Analizadores de Aceite en Agua y COV para la Protección Ambiental

Resumen

Ahora, más que nunca, el medio ambiente es uno de los temas clave que preocupan a todos a nivel mundial, desde políticos y científicos hasta el público en general. Las empresas responsables deben reconocer la importancia de proteger nuestros ecosistemas, y las procesiones por contaminar el medio ambiente no solo pueden dar lugar a multas costosas, sino que también pueden resultar en daños irreparables a la imagen pública de una organización.

En consecuencia, tanto las procesiones por parte de las agencias ambientales como el interés de los medios en estos casos están en aumento. Las empresas de servicios de agua también están reconociendo la importancia del problema y están invirtiendo en equipos de detección y monitoreo, no solo para la captación de agua limpia sino también para la descarga de aguas residuales de desagües pluviales. Esto ha llevado a que algunas empresas de alto perfil sean llevadas a los tribunales, se emitan grandes multas y se realicen costosas operaciones de limpieza.

En algunos de estos casos que involucran contaminantes de hidrocarburos, la tecnología de detección de COV de alerta temprana podría haber prevenido o reducido significativamente tanto el impacto en el medio ambiente como los costos de limpieza. Los métodos de detección de COV disponibles se pueden instalar fácilmente, mantener y calibrar con gran facilidad, y tienen un costo de propiedad muy bajo.

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COV

Los Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) están presentes de forma natural en la atmósfera. Los humanos, las plantas y los animales los exhalan naturalmente, sin embargo, pueden ser perjudiciales para la salud si se inhalan por encima de ciertos niveles.

A continuación se muestran algunos de los COV más comunes y sus fuentes industriales. El término "COV" abarca en realidad una amplia gama de compuestos orgánicos. En la tabla del Apéndice puede encontrar una lista de COV y sus valores umbral.

COV más Comunes y Fuentes Industriales

COV Fuente Industrial
BTEX (Benceno, Tolueno, Etilbenceno, Xileno), Hexano, Ciclohexano y Trimetilbenceno. Gasolina, diésel, fueloil, disolventes para pintura, manchas y pinturas a base de aceite, insecticidas, aguarrás y abrillantadores para muebles
Acetona, Alcohol Etílico, Alcohol Isopropílico, Metacrilatos, Acetato de Etilo Esmalte de uñas y quitaesmalte, colonias, perfumes, alcohol de fricción, laca para el cabello
Tetracloroeteno (PERC) y Tricloroeteno (TCE) Líquido de limpieza en seco, quitamanchas, limpiadores de telas/cuero
d-limoneno (olor a cítricos), a-pineno (olor a pino), isopreno Aceite de cítricos (naranja) o limpiadores de aceite de pino, disolventes y algunos productos para enmascarar olores
Tetrahidrofurano, Ciclohexano, Metil etil cetona (MEK), Tolueno, Acetona, Hexano, 1,1,1-Tricloroetano, Metil-isobutil-cetona (MIBK) Cemento y imprimación para PVC, diversos adhesivos, cemento de contacto, cemento para maquetas
Cloruro de metileno, Tolueno, los productos más antiguos pueden contener Tetracloruro de Carbono Decapante para pintura, removedores de adhesivos (pegamento)
Cloruro de metileno, PERC, TCE, Tolueno, Xilenos, Metil etil cetona, 1,1,1-Tricloroetano Desengrasantes, aceites penetrantes en aerosol, limpiador de frenos, limpiador de carburadores, disolventes comerciales, limpiadores electrónicos, lubricantes en spray
1,4-Diclorobenceno, Naftaleno Bolas de naftalina, escamas de naftalina, desodorantes, ambientadores
Freón (Triclorofluorometano, Diclorodifluorometano) Refrigerante de aires acondicionados, congeladores, refrigeradores, deshumidificadores
Heptano, Butano, Pentano Productos en aerosol para algunas pinturas, cosméticos, productos automotrices, tratamientos para cuero, pesticidas
Formaldehído Muebles tapizados, alfombras, contrachapados, productos de madera prensada

Costo de la limpieza

Fallos en equipos, fugas en tanques, vandalismo, derrames accidentales o vertidos ilegales son solo algunas de las formas en que los COV pueden contaminar el medio ambiente.

A medida que las agencias ambientales se vuelven más efectivas para llevar casos a los tribunales, los problemas ambientales también están bajo un creciente escrutinio público y político, lo que lleva a sanciones más severas, multas y publicidad negativa para quienes causan daños al medio ambiente.

A continuación se presentan algunos ejemplos en los que se han producido derrames y fugas, y no se contaba con procedimientos adecuados para contener o detectar estos derrames. Esto ha llevado a que las agencias ambientales emprendan acciones legales / casos judiciales contra las empresas involucradas, y la emisión de multas y órdenes de limpieza de la contaminación.

El costo de una fuga

Durante un período de aproximadamente 4 semanas en julio de 2005, unas 653 toneladas de queroseno se filtraron a través de un pequeño orificio en la base de un tanque en una instalación de almacenamiento en Waterston, Milford Haven.

La contaminación resultante provocó la destrucción del hábitat del cercano arroyo Hazelbeach y el cierre de la playa durante agosto de 2005.

La empresa fue posteriormente procesada por la Agencia de Medio Ambiente de Gales y se declaró culpable, fue multada con £29,900 y se le ordenó pagar costas de £39,801. Además, la empresa ha estimado que la operación de limpieza les costó alrededor de £3 millones

El costo de una falla en el equipo

Una empresa de distribución de combustible admitió haber contaminado un afluente del río Clyst con 22,000 litros de diésel rojo.

La fuga se rastreó hasta la empresa después de que se detectaran cantidades significativas de aceite en el curso de agua, sin embargo, las comprobaciones iniciales no mostraron pérdida de existencias en su sistema informático. Las pruebas de presión y la excavación revelaron un agujero en una tubería de suministro que conducía a una isla de dispensación de combustible.

Los magistrados reconocieron el trabajo realizado por la empresa para remediar el medio ambiente y la multaron con £5,000 y costas de £3,700.

Más recientemente (2019), la Agencia de Medio Ambiente de Irlanda del Norte encontró diésel rojo descargándose al río Ballyclare desde un conducto subterráneo, lo que ha llevado a la adopción de medidas, incluida la limpieza del sitio y el rastreo de la fuente.

El costo del error humano

Una empresa de transporte fue condenada a pagar £6,867 en multas y costas después de que un separador de aceite se desbordara, contaminando el río Támesis con aceite de motor residual negro espeso y causando daños significativos a la vida silvestre local.

La empresa admitió ante el tribunal que no había vaciado el separador, impidiendo que funcionara correctamente. Alrededor de 40 cisnes se vieron afectados y algunos tuvieron que ser rescatados por el Santuario de Cisnes de Shepperton.

El costo del vandalismo

El aceite de un sitio de reparación de carretillas elevadoras llegó a un desagüe cerca de Spalding, lo que resultó en la limpieza de un cisne y la muerte de invertebrados.

La empresa fue multada con £8,000 y condenada a pagar la totalidad de las costas de la Agencia de Medio Ambiente por £4,000 por el Tribunal de Magistrados de Spalding tras declararse culpable de contaminar un afluente de Hammond Beck.

Los funcionarios de la Agencia de Medio Ambiente fueron informados de que un tanque de aceite había sido vandalizado en el sitio y que se había arrancado una tubería.

La empresa no se dio cuenta de que había un desagüe de aguas pluviales debajo del área donde se encontraba el tanque, por lo que no notificó a la Agencia sobre el derrame. En consecuencia, el impacto ambiental podría haberse reducido si se hubiera sabido antes que el aceite había entrado en el sistema de drenaje de aguas pluviales del sitio.

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Enfoques de Detección y Problemas

Existen varios métodos de medición y detección de COV; los más precisos, pero más lentos y costosos, son los métodos de laboratorio de Cromatografía de Gases, Espectrometría de Masas y analizadores de Detección por Ionización de Llama (FID), cuyos costos pueden superar los $100,000 y más.

Existen métodos basados en láser para la detección de aceite en agua, pero estos requieren que el aceite esté en forma de emulsión o haya formado una mancha de aceite en la superficie (aceite sobre agua). Estos métodos solo pueden detectar concentraciones relativamente altas de aceite, típicamente 1 ppm para aceite en agua y mucho más para aceite sobre agua.

El detector de aceite sobre agua mide el cambio de reflectancia de la superficie: el aceite puede reflejar la luz mejor que el agua. El sistema requiere una superficie sin movimiento, libre de polvo u hojas secas y alejada de la luz solar directa.
Los detectores de aceite en agua utilizan técnicas de dispersión de luz o fluorescencia y pueden medir hasta concentraciones de 1 ppm. Esta técnica ofrece monitoreo en línea 24/7, pero es susceptible a resultados falsos si el agua tiene un alto nivel de turbidez. Los detectores necesitan mantenimiento y limpieza regulares de la cámara de muestreo, ya que las partículas pueden obstruir el sistema.

Afortunadamente, existen métodos de detección de COV más rentables, rápidos y portátiles, como los detectores de ionización por fotoemisión (PID) y la Tecnología de Nariz Electrónica (E-NOSE).

Un detector de ionización por fotoemisión (PID) utiliza una lámpara ultravioleta (UV) para irradiar el gas entrante. La energía UV ioniza las moléculas, produciendo una corriente iónica que luego se mide. Los PID son detectores de banda ancha y no son selectivos, ya que ionizan todas las moléculas que pasan a través del detector y que tienen una energía de ionización similar a la de la lámpara UV utilizada. La ventaja de los PID es que pueden proporcionar una medición rápida e in situ de las concentraciones de COV.

Algunas de las desventajas de los PID son:

  • El vapor de agua, la condensación, la temperatura y el enfriamiento pueden limitar su rendimiento a 0.1 ppm como máximo (en condiciones controladas), pero típicamente 1 ppm.
  • Los PID necesitan mantenimiento regular y calibración de la lámpara UV, el controlador y el circuito de detección.
  • La celda también necesita una limpieza regular, ya que el polvo y las microfibras pueden aumentar la condensación.
  • El procedimiento de calibración es costoso y complicado y utiliza gas isobutileno comprimido de 10 ppm.

La Tecnología E-NOSE utiliza un material semiconductor (óxido metálico) que se aplica a una sustancia no conductora (sustrato) entre dos electrodos. El sustrato se calienta a una temperatura (alrededor de 400 °C) a la cual la presencia del gas puede causar un cambio reversible en la conductividad del material semiconductor.

  • Cuando no hay gas presente, el oxígeno se ioniza en la superficie y el sensor se vuelve semiconductor.
  • Cuando hay moléculas del gas de interés presentes, reemplazan los iones de oxígeno, disminuyendo la resistencia entre los electrodos.
  • Este cambio se mide eléctricamente y es proporcional a la concentración del gas que se está midiendo.

Esto convierte a la E-NOSE en una tecnología de detección de COV de banda ancha. Un ejemplo de este tipo de tecnología de sensores es el monitor de COV MS1200.

Este método tiene las siguientes ventajas:

  1. Alta sensibilidad, es decir, el monitor puede detectar niveles de concentración de COV hasta 1 ppb.
  2. Los sensores tienen una larga vida útil y no requieren limpieza.
  3. Los sensores se autoajustan a cero antes de cada medición de muestra para tener en cuenta la deriva del sensor y los efectos del envejecimiento. Esto se hace haciendo pasar aire limpio y seco filtrado sobre los sensores en cada ciclo de muestreo.
  4. Hay 2 materiales de filtro utilizados en el monitor, un filtro de polvo y carbón activado. Estos son los únicos consumibles utilizados en los sistemas y solo necesitan reemplazarse cada 6 meses.
  5. Debido a la robustez de la tecnología de sensores, los monitores se pueden implementar como un sistema de monitoreo en línea que ofrece detección y medición 24/7.

Se ha desarrollado un procedimiento de verificación; este método introduce una solución de 50 ppb de tolueno en agua, y el monitor muestrea la mezcla de aire/vapor de tolueno para comprobar la respuesta.

En Resumen

Los PID proporcionan una tecnología de detección y medición de COV rápida e in situ, pero tienen una sensibilidad menor y son más costosos en comparación con la E-NOSE. También requieren un mayor mantenimiento, una calibración más frecuente y son sensibles a los cambios de humedad.

La E-NOSE es una solución rentable, robusta y de alta sensibilidad con bajos costos de mantenimiento y cobertura de monitoreo 24/7. El único consumible utilizado son los materiales de filtración, que solo necesitan reemplazarse cada 6 meses, junto con una simple verificación.

El monitor MS1200 se ha utilizado ampliamente en el monitoreo de captaciones de agua limpia. También hay ahora varios sitios que utilizan el monitor para el monitoreo de emisiones industriales y la detección de COV.

Conclusión

La liberación de hidrocarburos en el medio ambiente no es solo un problema ambiental, sino que también puede tener un impacto financiero significativo para todas las partes involucradas en dichos incidentes. Detectar estas liberaciones a tiempo puede reducir el costo de la remediación.

Existen varias tecnologías disponibles para la detección de COV en descargas industriales. Se ha argumentado que el método más robusto, sensible y efectivo utiliza dispositivos E-NOSE de detección de gases semiconductores, debido a su larga vida útil, requisitos de calibración poco frecuentes y mantenimiento sencillo. El ejemplo al que se hace referencia es el Multisensor MS1200.

Tabla: Valor Límite Umbral

Aquí puede ver algunos de los Valores Límite Umbral (TLV) para algunos de los COV más comunes. El TLV de una sustancia química es un nivel al cual se cree que un trabajador puede estar expuesto, día tras día durante una vida laboral, sin efectos adversos para la salud.

COV TLV Punto de Ebullición °C Presión de Vapor a 20 °C
Benceno 0.5 ppm 80 10 kPa
Tolueno 50 ppm 111 2.3 kPa
Etilbenceno 100 ppm 136 0.9 kPa
Xileno 100 ppm 144 0.91 kPa
Ciclohexano 100 ppm 81 10.3 kPa
Gasolina 300 ppm 20-200 220 kPa (Butano)
Acetona 500 ppm 56 24 kPa
Alcohol Isopropílico 200 ppm 83 4.4 kPa
Tricloroeteno 50 ppm 87 7.8 kPa
Tetrahidrofurano 50 ppm 66 19.3 kPa
Metil etil cetona 200 ppm 80 10.5 kPa
Cloruro de metileno 50 ppm 40 47.3 kPa
1,1,1-tricloroetano 350 ppm 74 13.3 kPa
Formaldehído 0.3 ppm -20 3.46 kPa a 25
Agua n/a 100 2.3 kPa