Quimica ambiental

Química Medioambiental

1. QUIMICA AMBIENTAL
INGENIERIA Y GESTION AMBIENTAL I
ING. ANSHIE WISMANN MANRIQUE

2. DEFINICION
Laquímicaambiental,denominadatambiénquímicamedioambientaleslaaplicación
delaquímicaalestudiodelosproblemasylaconservacióndelambiente.Estudialos
procesosquímicosquetienenlugarenelmedioambienteglobal,oenalgunadesus
partes:elsuelo,losríosylagos,losocéanos,laatmósfera,asícomoelimpactodelas
actividadeshumanassobrenuestroentornoylaproblemáticaqueelloocasiona.La
químicadelaatmósfera,amedidaquelacomunidadinternacionalprestamásatención
alastesisdelecologismo(conacuerdosinternacionalescomoelprotocolodeKioto
parareducirlasemisionesdegasesdeefectoinvernadero),esunadisciplinaquehaido
cobrandocadavezmásimportancia.

3. Eldesarrollodeestadisciplinamostrólasgravesconsecuenciasquetuvoparalacapade
ozonoelusogeneralizadodelosclorofluorocarbonos.Traslasexperienciasconlalluvia
ácida,lacombinacióndequímicamedioambientaleingenieríaquímicaresultóenel
desarrollodelostratamientosparalimitarlasemisionesdelasfábricas.
Tambiénlaquímicamedioambientalseocupadelosprocesos,reacciones,evolucióne
interaccionesquetienenlugarenlasmasasdeaguacontinentalymarinaporelvertidode
contaminantesantropogénicos.Asimismo,estudialostratamientosdedichosvertidospara
reducirsucargadañina.
TambiénhayinteracciónentrelallamadaQuímicasostenibleoQuímicaverdeyla
preservacióndelambiente,puesaquellaestudiaoptimizarlosprocesosproductivos
químicos,eliminandoproductossecundarios,empleandocondicionesmenosagresivas(de
presiónytemperatura,detipodedisolvente).
Laquímicaambientalseencargaderealizarlasupervisióndelosproyectosindustriales,
teniendoencuentaelimpactoambiental.

4. Laquímicaambientalylascincoesferas
Tradicionalmente,lascienciasambientaleshanestudiadolosprocesoseinteraccionesen
lamesosfera,laexosfera,lageosferaylabiosfera.Laquímicaambientalnosóloseencarga
delestudiodelavida,transporteyevolucióndelassustanciasenlosámbitosantes
señalados,sinoquedebeañadirunaquintaesfera,laantroposfera,queinvolucralas
actividadesysustanciasrealizadasporloshumanos.
Divisiones
DentrodelaQuímicaambiental,podríamosencontrarlassiguientesdivisiones:
Químicadelaatmósfera.
Químicadelahidrosfera.Predomina,porsuimportancia,laquímicadelosocéanos.
Químicaedáficaoquímicadelsuelo.
Químicadelabiosfera.
Químicaverde

5. LA ATMOSFERA DE LA TIERRA
Generalidadesycapasdela
atmósfera
Laatmósferaeslacapagaseosaque
rodealaTierra.Esunamezcla
constituidaprincipalmentepor
nitrógenoyoxígeno,loscualessontan
importantesqueformanpartedelos
ciclosvitalesdelavida.
Composicióndelaireseco:

6. Existenlosqueseconocencomocomponentes
menoresocomponentes“traza”entrelos
cualeselmásimportanteeseldióxidode
carbono(CO2).Otrosgasespresentesenmenor
proporciónson:
Neón(Ne),helio(He),metano(CH4),kriptón
(Kr),hidrógeno(H2),monóxidodedinitrógeno
(N2O),xenón(Xe),ozono(O3),dióxidode
azufre(SO2),dióxidodenitrógeno(NO2),
amoniaco(NH3)ymonóxidodecarbono(CO).
Entérminosgeneraleslaatmósferasedivideen
trescapas,quesemuestranenlasiguiente
figura:

7. Sucomposiciónysuestructuraactualessonresultadodesuevoluciónyde
lainteracciónconlasdemáspartesdelsistemaTierradesdeelmomentode
suformación.

8. CONTAMINACION DEL AIRE
Hayciertassustanciasqueseencuentrancomo
componentes“trazas”enlaatmósfera,perocuando
algunodeelloelevasuconcentraciónpresenta
efectosadversosyseconvierteenuncontaminante
atmosférico.
Loscontaminantesatmosféricosseclasificancomo:
*Primarios:Cuandosonadicionadosdirectamente
alaire,yaquesonresultadodeunprocesonatural
oindustrial.
*Secundarios:Seformancomoproductosde
reaccionesenlascualesparticipauncontaminante
primario.

9. Loscontaminantesdelairesondiversos
tantoencompuestosquímicos,comoen
partículassuspendidas,lascualesdificultan
lavisibilidadeirritanelaparato
respiratorio.Enalgunoslugaresdondela
contaminaciónesmuyalta,sehandejado
sentirlosefectosdeestoscontaminantes
enlasaluddelaspersonas,esporeso
necesarioimplantaractividadesen
conjunto,gobiernoyelpueblo,para
deteneresteproblemaquecadavezesmás
grave.
Latablapresentaenformaesquemática
informaciónsobrelosprincipales
contaminantespresentesenelaire.

10. Índicemetropolitanodecalidaddelaire(IMECA)
Paraquelagentecomprendalosnivelesdecontaminacióndelaire,sehacreadoel
índicemetropolitanodecalidaddelaire(IMECA),queesunvalordereferenciautilizado
paraquelapoblaciónesteenteradadelacalidaddelairedeacuerdoalos
contaminantespresentesenelairedeunadeterminadazona.
Estesistemafuncionamedianteunareddemonitoreoatmosféricoqueproporciona
datosdelaconcentracióndecontaminantestalescomoelozono(O3),dióxidode
nitrógeno(NO2),dióxidodeazufre(SO2),monóxidodecarbono(CO)ylafracción
respirabledelaspartículassuspendidatotales.

11. Enlapresentetablasedescribelacalidaddelairedeacuerdoalospuntos
IMECAysusprincipalesefectossobrelasalud.
Descriptores del índice metropolitano de la calidad del aire

12. Lacapadeozono
Elozono(O3)seencuentraenforma
naturalenlaestratósferaysirvecomo
filtroalasdañinasradiacionesultravioleta
(UV),lascualestienenefectos
perjudicialesparalasaludyloscultivos.El
ozonosedestruyeyseforma
constantemente,utilizandolaenergía
solar,locualpermitequesuconcentración
enlaestratosferasemantengaestable.

13. Mediantelafotografíadesatélitesartificiales,hacepocomásde30añosse
descubrióquesobrelaAntártida(PoloSur)hayunagotamientoenla
concentracióndeozono,locualseconociócomo“agujerodelacapade
ozono”

14. Sehademostradoqueestosedebeaunareaccióndelozonoconciertasmoléculas
conocidascomoclorofuorocarbonos(CFC).Estassustanciassonmuyestablesynose
disuelvenconlalluvia.Sonutilizadasenlossistemasderefrigeración,aireacondicionado
devehículos,formacióndeespumasplásticasycomopropelentesenlatasdeaerosol.
LosCFClleganalaestratosferay
mediantelaluzultravioletaserompen
formandoradicaleslibresdecloroque
reaccionanconelozonoparaforman
oxígenomoleculardeacuerdoalas
siguientesreacciones:

15. Observequeunodelosproductosdelaúltimareacciónesunátomodecloroque
puededestruirotramoléculadeozono.
Elproblemadeladisminucióndelacapadeozonotambiénsehadetectadoenel
Ártico,aunqueahínosehaformadounagujero.
Elozonoenlatropósferaesuncontaminantedegravesefectos:Enconcentraciones
bajasproduceirritaciónocular,peroennivelesaltosedemapulmonar,hemorragiase
inclusolamuerte.
Ademásnosoloafectaalossereshumanosyanimales,tambiénlasplantasreducen
suprocesofotosintéticoyloscultivossedañan.

16. Inversióntérmica
Elfenómenodeinversióntérmicasepresentacuandoenlasnochesdespejadaselsuelo
haperdidocalorporradiación,lascapasdeairecercanasaélseenfríanmásrápidoque
lascapassuperioresdeairelocualprovocaquesegenereungradientepositivode
temperaturaconlaaltitud(loqueesunfenómenocontrarioalquesepresenta
normalmente,latemperaturadelatroposferadisminuyeconlaaltitud).Estoprovoca
quelacapadeairecalientequedeatrapadaentrelas2capasdeairefríosinpoder
circular,yaquelapresenciadelacapadeairefríocercadelsueloledagranestabilidad
alaatmósferaporqueprácticamentenohayconveccióntérmica,nifenómenosde
transporteydifusióndegasesyestohacequedisminuyalavelocidaddemezclado
verticalentrelaregiónquehayentrelas2capasfríasdeaire.

17. Elfenómenoclimatológicodenominadoinversióntérmicasepresenta
normalmenteenlasmañanasfríassobrelosvallesdeescasacirculacióndeaire
entodoslosecosistemasterrestres.Tambiénsepresentaestefenómenoenlas
cuencascercanasalasladerasdelasmontañasennochesfríasdebidoaqueel
airefríodelasladerasdesplazaalairecalientedelacuencaprovocandoel
gradientepositivodetemperatura.Cuandoseemitencontaminantesalaireen
condicionesdeinversióntérmica,seacumulan(aumentasuconcentración)
debidoaquelosfenómenosdetransporteydifusióndeloscontaminantes
ocurrendemasiadolentos,provocandogravesepisodiosdecontaminación
atmosféricadeconsecuenciasgravesparalasaluddelosseresvivos.
Lainversióntérmicaesunfenómenopeligrosoparalavidacuandohay
contaminaciónporquealcomprimirlacapadeairefríoaloscontaminantes
contraelsuelolaconcentracióndelosgasestóxicospuedellegarhastaequivaler
a14vecesmás.Generalmente,lainversióntérmicasetermina(rompe)cuando
secalientaelsueloyvuelveaemitircalorlocualrestablecelacirculaciónnormal
enlatroposfera.

18. Lainversióntérmicaesunfenómenoatmosféricoquesedaprincipalmenteeninviernoy
durantedíasdepocovientoenlasgrandesciudades;seoriginaporladiferenciade
temperaturadedosmasasdeairediferente.Seproduceporqueelairefrío,queesmás
denso,quedaatrapadobajounacapadeairecaliente(másliviano).Eseairefrío,atrapa
laspartículassuspendidasdelaatmósferacercadelasuperficie,yalnopodermoverse
esamasadeairepesado,puesdichaspartículasnoescapanalaatmósferasuperior.
Conformelaluzsolarempiezaacalentarlacapadeairefrío,llegaunmomentoenquelas
moléculasdeesteaireigualanentemperaturaalasmoléculasdelacapadeairecálido,
porloqueserompelainversióntérmica,puesdesaparecenlascapasdeairedediferente
TemperaturaTambiénunainversióntérmicapuederomperseantelapresenciadeun
vientoimportante.Surelaciónconlacontaminaciónatmosféricaesdirectaymuyalta,
puescomosemencionoanteriormente,laspartículasproducidasporlaquemade
combustiblesquedanbajolacapadeairefrío.

20. Efectoinvernadero
Gasestalescomoelbióxidodecarbono(CO2),metano(CH4),vapordeagua(H2O),los
clorofluocarbonos(CFC)yotrosgasestrazaspresentesenlaatmósfera,producenloque
seconocecomoefectoinvernadero.Estosgases“permitenquelosrayossolares(luz
visible)entrenycalientenlasuperficiedelaTierra.Perocuandoéstatratadedevolverel
calor(energíainfrarroja)alespacio,laenergíaquedaatrapadaporlasmoléculasdeesos
gases”.
Losgasesqueparticipanenelefectoinvernaderosoncomponentesnormalesdela
atmósfera,elproblemasedebealasactividadeshumanasquehanaumentadola
concentracióndeestosgases.Estotraecomoconsecuenciaelcalentamientoglobal,que
sedefinecomo“elincrementodelatemperaturapromedioenlasuperficiedelaTierra
debidoalincrementodegasesdeinvernadero”.

22. ElCO2producidoporprocesos
naturalescomolarespiraciónhumanay
ladescomposicióndemateriaorgánica,
siemprehanformadopartedelciclodel
carbono,elproblemaestáenquelas
actividadesindustrialesgeneranCO2
provocandoquelaconcentraciónde
estegasaumenteenlaatmósfera.Los
CFC,elmetanoyotrosgasespresentes
enconcentraciónmuchomásbajaque
elCO2,tienenunacapacidadmayor
paracaptarelcalorgeneradoporla
Tierra.
Losefectosdelcalentamientoglobal
seríandesastrosos.
Ejemplos:
Elcalentamientoglobalpuedeprovocar
cambiosenlavidadeorganismos
patógenos,porloquelasenfermedades
sepropagaríanconmásfacilidad

23. Incrementodeincendiosforestales.
Periodosdesequíaprolongados
porloqueloscultivosseverán
seriamenteafectados.
Lafusiónparcialdelhielodelospolos
traeríacomoconsecuenciala
inundacióndelasciudadescosterasy
zonasbajasdelospaíses.

24. Lluviaácida
Lalluviaácidaesunfenómenoqueconsisteen
precipitacionesacuosasconpHmenora5.5.
Estaacidezsedebealapresenciadedos
componentesprincipalmente:
Ácidosulfúrico(H2SO4)queseformaapartir
deSO2(dióxidodeazufre)ySO3(trióxidode
azufre).
Ácidonítrico(HNO3)queseformaapartirdel
NO(monóxidodenitrógeno)yNO2(dióxidode
nitrógeno).

25. Losefectosdelalluviaácidasondevastadoresparalossistemasvivosyproduceotrosgravesefectos,por
ejemplo:
oCorrosióndeestructurametálicas.
oReaccionaconelmármol(CaCO3)dañándoloseriamente.
oAtacatejidossintéticos.
oProvocalaliberacióndeionesAl3+enelsuelo,locualdisminuyelaproductividadvegetal.

27. Losefectosdelalluviaácidasehan
dejadosentirendiversaspartesdel
mundo.Segúnestimacionesrecientes,
Europacentralpresentaregiones
seriamenteafectadasporlalluviaácida.
Seafirmaqueaúncuandosetomaran
medidasdrásticasparafrenarla
emisiónindustrialydeautomóvilesde
contaminantesprecursoresdelalluvia
ácida,losefectosdeéstaseránmuy
serioshaciaelaño2010,comose
muestraenelmapa.Lasmanchasrojas
sonlaszonasqueseprediceestarán
dañadas

28. CONTAMINACIÓN DEL AGUA
Eltérminohidrósfera,serefierealaguaterrestrecontenidaensumayoríaenelmar,pero
considerandoríos,lagos,lagunasyaguassubterráneas.
Elaguaseclasificacomounrecursorenovableyaqueéstaseregeneramedianteelciclo
delagua,perolamentablementeelproblemadelacontaminacióndelaguaaumenta
rápidamente,porloquedisminuyelacantidaddeaguadisponibleparasuuso.Es
necesariotomarconcienciadelagravedaddeesteproblemayproponersoluciones
viablesquepermitanqueesterecursoseasuficienteparasatisfacerlasnecesidades
humanas.
Elmalusodelagua,hadadocomoresultadoqueestásecontamine.Podemosdividirlas
fuentesdelacontaminacióndelaguaendosgrandesgrupos:
Usourbano
Usoindustrial

29. Usourbano
Aquí se incluyenlos
contaminantesqueprovienende
nuestrohogar,talescomola
materiafecal,losdetergentes,
basurasólidaydesechoslíquidos,
ademásdeconsiderarelaguade
lluviaquerecogeunagran
cantidaddecontaminantes.La
tablanosmuestralosingredientes
tóxicosenproductosdeuso
comúnquecontaminanelagua.
Ingredientestóxicosenproductosdeusocomún

30. Labasurasólidaconstituye
tambiénunserioproblemaenla
contaminacióndelagua.Las
grandestoneladasdebasura
queseproducen,generalmente
sonalmacenadasenvertederos,
loscualesenocasiones,se
encuentrascercaderíos,lagose
inclusomares,losqueocasiona
queallloverosubirlamarea,la
basura sea arrastrada
contaminandoelaguadedichas
zonas.

31. Usoindustrial
Lasactividadesdelasnumerosas
industriasdelospaíses,sonunafuente
importantedeloscontaminantesdel
agua.
Porejemplolalluviaácidaquecaeen
lagosyríosimpidequeplantasy
animalesmueranacausadequeelpH
desuentornoseaigualeinclusomenor
a4.5.
Estetipodecontaminaciónes
provocadaporelaguaquesearrojaal
sistemaurbanodedrenajeo
directamentearíos,lagos,mares,etc.
Las principales industrias
contaminantesson:

32. Untipodecontaminantesarrojadosporlasdiversasindustriassonlosaceites,la
gasolinayelpetróleo.Estássustanciassoninsolublesenelaguaporloquela
contaminaciónconestetipodesustanciasformaunapelículasobreelagua.Este
problematambiéntieneunaspectodelacontaminaciónurbana,yaqueelaceitede
cocinaqueseutilizaseechadirectamentealdrenaje,aumentandoasílagravedadde
esteproblema.
Elderramedepetróleoenelmar,seproducecuandolosbarcosquelostransportan
naufraganoencallanenlaplayayrepresentaunserioproblemayaqueafecta
gravementelafaunayfloraacuática.
Algunoscontaminantesconocidocomodegradablesobiodegradables,sedescomponen
gradualmentemedianteprocesobioquímicos.Estosprocesosonefectuadospor
bacteriasymicroorganismospresentenenelagua,queutilizandichoscontaminantes
comoalimento.Peroestosprocesostienenciertoslímites,sielnúmerode
contaminantesesmuyelevadolacantidaddeoxígenodisponibleparalosorganismos
aerobiospuedeserinsuficiente.Losproductosdeladegradaciónaerobiasonbióxidode
carbono,aguayalgunosionesquenosonbiodegradables.

33. Lassiguientesreaccionesquímicassellevanacaboenlosprocesosaerobios:

34. Apesardequelacantidaddeoxígenodisueltoenelaguaseainsuficienteen
elagua,sepuedecontinuarladegradacióndelamateriaorgánicamediante
unprocesoanaeróbico.Enesteprocesolosproductossondiferentes.Enel
siguienterecuadrosemuestraunejemplo.

35. Lamentablementenotodosloscompuestosorgánicossonbiodegradables,los
insecticidas,plaguicidasylosdetergentessonsoloalgunosejemplosdeproductos
quenosedegradanolohacenmuylentamente.
Esmuyimportantetomarconcienciadeloquenosotrospodemoshacerpara
abatirodetenerestacontaminación.Laresolucióndelproblemadela
contaminaciónnocorrespondeúnicamentealgobierno,esunproblemadetodos
ynoscorrespondebuscarmedidasenlasquepodamosapoyardesdenuestracasa
ycooperarenlaspropuestasdelgobiernoparadetenerelproblemadela
contaminaciónambiental.

36. MANEJO DE DESECHOS INDUSTRIALES
Sedenomina“GestióndeResiduos”alconjuntodeoperacionesqueincluyenelmanejo
delosresiduosdesdesugeneraciónhastasudepósitootratamientofinal.Paraello,se
empleaelmodomásadecuadodesdeelpuntodevistaambientalysanitario;también
setienenencuentalascaracterísticasdevolumen,procedencia,costedetratamientoy
posibilidadesderecuperaciónycomercialización,queseindicanenlanormavigente
encadamomento.
LaGestiónintegraldelosresiduosestáconstituidaporunaseriedefases:

37. 1.Generaciónderesiduosatodoslos
nivelesdelacadena.
2.Manipulacióndelosresiduosy
separación.
3.Almacenamientoenelorigen.
4.Recogidaplanificadayajustada.
5.Transferenciaytransporte.
6.Separación,procesamientodelos
ResiduosSólidosUrbanos(RSU).
7.TransformacióndelosRSUpor
diferentesprocesos(compostajee
incineración).
8.Evacuaciónseguratantodesdeel
puntosanitariocomoambiental.

38. Enlosúltimos100años,lajerarquíadelaGestióndeResiduosevolucionódeforma
considerable.Así,sepuedeobservarcómolosprocesosdeGestióndeResiduospasaron
deunaspreferenciasiniciales,…
-Vertidoentierra.
–Vertidoenagua.
–Enterramiento.
–Alimentaciónanimal.
–Incineración.
…aotrasmásacordesconlosnuevostiemposactuales:
-Reducciónenorigen(minimización).
–Reciclajeyreutilización(incluidoelcompostaje).
–Incineraciónconrecuperacióndeenergía.
–Incineraciónsinrecuperacióndeenergía.
–Vertido.