EMISIONES DE DIOXIDO DE AZUFRE Y ACIDO SULFURICO EN UNA PLANTA PRODUCTORA DE SULFATO DE ALUMINIO Y AFECTACION DE LA POBLACION Miguel A. RUIZ BRIONES*, Martín RABELERO VELASCO, Laura E. ORTEGA ROSALES, Carlos PELAYO ORTIZ, Lilia F. SANCHEZ MORENO, Teresita AVALOS MUNGUIA y Víctor GONZALEZ ALVAREZ Departamento de Ingeniería Química. Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías (CUCEI). Universidad de Guadalajara Boulevard Marcelino García Barragán N° 1451. Guadalajara, Jalisco, MEXICO 44860 Teléfono: (33) 36503401 e-mail: [email protected] RESUMEN Las contingencias asociadas con materiales peligrosos hacen vulnerable a la población ante la falta de información oportuna. El 22 de Junio de 2005, 37 niños y 2 maestras del Jardín de Niños “Francisco Medina Ascencio” en la Colonia Miravalle, manifiestan problemas de intoxicación por exposición a un “gases peligrosos”. Personal de Ecoguardias del H. Ayto. de Guadalajara y elementos de la Unidad Estatal de Protección Civil realizan una “investigación” y concluyen que la empresa SIDESA situada a 1000 metros del plantel y dedicada a la manufactura de sulfato de aluminio fue la responsable de emitir nubes de “ácido sulfúrico” afectando al Jardín de Niños. A través de evaluación del proceso y simulación con modelos de dispersión del comportamiento de dióxido de azufre y neblinas de ácido sulfúrico, se obtuvieron resultados que una vez presentados a las autoridades, las mismas deciden retirar la clausura parcial que por más de 15 días fue objeto la planta. Con estos resultados, se concluye la necesidad de contar con autoridades con mayor capacidad técnica para la adecuada toma de decisiones y salvaguardar a la población en caso de siniestros de alta magnitud. INTRODUCCION El 22 de Junio de 2005 a las 10:20 horas, 37 niños y 2 maestras del Jardín de Niños “Lic. Francisco Medina Ascencio” en la Colonia Miravalle, una de las zonas más conflictivas por problemas de polución atmosférica en la Zona Metropolitana de Guadalajara (ZMG), resultan afectados por la exposición a gases tóxicos. Personal de Protección Civil y Bomberos, así como Ecoguardias del H. Ayto. de Guadalajara, personal de la Unidad Estatal de Protección Civil acuden al referido plantel para atención a los menores. Una vez atendidos los mismos, proceden a realizar una “investigación” de la posible fuente de emisión. Vecinos entrevistados a través de los diferentes medios, manifiestan confusión sobre la naturaleza del producto químico que afectó a alumnos y docentes. Las autoridades al recorrer las industrias en la zona, “deciden” sin contar con resultados de monitoreo (Ruiz Briones y col., 2004 y 2005) y/o evidencia técnica y jurídicamente válida, que establezca certidumbre respecto a la identidad del material, que la empresa 1 SIDESA dedicada a la manufactura de sulfato de aluminio al reaccionar hidróxido de aluminio con ácido sulfúrico, fue la responsable de emitir a través de los venteos de los reactores, “nubes de ácido sulfúrico”; por lo cual se procedió a la clausura parcial de la empresa (Periódico La Jornada, Periódico El Sol de México), así como actas de infracción “fundamentadas” tanto en el Reglamento Municipal de Ecología del municipio de Guadalajara, como la Ley de Protección Civil del Estado de Jalisco. Figura 1. Alumnos atendidos por personal de la Unidad Estatal de Protección Civil Jalisco (UEPCJ) El proceso de manufactura de la planta SIDESA consiste en cargar agua en reactores, adicionar hidróxido de aluminio, con agitación y finalmente dosificar ácido sulfúrico al 98%, el cual por la exotermia, alcanza temperaturas de aprox. 100°C y se produce sulfato de aluminio. Los reactores se encuentran equipados con venteos (chimeneas) que conducen fundamentalmente agua y arrastres en forma de neblina de ácido sulfúrico. Figura 2. Reactor de Producción de sulfato de aluminio Figura 3. Venteo de reactores con plataforma de monitoreo El proceso de dispersión de materiales en la atmósfera es complejo, lo cual ha llevado a establecer simplificaciones de la ecuación fundamental de difusión de un gas: 2 dC ∂ ⎛ ∂x ⎞ ∂ = ⎜ Kx ⎟ + ∂x⎝ ∂x ⎠ ∂y dt ⎛ ∂x ⎜⎜ K y ∂y ⎝ ⎞ ∂ ⎛ ∂x ⎞ ⎟⎟ + ⎜ Kz ⎟ ∂z ⎝ ∂z ⎠ ⎠ (1) Donde: Kx, Ky, Kz : Coeficientes de difusividad La evaluación de los coeficientes de difusividad es difícil por lo cual Gifford, 1960; establece simplificaciones a los coeficientes y aproximarlos bajo el concepto de “coeficientes de dispersión σ”; los cuales son función de la distancia a favor del viento y el tipo de estabilidad atmosférica. Dicha simplificación se refleja en la gran mayoría de la paquetería comercialmente disponible para evaluación del proceso de dispersión de materiales peligrosos. Una aproximación a la resolución de la ecuación (1) considera el caso de una emisión continua a una altura efectiva Hr sobre el nivel del piso, para lo cual la resolución considerando el tipo de estabilidad atmosférica considerada y sus correspondientes coeficientes de dispersión es (De Vaull, G.E., King, J.A., Lantzy, R.J. and Fontaine, D.J., 1995; Hanna, S.R. and Drivas, P.J., 1996; Hanna, S.R. and Britter, R.E., 2002): C (x, y, z) = Qm 2 π σy σz u ⋅ e ⎡ 1 ⎛ y2 ⎜ ⎢⎢ 2 ⎜⎝ σ y 2 ⎣ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ⎤ ⎥ ⎥ ⎦ ⎧ ⎪ ⋅ ⎨ ⎪ ⎩ e ⎡ ⎛ ⎢ - 1 ⎜ z - Hr ⎢ 2 ⎜⎝ σ z ⎣ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 2 ⎤ ⎥ ⎥ ⎦ + e ⎡ ⎛ ⎢ - 1 ⎜ z + Hr ⎢ 2 ⎜⎝ σ z ⎣ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 2 ⎤ ⎥ ⎥ ⎦ ⎫ ⎪ ⎬ ⎪ ⎭ (2) Donde: ‹C›(x,y,z) : Concentración a nivel de piso, g/m3 Qm : Flujo de material a partir de la fuente de emisión, g / seg Hr : Altura efectiva de la fuente de emisión, m σy : Coeficiente de dispersión horizontal, m σz : Coeficiente de dispersión vertical, m u : Velocidad del viento en el lugar, m/seg La concentración a nivel de piso se presenta cuando z = 0, así: C (x, y, z) = Qm π σy σz u ⋅ e 2 ⎡ ⎛ ⎞ ⎢ - 1 ⎜ y ⎟ - 1 ⎛⎜ Hr ⎢ 2 ⎜σy ⎟ 2 ⎜⎝ σ z ⎝ ⎠ ⎣ ⎞ ⎟⎟ ⎠ 2 ⎤ ⎥ ⎥ ⎦ (3) El objetivo del presente trabajo es establecer la factibilidad de riesgo hacia la población civil por las actividades desarrolladas por la empresa SIDESA; simular y obtener resultados del día 22 de Junio de 2005 en relación a emisiones de neblinas de ácido sulfúrico; determinar técnicamente, la responsabilidad de la 3 empresa en la intoxicación del alumnado y maestras del Jardín de Niños “Lic. Francisco Medina Ascencio” y presentar los resultados a las autoridades, a efectos de que se establezca una resolución jurídica en relación a las clausuras parciales impuestas. METODOLOGÍA Los flujos de emisión a partir del reactor de producción de sulfato de aluminio se realizaron por medición directa en el venteo en base a las normas oficiales NOM039-SEMARNAT-1993, “Norma Oficial Mexicana que establece los nieles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de bióxido y trióxido de azufre y neblinas de ácido sulfúrico, en plantas productoras de Acido Sulfúrico” y NOM043-SEMARNAT-1993, “Norma Oficial Mexicana que establece los niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de partículas sólidas provenientes de fuentes fijas”. Las evaluaciones se realizaron por un laboratorio de pruebas acreditado ante EMA (Entidad Mexicana de Acreditación), de tal forma que los resultados obtenidos tengan validez jurídica. Los materiales que se sospecha están involucrados en el evento son ácido sulfúrico (TLV-TWA = 1 mg/m3 e IDLH = 15 mg/m3), dióxido de azufre (TLV-TWA = 2 ppm e IDLH = 200 ppm), cuyos efectos a la generalidad de la población en afectación de la piel, vías respiratorias altas y dificultades para respirar y en el peor caso, la muerte. Los datos meteorológicos registrados el día del evento tales como: dirección del viento, su magnitud, temperatura y % HR; fueron proporcionados por el Instituto de Astronomía y Meteorología de la Universidad de Guadalajara y validados por los datos de la estación Miravalle de la Red de Monitoreo Atmosférico de la Secretaría del Medio Ambiente para el Desarrollo Sustentable (SEMADES) del Gobierno del Estado de Jalisco. Se realizó una revisión completa de los procesos productivos de SIDESA, durante 15 días para caracterizar, de manera más confiable el escenario de emisión. A partir de la información meteorológica y de la fuente de emisión, se procedió a realizar evaluaciones cada 10 minutos dentro del horario de las 9:00 a las 13:00 horas, utilizando el paquete ALOHA® (Areal Locations Of Hazardous Atmospheres, Environmental Protection Agency, EPA and National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA, USA; ( www.epa.gov/ceppo/cameo/aloha.htm), sobre todo por su mejor precisión en comparación otros paquete disponibles (Ruiz Briones y col., 2004). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados obtenidos a partir de modelos de dispersión utilizando el paquete ALOHA®, son presentados en las Tabla 1 y corresponden al reactor utilizado para la producción por batches de Sulfato de Aluminio, recipiente operando a presión atmosférica y a una temperatura promedio de 100°C; la duración promedio del batch es de 2.5 horas y el equipo cuenta con un venteo (chimenea) que conduce fundamentalmente vapor de agua y arrastres de dióxido de azufre y ácido sulfúrico con una altura a partir del nivel de piso de 18.53 metros. Los flujos 4 de emisión de acuerdo a los resultados de monitoreo fueron : Dióxido de azufre = 0.09 kg /hr y “ácido sulfúrico” = 0.46 kg/hr. Las estabilidades atmosféricas manejadas: Estabilidad clase “C”: Atmósfera Ligeramente Inestable. Característica que toma en cuenta las condiciones ambientales prevalecientes en la ubicación del proyecto ( Guadalajara, Jalisco; Velocidad del Viento Promedio de 2.3 m/seg y con vientos predominantes SSE). Estabilidad clase “F”: Atmósfera Estable. Condiciones meteorológicas más críticas que conducen a obtener las máximas concentraciones y que para efectos de evaluación es el caso extremo. Las condiciones meteorológicas en el sitio del proyecto son: Guadalajara, Jalisco; Velocidad del Viento Promedio de 2.3 m/seg y con vientos predominantes SSE. Los perfiles de concentración se evaluaron, para establecer para fijar la zona de riesgo y la zona de amortiguamiento, tomando como referencia la guía para Análisis de Riesgo Ambiental establecida por el Instituto Nacional de Ecología (www.ine.gob.mx), la cual presenta una: Zona de Riesgo- Concentración equivalente al IDLH (Concentración inmediatamente peligrosa a la vida y la salud) y Zona de Amortiguamiento- Concentración del TLV-TWA (Valor límite de umbral a tiempo promedio ponderado): TABLA 1 RESULTADOS OBTENIDOS POR ALOHA® AZUFRE Y ACIDO SULFURICO Material Concentración Estabilidad Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Trióxido de Azufre Trióxido de Azufre Trióxido de Azufre Trióxido de Azufre Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico 2 ppm - TLV8 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 100 ppm – IDLH 1 mg/m3 - TLV8 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 – IDLH 15 mg/m3 – IDLH C F C F C F C F C F C F - DIOXIDO DE Radio afectación, mts ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 Los resultados obtenidos al evaluar cada 10 minutos con las condiciones atmosféricas prevalecientes el 22 de Junio de 2005 en un horario de las 10:00 horas a las 13:00 horas y obtenidos por el Software ALOHA©, son presentados en las Tablas 2 y 3, para Dióxido de Azufre y Acido Sulfúrico, respectivamente. Las estabilidades atmosféricas dependen fundamentalmente de las condiciones prevalecientes en el período de evaluación. Los criterios para fijar la zona de riesgo y la zona de amortiguamiento, se basan en la guía para Análisis de Riesgo Ambiental establecida por el Instituto Nacional de Ecología (www.ine.gob.mx), la cual presenta una: Zona de Riesgo- Concentración equivalente al IDLH 5 (Concentración inmediatamente peligrosa a la vida y la salud) y Zona de Amortiguamiento- Concentración del TLV-TWA (Valor límite de umbral a tiempo promedio ponderado). Los resultados presentados en las Tablas 1, 2 y 3 muestran que los resultados de los perímetros de afectación no rebasan los 100 metros, lo cual nos indica que las emisiones generadas durante el proceso de manufactura de sulfato de aluminio, no superan el perímetro de la planta. Las mediciones realizadas utilizando GPS (Global Position System) y con el software ARC VIEW©, localizan al jardín de niños a aprox. 1000 metros en línea recta de la instalación industrial, tal y como muestra la Figura 4. Planta SIDESA Planta Potabilizadora de agua No. 1 SIAPA Jardín de Niños “Lic. Francisco Medina Asencio” N 1000 m Unidad Habitacional “José Clemente Orozco” Infonavit Miravalle Figura 4. Vista Aérea del escenario de emisión 6 TABLA 2 RESULTADOS HORARIOS DE DISPERSION DE DIOXIDO DE AZUFRE OBTENIDOS POR ALOHA® Hora Material Concentración Estabilidad 10:00 10:00 10:10 10:10 10:20 10:20 10:30 10:30 10:40 10:40 10:50 10:50 11:00 11:00 11:10 11:10 11:20 11:20 11:30 11:30 11:40 11:40 11:50 11:50 12:00 12:00 12:10 12:10 12:20 12:20 12:30 12:30 12:40 12:40 12:50 12:50 13:00 13:00 Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre Dióxido de azufre 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH 2 ppm - TLV8 100 ppm – IDLH B B C C C C C C B B C C B B D D D D D D C C C C C C D D C C D D D D D D C C Radio afectación, mts ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 7 TABLA 3 RESULTADOS HORARIOS DE DISPERSION DE ACIDO SULFURICO OBTENIDOS POR ALOHA® Hora Material Concentración Estabilidad 10:00 10:00 10:10 10:10 10:20 10:20 10:30 10:30 10:40 10:40 10:50 10:50 11:00 11:00 11:10 11:10 11:20 11:20 11:30 11:30 11:40 11:40 11:50 11:50 12:00 12:00 12:10 12:10 12:20 12:20 12:30 12:30 12:40 12:40 12:50 12:50 13:00 13:00 Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico Acido Sulfúrico 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH 1 mg/m3 - TLV8 15 mg/m3 - IDLH B B C C C C C C B B C C D D D D D D D D C C C C C C D D C C D D D D D D C C Radio afectación, mts ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 ‹ 100 Debe destacarse también que justamente enfrente del jardín de niños, divido únicamente por un andador de 6 metros se localiza una escuela primaria, la cual el día del evento, sus estudiantes no manifestaron los efectos de la exposición, así como los vecinos del núcleo habitacional con edificios departamentales cuya altura es de aproximadamente 22 metros, tal y como muestran las Figuras 5 y 6. 8 Figura 5. Jardín de Niños y andador Figura 6. Edificios vecinos Los resultados de esta evaluación fueron presentados 30 días después del incidente, ante las autoridades de Ecología y Medio Ambiente del H. Ayto. de Guadalajara, como también ante la Unidad Estatal de Protección Civil del Estado (UEPCJ) procediendo las mismas a retirar los correspondientes sellos de clausura y cancelar las correspondientes actas. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos liberaron a la empresa SIDESA de sanciones ante las autoridades municipales, estatales y federales. Los procesos de liberación de materiales peligrosos a la atmósfera por parte de las autoridades deben manejarse con sustento técnico y jurídico, ya que señalamientos sin esta base; se traducen en problemas jurídicos y demandas de parte de las empresas, que finalmente afectan las finanzas públicas con el consecuente pago de ellas por parte de la ciudadanía. De vital importancia resulta, el contar con autoridades que tengan la capacidad técnica para dictaminar este tipo de eventos, ya que un adecuado proceso de toma de decisiones, puede significar preservar la integridad de la población civil o en su defecto, tener afectaciones importantes de la misma; lo cual puede redundar en cifras tan drásticas como las que se presentaron el 22 de Abril de 1992 con las explosiones por hidrocarburos en el Sector Reforma de la Zona Metropolitana de Guadalajara. REFERENCIAS PERIODICO “LA JORNADA”; “Profepa, a punto de certificar como limpia a empresa contaminante”; 28 de Junio de 2005 9 PERIODICO “EL SOL DE MEXICO”; “Intoxicados 36 niños y 3 maestras en kinder tapatío”; 26 de Junio de 2005 De Vaull, G.E., King, J.A., Lantzy, R.J. and Fontaine, D.J. (1995). Understanding Atmospheric Dispersion of Accidental Releases; Center for Chemical Process Safety, AIChE, New York, NY, USA. Hanna, Steven R. and Drivas, Peter J. (1996). 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