Hoy más que nunca, el cuidado del medio ambiente es uno de los temas clave que conciernen 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 procesos por contaminar el medio ambiente no solo pueden generar multas costosas, sino que también pueden ocasionar daños irreparables a la imagen pública de una organización.

En consecuencia, tanto los procesamientos por parte de las agencias ambientales como el interés de los medios de comunicación en estos casos están en aumento. Las empresas sanitarias también están reconociendo la importancia del problema y están invirtiendo en equipos de detección y monitoreo, no solo para el consumo de agua limpia, sino también para la descarga de aguas residuales de los desagües pluviales. Esto ha llevado a algunas compañías de alto perfil a ser llevadas a juicio, al pago de multas y a realizar costosas operaciones de limpieza.

En algunos de estos casos en que los contaminantes han sido hidrocarburos, la tecnología de detección VOC de alerta temprana podría haber evitado o reducido significativamente tanto el impacto en el medio ambiente como los costos de limpieza. Los métodos de detección de VOC disponibles hoy en día en el mercado se pueden instalar, mantener y calibrar muy fácilmente, y tienen un costo de operación muy bajo.

VOC

Los compuestos orgánicos volátiles (VOC) ocurren naturalmente en la atmósfera. Los seres humanos, las plantas y los animales los expulsan naturalmente, sin embargo, pueden ser dañinos por encima de ciertos niveles.

Algunos de los VOCs más comunes y sus fuentes industriales se muestran en esta página con el artículo completo. El término "VOC" en realidad cubre una amplia gama de compuestos orgánicos. En la tabla al final del artículo puede encontrar una lista de VOCs y sus valores de umbral.

En el sisguiente gráfico se observa una detección típica con un sistema VOC MS1200 con un rango de umbral de alarma de entre 30 a 60 ppb.

1. Costo de limpieza

Los VOC contaminan el medio ambiente debido principalmente a eventos originados por fallas en equipos, fugas en estanques, vandalismo, derrames accidentales o vertidos ilegales. 

A medida que la Autoridad Sanitaria y Ambiental se está volviendo más efectiva para llevar los casos a los tribunales, los problemas ambientales están bajo un creciente escrutinio público y político, lo que lleva a penas más severas, multas y publicidad negativa para aquellos que causan daños al medio ambiente.

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

2. El costo de una fuga

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

La contaminación resultante condujo a la destrucción del hábitat del rio Hazelbeach y al cierre de la playa durante agosto de 2005.

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

3. El costo de la falla del equipo.

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

La fuga se remonta a la compañía después de que se detectaron cantidades significativas de petróleo en el curso de agua, sin embargo, los controles iniciales no mostraron pérdidas de stock en su sistema informático. Las pruebas de presión y la excavación revelaron un orificio en un tubo de suministro, que conduce a una isla de dispensación 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 descubrió una descarga de diesel rojo al río Ballyclare desde una alcantarilla y esto ha llevado a que se tomen medidas,

4. El costo del error humano.

A una empresa de transporte se le ordenó pagar £ 6,867 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 significativos a la vida silvestre local.

La compañía admitió ante el tribunal que no habían vaciado el interceptor, lo que impidió que funcionara correctamente.

Alrededor de 40 cisnes fueron afectados y algunos tuvieron que ser rescatados por el Santuario de Cisnes en Shepperton. 

El aceite de un sitio de reparación de carretillas elevadoras terminó en un desagüe cerca de Spalding, por lo que un cisne debió ser lavado y se originó la muerte de invertebrados.

El negocio fue multado 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.

Se informó a los agentes de la Agencia de Medio Ambiente que un tanque de petróleo había sido objeto de vandalismo en el sitio y se había arrancado una tubería.

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

Enfoques y problemas de detección.

Existen varios métodos de medición y detección de VOC; los más precisos, pero los más lentos y los más costosos, son los métodos basados ​​en laboratorio de cromatografía de gases, espectrometría de masas y analizadores de detección de ionización de llama (FID), cuyos costos pueden llegar a $ 100K y más.

También existen métodos de detección de aceite en agua basados ​​en láser, los cuales requieren que el aceite esté en forma de emulsión o que haya formado una capa de aceite en la superficie (aceite sobre agua). Estos métodos solo pueden detectar concentraciones relativamente altas de aceite, generalmente 1 ppm para el aceite en agua y mucho más alto para el aceite sobre agua (oil on water).

El detector de aceite sobre agua (oil on water) 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 lejos de la luz solar directa.

Los detectores de aceite en agua (oil in water) usan 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 más rentables, más rápidos y más portátiles de detección de VOC, 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 lámpara UV utilizada. La ventaja de los PID es que pueden proporcionar una medición rápida de las concentraciones de VOC en el lugar.

Algunas de las desventajas de los PID son:

• El vapor de agua, la condensación y la temperatura  pueden limitar su rendimiento a 0.1 ppm en el mejor de los casos, (en condiciones controladas), pero típicamente 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 costoso y complicado y utiliza 10 ppm de gas isobutileno comprimido. 

La tecnología E-NOSE utiliza un material semiconductor (óxido de metal) 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 que 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 semi-conductor.

• Cuando las moléculas del gas de interés están 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 mide.

Esto convierte al E-NOSE en una tecnología de detección de VOC 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 VOC desde 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 los efectos de la deriva y el envejecimiento del sensor. Esto se hace pasando aire seco limpio filtrado sobre los sensores en cada ciclo de muestra.

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 se deben reemplazar cada 6 meses.
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 las 24 horas, los 7 días de la semana.

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

Resumiendo

Los sistemas PID proporcionan una tecnología de detección y medición de VOC rápida e inmediata, pero tienen menor sensibilidad y son más caros en comparación con E-NOSE. También requieren un mayor mantenimiento, una calibración más frecuente y son sensibles a los cambios en la 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 utilizado es el filtrado de materiales, que deben reemplazarse solo una vez cada 6 meses, junto con una simple verificación de validación.

El monitor MS1200 ahora se ha utilizado ampliamente en el monitoreo en la captación de sistemas de agua potable. Ahora también hay varios sitios que utilizan el monitor para el monitoreo de emisiones industriales y la detección de VOC.

Conclusión

Varias tecnologías están disponibles con el fin de detectar VOC en descargas industriales. Se ha argumentado que el método más robusto, sensible y eficaz es el uso de dispositivos semiconductores de detección de gas E-NOSE, debido a su larga vida, los requisitos de calibración poco frecuentes y el mantenimiento simple. El ejemplo al que se hace referencia es el multisensor MS1200.

Se han presentado estudios de caso para mostrar con qué facilidad se puede implementar e integrar un instrumento de este tipo en el sistema de control de emergencia / seguridad existente, dentro de un complejo industrial moderno. De este modo, se proporciona seguridad tanto a la empresa que la utiliza como a las agencias que protegen el medio ambiente, en las que se realizan las descargas.

Información relevante del MS1200 Multisensor

El MS1200 es un sistema en línea de monitoreo de hidrocarburos en agua que proporciona mediciones de bajo nivel de hidrocarburos, aceites y concentraciones de VOC en el agua. Algunas aplicaciones incluyen:

• Monitoreo de puntos de extracción de agua tales como aguas de río sin procesar, pozos y aguas de reservorio.
• Monitoreo de contaminación de aceite en agua.
• Detectar contaminación de VOC en aguas residuales.
• Monitoreo de sistemas de drenaje y aguas pluviales para líquidos inflamables.
• Sistemas de aguas superficiales para la contaminación del combustible.
• Monitoreo para aplicaciones de aire, remediación de terrenos y aplicaciones industriales.
• Deteccción de VOC en las camas de carbono
• Protección de membrana RO
• Medición de VOC en aguas de proceso.

Beneficios clave

• Sin contacto del sensor con el agua: bajo mantenimiento, sin limpieza del sensor.
• Sin reactivos: bajos costes de funcionamiento.
• Nariz electrónica: no le afecta la turbidez.
• Alta sensibilidad: ideal para agua potable.
• Se puede calibrar para sustancias específicas: se usa para controlar derrames.
• Captura los derrames de compuestos orgánicos volátiles, no solo hidrocarburos.
• Alarmas a SCADA y otras interfaces de comunicación.

Principio de funcionamiento

El MS1200 utiliza una técnica de medición sin contacto basada en la Ley de Henry, que detecta gases volátiles en el espacio vacio en el tanque de muestreo provisto, y proporciona un sistema de medición con requisitos de mantenimiento muy bajos.

Gracias al diseño inteligente y la tecnología, el sensor nunca toca el agua. Esto resulta en una reducción de la deriva, prácticamente sin ensuciamiento, sin limpieza del sensor y un mantenimiento muy bajo.

El MS1200 es preciso para bajas concentraciones de ppb y su amplio rango dinámico permite su uso en una amplia variedad de entornos.

La concentración de compuestos orgánicos volátiles y vapor de agua en el espacio vacio aumenta hasta que se alcanza el equilibrio con la concentración en el agua (Fig. 1)

Luego se toma una muestra de gas del espacio vacio y se analiza la respuesta para proporcionar una concentración en ppb de contaminantes en el agua (Fig. 2).

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