MK-2 Kiln Antecedentes y Teoría - RED DE … · molde Cargando Descargo Quema del horno Mano de...
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MK-2 Kiln Antecedentes y Teoría
Robert O. Márquez, PhD.
Afiliado a la Facultad NMSU
Presidente PublicUs, CDC
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Los ladrilleros están conectados a la tierra a través del agua, aire, fuego y tierra
La mano de obra de los ladrilleros y el fuego unidos son componentes que crean un producto útil.
Producto listo a la venta
Selección
de Material, Abastecimiento y Transporte
Mezcla para
hacer los bloques Batter
Mano de
obra
Arcilla Arena
Combustible Agua
Moldeado
de los bloques
Desmolde
y pre-secado al sol
1 srost bloques
Rotación y secado al sol
almacenamiento y secado al sol
molde
Cargando
Quema del horno Descargo
Mano de
obra
Mano de
obra
Mano de
obra
Mano de
obra
Mano de
obra
Mano de
obra
Mano de
obra
Mano de
obra
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Personas económicamente limitadas (PEL)-No hay derroche en la gestión restringida o limitada de recursos
PEL suelen tener: Poca o ninguna educación formal Pocos o limitados recursos Cantidad muy pequeña o nula
de los recursos financieros Su contribución a la sociedad: el
conocimiento, las habilidades, el corazón (su voluntad de vivir con dignidad), el trabajo duro, los productos y el uso productivo de residuos de la sociedad.
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Productos de cerámica cocidos
Ladrillos
Azulejos (de piso y techo)
Utensilios de cocina
Piezas artísticas
Filtros de agua (el futuro)
http://www.pottersforpeace.org/
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Costo de elaboración de los
ladrillos(EPDN basin) (Estudio realizado por Alan Blackman et. al., 2000, Resources For The Future, Washington, D.C.)
Impacto (No. Casos)
Mortalidad
Ingresos hospitalarios (respiratorio)
Visitas a la sala de emergencia
Síntomas respiratorios diarios
Días de actividad restringida
Ataques de asma
Bronquitis crónica infantil
Tos crónica infantil
Casos de adultos con bronquitis
Costo impacto ($ millones)
Cd.Juarez
37
726
1,681
1,100,000
392,400
122,500
4,584
5,284
261
$53-152
El Paso
4
69
159
121,400
37,130
11,590
326
375
29
$15
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La contaminación del aire de los antiguos hornos de ladrillos es un problema mundial
Los sitios web en todo el mundo de los hornos de ladrillos (circa 2000):
Bolivia- http://www.sci.se/red/red9508d.html
Nepal-
http://www.worldbank.org/extdr/extme/1337.html
India- http://www.the-week.com/98may03/life1.htm
Pakistan- http://www.infoasis.com/people/stevetwt
/Life_Death_ThirdWorld/bondagePakistan_TF.html
Tanzania- http://www2.sci.se/sei/seiweb.nsf/
2d9d3ff…91365704a6c125ee003d9ef8?OpenDocument
"Una reducción del 25 por ciento de las emisiones de los hornos de ladrillo podría llevar a reducir en un 15% menos la contaminación, evitar las muertes prematuras al año, 274.000 menos días de actividad restringida y un ahorro de Rs. 37 millones en costos anuales relacionados con la contaminación que dañan la salud ", dice Jitendra Shah, del Banco Mundial, Ingeniero Ambiental, Asia y el Medio Ambiente División de Recursos Naturales y Editor del Informe URBAIR Valle de Katmandú “.
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Meta:
La contaminación del aire producida por los hornos de ladrillos se ve disminuida por la "tecnología apropiada"
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Soluciones tecnológicas adecuadas para comunidades de escasos recursos
Solución debe venir de la comunidad ladrillero(arcillas, arena, agua, calor y trabajo son los únicos recursos).
Costo mínimo para hacer y usar.
No se debe cambiar el proceso de la fabricación de ladrillos demasiado drástico.
Ladrilleros toman posesión dela solución
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Qué sucede durante la quema?
En un proceso de combustión completo:
Combustible (hidrocarbono) + O2 + Correcta temperatura → CO2 + H2O + exceso de energía
(calor)
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Combustión incompleta =>hollín => = HAP (hidrocarburos aromáticos)
HAP se funden anillos de benceno.
Aromaticidad significa estabilidad debido a la deslocalización de electrones.
Se entiende por estabilidad persistente en el medio ambiente.
Benceno
Molécula
Electron Densidad
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Los HAP son carcinógenos o se sospecha que sean cancerígenos
Imagen de la izquierda es el ADN.
Derecho es el ADN con Metabolito BaP (benzo (a) pireno es un carcinógeno conocido HAP).
HAP w / "Región Bay"
Foto cortesía de Efectos sobre la salud de laboratorio USEPA, RTP, NC
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Contaminantes
derivados de una
combustión incompleta
Naphthalene Benzene Carbon Monoxide
C O = : : =
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Qué se puede hacer?
Una mejor combustión (preventiva)
Filtración
La destrucción de contaminantes
Otros (por ejemplo, la catálisis, etc)
Datos sobre la destrucción de las dioxinas en la planta a alta temperatura del horno rotativo de incineración, diseñados y fabricados por BIC SISTEMAS BIC SISTEMAS SA, Jean Vandewalle, Presidente, www.bic.be
La destrucción de las dioxinas. Debido a su extrema estabilidad, las dioxinas pueden ser TOTALMENTE DESTRUIDAS por: -temperatura alta homogénea (> 850 ° C) -exceso de oxígeno (> 6%) residencia-tiempo suficiente a temperatura alta (> 2segundos) En cualquier otro caso, las moléculas de dioxinas tienden a "crack" en los más pequeños, pero reactiva, que la reforma en las moléculas de dioxinas nuevos, especialmente en la presencia de metales pesados, actuando como catalizadores. (Reforma y "de novo"formación).
Captura de las dioxinas. Las dioxinas, ya que la mayoría de moléculas orgánicas complejas, absorben en parte o completamente en ciertas superficies porosas, como(sinterizada) partículas de polvo, arrastrado por los gases de combustión o más específicamente en adsorbentes, de los cuales el más conocido (y más utilizado), es el carbón activado . Adsorbentes no destruyen en modo alguno a la captura de dioxinas. Ellas simplemente corrigen, a la espera de procesamiento posterior (destrucción por la combustión completa)
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Las dioxinas, los PCB, furanos, Tecnologías de la HAP destrucción
Polychlorodibenzo-p-dioxin and Polychlorodibenzo-furan Removal and Destruction
Stavan Patel, Michael D. Kaminski, and Luis Nuñez Argonne National Laboratory Argonne, IL 60439 USA
3.1 HISTORIC AND TRADITIONAL TREATMENT TECHNOLOGIES Landfill Cap System and Deep Well Injection: Most common forms of remediation technologies. Used to cover buried waste materials and to prevent contact with the environment, and to effectively manage human and ecological risks
associated with a remediation site (Rahuman et al. 2000).
High-Temperature Incineration: High-temperature (870-1200°C) destructive method for exsitu treatment of polluted soil. Soil is fed into an incinerator under high temperature and in the presence of oxygen, and contaminants are volatized and combusted into innocuous substances. Destruction efficiencies of 99.9999% have been achieved (Rahuman et al. 2000).
Clement Kilns: At very high temperatures, the highly alkaline conditions in a Cement kiln are ideal for decomposing chlorinated organic waste. When operated properly, destruction of chlorinated compounds in Clement kilns can be >99.0% complete with no adverse effect on the quality of the exhaust gas (Benestad 1989).
APEG Plus (glycolate dehalogenation): (Tundo et al. 1985). 3.2 EMERGING AND INNOVATIVE TECHNOLOGIES Oxidation using Fenton’s Reagent: (Kao 1999). Dechlorination using Calcium Hydroxide: (Webber et al. 2002). Hydrochlorination of Chlorinated Aromatic Environmental Pollutants to Alicyclic Compounds: (Ghattas et al. 2003). Removal by Sorption Method using Polydimethylsiloxane Membranes: (Yoon et al. 2003). Decomposition using Vanadium Catalyst: (Cho and Ihm 2002). Supercritical Oxidation: (Environment Australia1997). Electrochemical Oxidation: (Rahuman et al. 2000). Solvated Electron Technology: (Rahuman et al. 2000). Base-Catalyzed Decomposition: (Rahuman et al. 2000). Molten Metal Pyrolysis: (Chanenchuk et al. 1994). Molten Salt Oxidation: (Schwinkendorf et al. 1995, National Research Council 1993). Plasma Arc: (Environment Australia 1997). Ultrasonic Technology: (Argonne National Laboratory 1997). Advanced Oxidative Process: (OswegoEnvironmental Research Center 1996).
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MK Horno
Las temperaturas en la cámara de combustión pueden llegar fácilmente a más de 1000C Bajo los ladrillos a más de 850C
Un montón de oxigeno puede ser alimentado en la cámara (equilibrio con calentamiento de aire adicional)
El aire es 77% nitrógeno, 21% de oxígeno, 2% otros
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Arcillas, la respuesta para el filtrado?
Capas
Grandes áreas de superficie
Catalíticos y sitios ácidos
Cationes intercambiables (materiales modificable)
Tamaños de poros definido
Clay Structural Layers
Exchangable cations
“Hydrateable”
Exfoliatation
of Clay Layers
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¿Puede la carga de la arcilla utilizarse para inducir un dipolo?
Toma ventaja de la carga en la arcilla y - nubes de electrones sobre los HAP por la unión
+
+
+
+
+
+
+
-
-
Clay with
Localized
Charges
PAH – PAH Binding
Induced Dipoles
+
-
-
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Sin purificar ladrillo de arcilla utilizado para eliminar el hollín (1er experimento, 1995)
Las arcillas son absorbentes fuertes Abundante, barato,
ya se utiliza en el proceso
Inerte y seguro
Moldeable (fácil de trabajar)
Material reciclable
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Arcillas absorben hollín (HAP)
Arcillas y Suelos llegan a ser físicamente más oscuro
La extracción de arcillas cambian de color (claro a amarillo)
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Utilice - nube de electrones para la detección (fluorescencia
)
HAP Fluorescente
Las arcillas antes y después del encuentro con horno de efluentes
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La medición de las interacciones gas-sólido utilizando CIG (inversa cromatografía de gases)
Dilución infinita =
adsorbato / adsorbente interacción solamente.
Solid Packing
Material (e.g. Clays)
Solid Packing
Material (e.g. Clays)
Gas Analyte and solid
material interactions
Benzene gas
moleculesCarrier gas
(Helium)
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COLUMN
DETECTOR
FID
TEMPERATURA BAROMETRO
PRESSURE
Po
HELIUM
He
PRESION
Pi
CROMATOGRAFÍA DE GASES INVERSA [dilución infinita cromatografía]
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Composición de una mezcla de ladrilloELP
Después de 100 ml de suspensión y secado
30/80 =. 375 o el 37,5% de arena
26/80 =. 325 o 32,5% limo
24/80 =. 300 o 30% de arcilla
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Disolución infinita cromatografía cromatografía inversa de gas-IDC-
CIG Matriz Experimental
Non-
aromatic
Not Possible
on ½ cm
column
Cis-Decalin Trans-Decalin
Not TestedBottom
Fraction
Brick
Mix
(Sand) Aromatic
Not Possible
on ½ cm
column
Naphthalene Naphthalene Anthracene
Not Tested
Non-
aromatic
Cyclohexane Cis-Decalin Trans-Decalin
Not TestedTop
Fraction
Brick
Mix
(Clay)Aromatic
Benzene Naphthalene Naphthalene Anthracene
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CIG comparaciones fracción de arena
-21.8 -21.2 -22.2
-51.7
-47.5
-50.8
-67.5
-59.3
-64.6
-80.0
-70.0
-60.0
-50.0
-40.0
-30.0
-20.0
-10.0
0.0
Na
ph
thale
ne
Tra
ns
-de
ca
lin
Cis
-de
ca
lin
Ad
so
rbti
on
En
erg
y V
alu
es
of
Bri
ck
Sa
nd
Organic Compound
Brick Sand Binding to 2-Ring Hydrocarbon Compounds(Entropy scaled changed)
DG (kJ/mol)
DH (kJ/mol)
DS (J/mol*K)
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CIG comparaciones fracción arcilla
Brick Clay Binding to 2-Ring Hydrocarbon Compounds(Entropy scale changed)
-32.7 -32.6 -33.3
-67.3
-51.3
-56.0
-78.1
-42.3
-51.4
-80.0
-70.0
-60.0
-50.0
-40.0
-30.0
-20.0
-10.0
0.0
Na
ph
tha
len
e
Tra
ns
-
de
ca
lin
Cis
-de
ca
lin
Organic Compound
Ad
so
rptio
n E
nerg
y V
alu
es
of B
rick
Cla
y
DG (kJ/mol)
DH (kJ/mol)
DS (J/mol*K)
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Tendencias en las moléculas, enlace de energías en el ladrillo de arcilla
Brick Clay Binding to Hydrocarbon Compounds(Entropy scale changed)
-28.1
-32.7 -33.7
-26.7
-32.6 -33.3
-39.5
-67.3
-86.1
-37.0
-51.3
-56.0
-25.7
-78.1
-118.2
-23.1
-42.3
-51.4
-120.0
-100.0
-80.0
-60.0
-40.0
-20.0
0.0
Ben
zen
e
Nap
hth
ale
ne
An
thra
cen
e
Cyclo
hexan
e
Tra
ns-
decalin
Cis
-decalin
Organic Compound
Ad
so
rbti
on
En
erg
y V
alu
es
of
Bri
ck
Cla
y
Gibbs'FreeEnergy(kJ/mol)
Enthalpy(kJ/mol)
Entropy(J/mol-K)
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Resultados de la CIG
Moléculas aromáticas más que los no aromáticos se unen a las arcillas
Cargo arcilla inducida por causas dipolo mayor adsorción de los HAP!
La fracción arcilla se une a más de fracción de arena (no puede medir el benceno o ciclohexano tiempos de retención en la arena)
El área de la superficie es importante para la absorción de todos los compuestos.
Tendencias termodinámica son importantes para predecir la adsorción de los HAP.
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MK-2 un diseño practico- una cúpula de ladrillos de adobe y la filtración (Circa 1997)
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MK-3 diseño del horno (Hacia junio de 1999; optimización de caudal de los efluentes de gas, aproximadamente , ~ 1 kg /quemado)
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MK-3 resultados; 1.5m/seg velocidad del
gas ==> 0.8m/seg, ~ 1 kg/quemar las partículas (medida)
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MK-4 (Circa Agosto 2000) (Dibujo cortesía de Luis Ávila, NMSU Clays Lab)
Concepto para MK para una comunidad ladrillera
NMSU Chemistry & Biochemistry Department
MK-04
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MK-2 seleccionado como el diseño más eficiente para los ladrilleros de Ciudad Juárez
Los anteriores hornos circulares se pueden modificar fácilmente
Industria ferozmente competitiva (participación limitada de los recursos, no MK-4, etc.)
Diseño simple de construir y entender, la imagen del espejo, sistema completamente reversibles
~ 4-5 K Tabiques /horno o de 8-10K bloques pequeños
10-12hrs/quemando vs. 18-24 hrs antes 1,5 toneladas de madera frente
a 4.5 toneladas anteriores
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Un proceso de solución sostenible es:
Visualizar los resultados positivos y la belleza
Construir relaciones sólidas y de confianza (compartir una comida)
Utilice el talento local, los materiales y soluciones
El orgullo de la propiedad se refleja a través del arte
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Agradecimientos
Courtesy of Michael Kiernan,
NMSU, 2001
SMA Ecología, SCERP, USEPA, FEMAP, SEMARNAT, PROFEPA, TCEQ, EPEC, USDOE, LANL, ASL, NPR, US Smithsonian Folk Life Festival
NMSU and UACJ (Dr.Antonio Lara, Dr. C. Bruce, and Dra. A.Y. Corral)
Chevron Corp. PublicUs, CDC Instituto Tierra y Cal (Jim Hallock, Jeff Rottler, Laura Rottler, etc.)
CATIS (Birambye, CEDESA, ISF, Tierra y Cal)
Ing. Luis Ávila, los voluntarios, los creyentes Don Enrique Chávez y la "Ladrilleros" por el
privilegio, la oportunidad, la solidaridad y el apoyo