DETERMINACIÓN DE PRECURSORES DE DIOXINAS Y FURANOS …

Revista EIA, ISSN 1794-1237 Número 3 p. 83-94. Junio 2005Escuela de Ingeniería de Antioquia, Medellín (Colombia)

* Ingeniero Ambiental, EIA. Investigador. Grupo de Investigación Gabis –Gestión del Ambiente para el BienestarSocial–, EIA.

** Ingeniero Químico. PhD. Investigador EIA. Grupo de Investigación Gabis –Gestión del Ambiente para el BienestarSocial–, EIA.

Artículo recibido 13-I-2005. Aprobado con revisión 14-IV-2005Discusión abierta hasta enero 2006

DETERMINACIÓN DE PRECURSORES DEDIOXINAS Y FURANOS DE LOS GASES

PROCEDENTES DE UN INCINERADOR EN UNREACTOR FOTOCATALÍTICO

JORGE MARIO GIRALDO*

AQUILES OCAMPO**

RESUMEN

Se presenta un método cromatográfico para la determinación de dioxinas y furanos a partir de uno desus precursores, tanto en estándares de medición como en muestras reales de gases tomadas en una empresaincineradora de Itagüí, Colombia. La técnica empleada permite realizar estudios que pueden dar aproximacio-nes acertadas de los contenidos de dioxinas y furanos antes de realizar un muestreo certificado en equipos dealta resolución. Además, se emplea la tecnología de fotocatálisis como método para lograr la eliminación deprecursores de dioxinas y furanos de los gases emitidos por un incinerador, con lo cual se disminuye lacantidad de reactivos utilizados en el proceso de depuración.

PALABRAS CLAVE: fotocatálisis; dioxinas; furanos; precursores; incineración.

ABSTRACT

A chromatografic method for the determination of dioxins and furans from one of their precursors isshown from standards of measurements and from real samples of gases taken from an incineration plant inItagüí, Colombia. This technique makes possible to do studies to obtain fair approximation of the dioxins andfurans contained before doing determinations in high resolution equipments. Besides the photocatalytictechnology is used as a method to get the elimination of dioxins and furans precursors from gases emitted by anincinerator, lowering the amount of reactive required in the depuration process.

KEY WORDS: photocatalysis; dioxins; furans; precursors; incineration.

84 Revista EIA

DETERMINACIÓN DE PRECURSORES DE DIOXINAS Y FURANOS...

1. INTRODUCCIÓN

Este artículo hace parte del proyecto de “Dise-ño y construcción de una planta piloto para la incinera-ción de desechos industriales y hospitalarios” que llevóa cabo la EIA en conjunto con el CDT Metalmecánicoy el consorcio ASEI Ltda.-Solytec Ltda., cofinanciadopor Colciencias. Como parte fundamental de estaplanta de incineración se encuentra el sistema decontrol de contaminación atmosférica, el cual debereducir las emisiones de gases por debajo de los lími-tes permitidos por la norma colombiana, minimizan-do así los impactos sobre el aire.

La caracterización de dioxinas y furanos en lasemisiones gaseosas es un procedimiento complejoque requiere métodos cuidadosos para la recolec-ción de muestras así como tecnologías avanzadaspara la medición acertada de las cantidades. El Mi-nisterio del Medio Ambiente (2002) regula las emisio-nes de estos contaminantes y establece los métodosaceptados de análisis. Tanto los procedimientos parala toma de muestras como las tecnologías para lamedición son muy nuevos en el país y apenas estánen vías de implementación. Frente a la imperiosa ne-cesidad de caracterizar las emisiones, la única alter-nativa actual es la contratación con empresas extran-jeras que presten el servicio certificado de recolec-ción de muestras y su posterior análisis, lo queincrementa considerablemente los costos y el tiempode procesamiento.

Una de las finalidades de este trabajo fue identi-ficar un método cromatográfico para la determina-ción de dioxinas y furanos a partir de uno de sus pre-cursores, tanto en estándares de medición como enmuestras reales de gases tomadas en una empresaincineradora de la ciudad y la adquisición de habili-dad en la toma y análisis de muestras. La técnica em-pleada se basa en un método presentado por Naganoy otros (2002) y permite realizar estudios que puedendar aproximaciones acertadas de los contenidos dedioxinas y furanos antes de realizar un muestreo certi-

ficado en equipos de alta resolución. Autores comoBlumenstock y otros (1999, 2000 y 2001), Kato y Urano(2001), Öberg (2002) y Oser y otros (1997) hanenfatizado la importancia de analizar precursores comouna medida del contenido de dioxinas y furanos.

Otro de los propósitos que se buscaron fue exa-minar el uso de la tecnología de fotocatálisis comométodo para lograr la eliminación de dioxinas yfuranos en un reactor en línea, con lo cual se dismi-nuiría la cantidad de reactivos utilizados en los pro-cesos de depuración. Aunque esta tecnología ya hasido propuesta por autores como Choi y otros (2000),no se conocen estudios realizados en un reactor con-tinuo.

1.1 Generalidades

Las dioxinas y furanos no son producidos co-mercialmente, ni se les conoce ninguna utilidad oaplicación, aunque se forman de manera espontá-nea en un gran número de procesos industriales, prin-cipalmente como un subproducto de procesos enlos que interviene el cloro, por ejemplo en la produc-ción del plástico PVC, de plaguicidas y disolventesorganoclorados y durante los procesos de combus-tión de compuestos organoclorados, como ocurreen los incineradores de residuos urbanos y peligro-sos o durante incendios accidentales de materiales oproductos clorados.

Las dioxinas y furanos son muy tóxicos y acti-vos fisiológicamente en dosis muy pequeñas; ademásson persistentes, o sea que no se degradan fácilmen-te y pueden durar años en el ambiente; son bioacu-mulables en los tejidos grasos de los organismos y sebiomagnifican, esto significa que aumentan su con-centración progresivamente a lo largo de las cade-nas alimenticias. Por su persistencia pueden viajargrandes distancias arrastrados por las corrientes at-mosféricas, marinas o de agua dulce, y mediante lamigración de los animales que los han bioacumula-do como las ballenas y las aves.

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Las dioxinas, furanos y los bifenilos policlorados(PCB) son compuestos organoclorados que poseencaracterísticas químicas, físicas y biológicas parecidas,aunque hay una gran diferencia entre éstos en cuan-to a sus procedencias y sus usos. Los PCB fueron com-puestos químicos industriales valiosos que se empe-zaron a usar como fluidos de equipos eléctricos en1929; su fabricación principalmente para elaboraragentes dieléctricos, fluidos hidráulicos, plásticos ypinturas se extendió hasta finales de los años 70 cuan-do fue suspendida en una gran cantidad de paísesdebido a los problemas ambientales y de salud queestaban ocasionando.

El caso contrario es el de las dioxinas y furanos,que son compuestos antropogénicos, productosindeseados derivados de muchos procesos industria-les y de combustión y a los cuales no se les ha encon-trado ninguna aplicación industrial hasta el momen-to. Fueron mencionados por primera vez en 1872 porMerz y Wirth, pero el primer informe conocido sobreun accidente relacionado con la salud humana sepresentó en 1957 indicando que un tipo de dioxinahabía causado cloroacné en los trabajadores de unaplanta de 2,4,5-triclorofenol en Alemania.

La gran toxicidad y persistencia de estos com-puestos ha generado una gran preocupación mun-dial que ha llevado a la comunidad científica a reali-zar esfuerzos para identificar los procesos que los ge-neran. Entre los innumerables artículos que hacenreferencia a este problema, se destacan: Abad y otros(1997, 2002), Amorós y otros (2002) y Kato y Urano(2001). De ahí la importancia de determinar los nive-les actuales en el aire, suelos y ecosistemas acuáticos,en productos industriales y de consumo masivo comolos alimentos, así como en los residuos y emisionesgenerados por los procesos industriales y de trata-miento de desechos; también se investiga el trans-porte y la distribución de estos contaminantes y cómoafectan la salud humana cuando hay exposición.

1.2 Estructura

El término dioxina se aplica a un conjunto desustancias aromáticas cuyo núcleo esencial es el 1,10-dioxantraceno o dibenzo-p-dioxina. La estructurabásica de todas las dioxinas consiste en dos anillos debenceno unidos por dos átomos de oxígeno. Dentrode éstas, los derivados clorados o clorodibenzo-p-dioxinas (CDD) son los más conocidos y, entre ellos,la 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-dioxina (TCDD) es lamás estudiada, una de las más tóxicas y, sin duda al-guna, la molécula de referencia del grupo, motivopor el cual se menciona de forma habitual como“dioxina” simplemente.

Los clorodibenzofuranos (CDF) poseen unaestructura muy similar a la de las dioxinas, diferen-ciándose solo en que los anillos aromáticos estánunidos por un solo átomo de oxígeno.

La figura 1 presenta la estructura general delas dioxinas y furanos.

Figura 1: Estructura de dioxinas y furanos

La diferente disposición del cloro en los anillosaromáticos da lugar a 75 isómeros de policlorodiben-zo-p-dioxinas (PCDD) y a 135 isómeros de policloro-dibenzofuranos (PCDF), en total 210 compuestos queabarcan grados de cloración desde monocloradoshasta octoclorados, que alcanzan una cloracióncompleta. En general tanto las PCDD como los PCDFse agrupan comúnmente bajo el nombre de dioxi-nas. Se ha observado que los efectos tóxicos de tipodioxina se presentan en los compuestos con cloro enlas posiciones 2, 3, 7 y 8, limitando el número de PCDD

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altamente tóxicos a 7 y de PCDF a 10, aunque estos17 congéneres tóxicos presentan diferentes gradosde toxicidad, siendo el más peligroso el 2,3,7,8-tetra-clorodibenzo-p-dioxina (TCDD). Por lo tanto la toxi-cidad de una mezcla de congéneres tóxicos se eva-lúa respecto a la TCDD.

Los bifenilos policlorados son moléculas com-puestas por dos anillos aromáticos en los cuales losátomos de hidrógeno se pueden sustituir hasta pordiez átomos de cloro, lo que da como resultado unpotencial hasta de 209 isómeros posibles. La figura 2muestra su estructura. El número y posición de losátomos de cloro determina las propiedades biológi-cas y el comportamiento ambiental de cada uno delos PCB. Los isómeros con propiedades tóxicasdioxínicas solo son 11, específicamente aquellos concuatro o más átomos de cloro, con no más de unasustitución en las posiciones orto, numeradas como2, 2´, 6 y 6´.

Fórmula general: C12H10-nCln

Figura 2: Estructura de PCB

1.3 Propiedades fisicoquímicas

1.3.1 Dioxinas

Las dioxinas poseen puntos de fusión altos,baja presión de vapor, poca solubilidad en agua y unaconsiderable afinidad y solubilidad en medios apola-res, por ejemplo, son muy solubles en n-octanol, me-tanol y en solventes orgánicos como diclorobence-no, clorobenceno, cloroformo, acetona, etc., tambiénson liposolubles. Las dioxinas, además, son muy esta-bles químicamente en medios ácidos y básicos, y po-

seen gran resistencia a la degradación biológica yfotoquímica. No son inflamables, aunque se degra-dan cuando las temperaturas sobrepasan los 500ºCo cuando se exponen a radiaciones ultravioleta endeterminadas condiciones.

1.3.2 PCB

Estos compuestos poseen algunas caracterís-ticas similares a las dioxinas, como su gran estabili-dad, baja solubilidad en agua; no son inflamables yposeen muy lenta degradación física química y bio-lógica. Además son resistentes a la oxidación, a losácidos y bases; son lipofílicos, poseen baja presiónde vapor, baja evaporación; capacidad de adsor-ción en suelos, sedimentos y acuíferos. Al igual quelas dioxinas son bioacumulables y se magnifican. Enla industria se utilizaron ampliamente por ser muybuenos aislantes eléctricos, ya que poseen una altaconstante de dieléctrica.

Los PCB son buenos conductores de calor, loresisten y son estables hasta los 200 ºC, solo se empie-zan a descomponer entre 200 ºC y 450 ºC, generan-do evaporación de dioxinas y furanos; ya entre 450ºC y 1000 ºC se produce la ruptura térmica con com-bustión y se forman humos de dioxinas y furanos.

1.4 Introducción a la fotocatálisis

La oxidación fotocatalítica se está convirtien-do en uno de los principales mecanismos de destruc-ción de contaminantes, dada su eficacia en la remo-ción de toxicidad y color, dos de los puntos débiles delos tratamientos primarios y secundarios convencio-nales. La oxidación fotocatalítica se basa en la absor-ción de energía radiante por un sólido para formarradicales hidroxilo, los cuales oxidarán posteriormen-te a los contaminantes. Uno de los catalizadores másutilizados es el TiO2, así como algunos compuestosférricos. La fotocatálisis puede definirse como la ace-leración de una fotorreacción por medio de un cata-lizador. Blesa (2001) presenta un compendio detalla-do de la fundamentación científica del fenómeno de


fotocatálisis, así como de sus aplicaciones en la purifi-cación del ambiente.

En los procesos de fotooxidación la luz se en-carga de promover las reacciones de oxidación que,ante la presencia de agentes oxidantes forman radi-cales como el peróxido de hidrógeno, ozono, etc., yla radiación es absorbida por las moléculas para al-canzar estados excitados, como se da, por ejemplo,en la ruptura del enlace O-O del H2O2 por medio de laluz ultravioleta:

H2O2 + hv 2 °OH

En los sistemas de depuración de gases tam-bién se utiliza la fotocatálisis para eliminar los conta-minantes más tóxicos y peligrosos entre los que seencuentran las dioxinas, PCB, disolventes, pesticidasy colorantes. La radiación necesaria para llevar a caboel proceso de fotooxidación puede ser solar directa opor medio de lámparas de luz ultravioleta colocadasa lo largo de un cilindro por el cual se hacen pasar losgases; en el centro del cilindro se instalan placas ce-rámicas impregnadas con el TiO2 que sirven de so-porte para generar el contacto entre los gases y elcatalizador.

El TiO2 es el fotosensibilizador más usado en laactualidad para acelerar los procesos de fotooxida-ción, pues además de que no es tóxico, es estable ensolución acuosa y no es costoso. Los principales fac-tores que influyen en la óxido-reducción fotocatalíti-ca son los siguientes: a) la longitud de onda de laradiación, la cual debe ser menor a 400 nm para quepueda ser absorbida por el dióxido de titanio; cuan-do es menor se aumenta el aprovechamiento de laenergía absorbida; b) el área disponible del cataliza-dor, aunque se espera que cuanto más catalizadorhaya habrá una mayor eficiencia, lo que más influyees el área superficial de contacto entre el TiO2 y losgases; c) la presencia de oxígeno es otro factor deter-minante para que los procesos de oxidación se com-pleten; d) la presencia de material particulado, lascenizas y las partículas de gran tamaño opacan laacción de la luz en el proceso de fotorreacción, ra-

zón por la cual todo fotorreactor debe situarse des-pués de un sistema de filtración de gases; y e) la con-centración y la cantidad de los contaminantes, quelimitan la capacidad del motorreactor.

Entre las ventajas de la fotocatálisis se puedenanotar las siguientes: destruye desde sustancias tóxi-cas hasta compuestos inocuos, generando en el casode sustancias orgánicas subproductos como CO2 yácidos inorgánicos; es capaz de destruir sustanciasde difícil o peligroso tratamiento, caso de las dioxinasy de los NOx; los contaminantes son eliminados sinnecesidad de ser extraídos del medio en que se en-cuentran; y requiere poca energía.

2. SISTEMA DE MUESTREODE GASES

Las características más importantes del métodode muestreo desarrollado para este proyecto son sueconomía, sencillez y confiabilidad. El desarrollo eimplementación de una metodología con aceptacióninternacional para la realización de muestreos declorobencenos en fuentes fijas como precursor dedioxinas y furanos deberá ser objeto de un proyectoposterior, de tal manera que se pueda hallar una co-rrelación para incineradoras específicas, ya que es unproceso complejo que requiere insumos costosos,pruebas calificadas y asesorías, gran cantidad de tiem-po para hacer réplicas y para demostrar su validez.

El sistema de muestreo que se desarrolló enesta investigación crea las bases para adoptar tecno-logías y metodologías confiables en la detección del1,2,4-triclorobenceno (1,2,4- TCB) como precursorde dioxinas y furanos.

2.1 Ensayos de retención del 1,2,4-TCB

Después de algunos ensayos previos para re-tener el clorobenceno en carbón activado, se deci-dió la absorción directa de los gases en metanol. En-tre la toma de los gases y el burbujeador se utilizó un

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filtro de lana de vidrio para retener las partículas másgrandes de ceniza.

El metanol se mantuvo refrigerado para redu-cir la evaporación y mejorar la disolución delclorobenceno. La diferencia entre las presiones devapor del metanol y el 1,2,4-TCB es suficientementegrande para garantizar que en el equilibrio la evapo-ración del metanol es mucho mayor que la del 1,2,4-TCB, asegurando así una disolución casi completa.

Se realizaron muestreos variando el tiempohasta alcanzar una señal cuantificable en el cromató-grafo, previamente calibrado con un patrón de 1,2,4-triclorobenceno, la cual se obtuvo luego de 6 horasde muestreo. También se realizaron muestreos de 9 y12 horas y se logró confirmar que, en condiciones deoperación estables, el 1,2,4-TCB aumentaba de ma-nera proporcional.

2.2 Descripción del sistema demuestreo

El sistema de muestreo, representado en lafigura 3, consta de los siguientes elementos: bomba,burbujeador, caja de icopor con hielo, filtro de lanade vidrio, mangueras de sinflex y silicona, y cronó-metro.

Figura 3: Sistema de muestreo puntual

El motor va conectado a una bomba de suc-ción de los gases, la cual va unida por medio de unamanguera de ¼ de pulgada a un extremo del burbu-jeador y este se conecta por el otro extremo a un filtrode lana de vidrio y luego al punto de muestreo.

En el sistema que se representa en la figura 4,se efectúa un proceso de muestro en paralelo paradeterminar simultáneamente los precursores dedioxinas en dos puntos del proceso. Se utiliza la mis-ma configuración de la línea de muestreo puntual,esta vez para dos puntos diferentes, uno a la entradadel fotorreactor y el otro a la salida.

Figura 4: Sistema de muestreo simultáneo de gases en dos puntos del proceso


3. FASE DE MUESTREO YANÁLISIS

En la primera etapa se realizaron ensayos a lasalida de los gases sin utilización del sistema defotorreacción para observar el comportamiento delas emisiones de precursores de dioxinas y furanos eidentificar las posibles causas que afectan su varia-ción. En la segunda etapa se analizaron muestras pa-ralelas para observar el comportamiento delfotorreactor.

3.1 Resultados de los muestreospuntuales

Se varió la temperatura de la cámara depirólisis entre 870 ºC hasta 1.080 ºC, con pequeñasvariaciones en el reactor térmico entre 1.060 ºC y1.200 ºC y variaciones en la cámara de retención entre840 ºC y 1.140 ºC.

3.1.1 Resultados de los análisis

La tabla 1 y las figuras 5 y 6 recopilan la infor-mación adquirida en los cromatogramas resultantesde los análisis de las muestras recogidas, así como lascondiciones de muestreo que influyen en la determi-nación final de las cantidades de 1,2,4-TCB en losgases, tal es el caso del volumen final de metanol, lashoras de muestreo y el volumen de gases muestreado.El flujo de succión fue de 1,86 ml/s.

Como los muestreos fueron acumulativos, ensesiones de 3 horas hasta alcanzar las 9 horas, con elfin de aprovechar al máximo el metanol utilizado ymantener la respuesta del cromatógrafo entre losvalores registrados en la calibración, los valores quese presentan a continuación son para 3, 6 y 9 horasde muestreo.

800

850

900

950

1.000

1.050

1.100

1.150

1.200

1.250

1 2 3 4 5 6 7

MUESTREO No.

TE

MP

ER

AT

UR

A º

C

Temp. Pirólisis

Temp. Reactor Térmico

Temp. Cámara de Retención

Figura 5. Comportamiento de las temperaturasdurante los muestreos.

La tabla 1 muestra la concentración del 1,2,4triclorobenceno dada en µg/m3 (CN) para cadamuestreo.

Tabla 1: Concentración de 1,2,4-TCB en los gases

Muestra Cantidad µg Concentración de TCBNo. de TCB en los gases µg/m3 (CN)

1 0,15 9,0

2 0,29 17,3

3 0,66 39,1

4 0,13 7,9

5 0,01 0,3

6 0,27 15,7

7 0,07 4,4

La variabilidad de los resultados obtenidos esconsiderable, la mayor concentración llega hasta los39,1 µg/m3 (CN) y la menor es 0,3 µg/m3 (CN). Talesvariaciones se deben a los cambios de las condicio-nes de combustión en las tres cámaras, así como enla alimentación del horno. Aunque en la empresaincineradora se incineran principalmente residuos

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hospitalarios también ingresan residuos industrialesy peligrosos; además de estas variaciones, dentro delos residuos hospitalarios la composición no es ho-mogénea.

3.2 Análisis de resultados

En términos generales, las condiciones decombustión en el proceso de incineración definenen gran parte las cantidades de dioxinas y PCB que seliberan a la atmósfera, pero también hay factorescomo la heterogeneidad de la alimentación y las can-tidades de estos contaminantes en ella.

Las emisiones de 1,2,4-TCB que se registrarondurante los muestreos permiten observar una relacióndirecta con el comportamiento de las temperaturas,principalmente con las de las dos últimas cámaras, lacámara del reactor térmico y la cámara de retención.Las temperaturas que se alcancen en estas instanciasmodifican los procesos de formación de dioxinas y PCBinfluyendo en las cantidades liberadas.

Aunque en la cámara de pirólisis las tempera-turas escasamente alcanzan los 1.000 ºC, en las otrasdos se puede controlar la emisión de 1,2,4-TCB gene-rando temperaturas altas. Pero cuando es en la cá-mara del reactor térmico o en la cámara de reten-ción donde se generan bajas temperaturas la forma-ción de compuestos organoclorados aumenta.

En la figura 6 se puede observar cómo las emi-siones del 1,2,4-TCB varían con respecto a las varia-ciones de las temperaturas. Se puede observar cómolas altas temperaturas en la cámara de retención yen el reactor térmico realizan un control sobre laemisión del 1,2,4-TCB, caso de los puntos 4, 5 y 7, enlos cuales se aprecia que, aunque la temperatura depirólisis fue baja, la concentración del TCB no fuemuy alta confirmando la incidencia de las altas tem-peraturas posteriores en el reactor térmico y la cá-mara de retención.

800

850

900

950

1.000

1.050

1.100

1.150

1.200

1.250

1 2 3 4 5 6 7

MUESTREO No

TE

MP

ER

AT

UR

A º

C

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Temp. Pirólisis

Temp. Reactor Térmico

Temp. Cámara de Retención

Concntración de TCB en los gases µg/m3 (CN)

Figura 6. Temperaturas de las cámaras yConcentración de 1,2,4-TCB en µg/m3 (CN)

La más alta concentración se dio en elmuestreo No. 3 con un valor de 39,1 µg/m3 (CN), yaunque las temperaturas de retención y del reactortérmico no fueron muy altas, cabe la posibilidad deque en la alimentación del horno haya habido mu-cha presencia de este compuesto u otros compues-tos clorados similares que hayan podido aumentarconsiderablemente la presencia del TCB en los gases.También es posible que se haya presentado algún erroren la medición o la interferencia de otros compues-tos durante el análisis en el cromatógrafo.

Igualmente durante el muestreo No. 5 se pudohaber presentado una variación considerable en lacantidad de compuestos clorados que ingresaron enla alimentación del horno, además de la alta tempe-ratura que se mantuvo en el reactor térmico, gene-rando una concentración ínfima de TCB.

4. MUESTREO EN ELFOTORREACTOR

Se hizo la toma de muestra en dos puntosdiferentes del fotorreactor simultáneamente. Para


realizarlo se utilizaron dos bombas de succiónconectadas cada una a una línea de muestreo. Elobjetivo de este muestreo fue determinar la eficienciadel fotorreactor (etapa experimental) en la reduccióndel 1,2,4-TCB presente en los gases. El punto No. 1 demuestreo se situó justo antes de la entrada de losgases al fotorreactor, y el punto No. 2 a la salida deeste. El tiempo de muestreo osciló entre 10 y 12 horascon el fin de garantizar una señal cromatográficaadecuada y datos representativos de las diferentesjornadas laborales.

4.1 Resultados de los muestreos enparalelo

Se realizaron 9 muestreos en paralelo que fue-ron utilizados para mostrar el comportamiento delfotorreactor en la reducción del 1,2,4-TCB. La tabla 2muestra los valores resultantes.

La tabla 2 y la figura 7 muestran las variacionesen el porcentaje de reducción del 1,2,4-TCB. La va-riabilidad en la eficiencia se ve determinada por va-rios factores como la carga de contaminante en losgases, los factores cinéticos de la reacción y princi-palmente por la cantidad de flujo de los gases.

Tabla 2: Resultados de los análisis en el fotoreactor

Muestra Tiempo Punto de Conc. Cantidad de Conc. de TCB % ReducciónNo. (h) muestreo µµµµµg/ml TCB µµµµµg en los gases

µµµµµg/m3 (CN)

1 12 1 0,00084 0,1027 2,4 74

2 0,00054 0,0488 0,6

2 12 1 0,00745 0,5812 13,4 38

2 0,01099 0,6594 8,3

3 10,5 1 0,00257 0,2316 6,1 71

2 0,00117 0,1197 1,7

4 10,3 1 0,00299 0,3772 10,2 57

2 0,00243 0,2917 4,3

5 11 1 0,00027 0,0363 0,4 31

2 0,00023 0,0188 0,3

6 9,4 1 0,00087 0,1155 1,5 56

2 0,00046 0,0386 0,7

7 13,25 1 0,00142 0,1751 1,6 44

2 0,00063 0,0740 0,9

8 10,25 1 0,00855 0,9752 11,8 14

2 0,00748 0,6347 10,0

9 11,5 1 0,00145 0,1650 1,8 85

2 0,00019 0,0186 0,3

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CONCENTRACIÓN PUNTO 1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Muestreo No

% R

edu

cció

n

Figura 7. Eficiencia del fotorreactor

En la figura 8 se puede observar cómo a medi-da que son mayores las concentraciones en el puntoNo. 1, el porcentaje de reducción disminuye debido ala capacidad reducida del prototipo experimental. Conun promedio general de reducción de 53%, elfotocatalizador mostró un mejor desempeño cuandolas concentraciones iniciales eran bajas, adecuadas asu capacidad experimental, mostrando un promediode 61% para las 6 mediciones que presentaron unaconcentración inicial menor de 7 µg/ml, y alcanzandoreducciones de hasta el 85% como es el caso delmuestreo No. 12. Esta gráfica nos permite concluir quebajo condiciones de escala apropiadas se podrán ob-tener reducciones importantes superiores al 60%.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Muestreo No.

% R

edu

cció

n

0

2

4

6

8

10

12

14

% Reducción

Concentración PuntoNo.1

Figura 8. Porcentaje de reducción de 1,2,4 TCBcontra concentración en el punto No. 1

5. CONCLUSIONES

Como resultado del trabajo desarrollado hasta elpresente se pueden deducir las siguientes conclusiones:

• Se dispone de un procedimiento confiable para ladeterminación de precursores de dioxinas yfuranos. Esto se logra por medio de un sistema deabsorción de gases en un solvente adecuado y suposterior análisis en un cromatógrafo con detec-tor de captura de electrones.

• La presencia de precursores de dioxinas y furanoscomo resultado de los procesos de incineracióntiene un comportamiento similar al esperado paralas dioxinas y furanos. En efecto, presentan unaumento cuando se disminuyen las temperaturasen las cámaras de pirólisis y de retención.

• El tratamiento por fotocatálisis merece un estudiomás exhaustivo por su posibilidad de ser un métodoadecuado para la eliminación de dioxinas y furanosproducidos en los procesos de incineración.

• Los resultados presentados motivan la realizaciónde estudios que permitan correlacionar los con-tenidos de dioxinas y furanos con los de sus pre-cursores.

• La realización de estudios cinéticos permitirá ladeterminación de criterios de diseño para eldimensionamiento de las nuevas plantas de de-puración de gases.

6. RECONOCIMIENTO

Los autores reconocen el apoyo brindado porColciencias mediante la cofinanciación del proyecto“Diseño y construcción de una planta piloto para laincineración de desechos industriales y hospitalarios”.Igualmente, agradecen a las empresas ASEI Ltda. ySolytec Ltda., al Centro de Productividad y Desarro-llo Tecnológico del Sector Metalmecánico y Siderúr-gico y a la Escuela de Ingeniería de Antioquia, por-que su participación administrativa y financiera fuefundamental en la ejecución de este proyecto.


7. BIBLIOGRAFÍA

ABAD, E.; ADRADOS, A.; CAIXACH, J.; RIVERA, J. Dioxinabatement strategies and mass balance at municipalwaste management plant. Environ. Sci. Technol. 36,2002. pp. 92-99.

ABAD, E.; CAIXACH, J.; RIVERA, J. PCDD/DF fromemission sources and ambient air in northeast Spain.Chemosphere 35, 1997. pp. 453-463.

ABAD, E.; RIVERA, J. Dioxinas en los tratamientos térmi-cos de residuos. Ingeniería Química. 34, 2002. pp. 204-208.

AMORÓS, F.; MORA, T; MUÑOZ, V.; CONESA, J.A. For-mación de dioxinas en procesos de combustión. Inge-niería Química. 34, 2002. pp. 172-181.

BLESA, M. Eliminación de contaminantes por fotocatálisisheterogénea. Programa Iberoamericano de Ciencia yTecnología para el Desarrollo (CYTED), 2001.

BLUMENSTOCK, M.; ZIMMERMANN, R.; SCHARMM, K.-W.; KETTRUP, A. Identification of surrogate compoundsfor the emission of PCDD/DF (I-TEQ value) andevaluation of their on-line real-time detectability in fluegases of waste incineration plants by REMPI-TOFMSmass spectrometry. Chemosphere 42, 2001. pp. 507-518.

BLUMENSTOCK, M.; ZIMMERMANN, R.; SCHARMM, K.-W.; KETTRUP, A. Influence of combustions on thePCDD/DF, PCB, PCBz, and PAH-concentrations in thepost-combustion chamber of a waste incineration pilotplant. Chemosphere 40, 1999. pp. 987- 992.

BLUMENSTOCK, M.; ZIMMERMANN, R.; SCHARMM, K.-W.; KETTRUP, A. Aplication of monochlorobenzene asa reliable surrogate for the prediction of the I-TEQ valuein combustion facilities. Organohalogen Compounds46, 2000. pp. 174-177.

BUEKENS, A.; STIEGLITZ, L.; HELL, K.; HUANG, H.;SERGERS, P. Dioxins from thermal and metallurgicalprocesses: recent studies for the iron and steel industry.Chemosphere 41, 2001. pp. 729-735.

CHOI, W.; HONG, S.; CHANG, Y.; CHO, Y. Photocatalyticdegradation of polychlorinated dibenzo-p-dioxins onTiO

2 film under UV or solar light. Environ. Sci. Technol.34, 2000. pp. 4810-4815.

HELL, K.; STIEGLITZ, L.; ALTWICKER, E.R.; ADDINK, R.;WILL, R. Reaction of 2,4,6-trichlorophenol on modelfly ash: Oxidation to CO and CO2, condensation toPCDD/DF and conversion into related compounds.Chemosphere 42, 2001. pp. 697-702.

KATO, M.; URANO, K. Convenient substitute indices totoxic equivalent quantity for controlling andmonitoring dioxins in stack gas from waste incinerationfacilities. Organohalogen Compounds 54, 2001. pp. 364-367.

KATO, M.; URANO, K. A. measuring method ofchlorobenzenes as a convenient substitute index ofdioxins in stack gas from waste incineration facilities.Waste Management 21, 2001. pp. 63-68.

LUDWIG, T.; JAGER, J. Online measurement system forthe determination of PCDD/F I-TEQ values in stackgases of incineration plants by using the congener fin-gerprint method –Latest experiences–. OrganohalogenCompounds 54, 2001. pp. 355-359.

ESPAÑA. DIRECCIÓN GENERAL DE POLÍTICA AMBIEN-TAL. Dioxinas y furanos: Problemática ambiental ymetodología analítica. Centro de Publicaciones, Secre-taría General Técnica, 1996, Madrid. 269 p.

COLOMBIA, MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE. Re-solución No. 0058 (Enero 21 de 2002). MONCADA, L.M.Aseguramiento de la calidad para los laboratorios depruebas y ensayos (Curso Taller). Asociación QuímicaColombiana ASQUIMCO, 2001, Bogotá. 23 p.

NAGANO, H.; MIYAZAWA, K.; YOMURA, Y.; IWASAKI, T.;YOKOYAMA, T.; TANAKA, Y. Technique of monitoringdioxins in fluie gas from MSW incinerators using dioxinprecursor analyzer. NKK Technical Review. 87. 2002.pp 25-29.

NAGANO, H.; MIYAZAWA, K.; YOKOYAMA, Y. A newly-devised automatic and continuous system to monitorchlorobenzenes in the exhaust gas at an MSWincineration plant. Organohalogen Compounds 31,1997. pp. 150-153.

NAKAYAMA, K.; FUKATSU, K.; MARUYAMA, K.; OGAWA,K.; HASEGAWA, T.; MOROHASHI, T.; FUJII, N. Analysisof photodecomposition of gaseous chlorobenzene byKrF excimer laser. Anaytical Sciences 18, 2002. pp. 907-911.

ÖBERG, T.; ALLHAMMAR, G. Chlorinated aromatics frommetallurgical industries : Process factor influencingproduction and emissions. Chemosphere 19, 1989. pp.711-716.

ÖBERG, T.; BERGSTRÖM, J. Indicator parameters forPCDD/DF –Plant specific models–. OrganohalogenCompounds 8, 1992. pp. 197-200.

94 Revista EIA


ÖBERG, T.; NEUER, K.; NORDSIECK, H.O.; ZIMMERMANN,R. Dioxin surrogates: a comparison of approaches.Organohalogen Compounds 59, 2002. pp. 37-44.

OSER, H.; TAÑER, H. H.; GROTHER, B. K.; GULLETT, B.K.; FRENCH, B. N.; NÁTSCHKE. DLR Jet-REMPI as acontinuous emission monitor: measurements of

chlorinated dibenzodioxins, in: Proceedings of TheInternational Conference of Incineration and ThermalTreatment Technologies. Oakland, CA. UC-Irvine/AWMA, 1997. pp. 12-16.

PROYECTO CER-COLOMBIA-ACDI. Manual de manejode PCB’s para Colombia: Informe final. Douglas White& Associates, 1999. 142 p.

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