COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES

CARACTERISTICAS DE LOS COV

Cadenas de hasta 12 carbonos, pueden contener oxígeno, flúor, cloro, bromo, azufre y nitrógeno.

Se volatilizan a presión y temperatura normal

Poseen propiedades volátiles, liposolubles, tóxicas

e inflamables Son buenos disolventes

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

El origen de los contaminantes orgánicos volátiles (COV) está ligado históricamente al desarrollo de la industria petrolera desde mediados del siglo XIX. Existe información sobre los estudios de Delpech, que se remontan a 1856, sobre uno de los disolventes orgánicos más estudiados, el disulfuro de carbón, y la primera obtención de gasolina, en 1854 por Sillman, de la universidad de Yale en estados Unidos, por cierto, sin que se le encontrara utilidad inmediata, por lo que se descartó.

A finales del siglo XX, se producen en el medio millones de toneladas de COV que pueden ser contaminantes del ambiente y causar graves daños biológicos al ser humanos. Solo a través de medidas de prevención y control, que incluyan, de manera preponderante, la sustitución de los productos químicos tóxicos podrán evitarse o reducirse drásticamente sus efectos nocivos sobre el equilibrio ecológico y en la salud humana.

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES (COV)

• Son los naturales:• Isopreno• Limoneno• Pineno.

BIOGENICOS

• Son provocados a la evaporación de disolventes orgánicos, quema de combustibles, provocados por fuentes móviles y fijas.

ANTROPOGENICOS

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES (COV)

Pineno: Se encuentra en aceites de coníferas y aceites esenciales.

Limoneno: Sustancia natural que se extrae del aceite de las cascaras de los cítricos y que da un color característico a las naranjas y a los limones.

Isopreno: A temperatura ambiente es un líquido incoloro muy volátil, debido a su bajo punto de ebullición y altamente inflamable, en la industria se utiliza en la producción del hule.

CLASIFICACIÓN QUÍMICA Y USOS

Las principales aplicaciones industriales de los COV son:

Síntesis química, como intermediarios para la obtención de plásticos, adhesivos, pinturas, colorantes, pigmentos, tintas, barnices, lacas, resinas, fibras, hules, etc.

Formulación de adelgazadores thinners.

Desengrasantes y limpiadores de metales.

Extracción de aceites, grasas y materiales medicinales a partir de plantas.

Limpieza en seco en tintorerías, limpieza de micropartes en la industria electroquímica, en laboratorios como estándares analíticos y formulación de plaguicidas.

FUENTES DE EMISIONES DE COVUna de las principales fuentes de emisión de compuestos orgánicos volátiles es la quema de combustibles fósiles tales, como gasolina, carbón o gas natural; así como también la comercialización de combustibles y su almacenamiento en tanques de almacenamiento, la extracción y refinación de petróleo, y la limpieza en seco. También se pueden emitir compuestos orgánicos volátiles durante el uso de solventes en la limpieza y desengrase en algunos sectores industriales, cuando se fabrican productos base solventes o bien cuando se utilizan productos que contengan solventes como pinturas, adhesivos, tintas, barnices, lacas, etc.

Los COV que se encuentran con mayor presencia en la atmosfera son: alcanos, alquenos, alquinos, aldehídos, cetonas, isopreno, monoterpenos, hidrocarburos aromáticos monociclicos (principalmente benceno, tolueno, xilenos) y derivados alquidálicos y clorados de toxicidad conocida.

Sus emisiones en áreas urbanas son significativas, principalmente debido al tráfico rodado (se han identificado más de 850 hidrocarburos en el vapor en contacto con gasolina y 300 hidrocarburos en los gases de escapes de vehículos), pero también a actividades industriales y comerciales.

Clasificación Familia Ejemplos

Orgánicos

Hidrocarburos aromáticos Benceno, tolueno, xilenos, cumeno, etilbenceno

Hidrocarburos alifáticos Pentano, hexano, heptano

Hidrocarburos alicíclicosCiclohexano, metilciclohexano, terpenos (trementina), pinenos

Hidrocarburos halogenados Tricloroetileno, percloroetileno, tetracloruro de carbono

Alcoholes Metanol, etanol, isopropanolGlicoles Etilenglicol, propilenglicol, dietilenglicolCetonas Acetona, metiletilcetonaÉsteres Acetato de etilo, acetato de metilo, acetato de isopropilo

Ésteres de ácidos grasos Ésteres de aceite de coco, ésteres de aceite de colza

Éteres Éter etílico, THF, isopropil éter, dioxano

Éteres de glicolÉter monoetílico de etilenglicol (cellosolve),éter monometílico de etilenglicol (metilcellosolve)

Terpenos a-pineno, d-limonenoÁcidos orgánicos Ácido acético, ácido oxálicoOtros Disulfuro de carbono, óxido de estirenoMezclas complejas decomposición variable

Disolvente Stoddard, gasolina, White spirit, naftas

InorgánicosÁlcalis Hidróxido sódico, carbonato sódico, fosfato sódico, amoníaco

Ácidos mineralesÁcido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido nítrico

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES (COV)

CONTRIBUCIÓN PORCENTUAL DE LAS CATEGORÍAS QUE CONFORMAN EL USO DE SOLVENTES

Consumo de solventes de la Zona Metropolitana del Valle de México 2008

EMISIONES DE COV DERIVADAS DEL CONSUMO DE SOLVENTES POR SUBSECTOR DE LA INDUSTRIA MANUFACTURERA

Consumo de solventes de la Zona Metropolitana del Valle de México 2008

FUENTES DE ÁREA POR IMPORTANCIA EN LA EMISIÓN DE COV

Consumo de solventes de la Zona Metropolitana del Valle de México 2008

EFECTOS DE LOS COV EN EL MEDIO AMBIENTE

• Son nocivos sobre la salud humana por su toxicidad.• Nocivos sobre el medio como desperfectos sobre

materiales.• Efectos sobre los ecosistemas naturales como en la

actividad fotosintética y sensibilidad en plantas.

DIRECTOS

• Formación de oxidantes fotoquímicos troposféricos .• Smog fotoquímico .• Efecto de invernadero.

INDIRECTOS

EFECTOS DE LOS COV EN EL MEDIO AMBIENTE

La mayoría de los COV son peligrosos contaminantes del aire. Cuando se mezclan con NOx, reaccionan para formar ozono, en el nivel de suelo o smog. Este termino se usa para designar la contaminación atmosférica que se produce en algunas ciudades como resultado de la combinación de unas determinadas circunstancias climatológicas y unos concretos contaminantes.

EFECTOS DE LOS COV EN EL MEDIO AMBIENTE

Hay dos tipos de smog los cuales son:

SMOG INDUSTRIAL. Se formaba en ciudades muy grandes donde quemaban grandes cantidades y carbón con contenido de azufre, en instalaciones industriales y calefacciones.

SMOG FOTOQUIMICO. Mezcla de contaminantes de origen primario (NOx y COV) con otros secundarios (ozono, peroxiacilo, etc.) que se forman por reacciones producidas por la luz al incidir sobre los primeros. Esta mezcla oscurece la atmósfera dejando un aire teñido de color marrón rojizo cargado de componentes perjudiciales. En lugares con clima seco, cálido y soleado. El verano es la peor estación se produce la inversión térmica.

EFECTOS DE LOS COV EN EL MEDIO AMBIENTE

EFECTOS DE LOS COV EN EL MEDIO AMBIENTE

Durante el día el dióxido de nitrógeno se disocia en monóxido de nitrógeno y radicales oxígeno: NO2 + hν → NO + O·

El O· se combina con oxígeno molecular generando ozono: O· + O2 → O3

Pero en presencia de COV, éstos se transforman en radicales peroxi que a su vez oxidan al NO:ROO· + NO → RO· + NO2

En ausencia de COV este ozono oxida al monóxido de nitrógeno de la etapa anterior: O3 + NO → O2 + NO2

De esta forma el NO no está disponible para reaccionar con el ozono y éste se acumula en la atmósfera.

Durante la noche los radicales OH· pueden reaccionar con el NO dando ácido nitroso, que se disocia en presencia de luz, pero es estable durante la noche.OH· + NO → HONOHONO + hν → OH· + NO

EFECTOS DE LOS COV EN EL MEDIO AMBIENTE

POTENCIACIÓN DEL EFECTO DE INVERNADERO GLOBAL. Si los COV que se acumulan en la troposfera tienen la capacidad de absorber radiación infrarroja terrestre o solar pueden potenciar el efecto de invernadero. Algunos compuestos carecen de dicha capacidad, pero pueden modificar las distribuciones globales de otros gases que si las poseen.

ACUMULACIÓN Y PERSISTENCIA EN EL AMBIENTE. Algunos COV, especialmente los de alto peso molecular, superan los procesos de oxidación y se vuelven persistentes, siendo absorbidos sobre partículas y transportados a largas distancias.

NORMATIVIDAD DE LOS COV

NADF-011-AMBT-2007 Que establece los límites máximos permisibles de emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles en fuentes fijas de jurisdicción del Distrito Federal que utilizan solventes orgánicos o productos que los contienen.

CONCENTRACIONES

CONCENTRACIONES NOM-021-ECOL-1997 Que establece los límites máximos permisibles de emisión a la atmósfera de compuestos orgánicos volátiles (COV) provenientes de las operaciones de recubrimiento de carrocerías nuevas en planta de automóviles, unidades de uso múltiple, de pasajeros y utilitarios; carga y camiones ligeros, así como el método para calcular sus emisiones

CONCENTRACIONES

NOM-123-SEMARNAT-1998 que establece el contenido máximo permisible de compuestos orgánicos volátiles (COV), en la fabricación de pinturas de secado al aire base disolvente para uso doméstico y los procedimientos para la determinación del contenido de los mismos en pintura y recubrimiento.

CONCENTRACIONES

EFECTOS DE LOS COV EN LA SALUD (RUTAS DE EXPOSICIÓN DEL ORGANISMO)

EFECTOS DE LOS COV EN LA SALUD (DAÑOS A CORTO PLAZO)

EFECTOS DE LOS COV EN LA SALUD (EFECTOS CRÓNICOS)

CONTROL DE EMISIONES DE COV•Oxidación térmica. es uno de los métodos de control de emisiones más frecuentemente utilizados cuando la concentración de vapores orgánicos es generalmente 50% menor al límite inferior de explosividad.

CONTROL DE EMISIONES DE COV

•Oxidación catalítica. es uno de los métodos de control de emisiones más frecuentemente utilizados cuando la concentración de vapores orgánicos es generalmente 50% menor al límite inferior de explosividad.

CONTROL DE EMISIONES DE COV•Adsorción. donde las moléculas de COV son removidas de la corriente gaseosa al transferirse a la superficie sólida del adsorbente.

CONTROL DE EMISIONES DE COV

•Absorción. son métodos de transferencia de masa desde la corriente de aire que contiene la carga de COV hasta un líquido absorbente, impulsados por un gradiente de concentración.

CONTROL DE EMISIONES DE COV

•Biodegradación. Con la utilización de microorganismos.

SUSTITUCIÓN DE SOLVENTES

Etapas del proceso de sustitución

Etapa 1. Identificación del problema

Etapa 2. Establecer criterios de sustitución

Etapa 3. Búsqueda de alternativas

Etapa 4. Evaluación de las alternativas

Etapa 5. Experiencia piloto ¿sirve la alternativa?

Etapa 6. Implementación y seguimientoProceso de producción Disolventes orgánicos Alternativas de sustitución

311 Industria Alimentaria

Limpieza de equipo con surfactantes

Butilenglicol, propilenglicol, etanol.

1 Surfactantes en emulsión salina. 2 Otros tipos de surfactantes.

Extracción de aceites vegetales

N-Hexano Extracción sobre el punto crítico con Dióxido de carbono.

REACTIVIDAD DE LOS SOLVENTES PARA LA FORMACIÓN DE OZONO

Uno de los criterios que permite seleccionar un solvente menos contaminante, es el concepto de Reactividad Incremental (Carter, 1994), que define la capacidad del solvente de formar ozono (g O3 / g COV). Este valor nos permite comparar diferentes solventes a fin de elegir el menos reactivo. A continuación se muestra una tabla con los solventes de mayor reactividad, a fin de identificarlos y evitarlos en medida de lo posible.

Solvente orgánico MRI Consumo ton/año

Xileno 7.70 10,694

Acetaldehído 6.46 11,479Tolueno 3.93 16,158Metil Isobutil Cetona 3.78 5Cellosolve 3.60 483Thinner 3.33 5,063Propilenglicol 2.50 3,301Alcohol Butílico 2.22 2,090

Solventes con mayor reactividad y su consumo en la ZMVM

REACTIVIDAD DE LOS SOLVENTES PARA LA FORMACIÓN DE OZONO

AMBIENTE LABORALEl ambiente laboral ante condiciones de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debe ser seguro, ya que como se ha mencionado estos compuestos son dañinos para la salud de los trabajadores y para el medio ambiente.

Para mantener un ambiente laboral digno de los trabajadores , se necesita concientizar al personal para que use su equipo de protección correspondiente, y que la empresa cuente con ventilación adecuada, o bien el uso de tecnologías de control, dichas tecnologías tendrán dos objetivos, el primero es el de disminuir emisiones de COV y el de brindar un buen ambiente de trabajo.

ESTIMACIÓN DE EMISIONES DE COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILESEN CARPINTERIAS Y CARROCERÍAS

Se realizó un estudio para estimar las emisiones a la atmósfera de Compuestos Orgánicos Volátiles, que producen las carpinterías y carrocerías de la Ciudad de Mexicali B.C. este tipo de empresas utilizan cantidades considerables de selladores, pinturas, tintas y solventes que durante su aplicación liberan cantidades considerables de Tolueno y Benceno que están dentro de los primeros diez compuestos orgánicos más reactivos.

El presente estudio forma parte del proyecto binacional México-Estados Unidos para mejorar la calidad del aire en la frontera . La metodología es la aprobada por la EPA y las concentraciones de los contaminantes fueron determinados por cromatografía de gases.

ESTIMACIÓN DE EMISIONES DE COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILESEN CARPINTERIAS Y CARROCERÍAS

Los aumentos en la concentración de ozono, registrados en la ciudad de Mexicali, demuestran que en algunos días del año, se rebasan los niveles máximos permisibles establecidos en la NOM-020-SSA1-1993 (0.11 ppm en 1 hora). Desde 1982, se están registrando niveles de ozono hasta de 0.19 ppm.

Los resultados del proyecto, revelan que esta situación está directamente relacionado con el incremento en las emisiones de COV, generados por los sectores industriales y de servicios. Si analizamos, los diferentes grados de reactividad de los COV para producir ozono troposférico, vemos que existen 25 COV con alta reactividad. La emisión de COV en Mexicali está provocando la generación de ozono troposférico, los procesos más significativos, generan tolueno y benceno, y están dentro de los primeros compuestos orgánicos más reactivos.

ESTADÍSTICA DE EMISIONES DE COV DE LA CIUDAD DE MEXICALI

EQUIPOS DE MONITOREOLa identificación y cuantificación de los COV en el aire puede hacerse mediante dos tipos de técnicas diferentes.

Consiste en recolectar muestras puntuales de aire cuya composición química se determina posteriormente en el laboratorio.

El otro tipo utiliza métodos espectroscópicos y permite el monitoreo continuo o semi-continuo de algunos COV seleccionados, tal es el caso del instrumento conocido como DOAS por su siglas de Differential Optical Absorption Spectroscopy).

Ambos tipos de técnicas de muestreo, puntuales y espectroscopicos, se han empleado para la determinación de COV en la ZMVM

EQUIPOS DE MONITOREO

ANÁLISIS DE COV

Las técnicas más utilizadas para análisis de COV en aire ambiente, se basan actualmente en cromatografía de gases, principalmente por tratarse de instrumentación analítica muy especializada, con capacidad multicomponente, alta sensibilidad y resolución.

Las medidas no son sencillas debido a la dificultad para especiar mezclas complejas de COV, como son las presentes en aire ambiente, que proceden de diversas fuentes de emisión antropogénicas y naturales, y sus productos de oxidación atmosférica.

ANÁLISIS DE COV

Los cromatógrafos de gases automáticos, son muy adecuados para establecer los patrones de evolución temporal de concentraciones de los COV y determinar sus valores máximos y promedios durante períodos de medida extensos. La principal ventaja de la cromatografía de gases como método instrumental es que permite la separación de especies químicas estrechamente relacionadas.

Para la identificación de las especies separadas, el detector habitualmente utilizado es un FID, muy apropiado para el análisis de muestras ambiente ya que trabaja con un rango amplio de compuestos orgánicos.

ANÁLISIS DE COV

ESTACIONES DE MONITOREO DE COV

ESTACIONES DE MONITOREO DE COV