1. Descripción del Proceso

Los plásticos y resinas son compuestos químicos con forma de cadena, conocidos químicamente como polímeros. Se producen por la síntesis de uno o más de los siguientes procesos: en masa, suspensión y emulsión. La reacción típica de producción se logra agregando al monómero (unidad básica estructural del polímero), un iniciador con radicales libres y sustancias modificadoras.

El proceso de polimerización produce relativamente pocos efluentes, comparados con otros procesos de fabricación y con el de obtención del monómero, cuyos efluentes son mayores.

La elaboración de cada producto se realiza de forma e una fábrica a otra.

Las industrias químicas se clasifican en 9 grupos:

• Celulósicos, Resinas vin&inicias, Resinas y copolímetros de poliestireno, Poliolefinas, Acrílicos, Resinas de poliéster y alquídicas, Resinas fenólicas, Celulósicos

1.1.Celulósicos.

Son materiales plásticos producidos a partir de la celulosa. Son derivados que van desde la celulosa regenerada o celofán a la nitrocelulosa del algodón, la pólvora. La materia prima principal es la pulpa de madera purificada. Hay dos procesos para obtener la celulosa purificada, el xantato y el cuproamónico. En el proceso del xantato, la celulosa se trata en una solución de hidrógeno de sodio (NaOH) y disulfuro de carbono (CS2); luego se coagula la solución de xantato de celulosa resultante y se regenera la celulosa en forma de película continua por acidificación .

Los efluentes contienen materiales celulósicos biodegradables, sulfatos y metales pesados. El grueso de los residuos restantes son: ácido sulfúrico (H2SO4), sulfato de sodio (NaSO4) y metales pesados.

1.2. Resinas vinílicas

Los monopolímeros y copolímeros de cloruro de vinilo son de las resinas termoplásticas más antiguas y de mayor flexibilidad de aplicación.

La producción es discontinua en el proceso de polimerización en suspensión, por la amplia variedad y cantidad de productos. En este método, el monómero se dispersa en forma de minúsculas gotas en un medio estabilizado de suspensión, consistente en agua de 0,01 a 0,5% en peso de los agentes en suspensión (alcohol de polivinilo, gelatina y éteres de celulosa). La suspensión se calienta en un reactor en presencia de catalizadores, tales como peróxidos de benzoilo, laurol , ter-butil, a fin de iniciar la polimerización. Cuando ésta se ha completado, la suspensión del polímero se lleva a un tanque de extracción, donde se recupera el monómero residual que no haya reaccionado. El polímero no separado se transfiere a un depósito de reacción; la mezcla pastosa o semifluida de polímero se bombea a centrifugadoras, en las que se lava y separa el agua. Se completa la operación en secadores rotativos

1.3. Resinas y copolímeros de poliestireno

La combinación de las propiedades del poliestireno y su facilidad de tratamiento (moldeo por inyección y por extrusión ) hace de él termoplásticos muy útil, por su excelente estabilidad térmica no deformable, elevada resistencia a la flexión y a la tracción y buenas propiedades eléctricas.

Para la fabricación de resinas y copolímeros de poliestireno se aplica un método discontinuo, que utiliza una combinación de procedimientos de polimerización en masa y en suspensión. El monómero de estireno, o mezclas de monómero, se purifican por destilación o lavado con sosa cáustica, para eliminar inhibidores. Las materias purificadas se cargan en unión de un iniciador ( generalmente del tipo de peróxidos), en recipientes de polimerización, de acero inoxidable o de aluminio, que están provistos de camisas para su calentamiento y refrigeración y de agitadores. La polimerización del monómero se realiza a unos 90°C hasta aproximadamente el 30% de conversión; en esta fase, la masa de reacción tiene la consistencia de jarabe. El agua se utiliza únicamente como agente de intercambio térmico, por lo que no entra en contacto con el producto y puede recircularse.

El polímero o masa parcialmente polimerizada se transfiere a los reactores de polimerización por suspensión, conteniendo agua y agentes de suspensión y dispersión que pueden ser celulosa de metilo o de etilo, ácidos poliacrílicos , alcohol polivinílico y muchos otros materiales que se encuentren en forma natural tales como gelatina, almidones, gomas, caseína y alginatos. La masa melíflua se descompone en gotitas, por la acción del agitador, y se mantiene en suspensión en la fase acuosa. Después de completar la polimerización, la suspensión polimérica se envía a un depósito o tanque de extracción, en el que se separa cualquier residuo o monómero que no haya reaccionado. La masa separada se centrifuga y el polímero producido se filtra, se lava y se le extrae el agua.

1.4. Poliolefinas (polietilenos)

Los polietilenos que se producen en la actualidad cubren una amplia gama de peso moleculares, desde ceras de unos cuantos miles de moléculas a polietilenos de varios millones de ellas, e igual disposición de rigidez. El polietileno se usa, en orden decreciente, en: películas y láminas, moldeo por inyección, botellas, aislamiento de cables, revestimientos, tubos y otros usos.

Un proceso fundamental para la producción de polietilenos es el método de alta presión, cuyo producto final es llamado polietileno de baja densidad.

Una corriente de etileno de gran pureza es tratada a una presión adecuada y se la hace pasar a través de un reactor (tubular o de autoclave), en presencia de un catalizador con radicales libres. La mezcla de polímero-monómero resultante se separa por reducción de la presión en dos corrientes, una rica en monómero y otra en polímero. La primera se puede limpiar y ser sometida de nuevo al ciclo de producción o para otro proceso. La corriente de polímero se concentra por medio de una nueva separación y luego se extruye en forma de cintas o cordones para su moldeo.

Otro proceso es el método de baja presión, que produce polietileno de alta densidad, comúnmente por el proceso Phillips, que utiliza un catalizador de cromo y alúmina.

1.5. Acrílico

Las resinas acrílicas se producen por tres procesos: polimerización en masa, en solución y en emulsión. La polimerización en masa se utiliza para láminas fundidas o moldeadas y material para moldeos y extrusión. La polimerización en solución se usa para la producción de revestimientos industriales, como pintura para automóviles y revestimientos de tejidos. La polimerización en emulsión se usa, sobre todo, en revestimientos de venta comercial, tales como pintura domésticas. Este último proceso es de operación discontinua.

En la producción de acrílicos en emulsión, el monómero se mezcla en una cuba con el catalizador, agua y un agente tensoactivo. La polimerización y la emulsión tienen lugar simultáneamente. Se quita parte del agua y se añade más agente tensoactivo. Los grumos se quintan por filtración o por centrifugación. Se almacena la emulsión. El producto final contiene alrededor del 50% de resinas acrílica.

1.6.Resinas de poliéster y alquídicas

Los poliésteres y alquídicos se caracterizan por una gran variedad en sus formulaciones, no solo según la clase de resina producida, como: los poliésteres modificados por aceites (alquídicos), poliésteres insaturados (laminados y compuestos para moldeo) y poliésteres lineales (películas y fibras), sino también dentro de cada grupo. El proceso fundamental de fabricación para la resina de poliéster y alquídicos es la polimerización por condensación, de tipo discontinuo, de un ácido dibásico y un alcohol con varios grupos. La polimerización en presencia de aceites y ácidos grasos da como resultado un complicado polímero conocido como resina alquídica.

1.7. Resinas de úrea y melamina

El Proceso de fabricación de las resinas de úrea y melamina consiste en la polimerización discontinua por condensación de la úrea o de la melamina con formalina (solución al 40% de formaldehíco en agua). Las materias primas , úrea, melanina y formalina, se cargan en unión de los catalizadores,aditivos y modificadores propios de cada fabricante, en un reactor provisto de camisa de calentamiento para iniciar la reacción; luego se corta el calentamiento para introducir agua de refrigeración con la cual controlar la temperatura de la reacción. La mezcla se refluye hasta obtener el grado adecuado de polimerización. La resina es soluble en agua, de manera que no se produce separación alguna.

Las resinas de úrea y melamina se deshidratan al vacío hasta que el contenido de sólidos sea del 50 al 60%; se venden en forma de solución, o bien se secan o deshidratan por aspersión y se venden como producto sólido .

1.8. Resinas fenólicas

Las resinas derivadas del fenol constituyen la familia más antigua de este tipo de productos. Sus usos principales son para moldeos de tipo económico y para encolado de tableros de madera contrachapada. La producción de las resinas fenólicas se efectúa por el proceso de polimerización discontinua, por condensación de los fenoles con formalina. Los compuestos fenólicos y la formalina, junto con los catalizadores y diversos aditivos y modificadores, se cargan en el reactor provisto de camisa de calefacción, se calientan para iniciar la reacción, la cual, una vez iniciada, es exotérmica; para controlar la temperatura se cambia la calefacción por agua de refrigeración. La mezcla se refluye hasta que se separe en dos fases: una capa de resina pesada y viscosa y otra acuosa. Aquí se aplica vació y se eleva la temperatura para extraer el agua. La resina fundida se extrae a un depósito donde se solidifica al enfriarse .

1.9. Resinas varias

Estas resinas no tienen relación química alguna entre sí, pero se caracterizan por su bajo volumen de producción. Se incluyen los poliuretanos, epóxidos, acetal, policarbonatos, silicona, nylon 6 y cumaronaindeno. Varias de estas resinas no generan residuos acuosos. Algunas constituyen especialidades fabricadas solo por ciertas compañías, No se dispone de informes exactos de los métodos de tratamientos utilizados.

Muchas de las sustancias complementarias, y las resinas mismas, tienen una acción irritante en el organismo

2. Potenciales Impactos Ambientales

2.1. Emisiones al aire

En la matriz causa-efecto se da una evaluación moderada a los impactos identificados, causados por las emisiones gaseosas. Los gases que se eliminan de las industrias de resinas sintéticas y plásticos, son productos de la combustión en las unidades de generación de energía. Además, las emanaciones en la producción de resinas de celulosa (rayón), contienen disulfuro de carbono (CS2), en las diversas partes del proceso, principalmente en la formación del xantato y luego en viscosa. En general, se producen hidrocarburos volátiles, provenientes de los solventes utilizados en la producción de los diferentes tipos e resinas y plásticos.

2.2. Contaminación del agua

Los efluentes de la producción de resinas celulósicas, generalmente, son tratados con NaOH para neutralizar celulósicos biodegradables, sulfatos y metales pesados.

En la producción de resinas vinílicas, el efluente de la centrifugación contiene la mayoría de los contaminantes producidos por estas plantas: agentes en suspensión, agentes tensoactivos, catalizadores, pequeñas cantidades de monómero que no ha reaccionado y cantidades apreciables de partículas muy finas del polímero producido, con la consiguiente carga de demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) y sólidos en suspensión.

Las dos fuentes importantes de aguas residuales en la producción de poliestireno son: el agua de reacción (medio de suspensión) y el agua de lavado. Hay una cantidad insignificante de pérdida por evaporación del agua de refrigeración.

Por cada kilogramo de polímero producido, se gastan aproximadamente 12,57 dm3 de agua, sin contar con la de refrigeración. El efecto contaminante del efluente es ligero, dadas las pequeñas cantidades de aditivos (catalizadores y agentes de suspensión) utilizados en la polimerización por suspensión. También contribuye a ello, la temperatura relativamente baja que se necesita en el medio de reacción (49 - 82 ºC). Pueden hallarse presentes en el efluente del agua de reacción materias inorgánicas tales como carbonato de calcio, fosfato de calcio, talco, arcillas y silicatos.

En los procesos de producción de polietilenos de baja densidad, no se producen aguas residuales de contaminación considerable (menos de 10 mg/dm3 DBO). El agua entra en contacto con el producto únicamente en el paso del refrigerador y del cortador. El análisis del agua típica de refrigeración muy recirculada reveló la existencia de un contenido total muy pequeño de carbono orgánico. Los procesos de polietileno de alta densidad tampoco producen aguas residuales de importancia. Las aguas residuales típicas del proceso contienen una DBO menor a 10 mg/dm3. Se podrían generar efluentes por riesgo potencial en el manejo incorrecto del proceso, fugas o reboses y el lavado de equipos e instalaciones.

Las plantas acrílicas, por lo general, vierten sus efluentes en colectores municipales. Esto origina problemas para los que se han buscado diversas soluciones, que van desde la instalación de plantas de tratamiento autónomas en circuito cerrado, hasta el tratamiento conjunto de aguas de lavado con aguas municipales.

En la producción de resinas alquídicas y poliésteres, se desprenden residuos de alguna importancia; son fracciones volátiles sin reaccionar de las materias primas, que aparecen en el agua de esterificación extraída, o en el agua de los lavadores, o que también se expulsan a la atmósfera. Además, hay residuos que quedan en las calderas y que se limpian con soluciones de sosa cáustica o con disolventes.

Los efluentes de importancia en la producción de resinas de úrea y melanina son: agua introducida con las materias primas, agua formada en la reacción de condensación, soluciones de sosa utilizadas en la limpieza de los reactores y purgas de las torres refrigeración. La temperatura del agua residual es de unos 29 a 32 ºC, y se caracteriza por la presencia de sólidos volátiles y solventes.

De la fabricación de resinas fenólicas se derivan residuos de importancia, como son; agua introducida con la materia prima, agua formada en la reacción de condensación, soluciones de sosa utilizada en la limpieza de los reactores y purgas del sistema de refrigeración. Las aguas descargadas tienen una temperatura de 29 a 32 ºC; se caracterizan por fenoles, DBO, sólidos totales, sólidos volátiles, sólidos suspendidos. En la producción de resinas denominados "varias", generalmente no se vierten residuos acuosos.

2.3. Desechos Sólidos

Son pocos y no determinados en la producción de resinas sintéticas y plásticos.

En el procesamiento de resinas celulósicas, en la producción de celofán, los recortes que se producen son, generalmente, enterrados o incinerados.

La ubicación de ese tipo de plantas en un sector urbanizado provocaría una serie de alteraciones, por cuanto sus residuos, aunque no voluminosos, son tóxicos en pequeñas concentraciones.

2.4. Alteraciones en la flora y fauna

En la matriz causa-efecto los impactos se evalúan como moderados. El sulfuro de carbono, los detergentes, el hidróxido de sodio y los fenoles, son los cantaminantes más importantes eliminados en los procesos de esta industria.

Las emanaciones gaseosas de sulfuro de carbono pueden alterar la composición de los aceites y grasas vegetales de cultivos o especies silvestres de palma, maní y aguacate.
El metabolismo de las grasas en animales se ve afectado por la presencia del sulfuro de carbono en el aire. Esto se evidencia en animales de engorde, como vacas, cerdos, y pollos, pues este gas altera el crecimiento y comportamiento de estas especies, por destrucción paulatina de los tejidos nerviosos.
En ratas produce cambios en las fibras del miocardio e hinchazón del sarcoplasma; además, las paredes arteriales presentan hinchazones y los capilares del músculo cardíaco experimentan un estado pletórico. También genera cambios distróficos de la membrana mucosa de la boca, cambios destructivos en las paredes gástricas, una brecha del factor ácido-péptico y un cambio en la excitabilidad eléctrica del aparato gástrico muscular; adicionalmente altera la función de formación enzimática del intestino delgado, disminuye la actividad de la enteroquinasa y de la fosfatasa alcalina en el intestino grueso y estimula cambios inflamatorios y destructivos en los intestinos delgado y grueso. Asimismo, se producen alteraciones en la función de la formación enzimática del hígado páncreas, así como en el metabolismo de las proteínas y en la excreción del cobre. También induce un cambio en el proceso de digestión parietal, causando alteraciones de la absorción de glucosa en el intestino.

El disulfuro de carbono tiene el poder de cambiar las propiedades morfológicas y funcionales de la sangre; produce una alteración marcada del metabolismo de los carbohidratos en los neutrófilos, así como caída de la actividad fagocítica de los leucocitos y una declinación del contenido de trombocitos. También estimula el desarrollo de cambios distróficos en los músculos esqueléticos.
En gatos suprime la actividad de la colinesterasa de la células de Schwann.
Tiene un efecto inhibitorio sobre el crecimiento de la microflora saprofítica.

EL vertido de detergentes produce eutroficación de las aguas debido a la presencia excesiva de fosfatos. En la superficie de las aguas se forma una película que disminuye la absorción del oxígeno de la atmósfera y su posterior dilución, lo cual afecta a todo tipo de organismos acuáticos.
La formación de espumas en los cauces, por el depósito de detergentes, paraliza los procesos de depuración natural, concentra las impurezas y disemina bacterias y virus. La eutroficación de las aguas origina una mayor demanda de oxígeno, lo que es perjudicial para el ecosistema.
los detergentes inhiben el metabolismo de los microorganismos acuáticos, razón por la cual baja la DBO en las aguas. Provocan variaciones de la tensión superficial, por lo que se dificulta la sedimentación primaria. Dificultan y paralizan los procesos de depuración artificial y natural al formar espumas (aparecen proteínas, sales, etc.), inducen a la proliferación de algas y procesos de eutroficación por el aumento de fosfatos. La toxicidad de los detergentes en animales varía para cada especie e individuo, admitiéndose generalmente que entre 1000 y 2300 mg/kg de detergentes provocan la muerte del 50 al 100% de animales.

La turbidez de las aguas, causada por sustancias tales como sales de carbonato de calcio y fosfato de calcio, presentes en los detergentes, disminuye la capacidad de fotosíntesis de las plantas acuáticas. Esto hace que descienda la cantidad de oxígeno y, por lo tanto, la fauna acuática.

El incremento de los silicatos puede matar a los peces y anfibios, con lo que la cadena alimenticia se rompe, generando desequilibrio en los diversos ecosistemas acuáticos.

El hidróxido de sodio tiene incidencia en la calidad de la carne de los peces y mariscos sobrevivientes a los efectos de esta sustancia.
En animales que beben estas aguas contaminadas, pueden producirse úlceras estomacales, con el consiguiente peligro de muerte.

El problema característico ocasionado por los fenoles es la contaminación del aire con fuertes olores, aunque se encuentren en cantidades mínimas. Son más o menos biodegradables, según su composición, y su toxicidad es muy elevada.
Los fenoles en los ríos o en cualquier corriente de agua, provocan parálisis y congestión cardiovascular en los peces, lo que desemboca en la sofocación de los mismos. La ictiofauna se ve afectada a partir de concentraciones mayores de 0,02 mg/dm3.
La concentración interna de fenol en los seres vivos depende del grado de absorción relativa del contaminante y de los procesos de desintoxicación que poseen los organismos, los que tienen relación directa con la temperatura medioambiental. Por tanto, es posible que el fenol se acumule más en los organismos a temperaturas elevadas, sin embargo de lo cual, su toxicidad será mayor en ambientes fríos.
Se ha comprobado que el clorofenol, en concentraciones de 0,1 ug/dm3, produce un sabor desagradable en los peces de consumo humano.
Los efectos causados por los gases de combustión, DBO alta y aguas residuales calientes se analizan en los informes correspondientes a producción de vidrio, ingenios azucareros y plantas termoeléctricas, respectivamente.

2.5. Impacto en suelos agrícolas y forestales

Los detergentes modifican la permeabilidad del suelo. El caudal a través de filtros de permeabilidad inferior a 5X10-5 m/s, es menor cuando se tratan aguas residuales con detergentes; cuan do el filtro tiene un permeabilidad superior a 10-4 m/s, el caudal aumenta. Esta relación puede aplicarse a lo que puede suceder en los suelos.

2.6. Toxicología con respecto a los seres humanos

Las resinas de úrea, melanina y fenólicas tienen como componente principal a la formalina, que puede causar rinitis, anosmia, faringitis, espasmos de laringe, traqueitis, bronquitis, edema pulmonar, tos, constricción del pecho, disnea, cefalea, debilidad, palpitación, gastroenteritis, quemaduras del tubo digestivo, dolor abdominal, diarrea, vértigo, ictericia, convulsiones, albuminuria, hematuria, anuria.

Para evitar efectos negativos en la salud humana, se deberán tomar las siguientes medidas preventivas en la producción de resinas y plásticos; Ventilación adecuada del lugar de trabajo, utilización de gafas protectoras, mascarilla con filtro químico, guantes y trajes protectores. Además, se deben intensificar las medidas de higiene, realizar controles médicos permanentes y excluir del trabajo a enfermos de pulmones.

3. Alternativas Tecnológicas para Disminuir el Impacto Ambiental

3.1. Control de dimensiones al aire

Según el procedimiento de obtención de las resinas y plásticos, la polimerización es un proceso en fase cerrada y por calor. La polimerización por condensación o policondensación, es un proceso químico en fase abierta, con alta manipulación de materias primas, catalizadores, solventes; se producen, además, productos secundarios de bajo peso molecular. Se debe poner atención en aquellos puntos en que la exposición es de alto riesgo. Muchos de estos materiales son inflamables.

Es recomendable la aplicación del control de las emisiones de combustión en unidades de producción de energía, mediante depuración, precipitadores electrostáticos.

3.2. Tratamientos de aguas residuales

El tratamiento de los efluentes de resinas vinílicas, por sedimentación primaria, produce una reducción de menos del 1% en la DBO o DQO y una eliminación del 98% de los sólidos en suspensión, mientras que los lodos activados eliminan un 89% de la DBO y la demanda química de oxígeno (DQO) y un 98% de sólidos en suspensión, respectivamente.

Las plantas de acrílicos que generalmente descargan sus efluentes a los desagües municipales, crean problemas a los que se han dado varias soluciones. Entre ellos destaca el tratamiento de residuos en plantas en circuito cerrado, en los que el agua es sometida al mismo ciclo constantemente, o en plantas de tratamiento en las que se tratan, conjuntamente, con aguas municipales.

Un informe de tratamiento con lodos activados ha logrado la eliminación de un 85% de DBO.

Los residuos de resinas de poliéster y alquídicas se han tratado únicamente por dos métodos; la flotación y la utilización como material de relleno. Sin embargo, se mantiene la opinión de que no hay un tratamiento adecuado para el agua residual de la producción de poliésteres.

El tratamiento del efluente líquido del procesamiento de resinas de úrea y melanina, generalmente se realiza bien sea por descarga en lagunas poco profundas, o por incineración térmica, o también en plantas municipales. Las lagunas se diseñan sin rebosaderos, de modo que los únicos medios de reducción de volumen son la evaporación y la infiltración, con lo cual se experimentan malos olores. La incineración puede conducir a problemas de contaminación del aire, según el combustible utilizado y el rendimiento de la operación.

Los residuos de las resinas fenólicas se tratan en lagunas, mediante la extracción del fenol o por incineración térmica, también se vierten a plantas municipales de tratamiento sin fenol. Con la extracción de fenoles de una sola fase, normalmente se elimina alrededor del 96% de fenoles y el 100% de formaldehído. Se han realizado estudios que indican que los compuestos fenólicos, como el formaldehído, son biodegradables en procesos de tratamiento biológico de aguas municipales, siempre que mantengan sus concentraciones y bajos niveles de toxicidad (menos de 3 mg/dm3 para el formaldehído y menos de 9,4 mg/dm3 para el caso del fenol). Se debe controlar el pH.

Cuando la concentración del fenol es alta (más de 1,9 g/dm3), el procedimiento de eliminación se hace por extracción con solventes. La adsorción es efectiva para el tratamiento de fenoles en concentraciones intermedias. El uso de una resina de intercambio aniónico produce buenos resultados; además, la regeneración del adsorbente con hidróxido de sodio o ácido clorhídico es posible para la recuperación de fenol.

Los vertidos que contienen disulfro de carbono (CS2) pueden resultar tóxicos para tratamientos biológicos.