TECNOLOGÍAS PARA LA INCINERACIÓN DE RESIDUOS PELIGROSOS 1)INTRODUCCIÓN Las operaciones llevadas a cabo en una planta incineradora de residuos se resumen en el siguiente gráfico: En él se distinguen cinco subsistemas que componen una planta de incineración: -Recepción y pretratamiento de los residuos. -Cámaras de combustión. -Recuperación energía. -Control de la contaminación. -Manejo de residuos y cenizas. Antes de introducir el residuo en el incinerador será necesario, en ocasiones, realizar un pretratamiento del residuo que será diferente dependiendo del sistema de incineración que se vaya a emplear y del estado del residuo. Así, los sólidos pueden molerse y tamizarse, los líquidos pueden filtrarse, eliminar su agua... La Ley exige a los sistemas de termodestrucción de residuos que tengan una cámara primaria o de combustión y una cámara secundaria o de post-combustión para garantizar la ausencia de contaminantes en los gases o, al menos, una emisión de éstos inferior al límite legal. Si para alcanzar este objetivo no es necesario incorporar tratamientos posteriores podrá constar de ambas cámaras de combustión únicamente pero esto, además de no ser aplicable a la mayoría de casos, es arriesgado debido a la continua disminución de los límites legales. Este tema presenta las características generales de los procesos que basan la destrucción de residuos peligrosos en la exposición de éstos a altas temperaturas, por tanto se centra en el segundo de los subsistemas propuestos. Se tratan los procesos convencionales de incineración, procesos 1
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TECNOLOGÍAS PARA LA INCINERACIÓN DE RESIDUOS PELIGROSOS
1)INTRODUCCIÓN
Las operaciones llevadas a cabo en una planta incineradora de residuos se resumen en el siguiente gráfico:
En él se distinguen cinco subsistemas que componen una planta de incineración:
-Recepción y pretratamiento de los residuos.-Cámaras de combustión.-Recuperación energía.-Control de la contaminación.-Manejo de residuos y cenizas.
Antes de introducir el residuo en el incinerador será necesario, en ocasiones, realizar un pretratamiento del residuo que será diferente dependiendo del sistema de incineración que se vaya a emplear y del estado del residuo. Así, los sólidos pueden molerse y tamizarse, los líquidos pueden filtrarse, eliminar su agua...
La Ley exige a los sistemas de termodestrucción de residuos que tengan una cámara primaria o de combustión y una cámara secundaria o de post-combustión para garantizar la ausencia de contaminantes en los gases o, al menos, una emisión de éstos inferior al límite legal. Si para alcanzar este objetivo no es necesario incorporar tratamientos posteriores podrá constar de ambas cámaras de combustión únicamente pero esto, además de no ser aplicable a la mayoría de casos, es arriesgado debido a la continua disminución de los límites legales.
Este tema presenta las características generales de los procesos que basan la destrucción de residuos peligrosos en la exposición de éstos a altas temperaturas, por tanto se centra en el segundo de los subsistemas propuestos.
Se tratan los procesos convencionales de incineración, procesos alternativos, mencionándose un ejemplo de proceso industrial que utiliza los residuos industriales como fuente de energía alternativa y finalmente se mencionan algunos procesos novedosos en la eliminación térmica de residuos peligrosos.
2)PROCESOS CONVENCIONALES DE INCINERACIÓN
La selección del incinerador más adecuado para la eliminación de un grupo de residuos peligrosos concreto es complicada, habrá que tener en cuenta la legislación aplicable, la capacidad de tratamiento que necesitamos en la planta y las propiedades de los residuos peligrosos.
Los sistemas de horno rotatorio y de inyección de líquidos son los más usados pero hay muchas opciones. En la siguiente tabla se observan los sistemas de incineración más empleados en función del tipo de residuo a tratar:
Junto con el horno rotatorio es el sistema más empleado en la incineración de residuos peligrosos. Consta de una cámara, normalmente cilíndrica, a la que se alimenta el residuo atomizado mediante inyección a través de unos quemadores y de igual modo entra el combustible suplementario en caso necesario. La atomización del residuo (se llegan a alcanzar tamaños de gota de 1m) mejora la eficiencia en su destrucción pero condiciona la aplicación de este sistema a líquidos, lodos o suspensiones de baja viscosidad.
A veces es necesario un pretratamiento del residuo, para que pueda bombearse y atomizarse correctamente.
Puede atomizarse por medios mecánicos (25-450psi), a baja presión (1-10psi) o a alta presión (25-100psi).
La temperatura en el interior de la cámara es de 1000-1700ºC y el tiempo de residencia va desde los milisegundos hasta 2,5 segundos.
La disposición de la cámara puede ser horizontal o vertical. Ésta última se usa con residuos de alto contenido en sales inorgánicas y cenizas fundibles. Las siguiente figuras muestran ambas disposiciones:
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2.2)INCINERADORES DE HORNO ROTATORIO
Es el sistema más usado en incineración de residuos peligrosos dada su gran flexibilidad al poder tratar sólidos, incluso contenedores metálicos, (lo cual es muy útil en el caso de residuos peligrosos), líquidos o gases.
El cuerpo cilíndrico del horno tiene una longitud de 10-15m y una relación L/D de 5-10m con una suave pendiente del 1-5% para facilitar el mezclado y el desplazamiento del residuo.
Según la temperatura de trabajo podemos distinguir:- Hornos que trabajan con cenizas sólidas (ashing) alcanzan T=800-1000ºC;- Hornos que trabajan con cenizas fundidas (slagging) T>1000ºC, a veces
incluso alcanza los 1650ºC. Llegan a superar el 100% exceso de aire. Conectada a la descarga del gases del horno va la cámara de post-combustión o cámara de
combustión secundaria en la que los gases que sólo alcanzaron la combustión parcial la alcanzan ahora totalmente. Para ello la temperatura en esta cámara es mayor, de 980 a 1200ºC. Ambas cámaras pueden recibir combustible auxiliar.
Puede incorporarse un ciclón de alta temperatura entre el horno y la cámara de post-combustión para evitar la descarga de partículas sólidas.
El tiempo de residencia del residuo, normalmente entre 30 y 60 minutos, puede controlarse con la velocidad de rotación del horno, la velocidad de alimentación del residuo (ajustada de forma que no se supere el 20% de volumen del horno) y las presas que retardan el avance del residuo. Dependerá de las características del residuo y de la temperatura y exceso de aire.
Como inconvenientes tenemos productos de reacciones de combustión parcial, PCI y productos de combustiones secundarias. Como protección ante fugas o pérdidas muy peligrosas se usan presiones negativas.
Esquemas de hornos rotatorios aparecen en las figuras siguientes:
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2.3)HORNOS DE HOGAR FIJO
Este horno no permite alcanzar grandes capacidades de tratamiento ya que presenta un sistema de alimentación por pistón siendo más apropiado en instalaciones pequeñas. Aquí el proceso está orientado a minimizar el arrastre de partículas evitándose así el uso del ciclón que incluía el horno rotatorio, lo cual supone abaratamiento en el coste. Para lograrlo divide el proceso de combustión en dos fases:
1. En la cámara primaria se quema con defecto de aire (una velocidad baja de aire minimiza el arrastre de partículas al disminuir las turbulencias). A la cámara secundaria suben humos y productos pirolíticos.
2. En la cámara secundaria se quema con exceso de aire del 100 al 200% para completar la combustión.
Los siguientes esquemas muestran hornos de hogar fijo:
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2.4)HORNOS DE PISOS O SOLERA MÚLTIPLE
Muy usado en incineración de lodos de EDAR. Los sólidos son alimentados por la parte superior de una cámara vertical cayendo sobre unas plataformas inclinadas y siendo arrastrados por unos brazos
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mecánicos, de una a otra, mientras el aire circula en contracorriente. La siguiente figura muestra el esquema interno de un horno de pisos
Se distinguen tres zonas a lo largo de la cámara:-zona superior de secado y calentamiento;-zona intermedia de combustión en la que se pueden alcanzar los 1000ºC;-zona inferior de enfriamiento de cenizas y precalentamiento del aire..
La mayor ventaja de este tipo de horno es la eficacia en el tratamiento de residuos con alto contenido de humedad ,siendo una desventaja el estrecho intervalo de tamaño de sólidos que permite tratar.
2.5)HORNOS DE LECHO FLUIDIZADO
Al igual que el horno de solera múltiple también es útil para tratar lodos de las EDAR. Desarrolla la combustión en el seno de una masa en suspensión de
partículas de inerte y adsorbente, junto con cenizas y combustible, que es fluidizada por una corriente ascensional de aire de combustión. Mediante el cambio de los gases de fluidificación, se realizan variados procesos tales como: temple neutro, carbonitruración, cementación, nitruración, etc.
Según la velocidad de flujo de aire distinguimos dos tipos de horno: lecho circulante y burbujeo.Los hornos de lecho fluidizado van a
tener que trabajar con un ciclón que dependiendo de las condiciones de fluidización tendrá que llegar a recircular material inerte. Las siguientes figuras muestran este hecho:
En la primera figura se opera a velocidades bajas de aire y pasa menos del 10% de los sólidos al ciclón. Se denomina fase densa.
En la segunda el aire ya lleva alta velocidad y se denomina fase diluida.
La tercera muestra la disposición con mayor rendimiento conocida como lecho fluidizado circulante. El elevado arrastre obliga a la recirculación para reponer el lecho.
2.5.1.Ventajas del horno de lecho fluidizado
-La mezcla lograda con la fluidización del lecho mejora la reactividad y combustión, con lo que la fracción de inquemados es pequeña < 0,5%, dotando además al lecho de gran isotermicidad, buen control de la temperatura y alto coeficiente global de transferencia de calor.-No son necesarias temperaturas muy altas (rondan los 850ºC) y esto evita que fundan las cenizas.-Permite menor tiempo de residencia de los sólidos (unos minutos).-Permite la desulfuración añadiendo al lecho CaCO3 de pequeño tamaño de partícula para que no se pasive cuando el CaO formado reaccione con SO2 y forme CaSO4.-No requiere grandes excesos de aire.-Sistema flexible que abarca amplio intervalo de capacidad de tratamiento.-Menor emisión de NOx al proceder sólo del N orgánico por las bajas temperaturas y además trabajar con pequeños excesos de aire.
2.5.1.Desventajas del horno de lecho fluidizado
-Abrasión del equipo.-Necesidad de un ciclón por la cantidad de partículas arrastradas con la corriente gaseosa.-Pretratamiento del residuo para lograr fluidización (0,3-1,5mm).-Difícil limpieza de lecho.
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-Altos costes energéticos de los soplantes del aire.La siguiente figura muestra más detalladamente el esquema de un horno de lecho fluidizado:
Para destruir residuos peligrosos hay que introducirlos en una zona concreta del lecho en la que se de una mezcla violenta con el inerte y el aire de combustión. En esta zona se dará la combustión inicial (entre 760ºC y 870ºC) y en la zona que no ocupa el lecho se dará un nuevo aporte de aire de combustión con lo que se obtendrá la post-combustión (entre 980ºC y 1400ºC).
2.6)HORNOS DE PARRILLA MÓVIL
Se aplica en instalaciones de gran tamaño y su mayor uso es la incineración de RSU . En este tipo de horno el residuo sólido se mueve sobre una cinta transportadora por lo que admite un buen intervalo de tamaño de sólidos. Con la velocidad de la cinta se controla el tiempo de residencia del sólido.
Tiene una primera zona de combustión, sobre la cinta, para la cual se alimenta aire desde debajo de ésta, y una segunda zona de combustión para la cual exista otra entrada de aire, como se aprecia en la figura:
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3)PROCESOS ALTERNATIVOS DE INCINERACIÓN DE RESIDUOS INDUSTRIALES PELIGROSOS
Además de los sistemas de incineración ya comentados las industrias utilizan otros procesos alternativos, algunos de ellos son los mostrados en la siguiente tabla:
INDUSTRIA PROCESO/HORNO TEMPERATURA(ºC) TIEMPO RESIDENCIA (s)Calderas industriales Pirotubular (aceite/gas)
Metalúrcica/plomo Horno de proceso 700-1200 5.6Ladrillos Horno de túnel 870-1400 1.0
La adición de residuos aporta contenido calorífico con lo que disminuye la cantidad de combustible necesario para que el horno alcance su temperatura de interés, por ello resulta interesante en ciertos procesos industriales.
De estos procesos adicionales el más usado es el horno rotatorio de clinker. El horno de clinker es el que utilizan las cementeras y se supone que permite una eliminación total de residuos industriales gracias a las altas temperaturas que en él se alcanzan (1450ºC) y el elevado tiempo de residencia al que se someten.
Los compuestos peligrosos quedarían fijados al clinker de forma permanente y no salen ni residuos sólidos ni corrientes líquidas del horno.
La materia prima de la producción de cemento la constituye un pulverizado de caliza, arcilla, marga y pizarras principalmente. Esta materia prima se calcina en un gran horno rotatorio alimentándola desde la parte superior y circulando aire caliente en contracorriente desde su parte inferior. Con este proceso se forma un producto intermedio denominado clinker que se muele y es mezclado con yeso y otros aditivos para obtener el cemento,
Debido a las altas temperaturas que son necesarias para llevar a cabo este proceso los costes energéticos de combustibles y energía eléctrica representan entre un 30 y un 40% de los costes de fabricación. Tradicionalmente la energía la han proporcionado combustibles fósiles como carbón, coque de petróleo, fueloil y gas natural. La adición de residuos peligrosos suministra un poder calorífico adicional que permite abaratar estos gastos energéticos además de recibir ingresos como planta gestora de residuos
Ninguna incineradora, ni siquiera las que cuentan con sistemas de control de la contaminación con tecnologías de vanguardia, permite asegurar la destrucción del 100% de los residuos. Si a esto añadimos que las cementeras no son plantas diseñadas para la eliminación de residuos peligrosos sino para la producción de cemento nos encontramos con ciertos problemas agravados en relación con los que planteaban los anteriores sistemas de incineración.
Un problema de este tipo de instalaciones se da cuando se produce un rápido movimiento del clinker desde las partes altas del horno a las más bajas. El clinker cae como una avalancha generando gases calientes, que causa un gran aumento de la presión en esa parte del horno. Para prevenir explosiones y roturas de elementos del horno se abren las válvulas de escape liberando al medioambiente una nube de residuos cuya combustión ha sido parcial sin atravesar los equipos de control de la contaminación.
Otro problema lo da el hecho de que el proceso de fabricación de cemento siga un ciclo cerrado de materiales con lo que aumentan las concentraciones de metales pesados como arsénico y cromo.
El cemento obtenido debe ser considerado como tóxico. Análisis efectuados por la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) estadounidense sobre muestras de cemento y polvo de hornos de cementeras (tanto de las que queman como las que no queman residuos peligrosos) han revelado la presencia de dioxinas y furanos. Solamente se detectó la TCDD (la dioxina más tóxica) en las muestras que procedían de cementeras que quemaban residuos peligrosos. La utilización de residuos industriales aumenta la cantidad de sustancias tóxicas presentes en el polvo de cemento y en el cemento. Además el
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cemento de fábricas donde se queman residuos peligrosos presenta hasta un 80% más de cromo y un 25% más de plomo. Los metales que se incorporan al cemento, se pueden liberar del producto. Por esta razón numerosos estudios recomiendan ser selectivo al elegir el cemento para las tuberías de distribución, ya que algunos metales pesados incorporados en el cemento como el bario, cadmio y cromo se terminan liberando al agua de consumo.
Los hornos de cal de las fábricas de pasta celulósica también son bastante usados en incineración de residuos peligrosos.
Las fibras de celulosa se aislan consumiendo reactivos químicos para disolver la lignina siendo el proceso principal de producción de pasta el proceso kraft (del alemán: fuerte, resistente).
El proceso kraft o de sulfato, es de tipo alcalino y es con el que se obtiene la mayor cantidad de pulpa que se fabrica actualmente. Recibe el nombre de proceso con sulfato porque se añade Na2SO4 al licor de cocimiento del proceso. Sin embargo, la cocción se hace con una solución que contiene Na2S, NaOH y Na2CO3 formado del sulfato durante la preparación y recuperación del licor para la cocción.
Los troncos se someten a un pretratamiento previo de descortezado y desastillado. Posteriormente se da la cocción. En el digestor se utilizan como reactivos solubilizantes de la lignina el NAOH y el NA2S. Las reacciones de hidrólisis solubilizan la lignina y se liberan las fibras de celulosa, pero la hidrólisis también libera mercaptanos y sulfuros orgánicos, que son los responsables de los malos olores. Cuando las astillas entran al digestor, se les da un tratamiento previo con vapor de aproximadamente 100 kPa, volatilizando el aguarrás y los gases incondensables. Luego pasan a una zona de impregnación de presión mayor a más o menos 900 kPa, donde se ajusta su temperatura y encuentran el licor de cocimiento. El tiempo de cocción es de 1-2 horas a 170°C. La relación L/S suele ser de 4:1.
Después del proceso se separa la pasta, que tan sólo contiene el 25% de la madera inicial, de la lejía negra en la que va el líquido de cocción, compuestos orgánicos de la madera, compuestos inorgánicos de los tratamientos anteriores, ... A continuación en el digestor se procede a realizar un lavado de las astillas reduciendo el contenido químico de éstas.
El licor negro procedente de los lavadores de pulpa se concentra en evaporadores de múltiple efecto. Este concentrado es rociado directamente a un horno de recuperación de reactivos donde se quema la materia orgánica mediante combustión y tiene lugar la reducción del sulfato a sulfito, produciéndose vapor y una mezcla de sales fundidas o escoria. El contenido del digestor, es decir, las astillas con el licor que se les adhiere (pasta café), se lleva a concentraciones muy bajas utilizando lejía negra diluida. Se lava la pasta mediante un sistema de filtración a vacío y en contracorriente. Después esta pasta pasa a la sección de depuración y espesado donde como líquido filtrado se obtiene la lejía negra diluida (con sulfato sódico, carbonato sódico y materia orgánica). El licor de cocción filtrado (lejía negra diluida), está ahora listo para su tratamiento de recuperación de su contenido químico y su consiguiente reutilización. La pulpa lavada se depura y concentra en un espesor enviándose a blanqueo o fábrica de papel. Un proceso esencial para el proceso kraft es la recuperación del licor gastado del proceso de cocción. El licor negro eliminado de la pulpa en el lavador de pulpa contiene el 95 o 98% de los productos químicos cargados al digestor. Los compuestos orgánicos de azufre están presentes en combinación con sulfito de sodio. Hay también carbonato de sodio, así como pequeñas cantidades de sulfato de sodio, sal, sílice y trazas de cal, óxido de hierro, alúmina y potasio. Los sólidos son generalmente del orden del 20%.Esta masa fundida se disuelve para recuperar la proporción L/S constituyendo el licor verde que pasa a un proceso de caustificación, tratándose con lechada de cal.
El lodo resultante (los productos de la caustificación), se separa en decantadores y filtros rotativos continuos. El lodo de carbonato de calcio se envía a un horno de cal para recuperar el óxido de calcio y así poder volverlo a utilizar en el proceso. El filtrado es el licor blanco que se emplea en la cocción de las fibras, o sea, se emplea para alimentar la digestión. Contiene hidróxido de sodio, sulfuro de sodio y pequeñas cantidades de carbonato de sodio, sulfato de sodio y tiosulfato. El horno de cal opera a temperaturas superiores a 1000ºC y permite eliminar además de las corrientes gaseosas indeseadas del proceso, como H2S, residuos peligrosos que se le adicionan.
4)TECNOLOGÍAS AVANZADAS DE TRATAMIENTO TÉRMICO
Las nuevas tecnologías pretenden remediar las siguientes limitaciones que presentan los procesos convencionales: -generación de calor dependiente de los productos implicados; -poder calorífico mínimo del residuo, de lo contrario es necesario usar combustible auxiliar; -gran cantidad de aire necesario; -concentración máxima de productos clorados.
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4.1)INCINERACIÓN POR PLASMA
La incineración por plasma se considera un tratamiento definitivo. Con este método los elementos contaminantes quedan mayoritariamente atrapados en una red vítrea con lo que de reducen las emisiones gaseosas de partículas y la posibilidad de que se formen dioxinas y furanos en las (gracias al rápido enfriamiento de éstas). También disminuye el volumen de residuos.
En Física se entiende por plasma un gas altamente ionizado con baja densidad de partículas. Para generar este gas ionizado se hace pasar una determinada corriente eléctrica a través de un plasmógeno provocándose con ello el paso de las moléculas a estados atómicos ionizados.
Una vez obtenido el plasma, que alcanza temperaturas de 5000 a 15000ºC, el proceso de incineración, de forma general, consiste en inyectarle los residuos, el tiempo de residencia de éstos en él es muy bajo, 500s (las altas temperaturas del arco del plasma se aseguran de que las reacciones sean muy rápidas, y esto permite tiempos cortos de residencia de y por ello el incinerador de plasma se puede hacer más pequeño que otros con rendimiento de procesamiento comparable) para ser así atomizados y pasarlos posteriormente a una cámara de reacción donde se recombinan formando moléculas sencillas: CO, HCl... El tiempo de residencia en esta cámara es de 1s. Después de enfriar la corriente con agua se filtra para eliminarle los sólidos y se introduce en una torre donde se eliminan los ácidos que contiene lavándola con producto cáustico antes de ser expulsados por la chimenea.
Se necesita menor cantidad de aire que en los procesos convencionales al se un proceso pirolítico pero hay que aportar un plasmógeno (más caro que el aire) que dependerá de las características del residuo a tratar.
El coste es elevado por la energía eléctrica y por los materiales que han de ser resistente a temperaturas muy altas. Además necesita mano de obra altamente cualificada.
Dos aplicaciones de este sistema de incineración son el tratamiento de cenizas volantes de incineración de RSU y el de lodos de pinturas. Ambos son residuos tóxicos y peligrosos y se producen grandes cantidades de ellos. La incineración por plasma inertiza y vitrifica el residuo bloqueando los contaminantes en una red. Los residuos producidos presentan una fuerte reducción de volumen ( de hasta el 80% en el primer caso).
Un ejemplo de la aplicación del sistema de incineración por plasma para eliminar las cenizas procedentes de RSU lo encontramos en la ciudad japonesa de Hirosaki con una capacidad inicial de tratamiento de 40t/día. Esta instalación entró en funcionamiento en Marzo de este año. El sistema se ha desarrollado para desintoxicar (descomposición y eliminación de dioxinas), reducir, tratar, y reutilizar (como recursos y para reciclar) la ceniza de la incineración producida por los incineradores de la basura municipal. Este sistema soluciona no sólo los problemas que generan los elevados volúmenes de ceniza de incineración, sino también constituye una medida eficaz contra metales pesados y dioxinas.
Algunas especificaciones de este sistema son:Gas del plasma: N2
Temperatura: 12000K en el plasma y 2000º en la superficie de la ceniza Consumo de energía: 800 a 1000kWh/ton de la cenizaReducción en volumen de la ceniza: casi 50%Utilidad de la escoria: asfaltos.
4.2)REACTORES ELÉCTRICOS/HORNOS
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ELÉCTRICOS DE ALTA TEMPERATURAEl reactor eléctrico somete a elevada temperatura los residuos (la pared del núcleo del reactor
alcanza los 2200ºC), obteniéndose compuestos orgánicos en estado elemental y cenizas como partículas vitrificadas. Las ventajas que presenta son similares a las de la incineración por plasma.
Este tipo de sistema está ideado para sólidos principalmente y suele ser necesario un pretratamiento de la alimentación para adecuar el tamaño de partícula de modo que atraviese unas mallas a la entrada. Cuando se trata de líquidos es necesario una mezcla para lograr la alimentación necesaria.
4.3)COMBUSTIÓN CON SALES FUNDIDAS
Consiste en la inyección de los residuos, junto con aire, a una cámara que contiene un baño de sales fundidas ( Na2CO3, NaCl, Na2SO4, Na3PO4...) a unos 900ºC que destruye los residuos y retiene gases y partículas, esto conlleva su regeneración periódica. Esta figura muestra un reactor de sales fundidas
El S de los residuos forma parte de Na2SO4 o Na2SO3; el P de Na3PO4; el Cl de NaCl; el SiO2 de Na2SiO3 y los gases HCl, Nox y SO2 quedan en el baño retenidos. Se puede tratar una variedad amplia de corrientes sólidas, líquidas, y gaseosas a temperaturas más bajas que la incineración, produciendo menos emisiones y partículas en el gas de escape. La oxidación sin llama ocurre dentro del baño de la sal que convierte los componentes orgánicos de la basura en CO2, N2, y agua. El gas de escape del producto que sale del recipiente de la reacción se trata para quitar cualquier sal arrastrada y esencialmente todo el vapor de agua antes de ser descargado al sistema del gas de escape.
La MSO (Molten Salt Oxidation) tiene varias ventajas sobre las técnicas convencionales de incineración. La gran masa termal de sal fundida proporciona estabilidad térmica y uniformidad en la temperatura. MSO puede por lo tanto tolerar fluctuaciones rápidas en el proceso. MSO genera menos gas de escape que la incineración, puesto que no requiere combustible suplementario para sostener una llama. Los gases ácidos son neutralizados por las sales del álcali, eliminando la necesidad de un sistema adicional para realizar esta labor. Finalmente, en muchos países, los permisos reguladores requeridos para construir y poner en funcionamiento un sistema de MSO son más fáciles de obtener que los de otras incineradoras porque no se categoriza como incinerador (los permiso de los incineradores son difíciles de obtener ya que la oposición pública puede ser fuerte).
El sistema integrado de MSO, mostrado en la figura superior presenta varios subsistemas. Incluye un recipiente de reacción, un sistema de tratamiento del gas de escape, una sistema de reciclado
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de sal, el equipo de la preparación de la alimentación, y un sistema de cerámica para la inmovilización final de los residuos. El área de la preparación de la alimentación incluye tambores que reciben los residuos, una centrifugadora para la separación sólido-líquido, etc. La basura se alimenta al recipiente de la reacción junto con aire y los residuos de componentes inorgánicos se acumulan en la cama de la sal, lo que hace necesario el retiro periódico de la sal y el relleno con la sal fresca para mantener la eficacia de proceso. Como muchos de los metales y compuestos capturados en la sal son peligrosos, la sal gastada quitada crearía una corriente inútil secundaria grande sin el tratamiento adicional por tanto se trata y recicla al sistema para reducir al mínimo la cantidad de residuos secundaros y para reducir el consumo de la sal fresca. Los residuos finales se incorporan a un recipiente de cerámica.
En el sistema estudiado la reacción de MSO ocurre en un recipiente de 9 pies. La carga normal de la sal es 320 libras (160 kilogramos). Cuando está ocurriendo la inyección del aire de la alimentación y del oxidante, el nivel de la sal espumea hasta la tapa de la zona de la transición. El residuo con el aire entra a través de una lanza del inyector que se extiende hasta el fondo del recipiente. El inyector se aísla y el aire se refresca para mantener la temperatura de la alimentación baja hasta que sale del inyector y entra en contacto con la sal fundida.
El recipiente se fabrica con materiales muy resistentes. El ataque más severo de la corrosión ocurre cuando el NaCl está presente, así que se maximiza el tiempo de la vida del recipiente si el contenido del NaCl es controlado. El recipiente es protegido contra la sobrepresión poniendo niveles de entrada máximos, supervisando el sistema del gas de escape para prevenir la acumulación de los depósitos de la sal en la tubería que puede causar tapones, y por un disco de la ruptura que descarga en un respiradero separado del extractor.
Los calentadores son de tipo eléctrico radiante y se dividen en dos calentadores parciales: uno que cubre la mitad superior del recipiente y otro que cubre la mitad inferior. Los calentadores se segregan en varias zonas, cada uno de las cuales se controla por separado a una temperatura determinada por los sensores montados en bloques en el exterior del recipiente. Además, el recipiente se puede refrescar por medio de un ventilador para mover el aire sobre la superficie del recipiente por debajo de los calentadores. Refrescarlo llega a ser necesario cuando el recipiente está procesando materiales orgánicos de la alimentación que tienen un alto valor calorífico.
El propósito del sistema del gas de escape es quitar partículas, la humedad, y rastros arrastrados de la sal del CO y de NOx del gas de escape y asegurarse de que el gas limpio sale limpio del sistema.
La sal gastada del reactor de MSO se extrae por un desagüe en el fondo del recipiente, se refresca y se envía al subsistema donde los metales, y otros residuos se quitan de ella. La sal limpia podrá ser después s secada para su reutilización en el recipiente de MSO.
El proceso de reciclado de la sal es el siguiente: después de una reducción de tamaño, la sal se disuelve en agua. La mayoría de especies de metales precipitarán como óxidos o hidróxidos de metal debido a sus solubilidades bajas en la solución alcalina. El ajuste de los valores de pH de la solución y la adición de agentes de precipitación permiten seleccionar los materiales que interesa separar. La solución entonces se filtra para quitar los materiales insolubles y precipitados. El material recogido por el filtro contendrá esencialmente todo el residuo mineral del material de la alimentación que entró en el recipiente de MSO. Esto incluye el material, los metales, y la mayoría de la ceniza. Este "producto de filtración" será transferido al sistema de cerámica de inmovilización final de residuo.
La salmuera de sal restante después de filtrar será secada y tratada con resinas especiales de intercambio iónico, para quitar posibles trazas del residuo, y la sal será reutilizada en el recipiente de MSO si es necesario.
4.4)PROCESOS EN VIDRIO FUNDIDO
Se utiliza un horno eléctrico que tiene una entrada que permite introducir residuos sólidos bastante voluminosos y residuos líquidos por inyección.
El lecho de la cámara de combustión es de cristal fundido y lleva en su interior unos electrodos que elevan la temperatura hasta 1260ºC y las altas temperaturas destruyen cualquier componente orgánico. Los metales pesados, se incorporan a la estructura del cristal que es, generalmente, de un material relativamente fuerte (borosilicatos,..), y con una resistencia a la lixiviación mejor que la de las sales fundidas.
La siguiente figura refleja un proceso de incineración en vidrio fundido:
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4.5)FLUIDOS SUPERCRÍTICOSEl estado supercrítico de una sustancia se consigue sometiéndola a presión y temperatura por
encima de sus valores críticos, lo cual supone gran esfuerzo económico.Por ejemplo, para llevar el agua a estado supercrítico hay que elevar la presión por encima de las
220 atmósferas y la temperatura por encima de 374ºC. En el agua supercrítica conforme la densidad y constante dieléctrica disminuye, la solubilidad de los compuestos orgánicos aumenta y la solubilidad de las sales disminuye. Bajo condiciones supercríticas el agua se comporta como un solvente orgánico y es termodinámicamente estable. En estas condiciones el agua supercrítica es miscible con O2.
En el proceso supercrítico de la oxidación del agua (SWCO) la mezcla de residuos será presurizada y precalentada y después introducida en el compartimiento de la reacción para la exposición al oxidante (oxígeno, aire, o peróxido de hidrógeno). La relación temperatura-tiempo de la exposición es rigurosamente controlada.
Ventajas: Completa destrucción de compuestos orgánicos tóxicos
Alto rendimiento (la oxidación ocurre en segundos, reacción en fase homogénea) La materia orgánica se transforma en CO2 y H2O
No hay producción de óxidos de nitrógeno
Hasta ahora, el mayor uso comercial de SCWO está en la destrucción de alcoholes, de glicoles, y de aminas de residuos acuosos de plantas químicas. El desarrollo de las plantas para destruir las municiones del ejército y los propulsores sólidos de cohetes se está persiguiendo activamente. Una planta experimental en Alemania ha destruido con éxito los lodos de aguas residuales, aceites, y otros residuos.
4.6)OXIDACIÓN HÚMEDA
Cuando se tienen residuos que por sus características especialmente tóxicas no son tratables con biológicos y que por estar muy diluidos tampoco son incinerables se puede recurrir a la oxidación húmeda a alta temperatura y presión.
Las principales ventajas de la oxidación en medio acuoso frente a una combustión tradicional radican en que se evita la formación de gases peligrosos, dañinos o tóxicos, como sucede en una combustión convencional (emanaciones de dióxido de azufre, monóxido de carbono, dioxinas, arrastre de metales pesados, entre otros); existe la posibilidad de procesar materiales húmedos sin afectar significativamente a la eficiencia del proceso. El proceso es energéticamente más eficiente, ya que se produce la oxidación a los productos estables finales, como CO2, H2O, H3PO4, etc., y el agua producto de la reacción no requiere pasar una fase vapor.
Por otra parte, sin embargo, los procesos de oxidación húmeda trabajan a altas presiones, algunos incluso bajo condiciones supercríticas, lo que demanda mucha energía para comprimir el oxígeno. Por ello, internacionalmente se está buscando catalizadores adecuados que permitan una degradación completa de los residuos, bajo condiciones de temperatura y presión más tenues.
