10.7: Contaminantes atmosféricos de partículas

Aunque los gases que causan el calentamiento global son posiblemente los contaminantes atmosféricos más graves, otros contaminantes del aire pueden causar serios problemas con el ambiente atmosférico. Estos se discuten en lo que resta de este capítulo.

Debido a su capacidad para reducir la visibilidad y la luz, las partículas atmosféricas son la forma más visible de contaminación del aire. Comúnmente llamados partículas en términos de contaminación del aire, los aerosoles atmosféricos son sólidos o líquidos de menos de 100 micrómetros (millonésimas de metro, μm) de diámetro, y comúnmente en un rango de tamaño de 0.001 a 20μm. Pueden ser materiales inorgánicos u orgánicos y pueden pertenecer a las dos clases generales de aerosoles de dispersión formados por molienda de sólidos, polvos dispersantes o líquidos atomizadores, y aerosoles de condensación producidos por la condensación de gases o vapores, a menudo formados como resultado de procesos químicos atmosféricos. Los aerosoles de dispersión comunes incluyen gotas de agua de la pulverización marina, partículas sólidas de NaCl sobrantes cuando el agua se evapora de las gotas de pulverización marina, polvo de cemento, polvo de suelo dispersado por el viento, polvo de fundición y carbón pulverizado. El negro de humo, los humos metálicos y los núcleos de combustión se forman como aerosoles de condensación por combustión o combustión parcial. Las nieblas de partículas líquidas incluyen gotas de lluvia, niebla, gotas de nubes y gotas de ácido sulfúrico producidas cuando se oxida el SO ₂ atmosférico. Los organismos producen abundancia de partículas. Para quienes padecen alergias, las partículas más molestas son el polen de plantas. Otras partículas de origen biológico incluyen virus, bacterias y esporas de bacterias y hongos.

En el pasado e incluso ahora en algunas zonas del mundo, una de las fuentes más problemáticas de partículas atmosféricas era la ceniza volante, un residuo de subproducto de la combustión de líquidos o carbón muy finamente dividido. A menudo, el componente más abundante de las cenizas volantes es el carbono elemental sobrante del combustible quemado de manera incompleta. Las cenizas volantes comúnmente incluyen óxidos de aluminio, calcio, hierro y silicio, así como algo de magnesio, azufre, titanio, fósforo, potasio y sodio. Con dispositivos de control de emisiones que funcionan correctamente, las emisiones de cenizas volantes ahora están bien controladas.

Una preocupación de salud con las partículas, especialmente las de fuentes de combustión, es su capacidad para transportar metales tóxicos. De estos, el plomo es de la mayor preocupación porque suele acercarse más a estar a nivel tóxico. Los problemas con el plomo particulado en la atmósfera se han reducido considerablemente por la eliminación del tetraetilplomo como aditivo de gasolina, una aplicación que solía arrojar toneladas de plomo a la atmósfera todos los días. Otro metal pesado que causa considerable preocupación es el mercurio, que puede ingresar a la atmósfera unido a partículas o como mercurio atómico en fase vapor. El mercurio en el aire procedente de la combustión del carbón puede convertirse en un grave problema de contaminación del agua que lleva a acumulaciones poco saludables de este elemento tóxico en algunos peces. Otros metales que pueden causar problemas en materia particulada son berilio, cadmio, cromo, vanadio, níquel y arsénico (un metaloide).

Algunas zonas del mundo, incluyendo partes de Estados Unidos, tienen problemas con las partículas radiactivas resultantes de fuentes subterráneas de radón radiactivo, un gas noble producto de la desintegración del radio. Los dos isótopos principales de radón, 222Rn (vida media 3.8 días) y 220Rn (vida media 54.5 segundos) son emisores de partículas alfa que se desintegran a 218Po y 216Po radiactivos, respectivamente. Estos radionucleidos son nongaseosos y se adhieren fácilmente a las partículas atmosféricas, lo que, junto con el radón gaseoso, puede causar contaminación significativa del aire interior y posibles problemas de salud.

Las partículas contaminantes en la atmósfera tienen efectos directos e indirectos. Los efectos directos más obvios son la reducción y distorsión de la visibilidad. Los efectos de dispersión de luz de las partículas en un rango de tamaño de 0.1μm—1μm son especialmente pronunciados debido a fenómenos de interferencia resultantes de que las partículas tienen aproximadamente el mismo tamaño que las longitudes de onda de la luz visible. Las partículas también tienen efectos directos sobre la salud cuando se inhalan. Esto es especialmente cierto de partículas muy pequeñas que pueden transportarse a las partes más internas (alvéolos) de los pulmones. Un efecto indirecto de las partículas es su capacidad para servir como sitios de reacción para reacciones químicas atmosféricas. También actúan como cuerpos de nucleación sobre los cuales se condensa el vapor de agua.

Limitación de emisiones de partículas

Las primeras medidas generalizadas para limitar la contaminación del aire se dirigieron al control de las emisiones de partículas. Estas medidas se han vuelto muy efectivas para que el “humo” que uno ve emanando de las chimeneas suele consistir en gotitas de agua formadas por condensación de vapor.

El método más simple de control de partículas a partir del gas de chimenea y otros gases liberados a la atmósfera consiste en la sedimentación en la que las partículas arrastradas en el gas de chimenea se dejan sedimentar por gravedad en cámaras relativamente grandes. La sedimentación es más efectiva para partículas más grandes. Los mecanismos inerciales operan girando un gas en una cámara redonda de tal manera que las partículas chocan sobre las paredes del contenedor por la fuerza centrífuga. Los filtros de tela contenidos en las bolsas actúan para filtrar partículas del aire o gas de chimenea (Figura 10.6). El mecanismo empleado proporciona sacudidas periódicas de los filtros de tela para recoger partículas sostenidas en sus paredes, restaurando así el flujo de gas a través de la tela. Numerosos factores incluyendo los niveles de humedad, abrasión de partículas, tamaño de partícula y acidez o alcalinidad del gas y partículas deben ser considerados en la elección de telas filtrantes. Los depuradores que rocían agua o soluciones en el gas de chimenea se emplean para lavar literalmente las partículas del gas. En algunos casos estos se operan con una cantidad mínima de agua, la cual se evapora, de manera que se recolecta un material sólido. Uno de los medios más efectivos de control de partículas consiste en precipitadores electrostáticos. Estos dispositivos utilizan un voltaje muy alto para impartir una carga negativa a las partículas desde un electrodo central, y las partículas son atraídas y se acumulan en las paredes cargadas positivamente del precipitador.

De acuerdo con la práctica de sustentabilidad, la materia particulada, como la recogida por un filtro de tela en una cámara de bolsas, puede ser utilizada para diversos fines. Por lo general, la materia particulada de las operaciones de fundición de plomo o zinc se recicla de nuevo al proceso de recuperación de metales. El polvo de horno de cal se utiliza a menudo como cal agrícola. Algunos tipos de cenizas volantes de carbón podrían usarse como fuente de aluminio si el mineral de aluminio (bauxita) escasea.