Analizadores de aceite en agua y COV para la protección del medio ambiente

Resumen

Ahora, más que nunca, el medio ambiente es uno de los temas clave que preocupa 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 los enjuiciamientos por contaminar el medio ambiente no solo pueden dar lugar a costosas multas, sino que también pueden provocar un daño irreparable a la imagen pública de una organización.

En consecuencia, van en aumento tanto los enjuiciamientos por parte de agencias ambientales como el interés de los medios en estos casos. 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 toma de agua limpia sino también para la descarga de aguas residuales de los desagües pluviales. Esto ha llevado a que algunas empresas de alto perfil sean llevadas a los tribunales, se hayan emitido grandes multas y se hayan realizado 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 costes de limpieza. Los métodos de detección de COV disponibles se pueden instalar, mantener y calibrar muy fácilmente y tienen un costo de propiedad muy bajo.

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COV

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) se encuentran naturalmente en la atmósfera. Los seres humanos, las plantas y los animales los exhalan de forma natural, sin embargo, puede ser dañino respirar por encima de ciertos niveles.

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

Los COV y las fuentes industriales más comunes

VOC Fuente industrial
BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno, xileno), hexano, ciclohexano y trimetilbenceno. Gasolina, diésel, fuel oil, diluyentes de pintura, tintes y pinturas a base de aceite, insecticidas, alcoholes minerales y abrillantadores de muebles
Acetona, alcohol etílico, alcohol isopropílico, metacrilatos, acetato de etilo Esmalte y removedor de uñas, colonias, perfumes, alcohol isopropílico, 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 Limpiadores de aceite de cítricos (naranja) o aceite de pino, solventes y algunos productos para enmascarar olores
Tetrahidrofurano, ciclohexano, metiletilcetona (MEK), tolueno, acetona, hexano, 1,1,1-tricloroetano, metil-iso-butilcetona (MIBK) Cemento e imprimación de PVC, adhesivos diversos, cemento de contacto, cemento modelo
Cloruro de metileno, tolueno, los productos más antiguos pueden contener tetracloruro de carbono Decapante de pintura, removedores de adhesivos (pegamento)
Cloruro de metileno, PERC, TCE, tolueno, xilenos, metiletilcetona, 1,1,1-tricloroetano Desengrasantes, aceites penetrantes en aerosol, limpiador de frenos, limpiador de carburador, solventes comerciales, limpiadores electrónicos, lubricantes en aerosol
1,4-diclorobenceno, naftaleno Bolas de polilla, escamas de polilla, desodorantes, ambientadores
Freón (triclorofluorometano, diclorodifluorometano) Refrigerante de acondicionadores de aire, congeladores, refrigeradores, deshumidificadores
Heptano, butano, pentano Productos en aerosol para algunas pinturas, cosméticos, productos automotrices, tratamientos de cuero, pesticidas
Formaldehído Muebles tapizados, alfombras, contrachapados, productos de madera prensada

Costo de la limpieza

Fallas de equipos, fugas de 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 la Agencia de Medio Ambiente se está volviendo más eficaz para llevar casos a los tribunales, las cuestiones ambientales también están bajo un escrutinio público y político cada vez mayor, lo que lleva a sanciones más severas, multas y publicidad negativa para quienes causan daños al medio ambiente.

A continuación, se muestran algunos ejemplos en los que se han producido derrames y fugas, y no se habían establecido los procedimientos adecuados para contener o detectar estos derrames. Esto ha llevado a la Agencia de Medio Ambiente a entablar acciones legales / casos judiciales contra las empresas involucradas y a emitir multas y órdenes para limpiar la contaminación.

El coste de una fuga

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

La contaminación resultante llevó a la destrucción del hábitat del cercano arroyo Hazelbeach y al cierre de la playa durante agosto de 2005.

Posteriormente, la empresa fue procesada por la Agencia de Medio Ambiente de Gales y se declaró culpable, se le impuso una multa de £ 29,900 y se le ordenó pagar costos de £ 39,801. Además, la compañía ha estimado que la operación de limpieza les costó alrededor de £ 3 millones.

El costo de la falla del equipo

Una empresa distribuidora de combustible admitió haber contaminado un afluente del río Clyst con 22.000 litros de diésel rojo.

La fuga fue rastreada hasta la compañía después de que se detectaron cantidades significativas de petróleo en el curso de agua, sin embargo, los controles 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 dispensadora de combustible.

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

Más recientemente (2019), la Agencia de Medio Ambiente de Irlanda del Norte encontró diesel rojo que se descargaba en el río Ballyclare desde una alcantarilla y esto ha llevado a que se tomen medidas.

El costo del error humano

Se ordenó a una empresa de transporte que pagara 6.867 libras esterlinas en multas y costos después de que un interceptor de petróleo se desbordara, contaminando el río Támesis con aceite de motor de desecho negro espeso y causando daños importantes a la vida silvestre local .

La empresa admitió ante el tribunal que no habían podido vaciar el interceptor, impidiendo que funcionara correctamente. Alrededor de 40 cisnes se vieron afectados y algunos tuvieron que ser rescatados por Swan Sanctuary en Shepperton.

El costo del vandalismo

El aceite de un sitio de reparación de montacargas terminó en un desagüe cerca de Spalding, lo que provocó que un cisne tuviera que ser limpiado y la muerte de los invertebrados.

La empresa fue multada con £ 8,000 y se le ordenó pagar los costos totales de la Agencia de Medio Ambiente de £ 4,000 por el Tribunal de Magistrados de Spalding después de declararse culpable de contaminar un afluente de Hammond Beck.

A los oficiales de la Agencia de Medio Ambiente se les dijo que un tanque de aceite había sido destrozado en el sitio y que se había arrancado una tubería.

La empresa no se había dado cuenta de que había un drenaje de agua superficial debajo del área donde había estado el tanque y, por lo tanto, no había notificado a la Agencia del derrame. En consecuencia, el impacto ambiental puede haberse reducido, si se hubiera advertido antes que el petróleo había entrado en el drenaje de aguas superficiales del sitio.

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Enfoques y problemas de detección

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 de ionización de llama (FID), cuyos costos pueden ascender a $ 100K y más.

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

El detector de aceite en agua mide el cambio de reflectancia de la superficie: el aceite puede reflejar la luz mejor que el agua. El sistema requiere una superficie inmóvil, libre de polvo u hojas muertas y alejada de la luz solar directa. Los detectores de aceite en agua utilizan técnicas de dispersión de luz o fluorescencia y pueden medir concentraciones de hasta 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 un mantenimiento y una limpieza regulares de la cámara de muestras, ya que las partículas pueden obstruir el sistema.

Afortunadamente, existen métodos de detección de COV más rentables, más rápidos y más portátiles, por ejemplo, detectores de fotoionización (PID) y tecnología electrónica de nariz (E-NOSE).

Un detector de fotoionización (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, que tienen una energía de ionización similar a la de la lámpara UV utilizada. La ventaja de los PID es que pueden dar una medición rápida en el lugar 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, en el mejor de los casos, 0,1 ppm (en condiciones controladas), pero normalmente 1 ppm.
  • Los PID necesitan un mantenimiento y calibración regulares 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 caro y complicado y utiliza gas isobutileno comprimido a 10 ppm. (Ver Apéndice IV)

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 400oC) en la que la presencia del gas puede provocar un cambio reversible en la conductividad del material semiconductor.

  • Cuando no hay gas, el oxígeno se ioniza en la superficie y el sensor se vuelve semiconductor.
  • Cuando están presentes moléculas del gas de interés, 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 mide

Esto convierte al E-NOSE en una tecnología de detección de COV de banda ancha . Un ejemplo de este tipo de tecnología de sensores son los monitores de VOC MS1200.

Este método tiene las ventajas de:

  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 ponen a cero automáticamente antes de cada medición de muestra para tener en cuenta la deriva del sensor y los efectos del envejecimiento. Esto se hace pasando aire seco limpio filtrado sobre los sensores en cada ciclo de muestreo.
  4. Hay 2 materiales de filtro utilizados en el monitor, un filtro de polvo, carbón activado. Estos son los únicos consumibles utilizados en los sistemas y solo es necesario reemplazarlos 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 brinda detección y medición 24/7.

Se ha desarrollado un procedimiento de verificación de validación; este método introduce una solución de 50 ppb de tolueno en agua, el monitor luego toma muestras de la mezcla de aire / vapor de tolueno para verificar la respuesta.

En resumen

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

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 que se utiliza son los materiales filtrantes, que deben sustituirse solo una vez cada 6 meses, junto con una sencilla comprobación de validación.

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

Conclusión

Hay varias tecnologías disponibles con el fin de detectar COV en descargas industriales. Se ha argumentado que el método más robusto, sensible y eficaz utiliza dispositivos E-NOSE semiconductores de detección de gas, debido a su larga vida útil, requisitos de calibración poco frecuentes y mantenimiento sencillo. El ejemplo mencionado es el Multisensor MS1200.

Se han presentado estudios de casos para mostrar la facilidad con la que un instrumento de este tipo se puede implementar e integrar en el sistema de control de emergencia / seguridad existente, dentro de un complejo industrial moderno. Proporcionando así tanto seguridad a la empresa que lo utiliza como a los organismos que protegen el medio ambiente en el que se realizan los vertidos.

Tabla: Valor límite de umbral

Aquí puede ver algunos de los valores límite de umbral (TLV) para algunos de los VOC más comunes. El TLV de una sustancia química es un nivel al que se cree que un trabajador puede estar expuesto, día tras día durante toda su 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 10kPa
Tolueno 50 ppm 111 2.3kPa
Etil benceno 100 ppm 136 0.9kPa
Xileno 100 ppm 144 0,91 kPa
Ciclohexano 100 ppm 81 10.3kPa
Gasolina 300 ppm 20-200 220 kPa (butano)
Acetona 500 ppm 56 24kPa
Alcohol isopropílico 200 ppm 83 4.4kPa
Tricloroeteno 50 ppm 87 7,8 kPa
Tetrahidrofurano 50 ppm 66 19,3 kPa
Metiletilcetona 200 ppm 80 10,5 kPa
Cloruro de metileno 50 ppm 40 47,3 kPa
1,1,1-tricloroetano 350 ppm 74 13.3kPa
Formaldehído 0,3 ppm -20 3,46 kPa a 25
Agua n / a 100 2.3kPa