UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Curso de divulgación científica Química, sociedad y ambiente DR. ALFONSO DURÁN MORENO UNAM, FACULTAD DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA UNIDAD DE PROYECTOS Y DE INVESTIGACIÓN EN INGENIERÍA AMBIENTAL TELS.: 56 22 52 93, 56 23 35 37 alfdur@unam.mx 29 DE AGOSTO DE 2015 INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA AMBIENTAL Engineering is a profession that applies mathematics and science to utilize the properties of matter and sources of energy to create useful structures, machines, products, systems and processes (Davis y Cornwell, 2008). DEFINICIÓN DE INGENIERÍA “Scientists discover things. Engineers make them work” (MacVicar, 1983) Article III: Definition of the Profession Chemical engineering is the profession in which a knowledge of mathematics, chemistry, and other natural sciences gained by study, experience, and practice is applied with judgment to develop economic ways of using materials and energy for the benefit of mankind. (AIChE Constitution - As amended January 17, 2003). DEFINICIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA http://www.aiche.org/about/governance/constitution La INGENIERÍA AMBIENTAL es una disciplina práctica aplicada en la solución de problemas de sanitización del medio ambiente, notablemente en el aseguramiento de la provisión de servicios de agua potable; en la conveniente disposición o reciclaje de aguas residuales y de desechos sólidos; en el drenado de áreas rurales y urbanas para una sanitización adecuada; así como en el control de la contaminación del agua, del suelo y de la atmósfera y en el estudio del impacto social y sobre el ambiente de las soluciones propuestas. Por otro lado, el campo de la ingeniería ambiental también concierne todos los problemas de salud pública, control de enfermedades, eliminación de riesgos industriales hacia la salud y el efecto de los avances tecnológicos sobre el ambiente (Davis y Cornwell, 2008). DEFINICIÓN DE INGENIERÍA AMBIENTAL CAMPOS DE ACCIÓN DE LOS INGENIEROS AMBIENTALES (Ejemplos) CONCEPTOS CENTRALES Legislación ÁMBITOS DE APLICACIÓN DE LA INGENIERÍA AMBIENTAL Sostenible. 1. adj. Dicho de un proceso: Que puede mantenerse por sí mismo, como lo hace, p. ej., un desarrollo económico sin ayuda exterior ni merma de los recursos existentes. (http://lema.rae.es/drae/srv/search?key=sostenible) Sustentable. 1. adj. Que se puede sustentar o defender con razones. (http://lema.rae.es/drae/srv/search?key=sustentable) Real Academia Española © Todos los derechos reservados Sostenibilidad 1. f. Cualidad de sostenible. (http://lema.rae.es/drae/srv/search?key=sostenibilidad) DESARROLLO ¿SOSTENIBLE O SUSTENTABLE? “Aquel que satisface las necesidades esenciales de la generación presente sin comprometer la capacidad de satisfacer las necesidades esenciales de las generaciones futuras”, Nuestro futuro común o Informe Brundtland, 1987. DESARROLLO SOSTENIBLE Fuente: INEGI, 2000. 1980 Primera idea planteada por la Unión Internacional de la Conservación de la Naturaleza (IUNC) en “Estrategia Mundial de la Conservación”. Mantenimiento de los procesos biológicos, uso sostenible de los recursos y mantenimiento de la diversidad genética 1983 ONU Establecimiento de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y Desarrollo, líder Gro Harlem Brundtland 1987 ONU Publicación de “Nuestro futuro común” (o Reporte Brundtland) Reexaminar cuestiones criticas, propuestas realistas. Nuevas formas de cooperación internacional. Aumentar la concienciación y compromiso de los individuos. 1992 Cumbre Sobre la Tierra (Río de Janeiro) Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y Desarrollo Programa 21 ó Agenda 21 Declaración de principios para reorientar la gestión, la conservación y el desarrollo sostenible de los bosques Enkerlin y col. (1997) Ciencia ambiental y desarrollo sostenible DESARROLLO SOSTENIBLE PILARES Fuente: Durán Diana, 2010. Las dimensiones de la sustentabilidad. DESARROLLO SOSTENIBLE La sustentabilidad presenta diversas dimensiones dada su complejidad, las cuales son: • La sustentabilidad ecológica o ambiental que exige que el desarrollo sea compatible con el mantenimiento de los procesos ecológicos, la diversidad biológica y la base de los recursos naturales.• La sustentabilidad social que requiere que el desarrollo aspire a fortalecer la identidad de las comunidades y a lograr el equilibrio demográfico y la erradicación de la pobreza.• La sustentabilidad económica que demanda un desarrollo económicamente eficiente y equitativo dentro y entre las generaciones presentes y futuras.• La sustentabilidad geográfica que requiere valorar la dimensión territorial de los distintos ambientes. Se trata de una nueva perspectiva o dimensión ya que a pesar de que existe consenso, en los foros internacionales, sobre la importancia y dimensiones de este concepto; la realidad es que su aplicación en distintas escalas geográficas, especialmente en las escalas nacional, regional y local es todavía muy incipiente. Además, existe una subvaloración de la dimensión territorial que puede traer consecuencias negativas en la planificación del desarrollo sostenible. INDUSTRIA SUSTENTABLE El sector industrial es uno de los que incorpora mayor afectación, cualquier centro productor, por pequeña que sea su estructura, utiliza recursos naturales en sus procesos. Cualquier sector industrial genera cantidad de residuos y contribuye a la contaminación del aire, agua y suelo, por otro lado, es obvio que el desarrollo de cualquier sociedad depende, fundamentalmente, de la riqueza que genera el sector industrial. El crecimiento de este sector implica un incremento del consumo energético y de recursos naturales que, como se ha manifestado, compromete seriamente nuestro entorno. INDUSTRIA SUSTENTABLE Se identifican tres pilares sobre los que debe fundamentarse el trinomio Industria-Ambiente-Energía: Eficiente gestión de los recursos y racionalización de su consumo, Formación del consumidor para racionalizar su demanda y, Aplicación de Normas Comunitarias a los procesos industriales y los productos que éstos generan. INDUSTRIA SUSTENTABLE Fuente: Berdié Albert y Roca Anna, 2005. Industria y Desarrollo Sostenible. Economía y ambiente En épocas pasadas, era común la idea de que el desarrollo económico de un país y el combate a la pobreza implicaba el inevitable deterioro ambiental. Una vez logrados eso objetivos, el siguiente paso sería resolver los problemas ambientales que se habían estado propiciando para lograr el bienestar de la sociedad. GENERALIDADES CONTEXTO AMBIENTAL Fuente: SEMARNAT, 2008. Actualmente se sabe que los recursos naturales escasean y que su ritmo actual de aprovechamiento afecta su disponibilidad por una productividad insostenible de la economía, que afectan tanto la salud como el bienestar de la humanidad. http://www.aire.df.gob.mx/default.php?opc=%27aqBhnmOkYg==%27 http://www.epa.gov/airnow/health-prof/452_F_05_001_screen.pdf Un enfisema se define en términos anatomopatológicos por el agrandamiento permanente de los espacios aéreos distales a los bronquiolos terminales, con una destrucción de la pared alveolar, con o sin fibrosis manifiesta.1 Es una enfermedad crónica comprendida junto con la bronquitis crónica en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC).2 El nombre viene del griego emphysema que significa "soplar el aire" o "insuflar".3 El consumo de cigarrillos es la causa más común del enfisema. Se piensa que en los pulmones existe un equilibrio entre la síntesis y la degradación deelastina, un componente de la pared de los alveolos fundamental para mantener las propiedades elásticas del pulmón. El enfisema aparece cuando se produce un desequilibrio, bien porque aumenta la capacidad elastolítica o porque disminuye la actividad antielastolítica.4 Se cree que el humo del tabaco y otros contaminantes provocan la liberación de productos químicos (fundamentalmente oxidantes) que dañan las paredes de los alvéolos. El daño empeora con el paso del tiempo. Las personas que padecen esta enfermedad tienen alvéolos pulmonares que son capaces de llenarse con aire fresco, pero no pueden expulsarlo fácilmente, lo cual afecta el suministro de oxígeno al cuerpo. Una sustancia que existe naturalmente en los pulmones, llamada alfa-1-antitripsina (AAT), puede proteger contra este daño. La AAT, producida por loshepatocitos, es el inhibidor de proteasa más abundante del suero humano y la principal defensa del pulmón en contra de la elastasa. Las personas con deficiencia de alfa-1-antitripsina presentan mayor riesgo de padecer esta enfermedad. El asma es una enfermedad crónica del sistema respiratorio caracterizada por vías respiratorias hiperreactivas (es decir, un incremento en la respuesta broncoconstrictora del árbol bronquial).1 Las vías respiratorias más finas disminuyen ocasional y reversiblemente por contraerse su musculatura lisa o por ensanchamiento de su mucosa al inflamarse y producir mucosidad,2 por lo general en respuesta a uno o más factores desencadenantes3 como la exposición a un medio ambiente inadecuado (frío, húmedo o alergénico), el ejercicio o esfuerzo en pacientes hiper-reactivos, o el estrés emocional. En los niños los desencadenantes más frecuentes son las enfermedades comunes como aquellas que causan el resfriado común. Ese estrechamiento causa obstrucción y por lo tanto dificultad para pasar el aire que es en gran parte reversible, a diferencia de la bronquitis crónica donde hay escasa reversibilidad. Cuando los síntomas del asma empeoran, se produce una crisis de asma. Por lo general son crisis respiratorias de corta duración, aunque puede haber períodos con ataques asmáticos diarios que pueden persistir por varias semanas. En una crisis grave, las vías respiratorias pueden cerrarse tanto que los órganos vitales no reciben suficiente oxígeno. En esos casos, la crisis asmática puede provocar la muerte.4 El asma provoca síntomas tales como respiración sibilante, falta de aire (polipnea y taquipnea), opresión en el pecho y tos improductiva durante la noche o temprano en la mañana.5 Entre las exacerbaciones se intercalan períodos asintomáticos donde la mayoría de los pacientes se sienten bien, pero pueden tener síntomas leves, como permanecer sin aliento -después de hacer ejercicio- durante períodos más largos de tiempo que un individuo no afectado, que se recupera antes. Los síntomas del asma, que pueden variar desde algo leve hasta poner en peligro la vida, normalmente pueden ser controlados con una combinación de fármacos y cambios ambientales pues la constricción de las vías aéreas suele responder bien a los modernos broncodilatadores. La neumonía o pulmonía es una enfermedad del sistema respiratorio que consiste en la inflamación de los espacios alveolares de los pulmones.1 La mayoría de las veces la neumonía es infecciosa, pero no siempre es así. La neumonía puede afectar a un lóbulo pulmonar completo (neumonía lobular), a un segmento de lóbulo, a los alvéolos próximos a los bronquios (bronconeumonía) o al tejido intersticial (neumonía intersticial). La neumonía hace que el tejido que forma los pulmones se vea enrojecido, hinchado y se torne doloroso. Muchos pacientes con neumonía son tratados por médicos de cabecera y no ingresan en loshospitales. La neumonía adquirida en la comunidad (NAC) o neumonía extrahospitalaria es la que se adquiere fuera de los hospitales, mientras que laneumonía nosocomial (NN) es la que se adquiere durante la estancia hospitalaria transcurridas 48 horas o dos semanas después de recibir el alta. La neumonía puede ser una enfermedad grave si no se detecta a tiempo, y puede llegar a ser mortal, especialmente entre personas de edad avanzada y entre los inmunodeprimidos. En particular los pacientes de sida contraen frecuentemente la neumonía por Pneumocystis. Las personas con fibrosis quística tienen también un alto riesgo de padecer neumonía debido a que continuamente se acumula fluido en sus pulmones. Puede ser altamente contagiosa, ya que el virus se disemina rápidamente en el aire, por medio de estornudos, tos y mucosidad; un paciente que ha padecido neumonía puede quedar con secuelas de esta en su organismo por mucho tiempo, esto lo hace potencialmente contagioso y las personas más propensas a contraerla son las que estén en curso de una gripe, un cuadro asmático, entre otras enfermedades del aparato respiratorio. 2014 2000 1986 Estratosfera CFC: CFx-Cl4-x Radiaciones 190-230nm CFx-Cl4-x (g) + hu CFx-Cl3-X + Cl(g) Cl (g) + O3 (g) ClO + O2(g) ClO(g) + O(g) Cl(g) + O2(g) O3(g) + O(g) 2O2 O3 DESTRUCCIÓN DE LA CAPA DE OZONO 2NO (g) +O2(g) 2NO2 (g) NO2(g) + h NO(g) + O(g) O(g) + O2 (g) +M(g) O3(g) + M*(g) M = catalizador (nitrógeno, hidrocarburos, metales pesados, NO2, 02, etc..) M* = estado excitado SMOG FOTOQUIMÍCO El ozono se produce naturalmente en la estratosfera (A), y es destruido por la acción de sustancias contaminantes (B y C). Distribución del agua en el planeta SEMARNAT, 2008 SEMARNAT, 2008 Disponibilidad de agua en México y en el mundo Extracción y descarga de agua Estadística del agua en México, edición 2011, CONAGUA MARZO 2012 Extracción de agua Costos por el uso del agua Agua Negra de Municipio Tren de tratamiento $ 0/m3 DESCARGA DE AGUA A CUERPO RECEPTOR (Río) Distribución típica de agua en la industria CONCEPTOS CENTRALES Clasificación de los residuos Residuos Residuos Sólidos Urbanos (RSU) Residuos de Manejo Especial (RME) Residuos Peligrosos (RP) CONCEPTOS CENTRALES Residuos Peligrosos “Son aquellos que posean alguna de las características de corrosividad, reactividad, explosividad, toxicidad, inflamabilidad, o que contengan agentes infecciosos que les confieran peligrosidad, así como envases, recipientes, embalajes y suelos que hayan sido contaminados cuando se transfieran a otro sitio, entre otros.” C R E T I B CONCEPTOS CENTRALES Residuos Peligrosos C R E T I B Corrosividad: Un residuo es Corrosivo si es capaz de corroer el acero. Reactividad: Un residuo es Reactivo si reacciona con el agua, es inestable, genera gases o vapores, tiene cianuros o sulfuros. Explosividad: Un residuo es explosivo si su temperatura detonante es baja o fue diseñado para producir una explosión. Toxicidad: Si presenta la propiedad de provocar efectos adversos en la salud o en los ecosistemas. Inflamabilidad: Es inflamable si presenta un punto de inflamación inferior a 60°C o producir fuego por fricción, o alteraciones químicas espontáneas Biológico Infeccioso: Un residuo es infeccioso si contiene microorganismos o toxinas capaces de producir enfermedades. Actualmente en el mundo hay una gran cantidad de alimentos que se desperdician 1/3 a nivel mundial se desperdician. 1300 millones de toneladas en 2013 no se consumen. LATINOAMÉRICA desperdicia millones de t/año que representa el 6% de pérdidas del total global. 10.4 millones de toneladas de comida en buen estado se desechan en MÉXICO cada año FAO 2013 Los residuos orgánicos generan 3,300 millones de t de gases efecto invernadero/año que equivalen al 1,5% de las emisiones a nivel mundial 25% de toda el agua dulce y 300 billones de barriles de petróleo se utilizan para producir alimentos. 750 millones se pierden cada año. Introducción FAO 2013 En México existen aproximadamente 156, 815 industrias procesadoras de alimentos concentradas en Estado de México, Puebla, Oaxaca, Distrito Federal y Veracruz. El Estado de México ha tenido un crecimiento industrial acelerado: Elevada generación de residuos. Deterioro ambiental Prontuario del Estado de México (2009) Recepción RSU Disposición RSU Entierro Cierre de celda Captación de biogás Captación de lixiviados Tanque biogás Estanque de lixiviados Relleno Sanitario Húmedo El Relleno Sanitario, debe ser debidamente acondicionado, con membranas impermeables, para evitar lixiviación al suelo de componentes resultantes de la degradación de los RSU. Debido a las condiciones anaerobias en las que las bacterias degradan la materia, se genera principalmente metano (CH4). Actualmente es posible recuperar este biogás. Manual de Usuario: Modelo Centroamericano de Biogás, 2007 Tecnologías disponibles Problemática De los residuos sólidos urbanos (RSU) generados en México, el 50.2% corresponde a la fracción orgánica (FORSU). Actualmente la gestión de este tipo de residuos no es adecuado, por lo que su destino final son tiraderos a cielo abierto y rellenos sanitarios. Un ejemplo es la generación de 4.9 toneladas diarias de residuos orgánicos provenientes de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) (Datos obtenidos en 2009 por UPIIA) . Gestión de residuos orgánicos para la producción de biocombustibles Gestión de residuos orgánicos para la producción de biocombustibles