El gas más conocido es el aire que se respira, el cual es una mezcla de nitrógeno 78%, oxígeno 21%, argón 0.9% y 0.1% de compuestos diversos (dióxido de carbono, helio, metano, Kriptón e hidrógeno), aunque estos datos pueden variar dependiendo de la altura y de las condiciones climáticas, básicamente son los componentes y sus proporciones. El problema con el aire es que se puede mezclar de una manera muy simple a condiciones ambientales, sin necesidad de presión específica o de temperatura elevadas. Sin duda, la humedad relativa propicia la formación de compuestos en el aire y por ello se debe considerar este fac5tor de suma relevancia además de la estabilidad del aire, es decir el movimiento que tienen las masas de aire provocando movimiento entre ellas, lo que se conoce como viento, el cual juega un papel importante en la dilución de los contaminantes. Estos dos factores junto con la presión atmosférica, la altura y la localización geográfica permiten predecir, mediante modelos matemáticos, cuál será la distancia que viajará el contaminante y como se diluirá, con ello se emprenderán acciones para la protección del ambiente incluyendo en este, al ser humano.
Es importante reconocer que en el aire también se encuentran partículas, las cuales no necesariamente provienen de procesos químicos, sino más bien de molienda o de combustiones incompletas, de ahí la importancia de estudiarlas por separado. En la siguiente tabla revisaras al contaminante, su formación, el estado físico y las fuentes de los contaminantes del aire.
| Contaminante | Formación | Estado físico | Fuentes |
| Partículas en suspensión (PM), PM10, humos negros | Primaria y secundaria | Sólido, líquido | Vehículos, procesos industriales, humo de tabaco. |
| SO2 | Primaria | Gas | Procesos industriales, vehículos |
| NO2 | Primaria y secundaria | Gas | Vehículos, estufas de cocina a gas. |
| CO | Primaria | Gas | Vehículos, combustiones interiores, humo de tabaco |
| COVs | Primaria y secundaria | Gas | Combustiones interiores. |
| Pb | Primaria | Sólido partículas finas | Vehículos, industria |
| O3 | Secundaria | Gas | Vehículos (secundario o fotooxidación de NO2 y COVs |
Para efectos de estudio de la contaminación del aire, debes conocer que está conformada por dos grandes apartados: los gases (SO2, NO2, CO, COVs y O3) y las partículas (humos, metales y todas las partículas que midan menos de 10 micrómetros).
De igual manera, es importante conocer la normatividad existente que regula el monitoreo y los niveles máximos permisibles de emisiones en nuestro país. En el siguiente cuadro encontrará un resumen que muestra los límites máximos y la Norma Oficial Mexicana que regula la emisión de los contaminantes del aire.
Tabla 1. Normatividad oficial mexicana para los contaminantes del aire y su monitoreo.
| Límite de exposición aguda | Límite de exposición crónica (valor medio) | Norma | ||
| Concentración y tiempo promedio | Frecuencia máxima aceptable | Para protección de la salud de la población susceptible, | ||
| O3 | 0.11 ppm (1hrs) | 1 vez cada 3 años | Na | NOM-020-SSA-1993 |
| SO2 | 0.13 ppm (24hrs) | 1 vez al año | 0.030 ppm (maa) | NOM-022-SSA-1993 |
| NO2 | 0.21 ppm (1hrs) | 1 vez al año | Na | NOM-023-SSA-1993 |
| CO | 11 ppm (8hrs) | 1 vez al año | Na | NOM-021-SSA-1993 |
| PST | 260 | 1 vez al año | 75 | NOM-024-SSA-1993 |
| PM10 | 150 | 1 vez al año | 50 | NOM-025-SSA-1993 |
|
Ppm: parte por millón. Na: no aplica. maa: medida aritmética anual. | ||||
Ya que sabes la proveniencia y la norma que regula a los contaminantes, ahora tienes la posibilidad de seleccionar la tecnología que controla los gases contaminados. Existe una palabra con la cual regularmente se define a esta contaminación: smog, palabra que proviene de smoke(humo) fog (niebla), la combinación de estos residuos de combustión (humo) y humedad en el aire (niebla) regularmente reacciona con los rayos solares dando lugar a la creación de smog fotoquímico, del cual es importante conocer, sobre todo para saber cómo prevenirlo y controlarlo.
A continuación, encontraras una tabla con las características del smog y el smog fotoquímico.
Tabla 2 Características del smog.
| Características | Smog de carbón | Smog fotoquímico |
| Concentración pico | Temprano en la mañana | Mediodía. |
| Temperatura ambiente | -1 a 4ºC | 24 a 32ºC |
| Condiciones atmosféricas | Húmedo y nublado | Baja humedad, cielo azul y despejado sobre la capa de inversión. |
| Inversión térmica | Cerca del suelo | Altura variable. |
| Principales efectos | Irritación de bronquios y pulmones | Irritación de ojos. |
| Principales componentes. | Hollín y otras partículas, SO2 | O3, PAN, NOx, aldehídos y CO. |
| Origen | Combustión del carbón | Escapes de automóviles (hidrocarburos y óxidos de nitrógeno como contaminantes primarios). |
| Índices dominantes de contaminación. | SO2 partículas, unidades de CoH1 | O3, CO, NOx, Sox |
| Otros efectos | Reductor | Daños severos en conchas y pinos, plantas ornamentales. Plástico quebradizo. |
| Característica química global |
| oxidante |
Ahora que conoces que existen dos tipos de contaminantes de aire (partículas y gases), estudiaras las tecnologías para controlar los gases. Recuerda que estos y todos los contaminantes de origen químico incluyen al smog.
En primer lugar, una de las tecnologías ambientales del aire son los lavadores de gases, los cuales se dividen en varios tipos dependiendo de su construcción, su posición o su forma de alimentación y de los materiales utilizados, sin embargo, la característica principal es que el gas es lavado con líquido, este puede ser agua o algún otro líquido que permita la interacción con los contaminantes y que permitan así lavar los gases.
El lavado de un gas también puede darse por adsorción física o química. En la industria es más común la adsorción física debido a que es reversible, es decir el material utilizado puede lavarse y funcionar varias veces antes de deteriorarse por completo, y los materiales pueden ser variados. En cuanto a la adsorción química, es irreversible y costosa a largo plazo, las torres utilizadas son parecidas a las empacadas solo que se cambia el material para que sea adsorbente para el contaminante.
Como pudiste observar, este tipo de lavadores también pueden separar las nieblas provenientes del mismo proceso mediante material filtrante específico. Para seleccionar el tipo de material adsorbente siempre será necesario saber el tipo de contaminante que se desea controlar. Una pregunta interesante al respecto es:
| ¿Cómo se constituye un lavador de gases? |
En la siguiente figura se muestran las partes de un lavador de gases.
Ilustración 1 Lavador de gases.
Básicamente, este lavador de gases se alimenta de aire contaminado por la parte de abajo y por la parte de arriba del líquido lavador, que suele ser agua o algún otro líquido, interactúa con el gas para que se lleve a cabo la absorción; es decir el líquido absorbe a los contaminantes. En la parte media del lavador se tiene material de soporte que ayude a particular el gas para que pueda entrar en contacto con el agua. El agua arrastra los gases hacia abajo y el gas limpio sube y sale del lavador; se necesitan aparatos de apoyo, debido a que hay que bombear el gas y el agua para que adentro del tanque interactúen y pueda darse el lavado de gases. A continuación, observaras un esquema que ejemplifica la absorción de una torre.
Ilustración 2. Absorbedor de torre de charolas.
Existen también las torres empacadas, es decir con empaques internos, los cuales suelen ser de un material sólido al cual se adhiere el contaminante sin necesidad de reacción química; por ello, requieren tener alta porosidad para entrar en contacto con la mayor superficie posible. A continuación, se presenta un ejemplo de esta y de su funcionamiento.
Ilustración 3 Torre empacada y diferentes tipos de empaque.
Cuando se habla de adsorción, debes tener en cuenta el uso que se pretende, es decir el tipo de contaminante que se quiere capturar con el material. Observa el resumen que se presenta en la tabla, que muestra los tipos materiales adsorbentes, así como el uso dentro de la industria nacional.
Tabla 3. Usos de materiales adsorbentes.
| Adsorbedor | Uso |
| Carbón activado | Eliminación de olores, purificación de gases y recuperación de solventes. |
| Alúmina | Secado. |
| Carbón de hueso | Decolorante de soluciones de azúcar. |
| Tierra de Fuller, ceras, grasa | Refinado de aceites animales y vegetales. |
| Magnesia. | Tratamiento de gasolina y solventes, remoción de impurezas metálicas en soluciones causticas. |
| Cribado molecular | Control y recuperación de Hg1, SO2 y NOx |
| Silica gel | Secado y purificación de gases. |
| Sulfato de estroncio | Remoción de fierro en soluciones causticas. |
A continuación, estudiaras los dos factores relevantes para la dispersión de los contaminantes.
3. 2. 1. Humedad relativa.
La humedad relativa se define como la cantidad partículas de agua que están contenidas en el aire. Se origina cuando el agua se evapora para cumplir con su ciclo, se eleva hasta que se condensa y forma lo que se conoce como nubes, las cuales utilizan las corrientes de aire para sostenerse y trasladarse. Este fenómeno natural puede afectar el desplazamiento de los contaminantes, debido a que el agua puede combinarse con los contaminantes dando lugar a nuevos contaminantes que son arrastrados dependiendo de la dirección, la velocidad del viento y la temperatura.
Lo anterior puedes notarlo en los días de invierno cuando el calor del sol calienta las capas superiores y en las inferiores permanece aire frío contaminado, impidiendo las corrientes verticales y dando lugar a las reacciones fotoquímicas. Una de ellas causada por la humedad donde el dióxido de azufre se transforma más fácilmente en ácido sulfúrico, el cual es corrosivo y dañino para la salud humana; en conjunto, a esta serie de fenómenos, se le llama de manera coloquial, lluvia acida.
Los contaminantes que provienen de manera directa de las fuentes de contaminación se denominan contaminantes primarios; con la humedad y la radiación solar se generan contaminantes secundarios llamados neblumo fotoquímico; hasta ahora solo se han estudiado dos lugares en los que este fenómeno es más estable y constantes: Londres y Los Ángeles. A continuación, observaras una tabla que compara las características de estas dos ciudades.
Tabla 4. Características de los tipos principales de neblumo entre Londres y Los Ángeles.
| Características | Tipo Londres | Fotoquímico/Tipo Los Ángeles |
| Intensidad máxima | En la mañana | A mediodía |
| Temperatura | Aprox. 5ºC | Aprox. 25ºC |
| Humedad atmosférica | Alta | Baja |
| Capa de inversión térmica. | Cercana al suelo | Altura mediana, variable. |
| Componentes | Hollín, óxidos de azufre | Ozono, PAN, aldehídos, óxidos de nitrógeno. |
| Tipo de atmósfera | Reductora | Oxidante. |
La reacción que da lugar a este fenómeno es la absorción de la luz del sol por el dióxido de nitrógeno, el cual se transforma en ácido nítrico y oxígeno atómico, este último de adhiere al oxígeno para formar ozono.
Generalmente, el ozono y el óxido nítrico reaccionan formando oxígeno y dióxido de nitrógeno pero el óxido nítrico reacciona con algunos contaminantes antes de reaccionar con el ozono, que se acumula lentamente en la atmósfera y después reacciona con los hidrocarburos vertidos al ambiente y demás contaminantes, ocasionando una densa capa de contaminación formada por hollín, óxidos de azufre, ozono, PAN, aldehídos y óxidos de nitrógeno, la cual solo la fuerza del viento puede mover y diluir, de ahí, la importancia de este factor de humedad relativa dentro de la dispersión de los contaminantes.
3. 2. 2. Aire estable e inestable.
Aire inestable. El viento se forma por la diferencia de temperaturas entre las capas de aire de la atmósfera. Normalmente, el aire cercano a la tierra se calienta y tiende a subir siempre y cuando su temperatura sea mayor al de las capas de encima, a este movimiento se le llama ascendente vertical y es el que permite que los contaminantes suban por encima de la atmósfera que se respira y se dispersen fácilmente. Observa la siguiente figura.
Ilustración 4. Movimiento ascendente vertical.
Durante las noches las condiciones cambian y el calor de la tierra no puede calentar la masa de aire para que se genere movimiento, es entonces que se dice que hay estabilidad atmosférica o aire estable, esto ocasiona que a la mañana siguiente la masa de aire frío permanezca abajo, en medio una capa de aire tibio y encima una capa de aire más frío; cuando inician las actividades humanas se vierten los contaminantes al ambiente y estas capas no pueden moverse, así que los contaminantes se estancan en la capa baja. Aunado a esto, la energía del sol produce reacciones fotoquímicas provocando la famosa inversión térmica. No es hasta que se calienta la capa inferior cuando puede existir el movimiento ascendente y los contaminantes son liberados hacia la parte alta de la atmósfera. Esto depende en gran medida de los lugares, las ciudades situadas en valles son más susceptibles a sufrir está inversión debido a que no hay forma de mover las masas de aire hacia los lados y habrá que esperar que se caliente el aire para que se disperse la contaminación, por esa razón es muy importante saber las condiciones meteorológicas de los lugares cuando se quiere predecir la dispersión de los contaminantes.
3. 2. 3. Modelación.
Para modelar el movimiento del aire y con ello la dispersión de los contaminantes, es necesario conocer los factores climatológicos del lugar en donde se pretende hacer la descarga a la atmósfera del contaminante en cuestión. El término modelar significa generar un modelo o patrón a seguir, en el caso de la contaminación atmosférica hace referencia a la dirección que tomaran los contaminantes dependiendo de las condiciones climatológicas del lugar de referencia, para ello se deben conocer algunos datos de los lugares.
Este modelado se utiliza para prever la cantidad de contaminantes que llegaran a diferentes lugares tomando como referencia la emisión de ellos, a través de un modelo de dispersión gaussiana que se alimenta de datos que tienen cierta relevancia para que los contaminantes se dispersen.
