Nuevas Tecnologías en el Control de la Calidad de AireMeylin Terrel Gutierrez, M.Sc. Meylin Terrel Gutierrez, M.Sc.

Institute fInstitute füür Siedlungswasserbau, Wassergr Siedlungswasserbau, Wassergüütete-- und und Abfallwirtsschaft (ISWA)Abfallwirtsschaft (ISWA)

Instituto de IngenierInstituto de Ingenieríía Ambientala Ambiental

Dep. TecnolDep. Tecnolóógico y Analgico y Analíítico de tico de Control de PoluciControl de Polucióón de Airen de AireUniversidad de StuttgartUniversidad de StuttgartAlemaniaAlemania

Lima, 24 de Marzo del 2007Lima, 24 de Marzo del 2007

ALEMANIAALEMANIA

Las Interrogantes del Cambio Climático

?

Fuente: Deutsche Welle

Acciones

Frenar el cambio climFrenar el cambio climáático tico

Estar preparados para las consecuenciasEstar preparados para las consecuencias

- uso del potencial genético de las plantas

- Tecnología Limpia en el sector transporte, industria y los hogares.

Fuente: DIW

“Milagro Económico Alemán”

Centrales elCentrales elééctricasctricasde carbde carbóónn

Fuente: WWF, 2005

La central de Frimmersdorf, Alemania, entre las cinco más contaminantes de Europa.

Según el WWF, la sustitución del carbón por el gas supondría en 2030 un 47,8 por ciento más de cielo libre de CO2.

Factor Energético

La dependencia alemana a los suministros de La dependencia alemana a los suministros de gas rusos la hace particularmente vulnerablegas rusos la hace particularmente vulnerable

Los gasoductos deLos gasoductos deGaspromGasprom pasan por pasan por territorio territorio bielorusobieloruso

Fuente: Deutsche Welle

Nuevas Tecnologías

BioBio--combustible combustible

AutomAutomóóviles "hviles "hííbridos"bridos"

Fuente: KWB

Energías Renovables

EnergEnergíía Solara SolarEnergEnergíía Ea EóólicalicaBiogBiogáássNuevas plantas atNuevas plantas atóómicasmicasReactores termonuclearesReactores termonucleares

Premios Europeos a la Energía Solar

Ale

Proyecto hProyecto húúngarongaro--alemalemáánnSolanovaSolanova

HeliotropHeliotrop, casa solar , casa solar

Fuente: Eurosolar

Programas Preventivos

AGUAAGUAEscasez de aguaEscasez de agua

Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB)

Proyecto de enriquecimiento de aguas profundas

Fuente: KWB

Cooperación Alemana

OXIGENOOXIGENO

El Amazonas en peligroEl Amazonas en peligro

Tala indiscriminadaTala indiscriminada

Alemania financia proyectos de la OTCA en la región amazónica

Fuente: BMZ

Fuentes de Información:Instituto Instituto MaxMax PlanckPlanck de Meteorologde Meteorologíía con sede en Hamburgoa con sede en HamburgoInstituto de Investigaciones EconInstituto de Investigaciones Econóómicas de la ciudad alemana de micas de la ciudad alemana de KielKielInstituto Instituto AlfredAlfred WegenerWegener para el Estudio de los Polos y los Mares con para el Estudio de los Polos y los Mares con sede en la ciudad alemana de sede en la ciudad alemana de BremerhavenBremerhavenInstituto AlemInstituto Alemáán de Investigacin de Investigacióón Econn Econóómica (DIW)mica (DIW)Instituto de investigaciInstituto de investigacióón de las consecuencias climn de las consecuencias climááticas, en ticas, en PotsdamPotsdamMinisterio Federal de CooperaciMinisterio Federal de Cooperacióón y Desarrollo (BMZ)n y Desarrollo (BMZ)Ministerio de EducaciMinisterio de Educacióón e Investigacin e Investigacióón alemn alemáánnConsejo Mundial del ClimaConsejo Mundial del ClimaConsejo Europeo de EnergConsejo Europeo de Energíías Renovablesas RenovablesCentro de Transferencia TecnolCentro de Transferencia Tecnolóógica (TTZ) de gica (TTZ) de BremerhavenBremerhavenOrganizaciOrganizacióón ambientalista internacional World n ambientalista internacional World WildlifeWildlife FundFund (WWF)(WWF)OrganizaciOrganizacióón pron pro--medioambiente medioambiente GreenpeaceGreenpeace y y ERECERECConfederaciConfederacióón de la Industria Energn de la Industria Energéética y Medioambiental (BDH)tica y Medioambiental (BDH)OrganizaciOrganizacióón alemana para el Medio ambiente, n alemana para el Medio ambiente, DeutscheDeutsche UmwelthilfeUmwelthilfeOrganizaciOrganizacióón del Tratado de Cooperacin del Tratado de Cooperacióón Amazn Amazóónica (OTCA)nica (OTCA)

Nuevas Tecnologías en el Control de la Calidad de AireMeylin Terrel Gutierrez, M.Sc. Meylin Terrel Gutierrez, M.Sc.

Institute fInstitute füür Siedlungswasserbau, Wassergr Siedlungswasserbau, Wassergüütete-- und und Abfallwirtsschaft (ISWA)Abfallwirtsschaft (ISWA)

Instituto de IngenierInstituto de Ingenieríía Ambientala Ambiental

Dep. TecnolDep. Tecnolóógico y Analgico y Analíítico de tico de Control de PoluciControl de Polucióón de Airen de AireUniversidad de StuttgartUniversidad de StuttgartAlemaniaAlemania

Lima, 24 de Marzo del 2007Lima, 24 de Marzo del 2007

Contenido

DefiniciDefinicióón del Probleman del ProblemaMotivaciMotivacióónnTTéérminos relevantesrminos relevantesEstado de Arte tecnolEstado de Arte tecnolóógico: gico: Monitoreo/Tratamiento de emisiones Monitoreo/Tratamiento de emisiones gaseosasgaseosasNuevas tecnologNuevas tecnologííasas

Definición del problema

La contaminaciLa contaminacióón del aire constituye uno de n del aire constituye uno de los principales impactos de la urbanizacilos principales impactos de la urbanizacióón. n. En Europa, mEn Europa, máás del 70% de la poblacis del 70% de la poblacióón n vive en vive en ááreas urbanas, por lo que el control reas urbanas, por lo que el control de la calidad del aire supone uno de los de la calidad del aire supone uno de los principales motivos de preocupaciprincipales motivos de preocupacióón n medioambiental. medioambiental.

Motivación““Aunque la calidad del aire ha mejorado, queda todavAunque la calidad del aire ha mejorado, queda todavíía a

mucho por hacermucho por hacer…”…”Por ejemplo, respecto a aquellos contaminantes Por ejemplo, respecto a aquellos contaminantes cancercanceríígenos como el benceno, las partgenos como el benceno, las partíículas finas y ultraculas finas y ultra--finas y algunos compuestos orgfinas y algunos compuestos orgáánicos volnicos voláátiles producidos tiles producidos por el ser humano son actualmente causa de serias por el ser humano son actualmente causa de serias preocupaciones. Aunque las investigaciones ya estpreocupaciones. Aunque las investigaciones ya estáán en n en marcha, el conocimiento sobre estos temas se encuentra en marcha, el conocimiento sobre estos temas se encuentra en una etapa inicial. una etapa inicial. Asimismo, la denominada Asimismo, la denominada contaminacicontaminacióón fotoqun fotoquíímicamica, , causada principalmente por el ozono, es un problema causada principalmente por el ozono, es un problema complejo que exige mucha investigacicomplejo que exige mucha investigacióón adicional. n adicional.

Términos relevantes

Contaminación fotoquímica Red de estaciones de monitoreo de la calidad del aireEmisiones gaseosas: Compuestos orgánicos volátiles (COVs), aerosoles, compuestos de relevante olor, material particulado, polvo, etc.

Estado de Arte – Monitoreo (1)

ContaminanteContaminante Principio de operaciPrincipio de operacióónnOzono (O3)Ozono (O3) FotometrFotometríía ( rango a ( rango UV)UV)ÓÓxidos de nitrxidos de nitróógeno (NO, geno (NO, NO2, NO2, NOxNOx))

QuimiluminiscenciaQuimiluminiscencia

DiDióóxido de azufre (SO2)xido de azufre (SO2) Fluorescencia pulsanteFluorescencia pulsanteMonMonóóxido de carbono (CO)xido de carbono (CO) Espectroscopia no dispersivaEspectroscopia no dispersivaPM10 PM10 PM2.5PM2.5

AtenuaciAtenuacióón de radiacin de radiacióón beta n beta Balanza de OscilaciBalanza de Oscilacióón n

ÁÁcido sulfhcido sulfhíídrico (H2S)drico (H2S) Detector de IonizaciDetector de Ionizacióón de n de Flama (FID)Flama (FID)

Estado de Arte – Monitoreo (2)COVCOV‘‘s: FID Portable, GCs: FID Portable, GC--MSMSCompuestos de relevante olor: Compuestos de relevante olor: OlfactOlfactóómetrometro ECOMA T08, ECOMA T08, resultado: concentraciresultado: concentracióón de olor n de olor (OU/m3)(OU/m3)

Estado de Arte- Tratamiento (1)

AdsorciAdsorcióón con carbn con carbóón activadon activadoOxidaciOxidacióón cataln catalíítica tica IncineraciIncineracióón tn téérmicarmicaBiofiltraciBiofiltracióónn

Estado de Arte- Tratamiento (2)

BiofiltrosBiofiltros El proceso de degradación biológica ocurre por oxidación:

Organic Pollutant + O2 CO2 + H2O + Heat + Biomass

Nuevas tecnologías – Monitoreo (1)

SignalProcessing&Display

AimingLaser

LaserDiode

ControlElectronics

Computer

Detector

Detector

CalibrationReferenceCell

RemoteRetro-reflector

Sighting scope

TecnologTecnologíía del lasera del laserTDLAS: TDLAS: Tunable diode laser Tunable diode laser absorptionabsorption spectroscopyspectroscopy

Ventajas del TDLAS (1)

LLíímites de deteccimites de deteccióón( n( presicipresicióónn))

Ventajas del TDLAS (2)

Monitoreo continuoMonitoreo continuo

Nuevas tecnologías – tratamiento (1)

En particular se han investigado En particular se han investigado reactores reactores de plasmade plasma a baja temperatura para remover a baja temperatura para remover toxinas de corrientes gaseosas a presitoxinas de corrientes gaseosas a presióón n atmosfatmosféérica, resultando atractivos debido a rica, resultando atractivos debido a su alta eficiencia para producir radicales su alta eficiencia para producir radicales ququíímicos y agentes oxidantes para micos y agentes oxidantes para promover las reacciones qupromover las reacciones quíímicas. micas.

Nuevas tecnologías – tratamiento (2)

Exhaust gas air purification by Exhaust gas air purification by Pulsed Corona Discharge plasma Pulsed Corona Discharge plasma reactorreactor for the removal of hardlyfor the removal of hardly--biodegradable or nonbiodegradable or non--biodegradable biodegradable contaminants from waste gas by contaminants from waste gas by means of pulsed corona dischargesmeans of pulsed corona discharges

Referencias principales[ 1 ] Barterls, P., 2004: Kompostierung [ 1 ] Barterls, P., 2004: Kompostierung –– Messung und toxikologische Bewertung Messung und toxikologische Bewertung flflüüchtiger organischer Verbindungen (VOC) in der Abluft von Kompostchtiger organischer Verbindungen (VOC) in der Abluft von Kompostieranlagen, ieranlagen, Dissertation, Kiel. Dissertation, Kiel. [ 2 ] [ 2 ] Weber, K.; Weber, K.; RopertzRopertz, A; , A; KuttlerKuttler, W.: Measurement and analysis of the air quality , W.: Measurement and analysis of the air quality within the region of urban green area using optical remote measuwithin the region of urban green area using optical remote measurement techniques, rement techniques, GefahrstoffeGefahrstoffe--ReinhaltungReinhaltung derder LuftLuft 64 (2004), 27164 (2004), 271--279. 279. [ 3 ] VDI[ 3 ] VDI--Richtlinie 3477, 2004: Biologische Abgasreinigung Richtlinie 3477, 2004: Biologische Abgasreinigung –– Biofilter, BeuthBiofilter, Beuth--Verlag, Verlag, Berlin.Berlin.[ 4 ] M[ 4 ] Määule, M. und Reiser, M., 2005: Neue Techniken zur Abgasreinigungule, M. und Reiser, M., 2005: Neue Techniken zur Abgasreinigung in der in der Abfallwirtschaft durch nichtthermische Plasmatechnologie (NTP), Abfallwirtschaft durch nichtthermische Plasmatechnologie (NTP), DBU, OsnabrDBU, Osnabrüück.ck.[ 5 ] [ 5 ] YuwonoYuwono, A. and Schulze, P., 2004: , A. and Schulze, P., 2004: OdorOdor Pollution in the Environment and the Pollution in the Environment and the Detection Instrumentation, Agricultural Engineering InternationaDetection Instrumentation, Agricultural Engineering International: the CIGR Journal of l: the CIGR Journal of Scientific Research and Development, Invited Overview Paper. VolScientific Research and Development, Invited Overview Paper. Vol. VI. . VI. [ 6 ] [ 6 ] StreckerStrecker, A., 2003: Biofilter , A., 2003: Biofilter -- Practical Experiences from Plant Monitoring, TPractical Experiences from Plant Monitoring, TÜÜV V TechnischeTechnische ÜÜberwachungberwachung HessenHessen, Am , Am RRöömerhofmerhof 15, 60486 Frankfurt/Main, HLUG 15, 60486 Frankfurt/Main, HLUG BiowasteBiowaste Composting Composting -- New Developments and Solutions for the Reduction of Odour New Developments and Solutions for the Reduction of Odour Emissions.Emissions.[ 7 ] Powers, W., 2004: Development of procedures for Odour Eva[ 7 ] Powers, W., 2004: Development of procedures for Odour Evaluation Techniques, luation Techniques, International Conference on Odour and International Conference on Odour and VOCVOC’’ss: Measurement, Regulation and Control : Measurement, Regulation and Control Techniques, Iowa State University, Sydney, Australia.Techniques, Iowa State University, Sydney, Australia.

Gracias por la atenciGracias por la atencióón n prestada!!prestada!!☺☺

Contacto: meylin.terrel@iswa.uni-stuttgart.de

TDLAS

Como se puede monitorear emisionesComo se puede monitorear emisionesgaseosas con un lgaseosas con un lááser?ser?

Conceptos básicos (1)

Aplicación del láser en la espectroscopia

Ley de Beer-Lambert :Where: I0(ν) : intensity of the incident light

α : optical absorption coefficient of the gas and function of the wave number ν

C is the concentration of the gas

L is the path length.

Un láser emite luz a una longitud de onda especifico.

Láser de diodo sintonizable( TDL) emite luz en el infrarrojo cercano (NIR) - Longitud de onda: 750-2600 nm. Muchos gases de interés absorben luz en el infrarrojo cercano. Cada gas tiene un único espectro de absorción constituido por un gran numero de “ líneas de absorción”. Un láser puede ser sintonizado de acuerdo al gas de interés que se quiera monitorear

Conceptos básicos (2)

Ejemplo: CH4

En suma, las moléculas son grupos de átomos, los cuales se han combinado para formar compuestos químicos. Por ejemplo, el metano contiene un átomo de carbono (C) y cuatro átomos de hidrógeno (H).

Las uniones específicas entre los átomos vibran a una cierta frecuencia, y cada tipo de estas uniones químicas dentro de una muestra absorberán rayos NIR de una longitud de onda específica, mientras todas las demás longitudes de onda son reflejadas.

Esquema de Funcionamiento

SignalProcessing

&Display

AimingLaser Laser

Diode

ControlElectronics

Computer

Detector

Detector

CalibrationReferenceCell

RemoteRetro-reflector

Sighting scope

Las señales ópticas son convertidas en forma de longitudes de onda y luego procesadas por el microcontrolador para determinar la concentración real de gas a lo largo del camino óptico.

Casos de estudio

(i) Relleno sanitario (ii) Sedimentador de lodosactivados

“CH4” “H2S”

Metodología