Propuesta de un plan de recuperación de mercurio de lámparas

PROPUESTA DE UN PLAN DE RECUPERACIÓN DE MERCURIO DE
LÁMPARAS FLUORESCENTES DESECHADAS.
Caso estudio: Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo
Cayama, A1.; De Sousa, C2.; Correia, A.2
Escuela de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería.
Universidad de Carabobo. Valencia. Estado Carabobo. Venezuela
2
Centro de Investigaciones Ambientales de la Universidad de Carabobo
e-mail: cristydsousa@hotmail.com; angcorreias@gmail.com
1
Resumen: El objetivo del trabajo fue proponer un plan de recuperación del mercurio presente
en las lámparas fluorescentes descartadas en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de
Carabobo. Para ello se estimó la cantidad de lámparas desechadas anualmente y se determinó el
contenido de mercurio en las mismas. Los resultados evidenciaron que la facultad tiene instalada
5815 lámparas con un tiempo de vida medio de un año, luego del cual son desechadas en
contenedores de basura. Cada lámpara contiene 22,39 mg de mercurio, que puede ser recuperado
a través de un plan que presenta tres etapas: recolección de lámparas en la facultad, transporte
y almacenamiento temporal a cargo del municipio y recuperación bajo la acción conjunta de
CORPOELEC y la facultad. El proceso seleccionado para recuperar el mercurio comprende:
trituración de las lámparas, separación de los componentes, filtración, adsorción con carbón
activado impregnado en azufre y destilación a presión reducida.
Palabras clave: Lámparas fluorescentes, recuperación de mercurio, plan de manejo.
PROPOSAL OF A PLAN FOR THE RECOVERY OF THE MERCURY IN
DISCARDED FLUORESCENT LAMPS
Study case: Faculty of Engineering, Carabobo University
Abstract: The aim of this work was to propose a plan for the recovery of the mercury presented
in the discarded fluorescent lamps in the Faculty of Engineering of Carabobo University. First of
all, the quantity of discarded lamps was determined on annual bases and the content of mercury
on those was measured though the colorimetric method. The results demonstrated that the faculty
has 5815 lamps installed with an average time of life of one year, after which they are discarded
in waste containers. Every lamp contains 22.39 mg of mercury, which can be recovered through
a plan that comprises three stages: collection of lamps in the faculty, transport and temporary
storage at the expense of the municipality and recovery under a joint action between CORPOELEC
and the faculty. The technology selected to recover the mercury includes crushing of the lamps,
separation of the components, filtration, adsorption in activated carbon impregnated in sulfur and
distillation at reduced pressure.
Key words: Fluorescent lamps, mercury recovery, management plan.
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Propuesta de un Plan de Recuperación de Mercurio de Lámparas Fluorescentes
Desechadas. Caso estudio: Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo
Cayama, A. • De Sousa, C • Correia, A.
INTRODUCCIÓN
El sistema de luminaria fluorescente es una
de las fuentes de iluminación disponibles más
eficientes, debido principalmente a que aportan
más luminosidad con menos consumo de
corriente eléctrica, presentan poca pérdida de
energía en forma de calor y poseen una vida
prolongada (entre 5000 y 13000 horas) (NEMA,
2011). Las lámparas fluorescentes tubulares
lineales (modelo T8) son muy utilizadas en
centros educacionales y se caracterizan por
contener en su interior una pequeña cantidad
de mercurio en fase líquida y gas argón que
sirve para facilitar el encendido y controlar la
descarga de electrones. Al circular la corriente
eléctrica por los electrodos situados a ambos
lados del tubo, se produce una descarga
eléctrica entre ellos, y el mercurio se volatiliza
a medida que aumenta la temperatura. Los
vapores de mercurio se excitan y emiten radiación en la zona ultravioleta del espectro electromagnético a aproximadamente 253 nm, que
es absorbida por una sustancia fluorescente
con la que se recubre la parte interior del tubo
(compuestos halofosforados con pequeñas
cantidades de tierras raras, Chang et al,
2007), transformándola en radiación visible. El
fenómeno recibe el nombre de fluorescencia,
en el que la cantidad y el color de la luz emitida
depende del tipo de cubierta de fósforo
aplicada al interior de la lámpara (León, 2007).
Las lámparas fluorescentes deben manejarse
con mucho cuidado, ya que el vapor de
mercurio puede liberarse cuando las mismas se
rompen durante su almacenamiento y manejo.
El vapor de mercurio puede ser inhalado o
absorbido por la piel, dando lugar a daños
neurológicos, cuyos síntomas pueden incluir
temblores; cambios emocionales (irritabilidad,
nerviosismo, excesiva timidez); insomnio;
cambios neuromusculares (atrofia muscular);
dolores de cabeza; déficit en funciones
cognitivas; y en exposiciones elevadas
puede haber efectos sobre los riñones, fallas
respiratorias e inclusive la muerte (Clarkson &
Magos, 2006). Las rutas de exposición pueden
ocurrir, según los usos de las lámparas, en
ambientes laborales, educativos y domésticos.
La vida útil de las lámparas termina por el
desgaste sufrido por la sustancia emisora
que recubre los electrodos, lo cual provoca
depreciación del flujo, el excesivo número de
veces que se enciende y apaga la lámpara en
períodos cortos de tiempo y el ennegrecimiento
de las paredes del tubo donde se deposita la
sustancia emisora (Servicios Ecológicos MBB
SA, 2011). Todo esto origina la sustitución de
las lámparas, transformándose en un residuo
altamente contaminante, debido a la cantidad
de mercurio que contienen, por lo que debe
manejarse y disponerse de manera adecuada
para evitar la contaminación de los cuerpos de
agua, superficial y subterránea (filtración de
lixiviados), del suelo y el aire.
En el ambiente, el mercurio metálico puede
ser transformado por procesos biológicos en
metilmercurio, el cual puede ser tomado por las
peces (bioacumulación) y ascender a la cadena
alimenticia circundante (biomagnificación)
(Hyman, 2004). Esto constituye un grave
problema ambiental si se considera que el
metilmercurio también causa daños al sistema
nervioso central y es considerado un posible
carcinógeno humano (US EPA, 2007). Por otra
parte, la disposición inadecuada de lámparas
fluorescente junto a la basura común y
finalmente en los vertederos representa una vía
de acceso del mercurio al suelo, afectando su
actividad microbiológica y su posible transporte
a las aguas subterráneas.
Debido al plan de ahorro energético, establecido
por el gobierno nacional en el año 2010,
se ha acentuado la utilización de lámparas
fluorescentes como fuente de luz artificial,
las cuales una vez agotadas, llegan a ser un
residuo
de
un
volumen
importante,
principalmente en áreas con elevada densidad
de población. En este sentido, el Consejo de la
Escuela de Biología, de la Facultad de Ciencias
de la Universidad Central de Venezuela (UCV,
2010) manifestó su profunda preocupación
por el impacto ambiental que puede generar
la contaminación mercurial que ocasiona
el uso masivo de bombillos fluorescentes,
implementado por el Estado Venezolano, e
incrementado por la crisis energética del país.
Ingenierìa y Sociedad UC. Vol. 9, No 1
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Por lo anteriormente expuesto, se plantea
la necesidad de diseñar un plan de
recuperación del mercurio presente en las
lámparas desechadas en la Facultad de
Ingeniería de la Universidad de Carabobo,
con la finalidad de disminuir los focos de
contaminación ambiental en los espacios de
dicha institución, para propiciar un espacio
ambientalmente seguro para la población
estudiantil y el personal que allí labora, además
de fomentar el aprovechamiento de los
recursos. Dicho plan involucra aquellas
operaciones o procesos que comprenden
la recolección, transporte, almacenamiento,
tratamiento y transformación de materiales
peligrosos para su reuso, reciclaje, regeneración
o aprovechamiento, según lo establecido en el
Decreto N° 2.635 de la Gaceta Oficial N° 5245
Extraordinario de la República de Venezuela.
METODOLOGÍA
El desarrollo de la investigación se realizó en
las siguientes etapas:
Estimación de la cantidad de lámparas
gastadas anualmente
Con la colaboración del Departamento de
Servicios de la Facultad de Ingeniería de la UC
se determinó el tiempo en que las lámparas
fluorescentes son sustituidas debido al cese
de su funcionamiento (tiempo de vida útil) y
se identificó la disposición final del material.
Posteriormente, se cuantificó en los distintos
espacios de la facultad (laboratorios, aulas,
oficinas administrativas y profesorales,
bibliotecas, centro de copiados, establecimiento
de comida, área de estacionamiento, comedor,
baños, pasillos y boulevard) el número de
unidades de lámparas fluorescentes y en
función a esto y al tiempo de vida útil, se realizó
una estimación del consumo anual.
Determinación de la cantidad de mercurio
en las lámparas
Se realizó un muestreo aleatorio de dos
lámparas fluorescentes desechadas modelo
T8 (tubulares) marca Philips. La cantidad de
mercurio se determinó por el método de la
ditizona (colorimetría) (COVENIN 2779, 2006;
Standard Methods, 1998).
Propuesta del plan de recuperación del
mercurio presente en las lámparas
Se estableció con la participación conjunta de
la Facultad de Ingeniería de la Universidad
de Carabobo, la Alcaldía de Naguanagua
(Fundanagua) y finalmente la Corporación
Eléctrica Nacional (CORPOELEC), porque
este último ente está actualmente encargado
de repartir bombillos fluorescentes a las
comunidades. El costo del diseño de la caseta
de almacenamiento dentro de la Facultad de
Ingeniería se estimó a partir de los costos de
materiales, equipos y mano de obra para el año
2012, utilizando el software LuloWin Control de
Obras (2008).
Para la selección del método de recuperación
de mercurio se realizó una revisión bibliográfica
de estudios y tecnologías disponibles y se
procedió a realizar una valoración de los
mismos, tomando en cuenta criterios tales como
costos relativos, porcentaje de recuperación
de mercurio, disponibilidad de materiales e
impacto ambiental.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Estimación de la cantidad de lámparas
fluorescentes descartadas y su contenido
de mercurio
En el estudio realizado se encontró que la
Facultad de Ingeniería UC tiene instaladas
5815 lámparas fluorescentes tubulares,
encontrándose en funcionamiento el 73% de
las mismas (tabla Nº1). Asimismo, se identificó
que el área del ciclo básico, es la que presenta
mayor número de lámparas fluorescentes
dañadas, seguida por las escuelas de eléctrica
y química.
Propuesta de un Plan de Recuperación de Mercurio de Lámparas Fluorescentes
10 Desechadas. Caso estudio: Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo
Cayama, A. • De Sousa, C • Correia, A.
Tabla Nº1. Cantidad de lámparas
fluorescentes
Áreas
Lámparas
funcionando
Lámparas
dañadas
Lámparas
totales
Escuela
de
Química
742
261
1003
Escuela
de Civil
454
126
525
Escuela
de
Mecánica
578
106
684
Escuela
de
Eléctrica
760
260
1020
Escuela
de
Industrial
264
53
317
Ciclo
Básico
1437
829
2266
TOTAL
4235
1635
5815
Nota: Datos tomados durante el último trimestre del 2011.
Una vez removidas, estas lámparas son
desechadas
en
los
contenedores
convencionales de basura, y en el caso de
remodelaciones se disponen temporalmente
junto con los escombros (Figura 1). Conocida
la toxicidad del mercurio, las lámparas
fluorescentes gastadas se deben considerar
materiales peligrosos (artículos 5 y 6 del
Decreto N°2635), por lo tanto deben tener
un
manejo,
transporte
y
disposición
ambientalmente seguro en cumplimiento con la
reglamentación técnica que rige la materia.
Figura 1. Lámparas dispuestas con escombros.
Por otra parte, se estimó que las lámparas
fluorescentes en la facultad tienen un tiempo
aproximado de vida útil de un año. Esto significa
que al cabo de un año, las 4235 lámparas en uso
(además de las 1635 lámparas ya dañadas) se
desecharán junto a la basura común. De igual
forma, experimentalmente se determinó que la
cantidad de mercurio presente en una lámpara
fluorescente es de 22,39 mg. Por consiguiente,
se estima que para las 1635 lámparas que
se encuentra dañadas en la Facultad de
Ingeniería para el período en estudio, existen
aproximadamente 37 g de mercurio, y si
se contabiliza el total existente que serán
descartadas al cabo de un año, se obtienen 130
g de mercurio, los cuales podrían ser liberados
al ambiente si los tubos se rompen de manera
accidental durante su manejo o disposición
inadecuada.
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Investigaciòn • p. 8 - 16. 2014
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Propuesta del plan de recuperación del
mercurio presente en las lámparas
En la figura 2, se presenta el propuesto plan de
recuperación del mercurio de las lámparas, el
cual consiste en la recolección de las lámparas
fluorescentes desechadas en la Facultad de
Ingeniería (Ente Generador), luego el transporte
y almacenamiento temporal a cargo del
personal capacitado de la Alcaldía de
Naguanagua (Municipio) y finalmente la
disposición de dichas lámparas por parte de
CORPOELEC, específicamente la Unidad de
Gestión Social, hasta tanto no se implemente
un proceso de recuperación, el cual puede
llevarse a cabo conjuntamente con la facultad
e incluso la empresa privada.
Recolección
de las
lámparas
FACULTAD DE
INGENIERÍA
una caseta para el acopio temporal de las
lámparas (no mayor de un año), la cual fue
diseñada para almacenar cinco mil (5000)
lámparas, con un costo de construcción de
150.000 Bs.
Las etapas de transporte y almacenamiento
deben ajustarse a la reglamentación técnica
(Decreto 2635, artículos 16 y 20). En este
sentido, las lámparas descartadas deben mantenerse separadas de residuos inflamables
o explosivos y el transporte debe hacerse
utilizando vehículos debidamente autorizados
por la Alcaldía de Naguanagua y certificados
por el Ministerio del Ambiente. De igual forma,
las organizaciones que se encarguen de
la disposición, deben estar certificadas
MUNICIPIO
CORPOELEC
Transporte y
Almacenamiento
de las lámparas
Disposición
de las
lámparas
Proceso de
Recuperación
de Hg
<
CORPOELEC
conjuntamente con
la facultad
Figura 2. Etapas del plan propuesto de recuperación de mercurio en lámparas fluorescentes.
La recolección debe realizarse de manera
segura para evitar que las lámparas o tubos se
rompan; deben colocarse en su caja original
y cubrirse con un material acolchado una vez
culminada su vida útil, tal como lo establece
la Agencia de Protección Ambiental de los
Estados Unidos (2009) y lo que recomienda
Glenz et al. (2009), además de identificarlas con
una etiqueta con el rótulo: “tubo fluorescente
agotado”. Este plan de recolección, requiere
que en la Facultad de Ingeniería se construya
por el Ministerio del Ambiente y operar
integralmente de acuerdo con la Ley
Sobre Sustancias, Materiales y Desechos
Peligroso (2001).
Es importante señalar que el personal que
manipule estos materiales peligrosos debe estar
correctamente capacitado para el adecuado
manejo, además debe portar en todo momento
el equipo de protección personal (guantes,
lentes protectores, mascarillas, etc.) requerido
Propuesta de un Plan de Recuperación de Mercurio de Lámparas Fluorescentes
12 Desechadas. Caso estudio: Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo
Cayama, A. • De Sousa, C • Correia, A.
para la labor, como lo recomienda la norma y los
procedimientos que definen los criterios clínicos
y analíticos para determinar la intoxicación del
personal expuesto a la contaminación mercurial,
y la conducción de los casos clínicos (1999).
esquemáticamente en la figura 3 y se detalla a
continuación.
En cuanto el plan de recuperación se plantea
la meta de minimizar o prevenir la generación
de residuos peligrosos, como se establece en
la Ley de Gestión Integral de la Basura (2010),
que en su artículo 27, señala que se debe
maximizar la recuperación de los materiales
reutilizables, con el propósito de alargar la
vida útil de los mismos, además estimulan las
actividades económicas que empleen estos
procesos o se surtan de estos materiales y la
disposición final de ellos en forma ambiental y
sanitariamente segura.
Las lámparas ingresan enteras al proceso,
siendo la primera etapa la trituración del vidrio.
Actualmente, en el mercado existen diferentes
empresas dedicadas al reciclaje de lámparas
fluorescentes, que fabrican y comercializan
trituradores especiales para este tipo de
lámparas, los cuales constan de manera
general de un tambor recolector, sistema de
aspiración, sistema de filtración y adsorción,
sistema electrónico de recuento de lámparas y
control de vida útil de los filtros.
Para la recuperación del mercurio presente
en las lámparas se consideraron cuatro
alternativas: 1) La captura del vapor de mercurio
con carbón activado impregnado de azufre
(Maggio, 2009); 2) La adsorción del vapor
de mercurio sobre una torre rellena de plata
metálica que lo amalgama (Espiell et al., 2008);
3) La extracción del mercurio con una solución
de hipoclorito de sodio seguida de una reducción
fotocatalítica utilizando dióxido de titanio como
catalizador, radiación ultravioleta y ácido cítrico
como agente reductor (Bussi et al., 2008); y 4)
La extracción del mercurio utilizando un agente
de reducción orgánico (ácido ascórbico, ácido
malónico, ácido esteárico, ácido tartárico,
ácido succínico), que facilita la vaporización del
mercurio (Fujiwara & Fujinami 2002).
En las cuatro propuestas anteriormente
presentadas, el proceso de recuperación del
mercurio de las lámparas se realiza a través de
una destilación a presión reducida del metal.
Previo a esta etapa, se debe efectuar una
adecuada separación del mercurio del polvo
contenido en el interior de las lámparas,
las cuales son básicamente las diferencias
sustanciales entre las alternativas presentadas.
En función a ello, y a una valoración de costos
relativos, porcentaje de recuperación de
mercurio y disponibilidad de materiales se
seleccionó la alternativa 1, la cual se presenta
Descripción del proceso de recuperación de
mercurio
Al entrar en el triturador, la lámpara es destruida
mecánicamente, luego los componentes
del tubo son separados según su peso y
depositados en diferentes contenedores.
Dichos componentes se dividen de la siguiente
manera: vidrio, metales (cabezales de aluminio,
clavos), aislamiento baquelítico y material
fluorescente (polvo fosforoso rico en mercurio).
El vidrio y los componentes metálicos deben
ser analizados para asegurar que las
concentraciones de mercurio no excedan a
las establecidas, y luego son enviados a su
reciclaje
fuera
del
proceso
descrito.
El aislamiento baquelítico no puede ser
reciclado, y por ello debe ser desechado.
Por su parte, el material fluorescente pasa
por un sistema de filtración de partículas
(separación del polvo) y adsorción del
mercurio. Para la primera etapa se recomienda
como medio filtrante poroso utilizar filtros
HEPA (High Efficiency Particle Arresting) con
una eficiencia filtrante hasta del 99,9% (US
EPA, 2009; Maggio, 2009). La adsorción del
mercurio se recomienda realizar a través de
filtros de carbón activado impregnados con
azufre (Nucon, 2010).
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( g
y
Polvo fosforoso
con mercurio
Trituración de las
lámparas
Separación de los
distintos componentes
Metal
Vidrio
Aislamiento
Filtración
(filtros HEPA)
Polvo fosforoso
Adsorción
Carbón activado impregnado
en azufre con Hg adsorbido
Destilación del
mercurio
Hg líquido
Carbón activado
(regeneración química)
Figura 3. Diagrama del proceso de recuperación de mercurio en lámparas fluorescentes
Una vez que el carbón activado ha agotado
su capacidad de adsorción, es transferido a
una unidad de destilación a presión reducida.
Fujiwara & Kiyokatsu (2002) recomiendan
que la destilación se realice a 20000 Pa
(aproximadamente 0,20 atm). En esta etapa,
el mercurio se combina con el azufre formando
sulfuro de mercurio, el cual seguidamente se
combina con el oxígeno y se libera dióxido de
azufre, mientras que el mercurio se vaporiza,
según la siguiente reacción (CSIC, 2000):
(1)
El metal vaporizado posteriormente se
condensa y se recupera como mercurio líquido
técnicamente puro, mientras que el carbón se
somete a una regeneración química empleando
ácidos y disolventes, a 100 ºC y a pH elevado,
restableciendo así entre un 90 % de su
capacidad original (Carbotecnia, 2010).
CONCLUSIONES
La Facultad de Ingeniería de la Universidad de
Carabobo tiene instaladas aproximadamente
6000 lámparas fluorescentes tubulares con
un tiempo de vida medio de un año, luego del
cual son desechadas con la basura común o se
disponen temporalmente junto con escombros.
Esto evidencia un manejo inadecuado de este
material peligroso según los lineamientos
establecidos por la reglamentación técnica que
rige la materia.
Cada lámpara fluorescente tubular contiene
22,39 mg de mercurio, y en la totalidad de
lámparas desechadas anualmente en la
Facultad de Ingeniería se obtiene un estimado
de 130 g de mercurio. Si a ello se suma el
consumo total a nivel universitario, municipal,
regional o nacional, la cantidad de mercurio
liberado al ambiente puede alcanzar
cantidades alarmantes.
Es por ello, que se propone la recuperación
del mercurio de estas lámparas a través de
un plan que comprende las siguientes etapas:
la recolección de las lámparas fluorescentes
desechadas en la Facultad de Ingeniería, el
transporte y almacenamiento temporal a cargo
del municipio y finalmente la disposición de
dichas lámparas por parte de CORPOELEC,
hasta tanto no se implemente un proceso de
recuperación.
Propuesta de un Plan de Recuperación de Mercurio de Lámparas Fluorescentes
14 Desechadas. Caso estudio: Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo
Cayama, A. • De Sousa, C • Correia, A.
El proceso de recuperación del mercurio
propuesto a su vez presenta cinco pasos:
trituración de las lámparas, separación de los
distintos componentes (vidrio, metales y
aislante),separación del polvo fosforoso a
través de un medio filtrante poroso, adsorción
en carbón activado impregnado en azufre
y destilación a presión reducida. Este plan
requiere la compra de equipos disponibles en el
mercado (triturador y separador), seguido de un
proceso de destilación que puede realizarse en
los laboratorios de la facultad si son equipados
con los requerimientos mínimos necesarios.
Se recomienda la implementación del proceso
a nivel piloto para establecer los porcentajes de
recuperación. Por otra parte, sería conveniente
extender el estudio a todo tipo de lámparas
fluorescentes e incorporar el mayor número de
entes generadores para hacer el proceso de
recuperación más rentable y contribuir con la
disminución de la contaminación.
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16 Desechadas. Caso estudio: Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo
Cayama, A. • De Sousa, C • Correia, A.