4 - Contaminantes Específicos Del Agua

 

TEMA 4.- Cont Contaminan aminantes tes del agua

Por su Origen: • Urbano: Detergentes y Bionutrientes • In Indust dustria rial: l: Met Metale ales, s, PCB PCBs, s, Dio Dioxin xinas as e Hidrocarburos. • Agr Agrari ario: o: Pestic Pesticida idass y Bionut Bionutrie riente ntes. s.

Contaminantes del agua Agua Dr. M. Alberto Quezada A. [email protected]

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Dpto. de Ingeniería Química. FIQ -UNT

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TEMA 4.- Cont Contaminan aminantes tes del agua

TEMA 4.- Contam Contaminant inantes es del agua

Por sus • Tóx Tóxico icossEfectos: y B Bioa ioacum cumula ulativo tivos: s: Metale Metales, s, PCBs, Dioxinas, Pesticidas e Hidrocarburos. • Eco Ecológ lógico icos: s: Bio Bionut nutrie riente ntes. s. • Mix Mixto: to: Deterg Detergent entes es co conn fosf fosfato atos. s.

Por su Naturaleza: • In Inor orgá gáni nica ca:: Me Meta tale less • Org Orgáni ánica: ca: Pestici Pesticidas das,, PCBs, PCBs, Di Dioxi oxinas nas e Hidrocarburos. • Mixt Mixta: a: Det Deterg ergent entes es y Bionu Bionutri trient entes. es.

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Los contaminantes cuyo estudio abordaremos son: • Me Meta tale less • Bio Bionut nutrie riente ntess • Det Deterg ergent entes es • Pe Pest stic icid idas as • Polic Policloro lorobifen bifenilos ilos y Dioxinas Dioxinas • Hid Hidroc rocarb arburo uross Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

Contaminación por Metales • Hace re referen ferencia cia a los problemas problemas ocasionados por Metales Pesados. • La mayor mayoría ía de ello elloss pertenecen pertenecen a elementos de densidades muy altas. • Tamb También ién llama llamados dos Metales Metales traza, por su pequeña concentración. 5

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TEMA 4.- Cont Contaminan aminantes tes del agua

TEMA 4.- Contam Contaminant inantes es del agua

Se aplica el nombre de microcont micro contamina aminantes ntes a todos aquellos cuya concentración es inferior inferi or a 1 mg / L y pr produce oducenn efectos importantes.

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Fuentes: Son de origen antropogénico • Acti Actividade vidadess mineras mineras • Fu Fund ndic ició iónn • Re Refi fina nado do

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Elemento

Origen

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Efectos Tóxicos

Co

 Aleaciones. Tintes y pinturas. Cerámicas y medicina nuclear.

Cu

Recubrimiento de metales. Minería. En algas y Plantas. Corrosión.

Cr 

Recubrimiento de metales. Ind. Textil y curtido.

Sist. Digestivo, riñon e hígado. Cáncer Cr (VI)

Fe

Minería, erosión, fundición, galvanotecnia, corrosión.

No toxico. Problemas de sabor y turbidez. En plantas a altas conc.

 A altas concentraciones toxico en peces.

Sb

Ind. Esmaltes y tipografía

Patología cardiaca

 As

Minería; pesticidas; Ind. quimica

En piel y Sist. nervioso. cancerigeno

Ba

Minería, Ind. pinturas.

Sist. Circulatorio.

Be

Carbón, Ind. nuclear y espacial.

afecciones pulmonares, cancerígeno.

Mn

Minería, aleaciones. Lixiviado rocas No muy toxico. A altas y suelos, Ind. Química. conc. daña sist nervioso. nervioso.

Cd

Carbón. Minería. Tratamiento de metales.

Riñones. Hipertensión. Reemplaza al Zn.

Hg

Minería, carbón, Ind. Química, fungicidas.

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 Ag

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En Resumen:

Cancerígeno a altas Recubrimiento de metales.  Aleaciones. Baterías, catalizadores. conc. Dermatistis. Nauseas Pigmentos. Galvanoplastia. Fotografia. Moneda.

Riñón. Hígado, piel y mucosas

Pb

Minería, carburantes, pinturas, corrosión

En niños y mujeres embarazadas. Anemia. Riñon.

Se

Carbón y petróleo. Minería del cobre.

Hemorragias. Sist. Nervioso a altas conc.

V

Carbón y petróleo, aleaciones, catalizadores, tintes y pinturas.

Gastrointestinales a altas conc. y respiratorios.

Zn

Recubrimiento de metales, aleaciones, pigmentos, pinturas

Fitotóxico a altas conc.

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 Agudos y crónicos. Daña sist. nervio nervioso so y riñon.

 

Erosión y lixiviado de rocas y suelos: Al, Ba, Fe, Mn, V. Minería: As, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb. Tratamiento de superficies: Ag, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn. Otros vertidos industriales: Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn. Aguas residuales urbanas: Al, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn. 11

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A diferencia de los contaminantes orgánicos los metales no pueden degradarse ni biológica ni químicamente en la naturaleza. Uno de los resultados más graves de su persistencia es la amplificación biológica de la concentración de los metales en las cadenas tróficas.

Elementos traza esenciales

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Mercurio 

Límites de tolerancia en Legislación Europea

Las principales fuentes mercuriales son la producción de aparatos eléctricos, industrias de cloro-álcali (emplean celdas de mercurio) y las industrias de  pintura y agricultura (usan como fungicidas). Fuentes habituales: mariscos, atún,  plásticos, insecticidas, colores de impresión. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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Mercurio 

Se utiliza en tres formas:  • Directamente como metal. • Formando parte de compuestos orgánicos (alquil y arilmercúricos). • Formando parte de compuestos inorgánicos (cloruro, óxido, etc.)  Dosis inocua: 30 mg /persona . Día  Límitee legal ((europ Límit europa): a): 1 ug / L agua potable  Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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Los compuestos más tóxicos son los metilmercuriales, (CH3)2 Hg, llegan a las aguas por vertido directo o por transformaciones biológicas. La forma de acumularse en el organismos es: Proteínas-SH + CH3Hg+ ---- prote proteínasínas-S-HgS-Hg-CH CH3 Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Ingeniería Química. FIQ - UNT 

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Plomo  Plomo 

Las principales fuentes son baterías de  plomo para autos, industrias metálicas (armas), productos químicos (tetraetilplomo), pinturas y vidriado. La ingestión de 1 mg/L puede crear toxicidad crónica. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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Los Lo s or orga gano nopl plúm bico coss se bsor orbe benyn rápidamente aúmbi través de laaabs piel membranas mucosas. El Pb 2+  es la forma más estable en aguas naturales. Las formas orgánicas más signif sig nifica icativ tivas as son el tet tetrae raetil til y el el tetrametilplomo. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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Contaminación por Bionutrientes

La mayoría de los elementos que necesitan las plantas para crecer están a su disposición en cuantías muy superiores a sus requerimientos, pero algunos están en cantidades próximas a las que precisa el crecimiento vegetal, estos son los elementos limitantes y entre ellos están el N y P.

(Eutrofización)

Hace referencia a compuestos que contienen nitrógeno y fósforo. • Inorgá Inorgánicos nicos:: amoni amoniacales acales,, nitrit nitritos, os, nitratos, fosfatos. • Orgán Orgánicos: icos: aminoá aminoácidos, cidos, proteín proteínas, as, organofosforados Eutrofización .Enriquecimiento desmesurado del agua con nutrientes. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

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En lagos lagos y emba embalse lsess provoc provocaa gra graves ves La actividad humana ha elementos portado  grandes cantidades de estos elemen tos limitantes, liberando excesivos bionutrientes, que originan incremento desmesurado de población vegetal y aceleran los procesos naturales de eutrofización. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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 problemas por la falta de movilidad escasa esc asa ccapa apacid cidad ad de in inter tercam cambio bio dey este tipo de aguas. La descomposición vegetal, induce una descomposición drástica de oxigeno disuelto. Desaparecen especies y aporta olores y sabores   poco agradables al al agua  Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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Se co cons nsid ider eraa al fósf fósfor oroo como como responsable de eutrofización en lagoss y embalses; lago embalses; y el nitrógen nitrógenoo en aguas de carácter abierto, aguas marinas y dulces.

Indicadores de eutrofia:  • Incremento del nivel medio de bionutrietes. • Disminución del O 2  disuelto. • Alteración del color. • Aumento de turbidez. • Aumento de concentración de especies reducidas en zonas +  +   profundas (H 2 S; NH 4  ; Fe 2  ; Mn 2 +  ) 

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Niveles de Eutrofia

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Contaminación por Detergentes

Detergencia: Detergenci a: Proce Proceso so po porr el cual las suciedades son separadas del sustrato, sobre el que estaban retenidas, y puestas en estado de disolución o dispersión.

La Organización Internacional de Normalización define un detergente como producto cuya composición ha sido establecida especialmente para una operación de limpieza mediante fenómenos de detergencia. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

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Jabón.- Sal Sal sódica o potásica de ácidos grasos Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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En la formulación de un detergente se distingue: • el princi principio pio activo activo o vverd erdade adero ro agente de lavado llamado surfactante o tensoactivo , y • Componentes complementarios

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Composición:

4.Ad 4.Adit itiv ivos os:: Agen Agente tess d dee b bla lanq nque ueo, o, (perboratos), inhibidores de corrosión (silicatos), agentes antirredeposición, agentes antiespumantes, colorantes, agentes bactericidas, perfumes. 5.Cargas: 5.Ca rgas: Sulfato Sulfato sódico, agua, alcoho alcohol.l. 6.Enzimas

1.Principi 1.Principios os aactivos ctivos (10-15 (10-15%): %):cationicos, Jabo Jabones, nes, surfactantes anionicos, anfóteros y no anionicos. 2. 2.Co Coad adyuv yuvan ante tess (30(30-40 40%) %):: Ze Zeol olita itas, s, carbonatos, sales de nitrilodiacético, silicatos, citratos. 3.Reforzad 3.Ref orzadores ores (0-2% (0-2%): ): Alcanol Alcanolamida amidas, s, óxidos de amidas. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

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Los surfactant surfactantes es reba rebajan jan la tensión tensión superficial del agua lo que permite que penetre en tejido textil. Los más usados son alquilbencenosulfonatos (ABS).

Los surfa surfacta ctante ntess y coadyuv coadyuvant antes es son los responsables en mayor medida de los principales problemas de contaminación del agua.

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Los Los coa coady dyuv uvan ante tess ti tien enen en ffun unci ción ón 2+ secuestrante de iones Ca  y Mg2+ formando complejos. 37

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Problemas: • cantidades Lo Loss su surf rfac acta tant ntes es espumas, fo form rman an gran gr ande dess de pueden inducir toxicidad en el agua y son agentes con requerimiento de oxígeno. Al sustituir por surfactantes de ccaadena llin ineeal aumenta llaa biodegradabilidad y disminuye la cantidad de espuma Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

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• Alguno Algunoss blanque blanqueadore adoress presentan presentan boro que no se elimina en las depuradoras. Otros son poco biodegradables.

• El pro proble blema ma de los coa coadyu dyuvan vantes tes en los detergentes es el alto contenido de fósforo (de tipo polifosfatos) implicados en la eutrofización de aguas. Se considera que su uso origina entre ent re el 50 – 70% d dee lo loss fos fosfat fatos os presentes en aguas residuales.

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• Las en enzimas zimas qque ue se eemplea mpleann son proteasas (amilasas y lipasas) que pueden originar alergias y asma.

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TEMA 4.- Contam Contaminant inantes es del agua

se clasifican según el objetivo: Insecticidas:  tóxicos para insectos. Fungicidas: combaten hongos (mohos) Herbicidas: atacan malas hierbas. Antibióticos: inhiben microorganismos patógenos. • Esterilizantes : inhiben inhiben re reprodu producción cción de insectos.

•• • •

Contaminación por Pesticidas Productos químicos empleados para combatir parásitos de los cultivos, del ganado, de animales domésticos, del hombre y su ambiente natural. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

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Formulación: Casi nunca se utilizan puros, sino se acondicionan de manera adecuada diluidos en un soporte sólido o disolvente líquido junto con otras sustancia auxiliares. Son orgánicos, inorgánicos o mixtos organometálicos.

Pesticidas Inorgánicos Comp Compuestos uestos d dee arsén arsénico: ico: ver verde de de paris, hidrogeno hidrogenoarsen arseniato iato de plomo. Insec Insecticida ticidass fluorados: fluorados: crio criolita, lita, fluorosilica fluoro silicato to de ssodio. odio. Fungic Fungicidas idas ino inorgáni rgánicos: cos: azufre, azufre, mezcla de burdeos. Herbi Herbicidas cidas in inorgán orgánicos: icos: bo borax, rax, clorato de sodio.

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• • • • 45

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Pesticidas Orgánicos

• Hidro Hidrocarb carburos cl clorado orados: s:hexa DDT anál an álog ogos os,, uros he hexa xacl clor oroc ocic iclo lohe xano noss y clorob clo robenc enceno enos, s, cic ciclod lodien ienos os clo clorad rados, os, terpenos clorados. • Clor Clorofeno ofenoxiácid xiácidos: os: arma armass químicas • Orga Organofosf nofosforad orados: os: es esteres teres fosfóricos, fosfó ricos, tiofo tiofosfóric sfóricos os (par (paration ation). ). • Carb Carbamat amatos: os: deri derivados vados de dell ac. Carbámico Carb ámico (Baygón). (Baygón). Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

DDT 

paration aldrin 47

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Debemos tener en cuenta tres aspectos esenciales para la contaminación por pesticidas: toxicidad, persistencia y bioacumul bioa cumulación ación en el ambiente; ambiente; que traen como consecuencia desequilibrios ecológicos y mutaciones en especies.

La persistencia de un plaguicida en el ambiente se define como el tiempo necesario para que se pierda el 95% de su actividad ambiental; o mediante el concepto de vida media, siendo ésta el tiempo que tarda en degradarse la mitad del pesticida. Persist Per sistent entes es Vm = 6 – 12 mes meses es mode mo dera rado doss Vm = 2 – 4 mese mesess degradable degra dabless Vm = 15 dias.

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Contaminación por PCBs

Alternativas al uso de pesticidas • Uso de contr controles oles b biológ iológicos icos • Desar Desarrolla rollarr planta plantass más resisten resistentes tes a insectos. • Cont Control rol genético genético ((ester esterilidad ilidad)) • Manip Manipulació ulaciónn hormon hormonal: al: para evit evitar ar el desarrollo a la etapa adulta de los insectos Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

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Compuestos polihalogenados, estables a orgánicos temperaturas elevadas (hasta 800 ºC), no inflamables, baja conductividad eléctrica, resistentes a ácidos, bases y oxidantes, ligeramente solubles en agua.

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Contaminación por Dioxinas y Furanos Son éteres aromáticos policlorados. Parece probado su carácter cancerígeno, mutagénico y teratogénico. En total son posibles aprox. 75 dioxinas  y 135 furanos diferentes.

Problemas ambientales: • Los PCB PCBss son llos os má máss pe persi rsiste stente ntess en el ambiente debido a su estabilidad y lentaa bio lent biodegra degradabil dabilidad. idad. (Vm = 10-15 años). • A pesa pesarr de su baja baja so solubili lubilidad dad son adsorbidos por sólidos en suspensión. • La toxi toxicidad cidad eess mayor eenn los me menos nos sustituidos. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

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Cly 7

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O

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Problemas ambientales:

Contaminación por Hidrocarburos

• Son sus sustanci tancias as muy persi persistente stentes, s, soluble solubless en grasas y elevado carácter bioacumulativo. • La resi resistenc stencia ia a la degra degradació daciónn aumen aumenta ta con el contenido de cloro. • Visa media superi superior or a uunn añ año. o. • La UE d daa como límite d dee diox dioxinas inas eenn una personaa 1-10 pg/ person pg/Kg,peso Kg,peso dia. • A menu menudo do en in industria dustriass papel papeleras eras con blanqueo con cloro. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

Clx 2

Clx

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O 8

Engloba a las sustancias presentes en el petróleo o derivados del mismo. Se suele usar el término aceite mineral en forma alternativa a los de petróleo. Aceite mineral.mezcla de hidrocarburos con cadenas entre 15 – 20 carbonos. 55

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Fuentes de Contaminación Marina por hidrocarburos

Naturaleza y propiedades Pertenecen a cualquiera de los sgtes grupos: saturados (alcanos); insaturados (olefínicos); cicloalcanos o nafténicos; aromáticos (mono o polibencénicos).

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Fracciones obtenidas del petróleo

Compuestos con heteroátomos presentes en crudos: • Azufr Azufre: e: mercaptan mercaptanos, os, sulfuros sulfuros,, tiofenos. R-SH R-S-R’ • Nitrógeno: piridinas, quinolinas, indoles. S

N

N

N H

• Oxige Oxigeno: no: ácido ácidoss grasos grasos,, fenoles. OH

CH3-(CH2)n-COOH

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Aspectos contaminantes

Contención del vertido

• Requie Requieren ren con consumo sumo de oxige oxigeno no para su degradación; por lo que disminuyen el oxigeno disuelto en aguas. • Puede Puedenn ocasion ocasionar ar efec efectos tos tóxic tóxicos. os. • Forma un unaa pelícu película la super superficial ficial qque ue disminuye la transmisión de luz y difusión de oxígeno molecular. • So Solu lubi bili lida dad: d:

• Bot Botalo alones nes flo flotan tantes tes.. • Barrer Barreras as de burbuj burbujas as de aire. • Barrer Barreras as quí químicas micas:: gelifi gelificaci cación ón solidificación por aditivos.

o

Aromático > cicloalcanos > alcano ramificado > n-alcanos Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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Limpieza y eliminación del vertido • • • • • •

Métodos mecán mecánicos: icos: bombas bombas.. Degrad Degradación ación bioló biológica: gica: cconsum onsumee O2. Agent Agentes es dispe dispersant rsantes: es: sur surfactan factantes. tes. Combu Combustión stión:: cont contamina amina el aire aire.. Sorben Sorbentes: tes: paja, serrín serrín,, PUF PUF.. Agente Agentess de hundim hundimiento iento:: arena, la ladrillo drillo molido, cemento, silicona, cenizas. contamina fondo marino. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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Hidrocarburos Aromaticos Policíc Pol icíclic licos os (HA (HAPs Ps)) Son compuestos con número variable de anillos bencénicos condensados. Sólidos a CN, baja solubilidad en agua, capacidad bioacumulativa. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Ingeniería Química. FIQ - UNT 

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•

Origen La combustión de hidrocarburos a temperaturas elevadas (>500ºC) con insuficiente oxigeno son condiciones propicias para formar HAPs.

• • •

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Fuentes Proces Procesos os indus industriale triales: s: fabri fabricació caciónn de coque, asfalto, negro de humo, ferroaleaciones, craqueo de petróleo. Fuentes m móviles óviles:: autos a ga gasolin solina, a, diese diesel,l, aviones. Proces Procesos os de comb combustión ustión:: calefa calefaccion cciones, es, incineración de residuos, incendios forestales y agrícolas. Gen Genera eració ciónn de ener energía gía.. Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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Problemas ambientales • aguas La vid vidaaexpuestas media d deea la may mayoría oría de H HAPs, APs, fuerte radiación solaren y con oxigeno disuelto suficiente es inferior a una hora; pero al estar adsorbidos en partículas o sedimentos la velocidad de degradación se reduce aumentando la vida media a semanas e incluso años. • Efecto Efectoss mutagén mutagénicos icos y car carcinog cinogénico énicos. s. (benzopiren (benz opirenoo y benzo benzoantra antraceno). ceno). Dr. M. Alberto Quezada A. Dpto. de Ingeniería Química. FIQ - UNT 

 

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Benzopireno Benzoantraceno

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