UNIVERSIDAD NACIONAL DE UCAYALI

ASIGNATURA: QUÍMICA AMBIENTALASIGNATURA: QUÍMICA AMBIENTALProfesor: Ing. Mg. Melchor Herbert Dolmos CastroProfesor: Ing. Mg. Melchor Herbert Dolmos Castro

SEPARATA DE LA PRIMERA UNIDAD:SEPARATA DE LA PRIMERA UNIDAD:MARCO SISTEMICO DE LA QUIMICA AMBIENTALMARCO SISTEMICO DE LA QUIMICA AMBIENTAL

AÑO ACADEMICO: 2012 – II –AÑO ACADEMICO: 2012 – II –Pucallpa. Setiembre del 2012.Pucallpa. Setiembre del 2012.

FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y AMBIENTALES

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

UNIDAD I

1.1.-INTRODUCCIÓN A LA CONTAMINACIÓN POR LOS COMPUESTOS QUÍMICOS

1.1.1.CONTAMINACIÓN DE AGUAS

La contaminación en aguas, se produce por: biodegradación de compuestos químicos y presencia de compuestos químicos tóxicos.

a) BIODEGRADACIÓN DE COMPUESTOS QUIMICOS

Corresponde a la descomposición de productos orgánicos naturales:

Proteínas, lípidos, hidratos de carbono, pigmentos vegetales, materiales lignocelulocicos, etc. Así como la

descomposición de la flora y fauna ICTICA, MARICULTURA, TERRESTRE Y AEREA.

b. PRESENCIA DE COMPUESTOS QUIMICOS TOXICOS

Corresponde a la presencia de compuestos químicos tóxicos de origen SINTETICO O ARTIFICIAL:

Pesticidas, agroquímicos, agentes tencioactivos e hidrocarburos halogenados, especialmente. Destacando además la contaminación industrial, vertidos, derrames y disposiciones al agua por ejemplo de aceites quemados. (1 lt. De aceite quemado contamina 700 000 lts. De agua, una pila afecta a 250 000 lts. De agua))

La mayor parte de los desechos expulsados por las personas se van a parar en los ríos, ocasionando contaminación y muerte de muchas especies en el agua.

1) PESTICIDAS Y AGROQUIMICOS

LCD50 = concentración letal para matar el 50% de la población.

TOXICIDAD < 50 mg/k g-------- son las mas toxicas

>500mg/k g ------ son los menos tóxicos

CLASIFICACIONCLASIFICACION

COMPONENTECOMPONENTE FORMULAFORMULA VIDA MEDIA VIDA MEDIA PERSISTENTEPERSISTENTE

TIEMPO PARA TIEMPO PARA LA LA DEGRADACIONDEGRADACION

HIDROCLORADOSHIDROCLORADOS DDTDDT

ALDRINALDRIN

METOXICLORUROMETOXICLORURO

DIELDRINDIELDRIN

ENDRINENDRIN

LINDANELINDANE

C14 H9 CL5C14 H9 CL5

C12 H6 CL2C12 H6 CL2

C16H15CL3OC16H15CL3O

C12 H8 CL2OC12 H8 CL2O

C12 H8 CL3OC12 H8 CL3O

C6 H6 O4C6 H6 O4

> 6 meses> 6 meses

> 6 meses> 6 meses

2_6semanas2_6semanas

> 6 meses> 6 meses

................................

....................................

4_30 años4_30 años

1_6 años1_6 años

..............................

5_25 años5_25 años

................................

..................................

..

FOSFATOS FOSFATOS

ORGANICOSORGANICOS PARATIONPARATION

MELATIONMELATION

DIMETOATODIMETOATO

C10H4NO5PSC10H4NO5PS

C10H4NO5PS2C10H4NO5PS2

C5H12NO3PS2C5H12NO3PS2

<2 semanas<2 semanas

<2 semanas<2 semanas

<6 semanas<6 semanas

……………………..

……………………....

……………………..

HERVICIDAS YHERVICIDAS Y

FUNGICIDASFUNGICIDAS SIMAZINASIMAZINA

PROCACINAPROCACINA

2_4_5_T2_4_5_T

DIGOATDIGOAT

C7HCL5NC7HCL5N

C9 H16 CLN5C9 H16 CLN5

C8 H5CL3O3C8 H5CL3O3

C12 H12B12N2C12 H12B12N2

< 6 meses< 6 meses

< 6 meses< 6 meses

............................

……………………

……………………..

……………………..

……………………..

……………………..

2) AGENTES TENCIOACTIVOS

Se emplean para lavados como emulsionantes, humectantes y espumantes, para disminuir la tensión superficial del agua.

Los detergentes son perjudiciales en el medio acuático debido a que causan espumas y reducen la difusión del O2 en el H2O.

3) HIDROCARBUROS HALOGENADOS

Son productos finales de la reacción de los halógenos con los hidrocarburos. Los más importantes con los TRIHALOMETANOS (THM):

CHCL3, CHCL2Br2 y CHBr23.

Ejemplo, caso del agua potable:

Microorganismos mueren Proteínas Biodegradación Muerte naturalAgua

Cruda

Potabilización clorinacion Mata a los Biodegradación Del Agua + Cl2 (biocida) microorganismo

N2+ H2 + C

Agua Cruda Red de acueductos

+

Cl2 N2+ H2 + C + Cl

Clorinacion = Agua Potable C + 2H2 CH4

+

CH 3Cl Consumo

Sedimentación CH4+ Cl2 CH2 Cl2

+ CHCl3

Filtración

CHCl3 THM consumido por más de 50 años cáncer

En los acueductos domésticos se forman 114 compuestos de los cuales la OMS a reconocido a 11 compuestos orgánicos, como cancerígenos.

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ORGÁNICO EN EL AGUA

Existen tres parámetros:

Demanda bioquímica de oxigeno (DBO) Demanda química de oxigeno (DQO) Carbono orgánico total (COT)

Oxigeno disuelto (OD):

Es el O2 procedente de la atmósfera trasferido al H2O a través de la interfase aire/agua, por el principio de transferencia de masas.

Aire O2 N2 N2 (O2) >concentración + ( )O2 Aire 21%

Interfase --------------- --------------Agua Aire/agua

O2 (O2) <concentración _ ( ) solubilidad del

O2 en el H2O es

< 10mg/l t a 20ºc

Algas producen O2

Ecuación básica

Microorganismos

Mo. + O2 + nutrientes Nueva biomasa + CO2 + H2O

Descomposición + Productos estables

(Materia orgánica)

DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO)

Es la demanda del O2 no disuelto. Consumido en una muestra de H2O por los microorganismos cuando se descomponen la materia orgánica a 20ºc por un periodo de tiempo.

- Aguas limpias DBO5 < m g .O2/l t. H2O

DBO5 En 5 días - Aguas industriales DBO5 > 5mg O2/ lt.H2O

(Contaminadas)

- Aguas municipales, DBOµ = 1500-1000mg. DBOµ En 20 días O2/ l t .H2O

- Aguas industriales, DBOµ >

1000 mg.O2/ l t .H2O

Miden el carbono biodegradable

DBOµ = 2(DBO5)DBOµ = 2(DBO5)

DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO) Determina la cantidad necesaria de O2 para oxidar

químicamente las sustancias orgánicas.

En aguas residuales DBOµ = DQO

DBO5 = (0,6) (DQO)

CARBONO ORGÁNICO TOTAL (COT)

Mide todo el carbono orgánico, como CO2

en mg/ lt. H2O. Consiste en la oxidación del carbono orgánico a CO2.

DQO= (2,66) (COT) ------- Teórico

DQO= (2,10) (COT) -------- En la practica

DBO5 DBOµ DQO Materia orgánica total

----------------

Materia orgánica

No Biodegradable Materia orgánico

RESOLUCION DE PROBLEMAS:

1. Calcular el COT y la DQO de la glucosa en el agua

(C6 H12O6)

C6 H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

1(180) 6(32)

DQO = 6(32)/180 =1,066 = DQO/COT= 1,066/0,400= 2,6

COT= 6(12)/180 =0,400

2. Cual es el DBOµ, de una célula bacteriana representada por C5 H7 C2N. La oxidación final de la célula, será.

C5 H7 C2N +5 O2 -- 5CO + 2H2O + NH3 DQO = (5) (32)/1(113)=1.42

1(113) 5(32) Productos finales estables Como resultado de la oxidación.

Y la DBOµ = (0.92) (DQO)

= (0.92) (1.42) = 1.32mg O2/l t. H2O

3) Un agua residual, al ser analizado, contiene 100gr/lt de etilenglicol (C2 H6 O2) y 120mg/lt H2O de fenol (C6 H6 O). Determinar la DQO. Y EL COT.

Cálculos para el etilenglicol. (C2 H6 O2)

2C2H6O2 + 5 O2 4CO2+6H2O DQO=5(32)/2(62)=1.290mg O2/m g. CO 2(62) + 5(32)

En 100mg (CO) /lt. H2O será

(DQO)total = [100mg(CO)/1lt H2O ] [ 1.243mg O2/mg (CO)] (DQO) total = 124.30mg O2/lt H2O.

Para COT

COT= 2 (2)12/2 (62)= 0.3871mg C/mg(CO)

En 100mg (CO)/ lt H2O será

(COT) total = [ 100mg (CO)/lt H20 ] [0.3871mg C/mg( CO) (COT) total = 38.71 mg C/ lt H2O

Cálculos para el fenol (C6 H6 O)

C6 H6 O +7 O2 6CO2 + 3H2O DQ=7(32)/1(94)=2,3879mg O21(94) 7(32) mg (c.o)

En 120mg (C.O)/ lt de H2O será

(DQO) total= [120mg (C.O)/lt H2O] [2,3329mg O2/mg (C.O)](DQO) total= 2.85.95mg O2/lt. H2O

Para el COT

COT=6(12)/1(94) = 0.76595mg C/mg (C.O)

En 120mg (C.O) /lt de H2O será

(COT) total= [120 mg (C.O)/lt H2O] [0.76595mg O/mg (C.O)](COT) total= 91.91 mg C/lt H2O

Resumiendo

Se requerirá 410.25 mg O2/lt H2O para descomponer en CO2 y H2O a los compuestos (2) tóxicos y en si evitaría la contaminación. Como se muestra en la figura 3 Y 4.

TOXICOTOXICO DQODQO COTCOT

EtilenglicolEtilenglicol

FenolFenol

124.30124.30

285.95285.95

38.7138.71

91.9191.91

TOTALTOTAL 410.25 mg O2/lt 410.25 mg O2/lt H2OH2O

130.62 mg 130.62 mg O/lt H2OO/lt H2O

COMENTARIO Caso de un lago: Estimado un volumen de 1 850 000 m3

Y la contaminación corresponde al problema anterior ¿cuánto de O2 se requeriría para remediar la contaminación de los tóxicos fenol y etilen glicol? Se requieren 410.25 mg de O2/lt.H2O Ó (O.41025Kg O2/m3 H2O), entonces :

O2 =(0.41025)(1 850 000) =53 032.5 Kg.= 54 TM O2. Si utilizamos aire= (54)(100/21) = 248 TM aire ¿como insuflamos? El O2 demandado también puede suministrarse con la respiración

de la flora acuática …Cálculos……. Finalmente si la disposición de los tóxicos es constante o

esporádicamente…………….

Fig. < 3 Fig. > 4

1.1.2.CONTAMINACIÓN DE LA 1.1.2.CONTAMINACIÓN DE LA ATMOSFERAATMOSFERA

Las emisiones a la atmósfera de los compuestos químicos Las emisiones a la atmósfera de los compuestos químicos realizados por la naturaleza y en el 99.9 % hecho por el hombre realizados por la naturaleza y en el 99.9 % hecho por el hombre en su afán de satisfacer sus necesidades (consumismo). Se en su afán de satisfacer sus necesidades (consumismo). Se cumple el dicho que “satisfacer sus necesidades significa cumple el dicho que “satisfacer sus necesidades significa sacrificar otras necesidades”. Es precisamente que el sacrificio sacrificar otras necesidades”. Es precisamente que el sacrificio de otras necesidades es la contaminación. El hombre, mejor de otras necesidades es la contaminación. El hombre, mejor dicho las industriales vende un producto que satisface una dicho las industriales vende un producto que satisface una necesidad (objetivo principal) sin tomar en cuenta que esta necesidad (objetivo principal) sin tomar en cuenta que esta contaminando nuestro planeta, lo grave de esto es que a pesar contaminando nuestro planeta, lo grave de esto es que a pesar que sabe que contamina y no paga.que sabe que contamina y no paga.

Figura 5 > Contaminación primaria y secundaria

La contaminación de la atmósfera genera tóxicos para el hombre y otras formas de vida que a lo corto o largo deterioran, degeneran y por ultimo desaparecen la vida en nuestro planeta.

I. Los contaminantes en general pueden ser en la atmósfera

PrimariosSecundariosDe referencia

Contaminantes primarios: Son emitidos por fuentes identificables y por el hombre siendo los más importantes los SO2, SOX, CO, CO2, NOX, metales, partículas y aerosoles.

Contaminantes secundarios: son formados en la atmósfera mediante reacciones fotoquímicas, a partir de los contaminantes primarios entre estos tenemos: O3, oxidante, fotoquímicas, hidrocarburos oxidados y la lluvia acida.

Contaminantes de referencia: tenemos al CO, NO2, O3, SO2, PM_10 y al pb.

II. Descripción de los contaminantes2.1 Óxidos de azufre (SOX)

Emisores:

- combustible (l) (s) y (g)- Siderurgia- Metalurgia- Procesos industriales

S + O2 SO2 (Aire)2SO2 + O2 2SO3 Son procesos fotoquímicosSO3 + H2O H2SO4

Los gases o el aire con (S, SOX) en concentraciones = 50g/ m³ inhiben el crecimiento de la masa forestal

2.2 Monóxido de carbono

Se emite a la atmósfera por:

a) combustión incompleta del (c), carbón y compuestos orgánicos en la atmósfera.

2C + O2 2CO

b) Por disociación del CO2 a altas temperaturas.

2CO2 2CO + O2 Δc) Por reacción del CO2 y los compuestos carbonosos

CO2 + C 2CO Δ

2.3 óxidos de nitrógeno Los mas frecuentes son NO, NO2, N2O5 y NO3. Las reacciones en la atmósfera

son :

NO2 NO + O Genera el oxigeno atómico que es Fotosíntesis altamente reactivo

O + O2 O3 Se forma el ozono

O3 + NO NO2 + O2 Hidrocarburo HC + NOx Mezcla ----- conocido como niebla

Fotoquímica NO2 + O3 NO3

NO3 + NO2 N2O5

N2O5 + H2O HNO3 (Aire)

El HNO3 formado más el H2SO4 formado en 2.1 forman la lluvia acida, el HNO3 + H2SO4 permanentemente se forman en toda nuestra atmósfera y por tanto la acidez del agua de las lluvias se debe a estos ácidos que caen en la tierra y suelos haciéndolos ácidos permanentemente.

2.4 Ozono (O3)

Es considerado como un contaminante de referencia que promueve la oxidación en la atmósfera de los compuestos orgánicos volátiles (COV),

los hidrocarburos (HC) y los NO4.

COV radiación Niebla solar 3,5 g /m ³ deteriora el caucho HC + O3 fotoquímica e inhibe la vegetación NOX solar

En el aire

2.5 Partículas menores a 10 micras (PM-10)

Polvo Gruesos Tierra ≥ 2.5 – 10mµ DepósitoPM - 10 Aerosoles Finas Partículas de combustión < 2.5mµ Compuestos orgánicos condensables Metales contaminantes: Pb, As y Hg

A partir del 2008 las PM -10 como limites máximas permisibles (2MP) solo se consideran a las finas, en consecuencia ahora se habla de la PM – 2.5 como altamente contaminantes.

2.6 Compuestos orgánicos volátiles (COV)

El 50% de los HC en la atmósfera son COV siendo el CH4 el mas abundante 1 – 6ppm

(El CO2 supera las 38ppm).

Oxido de etileno son los mas casi la Formaldehído reactivos totalidad son

Fenol (químicamente) de estos canceri- Benceno en el aire COV genosCCL4 reactivos

2.7 El plomo (Pb)

Son emitidos a la atmósfera por:

TEL------- Tetra etilo de plomo - El Pb en suspensiones en el (C2H5)4 PP aire, forma partículas < 3mµ Transporte de minerales - Es Bioacumulativo: entre el Fundiciones (gases de hornos) 30_50% del inhalado, se aloja En el sistema respiratorio Recicladores de baterías. - La tolerancia (LMP) es solo

Hasta 2mg/m³ de aire

2.8 Compuestos órgano metálicos

Son altamente tóxicos con carácter biocida entre estos se encuentra con el arsénico, antimonio, mercurio y talio.

Problema 1

Calcular la producción anual de NOX procedentes de 100.000 vehículos en una ciudad, si la tasa de emisión de NOX = 2g/k m.

Para este cálculo se estima que el recorrido promedio anual es de 8.000 Km. /año.

(NOX) emitido = (100.000 vehículos) (8000 Km./año vehículo)

(2g NO2/km) (1TM NOx/106g NOX)

= 1600 TM de NOX/año.

Problema 2

Calcular la descarga de COV, producida por una población de 10 millones de habitantes. Son :

a) 400.000 vehículos recorren 13.000km/año vehículos, emitiendo 1g de COV/Km. vehículo recorrido.

b) Consumo de percápita de COV de pinturas sintéticas es de 2lt/año con un contenido de COV = 0.75kg/ gl de pinturas

c) Consumo percápita de COV procedentes de productos de limpieza es de 0.50kg/año.

Solución :

a) vehículos = (400.000veh) (1g COV/Km. veh) (13000km/año) ( 1TM COV/106g COV) = 5200 TM de COV/año

b) pinturas = (2lt pint /año y habit) (10x106 hab.) (1gl de pint/3,785 lt.pint) = 3963.012gl TM COV/año

c) Productos de limpieza = (0.5 Kg. COV/año. hab.)(10x106hab) (1TM COV/103kgCOV) = 5000TM COV/año

La descarga de COV a la atmósfera será la Σ = 14163.012 y la emisión percápita de COV (EP) será :

EP = (14700 TM COV/año) (1año/10x106hab) (106g COV/1TM COV) = 1470g COV/hab.

● En esa ciudad, cada habitante emite 1470g de COV/habitantes en 1 año.

Problema 3 Estime la emisión de Pb a la atmósfera en una ciudad que consume

gasolina de 84 octanos, cuyo parque automotriz y consumo /día del combustible es.

VehículosVehículos CantidadCantidad

((unidadesunidades)) Consumo Consumo al día al día

Consumo Consumo diariodiario

MotocicletaMotocicleta 12.00012.000 1.501.50 18,00018,000 MotocarrosMotocarros 15.00015.000 4.504.50 SoluciónSolución 67,50067,500

Autos Autos 5.0005.000 6.006.00 El consumo El consumo diariodiario

30,00030,000

CamionetasCamionetas 8.0008.000 8.008.00 De gasolinaDe gasolina 64,00064,000 ÓmnibusÓmnibus 500500 15.0015.00 De 84 octanoDe 84 octano 7,5007,500

CamionesCamiones 200200 20.0020.00 40,00040,000

El consumo diario Σ 227,000gls

Desde 1932, en la formulación de gasolina de 84 octano, un agente antidetonante, llamado tetra etilo de plomo (TEL) a razón de 3.3g/ gal (desde el 2006, en el Perú se prohibido el uso de TEL, pero cuando los empresarios cumplen las leyes, cuando PETRO PERU, REPSOL, PLUS PETROL, y otros transnacionales han demostrado que ya no usan TEL en sus gasolinas de 84 octanos o cuando OSINERG ha analizado si las gasolinas de 84 octanos tienen Pb o no.

Sugerimos averiguar, cuanto es la producción anual de TEL, cuanto de stock tienen y que han hecho con esa producción…)

La emisión de TEL con los gases de combustión de los motores gasolineras de 84 octanos.

227,000gl/día 3.3g. TEL/ gls 1kg TEL/103gTEL = 749.1kg TEL/día

Y la emisión de Pb : El TEL es el ( C2H5)4Pb----- que % de Pb hay en TEL

( C2H5) 4Pb

1x207.2 = 207.2

5x4x1 = 20.0 2x4x12 = 96.0 PM =323,2

Si: 323,2 100%

207,2 x

X = 64.108%

Luego:

Emisión de Pb = (749.1kg TEL/día) (64.104kg Pb/100kg TEL)

= 473.15kg de Pb/día.

Y la emisión anual = (4.73.15kg Pb/día) (365 días/año) (1TM Pb/103kg)

= 175 TM Pb/año

Fig.6 > Fabrica de ladrillos

1.1.3.- CONTAMINACION DE SUELOS AMAZONICOS

“IMPACTO AMBIENTAL GENERADO POR LA EXTRACCIÓN FORESTAL EN LA AMAZONÍA Y RECICLAMIENTO DE LA BIOMASA DESAPROVECHADA”

CASO: PERÚ

ING. Melchor Herbert Dholmos Castro

Profesor asociado al DAIF

Contenido

1) La actividad forestal en los bosques Amazónicos.

2) IMPACTO AMBIENTAL generado por la biomasa desaprovechado.

3) Reciclamiento de la biomasa deforestado y desaprovechado y valoraciones.

4) Algo mas sobre la biomasa vegetal

Fig. 7 > Solo el 60% del árbol extraído se utiliza para la comercialización

1) LA ACTIVIDAD FORESTAL EN LOS BOSQUES AMAZÓNICOS

Se basa en la extracción selectiva de los bosques naturales, en función a las especies forestales comerciales, las cuales no exceden a 15.

La extracción forestal se realiza para aprovechar solo el fuste comercial del árbol como madera rolliza que aproximadamente representa alrededor de 60% de la biomasa del árbol extraído.

Biomasa forestal

------------ Ramas 17

Puntas follaje

%APROX

Bosque 40%

Industria de transformación mecánica 60%

-------------- Fuste 60

--------------- ------

Tocón Raíces 23

------------

Fuste comercial

Las operaciones de extracción forestal, comprenden:

LA PREEXTRACCION - Evaluación del bosque

- construcción de caminos/o trochas

- construcción de componentes LA EXTRACCION

- limpieza de áreas de extracción

TRANSPORTE

2) IMPACTO AMBIENTAL GENERADO POR LA BIOMASA VEGETAL DESAPROVECHADA DE LA EXTRACCIÓN FORESTAL.

2.1. Fuentes contaminantes.

Extracción forestal: la biomasa vegetal desaprovechada sufre biodegradación natural y

una mínima parte es utilizada como leña. Actividad agropecuaria: Migratoria y de subsistencia,

deforesta malezas, arbustos y árboles para “Recuperar”, tierras con la consecuente quema.

2.2. Contaminantes generados

La actividad agropecuaria: la quema de la biomasa vegetal para “Recuperar” suelos quema CO2 y carbono incombustible.

La extracción forestal: la biodegradación natural de la biomasa vegetal desaprovechada genera el carbono, la biomasa vegetal quemada genera CO2 y carbono incombustible (C.I)

ESTUDIOS DE DEFORESTACION EN EL BRASIL SEÑALAN QUE

POR CADA 5 ÁRBOLE COMERCIALES EXTRAIDOS EXT SE DEFORESTAN 65 ÁRBOLES

MAS SIN UTILIAZARLOS O APROVECHARLOS

Los estudios de deforestación realizados en Patagonia, (centro maderero más grande del Brasil) ubicado en el estado de PARA, concluyen:

Por cada 5 árboles aprovechados, se destruyen o deforestan 65 árboles másEs decir: De 1 árbol Por cada árbol Extraviado aprovechado

60% de la biomasa 40% de la biomasa Se deforesta 13 más y es Es Aprovechada desaprovechado desaprovechada (aban- (fuste comercial) abandonado en el donado en bosque)

Bosque

La biomasa deforestada y Desaprovechada equivale a 13.4 veces mas que la

Biomasa aprovechada

Por consiguiente:

Por cada 100kg. De madera rolliza extraída, se deja en el bosque 1340kg de biomasa vegetal.

Esta biomasa desaprovechada en casi su totalidad sufre procesos espontáneos de biodegradación, cuyo producto genera impacto ambiental negativo en los suelos.

2.3. Impacto Ambiental generado MICROORGANISMOS TEMPERATURA HUMEDAD

T °

DEGRADACION CARBONO LA BIOMASA

BIODEGRADACION BIODEGRADACION

Biomasa deforestadaBiomasa deforestada carbono carbono

incombustibleincombustible

DeshemicelulificacionDeshemicelulificacion

DeshemicelulisacionDeshemicelulisacion

DeslignificacionDeslignificacion

DearesinacionDearesinacion

PROCESOS

BIOQUIMICOS ESPONTANEOS

CENTRALES TERMICAS DE BIOMASA.

IMAGEN.

La biomasa es la energía solar convertida por la vegetación en materia orgánica esa energía la podemos recuperar por combustión directa  o transformado  la materia orgánica en otros combustibles.

incrementada Desaparece la actividad (C/N) contamina Microbiana y tiende Los suelos Desaparecer la fertilidad

De los suelos

Fijado en C el suelo A Incrementa la R acidez del suelo B O N Escorrentías O Transportado superficiales contaminan los Por las aledaños Escorrentías

Escorrentías son depositados en Subterráneas las riveras de los ríos

- ph acido -corrección=deleznable

Fig. 9 > contaminación de suelosFig. 9 > contaminación de suelos

3. RECICLAMIENTO DE LA BIOMASA DEFORESTADA Y DESAPROVECHADA

3.1. Estimación de la Biomasa Desaprovechada (BDD)

BDD = (BDD) Árbol + (BDD) adicional.

(BDD)Árbol = entre 1990-2000, la extracción de la madera rolliza promedio anual fue de 6.3x106m3/año, 250000/Ha. Año (Inrena-2003: la deforestación es de 700/ha. dia)

Entonces:La (BDD) árbol= (6.3x106m3/año)(40%/60%) =4.2x106m3/año

(BDD) adicional:=estimando que en la amazona Peruana: “Por cada árbol extraviado solo se deforesta 10 mas”.

Entonces:

La (BDD) adicional = (10) (volumen de árboles aprovechados)

= (10) (6.3x106m3/año) (100%/60%)

= (10) (10,5x106m3/año)

= 105x106m3/año

POR CONSIGUIENTE:BDD = (4.2x106m3/año) + (105x106m3/año) = 109.2x106m3/año.

ESTIMIMANDO QUE: 1m3 de (BDD) = 0.35 TM BDD (seca) = 38.22x106TM/año.

Carbono contaminante = (38.22x106TM/año) (0,45) = (17x106TM/año)*factor de conversion de biomasa seca en carbono (0.45)

Densidad potencial del contaminante

= (17x106TM/año) (1 año/250000 Há) = 68TM de C/ha

Si el carbono es fijado en el suelo entonces: Há. deforestada se contamina con 68TM de C.

Si queremos generar condiciones microbianas y fertilidad del suelo:

C/N =10 a 15

Por consiguiente se requieren 68TM de nitrógeno que equivale a 220 TM de nitrato de amonio 150 TM de urea.

3.2. Alternativas para reciclar la BDD

La ingeniería ambiental se ocupa de: disposición, reciclaje o eliminación(descontaminacion) de las fuentes

contaminantes. En este caso la opción es reciclar.

Alternativas:

Producción de compost forestal. Chipiado de la BDD para la producción de paneles. Producción de carbón vegetal ( es la opción mas rentable

pues carbón vegetal es la base para el redescubrimiento de la ( Carbo química)

Producción del etanol.

3.3 Valoración de la BDD convertida

en carbón vegetal.

CV = (17x106TM de C/año) (100% de C.U. /65% de C) (0,85)

CV = 22x106TM de C/año*factor de conversion de carbono a carbon vegetal (0.65)

*factor de conversion de rendimiento a carbon vegetal (0.85)

Precio de CV:

• En Pucallpa = 100$/TM• En Lima = 400$/TM

En Lima tendría un valor de:

= 22x106TM de CV/año) (400$/TM de CV)= 88X108$/año= 8,800´000,000$/año.

La valorización de los bosques deforestados y aprovechando su BDDconvertida en CV. Será:

= (88X108$/año) (1año/250000 Há)= 35200 $/Há (En Lima) Representa el rendimiento económico= 8,800$ Há (en Pucallpa) si la BDDB la reciclamos En CV.

fig. 10 > Antes de ser aprovechada fig .11 > biomasa desaprovechada

Algo más sobre la biomasa vegetal

DEFINICIÓN DE LA BIOMASA

La biomasa es la energía solar convertida por la vegetación en materia orgánica; esa energía la podemos recuperar por combustión directa o transformando la materia orgánica en otros combustibles.

EL INTERÉS MEDIOAMBIENTAL DE BIOMASA

El interés medioambiental de la biomasa reside en que, siempre que se obtenga de una forma renovable y sostenible, es decir que el consumo no vaya a más velocidad que la capacidad del bosque, la tierra, etc. para regenerarse, es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable, de manera que la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento más CO2 del que se libera en su combustión.

LA BIOMASA EN ESPAÑA

La biomasa en la fuente renovable de mayor potencial en España, cuantificándose los recursos en 25'7 Mtep. (Millones de toneladas equivalentes de petróleo), lo que equivale a una cantidad superior a todos los consumos energéticos de la industria española.

Sin embargo, los planes del Gobierno apenas pasan de "quedarse donde estamos": aunque fuentes oficiales señalan unos recursos utilizables de 10 Mtep./ año, las autoridades carecen de voluntad política para dejar de arrojar a la basura todo ese potencial energético y el Plan energético nacional solo contempla el aprovechamiento de 2,8 Mtep. En el año 2.000.

LA BIOMASA EN EL MUNDO

Aunque en nuestro país se ha realizado entre los años 1.996 y 1.990 un total de 235 instalaciones para el aprovechamiento de la biomasa, aún estamos lejos de alcanzar el nivel de Francia, el país líder de la C.E. en el que seis millones de hogares utilizan la madera como fuente de calor, o de Dinamarca, donde una planta quema 28.000 toneladas anuales de paja para producir 13 Mw. de electricidad.

En Brasil unos 2.000.000 de vehículos funcionan con alcohol casi puro, obtenido del cultivo de la caña de azúcar, y 8.000.000 más utilizan una mezcla de gasolina y alcohol.

Uno de los ejemplos más destacados en el campo de la tecnología de las fuentes de energía renovables es el caso de la obtención de alcohol industrial por fermentación en Brasil.

En 1976, el gobierno brasileño decidió dejar de ser el mayor importador de petróleo entre los países en desarrollo, y se embarcó en un programa para la producción masiva de etanol, a partir de melazas de caña de azúcar o de la pulpa de mandioca, para ser utilizado como combustible.

Actualmente se producen entre 3 y 5 millones de m de

etanol por año. Gran parte del etanol se mezcla con gasolina, y constituye el 20 % del combustible que utilizan los automóviles, con el consiguiente ahorro de energía fósil (gasolina).

Es poco probable que el combustible de biomasa sea factible en muchos países occidentales pequeños y densamente poblados. Pero en Brasil, las vastas extensiones de terreno, la elevada productividad agrícola y los altos niveles de precipitaciones y sol, hacen que el proceso sea ideal.

Incluso los países avanzados están buscando medios para reducir su dependencia de los combustibles fósiles y organizando proyectos de biomasa tendentes a satisfacer una parte de sus necesidades energéticas.

Suecia obtiene ya un 10 % de su energía de desechos forestales y agrícolas, y Finlandia, el 14 %. En el Reino Unido existen proyectos para producir alcohol en fermentadores en proceso continuo, que son lo suficientemente rápidos y el alcohol lo bastante concentrado como para poder competir con la gasolina como combustible para el transporte.

EE.UU. tiene instalados más de 9.000 MW para generación de energía eléctrica, obtiene el 4% de la energía que necesita de esta fuente. La Unión Europea tiene un potencial económico en biomasa del orden de 100 Mtep, aproximadamente el 10% de sus necesidades, su potencial técnico es del orden de 306 Mtep.

El desarrollo de la sociedad humana esta basado en el consumo de grandes cantidades de energía. La energía que circula por los ecosistemas y permite vivir a los seres vivos procede en última instancia del sol. Sin embargo, a pesar del desarrollo científico y tecnológico, todavía hemos aprendido a aprovechar eficazmente esta fuente inagotable y, por ello, la mayor parte de la energía que utilizamos procede de los recursos naturales existentes en nuestro planeta, principalmente del carbón y del petróleo.

"Consumo mundial de recursos energéticos durante el año 1991"

Fuentes de Energía Renovables: 17% Fuentes de Energía NO Renovables: 83%

1.2.-SISTEMA DEL MEDIO AMBIENTE Y DEMANDA DE RECURSOS NATURALES

ENERGIA Estrella sol

RECURSOS ENERGETICOSNO RENOVABLES

RECURSOS ENERGETICOS RENOVABLES

RECURSOS MATERIALESRENOVABLES

NO R EUTIL

RECI

IZA

MATERIALES PLANETA TIERRA

RECURSOS MATERIALES NO RENOVABLES

REUTILI

BLES

ZABLES

CLA BL ES

NO RECI CLA BLES

RESTOS

RESTOS

DESPERDICIOS

DESPERDICIOS

R+R

1.3.SISTEMAS DE PRODUCCIÓN Y GENERACIÓN DE RESIDUOS

PRODUCCIÓN (OFERTA)

CONSUMO(DEMANDA)

DOMÉSTICOS

CONSUMO

INDUSTRIAL SERVICIOS

SÓLIDOLÍQUIDOLÍQUIDOS SÓLIDOS GASEOSOS

GASES

PELIGROSOS NO PELIGROSOS

ENERGÍASVIBRACIÓN/RADIACIÓN

PELIGROSOS NO PELIGROSOS

GENERACIÓNDE RESIDUOS

1.4.-LA QUÍMICA AMBIENTAL

A).- LOS HECHOS:

Las funciones del medio ambiente NO TIENEN UNA CAPACIDAD INFINITA DE EFECTO (Dios hizo el mundo una sola vez).

La demanda de recursos y capacidades del medio ambiente NO ES NULA NI REDUCIDA: Población mundial bordea los 7000 millones.

Ciertos recursos y capacidades del medio ambiente no tienen precio o lo tienen desvalorizado.

Las funciones del medio ambiente compiten por usos alternativos.

1.4.1. INFERENCIA DE LA ENERGÍA Y LA MATERIA EN EL AMBIENTE

B).- LA REALIDAD Las funciones del medio ambiente son por lo tanto un recurso escaso.

Las funciones del medio ambiente requieren de un sistema de asignación (producción de biocombustibles de aceite de soya caso Brasil-Portugal con U.E).

Se trata de un sistema económico ampliado no solo de producción y consumo de bienes y servicios , SINO TAMBIÉN DE EMISIONES efluentes y residuos .

C).-CONSECUENCIAS Las funciones del medio ambiente generan EXTERNALIDADES (FALLAS DE MERCADO).

Se requiere la acción del Estado para corregir ¿ SIEMPRE?(FALLAS POLÍTICAS).(Casi 30000 leyes en el Perú ¿ POR QUÉ NO SE CUMPLEN?)(Se requieren corregir las fallas de mercado HAY CULTURA AMBIENTAL (Gobernantes y congresistas))

Bienes comunes sufren deterioros privados :FALLAS INSTITUCIONALES . Caso $100 y palacio de gobierno : no se genera cortinas y seguridad.

La Energía no se crea ni se destruye, solo se transforma . La materia permanece , solo se transforma : EFLUENTES , EMISIONES Y RESIDUOS que generan LAS EXTERNALIDADES (FALLAS DE MERCADO FALLAS POLITICAS FALLAS INSTITUCIONALES ).

1.4.2.-QUÍMICA AMBIENTAL

Es la aplicación de las ciencias químicas al estudio de los problemas ambientales referente a las externalidades (contaminación) en los recursos atmosfera , agua , y suelo en la biosfera .

En su concepción inicial , la química ambiental ,es la aplicación de la química , al estudio de los problemas y la concentración del ambiente.

En la actualidad , la química ambiental de la atmosfera , a medida que la comunidad internacional presta mas atención a los problemas ambientales y globales , con acuerdos internacionales con fuerza de ley como el Protocolo de Kyoto , para reducir las emisiones de los GEI. La química ambiental cobra vital IMPORTANCIA para el mejor entendimiento y manejo del ambiente en los actuales momentos.

CAUSAS

o Crecimiento poblacional o Derecho de los Recursoso La Ignorancia Ambientalo La Pobreza: Inequidad Social

o Fallas de Mercadoo Fallas Políticaso Fallas Institucionaleso Fallas Internacionales

EFECTOS INTERCONECTADOS

Los bosques se reducen

Los desiertos se expanden

Los suelos erosionan

La atmosfera se calienta

Las capas freáticas

disminuyen

El nivel de los mares

suben

Las especies se extinguen

Los recursos se

desperdician

Aumenta abrumadorament

e la contaminación

También la QA se ocupa de los procesos reacciones, evolución e interrelaciones que tienen lugar en las masas de aguas continentales y marinas por el vertido de los contaminantes antropogénicos.

Así mismo estudia los tratamientos de los desechos vertidos para reducir su cargo dañino en función a los indicadores y sus límites máximos permisibles.

Igualmente podemos indicar de las emisiones a la atmosfera y la disposición de los residuos sólidos. De manera que:

La disposición de residuos sólidos contaminan suelo.

La emisiones contaminan Atmósfera.

Los vertidos contaminan agua. AMBIENTES LIMPIOS

Q.A.

Determina los LMP AMBIENTES CONTAMINADOS

Analiza las causas y los efectos se define el ambiente

Propone soluciones (Laboratorio)

Deja a la IA la solución real y efectiva

INDICADORES

Es decir: Ambientes Ambientes (Remediación) IA hasta 1980

contaminados menos contaminados

SOBRE

LA

BASE Ambientes Ambientes (descontaminacion)

DE LA menos Limpios IA desde 1980

Q.A. contaminados

FÍSICO QUIMICOS

BIOQUIMICOS

BIOFISICOS

Ambientes Ambientes IA

contaminados Limpios

(Presencia de tóxicos) Ausencia de tóxicos o menos al LMP

Ambiente recuperado Ambiente controlado

AMBIENTE MANEJADO

LINEA DE BASE

OPERACIONES Y PROCESOS

OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS

En el IV Congreso Iberoamericano de Física y química ambiental (WWW.sityqa.org.es), evento internacional que congregó también ala UE, se elaboró en 13 volúmenes el libro: “El medio ambiente en Iberoamérica: Visión desde la física y la química ambiental en los albores del siglo XXI” constituyendo el documento científico de base y actualización para entender la química ambiental aplicada con más de 300 investigaciones.

En Noviembre del 2009 se realizará el V Congreso en Argentina.

Se pueden incluir en 3 categorías principales:

a)Sustancias químicas peligrosas por su toxicidad para seres humanos.

b)Sustancias químicas que causan daño a la biota no humana.

c)Sustancias químicas que causan daño al medio ambiente.

En la función de los niveles de exposición y su rol esencial en el cuerpo humano, que generan dos categorías en función a la esencialidad:

A.1) Elementos no esenciales

Caso del Pb-Cd-Hg (metales pesados), estos metales no tienen, que se conozca un papel esencial en el cuerpo humano, pero a exposiciones muy bajas son toleradas como poco o ningún efecto adverso. Pero a exposiciones mas elevadas muestran excesiva toxicidad y aparecen consecuencias dañinas para la salud.

A.2) Elementos esenciales

El cuerpo humano, necesita cierto nivel del compuesto, y si las investigaciones son demasiado bajas aparecerán las enfermedades de síndrome de deficiencia. Estos pueden tener consecuencias tan graves como aquellas que resultantes de la toma excesiva. Entre unas y otras existe un margen aceptable de exposición dentro del cual el cuerpo humano es capaz de regular en nivel óptimo del elemento.

- El análisis de estas categorías demanda del concepto de elemento traza esencial que es un indicador para definir las concentraciones tóxicas y tolerables para identificar las zonas que desmarcan. (TOXICOS – TOLERABLE – NO TOXICO).

Comportamiento de los efectos a exposiciones a elementos-traza no esenciales

Comportamiento de los efectos a exposiciones a elemento-traza esencial

Mención especial merece la exposición medio ambiental a agentes cancerígenos químicos por su alarmante incremento en el presente milenio a pesar de pequeñísimas concentraciones, frente a las típicas, es el caso del benceno (en gran parte procedente de emisiones de vehículos y los hidrocarburos aromáticos polinucleares, generado por la combustión de combustibles fósiles):

BENCEN

Benzo (α) pireno(HIDROCARBURO AROMATICO

Policiclico cancerígeno

2,3,7,6- tetraclorodibenzodioxinaEL MAS TOXICO DE LOS COMPUESTOS

CLORADOS DE LA DIOXINA

Sustancias químicas que causan daño a la biota no humana

Muchos elementos y compuestos entra de esta categoría, el caso del Cu y el Zn, son elementos traza esenciales para los seres humanos y a exposiciones medioambientales muy raramente presentan riesgos para la salud. Pero son tóxicos para los cultivos vegetales y existen reglamentaciones que limitan su adición al suelo en materiales tales como lodos de depuradoras que se esparcen (disponen) sobre la tierra.

Los estrógenos (sustancias perturbadoras del sistema endocrino) sintéticos limitan a las hormonas naturales y pueden interrumpir la reproducción y crecimiento de especies de animales silvestres, ejemplo, el oxido de bistributil estaño (TBTO), interfiere en el desarrollo sexual de las de las ostras y su uso como pintura antioxidante en los barcos costeros, esta prohibido en la mayoría de los países del mundo.

Una gama amplia de otras sustancias químicas incluyendo los bitemilospoliclorados (PCB), las dioxinas y gran parte de los pesticidas clorados, tienen un gran potencial de estrógeno.

C).- SUSTANCIAS QUIMICAS QUE CAUSAN DAÑO AL MEDIO AMBEINTE

El ejemplo fundamental son los CFC (carbonos clorofluorados) los cuales se usan ampliamente por su estabilidad y baja toxicidad en seres humanos, pero que a concentraciones del orden de partes por 1012 (ppb) son capaces de causar graves perturbaciones en la química de la estratosfera.

(¿Cuáles son esas perturbaciones? …………..)

IPCC: Panel intergubernamental del cambio climático climate chance- the IPCC Scientific Assesment Cambridge University

En suelos

En la mayoría de las veces se expresan en masa por unidadEj. Mg de zm/ kg de suelo, equivalente a (ppm) para contaminantes primarios 10 ppb de vignima o 8 ppb de politenales para contaminación secundaria5 ppt pcb (vítemelos polo clorados) para contaminacion muy toxicas En bioma vegetal tambien se expresas en mg/kg o llg/kg dependiente.

Es necesario distinguir entre concentraciones de peso crudo y peso seco, en químicos para todo tipo de informe, se expreso en base al material seco (excepto la humedad), sin embargo el efecto toxico cinéticamente es mayor si hay humedad, como es en la realidad, razón por lo que en químicos ambiental se utiliza en base húmeda pero aclarando esta humedad y algunos parámetros como temperatura y PH.

EN LOS SISTEMAS ACUATICOS

las concentraciones se expresan en unidades de mesa y en los océanos mg/kg, mg/kg.

Mayoritariamente, la magnitud de las muestras se mide en unidades de masa por volumen: mg/lt , mg/lt.

En aguas dulces la concentración en unidades de masa por litro de agua, los químicos de aguas retienen a ppb, ppb y mppt (ppm= 10-6, ppb=10-12 y ppt =10-18)

Con la aclaracion de que las expresiones ppm, ppb y ppt se requiere de masa a masa y se utilizan en relaciones de masa a volumen o sumiendo la densidad del agua iguales.

EN SISTEMAS ATOMOSFERICO

Los concentraciones de gases trazo y partículas y en la atmosfera también pueden expresarse (kg/m3), esta unidad presenta la dificultad de que no es independiente de la temperatura y la presión . Ejm. El aire que contenga 1 km/m3 de cov en aire 0º c contenga menos de 1 mg/m3 de formalidades en aire a 03 en estratosfera esta presenta en le aire a unos proporciones consideradamente mas elevadas que en la troposfera (atmosfera mas baja) ,pero si les concentra contrataciones son expresadas en mg/ m3 existe poca diferencia a causa de loa densidad del aire, mucho mas bajo en la estratosfera.

Se acostumbra a menudo expresar las concentraciones atmosfera con mole/cm3 aunque plantas en el mismo problema que la masa húmeda de volumen, en todo caso se debe expresar en cuales que de los formas, precisando al condiciones de (p) y (t).

Exposiciones sobre la unidad antes de tender (Ei) URGENTE