Incineración de Residuos Sólidos

¿Qué es la incineración de residuos sólidos?

La incineración es un proceso de tratamiento térmico de residuos mediante oxidación completa y la transformación en una corriente gaseosa con o sin recuperación de energía.

Ventajas de la incineración respecto a otros sistemas de tratamiento:

  • Reduce el volumen y el peso de los desechos sólidos hasta en un 90%.
  • Permite la recuperación de la energía calorífica generada durante la combustión de los residuos sólidos, que puede emplearse en la generación de electricidad, calefacción y otros usos.

Desventajas de la incineración:

  • La operación de incineradores universales está asociada con emisiones a la atmósfera de metales pesados, sustancias orgánicas hexaclorobencenos e hidrocarburos poliaromáticos, estos últimos derivados de procesos de combustión incompleta, sustancias potencialmente tóxicas y bioacumulables muy peligrosas.
  • La mala o deficiente operación del proceso conduce a una combustión incompleta de los residuos, lo que genera gases tóxicos que son emitidos a la atmósfera.
  • Es una tecnología que requiere de altos costos de inversión para la construcción y funcionamiento de una planta.

Etapas de un sistema de incineración:

  1. Zona de recepción, almacenamiento y pretratamiento de los residuos
  2. Hornos de combustión incluyendo los sistemas de alimentación de residuos combustibles y aire y de recolección de los residuos de combustión
  3. Caldera y sistema de recogida de cenizas volantes
  4. Sistema de generación eléctrica: turbina de vapor, alternador y paquete de alta tensión para la exportación de la energía
  5. Instalaciones de tratamiento de los gases de combustión
  6. Instalaciones de valorización, eliminación o almacenamiento in situ de los residuos de la incineración y de las aguas residuales, así como de tratamiento de estas últimas si también se realiza in situ.
  7. Chimeneas
  8. Dispositivos y sistemas de control de las operaciones de incineración, de registro y de seguimiento de las condiciones de incineración.

¿Qué parámetros tanto de los residuos, de la operación del equipo y de las emisiones permiten determinar la eficiencia de un sistema de incineración?

Relacionados con los residuos sólidos:

  • Composición química
  • Poder calorífico
  • Contenido de cloro y halógenos

Relacionados con la operación:

  • Velocidad de dosificación
  • Temperaturas máximas y mínimas (1200-100 °C)
  • Aprovisionamiento de aguas en enfriamiento
  • Aprovisionamiento de solución absorbente
  • Porcentaje de destrucción
  • Porcentaje de eficiencia

Relacionados con el equipo:

*capacidad calorifica del incinerador *fallas mecanicas del ventilador de solucion * eficiencia de remocion del HCl 99% *concentracion de particulas 180 mg/m3 *concentracion de oxigeno min 3% relacionado con las emisiones: *altas concentraciones de cO 100 ppm * concentraciones de bifenilos policlorados aspectos relevantes de un relleno sanitario en comparacion a un vertedero y/o basural respecto de prevenir impactos en el medio ambiente: el rs cuenta con impermeabilizacion la que permite aislar las celdas que componen el relleno sanitario del entorno para si evitar riesgo de infiltracion de percolados y su consiguiente contaminacion de napas. el rs cuenta con el manejos de liquidos lixiviados lo cual permite confinar estos liquidos altamente contaminantes, el rs cuenta con manejo de biogas generado en el proceso de degradacion anaerobico esto permite evitar riesgo de explosiones espontaneas asentamientos en las celdas y permite por medio de la combustion de este liberar co2 el cual reduce el impacto al medio ambiente producto de la emision del metano como gas de invernadero mas perjudicial el rs cuenta con las coberturas diarias de los residuos depositados de forma tal de ir generando las condiciones aporpiadas de degradacion anaerobica dentro de la celda y ademas para evitar la proliferacion de malos olores con el consiguiente riesgo de atraccion de vectores de transmicion de riesgos a la salud.

porque se producen estas diferencias en la velocidad de produccion de biogas: porque en los primeros años se produce la degradacion de la materia organica facilmente biodegradable alcanzando la maxima velcidad de produccion de biogas debido a la transformacion de los residuos biodegradable, es el periodo donde los microorganismos se encuentran operando en su maxima curva de crecimiento a medida de q transcurre el tiempo años el material a degradar es mas compeljo por lo cual la degradacion comienza a reducirse hasta alcanzar una etapa en la cual el material que prevalece presenta una baja biodegradabilidad en donde ya los microorganismos presentan un bajo nivel de transformacion lo cual implica que se reduce la generacion de biogas. que proceso es el que ocurre en una celda de un relleno sanitario para degradar la materia residual y generar el biogas? un proceso de degradacion mediante digestion anaerobica, el proceso implica la transformacion de los elementos biodegradables mediante la accion de microorganismos los que transforman el sustrato a metano como gas principal, el proceos implica una etapa de hidrolisis en donde los compuestos complejos son transformados a compuestos organicos simples, posteriormente prevalece una etapa acidogenica en donde se generan acidos grasos volatiles mediante bacterias especificas para finalmente pasar a la etapa de metanogenesis en donde bacterias especificas transforman estos acidos en metano.

Imagen

que implicancia puede ocurrir dentro del proceso de degradacion en presencia de metales pesados en los residuos? en la etaoa de acido genesis se genera una baja de ph debido a la liberacion de protones lo cual implica que el estado de oxidacion de los metales pesados cambia generandose la solubilidad de estos por lo cual el manejo de los percolados es critico al contener estos metales pesados en estado soluble. como se comporta la relacion dbo/ dqo en el tiempo dentro del proceso de degradacion de un relleno sanitario? la relacion dbo / dqo se va reduciendo a traves del tiempo lo anterior se debe simplemente a que el material biodegradable cuantificado por la dbo se va transformando a metano producto de la digestion anaerobica (esto implica que el nuemrador se reduce numericamente) por lo que solo vqa quedando el material menos degradables biologicamente el cual es cuantificado por la dpo pero ya no por la dbo pero ya no por la dbo por ello va reduciendose mientras se produce la degradacion del sustrato (basura organica)


clasificacion de lodos segun el tren de tratamiento: primarios, secundarios, lodos mixtos, lodos quimicos. Lodos primarios: aquellos que se extraen de sedimentadores primarios, consiste principalmente en arena fina,inorganicos y solidos organicos. lodos secundarios: lodos en exceso generados en tratamiento secundario biologico, consiste en lodos biologicos resultado de la conversion de productos de desechos solubles de efuentes primarios y particulas que escapan al tratamiento primario. lodos mixtos: son la combinacion de lodos primarios y secundarios que tendran propiedades aproximadamente proporcionales a la respectiva composicion de cada tipo. lodos quimicos: resultan cuando se agregan sales de aluminio o fierro y/o cal en tratamiento de agua residual para mejorar la remocion de los solidos susendidos o para precipitar algun elemento de cada tipo. composicion general de lodos reisduales: los parametro de interes en lodos estan determinados por el tipo de proceso que se utilizara para su tratamiento. parametro de interes: medida de ph alcalinidad y contenido de acidos organicos (tratamiento: importantes en el control del proceso de digestion anaerobica) contenido de metales pesados, pesticidas e hidrocarburos (tienen que determinarse cuando se considera la incineracion y aplicacion en suelos) contenido de energia (es importante si se contempla un preceso de reduccion termica) costituyentes especificos: las caracteristicas de los lodos que afectan su aptitud para la aplicacion en suelos y usos beneficos, incluyen contenido organico nutrientes patogenos metales pesados y organicos toxicos. el valor fertilizante del lodo se basa principalmente en el contenido de nitrogeno fosforo y potasio. elementos traza: son elementos quimicos en pequeñas cantidades esenciales para plantas y animales cuando estan en concentraciones mayores se vuelven perjudiciales tal es el caso de los metales pesados. caracteristicas fisicas de los lodos: los lodos purga son una mezcla de solidos sedimentables y agua, la concentraciones son variables dependiendo del tipo de lodo. el contenido de agua en los lodos es muy grande (94 a 98.5%) por lo tanto es necesario concentrar mas los solidos antes de estabilizarlos para ello se aplica el espesamiento. metodo de espesamiento: procedimiento utilizado para incrementar el contenido de solidos de lodos por unidad de volumen, es decir para concentrar lodos y remover una parte del liquido (exite el de gravedad (lodo primario crudo y purga de lodos activados) y flotacion (primario sin tratamiento y purga de lodos activados)) espesamiento por gravedad: se realiza en un tanque similar a uno de sedimentacion circular, el lodo diluido es conducido a un pozo de alimentacion, el lodo sedimentado u compacta es retirado por el fondo del mismo tanque. mecanismo de recoleccion: en rastras mecanicas para agitar los lodos y acelera la sedimentacion, el sobrante es conducido hacia el sedimentador primario espesamiento por flotacion con aire disuelto: el aire introducido en solucion con presion elevada, cuando es despresurizada es liberado como burbujas finas que empujan al lodo a la superficie donde es removido, este metodo es usado para lodos de deshecho o purga de procesos de tratamiento biologico metodos de estabilizacion: los lodos tienen que ser estabilizados para reducir el contenido de microorganismos patogenos disminuir o eliminar el potencial de putrefaccion y evitar la generacion de olores ofensivos, la estabilizacion consiste en reducir el contenido de solidos suspendidos volatiles de los lodos a traves de la oxidacion biologica la oxidacion quimica o mediante la aplicacion del calor, los criterios mas importantes para determinar si el sistema de estabilizacion funciona son dos: reduccion de la amteria organica y la reduccion de microorganismos patogenos, la reduccion de la materia organica es facilmente aplicable a los procesos de digestion aerobica y anaerobica no asi al composteo ni a la estabilizacion con cal. la reduccion de microorganismos patogenos que alcanza la digestion aerobica y anaerobica es cercana a los dos ordenes de magnitud siempre que se mantengan en el intervalo mesofilico a temperaturas bajas el nivel de reduccion disminuye. la reduccion de microorganismos patogenos que alcanzan el composteo, la digestion aerobia autotermica y la estabilizacion con cal pueden alcanzar cuatro ordenes de magnitud (99,99%) tecnologias para estabilizacion de lodos residuales: digestion anaerobia, digestion aerobia, composteo, estabilizacion con cal.



tecnologia para estabilizacion de lodos residuales: digestion anaerobia: es la solubilizacion y fermetacion de sustancias organicas complejas por microorganismos en la asusencia de oxigeno. los productos de la digestion anaerobia son: gases, celulas y lodos con una fraccion mineral cercana al 60% lodos estabilizados. descripcion del proceso: los digestores anaerobios son de dos tipos: de baja tasa y de alta tasa, el digestor cosiste en un taque cilindrico con una pendiente hacia el fondo y boveda techada. digestor de baja tasa: el lodo se introduce al tanque, no hay sistema de mezclado la estabilizacion se logra en condiciones estratificadas dentro del digestor, el gas metano se acumula en la boveda se estrae y se almacena para su uso. las natas se aumulan en el sobrenadante enviado al sedimntador primario, el lodo estabilizado sedimenta en el fondo del tanque y es conducido a la sgte fase de tratamiento. alta tasa: son operados en rangos de temperaturas mesofilicas y termofilicas requieren un sistema de calefaccion del lodo deben de estar aislados del medio, requieren de un mezclado para mantener una distribucion uniforme del contenido la alimentacion debe de ser continua o por lotes en intervalos de 30 a 120 minutos. digestion anaerobia en dos etapas: es una extension de tecnologia de digestion de alta velocidad divide las funciones de fermentacion y separacion de solido liquido en dos tanques en serie. criterios de estabilizacion: un digestor tipico de alta taza reducira el contenido de solidos volatiles del lodo entre 40 y 65% calidad de gas: la produccion de gas es directamente proporcional a la cantidad de solidos volatiles eliminados, se expresa como volumen de gas por unidad de masa de solidos volatiles eliminados. digestion aerobia: esta basada en la respiracion endogena, ocurre cuando hay poco sustrato disponible y continua la aeracion de los lodos biologicos, los microorganismos empiezan a consumir su propio protoplasma para obtener energia para reacciones de mantenimiento de las celulas. procesos de digestion aerobia: 1 el tejido de la celula es oxidado a dioxido de carbomo, agua y nitratos 2 entre el 75 y 80% del total de las celulas es oxidada 3 el 20 al 25% restante noson biodegradables. metodo de deshidratacion o secado: la deshidratacion del lodo residual consiste en aumentar la concentracion de los solidos ssupendidos dentro del liquido, de tal forma que modifique su estado y se comporte como una mezcla que se pueda apilar sin que se pierda su forma. lo procesos de deshidratacion requieren un acondicionamiento previo de los lodos, implica la adicion de sustancias quimicas exiten: metodos de deshidratacion estaticos: lechos de secado: la deshidratacion natural de lodos se usa para reducir el contenido del agua de lodos, una vez seco el lodo se retira y se deposita en vertederos controlados o se utiliza como acondicionador de suelos. sus ventajas: costos inicial bajo para plantas pequeñas 2 requerimientos minimos de operacion y capacitacion 3 bajo consumo de enrgia electrica. 4 baja sensibilidad a la variabilidad del lodo 5 bajo consumo de quimicos 5 alto contenido de solidos en la torta seca de lodos sus desventajas: requiere grandes superficies de terreno 2 impacto del clima sobre el diseño 3 requerimiento de lodo estabilizado 4 molestia por olores o impacto visual. 5 numerosa mano de obra para la remocion de lodos secos 6 posibles contaminacion de agua freaticas 7 obtencion de permisos…. en un lecho de secado convencional de arena el lodo se deshidrata por drenaje a traves de la masa de lodo y arena y por evaporacion desde la superficie expuesta al aire, el lecho de arena esta constituido por dos capas: una capa de grava y una capa de arena. metodos de deshidratacion mecanicos: deshidratacion centrifuga de lodos residuales: este proceso utiliza la fuerza centrifuga creada en una vasija estacionaria para separar componenetes inmiscibles basandose en sus densidad, las centrifugas separan el lodo en torta del lodo desaguado y liquido centrifugado clarificado, la separacion esta basada en la diferencia de densidad entre solidos y del lodo y liquido circundante, el proceso de desaguado es similar al proceso de clarificacion por gravedad filtros de prensas: la filtracion por presion separa los solidos susoendidos en una lechada liquida utilizando un diferencia positivo de presion como fuerza motriz. filtros banda: utilizan bandas continuas montadas sobre las que se descarga y deshidrata el lodo, las sequedades en filtros de banda oscilan entre el 16 y 26% , el lodo es desahuado a traves de 3 etapas operativas: acondicionamiento quimico de lodo influente- drenado por gravedad . etapa de conmpresion, la eficiencia se mejora por la vibtracion de la banda.

composteo: es la descomposicion biologica de material organico, puede llevarse a cabo en fases aerobia o anaerobia. la mayoria de las operaciones busca mantener las condiciones aerobias, el composteo aerobio es termofilico la temperatura del proceso esta en el intervalo de la pasterizacion y destruye organismos patogenos. objetivos del composteo: 1 convertir materia organica putrefacta a formas estabilizadas 2 eliminacion de patogenos 3 reduccion de la masa de la cantidad de lodo humedo procesos fundamentales: mezclado de lodos y agentes abultantes 2 digestion aerobia termofilica 3 curado mezclado homogeneo: el lodo parcialmente secado se mezcla con un material acondicionador como el bagazo de caña pedaceria de madera u otros materiales organicos y porosos, con el fin de aumentar la porosidad aumentar el contenido de solidos un 40% y aumentar la relacion carbono – nitrogeno entre el 31,1 y 40,1. digestion aerobia termofilica: en esta etapa se realizan la estabilizacion del lodo por accion de los microorganismos termofilicos que elevan la t° por arriba de los 60°c, las condiciones aerobias se mantiene por aeracion mecanica o forzada curado: es una extension del proceso de composteo, la mezcla se quita del area de composteo, ya no requiere aeracion, las temperaturas iniciales son mayores a 40°c y despues se estabilizan y se mantienen en el rango mesofilico. en esta etapa se asegura la completa estabilizacion de la composta y remocion de toxicos organicos, tiene una duracion de 30 dias aprox vermicomposteo: es el uso de lombrices para estabilizar la materia organica, las lombrices de la especie eisenia foetida comen el lodo residual y producen un residuo conocido como vermicomposta, mediante este proceso es posible reducir a 100% los patogenos presentes en el lodo estabilizacion con cal: ha sido usada para la reduccion de olores en letrinas, acondicionador de lodos para secado, incrementar el ph de digestores y para remocion de fosforos en tratamiento avanzados de aguas residuales procedimiento: 1 agregar suficiente cal para elevar el ph a 12 2 mantener ese nivel durante 2 horas 3 debe haber una alcalinidad residual para que el ph no caiga por debajo de 11 en los sigueintes dias. exiten la preestabilizacion con cal y la post estabilizacion con cal que es cuando ela cal se agrega unqa vez el lodo deshidratado, se puede aplicar cal en seco no es ncesario deshidratar el lodo, el proceso se puede llevar a cabo con cal viva o cal apagada , la reaccion exotermica contribuye a la inactivacion de bacterias, virus y huevos de helminto.