correa y J. C. Sánchez-Meza-

CURRICULUM VlTAE ¡ trma Garcfa Sosa

Química Industrial egresada de la Universidad Veracruzana.Responsable de la Actividad Departamental "Radioquímica y Medio Ambiente", delDepartamento de Química de la Gerencia de Investigación Básica.Colabora en el Proyecto "Investigación de Zeolitas en Procesos Radioquímicos",del mismo departamento.

RESUMEN : Los estudios sobre la presencia de contaminantes en la atmósfera en di-

versas ciudades se hai incrementado ampliamente debido a los problemas que ocasio-

nan actualmente a la salud pública. Por tal motivo a partir de 1986 se elaboró

un Programa de Moni toreo Atmosférico en el Valle de Toluca que comprende la C i u -

dad de Toluca y el Corredor Industrial Toluca-Lerma, el cual cuenta con una red

preliminar de muestreo para la recolección de las partículas suspendidas totales

sobre filtros de fibra de vidrio, el muestreo se realiza 2 veces por semana en 5

diferentes zonas. A la fecha se han analizado parte de estos filtros por Absoí

ción Atómica en la Facultad de Química de la UAEM. En el presente trabajo se indj_

ca el establecimiento de la técnica de tratamiento químico y los resultados del

análisis cuantitativo mediante activación neutrónica en filtros de monitoreo re--

ciente.

DETERMINACIÓN DE CONTAMINANTES EN LA ATMOSFERA DE. VALLE DE TOLUCAMEDIANTE ANÁLISIS POR ACTIVACIÓN

I. García-Sosa, J. L. Iturbe-García,

F.Granados-Correa y J.C.Sánchez- Meza

Instituto Nacional de Investigaciones

Nucleares. Apdo. Postal 18-1027,

Col. Escanden, Deleg. Miguel Hidalgo,

México 11801, D. F.

* U.A.E.M.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, rucha atención se le ha dado a la

composición elemental de las partículas del medio ambiente en

áreas remotas y rurales, aunque en forma general las fuentes

naturales y antropogénicas producen importantes emisiones de

trazas elementales a la atmósfera.

En particular, el centro de la población estratégica de

Toluca, aloja importantes incrementos de población y actividades

económicas, por ser el núcleo principal de la población del

Sistema Intermunicipal del Valle Toluca-Lerma.

El corredor industrial Toluca-Lerma cuenta con un total de 204

industrias; 91 localizadas en el bloque Toluca, y 113 en el

bloque Lerma. Actualmente las industrias del corredor

Toluca-Lerma se han distribuido de acuerdo con el giro industrial

o comercial seg n se ha publicado recientemente en 1987, (tabla

NO.1)(2>

Un grupo de contaminantes atmosféricos de interés actual son

los metales pesados tales como el Pb, Hg, Cd, etc. 3 estos

elementos están ampliamente distribuidos en la atmosfera, la

lito'sfera, y la hidrosfera. Sus concentraciones naturales rara

vez alcanzan niveles perjudiciales. Muchos de ellos resultan

esenciales para la vida vegetal y animal: sin embargo, en

concentraciones más elevadas pueden llegar a constituir una(4)

amenaza para la salud humana y el medio ambiente.

Los niveles de metales pesados en nuestro organismo no son

insignificantes por el valor numérico pequeño, sino que son

importantes por su capacidad de intervenir en forma indeseable en

el metabolismo de los seres vivos.

TabloNolDISTRIBUCIÓN OE INDUSTRIAS DEL

SIRÓ INDUSTRIAL 0 COMERCIAL

TEXTILES, PRENDAS DE VESTM V CUERO.

INOUSTRU OE LA MADERA.

f A K L Y OERMOOS, IMPREMÍ» Y EDITORES.

QUMtCA, HULE Y PLÁSTICO.

HMJOUCTO8 MBCTULF» NO METÁLICOS

INOUSTRM MCWJCA BASCA.

PRODUCTOS MEIMJCM.MAQUMAMA Y EOUVO.

• I R O S .

rom

CORREDOR INOUSTRIAL TOLUCA-LERMA.

BLOOUETOLUCA

10

0

e

es

»

i

23

2

» l

BLOOUELERMA

Cl

2

3

38

3

1

30

7

113

TOTAL

.31

2

S :

61

12

2

83

9

204

F. Aldape y R. Morales, (5> realizaron un estudio temporal de

la composición de aerosoles atmosféricos en la ciudad de México,

las muestras fueron tomadas durante una semana de varios períodos

de tiempo en 1988, 23 elementos desde el sodio al plomo fueron

detectados por la técnica (PIXE) Emisión de Rayos X Inducido por

Protones. Las concentraciones de estos elementos, mostraron

variaciones durante el día, con valores máximos en el período de

6 a 12 AM y se obtuvo máxima tendencia de concentración en la

época de invierno y fueron especialmente polución de tipo

antropogénica primaria.

El presente trabajo representa un apoyo al Programa de

Monitoreo Atmosférico del Valle de Toluca, y el propósito

principal es identificar los elementos metálicos presente en las

partículas suspendidas en la atmósfera del Valle de Toluca-Lerma

mediante la técnica de análisis por activación neutrónica.

PARTE EXPERIMENTAL

II.1 DIAGRAMA DE FLUJO.

Lasección experimental se resume en el siguiente esquema:

ZONA

TOMA

DIGESTION

DE

DE

ESTUD10

MUESTRAS j

DE LAS MUESTRAS

ANÁLISIS POR ACTIVACIÓNNEUTRONICA

CONDICIONES DE IRRADIACIÓNY MEDICIÓN DE LA RADIACTIVIDAD

RESULTADOS

II. 2 SECCIÓN EXPERIMENTAL.

La sección experimental consta de cinco partes:

A) . - Zona de estudio.

B).- Toma de muestras.

C).- Digestión de las muestras.

D).- Análisis de las muestras por análisis por

activación neutrónica.

A) . - Zona de estudio.

El área de Toluca-Lerma se caracteriza por una única

composición química de partículas suspendidas que resulta de las

actividades industriales, la naturaleza de los combustibles, la

agricultura local y las fuentes naturales de contaminación.

A.l. Descripción de la Zona.

El área de estudio incluye a la ciudad de Toluca y el corredor

industrial Toluca-Lerma, la ciudad de Toluca se encuentra ubicada a

60 Km. al NW de la ciudad de México, a 2 689 m sobre el nivel del

mar (figura 1 ).

A.2 Emisiones al aire.

Las emisiones al aire provenientes de los procesos

químicos industriales contribuyen con un 56.5% de las

partículas y un 56% de hidrocarburos del total de emisiones de

este tipo, de acuerdo a una estimación hecha por el Centro

Panamericano de Ecología Humana y Salud en 1983.<6)

El corredor industrial Toluca-Lerma se tiene una

estimación para emisiones de partículas atmosféricas de

1079 ton/año, y la estimación que se tiene para las emisiones

de fuentes mo'viles es de 42.85 ton/año de partículas.<6)

f--rUi\ttífe

1,-MÍC

B).- Toma de Muestras.

La red manual de monitoreo atmosférico que opera en el Valle

de Toluca-Lerma, consta de 5 equipos muestreadores de grandes

volúmenes, uno para cada una de las estaciones de muestreo.

En el área de estudio se distribuyeron 5 estaciones de muestreo

siendo las siguientes:

Estación: San Pedro Totoltepec (SPT)

Ubicación: Esc. Gral. Agustin Millan

Estación: Via del Mazo (VM)

Ubicación: Tecalli 08

Estación: H. Ayuntamiento de Toluca (MUN)

Ubicación: Palacio Municipal

Estación: Hospital Toluca (HT)

Ubicación: Sanatorio Toluca

Estación: Tixamex (TIX)

Ubicación: Corredor industrial Lerma

La operación de la red manual de monitoreo atmosférico que

existe para el valle de Toluca-Lerma se describe en forma general

como sigue:

Se succiona aire en los muestreadores por un motor, con un

flujo de 40 a 60 ft3/min (1.13 - 1.7 m3/min) , el aire pasa a

través de filtros de fibra de vidrio. Sobre la superficie del

filtro se colectan las partículas con diámetros menores a

100/Lim, los filtros se almacenan para su posterior análisis, en

bolsas de papel previamente identificados , con fecha de muestreo,

tiempo de muestreo, estación , etc.

C).- Procedimiento:

1.- Lavado de material: Todo el material de vidrio se lavó con

agua desionizada y se sumergió 24 horas en una solución de HNO al

3 0% en agua desionizada, posteriormente, se sumergió en agua

desionizada durante 24 horas, finalmente se enjuagó el material.

Se dejó secar libre de polvo y se guardó envuelto en papel. Antes

de usarse se enjuagó una vez más con agua desionizada.

2.- Se cortó el papel filtro en tiras de 2" x 8", tomándose del

centro.

3.- Se cortó el filtro en un matraz de bola de 250 mi, previamente

desgarrado sobre un vidrio de reloj.

4.- Se adicionaron 25 mi de ácido nítrico concentrado y 1.0 mi de

agua oxigenada.

5.- Se puso a reflujar la muestra, durante 4 horas con temperatura

y agitación constantes, trabajando dentro de una campana de

extracción de vapores.

6.- Se filtró el residuo a través de un filtro Whatman No. 42

(previamente enjuagado con agua desionizada), recibiendo la

solución filtrada en un matraz volumétrico de 25 mi.

7.- Se enjuagó el vaso tres veces y se filtró esta solución en el

mismo filtro Whatman.

8.- Se aforó la solución hasta 25 mi y se homogenizó .

9.- Se guardó la solución en botellas de plástico hasta su

respectivo análisis.

El procedimiento descrito anteriormente, se efectuó

simultáneamente para 5 muestras a la vez y 1 blanco, hasta

finalizar las muestras del período de muestreo.

D. Preparación de las muestras para irradiar.

Para la preparación de las muestras para la irradiación se

procedió de la siguiente manera:

- Se Transfirió 1 mi de la solución final de la digestión del

filtro, con la ayuda de una pipeta voluméti ica, a un vial de

polietileno para irradiación.

- Se selló el vial de polietileno al calor conteniendo la muestra,

se lavó con agua desionizada y acetona de pureza grado analítico.

- Se colocó el vial dentro de una pequeña bolsa de plástico y se

selló

- Se introdujo la bolsa dentro de un contenedor de polietileno

limpio, identificado y envuelto en una toalla de papel para su

sucesivo transporte al reactor.

D.l. Condiciones de irradiación.

Las irradiaciones se realizaron en el reactor nuclear TRIGA MARK

III del Centro Nuclear de México y las condiciones de irradiación a

las que se trabajó, dependieron de los isótopos en cuestión.

Se utilizó el sistema neumático (SINCA) para irradiar en

cápsulas con un flujo de neutrones térmicos de 1.3 x 1013n/cm2s,

durante 5 minutos, y 10 horas, en el sistema fijo (SIFCA).

D.I.2 Condiciones para la medición de la radiactividad.

Las mediciones de los isótopos en las muestras radiactivas se

realizaron con un detector de germanio hiperpuro (HPGe) acoplado a

un analizador multicanal de altura de pulsos previamente calibrado.

RESULTADOS

La relación de elementos encontrados al irradiar los filtros a

diferentes tiempos, se muestra a continuación:

En los filtros irradiados 5 minutos en SINCA se observaron los

siguientes elementos: Sb, Pb, Zn, Mn, Fe, Na, V, Cl, y Al.y sus

respectivas concentraciones (tabla No.l).

Los filtros que se sometieron a un tiempo de irradiación de 10

horas en SIFCA, se encontraron los siguientes elementos: Ce, Br,

Cr, La, Sb, Mn, Se, Fe, Na, V, Ni, Mg, Te, Pb, Zn y As. Estos

elementos aún no han sido cua'ntificados

El empleo de la técnica de Análisis por Activación de algunos

elementos contaminantes como: Sb, Pb, Zn, Mn, Fe, Na, Cl y Al.

presentes en el aire del Valle de Toluca de los cuales se conoce

que representan un riesgo a la salud de la población.

Los tiempos de irradiación ótimos son: para radionúclidos de

vida media radiactiva corta es de 5 minutos en SINCA, y para los de

vida media radiactiva larga es de 10 horas en SIFCA.

10

Los elementos más comunmente encontrados incluyen al Na, Pb, Al,

Mn, Cr y V, los cuales también pueden ser medibles por otras

técnicas convencionales como es la Absorción Atómica, por esta

última técnica existen una gran cantidad de trabajos en México

realizados en la U.N.A.M., en SEDUE y en otras instituciones

interesadas en el ramo. El empleo de la técnica de Análisis por

Activación Neutrónica en el análisis de muestras ambientales

ofrece mayor sensibilidad comparada con técnicas convencionales,

proporciona ademas un análisis muítielemental cualitativo y

cuantitativo.

Tabla No.l Concentración de elementos encontrados

al irradiar los filtros por 5 minutos

en SINCA.

ELEMENTO

S b

P b

Zn

Mn

F e

Na

V

C l

(PPM)

2 . 6 5 ± 0 .12

5.82 + 1.15

12 .40 ± 3 .10

1.05 ± 0 . 8 0

0 .34 ± 0 .09

2 6 . 3 0 ± 3 .78

0 .79 ± 0 .17

2 . 0 6 ± 0 . 8 5

12 .19 + 1.24

H

BIBLIOGRAFÍA

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sources of airbone particles collected during the regional air

pollution study; Atmospheric Environment Vol. 15, No. 5, pp.

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UAEM, 1987

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ambiental de la zona industrial del Alto Lerma, por medio de la

técnica de evaluación rápida de fuentes contaminantes de aire, agua

y suelo; México, pp. 3-6, 1984

12

MESA No.:

INSTITUCIÓN:

PONENCIA:

AUTOR:

CURRICULUM VITAE:

I.N.I.N. , U.A.E.M.(QUÍMICA) , U.A.E.M.(GEOGRAFÍA) .

IRRADIACION-COMPOSTEO DE LODOS RESIDUALES.

JAIME MORENO ALCANTARA1, ARTURO COLIN CRUZ2, DELFINOMADRIGAL URIBE3.

1 Químico egresado de la Universidad Autónoma delEstado de México en 1980. Investigador del InstitutoNacional de Investigaciones Nucleares (1980-1992), enel área de Química de Radiaciones (Especialidad enTratamiento de Aguas y Lodos Residuales.Jefe del Proyecto: "Irradiación-Composteo de LodosResiduales".

RESUMEN:

El lodo residual, generado como subproducto de las plantas de trata-miento de aguas, es considerado un material de calidad agronómica recomen-dable que puede emplearse como acondicionador de suelos, fertilizante org£nico, en floricultura, reforestación o en parques y jardines, sin embargo,su empleo está limitado por su gran contenido de patógenos, compuestos tó-xicos químicos y metales pesados.

El ININ y la UAEM, están desarrollando un trabajo de investigación pa_ra evaluar a nivel laboratorio el proceso: Irradiación-Coiaposteo como unametodología adecuada de tratamiento de Lodos Residuales y determinar eluso, manejo y disposición final de este material.

IRRADIACION-COMPOSTEO DE LODOS RESIDUALES

1 2Jaime Moreno Alcántara , Arturo Colín Cruzy Del fino Madrigal Uribe^.1 Instituto Nacional de Investigaciones

NuclearesGerencia de Investigación Aplicada

2 Universidad Autónoma del Estado de MéxicoFacultad de Química

3 Universidad Autónoma del Estado de MéxicoFacultad de Geografía

I N T R O D U C C I Ó N

E x i s t e n en M é x i c o v a r i a s p l a n t a s de t r a t a m i e n t o de a g u a s r e s i d u a -

les ( T o r r e ó n , T u l a , P u e r t o V a l l a r t a , T o l u c a , T e p e x p a n , e n t r e o t r a s ) ,

que g e n e r a n c o m o s u b p r o d u c t o , l o d o s q u e i n c l u y e n en su c o m p o s i c i ó n

a d e m á s de una g r a n v a r i e d a d de m i c r o o r g a n i s m o s p a t ó g e n o s y no p a -

t ó g e n o s c o m p u e s t o s q u í m i c o s o r g á n i c o s e i n o r g á n i c o s , por e j e m p l o

a l g u n o s n u t r i e n t e s ú t i l e s en el c r e c i m i e n t o de las p l a n t a s , c o m o :

n i t r ó g e n o , f ó s f o r o , p o t a s i o , c a l c i o , m a g n e s i o y a z u f r e .

G e n e r a l m e n t e , los l o d o s se d i s p o n e n c o m o r e l l e n o s s a n i t a r i o s , se

v i e r t e n d i r e c t a m e n t e al d r e n a j e o en t i r a d e r o s al a i r e l i b r e , sin

una e s p e c i f i c a c i ó n en c u a n t o al c o n t e n i d o de p a t ó g e n o s y t ó x i c o s

q u í m i c o s , por lo q u e la c o n t a m i n a c i ó n c a m b i a del a g u a al s u e l o ,

f i n a l m e n t e . T o m a n d o c o m o b a s e las 70 t o n e l a d a s por día (base h ú -

m e d a ) de l o d o s g e n e r a d o s en la P l a n t a de T r a t a m i e n t o de A g u a s ,

E P C C A , de L e r m a , M é x i c o , se v i s l u m b r a q u e a nivel n a c i o n a l la g e -

n e r a c i ó n de l o d o s irá en a u m e n t o , s i e n d o un p e l i g r o p o t e n c i a l p a -

ra el e c o s i s t e m a ; p o r e l l o , s u r g e la n e c e s i d a d de s o m e t e r e s t e

m a t e r i a l a un p r o c e s o a d e c u a d o y l o g r a r que p u e d a n t e n e r a l g u n a

u t i l i d a d .

El c o m p o s t e o es e n t r e o t r o s , un m e c a n i s m o e m p l e a d o para e s t a b i l i -

zar l o d o s , sin e m b a r g o , en e s t u d i o s r e a l i z a d o s por Cooper y

G o l u e k e , 1 9 7 8 , se d e m o s t r ó q u e é s t e por sí s ó l o no es un m é t o d o

a d e c u a d o de d e s i n f e c c i ó n , ya q u e d e s p u é s del p r o c e s o , p r e v a l e c e n

c o n c e n t r a c i o n e s s i g n i f i c a t i v a s de p a t ó g e n o s ; a d e m á s , d i c h o p r o -

ceso d e m a n d a a p r o x i m a d a m e n t e de 1 0 - 1 4 d í a s , S. H a s h i m o t o , 1 9 8 8 .

Por o t r o l a d o , se ha c o m p r o b a d o por W a t a n a b e e t . a l , 1981 q u e em-

p l e a n d o l o d o s i r r a d i a d o s en el c o m p o s t e o , los p a t ó g e n o s se e l i m i -

nan de m a n e r a r á p i d a y e f e c t i v a . Un t r a t a m i e n t o c o m b i n a d o i r r a -

d i a c i ó n - c o m p o s t e o , r e d u c e el t i e m p o de p r o c e s o y los r e q u e r i m i e n -

tos de e n e r g í a , a b a t i e n d o por c o n s i g u i e n t e los c o s t o s de cada pro

c e s o por s e p a r a d o .

El I n s t i t u t o N a c i o n a l de I n v e s t i g a c i o n e s N u c l e a r e s ( I N I N ) , la Unj_

v e r s i d a d A u t ó n o m a del E s t a d o de M é x i c o ( U A E M ) y la E m p r e s a para

la P r e v e n c i ó n y C o n t r o l de la C a l i d a d del A g u a ( E P C C A ) , en b a s e a

las e x p e r i e n c i a s a d q u i r i d a s en la r e m o c i ó n de c o n t a m i n a n t e s b i o -

l ó g i c o s y c o m p u e s t o s q u í m i c o s r e c a l c i t r a n t e s c o m o f e n o l e s y d e t e £

g e n t e s p r e s e n t e s en a g u a s r e s i d u a l e s , M o r e n o et. al , 1 9 9 2 , e s t á n

r e a l i z a n d o un t r a b a j o de i n v e s t i g a c i ó n y d e s a r r o l l o t e c n o l ó g i c o

a p l i c a n d o la r a d i a c i ó n i o n i z a n t e c o m o una a l t e r n a t i v a de s o l u c i ó n

a una de las f u e n t e s de c o n t a m i n a c i ó n y d e t e r i o r o a m b i e n t a l , e v a -

l u a n d o a nivel l a b o r a t o r i o el p r o c e s o Irradi a c i ó n - C o m p o s t e o c o m o

una m e t o d o l o g í a a d e c u a d a para el t r a t a m i e n t o de l o d o s r e s i d u a l e s ,

p r o v e n i e n t e s de p l a n t a s de t r a t a m i e n t o de a g u a s , a s í m i s m o , deter,

m i n a r su u s o , m a n e j o y d i s p o s i c i ó n f i n a l , p r e t e n d i e n d o o b t e n e r

las b a s e s s u f i c i e n t e s para c o n t i n u a r a un e s c a l a m i e n t o m a y o r .

D E S A R R O L L O E X P E R I M E N T A L

El t r a b a j o de i n v e s t i g a c i ó n está d i v i d i d o en 3 e t a p a s ; la p r i m e r a

c o n s i s t i ó en la c a r a c t e r i z a c i ó n p a r c i a l de los l o d o s y e s t u d i a r

el e f e c t o de la r a d i a c i ó n g a m m a en la e l i m i n a c i ó n de c o n t a m i n a n -

tes b i o l ó g i c o s .

Mués t r e o .

El lodo residual se o b t u v o de la planta de t r a t a m i e n t o , u b i c a d a

en el c o r r e d o r i n d u s t r i a l de Lerma en el E s t a d o de M é x i c o . Se

e s t u d i a r o n 18 m u e s t r a s (de 5 l i t r o s cada u n a ) , c o l e c t a d a s d e s p u é s

del p r o c e s o de e s t a b i l i z a c i ó n . Una f r a c c i ó n de dos l i t r o s fue

e x p u e s t a a la e n e r g í a r a d i a n t e , el resto fue usada como t e s t i g o .

Los e x p e r i m e n t o s se r e a l i z a r o n en el ININ con un i r r a d i a d o r de

i n v e s t i g a c i ó n de C o b a l t o 6 0 . Las m u e s t r a s f u e r o n e x p u e s t a s a la

r a d i a c i ó n en un r e c i p i e n t e de v i d r i o de 1 2 . 5 x 1 9 c m , c o l o c a d o s o b r e

una base de p o l i e s t i r e n o c o n s i d e r a n d o que el v o l u m e n (2 l i t r o s )

por i r r a d i a r tenga una d i s t r i b u c i ó n de razón de d o s i s h o m o g é n e a

en el campo de e x p o s i c i ó n (Fig. 1 y 2 ) . Los t i e m p o s de e x p o s i c i ó n

f u e r o n los a d e c u a d o s para a p l i c a r 10 d o s i s d i f e r e n t e s en el i n t e r -

valo de 0.25 a 7.0 kGy a una r a p i d e z de d o s i s de 1.2 kGy/h d e t e r -

m i n a d a con d o s í m e t r o s de a c r í l i c o r o j o .

R E S U L T A D O S

El m a t e r i a l c o l e c t a d o f u e a n a l i z a d o en su c o n t e n i d o de n u t r i e n t e s ,

p r e s e n t a n d o c o n c e n t r a c i o n e s p r o m e d i o en f ó s f o r o de 163 m g / k g , p o -

tasio (4 m g / k g ) , n i t r ó g e n o (107 m g / k g ) y c a r b o n o o r g á n i c o ( 3 5 % ) ,

c a n t i d a d e s que p e r m i t e n s u p o n e r que el lodo p u e d e u t i l i z a r s e c o m o

f e r t i l i z a n t e o r g á n i c o ; se d e t e r m i n ó la c o n c e n t r a c i ó n p r o m e d i o de

a l g u n o s m e t a l e s t o t a l e s , e n c o n t r a n d o p l o m o (753 m g / k g ) , c r o m o

(1235 m g / k g ) , niquel (305 m g / k g ) , m e r c u r i o (26 m g / k g ) y s e l e n i o

(11 m g / k g ) en c a n t i d a d e s q u e no p e r m i t e n la a p l i c a c i ó n d i r e c t a de

e s t e m a t e r i a l como f e r t i l i z a n t e ; por o t r o l a d o , el a n á l i s i s micro^

b i o l ó g i c o e v i d e n c i ó la p r e s e n c i a de una g r a n v a r i e d a d de m i c r o o r -

g a n i s m o s p a t ó g e n o s como la s a l m o n e l l a , c i t r o b a c t e r , p r o t e u s ,

e c h e r i c h i a c o l i , k l e b s i e l l a , S h í g e l l a , h a f n i a y e s t e r o b a c t e r .

1 Gy = gray = 1 J o u l e / k g = 10 erg/g

R e s u l t a o b v i o el t r a b a j o tan l a b o r i o s o que s e r í a r e a l i z a r el a n á -

lisis de cada uno de e l l o s a n t e s y d e s p u é s de c a d a i r r a d i a c i ó n .

En un p r i n c i p i o se p e n s ó en los o r g a n i s m o s c o l i f o r m e s c o m o indica_

dor de e s t e g r u p o de p a t ó g e n o s , sin e m b a r g o , con la f i n a l i d a d de

a m p l i a r el p a r á m e t r o b i o l ó g i c o , f i n a l m e n t e se d e c i d i ó u t i l i z a r a

los m e s o f i l o s a e r o b i o s , i n c l u y e n d o de e s t a m a n e r a m i c r o o r g a n i s m o s

p a t ó g e n o s y no p a t ó g e n o s .

Es i m p o r t a n t e m e n c i o n a r q u e en f e c h a s p o s t e r i o r e s , se r e a l i z a r o n

a n á l i s i s q u í m i c o s de los l o d o s por 2 l a b o r a t o r i o s e x t e r n o s , e n -

c o n t r á n d o s e c o n c e n t r a c i o n e s de m e t a l e s por d e b a j o de las m á x i m a s

p e r m i s i b l e s o no s a n c i o n a d a s por las n o r m a s t é c n i c a s e c o l ó g i c a s

( N T E - C R P - 0 0 1 / 8 8 y N T E - C R P - 0 0 2 / 8 8 ) para r e s i d u o s s ó l i d o s p e l i g r o -

sos .

En los l o d o s i r r a d i a d o s a las 10 d i f e r e n t e s d o s i s con r a d i a c i ó n

g a m m a , se o b s e r v ó una e l i m i n a c i ó n m i c r o b i a n a en f o r m a e x p o n e n c i a l

al ir i n c r e m e n t a n d o la d o s i s de r a d i a c i ó n , e l i m i n a n d o h a s t a 6 ó r -

d e n e s de m a g n i t u d ( 9 9 . 9 9 ? ) con d o s i s de 7 kGy ( F i g . 3 ) , lo q u e

s i g n i f i c a un g r a d o de d e s i n f e c c i ó n b a s t a n t e b u e n a . A d e m á s , las

d e t e r m i n a c i o n e s de c a r b o n o o r g á n i c o en el l o d o a n t e s y d e s p u é s

de c a d a i r r a d i a c i ó n e v i d e n c i a r o n q u e la c o n c e n t r a c i ó n de m a t e r i a

o r g á n i c a no c a m b i a con la i r r a d i a c i ó n .

La s e g u n d a e t a p a de la i n v e s t i g a c i ó n c o n s i s t i r á en d e t e r m i n a r las

c o n d i c i o n e s a d e c u a d a s para el c o m p o s t e o del l o d o i r r a d i a d o . Es

i m p o r t a n t e m e n c i o n a r q u e en lodo i r r a d i a d o no se p u e d e r e a l i z a r

el p r o c e s o de f e r m e n t a c i ó n , ya q u e se ha e l i m i n a d o la f l o r a m i -

c r o b i a n a , sin e m b a r g o , al i n o c u l a r un m i c r o o r g a n i s m o no p a t ó g e n o

e i n o c u o se da i n i c i o a la f e r m e n t a c i ó n , el i n o c u l o b a j o e s t a s

c o n d i c i o n e s no t i e n e c o m p e t e n c i a p o r a l i m e n t o o s o b r e v i v e n c i a con

a l g ú n o t r o m i c r o o r g a n i s m o , p o r lo q u e c r e c e y se r e p r o d u c e en con

d i c i o n e s ó p t i m a s , r e a l i z a n d o el p r o c e s o de f e r m e n t a c i ó n en un

t i e m p o m u c h o m e n o r q u e en el c o m p o s t e o n o r m a l .

La m e t o d o l o g í a q u e se s e g u i r á s e r á la s i g u i e n t e ( v e r F i g . 4 ) . L o s

l o d o s p r o v e n i e n t e s d e la s e d i m e n t a c i ó n p r i m a r i a y d el p r o c e s o bio_

l ó g i c o del t r a t a m i e n t o d e a g u a s r e s i d u a l e s , s e r á n e x p u e s t o s a la

r a d i a c i ó n i o n i z a n t e p a r a p o s t e r i o r m e n t e s e p a r a r el a g u a del l o d o .

E s t e p a s o es i m p o r t a n t e p o r q u e t a n t o la f a s e l í q u i d a , al i g u a l

q u e la s ó l i d a , r e c i b e n el t r a t a m i e n t o p o r i r r a d i a c i ó n . El l o d o

s e c o s e r á m e z c l a d o c o n el i n o c u l o p a r a i n i c i a r la f e r m e n t a c i ó n ,

o b t e n i e n d o f i n a l m e n t e un l o d o r i c o en n u t r i e n t e s y m a t e r i a o r g á -

n i c a y m i c r o o r g a n i s m o s no p a t ó g e n o s , p e r o c o n a l g u n o s m e t a l e s (en

b a j a s o g r a n d e s c o n c e n t r a c i o n e s ) , m o t i v o p o r el c u a l e s n e c e s a r i o

r e a l i z a r u n a e s p e c i a c i ó n d e m e t a l e s y p r e c i s a r la f o r m a y

p r o p o r c i ó n en la q u e e s t é n p r e s e n t e s e n el l o d o , y a q u e de e l l o

d e p e n d e si s o n o no a s i m i l a b l e s p o r l a s p l a n t a s , a d e m á s , s e r e a -

l i z a r á un e s t u d i o d e la d i s t r i b u c i ó n h o r i z o n t a l y v e r t i c a l d e m e -

t a l e s en s u e l o , a s í c o m o su d i s t r i b u c i ó n en p l a n t a s . F i n a l m e n t e ,

se e v a l u a r á la f e r t i l i d a d del l o d o en s u e l o s y c u l t i v o s (en i n v e £

n a d e r o y c a m p o ) .

CONCLUSIONES

La d e s i n f e c c i ó n del l o d o e m p l e a n d o r a d i a c i ó n g a m m a e s m u y e f e c t i -

va ( e l i m i n a h a s t a 6 ó r d e n e s d e m a g n i t u d c o n d o s i s d e 7 k G y a u n a

r a p i d e z d e d o s i s de 1.2 k G y / h ) .

El c o n t e n i d o d e n u t r i e n t e s e n l o d o r e s i d u a l e s a l t o , lo q u e lo

h a c e d e u n a g r a n c a l i d a d a g r o n ó m i c a , s i e m p r e y c u a n d o se le d e u n

t r a t a m i e n t o p r e v i o a su e m p l e o . El l o d o p u e d e a p l i c a r s e s ó l o si

la c o n c e n t r a c i ó n d e m e t a l e s d i s p o n i b l e s e s f a p o r d e b a j o d e l a s

e s p e c i f i c a d a s p o r l a s n o r m a s t é c n i c a s e c o l ó g i c a s , d e n o s e r a s í

se p u e d e m e t e r e n e s p e c i f i c a c i o n e s p o r m e d i o d e d i l u c i o n e s ; a d e -

m á s , s e s a b e q u e l o s m e t a l e s en c o n c e n t r a c i o n e s d e t r a z a s s o n n u -

t r i e n t e s a p r o v e c h a d o s p o r l a s p l a n t a s .

El c o n t a r c o n un m é t o d o a d e c u a d o p a r a p r o c e s a r l o d o s r e s i d u a l e s

p o d r í a s e r la a l t e r n a t i v a d e s o l u c i ó n al p r o b l e m a del d e t e r i o r o

a m b i e n t a l y de s a l u d q u e o c a s i o n a n e s t o s r e s i d u o s y a la v e z , d e -

t e r m i n a r su d i s p o s i c i ó n f i n a l c o m o a c o n d i c i o n a d o r d e s u e l o s , e n

r e f o r e s t a c i ó n , f l o r i c u l t u r a , p a r q u e s y j a r d i n e s o e n s u e l o s d e

c u l t i v o .

R E F E R E N C I A S

1. C o o p e r R . C . a n d G o l u e k e C . G . C o m p o s t S c i e n c e / L a n d U t i l i -

z a t i o n , 2_0 ( 2 ) , 29 ( 1 9 7 8 ) .

2 . H a s h i m o t o S . , N i s h i m u r a K. a n d M a c h i S. E c o n o m i c F e a s i b i l i t y

of I r r a d i a t i o n - C o m p o s t i n g P l a n t o f S e w a g e S l u d g e . J A E R I .

T a k a s a k i , G u m m a 3 7 0 - 1 2 , J a p a n . R a d i a c t . P h y s . C h e m . V o l . 3 1 ,

N o s . 1-3 p p . 1 0 9 - 1 1 4 , 1 9 8 8 .

3. M o r e n o A . J . . A r t u r o C. C r u z , O c t a v i o V . A . R e m o c i ó n d e f e n o -

l e s , d e t e r g e n t e s y c o l i f o r m e s p r e s e n t e s en a g u a s r e s i d u a l e s

p o r m e d i o d e i r r a d i a c i ó n . I n s t i t u t o N a c i o n a l d e I n v e s t i g a -

c i o n e s N u c l e a r e s , U n i v e r s i d a d A u t ó n o m a del E s t a d o d e M é x i c o

(en p u b l i c a c i ó n ) .

4 . W a t a n a b e M . , Ito H. a n d T a k e h i s a M. C o m p o s t i n g o f G a m m a - R a -

d i a t i o n D i s i n f e c t e d S e w a g e S l u d g e , R a d i a t . P h y s . C h e m . V o l .

1 8 , N o . 3 - 4 , p p . 7 7 1 - 7 7 7 , 1 9 8 1 .

DOSÍMETRO

POLIESTIRENO

IRRADIACIÓN

FUENTERADIACTIVA

FIGURA I." GAMMACELL 220 EN POSICIÓN DEIRRADIACIÓN.

1.A en.

1. i cm.

7.7 en.

Fifura 2.- Disnosici6n.de los dosímetros de acrílico rojoen el contenedor de Vidrio dentro de la cámarade irradiación del Karamacell 200 ( ININ ) .

10°

z

z

u

cnO

zo

o<r

10

10

10

I 0

10

10

- I

1.00 83

2,0166

3025

4033

5041

6050

7058

DOSIS (k6y)TIEMPO ÍHJ

FIGURA 3 r ACCIÓN DE LA RADIACIÓN GAMMA DEL COBALTO 60EN MESOFILOS AEROBIOS PRESENTES EN LODOSRESIDUALES ESTABILIZADOS.

METODOLOGÍA!

AGUA

RESIDUAL

SED,

PRIM,

FERMENTACIÓN

40-50 C, 2-3 DÍAS

— *LODOS RESIDUALES

SOLIDOS (10%)

ILODO — SECADOi — •

IRRADIACIÓN

e"

AGUA

INOCULO

JDISTRIBUCION DE METALES E F S U E L 0 |

¡DINÁMICA DE METALES EN PLANTAS(RÁBANO Y LECHUGA)

F i g u r a 4 . D e s a r r o l l o d el e s t u d i o I r r a d i a c i ó n - C o m p o s t e o d e l o d o s r e s i d u a l e s ,

MESA NO.: 6 CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

INSTITUCIÓN: INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES NUCLEARES

PONENCIA: EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL USO DELTRATAMIENTO DE GASES DE CHIMENEA CON ELECTRONES ENMEXICO

AUTOR: FÍS. GERMÁN PINA VILLALPANDO

CURRICULUM VITAE:

Licenciatura en Física, Univ. Aut. de Nuevo León, 1983. Pasante de la Maestría enCiencias Nucleares, Fac. de Química, UNAM, 1989. Actualmente es investigador enla Gerencia de Investigación Aplicada, del ININ, siendo Jefe del Proyecto de Diseñode una Planta de Demostración del Tratamiento de Gases de Chimenea con Electronesen México.

RESUMEN:

Se presentan los resultados de un estudio de factibilidad técnico económico del usodel tratamiento de gases de chimenea con electrones, en la central termoeléctrica"Tula", de Comisión Federal de Electricidad, que consume combustóleo. Se elaboróel diseño preliminar del proceso, para dos alternativas: la primera, una planta dedemostración, con una capacidad de 20,000 m3N/h; la segunda, una planta paraprocesar el flujo total de gases de chimenea, producidos por una planta de 300 MWe.Los costos de instalación se han estimado, para ambas alternativas, utilizandocaracterísticas de equipos y costos actuales y se han extrapolado, para los posiblesdesarrollos que han anunciado los fabricantes. También, se presenta una evaluaciónde la cantidad de subproductos obtenida, para el segundo caso.

EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL USO DEL TRATAMIENTO DE GASESDE CHIMENEA CON ELECTRONES EN MEXICO

FÍS. GERMÁN PINA VILLALPANDO

I.N.I.N.

IntroducciónDebido al gran desarrollo industrial que han mostrado las sociedades modernas, elconsumo de combustibles fósiles ha seguido entre comportamiento y las cantidadesde emisiones contaminantes que se han lanzado a la atmósfera, han alcanzado nivelesaltamente peligrosos, en algunas zonas.

Estos combustibles son utilizados, principalmente, en procesos de combustión, queproducen, entre otros compuestos, el bióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno(NOX), que son emitidos en los gases de chimenea; estos compuestos presentan gradosde toxicidad importantes y además, son considerados como precursores de otrosefectos, come la "lluvia acida" y la presencia de ozono (O3).

México no se ha mantenido al margen de esta problemática y los problemas se estánmultiplicando, permanentemente. Por esta razón, SEDUE emitió una nueva ley y susrespectivas normas ecológicas, tratando de controlar esto. También, se hanimplemented o otras medidas, como el programa "Hoy no circula", la reducción deplomo en gasolinas y el cambio de combustible con bajo contenido de azufre, enindustrias de algunas zonas.

Sin embargo, esto no se puede generalizara todas las industrias del país, por su costoy factibilidad técnica, lo que plantea la necesidad de estudiar y desarrollar nuevosmétodos y procesos, para la remoción de estos contaminantes, de sus gases dechimenea. Esto fue lo que motivó al ININ, a iniciar un proyecto que estudiara el procesode tratamiento de gases de chimenea con electrones y analizara su factibilidad técnicay económica, en industrias mexicanas. Este proyecto se ha llevado a cabo, con laasistencia técnica del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA).

Tratamiento de gases de chimenea con electrones.

El uso de los electrones acelerados como proceso industrial, ha venidoincrementándose en los últimos años, comprendiendo principalmente, el área de lospolímeros, existiendo alrededor de 300 aceleradores de electrones en el mundo, parausos industriales. Al mismo tiempo, se están investigando otros usos, como eltratamiento de desechos municipales e industriales, habiéndose construido plantaspiloto de procesamiento de lodos y aguas negras residuales y gases de chimenea,provenientes de la combustión de hidrocarburos y carbón, en plantas industriales.

Los primeros trabajos de investigación sobre el tratamiento de gases de chimenea conelectrones acelerados, para la remoción de S02 y NOX, se realizaron en Japón, durante1970-71, usando un sistema continuo de proceso, con una capacidad de 60 m3N/h,habiendo alcanzado eficiencias de remoción de estos gases de hasta 90%; usandoestas experiencias, se construyó y operó, durante 1977-78, una planta piloto paratratar gases de chimenea de una fundidora japonesa, cuya capacidad fue de

3,000-10,000 m3N/h, alcanzando mayores eficiencias de remoción de SO2 y NOX, aladicionarle amoníaco, logrando producir como subproductos, nitrato y sulfato deamonio, que podrían tener uso potencial como fertilizantes agrícolas.

Durante 1984-85, tres instalaciones de demostración de este proceso de remociónde S02 y NO, con electrones, fueron puestas en operación1: dos en Estados Unidos(Indianapolis2 y Kentucky3) y la otra, en Alemania (Karlsruhe)4; estas plantas fueroninstaladas en centrales termoeléctricas, que consumían carbón y sus objetivos fueronsimilares, a saber:

a) Demostrar que este proceso podía satisfacer los requirimientos técnicos yeconómicos, que permitirían cumplir con las normas sobre emisiones industriales,en diversos países.

b) Demostrar la viabilidad técnica y económica de este proceso, relativo a los procesosconvencionales de tratamiento de estos gases.

c) Demostrar la contabilidad de equipos convencionales usados en este proceso, paralos requirimientos de operación continua y segura, en plantas industriales.

Los resultados fueron altamente favorables, similares a los obtenidos en la etapaexperimental, con eficiencias de remoción de S02 y NOX mayores del 90%, para unadosis absorbida de 15-20 kGy, adicionándole amoníaco, en una cantidadestequiométrica a la composición inicial del gas de chimenea, obteniéndose nitrato ysulfato de amonio, compuestos utilizados como fertilizantes agrícolas, que fueronprobados en condiciones de campo, dando resultados similares a los obtenidos conproductos comerciales.

Descripción del proceso.

La descripción de una instalación típica de remoción de SO2 y NOX con electrones, sedescribe simplificadamente a continuación (Ver Figura 1):

- Los gases de chimenea son introducidos aun enfriador de rocío, donde su temperaturaes reducida hasta 70-80 °C.

- Los gases ya enfriados, pasan a la cámara de reacción, luego de haberles adicionadoamoníaco gaseoso, donde son expuestos a la acción de los electrones acelerados,con energías entre 300 y 800 keV, hasta absorber una dosis total de 15 a 20 kGy.

- Finalmente, el flujo de gases es pasado por un colector de subproductos, que puedeser un filtro de bolsas o un precipitador electrostático, donde son retenidas laspartículas de nitrato y sulfato de amonio, para posteriormente, salir por la chimenea,a la atmósfera.

Evaluación global del proceso5.

Aún cuando no se cuenta con datos de operación a nivel comercial del proceso deremoción de SO2 y N0x con electrones, los resultados obtenidos en las plantas dedemostración mencionadas anteriormente, han demostrado un gran potencial, alcambiar a escala industrial.

De estas experiencias, se pueden mencionar las siguientes ventajas:

- Se logra la remoción simultánea de SO2 y NOX, en gases de chimenea, en una solaetapa.

- Se alcanzan eficiencias de remoción mayores del 90 %.

- Es un proceso seco, no produce desechos peligrosos o contaminantes.- Se obtienen subproductos útiles, con posibilidad de comercialización.

- Los sistemas componentes del proceso son comerciales y han mostrado granconfiabilidad en su uso, durante largos períodos de operación.

- Es un proceso simple y seguro de controlar.- Sus costos de instalación y operación son menores a los otros procesos

convencionales de remoción de SÓ2 y N0x.

Las principales desventajas del proceso, que se han mencionado, a partir de los estudioseconómicos realizados, son:

- Alto costo de los aceleradores de electrones.

- Alto costo del amoníaco, para algunos paises que no lo producen.

Estado actual del proceso.El interés por este proceso se vio nuevamente incrementado, en años recientes, ahacerse mas estrictas las regulaciones en algunos paises europeos, como, Alemania,Austria, Italia y de algunos del anterior grupo socialista, como Polonia, Unión Soviética,Checoslovaquia, etc., además de Japón. Debido a esto, se incrementó el número delas plantas piloto del proceso, cuyo detalle se presenta en la Tabla 1.

Los recientes trabajos experimentales han demostrado que si se expone el flujo degases de chimenea, en dos ocasiones al haz de electrones, se logra un ahorro del 33%en el consumo de energía, que al hacerlo sólo una vez6 (Ver figura 2). Estos trabajosse han realizado en Japón y las nuevas plantas piloto, que se están construyendo,utilizarán esta geometría, para probar estos resultados, a mayor escala.

Esto también, ha motivado a los paises desarrollados a evaluar mas detalladamente,los procesos disponibles, para la remoción simultánea de SO2 y NOX, de gases dechimenea. Como ejemplo, EPRI (Electric Power Research Institute) ha seleccionado altratamiento con electrones, como uno de los cinco procesos, entre 80 posibles, queevaluará, para su posible implementación en centrales eléctricas de Estados Unidos,en los próximos cinco años7.

Perspectivas del proceso en México.Con el fin de elegir la rama industrial más idónea, para realizar un estudio del usopotencial del proceso, se estudió el consumo de combustóleo de los diversos girosindustriales. Luego de este análisis, se concluyó que la industria eléctrica en la mayorconsumidora de hidrocarburos en México8, estimándose que se utilizó una cantidadequivalente a 162.47 billones de kilocalorías, en esta rama industrial, en 1989; deesto, se ha calculado que se utilizó combustóleo, equivalente a 159.6 billones dekilocalorías, para la producción de electricidad, en el mismo año9.

En relación a la existencia de mecanismos de control de estas emisiones en centralestermoeléctricas, se encontró que, en algunas de ellas, se ha cambiado el combustóleo,por gas natural, que reduce el problema del SO2, principalmente, en las instalacionessituadas cercanas a grandes zonas urbanas, como el Valle de México, Guadalajara yMonterrey; en otros casos, se han instalado colectores de partículas y se,ha mejoradoel proceso de combustión.

Tabla 1. Plantas piloto y experimentales del tratamiento de gases de chimenea conelectrones en el mundo (1991).

NOMBRE DEINSTALACIÓN

AGATE I(Karlsruhe,Alemania)

AGATE lí(Karlsruhe,Alemania)

EBARA - JAERI"!(Nagoya, Japón)

JAERI - NKK'2>(Matsuda, Japón)

EBARA(Fujisawa, Japón)

C.T. KAWECZYNi3'(Varsovia,Polonia)

INCrfP3'(Varsovia,Polonia)

JAERI(Takashaki, Japón)

CAPACIDAD<m3N/h)

300

500- 1,500

12,000

1,000

1,200

22,000

400

60

TIPO DE GAS/ADITIVO

Gas de chimenea/amoníaco

Gas de chimenea/amoníaco

Gas de chimenea/amoníaco

Incinerador/amoníaco y

Ca(OH)2

Gas de chimenea/amoníaco

Gas de chimenea/amoníaco

Gas de chimeneasimulado/amoníaco

Gas de chimeneasimulado/amoníaco

PROPOSITO DEREMOCIÓN Y

COMBUSTIBLE

SO2/NOXCarbón

SO2/NOXCarbón

SO2/NOXCarbón

SO2/NOX/HCIdesechos decombustión

SO2/NOXCarbón

SO2/NOXCarbón

SO2/NOX

SO2/NOX

(1) En etapa de construcción; período programado de funcionamiento: Octubre 1992 a Diciembre 1993.(2) En etapa de diseño; período programado de funcionamiento: Abril 1992 a Marzo 1994.(3) En etapa de construcción; período programado de funcionamiento: dos años, a partir de Octubre 1991.

Luego de la realización del estudio de prefactibilidad, se decidió continuar el proyectoy realizar el estudio de factibilidad técnico económico del proceso, para la centraltermoeléctrica "Tula", deCFE, que tiene instalada 5 unidades de 300 MWe, cada una.Las razones de esta elección fueron:

- Esta central se localiza en una zona crítica de niveles de contaminaciónatmosférica, según SEDUE.

- El combustóleo utilizado en esta central tiene las mismas características,generalmente, debido a que siempre proviene del mismo lugar.

- Se encuentra localizada junto a una refinería de petróleo, de PEMEX.

- Dos unidades tienen dos chimeneas, cada una, lo que facilitaría la instalación de laplanta de demostración.

- Existe el espacio suficiente en la central, para la localizador) de la planta y tieneun suministro suficiente de agua tratada, requerida por el proceso.

Se tomó la decisión de considerar dos alternativas, dentro del estudio: la primero,tomando en cuenta el flujo total de gases de chimenea, para una unidad de 300 MWey la segundo, para una planta de demostración, son un flujo máximo de gases de20,000 m3N/h.

Los datos base para este estudio fueron:

Tabla 2.- Datos técnicos base para la realización de el estudio de factibilidad.

VALORES BASE DEL ESTUDIO DE FACTIBILIDAD

CAPACIDAD DEL QUEMADOR

COMBUSTIBLE UTILIZADO

FLUJO DE GASES DECHIMENEA

CONTENIDO EN GASES DECHIMENEASO2NOX

TEMPERATURA DE GASES

EFICIENCIA REQUERIDA DEREMOCIÓN

SO^NO,

300 MWe

COMBUSTOLEO(Contenido Azufre 3.7 %)

1.1 millones de m3N/h

3 088 ppmv478 ppmv

150 °C

Ejemplo 1

90/80

Ejemplo 2

75/50

Como se dijo anteriormente, estos mismos datos fueron utilizados para la alternativade la planta de demostración. También, es importante aclarar que se utilizaron dosdiferentes eficiencias de remoción, que corresponden al máximo alcanzable por elproceso y las requeridas, por las normas técnicas ecológicas mexicanas, en estemomento, respectivamente.

Utilizando un programa de cómputo, se calcularon los requerimientos de equipos, paraambas alternativas, considerando su desarrollo y características actuales y para lasfuturas, que se espera tendrán los mismos10. También, se consideraron las diferentesconfiguraciones usadas y propuestas, para lograr una mayor eficiencia del proceso,que consisten en tener una, dos y tres zonas de exposición al haz de electrones, antesde la etapa de filtrado.

Los casos analizados se presentan en la Tabla 3.

La producción de subproductos, consistentes en nitrato y sulfato de amonio, se haestimado, en 139,889 toneladas, para una unidad de 300 MWe de combustóleo.Los costos de instalación, para todas las opciones consideradas se presentan en latabla 4, para la alternativa de la unidad de 300 MWe.

Tabla 3.- Resumen de los casos considerados, para una unidad de 300 MWe, condiferentes eficiencias de remoción y configuraciones posibles.

CASO

1

2

3

4

5

6

ETAPAS

1

1

2

2

3

3

DOSIS(kGy)14.7

4.1

9.7

2.7

7.3

2.1

POTENCIA(kW)

7 395

2 063

4 880

1 258

3 672

1 056

REMOCIÓN SO2

(%)

90

80

90

75

95

75

REMOCIÓN N0 x

(%)

80

50

85

50

80

50

Para la alternativa de la planta de demostración, que tomaría los gases de chimenea,de una derivación de la principal, se encontraron los siguientes costos de instalación.(Ver Tabla 5).

Conclusiones.Se puede concluir que el proceso de tratamiento de gases de chimenea con electronespodría ser una buena alternativa técnica y económica, para la remoción de SO2 y NOXde gases de combustión, producidos al quemar combustóleo, con alto contenido deazufre, en instalaciones industriales y centrales termoeléctricas mexicanas; sus costosson comparables con los de los sistemas convencionales y se puede obtenersubproductos útiles, como fertilizantes agrícolas, que serían factibles de comerc\a)\zary abatir sus costos de operación. También, se puede decir que podría ser instaladoen plantas industriales en operación, por su bajo requerimiento de espacio. El ININcuenta con la capacidad técnica y experiencia, para coparticipar con empresasinteresadas, en un proyecto de construcción de una planta piloto en una instalaciónindustrial y conducir el programa de pruebas y arranque de la misma.

Tabla 4.- Cuadro resumen de la evaluación económica del proceso, calculada en elestudio. Se muestran los costos de instalación, para un flujo de gases de chimeneade 1.1 millones de m3N/h, correspondiente a un quemador de 300 MWe.

Eficiencia de remoción (%)<SO2/NOX)

95/80

1 etapa

2 etapas

3 etapas

75/50

1 etapa

2 etapas

3 etapas

Actual

(USD/kW)

239176

162

156

129

125

Futuro

(USD/kW)

219

152

137

149

125

122

Tabla 5.- Cuadro resumen de la evaluación económica del proceso, calculada en elestudio. Se muestran los costos de instalación, para un flujo de gases de chimeneade 20 000 m3N/h.

CASOS Y OPCIONES TÉCNICAS COSTO TOTAL DE INSTALACIÓN(Millones de dólares americanos)

Actuales

Remoción SO2/NOX

90/80

80/50

95/85

75/50

Futuras

Remoción SO2/NOX

90/80

80/50

95/85

75/50

No. de Etapas1

1

2

2

No. de Etapas1

1

2

2

10.178

7.781

9.123

7.436

7.371

6.995

7.2386.931

Referencias.

1) S. Jordan, " Progress in the electron beam treatment of stack gases", Radiat.Phys. Chem. Vol. 31 . No. 1-3, pp. 21-28, 1988.2) N.W. Frank, et al, " Ebara electron beam process for flue gas clean up: plant testresults and future development", Radiat. Phys. Chem. Vol 31 , No. 1-3, pp. 57-82,1988.

3) R.J. Gleason, D.J. Helfritch, "High-efficiency SO2 and NOX removal by electronbeam", Chem. Eng. Progress _8_1 (10), 33, October 1985.4) P. Fuchs, et al, "Removal of SO2 and NOX by the electron beam process",Radiat. Phys. Chem. Vol. 31 , pp. 45-56, 1988.

5) V. Markovic, "Tratamiento de gases de combustión por haces electrónicos",Boletín OIEA, No. 2/1987, pág. 25-27.

6) N.W. Frank, S. Hirano, "The production and utilization of by-product agriculturalfertilizer from flue gases", American Society of Mechanical Engineers, EC-Vol. 2,Integrating Environmental Controls and Energy Production, Book No. 100308-1991.

7) W. DePriest, J.B. Jarvis, J.E. Cichanowicz and C.E. Dene, "Engineeringevaluation of combined NOX/SO2 removal processes: second interium report", 1990SO2 Control Symposium, May 8-11, 1990, New Orleans, Lousiana, U.S.A.

8) G. Pina V., G.A. Salinas R., "Prefeasibility study of SO2 and NOX removalprocess by electron beam in Mexico", Informe ININ IA-90-22, julio de 1990.9) SEMIP, "Balance Nacional de Energía 1989", México, D.F., Julio de 1990.

10) N.W. Frank, G. Pina V., "Estudio de factibilidad del tratamiento de gases dechimenea con electrones en México", ININ Informe IA-91-34, agosto 1991.

QUEMADOR

CONTENEDORCENIZA

ENFRIADORROCÍO

CONTENEDOR

CHIMENEA

COLECTORSUBPRODUCTOS

CONTENEDORSUBPRODUCTOS

Figura 1.- Esquema del tratamiento de gases de chimenea con electrones.

EFECTO DE LA IRRADIACIÓNPOR ZONAS

OooLU

crLUQ

100

90-1-

80 x

70 ->-

| 60

LU

LLLU

REMOCIÓN SO

40 -1—0.00

SO 2 : 1660-1810 ppm

: 360-375 ppm

TEMPERATURA:80°C

fl.40 D.80 1.20 1.60

DOSIS (Mrad)

12.00 2.40

Figura 2.- Eficiencias de remoción de SO2 y NOX de gases de chimenea conelectrones, utilizando una y dos zonas de exposición del flujo de gases alhaz de electrones.

CONCLUSIONE S

C O E T C L U S T Ó E T E

Temas de interéB común:

1.- Se presentaron diez ponencias con la participación delpersonal de los tres institutos de investigación. Se ledio importancia al intercambio de opiniones destacandolos aspectos de una mayor comunicación aunque sea demanera informal con las personas que están trabajandosobre el mismo tema. Se destacó la importancia derealizar proyectos conjuntos como los dados a conocer enlas ponencias presentadas, como ejemplo podemosmencionar los trabajos que sobre calidad de combustiblesse realizan por los institutos.

2. - Los aspectos críticos detectados fueron la falta decoordinación entre los grupos de trabajo, la falta deinformación, la falta de recursos humanos dedicados altema, la repetición de trabajos de investigación, lafalta de facilidades a los Investigadores paraincrementar sus conocimientos.

Dada la presión internacional que existe para resolverproblemas de contaminación, el futuro de este temapermite proveer una gran actividad en los trabajos arealizar por los tres institutos por lo que se recomendóincrementar los recursos financieros y humanos, así comola mayor frecuencia en este tipo de reuniones en el áreaespecíficas de contaminación.

3.- En la mesa colaboraron activamente los Invitadosespeciales de la SEMIP, Ing, Ivette del Valle, ing.Gerardo Bazán y el IPN, M. en C. Hargarito Coronado, aquienes se les agradece su participación.