Contaminación atmosférica resultante del proceso productivo en el Centro de Investigaciones Siderúrgicas
Contaminación atmosférica resultante del proceso productivo
en el Centro de Investigaciones Siderúrgicas
La principal fuente de contaminación de la atmósfera son las instalaciones industriales. Una gran cantidad de los desechos industriales están formados por polvos.
Los polvos se pueden clasificar en atmosféricos e industriales. El polvo industrial se forma como resultado de los procesos productivos. El polvo atmosférico incluye al industrial y el polvo, que surge por las tormentas de polvo del desierto, las cenizas de incendios y
erupciones volcánicas etc.
La protección de la atmósfera de la contaminación se le presta una atención especial por la comunidad internacional. En la mayoría de los países están establecidos los límites permisibles de emanaciones de sustancias nocivas a la atmósfera y al medio laboral.
El cumplimiento del límite de concentración permisible (LCP), exige el control sistemático respecto al contenido real del polvo en los gases industriales emitidos a la atmósfera. Dicho control permite garantizar los parámetros de protección e higiene normados, tener en cuenta el nivel de limpieza necesario para proteger la tecnología, conocer el desempeño ambiental de la organización, etcétera.
Para reducir al mínimo la contaminación por polvo existen diferentes modos y esta disponible, en el mundo, la tecnología adecuada para tales propósitos. La selección del dispositivo filtrante más adecuado se hace en función de la composición y la distribución granulométrica del polvo (material particulado), generado por el proceso productivo.
Como hemos señalado anteriormente, la contaminación industrial esta caracterizada por el vertido de los contaminantes al medio ambiente. Sin embargo el medio ambiente esta compuesto por diferentes elementos o componentes, entre los cuales se encuentra la atmósfera.
En este contexto es necesario señalar lo siguiente:
- Existen muchos contaminantes en el aire. En el caso del proceso en estudio, una causa de generación de los mismos es la combustión incompleta en el proceso de obtención de calor para el secado de la materia prima; las impurezas del combustible, una inadecuada relación aire-combustible o temperaturas de combustión incorrectas son causas de formación de productos secundarios(contaminantes), como; monóxido de carbono, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, cenizas finas e hidrocarburos no quemados, todos presentes en los gases emitidos a la atmósfera.
- La presencia de material particulado en la contaminación atmosférica y en el aire ambiente del área de trabajo es generado fundamentalmente por los procesos mecánicos (secado, trituración, cribado etc.), que definen la actividad productiva, y porque no existe un sistema de manejo del material particulado.
- El presente trabajo se refiere específicamente al estudio de la contaminación por polvo en suspensión (material particulado en suspensión) sobre el componente ambiental atmósfera, para lo cual es necesario especificar, las fuentes significativas que emiten contaminantes a la atmósfera y definir los parámetros o indicadores adecuados que permitan medir su comportamiento a través del tiempo.
El Centro de Investigaciones Siderúrgicas (CIS) surge como planta piloto para las investigaciones preliminares del proyecto de la Siderurgia del norte de Oriente. Al demostrarse la inviabilidad del mismo, la planta piloto devino centro de Investigación-producción. Por una parte se utilizaba la antigua planta piloto para la investigación de los residuos minerales del proceso Carón del níquel, por otra se instala una planta de preparación mecánica de minerales, destinada a la clasificación y molienda de diferentes tipos de carbón. Este proceso productivo genera diferentes impactos que actúan sobre factores ambientales, alterando su estado normal, entre los cuales podemos destacar como más significativo; la generación de polvo.
No se ha encontrado datos en la literatura que puedan usarse para conocer la cantidad de polvo emitido en una instalación como la de estudio, ya que ésta depende, entre otros factores, del grado de trituración y de las características técnicas de la instalación.
Sin embargo aceptando las evidencias que aporta la observación y otras técnicas utilizadas para la identificación de impactos y fuentes generadoras de contaminantes al aire, y teniendo en cuenta que la instalación procesa un promedio de hasta 10 000 toneladas al año de carbón de diferentes granulometrías, que existen serias limitaciones en el diseño del sistema para la captación de polvo, etc., se puede pensar que un porcentaje mínimo de emisiones de polvo contaminaría el ambiente laboral, los suelos y la vegetación en el entorno de la instalación, y que en presencia de condiciones favorables afectará a la zona aledaña.
En Cuba, el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente (CITMA) ha concebido, dentro de sus objetivos estratégicos en la esfera del medio ambiente, el fortalecimiento del Sistema de Control y Gestión Ambiental en correspondencia con los problemas y necesidades nacionales y territoriales.
En consecuencia con dichos objetivos, resulta necesario elevar la gestión ambiental a un plano superior en el nivel empresarial. En términos prácticos significa el diseño e implantación de Sistemas de Monitoreo de los aspectos ambientales de las entidades que tributen al Sistema Nacional de Monitoreo Ambiental (SNMA).
En este contexto el Ministerio de la Industria Sidero-Mecánica y la Electrónica (SIME), del cual forma parte el CIS, ha implantado una estrategia para poder abordar y solucionar los problemas de agresión ambiental existentes en sus centros y empresas productoras para lo cual ha identificado entre sus principales problemas: la carencia de sistemas de monitoreo de afluentes y desechos en las entidades.
Esto ha conllevado a que dentro de los principales lineamientos y acciones de la política ambiental del SIME estén: la caracterización y monitoreo de las emisiones a la atmósfera de las industrias altamente contaminantes.
Calidad del aire: Es necesario señalar que la contaminación del aire es definida como cualquier condición atmosférica, en que las sustancias presentes producen un efecto adverso medible en la salud del ser humano, de los animales y vegetales, o un daño físico en los materiales. Los niveles o categorías de la contaminación de la atmósfera (Calidad del Aire) son caracterizados por las concentraciones de las sustancias contaminantes en espacio y tiempo, dadas en mg/m–3 a temperatura y presión normalizadas (TPN) (NC 111:2002).
Material particulado: El material particulado se divide frecuentemente en diferentes clases, que incluyen polvo fino (menor que 100 µm de diámetro), polvo grueso (más de 100 µm de diámetro), vapores (0,001-1 µm de diámetro) y neblinas (0,1-10 µm de diámetro).El material particulado de acuerdo al tamaño tiene una vida media en suspensión que varía desde unos cuantos segundo hasta varios meses. Las partículas entre 0,1 y 1 µm tienen velocidades de asentamientos pequeñas. Las partículas mayores que 1 µm tienen velocidades de asentamientos significativas pero aún pequeñas. Las partículas por encima de 20 µm tienen grandes velocidades de asentamientos y se eliminan del aire por gravedad fundamentalmente.
Dentro de los contaminantes atmosféricos importantes que se monitorean comúnmente están: los sólidos totales en suspensión PST (menor que 100 µm de diámetro), partículas en suspensión de £ 10 mm de diámetro aerodinámico PM10 (polvo fino, fracción respirable) y las partículas con 2,5 micrómetros o menos de diámetro aerodinámico PM2,5 (polvo fino, fracción respirable). La razón fundamental de esta especificación se debe a que las partículas más pequeñas son más peligrosas para la salud de los seres humanos porque son capaces de alcanzar la zona inferior de los pulmones.
La principal fuente de contaminación de la atmósfera son las instalaciones industriales. Una gran cantidad de los desechos industriales están formados por polvos.
Los polvos se pueden clasificar en atmosféricos e industriales. El polvo industrial se forma como resultado de los procesos productivos. El polvo atmosférico incluye al industrial y el polvo, que surge por las tormentas de polvo del desierto, las cenizas de incendios y
erupciones volcánicas etc.
La protección de la atmósfera de la contaminación se le presta una atención especial por la comunidad internacional. En la mayoría de los países están establecidos los límites permisibles de emanaciones de sustancias nocivas a la atmósfera y al medio laboral.
El cumplimiento del límite de concentración permisible (LCP), exige el control sistemático respecto al contenido real del polvo en los gases industriales emitidos a la atmósfera. Dicho control permite garantizar los parámetros de protección e higiene normados, tener en cuenta el nivel de limpieza necesario para proteger la tecnología, conocer el desempeño ambiental de la organización, etcétera.
Para reducir al mínimo la contaminación por polvo existen diferentes modos y esta disponible, en el mundo, la tecnología adecuada para tales propósitos. La selección del dispositivo filtrante más adecuado se hace en función de la composición y la distribución granulométrica del polvo (material particulado), generado por el proceso productivo.
Como hemos señalado anteriormente, la contaminación industrial esta caracterizada por el vertido de los contaminantes al medio ambiente. Sin embargo el medio ambiente esta compuesto por diferentes elementos o componentes, entre los cuales se encuentra la atmósfera.
En este contexto es necesario señalar lo siguiente:
- Existen muchos contaminantes en el aire. En el caso del proceso en estudio, una causa de generación de los mismos es la combustión incompleta en el proceso de obtención de calor para el secado de la materia prima; las impurezas del combustible, una inadecuada relación aire-combustible o temperaturas de combustión incorrectas son causas de formación de productos secundarios(contaminantes), como; monóxido de carbono, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, cenizas finas e hidrocarburos no quemados, todos presentes en los gases emitidos a la atmósfera.
- La presencia de material particulado en la contaminación atmosférica y en el aire ambiente del área de trabajo es generado fundamentalmente por los procesos mecánicos (secado, trituración, cribado etc.), que definen la actividad productiva, y porque no existe un sistema de manejo del material particulado.
- El presente trabajo se refiere específicamente al estudio de la contaminación por polvo en suspensión (material particulado en suspensión) sobre el componente ambiental atmósfera, para lo cual es necesario especificar, las fuentes significativas que emiten contaminantes a la atmósfera y definir los parámetros o indicadores adecuados que permitan medir su comportamiento a través del tiempo.
El Centro de Investigaciones Siderúrgicas (CIS) surge como planta piloto para las investigaciones preliminares del proyecto de la Siderurgia del norte de Oriente. Al demostrarse la inviabilidad del mismo, la planta piloto devino centro de Investigación-producción. Por una parte se utilizaba la antigua planta piloto para la investigación de los residuos minerales del proceso Carón del níquel, por otra se instala una planta de preparación mecánica de minerales, destinada a la clasificación y molienda de diferentes tipos de carbón. Este proceso productivo genera diferentes impactos que actúan sobre factores ambientales, alterando su estado normal, entre los cuales podemos destacar como más significativo; la generación de polvo.
No se ha encontrado datos en la literatura que puedan usarse para conocer la cantidad de polvo emitido en una instalación como la de estudio, ya que ésta depende, entre otros factores, del grado de trituración y de las características técnicas de la instalación.
Sin embargo aceptando las evidencias que aporta la observación y otras técnicas utilizadas para la identificación de impactos y fuentes generadoras de contaminantes al aire, y teniendo en cuenta que la instalación procesa un promedio de hasta 10 000 toneladas al año de carbón de diferentes granulometrías, que existen serias limitaciones en el diseño del sistema para la captación de polvo, etc., se puede pensar que un porcentaje mínimo de emisiones de polvo contaminaría el ambiente laboral, los suelos y la vegetación en el entorno de la instalación, y que en presencia de condiciones favorables afectará a la zona aledaña.
En Cuba, el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente (CITMA) ha concebido, dentro de sus objetivos estratégicos en la esfera del medio ambiente, el fortalecimiento del Sistema de Control y Gestión Ambiental en correspondencia con los problemas y necesidades nacionales y territoriales.
En consecuencia con dichos objetivos, resulta necesario elevar la gestión ambiental a un plano superior en el nivel empresarial. En términos prácticos significa el diseño e implantación de Sistemas de Monitoreo de los aspectos ambientales de las entidades que tributen al Sistema Nacional de Monitoreo Ambiental (SNMA).
En este contexto el Ministerio de la Industria Sidero-Mecánica y la Electrónica (SIME), del cual forma parte el CIS, ha implantado una estrategia para poder abordar y solucionar los problemas de agresión ambiental existentes en sus centros y empresas productoras para lo cual ha identificado entre sus principales problemas: la carencia de sistemas de monitoreo de afluentes y desechos en las entidades.
Esto ha conllevado a que dentro de los principales lineamientos y acciones de la política ambiental del SIME estén: la caracterización y monitoreo de las emisiones a la atmósfera de las industrias altamente contaminantes.
Calidad del aire: Es necesario señalar que la contaminación del aire es definida como cualquier condición atmosférica, en que las sustancias presentes producen un efecto adverso medible en la salud del ser humano, de los animales y vegetales, o un daño físico en los materiales. Los niveles o categorías de la contaminación de la atmósfera (Calidad del Aire) son caracterizados por las concentraciones de las sustancias contaminantes en espacio y tiempo, dadas en mg/m–3 a temperatura y presión normalizadas (TPN) (NC 111:2002).
Material particulado: El material particulado se divide frecuentemente en diferentes clases, que incluyen polvo fino (menor que 100 µm de diámetro), polvo grueso (más de 100 µm de diámetro), vapores (0,001-1 µm de diámetro) y neblinas (0,1-10 µm de diámetro).El material particulado de acuerdo al tamaño tiene una vida media en suspensión que varía desde unos cuantos segundo hasta varios meses. Las partículas entre 0,1 y 1 µm tienen velocidades de asentamientos pequeñas. Las partículas mayores que 1 µm tienen velocidades de asentamientos significativas pero aún pequeñas. Las partículas por encima de 20 µm tienen grandes velocidades de asentamientos y se eliminan del aire por gravedad fundamentalmente.
Dentro de los contaminantes atmosféricos importantes que se monitorean comúnmente están: los sólidos totales en suspensión PST (menor que 100 µm de diámetro), partículas en suspensión de £ 10 mm de diámetro aerodinámico PM10 (polvo fino, fracción respirable) y las partículas con 2,5 micrómetros o menos de diámetro aerodinámico PM2,5 (polvo fino, fracción respirable). La razón fundamental de esta especificación se debe a que las partículas más pequeñas son más peligrosas para la salud de los seres humanos porque son capaces de alcanzar la zona inferior de los pulmones.
Contaminación de polvo en los gases de combustión
El polvo contenido en los gases de combustión tecnológicos y de ventilación del proceso de preparación mecánica de minerales emitidos a la atmósfera, contienen una cantidad no determinada de material particulado. De acuerdo con su formación y características físico- químicas clasifican como polvos mecánicos.
Las partículas del polvo mecánico son relativamente grandes: de unos micrones a unas decenas de micrones. Por su composición química y de fase el polvo mecánico es muy similar al material de carga o entrada. La emisión de partículas sólidas en suspensión en los gases de combustión también se forman como consecuencia del calentamiento del carbón en pedazos dentro del horno lo que provoca que el material se agriete y se desmenuce, provocando que halla una disminución en el tamaño medio de los pedazos de carbón y un aumento de los polvos en sus diferentes clasificaciones los cuales son arrastrados por el aire proveniente del Ventilador de tiro forzado y emitidos a la atmósfera.
La emisión admitida de partículas sólidas en suspensión en los gases de combustión debe ser inferior a 100 mg/m3. Su separación se consigue por los métodos bien conocidos como son los ciclones, filtros de mangas, electro filtros, etcétera.
El polvo contenido en los gases de combustión tecnológicos y de ventilación del proceso de preparación mecánica de minerales emitidos a la atmósfera, contienen una cantidad no determinada de material particulado. De acuerdo con su formación y características físico- químicas clasifican como polvos mecánicos.
Las partículas del polvo mecánico son relativamente grandes: de unos micrones a unas decenas de micrones. Por su composición química y de fase el polvo mecánico es muy similar al material de carga o entrada. La emisión de partículas sólidas en suspensión en los gases de combustión también se forman como consecuencia del calentamiento del carbón en pedazos dentro del horno lo que provoca que el material se agriete y se desmenuce, provocando que halla una disminución en el tamaño medio de los pedazos de carbón y un aumento de los polvos en sus diferentes clasificaciones los cuales son arrastrados por el aire proveniente del Ventilador de tiro forzado y emitidos a la atmósfera.
La emisión admitida de partículas sólidas en suspensión en los gases de combustión debe ser inferior a 100 mg/m3. Su separación se consigue por los métodos bien conocidos como son los ciclones, filtros de mangas, electro filtros, etcétera.
Impactos más significativos
Los impactos más significativos que actúan sobre el medio ambiente se relacionan a continuación:
- Generación de polvo de carbón en el proceso de cribado y trituración de la materia prima, que contamina fundamentalmente el medio laboral y eventualmente la zona cercana a la planta.
- Contaminación del aire en el medio laboral producto de la generación de polvos por salideros y falta de hermeticidad.
- Contaminación laboral por el polvo generado en la transportación por la banda y en las descarga de la misma (descarga en la zona de embase, descarga a la banda en la salida del secadero).
- Contaminación del aire atmosférico por la emisión por chimenea de polvo.
- Deterioro de la flora por la deposición de grandes cantidades de polvo sobre el suelo en zonas cercanas a la planta de producción.
Los impactos más significativos que actúan sobre el medio ambiente se relacionan a continuación:
- Generación de polvo de carbón en el proceso de cribado y trituración de la materia prima, que contamina fundamentalmente el medio laboral y eventualmente la zona cercana a la planta.
- Contaminación del aire en el medio laboral producto de la generación de polvos por salideros y falta de hermeticidad.
- Contaminación laboral por el polvo generado en la transportación por la banda y en las descarga de la misma (descarga en la zona de embase, descarga a la banda en la salida del secadero).
- Contaminación del aire atmosférico por la emisión por chimenea de polvo.
- Deterioro de la flora por la deposición de grandes cantidades de polvo sobre el suelo en zonas cercanas a la planta de producción.
Análisis de la dispersión de contaminantes (material particulado), en la atmósfera
Factores claves en la posible distribución y magnitud de la contaminación en el entorno de la Planta de producción lo constituyen en primer lugar el tamaño de las partículas presentes en las emisiones, las condiciones físico-geográficas de su ubicación, el régimen de vientos existente en la zona etc. Para el análisis de la dispersión se parte de las condiciones del clima, debido a la influencia determinante que poseen sobre los resultados del modelo.
La determinación de la contaminación atmosférica se realiza a escala local (NC 111: 2002) En esta escala la dispersión de los contaminantes depende fundamentalmente de las características climáticas: velocidad y dirección del viento la temperatura ambiente y los parámetros que definen la fuente emisora.
Se realizaron estimaciones de la dispersión de los contaminantes tanto para el carbón para insuflado como para el de ajuste, principales productos finales del proceso productivo. Para el cálculo de la concentración máxima y la distancia entre la fuente (chimenea), y el punto donde se ubica esta, se utilizó un programa en MICROSOFT EXCEL 2002, confeccionado por el grupo de calidad del aire del departamento de Física y el Centro de estudios del Medio Ambiente del ISMM Antonio Núñez Jiménez, de Moa, basado en el algoritmo de cálculo contenido en la norma cubana NC 93-02-202: 1987. Requisitos higiénicos sanitarios: Concentraciones máximas admisibles, altura mínima de expulsión y zonas de protección sanitaria.
Como resultado de la modelación se obtuvo el perfil de las concentraciones del contaminante a nivel del suelo, según la línea central en la dirección predominante del viento y condiciones climáticas desfavorables, para los procesos de obtención de carbón para insuflado y carbón para ajuste respectivamente (Figs. 1 y 2).
Factores claves en la posible distribución y magnitud de la contaminación en el entorno de la Planta de producción lo constituyen en primer lugar el tamaño de las partículas presentes en las emisiones, las condiciones físico-geográficas de su ubicación, el régimen de vientos existente en la zona etc. Para el análisis de la dispersión se parte de las condiciones del clima, debido a la influencia determinante que poseen sobre los resultados del modelo.
La determinación de la contaminación atmosférica se realiza a escala local (NC 111: 2002) En esta escala la dispersión de los contaminantes depende fundamentalmente de las características climáticas: velocidad y dirección del viento la temperatura ambiente y los parámetros que definen la fuente emisora.
Se realizaron estimaciones de la dispersión de los contaminantes tanto para el carbón para insuflado como para el de ajuste, principales productos finales del proceso productivo. Para el cálculo de la concentración máxima y la distancia entre la fuente (chimenea), y el punto donde se ubica esta, se utilizó un programa en MICROSOFT EXCEL 2002, confeccionado por el grupo de calidad del aire del departamento de Física y el Centro de estudios del Medio Ambiente del ISMM Antonio Núñez Jiménez, de Moa, basado en el algoritmo de cálculo contenido en la norma cubana NC 93-02-202: 1987. Requisitos higiénicos sanitarios: Concentraciones máximas admisibles, altura mínima de expulsión y zonas de protección sanitaria.
Como resultado de la modelación se obtuvo el perfil de las concentraciones del contaminante a nivel del suelo, según la línea central en la dirección predominante del viento y condiciones climáticas desfavorables, para los procesos de obtención de carbón para insuflado y carbón para ajuste respectivamente (Figs. 1 y 2).
Teniendo en cuenta las características del proceso de obtención de carbón de insuflado se obtienen los siguientes resultados.
La concentración máxima se obtiene a 41 metros de la fuente (19,51 mg/m3), superando lo estipulado por la norma cubana (NC 93-02-202: 1987), que es de 0,15 mg/m3. Además según nuestro modelo teórico la contaminación, por polvo, supera lo estipulado, para el caso de la producción de carbón para insuflado, hasta una distancia de 1 171 m en la dirección predominante del viento.
Teniendo en cuenta las características del proceso de obtención de carbón de insuflado se obtienen los siguientes resultados.
La concentración máxima se obtiene a 41 metros de la fuente (19,51 mg/m3), superando lo estipulado por la norma cubana (NC 93-02-202: 1987), que es de 0,15 mg/m3. Además según nuestro modelo teórico la contaminación, por polvo, supera lo estipulado, para el caso de la producción de carbón para insuflado, hasta una distancia de 1 171 m en la dirección predominante del viento.
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