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            3.  MONITOREO PARA IDENTIFICAR PELIGROS DE REACTIVOS Y TÓXICOS POR GAS/VAPOR

 

 

Como un procedimiento básico de seguridad, el personal de las POTWs que tenga capacitación y conocimientos adecuados sobre el uso de equipo de monitoreo de aire, debe monitorear periódicamente sus alrededores, incluyendo los registros de inspección, los pozos sumideros y las líneas de alcantarilla para determinar si existen condiciones de reactivos o tóxicos por gas/vapor.   Deben también estar familiarizados con la historia y las áreas de proceso de cualquier industria que se inspeccione o muestree, los potenciales de peligro presentes y el tipo de monitoreo que pueda requerirse en esas industrias.

 

Debido a que la mayor parte de los peligros para los trabajadores de las POTWs ocurre mediante el contacto directo con aguas residuales o la exposición a gases o vapores tóxicos, este capítulo trata del equipo de monitoreo de las aguas residuales y el aire, particularmente equipo de lectura directa.  El personal de la POTW debe monitorear para cerciorarse de la seguridad del área de trabajo, instituir las medidas de protección apropiadas (como equipo de protección personal o evacuación) e identificar la necesidad de monitoreo adicional.

 

Los instrumentos de medición directa (que proveen mediciones en tiempo real) fueron desarrollados al principio como dispositivos de alarma para plantas industriales, en donde una fuga o accidente podría liberar una alta concentración de un químico conocido.  Debido a que no están diseñados para uso en las POTWs, los instrumentos de lectura directa tienen ciertas limitaciones:

 

·               Pueden detectar o medir sólo clases específicas de químicos;

 

·               Pueden no poder medir o detectar sustancias transportadas por el aire que estén por debajo de ciertas concentraciones (como 1 parte por millón [ppm]); y

 

·               Ocasionalmente proveen lecturas falsas debido a interferencias de químicos o de otro tipo.

 

 

Para entender las ventajas y limitaciones de los instrumentos de lectura directa lea cuidadosamente las instrucciones del fabricante y, si es necesario, haga preguntas al representante técnico de la compañía que vende el equipo.

 

En la Tabla 3-1 se incluyen los instrumentos de monitoreo de aguas residuales y aire que se usan comúnmente, y que serán discutidos en este capítulo, así como sus costos aproximados.

 


 

TABLA 3-1 COSTOS DE INSTRUMENTACIÓN

 

                                      Instrumento

 

                                   Costo Aproximado

                                                          (en dólares de 1991)

 

 

AGUAS RESIDUALES:

 

                Medidor de pH

 

Medidor de potencial de oxidación-reducción

— de mano

— de laboratorio

 

Probador de punto de inflamación

 

AIRE:

 

Medidor de CGD/O2 *

 

Detector de fotoionización

— equipo de calibración

 

Detector de ionización de flama

— equipo de calibración

 

Tubos colorimétricos

— fuelle y bomba

 

 

 

 

 

$269

 

 

$150       

$1,000

 

$1,500

 

 

 

$2,000

 

$4,500

$150

 

$6,000

$150

 

$4 cada uno

$330

* CGD/O2 - Detector de Gas Combustible/Oxígeno

 

 

 

3.1           EQUIPO PARA MONITOREO DE AGUAS RESIDUALES

 

En esta sección se discuten los métodos para medir los peligros de corrosividad, oxidación-reducción e inflamabilidad en las aguas residuales.

 

Corrosividad.  El pH es una medida de la intensidad acídica.  La alcalinidad, una medida de la tendencia del agua residual a resistir el cambio de pH al agregarse ácido, mide la capacidad de neutralización de ácido.  Un medidor de pH mide la fuerza acídica o alcalina de una corriente de aguas residuales.  Una corriente de aguas residuales con un pH menor o igual a 2.0 es fuertemente acídica; mayor o igual a 10.0 es fuertemente básica.

 

Oxidación-reducción.  Un medidor de oxidación-reducción (“redox”) identifica la presencia de agentes oxidantes o reductores, y se usa en el campo para medir la tendencia de una corriente de aguas residuales de realizar reacciones de oxidación-reducción (definidas en la pág. 2-3).  Una lectura positiva alta en el medidor redox indica la

presencia de un agente oxidante fuerte; una lectura negativa alta indica la presencia de un agente reductor fuerte.  Cualquiera de los dos extremos indica el potencial de una reacción de oxidación-reducción.

 


Inflamabilidad.  Los materiales inflamables que se descargan en las POTWs pueden causar incendios y explosiones en los sistemas de colección —particularmente cerca del punto de descarga en la alcantarilla, en donde las altas temperaturas promueven la  evaporación de desechos inflamables hacia un volumen de aire relativamente fijo y forman vapores que quedan atrapados dentro del sistema de colección.  Estos vapores pueden inflamarse con chispas eléctricas, fricción, superficies tales como las cubiertas de los registros de inspección que se calientan con el sol, o con el calor generado por las reacciones químicas.  A menudo, los trabajadores de las POTWs usan herramientas de metal que pueden pegar accidentalmente contra la calle, contra una superficie de concreto o una cubierta de registro de inspección, creando chispas.

 

La inflamabilidad de una muestra de aguas residuales puede detectarse en un laboratorio con un probador de punto de inflamación.  La operación de un probador de punto de inflamación es directa: se colecta una muestra en el punto de descarga a la alcantarilla, se coloca en el probador, se calienta lentamente y se introduce una flama periódicamente en el espacio del vapor.  El punto de inflamación es la temperatura más baja a la cual la combustión del vapor se extiende alejándose de la fuente de ignición.  Aunque existen dos clases de probadores de punto de inflamación (de cubierta abierta y de cubierta cerrada), la prohibición específica de descargas que creen un peligro de incendio o explosión en la POTW especifica sólo un límite de punto de inflamación de cubierta cerrada.  La inflamabilidad de una sustancia, si se deriva usando un probador de punto de inflamación de cubierta cerrada, se caracteriza como la temperatura ambiente mínima a la cual una sustancia emite suficiente vapor para crear una mezcla inflamable.  La EPA define un material inflamable/explosivo como cualquier corriente de aguas residuales con un punto de inflamación de cubierta cerrada menor de 140°F ó 60°C (40 CFR 403.5[b]).

 

 

3.2           EQUIPO PARA MONITOREO DEL AIRE

 

Durante las actividades normales de trabajo tales como inspecciones de pozos sumideros e inspecciones de usuarios industriales, los trabajadores de la POTW deben monitorear la calidad del aire antes de entrar al área en la cual trabajan.  La necesidad de monitorear puede repetirse o aún ser continua, dependiendo de la probabilidad de que cambien las condiciones.  Esta sección describe el equipo usado para monitorear el contenido de oxígeno, la explosividad y la concentración de gases o vapores tóxicos tanto orgánicos como inorgánicos.

 

Los métodos de calibración para el equipo de monitoreo del aire no se discuten en esta sección.  Se deben observar cuidadosamente las instrucciones para calibración y mantenimiento en el manual del operador.  Es importante realizar calibración y mantenimiento del equipo para monitoreo del aire y debe enfatizarse en las prácticas de manejo de las POTWs.


3.2.1        Monitoreo del Contenido de Oxígeno

 

El contenido normal de oxígeno en la atmósfera a nivel del mar es de 20.8% en volumen.  Las áreas que tienen niveles de oxígeno menores de 19.5% son sumamente peligrosas y no se debe entrar a ellas sin capacitación y equipo especializados.  Los criterios desarrollados por el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacionales (NIOSH) requiere que los trabajadores usen respiradores con suministro de aire en áreas en las cuales el contenido de oxígeno atmosférico sea menor de 19.5%.  Los niveles de oxígeno de 25% o superiores constituyen un peligro serio de incendio; cuando se observen dichos niveles, se debe evacuar a los trabajadores y  comunicarse al departamento de bomberos.

 

La falta de oxígeno no es sólo un peligro respiratorio, sino que también es una advertencia de que el oxígeno puede haber sido desplazado por un gas o vapor potencialmente tóxico, inflamable o explosivo.  Antes de iniciar el trabajo en una atmósfera deficiente en oxígeno, es necesario realizar monitoreo adicional —y quizás también análisis de laboratorio— para determinar cuáles gases y vapores se encuentran presentes.

 

Comúnmente, el monitoreo de oxígeno se realiza con un medidor de oxígeno, en el cual las reacciones químicas entre el oxígeno atmosférico y la solución electrolítica a través de una membrana semipermeable producen una ligera corriente eléctrica.  La reacción y la corriente resultante aumentan con la cantidad de oxígeno atmosférico presente.  La mayoría de los medidores de oxígeno dan una lectura directa del porcentaje de oxígeno presente; al hacerlo así, ayudan a determinar si se encuentran presentes niveles de oxígeno en los cuales los químicos reactivos con el aire pueden explotar o sufrir combustión rápida.  Al identificar el porcentaje de oxígeno presente, un medidor de oxígeno puede ayudar al personal de la POTW a determinar si la proporción entre el oxidante y la mezcla combustible es suficiente para la inflamación.  Para que ocurra la inflamación es necesaria una chispa eléctrica o fricción.  Los medidores de oxígeno deben ser a prueba de explosión y deben estar equipados con alarmas audibles y visibles. 

 

Un medidor de oxígeno tiene dos componentes de operación principales: el sensor de oxígeno y la lectura del medidor.  Algunas unidades cuentan con un bulbo aspirador o bomba que succiona aire hacia dentro del detector y a través de la celda del detector; otras permiten que el aire se difunda hacia el sensor.  Algunos detectores son unidades pequeñas de mano.  Muchos tienen bombas de bulbo de aspiración sencilla (para bombear con la mano) o bombas de diafragma operadas con baterías para succionar la muestra a través de la celda del detector.

 


La mayoría de los medidores de oxígeno operan colocando el botón de encendido en la posición “ON” con una mano y sosteniendo el sensor de oxígeno con la otra.  Una vez que la unidad está operando, las moléculas de oxígeno se difunden hacia el sensor produciendo una minúscula corriente eléctrica proporcional al contenido de oxígeno.  La corriente pasa a través de un circuito electrónico y la señal resultante se muestra como una desviación de la aguja en un medidor de carátula o como una lectura digital.

 

A pesar de la rapidez y facilidad con la cual se pueden usar los medidores de oxígeno, tienen limitaciones tales como las siguientes:

 

·               Debido a que la densidad del oxígeno en la atmósfera depende de la elevación, el medidor debe ser calibrado a la misma elevación a la cual se va a usar.

 

·               Los medidores pueden dar lecturas incorrectas en atmósferas con niveles de oxígeno menores de 19.5% o mayores de 25%.

 

·               La presencia de bióxido de carbono puede acortar significativamente la vida de la celda del detector de oxígeno.

 

3.2.2        Monitoreo de la Explosividad

 

Los espacios confinados, tales como los registros de inspección o pozos sumideros, son ambientes peligrosos porque pueden permitir que se acumulen gases o vapores hasta alcanzar niveles explosivos.  Por esta razón, el monitoreo de la explosividad debe ser una parte rutinaria de todo el mantenimiento de la línea de la alcantarilla.  Esto implica dos parámetros de interés: el límite explosivo inferior (LEL) y el límite explosivo superior (UEL).  El LEL es la concentración mínima en el aire a la cual un gas o vapor se inflama con una fuente de inflamación.  (El Apéndice A incluye los LELs de algunos químicos comunes.)  El UEL es la concentración por arriba de la cual una concentración de gas o vapor es demasiado intensa y no hay suficiente oxígeno presente en la atmósfera para inflamarse.  Las atmósferas con concentraciones por arriba del UEL pueden no ser explosivas, pero son extremadamente peligrosas.  Cualquier cambio súbito en el flujo del aire (abrir una puerta o un registro de inspección) puede reducir rápidamente la concentración por debajo del UEL hacia un nivel explosivo.  Estas áreas deben ser evacuadas, ventiladas y monitoreadas continuamente hasta que la concentración baje del LEL.

 

Los niveles de acción son límites numéricos a los cuales se deben tomar medidas para prevenir una exposición adversa a peligros en el lugar de trabajo.  Los niveles de acción para la explosividad se expresan como un porcentaje del LEL.  La  OSHA (Administración de Seguridad y Salud Ocupacionales) ha establecido los niveles de acción para explosividad como sigue:

 

Porcentaje de LEL                                                Acción

 

< 10%                                                                     Continuar las operaciones con precaución (protección respiratoria si es necesaria).

 

10% - 25%                                                             Continuar las operaciones con extrema precaución.  Tratar de identificar gases o vapores específicos que se encuentren presentes.

 

> 25% (hasta el UEL)                                           Existe peligro de incendio/explosión.  Abandonar el área inmediatamente.


La explosividad se mide con un detector de gas combustible (CGD), también llamado explosímetro, el cual mide la concentración de gases y vapores combustibles en la atmósfera a través de un filamento caliente de platino.  El CGD da una lectura directa de la presencia de gases o vapores combustibles, expresada como un porcentaje del LEL.  Por ejemplo, una lectura de 50% para un gas con un LEL de 5% indicaría que la concentración del gas es realmente de 2.5%.

 

Al igual que los medidores de oxígeno, los CGDs son portátiles y vienen con bombas integradas que succionan muestras del área inmediata o de espacios confinados cuando se usa con una sonda de extensión.  Los CGDs y los medidores de oxígeno típicamente se combinan en la misma unidad para que puedan ser usados juntos (esto es necesario porque el CGD no es confiable a concentraciones de oxígeno menores de 19% o mayores de 25%).  Estas unidades tienen botones de calibración y pantallas de medición por separado.

 

Al igual que los medidores de oxígeno, los CGDs detectan rápido pero tienen desventajas.  El CGD debe usarse conjuntamente con un medidor de oxígeno, como se mencionó anteriormente.  No detecta polvos potencialmente explosivos o explosivos líquidos como rocíos de aceite, ni funciona en presencia de materiales con base de silicio, gasolina con plomo o ácidos.  Los vapores y gases de combustibles con plomo, halógenos y compuestos de azufre dañan el filamento de platino que contiene el aparato, y los vapores o gases de silicón destruyen el filamento del todo.  Tomando en consideración estas limitaciones, el CGD es aún un instrumento vital para asegurar la seguridad del personal de campo, cuando se usa conjuntamente con un medidor de oxígeno.

 

3.2.3        Monitoreo de Vapores y Gases

 

Puede haber acumulación de vapores o gases en las líneas de la alcantarilla, en las estaciones de bombeo o cerca del punto de descarga en los procesos industriales.  Pueden ser una amenaza para la salud y seguridad del trabajador(a) si se exceden los límites de exposición recomendados y si no se proporciona protección adecuada al trabajador(a).  Los trabajadores no deben entrar a las áreas de alto riesgo a menos que sea absolutamente necesario.  Para asegurar que el personal de la POTW está adecuadamente protegido, determine qué vapores o gases se encuentran presentes —y a qué concentraciones— en el espacio de trabajo y otras áreas.

 

Los detectores de vapores y gases ofrecen una lectura directa ya sea de la concentración total de vapores y gases o de los tipos específicos de contaminantes presentes y sus concentraciones.   Los tres tipos básicos de detectores de vapor y gas son los siguientes:

 

·               Detectores de Fotoionización (PIDs);

 

·               Detectores de ionización de flama (FIDs); y

 

·               Tubos indicadores colorimétricos

 


3.2.3.1     Detectores de Fotoionización

 

Un detector de fotoionización (PID) usa una fuente de luz ultravioleta para ionizar un gas y medir su potencial de ionización.  El potencial de ionización es específico para cualquier compuesto o especie atómica, y se mide en voltios electrónicos (Ve).  La presencia de un vapor orgánico causa un potencial de ionización positivo y un campo de corriente dentro de la cámara de detección.  El detector mide esta corriente y muestra la concentración de gas correspondiente en partes por millón.

 

Ya que la habilidad de un PID para detectar un químico depende de su habilidad para ionizarlo, el potencial de ionización del químico que se va a detectar debe compararse con la energía generada por la lámpara ultravioleta del instrumento.  Las lámparas ultravioleta se pueden adquirir con diferentes energías (tales como 8.3, 8.4, 9.5, 10.2, 10.6, 10.9, 11.4, 11.7 y 11.8 Ve), y se seleccionan para que correspondan con el químico que se va a analizar y para eliminar los efectos de otros gases atmosféricos (si la lámpara tiene demasiada energía, por ejemplo, el oxígeno y el nitrógeno se ionizarán e interferirán con las lecturas).

 

Considere por ejemplo, cómo se usaría un PID para monitorear una descarga de propano (con un potencial de ionización de 11.1 Ve) y cloruro de vinilo (10.0 Ve).  Para detectar ambos, ambos necesitarían ser ionizados y entonces se usaría una lámpara con un potencial de ionización de 11.1 Ve.  Para detectar el cloruro de vinilo únicamente y prevenir la interferencia de la presencia del propano, use una lámpara de 10.2 ó 10.6 Ve, la cual sería suficientemente fuerte para ionizar el cloruro de vinilo mas no el propano.

 

Los PIDs miden diversos gases y vapores orgánicos e inorgánicos, y difieren en sus capacidades analíticas de acuerdo al fabricante.  El personal de la POTW debe comunicarse con un proveedor de equipo científico para obtener una lista de las lámparas que manejan.

 

Los PIDs tienen varias limitaciones:

 

·               Se puede acumular polvo en la lámpara y bloquear la transmisión de la luz ultravioleta, reduciendo la lectura del instrumento.  Este problema puede detectarse durante la calibración y prevenirse mediante limpieza continua de la lámpara.

 

·               La humedad puede causar condensación en la lámpara y reducir la luz disponible, disminuyendo la validez de la lectura.

 

·               La interferencia de frecuencias de radio de las líneas de fuerza eléctrica de corriente pulsada directa o alterna, transformadores, generadores y la transmisión de ondas de radio, pueden producir un error en la respuesta.

 

·               La validez de las lecturas puede disminuir a medida que la lámpara tenga más tiempo en operación.

 

·               Los PIDs no pueden medir el metano.

 

Los niveles de contaminantes detectados con el PID deben compararse con sus niveles de acción correspondientes, tales como los valores limítrofes de umbral (TLVs) que se discuten en el Capítulo 4.  Si se detecta un contaminante en el TLV o cercano a él o a otro nivel de acción, el inspector(a) de la POTW debe evacuar el área y tomar medidas apropiadas para identificar la fuente.  Si es necesario entrar al área, use el equipo apropiado para protección del personal (por ejemplo, un respirador con filtro apropiado).

 

3.2.3.2     Detectores de Ionización de Flama


Los detectores de ionización de flama (FIDs) funcionan con el principio de la ionización de flama del hidrógeno.  Una flama ioniza los vapores orgánicos, dando como resultado una corriente que se mide y se muestra en una lectura en partes por millón.

 

El analizador de vapores orgánicos (OVA) es el FID más usado comúnmente, particularmente porque tiene un sistema de muestreo resistente a químicos y puede ser calibrado para casi todos los vapores orgánicos, midiendo con precisión concentraciones de gas en los rangos de 0 a 10 ppm, 0 a 100 ppm y 0 a 1000 ppm.  Al igual que los PIDs, los niveles detectados por el OVA deben compararse con niveles de acción tales como los TLVs.  Se puede poner una alarma para que suene si se alcanza o excede el nivel de concentración previamente establecido (usualmente la mitad del TLV).

 

El OVA tiene dos modalidades de operación.  En la modalidad de inspección monitorea continuamente todos los vapores orgánicos detectables.  En la modalidad de cromatógrafo de gases (GC), se succionan muestras de aire y se inyectan al sistema, y el usuario determina las identidades y concentraciones de vapores y gases orgánicos específicos relativos a la respuesta de metano del OVA.  El OVA es más sensible a los hidrocarburos, pero su respuesta varía para otros químicos.  Cuando se van a hacer pruebas para compuestos específicos, el operador del OVA necesita saber la capacidad del OVA para los compuestos.  Es necesario pedir información al fabricante, revisar la literatura y tener un programa continuo de calibración/verificación.

 

Los OVAs y otros FIDs tienen algunas desventajas:

 

·               No detectan gases y vapores inorgánicos, ni algunos sintéticos.

 

·               No deben usarse a temperaturas por debajo de 4.5 °C (40 °F).

 

·               Sólo se pueden reportar lecturas relativas al estándar de calibración usado.

 

3.2.3.3     Tubos Colorimétricos

 

Un tubo indicador colorimétrico mide la concentración de un gas específico succionando una corriente de aire de un volumen conocido a través de un tubo de vidrio calibrado lleno de un químico indicador.  Si el gas que se va a medir está presente, reaccionará con el químico indicador coloreando o cambiando el color del tubo.  La concentración del gas o vapor se lee entonces en las marcas que tiene el tubo calibrado y se comparan con el TLV apropiado o con otro nivel de acción.

 


Los tubos colorimétricos tienen ciertas ventajas:

 

·               Son fáciles de usar en el campo.

 

·               Se puede adquirir tubos detectores para gases que no son detectados por el OVA.

 

·               Se pueden adquirir tubos para gases que “envenenan” el filamento de un explosímetro y el indicador del medidor de oxígeno, como el sulfuro de hidrógeno, bióxido de azufre, trióxido de azufre, cloruro de hidrógeno, cianuro de hidrógeno y cloro.

 

 

Los tubos colorimétricos tienen ciertas desventajas:

 

·               Se rompen fácilmente.

 

·               Se necesita un tipo diferente de tubo para cada gas o vapor específico, lo cual podría resultar costoso.

 

·               La interferencia con otros químicos puede alterar la precisión de los tubos ±25%.

 

 

Además, las instrucciones varían para diferentes tubos.  Por ejemplo, un químico puede requerir una bomba para succionar una corriente de aire hacia el tubo, en tanto que otro químico puede requerir dos.  También, el tiempo requerido para que cambie el color varía de acuerdo al fabricante.  El personal de la POTW debe por lo tanto observar cuidadosamente las instrucciones para cada tubo.

 


                                                    4. INSPECCIÓN DE LAS DESCARGAS INDUSTRIALES

 

En el Capítulo 3 se discutieron los instrumentos y herramientas que el personal de las POTWs puede usar para detectar la presencia de sustancias reactivas y tóxicas por gas/vapor.  Este capítulo presenta dos métodos para identificar corrientes de aguas residuales que pueden crear condiciones de tóxicos por gas/vapor y que pueden requerir controles preventivos.  La Sección 4.1 describe cómo usar los criterios de toxicidad por gas/vapor para calcular los niveles de inspección basados en la concentración.  La Sección 4.2 discute una alternativa adoptada por el Distrito Sanitario Metropolitano de Cincinnati (CMSD).

 

4.1           DESARROLLO DE NIVELES DE INSPECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN BASE A LA TOXICIDAD POR GAS/VAPOR

 

El personal de la POTW puede determinar si una descarga puede generar condiciones tóxicas por gas/vapor comparando los criterios de toxicidad por gas/vapor con las concentraciones de contaminantes en la descarga de la industria.  Esto incluye tres pasos:

 

·               Identificar los criterios relevantes de toxicidad por gas/vapor;

 

·               Convertir los criterios de toxicidad por gas/vapor a niveles de inspección de aguas residuales; y

 

·               Comparar los niveles de inspección de aguas residuales con los niveles de descarga actuales.

 

4.1.1        Paso 1: Identificar Criterios de Toxicidad Por Gas/Vapor

 

Este manual recomienda criterios de toxicidad por gas/vapor basados en directrices ocupacionales que hayan sido desarrolladas por la Conferencia Norteamericana de Higienistas Industriales del Gobierno (ACGIH) y usadas por la Administración de Salud y Seguridad Ocupacionales (OSHA) y el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacionales (NIOSH).  Las directrices establecen límites de exposición a contaminantes en el aire por arriba de los cuales no debe quedar expuesto un “trabajador(a) promedio”, suponiendo que un “trabajador(a) promedio”:

 

·               Está expuesto(a) a la sustancia durante su vida ocupacional completa — entre las edades de 18 y 65;

 

·               Trabaja 40 horas por semana;

 

·               Pesa 70 kilogramos (154.7 libras);

 

·               Está sano(a), sin deficiencias físicas o de salud previas;

 

·               No trabaja para una industria específica;

 

·               Absorbe un cierto porcentaje de la sustancia en su cuerpo y excreta o desintoxica el resto;

 

·               Tiene una tasa respiratoria normal; y

 

·               Varía en susceptibilidad de acuerdo a su condición física (incluyendo embarazo, estrés y falta de sueño) y a su estilo de vida (como uso de alcohol o drogas, largas horas de trabajo o esfuerzo intenso).


El valor limítrofe de umbral (TLV) es la concentración en el aire de una sustancia particular a la cual puede estar expuesto el trabajador(a) promedio sin efectos adversos.  La ACGIH publica una lista anual de TLVs para aproximadamente 650 sustancias tóxicas.  Su publicación, “Valores Limítrofes de Umbral e Índices de Exposición Biológica”, es una fuente de referencia conveniente para el personal de la POTW1.  Los TLVs se basan en la mejor información disponible de experiencias industriales pasadas, estudios de exposición en animales y reacciones documentadas de trabajadores.  La ACGIH designa tres categorías de TLVs2:

 

·               Valor limítrofe de umbral/promedio ponderado según el tiempo (TLV-TWA) es la concentración promedio en el aire de una sustancia que no debe excederse en ningún turno de trabajo de 8 horas en una semana de trabajo de 40 horas, sin causar algún efecto adverso en la salud.  El TLV-TWA es un límite crónico.

 

·               Valor limítrofe de umbral/límite de exposición de corto plazo (TLV-STEL) es el promedio de exposición de 15 minutos ponderado según el tiempo que no debe excederse durante un día de trabajo sin causar:

 

            Irritación;

 

            Daño permanente a los tejidos; o

 

            Narcosis (somnolencia) que puede elevar las probabilidades de lesiones, disminuir las probabilidades de autorrescate o reducir la eficiencia en el trabajo.

 

Las exposiciones al TLV-STEL están limitadas a 4 veces al día, con una duración de cada exposición de menos de 15 minutos y cuando menos 1 hora entre exposiciones TLV-STEL sucesivas.  El TLV-STEL es un límite agudo y se establece en un valor superior al TLV-TWA para permitir desviaciones.

 

·               Valor limítrofe de umbral/límite máximo (TLV-C) es la concentración en el aire que no puede excederse durante ninguna parte del día de trabajo.  El TLV-C es un límite agudo.

 

La Tabla 4-1 incluye los TLVs actuales para algunos contaminantes tóxicos por gas/vapor que son comunes en aguas residuales industriales.  Los TLVs pueden usarse para establecer los niveles de exposición para los trabajadores de las POTWs y para identificar el grado de protección que se necesita cuando se diseñan controles de ingeniería para áreas de alto riesgo en la POTW.  Este manual usa TLVs crónicos (TLV-TWA), que en su mayoría son más bajos que los TLVs agudos (TLV-STEL).  Usando los TLVs crónicos para establecer niveles de inspección se asegurará que los TLVs agudos también se están tomando en cuenta y que se están evitando problemas agudos de salud y seguridad.

 

Los límites de exposición se desarrollan para químicos individuales.  Para una exposición a una mezcla de dos o más compuestos, la ACGIH ha desarrollado fórmulas para calcular TLVs ajustados para efectos de exposición combinada.  Esta manera de manejarlo, que supone que hay una toxicidad aditiva entre los componentes de una mezcla, es también usada por la OSHA.  Se discute en mayor detalle en la Sección 4.1.4.

 

____________________

 

1“Valores Limítrofes de Umbral e Índices de Exposición Biológica”, Conferencia Norteamericana de Higienistas Industriales del Gobierno, Cincinnati, Ohio.   Para ordenar la lista publicada, envíe la solicitud a ACGIH, 6500 Glenway Ave., BLDG. D-7, Cincinnati, Ohio, 45211-4438.

 

2Estas definiciones se parafrasean de los libretos de la ACGIH sobre TLV.  Las definiciones al pie de la letra se pueden encontrar en el glosario del Apéndice K.

 

 

 

 

 


 

 

TABLA 4-1.  ALGUNOS CONTAMINANTES TÓXICOS POR GAS/VAPOR CON SUS VALORES LIMÍTROFES DE UMBRAL (TLVs) RESPECTIVOS

 

                           COMPUESTO QUÍMICO

 

                      TLV DE LA ACGIH (1990-1991)

 

Acroleína

 

0.1      ppm-TWA*          0.3         ppm-STEL **

 

Acrilonitrilo

 

   2      ppm-TWA                                

 

Amoniaco

 

 25      ppm-TWA             35          ppm-STEL

 

Benceno

 

 10      ppm-TWA

 

Bromoformo

 

0.5      ppm-TWA

 

Bióxido de carbono

 

5000   ppm-TWA             30000    ppm-STEL

 

Tetracloruro de carbono

 

      5   ppm-TWA

 

Clorobenceno

 

     75  ppm-TWA

 

Cloroformo

 

     10  ppm-TWA

 

Cloro

 

    0.5  ppm-TWA                     1    ppm-STEL

 

1,1-Dicloroetano

 

   200  ppm-TWA                  250   ppm-STEL

 

1,2-Dicloropropano

 

     75  ppm-TWA                  110   ppm-STEL

 

Benceno de etilo

 

   100  ppm-TWA                  125   ppm-STEL

 

Sulfuro de hidrógeno

 

     10  ppm-TWA                    15   ppm-STEL

 

Bromuro de metilo

 

       5  ppm-TWA                          

 

Cloruro de metilo

 

     50  ppm-TWA                  100   ppm-STEL

 

Cloruro de metileno

 

     50  ppm-TWA

 

1,1,2,2-Tetracloroetano

 

       1  ppm-TWA

 

Tetracloroetileno

 

     50  ppm-TWA                  200   ppm-STEL

 

1,1,2-Tricloroetano

 

     10  ppm-TWA

 

1,1,1-Tricloroetano

 

   350  ppm-TWA                 450    ppm-STEL

 

Tricloroetileno

 

     50  ppm-TWA                 200    ppm-STEL

 

Cloruro de vinilo

 

       5  ppm-TWA            

 

Tolueno

 

   100  ppm-TWA                 150    ppm-STEL

 

Fuente:  Valores Limítrofes de Umbral e Índices de Exposición Biológica para 1990-1991, Conferencia Norteamericana de Higienistas Industriales del Gobierno. 1990.

*TWA - Promedio Ponderado Según el Tiempo

**STEL - Límite de Exposición de Corto Plazo

 

 


4.1.2   Paso 2: Convertir los Criterios de Toxicidad Por Gas/vapor a Niveles de Inspección de Aguas Residuales

 

El personal de la POTW puede usar un dispositivo para monitorear el aire, como los que se discutieron en el Capítulo 3, para medir directamente las concentraciones en el aire y comparar la concentración del contaminante con los TLVs.  Sin embargo, es más común que el personal de la POTW tenga información sobre la concentración de contaminantes en las aguas residuales y requiera de algún medio para comparar la concentración de las aguas residuales con los TLVs de la concentración en el aire.  En esta sección se discute cómo usar los criterios de toxicidad por gas/vapor para contaminantes en el aire para desarrollar niveles de inspección para contaminantes en aguas residuales.  La conversión de los criterios relativos al aire a criterios relativos al agua requiere que se entienda lo que es la volatilización —la conversión de una sustancia que ordinariamente es líquida o sólida a un gas o vapor.  La volatilización de un químico en una solución acuosa es guiada por la presión de vapor y la solubilidad en agua del químico.

 

Presión de vapor.  La presión de vapor es la presión que ejerce un gas sobre las paredes de un contenedor cerrado.  Por ejemplo, si un contenedor cerrado está parcialmente lleno de un líquido como el benceno, se evaporarán moléculas de benceno de la superficie del líquido.  Debido a que el contenedor está cerrado, algunas de las moléculas de benceno en el espacio libre que queda sobre el líquido regresarán al líquido por condensación.  Cuando la tasa de volatilización sea igual a la tasa de condensación, se alcanza el equilibrio de vapor-líquido y las moléculas de benceno en el espacio libre ejercen la presión de vapor del benceno sobre las paredes del contenedor.  La concentración de benceno en el espacio libre puede ser determinada a partir de esta presión de vapor.  La presión de vapor varía con la temperatura.

 

Solubilidad en Agua.  La solubilidad en agua de un químico es la concentración de ese químico en agua por arriba de la cual el químico forma una fase separada líquida, sólida o gaseosa.  La solubilidad en agua es también en función de la temperatura.

 

Con estas definiciones en mente, considere un químico volátil descargado en aguas residuales a una línea de alcantarilla.  En la línea de alcantarilla, algunas de las moléculas químicas se van a volatilizar y van a entrar al espacio libre.  Debido a que el espacio libre está confinado, al mismo tiempo algunas de las moléculas en el espacio libre van a condensarse y regresar a las aguas residuales.  De este modo la línea de la alcantarilla puede considerarse como un espacio confinado.  A través de un tiempo de residencia suficiente, cada constituyente de las aguas residuales se volatilizará hasta el grado determinado por la relación de equilibrio de vapor-líquido de ese constituyente.

 


Para muchos químicos de solubilidad ligera a moderada, este equilibrio se relaciona estrechamente con la Ley de Henry, una relación general termodinámica que puede aplicarse a las condiciones de la alcantarilla.  La Ley de Henry dice que, en un sistema cerrado, la concentración del constituyente en la fase de vapor y la concentración de equilibrio correspondiente en la fase líquida, están relacionadas por una constante.  Esta constante, la constante de la Ley de Henry, es la proporción entre la presión de vapor del constituyente y su solubilidad en agua.

 

H         =      PVAP/S

 

en donde:

 

H         =      constante de la Ley de Henry del constituyente, en atm m3/mol

PVAP    =      presión de vapor del constituyente, en atm

S          =      solubilidad en agua del constituyente, en mol/m3

 

La constante de la Ley de Henry de un químico determina cuánto se va a volatilizar.  Cada químico tiene una constante de Ley de Henry específica para él.

 

Este manual hace algunas suposiciones para efectos de simplificación respecto a la aplicabilidad de las constantes de la Ley de Henry a las condiciones en una línea de alcantarilla:

 

·           Temperatura.  Aunque la constante de la Ley de Henry es afectada por la temperatura en la línea de la alcantarilla, este manual supone que las temperaturas del agua residual y del espacio libre en la alcantarilla no se desvían significativamente de 25°C.  Cuando se sabe que las descargas de los procesos contienen contaminantes que pueden ser importantes a altas temperaturas, la POTW no debe depender del desarrollo de criterios de inspección, sino requerir que el usuario industrial proporcione datos de monitoreo del agua residual y del espacio libre específicos para el sitio.

 

·           Otros constituyentes.  Aunque la constante de la Ley de Henry es afectada por la presencia de otros constituyentes en las aguas residuales, este manual supone que otros constituyentes no tienen efecto alguno.

 

·           Flujo de aire.  La constante de la Ley de Henry es afectada por la velocidad del flujo de aire en la línea de alcantarilla.  Si la velocidad del flujo de aire es suficientemente alta, las aguas residuales van a estar continuamente expuestas a aire fresco y los constituyentes volátiles van a ser constantemente transportados por la corriente de aire.  Adicionalmente, no se alcanzará el equilibrio y las concentraciones de los constituyentes en el espacio libre y las aguas residuales permanecerá bajo.  A la inversa, si la velocidad del aire es insignificante, los constituyentes volátiles pueden acumularse en el espacio libre de la alcantarilla y las concentraciones resultantes en el aire y el agua residual en la línea de la alcantarilla pueden ser más altas.  El método de inspección que se discute aquí supone conservadoramente que el flujo de aire no es significativo.

 

·           Tasa de volatilización.  La tasa de volatilización es afectada por varios factores complejos y específicos para cada sitio, tales como la temperatura de la línea de alcantarilla, el área de la superficie de las aguas residuales, la velocidad del aire a través de la línea de la alcantarilla, la turbulencia de la mezcla de aguas residuales, y el tiempo de residencia de las aguas residuales en la línea de la alcantarilla.  Este manual supone que se alcanza el equilibrio de vapor-líquido instantáneamente y no considera las tasas de volatilización.

 


Con estas suposiciones para efectos de simplificación, se pueden usar las constantes de la Ley de Henry para establecer niveles de inspección de aguas residuales y para evaluar el potencial de las aguas residuales de generar atmósferas tóxicas por gas/vapor.  Para convertir un criterio para el aire (el TLV-TWA) de un químico tóxico por gas/vapor al nivel correspondiente de inspección de aguas residuales, se divide el TLV entre la constante de la Ley de Henry y luego se multiplica por los factores de conversión apropiados.  La Tabla 4-2 muestra algunos niveles de inspección en aguas residuales para químicos comunes que son tóxicos por gas/vapor.  En el Apéndice B se resume el procedimiento de inspección para detección de tóxicos por gas/vapor e incluye una lista de niveles de inspección adicionales.  Este procedimiento se presenta también en detalle en el Guidance Manual on the Development and Implementation of Local Discharge Limitations Under the Pretreatment Program (Manual Guía sobre el Desarrollo e Implementación de Limitaciones para Descargas Locales Bajo el Programa de Pretratamiento) de la EPA (Diciembre, 1987).

 

4.1.3 Paso 3: Comparar los Niveles de Inspección con los Niveles de las Descargas Actuales

 

Una vez que el personal de la POTW establece un nivel de inspección para un compuesto tóxico por gas/vapor, el nivel de inspección debe compararse con la concentración que realmente está descargando el usuario industrial.  Una descarga que excede su nivel de inspección debe ser considerada potencialmente tóxica por gas/vapor.

 

4.1.4   Inspección para Detectar Mezclas Tóxicas Por Gas/Vapor

 

Como se mencionó anteriormente, los TLVs son específicos para cada químico y no dan razón de la toxicidad combinada de una mezcla de químicos en el aire.  Una manera de estimar la toxicidad de una mezcla química es suponer que su toxicidad es equivalente a la suma de las toxicidades individuales de sus componentes.  En el Apéndice B se describe un procedimiento en el cual se determina de esta manera la toxicidad por gas/vapor potencial de una mezcla.  Desafortunadamente, para mezclas complejas de químicos, este procedimiento puede ser tanto laborioso (se deben obtener los niveles de inspección de todos los constituyentes de la descarga que sean potencialmente tóxicos por gas/vapor) como inexacto (supone, en forma simplista, que hay toxicidad aditiva).3

 

4.1.5  Análisis para Detección de Reactividad

 

La prohibición de la reactividad (40 CFR 403.5[b][1]) definió los contaminantes reactivos de modo que incluyeran corrientes de aguas residuales con un punto de inflamación de cubierta cerrada menor de 140 °F ó 60 °C.  A diferencia de la prohibición de contaminantes tóxicos por gas/vapor, se puede medir el cumplimiento con la condición de punto de inflamación directamente en las aguas residuales del usuario industrial.  La medición directa es el método más fácil para determinar si se está cumpliendo con la condición de punto de inflamación de esta prohibición obligatoria.  En 40 CFR 261.21 se especifican los métodos de prueba aprobados.

 

Si se necesita inspección adicional, las aguas residuales que puedan crear peligros de reactividad pueden ser identificadas mediante niveles de inspección que se desarrollaron usando el LEL como un indicador de reactividad.  El nivel de inspección se calcula dividiendo el 10% del LEL de un químico entre su constante de la Ley de Henry y multiplicándolo por los factores de conversión apropiados.  Este procedimiento se describe en el Apéndice C de este manual y en el Guidance Manual on the Development and Implementation of Local Discharge Limitations Under the Pretreatment Program (Manual Guía sobre el Desarrollo e Implementación de Limitaciones para Descargas Locales Bajo el Programa de Pretratamiento) (Diciembre, 1987).  En la Tabla 4-2 se presentan los niveles de inspección para contaminantes prioritarios inflamables o explosivos para los cuales existen criterios, así como otros contaminantes industriales.  El uso de niveles de inspección basados en el LEL debe complementar, más que reemplazar, las mediciones de campo de LEL, que son una parte importante de los procedimientos de seguridad en el campo.

 

____________________

3Muchos químicos, de hecho, muestran conducta sinergística, en la cual la presencia de un químico aumenta la toxicidad de otro, o conducta antagonística, en la cual la presencia de un químico disminuye la toxicidad de otro.  Las conductas sinergística y antagonística son específicas para cada químico y, por lo tanto, no se discuten en el procedimiento de inspección genérica que se discute aquí.


 

TABLA 4-2.  NIVELES DE INSPECCIÓN DE DESCARGA BASADOS EN TOXICIDAD POR GAS/VAPOR  Y EXPLOSIVIDAD

 

Compuesto

 

          Nivel de Inspección para

         Toxicidad por Gas/Vapor

                          (mg/l)

 

Nivel de Inspección para Explosividad

                               (mg/l)

               (Basado en 10% del LEL)

 

Acrilonitrilo

Benceno

Bromometano

Bisulfuro de carbono

Tetracloruro de carbono

Clorobenceno

Cloroetano

Cloroformo

Clorometano

1,2-Diclorobenceno

1,4-Diclorobenceno

Diclorodifluorometano

1,1-Dicloroetano

trans-1,2-dicloroetano

1,2-Dicloropropano

1,3-Dicloropropano

Etil benceno

Dicloruro de etileno

Formaldehído

Heptacloro

Hexacloro-1,3 butadieno

Hexacloroetano

Metil etil acetona

Cloruro de metileno

Naftaleno

Nitrobenceno

Tetracloroetileno

Tolueno

1,2,4-Triclorobenceno

1,1,1-Tricloroetano

Tricloroetileno

Triclorofluorometano

Cloruro de vinilo

Cloruro de vinilideno

Aroclor 1242

Aroclor 1254

 

                            1.19

                            0.13

                           0.002

                            0.06

                            0.03

                            2.31

                            5.73

                            0.41

                            0.29

                            3.75

                            3.55

                            0.04

                            4.58

                            0.28

                            3.62

0.08

1.59

1.05

0.06

0.003

0.0002

0.93

249

2.06

—*

—*

0.53

1.36

0.39

1.55

0.71

1.23

0.004

0.003

0.01

0.005

 

 

                                1794

20

4.7

6.3

—*

40

1.6

—*

1.1

165

104

—*

128

14

164

435

16

660

412

—*

—*

—*

2486

494

240

17046

—*

17

197

33

114

—*

2.2

3.3

—*

—*

 

 

*Todavía no se desarrollan los criterios para estos compuestos.


4.2  PROCEDIMIENTO DE INSPECCIÓN DEL DISTRITO SANITARIO METROPOLITANO DE CINCINNATI              (CMSD)

 

En Febrero de 1981, seis trabajadores que se encontraban excavando una alcantarilla que se había desplomado en el Distrito Sanitario Metropolitano de Cincinnati (CMSD), reportaron haber experimentado irritación de ojos y nariz, náusea, mareos y vómito.  La NIOSH probó los espacios de aire de la alcantarilla e identificó 1,1,1-tricloroetano, nafta, tolueno y otros solventes —muchos de los cuales estaban por arriba de los valores TLV-TWA.4  En otro incidente en 1981, el CMSD solicitó a NIOSH una investigación porque se detectaron vapores orgánicos cerca del área de la rejilla en una de las plantas de tratamiento y los trabajadores se quejaron de dificultades para respirar e irritación de ojos y nariz.  Se detectaron numerosos compuestos orgánicos cerca de las obras de cabecera; un espacio de aire de alcantarilla contenía concentraciones potencialmente explosivas de hexano y cuando menos dos espacios de aire de alcantarilla contenían niveles de compuestos volátiles clasificados como de peligro inmediato para la vida y la salud (IDLH)5 de las personas que entraran a dichas áreas.  NIOSH encontró que las actividades rutinarias podían exponer a los empleados a una multitud de químicos incluyendo tolueno, xileno, nafta alifática, 1,1,1-tricloroetano, tricloroetileno, clorobenceno, o-clorotolueno y triclorobenceno.

 

Para resolver estos problemas, el CMSD, en consulta con NIOSH, desarrolló una técnica de inspección de descarga genérica diseñada para identificar la presencia de compuestos explosivos y tóxicos por gas/vapor.  La técnica compara la concentración de orgánicos volátiles totales en la descarga con un límite equivalente de hexano de 300 ppm.  Este límite se consideró que protegía suficientemente el sistema de colección contra incendios y explosiones y que ofrecía a los TLVs una protección mínima contra contaminantes tóxicos por gas/vapor.  Los excedentes indican una descarga potencialmente tóxica por gas/vapor o explosiva que ameritaría investigación adicional.

 

De acuerdo con el procedimiento de monitoreo del CMSD, el personal de la POTW:

 

·           Colecta una muestra de la descarga del usuario industrial de acuerdo a las técnicas correspondientes de muestreo de orgánicos volátiles (por ejemplo, cero espacio libre);

 

·           Retira el 50% de la muestra por volumen, seguido de una inyección de gas nitrógeno para mantener una presión de atmósfera total;

 

·           Equilibra la muestra (como se explica en el Apéndice D);

 

·           Analiza el espacio libre de la muestra usando espectrometría cromatográfica/de masa (GC/MS);

 

·           Expresa la concentración de orgánicos volátiles totales en el espacio libre como una concentración equivalente de hexano; y

 

·           Compara la concentración de orgánicos volátiles totales en el espacio libre con el límite de hexano de 300 ppm.

 

 

____________________

 

4Fuente: Health Hazard Evaluation Report (Reporte de Evaluación de Peligros para la Salud), HETA 81-207-945 (1981) NIOSH.

 

5IDLH - Nivel máximo del cual puede escapar una persona dentro de un período de 30 minutos sin ningún síntoma que impida el escape o sin efectos irreversibles a la salud.

 


El límite equivalente de hexano de 300 ppm fue desarrollado por el CMSD para proporcionar a los trabajadores de su POTW expuestos a atmósferas de alcantarilla, cuando menos la protección mínima de toxicidad por gas/vapor.  El CMSD concluyó que por debajo del límite de 300 ppm, los filtros de carbono generalmente protegen adecuadamente a los trabajadores de la POTW.  La validez de esta conclusión depende de cuáles son los químicos en cuestión en cada lugar.  Se debe realizar el análisis  de las aguas residuales y del espacio libre para detectar contaminantes orgánicos volátiles específicos antes de implementar el método CMSD.  La Sección de Evaluación de Tecnología de la División de Investigación de Aguas Residuales revisó la documentación de NIOSH/CMSD y observó que el límite no es específico para cada químico y por lo tanto no asegura que se va a cumplir con los límites de exposición de la ACGIH o de OSHA en la alcantarilla o en la atmósfera de la POTW.  La EPA también concluyó que el límite equivalente de hexano de 300 ppm no se aplica a vapores tóxicos de derrames, a la generación de sulfuro de hidrógeno o gas metano en las alcantarillas o la purga de vapor del oxígeno de las alcantarillas, todo lo cual representa peligros significativos para la salud.6

 

Se puede usar la inspección inicial mediante el método del CMSD para identificar descargas que ameriten inspección detallada para químicos específicos usando el método que se discute en la Sección 5.1 ó, si la fuente(s) contribuyente(s) de orgánicos volátiles es clara, para empezar la mitigación inmediatamente.

 

En el Apéndice D se describe con mayor detalle la metodología de inspección CMSD.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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6 Guidance Manual on the Development and Implementation of Local Discharge Limitations Under the Pretreatment Program (Manual Guía sobre el Desarrollo e Implementación de Limitaciones para Descargas Locales Bajo el Programa de Pretratamiento) (Diciembre, 1987), USEPA.


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