La incineración es un proceso de tratamiento de residuos que implica la combustión de sustancias contenidas en materiales de desecho. [1] Las plantas industriales para la incineración de residuos se denominan comúnmente instalaciones de conversión de residuos en energía . La incineración y otros sistemas de tratamiento de residuos a alta temperatura se denominan " tratamiento térmico ". La incineración de materiales de desecho los convierte en cenizas , gases de combustión y calor. Las cenizas están formadas principalmente por componentes inorgánicos de los residuos y pueden tomar la forma de grumos sólidos o partículas transportadas por los gases de combustión. Los gases de combustión deben limpiarse de gases y partículas contaminantes antes de que se dispersen a la atmósfera . En algunos casos, el calor que se genera mediante la incineración puede utilizarse para generar energía eléctrica .
La incineración con recuperación de energía es una de varias tecnologías de conversión de residuos en energía, como la gasificación , la pirólisis y la digestión anaeróbica . Si bien las tecnologías de incineración y gasificación son similares en principio, la energía producida por la incineración es calor a alta temperatura, mientras que el gas combustible suele ser el principal producto energético de la gasificación. La incineración y la gasificación también pueden realizarse sin recuperación de energía ni de materiales.
En varios países, los expertos y las comunidades locales todavía están preocupados por el efecto ambiental de los incineradores (ver argumentos en contra de la incineración).
En algunos países, los incineradores construidos hace apenas unas décadas a menudo no incluían una separación de materiales para eliminar los materiales peligrosos, voluminosos o reciclables antes de la combustión. Estas instalaciones tendían a poner en riesgo la salud de los trabajadores de la planta y el medio ambiente local debido a niveles inadecuados de limpieza de gases y control del proceso de combustión. La mayoría de estas instalaciones no generaban electricidad.
Los incineradores reducen la masa sólida de los residuos originales entre un 80% y un 85% y el volumen (ya comprimido algo en los camiones de basura ) entre un 95% y un 96%, dependiendo de la composición y el grado de recuperación de materiales como los metales de las cenizas para su reciclaje. [2] Esto significa que, si bien la incineración no reemplaza completamente el vertido , reduce significativamente el volumen necesario para su eliminación. Los camiones de basura suelen reducir el volumen de residuos en un compresor incorporado antes de enviarlos al incinerador. Alternativamente, en los vertederos, el volumen de basura sin comprimir se puede reducir en aproximadamente un 70% utilizando un compresor de acero estacionario, aunque con un coste energético significativo. En muchos países, la compactación de residuos más sencilla es una práctica común para la compactación en los vertederos. [3]
La incineración tiene beneficios particularmente importantes para el tratamiento de ciertos tipos de desechos en áreas específicas , como los desechos clínicos y ciertos desechos peligrosos , donde las altas temperaturas pueden destruir patógenos y toxinas . Los ejemplos incluyen plantas químicas multiproducto con diversos flujos de aguas residuales tóxicas o muy tóxicas, que no pueden conducirse a una planta de tratamiento de aguas residuales convencional.
La quema de residuos es particularmente popular en países como Japón, Singapur y los Países Bajos, donde la tierra es un recurso escaso. Dinamarca y Suecia han sido líderes en el uso de la energía generada a partir de la incineración durante más de un siglo, en instalaciones localizadas de calor y energía combinadas que respaldan los sistemas de calefacción urbana . [4] En 2005, la incineración de residuos produjo el 4,8% del consumo de electricidad y el 13,7% del consumo total de calor doméstico en Dinamarca. [5] Varios otros países europeos dependen en gran medida de la incineración para el tratamiento de residuos municipales, en particular Luxemburgo , los Países Bajos, Alemania y Francia. [2]
Los primeros incineradores del Reino Unido para la eliminación de residuos fueron construidos en Nottingham por Manlove, Alliott & Co. Ltd. en 1874 con un diseño patentado por Alfred Fryer. Originalmente eran conocidos como destructores . [6]
El primer incinerador estadounidense se construyó en 1885 en Governors Island en Nueva York, NY. [7] La primera instalación en la República Checa se construyó en 1905 en Brno . [8]
Un incinerador es un horno para quemar residuos . Los incineradores modernos incluyen equipos de mitigación de la contaminación, como la limpieza de gases de combustión . Existen varios tipos de diseños de plantas incineradoras: de parrilla móvil, de parrilla fija, de horno rotatorio y de lecho fluidizado. [ cita necesaria ]
La pila de quemado o el pozo de quemado es una de las formas más simples y tempranas de eliminación de desechos, y consiste esencialmente en un montículo de materiales combustibles apilados en el terreno abierto y prendidos fuego, lo que provoca contaminación.
Las pilas de quema pueden propagar incendios incontrolados, y lo han hecho, por ejemplo, si el viento empuja el material en llamas de la pila hacia los pastos combustibles circundantes o hacia los edificios. A medida que se consumen las estructuras interiores de la pila, ésta puede desplazarse y colapsar, extendiendo el área quemada. Incluso en una situación sin viento, pequeñas brasas encendidas y livianas pueden levantarse de la pila por convección y flotar en el aire hacia la hierba o los edificios, encendiéndolos. [ cita necesaria ] Las pilas de quema a menudo no resultan en una combustión completa de los desechos y, por lo tanto, producen contaminación por partículas. [ cita necesaria ]
El barril de quema es una forma algo más controlada de incineración de residuos privada, que contiene el material quemado dentro de un barril de metal, con una rejilla metálica sobre el escape. El barril evita la propagación del material en llamas en condiciones de viento y, a medida que se reducen los combustibles, solo pueden depositarse en el barril. La rejilla de escape ayuda a evitar la propagación de brasas. Por lo general, se utilizan tambores de acero de 55 galones estadounidenses (210 L) como barriles de combustión, con orificios de ventilación cortados o perforados alrededor de la base para la entrada de aire. [9] Con el tiempo, el calor muy alto de la incineración hace que el metal se oxide y se oxide y, finalmente, el calor consume el barril y debe ser reemplazado.
La quema privada de productos secos de celulosa/papel es generalmente una quema limpia y no produce humo visible, pero los plásticos en los desechos domésticos pueden hacer que la quema privada cree una molestia pública, generando olores y vapores acres que hacen que los ojos ardan y lagrimeen. Un diseño de dos capas permite la combustión secundaria, reduciendo el humo. [10] La mayoría de las comunidades urbanas prohíben la quema de barriles y ciertas comunidades rurales pueden tener prohibiciones sobre la quema al aire libre, especialmente aquellas que albergan a muchos residentes que no están familiarizados con esta práctica rural común. [ cita necesaria ]
A partir de 2006 [actualizar], en los Estados Unidos, la incineración privada de desechos domésticos o agrícolas en pequeñas cantidades generalmente estaba permitida siempre que no sea una molestia para los demás, no represente un riesgo de incendio, como en condiciones secas, y el fuego no producir humo denso y nocivo. Un puñado de estados, como Nueva York, Minnesota y Wisconsin, tienen leyes o regulaciones que prohíben o regulan estrictamente la quema al aire libre debido a sus efectos perjudiciales y para la salud. [11] Es posible que se requiera que las personas que tengan la intención de quemar desechos se comuniquen con una agencia estatal con anticipación para verificar el riesgo y las condiciones actuales de incendio, y para alertar a los funcionarios sobre el incendio controlado que ocurrirá. [12]
La típica planta de incineración de residuos sólidos urbanos es un incinerador de parrilla móvil. La parrilla móvil permite optimizar el movimiento de los residuos a través de la cámara de combustión para permitir una combustión más eficiente y completa. Una sola caldera de parrilla móvil puede manejar hasta 35 toneladas métricas (39 toneladas cortas) de residuos por hora y puede funcionar 8.000 horas al año con una sola parada programada para inspección y mantenimiento de aproximadamente un mes de duración. Los incineradores de parrilla móvil a veces se denominan incineradores de residuos sólidos municipales (IRSU).
Los residuos son introducidos por una grúa de residuos a través de la "garganta" en un extremo de la parrilla, desde donde descienden por la parrilla descendente hasta el cenicero en el otro extremo. Aquí la ceniza se elimina a través de una esclusa de agua.
Una parte del aire de combustión (aire de combustión primario) se suministra desde abajo a través de la parrilla. Este flujo de aire también tiene como objetivo enfriar la propia parrilla. El enfriamiento es importante para la resistencia mecánica de la parrilla y muchas parrillas móviles también se enfrían internamente con agua.
El aire de combustión secundario se suministra a la caldera a alta velocidad a través de boquillas situadas sobre la parrilla. Facilita la combustión completa de los gases de combustión introduciendo turbulencias para una mejor mezcla y asegurando un excedente de oxígeno. En los incineradores de hogar múltiple/escalonado, el aire de combustión secundaria se introduce en una cámara separada aguas abajo de la cámara de combustión primaria.
Según la Directiva europea sobre incineración de residuos , las plantas de incineración deben diseñarse para garantizar que los gases de combustión alcancen una temperatura de al menos 850 °C (1560 °F) durante 2 segundos para garantizar la descomposición adecuada de las sustancias orgánicas tóxicas. Para cumplir con esto en todo momento, es necesario instalar quemadores auxiliares de respaldo (a menudo alimentados con gasóleo), que se encienden en la caldera en caso de que el poder calorífico de los residuos sea demasiado bajo para alcanzar esta temperatura por sí solos.
Luego, los gases de combustión se enfrían en los sobrecalentadores , donde el calor se transfiere al vapor, calentando el vapor normalmente a 400 °C (752 °F) a una presión de 40 bares (580 psi ) para la generación de electricidad en la turbina . En este punto, los gases de combustión tienen una temperatura de alrededor de 200 °C (392 °F) y pasan al sistema de limpieza de gases de combustión.
En Escandinavia , el mantenimiento programado siempre se realiza durante el verano, cuando la demanda de calefacción urbana es baja. A menudo, las plantas de incineración constan de varias 'líneas de calderas' separadas (calderas y plantas de tratamiento de gases de combustión), de modo que los desechos pueden continuar recibiéndose en una línea de calderas mientras las demás están en mantenimiento, reparación o mejora.
El tipo de incinerador más antiguo y simple era una celda revestida de ladrillos con una rejilla metálica fija sobre un cenicero inferior, con una abertura en la parte superior o lateral para cargar y otra abertura en el costado para eliminar sólidos incombustibles llamados clinkers . Muchos pequeños incineradores que antes se encontraban en casas de apartamentos han sido reemplazados por compactadores de desechos . [13] [ se necesita cita completa ]
El incinerador de horno rotatorio [14] se utiliza tanto en municipios como en grandes plantas industriales. Este diseño de incinerador tiene dos cámaras: una cámara primaria y una cámara secundaria. La cámara primaria en un incinerador de horno rotatorio consiste en un tubo cilíndrico inclinado revestido de material refractario. El revestimiento refractario interior sirve como capa de sacrificio para proteger la estructura del horno. Esta capa refractaria necesita ser reemplazada de vez en cuando. [15] El movimiento del cilindro sobre su eje facilita el movimiento de los residuos. En la cámara primaria se produce la conversión de la fracción sólida a gases, mediante reacciones de volatilización, destilación destructiva y combustión parcial. La cámara secundaria es necesaria para completar las reacciones de combustión en fase gaseosa.
El clinker se derrama por el extremo del cilindro. Una chimenea alta de gases de combustión, un ventilador o un chorro de vapor suministran el tiro necesario . La ceniza cae a través de la parrilla, pero muchas partículas son arrastradas junto con los gases calientes. Las partículas y los gases combustibles pueden quemarse en un "postquemador". [dieciséis]
Se fuerza una fuerte corriente de aire a través de un lecho de arena. El aire se filtra a través de la arena hasta que se alcanza un punto en el que las partículas de arena se separan para dejar pasar el aire y se produce la mezcla y la agitación, creando así un lecho fluidizado y ahora se pueden introducir combustible y desechos. La arena con los residuos pretratados y/o el combustible se mantiene suspendida sobre corrientes de aire bombeadas y adquiere un carácter fluido. De este modo, el lecho se mezcla y agita violentamente, manteniendo las pequeñas partículas inertes y el aire en un estado similar al fluido. Esto permite que toda la masa de desechos, combustible y arena circule completamente a través del horno. [ cita necesaria ]
Los incineradores de aserrín de las fábricas de muebles necesitan mucha atención, ya que tienen que manipular polvo de resina y muchas sustancias inflamables. Los sistemas de combustión controlada y prevención de quemaduras son esenciales ya que el polvo cuando está suspendido se asemeja al fenómeno de incendio de cualquier gas de petróleo líquido.
El calor producido por un incinerador se puede utilizar para generar vapor que luego se puede utilizar para impulsar una turbina y producir electricidad. La cantidad típica de energía neta que se puede producir por tonelada de residuos municipales es de aproximadamente 2/3 MWh de electricidad y 2 MWh de calefacción urbana. [2] Por lo tanto, incinerar alrededor de 600 toneladas métricas (660 toneladas cortas) por día de desechos producirá alrededor de 400 MWh de energía eléctrica por día (17 MW de energía eléctrica continua durante 24 horas) y 1200 MWh de energía de calefacción urbana por día.
La incineración tiene una serie de salidas como la ceniza y la emisión a la atmósfera de gases de combustión . Antes del sistema de limpieza de gases de combustión, si está instalado, los gases de combustión pueden contener partículas , metales pesados , dioxinas , furanos , dióxido de azufre y ácido clorhídrico . Si las plantas tienen una limpieza inadecuada de los gases de combustión, estos productos pueden agregar un componente de contaminación significativo a las emisiones de las chimeneas.
En un estudio de 1997, la Autoridad de Residuos Sólidos de Delaware descubrió que, para la misma cantidad de energía producida, las plantas de incineración emitían menos partículas, hidrocarburos y menos SO 2 , HCl, CO y NO x que las plantas de energía alimentadas con carbón, pero más que las de gas natural. –centrales eléctricas alimentadas. [17] Según el Ministerio de Medio Ambiente de Alemania , los incineradores de residuos reducen la cantidad de algunos contaminantes atmosféricos al sustituir la energía producida por plantas alimentadas con carbón por energía procedente de plantas alimentadas con residuos. [18]
Las preocupaciones más publicitadas sobre la incineración de desechos sólidos municipales (RSU) implican el temor de que produzca cantidades significativas de emisiones de dioxinas y furanos . [19] Muchos consideran que las dioxinas y los furanos suponen graves riesgos para la salud. La EPA anunció en 2012 que el límite seguro para el consumo oral humano es 0,7 picogramos de equivalente tóxico (TEQ) por kilogramo de peso corporal por día, [20] lo que equivale a 17 milmillonésimas de gramo para una persona de 150 libras por año.
En 2005, el Ministerio de Medio Ambiente de Alemania, donde en ese momento había 66 incineradores, estimó que "...mientras que en 1990 un tercio de todas las emisiones de dioxinas en Alemania procedían de plantas incineradoras, para el año 2000 la cifra era menor Sólo las chimeneas y estufas de azulejos de los hogares privados emiten aproximadamente 20 veces más dioxinas al medio ambiente que las plantas incineradoras." [18]
Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos , [11] los porcentajes de combustión del inventario total de dioxinas y furanos de todas las fuentes conocidas y estimadas en los Estados Unidos (no solo la incineración) para cada tipo de incineración son los siguientes: 35,1% barriles de traspatio; 26,6% residuos médicos; 6,3% lodos de depuración de aguas residuales municipales ; 5,9% quema de residuos municipales; 2,9% combustión industrial de madera. Así, la combustión controlada de residuos representó el 41,7% del inventario total de dioxinas.
En 1987, antes de que las regulaciones gubernamentales requirieran el uso de controles de emisiones, había un total de 8.905,1 gramos (314,12 oz) de Equivalencia Tóxica (TEQ) de emisiones de dioxinas de las cámaras de combustión de residuos municipales de EE. UU. Hoy en día, las emisiones totales de las plantas son de 83,8 gramos (2,96 oz) de TEQ al año, una reducción del 99%.
La quema de desechos domésticos y de jardín en barriles en el patio trasero , todavía permitida en algunas zonas rurales, genera 580 gramos (20 onzas) de dioxinas al año. Estudios realizados por la US-EPA [21] demostraron que una familia que utilizaba un barril quemado producía más emisiones que una planta de incineración que eliminaba 200 toneladas métricas (220 toneladas cortas) de desechos por día en 1997 y cinco veces más que en 2007 debido al aumento productos químicos en la basura doméstica y disminución de las emisiones de los incineradores municipales utilizando mejor tecnología. [22]
La mayor parte de la mejora en las emisiones de dioxinas en Estados Unidos se ha producido en los incineradores de residuos municipales a gran escala. En 2000, aunque los incineradores de pequeña escala (aquellos con una capacidad diaria de menos de 250 toneladas) procesaban sólo el 9% del total de desechos quemados, producían el 83% de las dioxinas y furanos emitidos por la combustión de desechos municipales. [11]
La descomposición de la dioxina requiere la exposición del anillo molecular a una temperatura suficientemente alta como para provocar la ruptura térmica de los fuertes enlaces moleculares que lo mantienen unido. Los trozos pequeños de cenizas volantes pueden ser algo gruesos y una exposición demasiado breve a altas temperaturas sólo puede degradar la dioxina en la superficie de las cenizas. Para una cámara de aire de gran volumen, una exposición demasiado breve también puede provocar que sólo algunos de los gases de escape alcancen la temperatura de descomposición total. Por este motivo, en la exposición a la temperatura también existe un factor de tiempo para garantizar un calentamiento completo del espesor de las cenizas volantes y del volumen de los gases residuales.
Existen compensaciones entre aumentar la temperatura o el tiempo de exposición. Generalmente, cuando la temperatura de descomposición molecular es mayor, el tiempo de exposición para el calentamiento puede ser más corto, pero temperaturas excesivamente altas también pueden causar desgaste y daños a otras partes del equipo de incineración. Asimismo, la temperatura de descomposición se puede reducir hasta cierto punto, pero entonces los gases de escape requerirían un período de permanencia mayor, tal vez de varios minutos, lo que requeriría cámaras de tratamiento grandes/largas que ocupan una gran cantidad de espacio en la planta de tratamiento.
Un efecto secundario de romper los fuertes enlaces moleculares de la dioxina es la posibilidad de romper los enlaces del gas nitrógeno ( N 2 ) y el gas oxígeno ( O 2 ) en el aire suministrado. A medida que el flujo de escape se enfría, estos átomos desprendidos altamente reactivos reforman espontáneamente los enlaces en óxidos reactivos como el NOx en los gases de combustión, lo que puede resultar en la formación de smog y lluvia ácida si se liberan directamente en el ambiente local. Estos óxidos reactivos deben neutralizarse aún más con reducción catalítica selectiva (SCR) o reducción selectiva no catalítica (ver más abajo).
Las temperaturas necesarias para descomponer las dioxinas generalmente no se alcanzan cuando se queman plásticos al aire libre en un barril de quema o en un pozo de basura, lo que provoca altas emisiones de dioxinas, como se mencionó anteriormente. Si bien el plástico generalmente arde en un incendio al aire libre, las dioxinas permanecen después de la combustión y flotan en la atmósfera o pueden permanecer en las cenizas, donde pueden filtrarse al agua subterránea cuando la lluvia cae sobre la pila de cenizas. Afortunadamente, los compuestos de dioxinas y furanos se adhieren muy fuertemente a las superficies sólidas y no se disuelven en agua, por lo que los procesos de lixiviación se limitan a los primeros milímetros debajo de la pila de cenizas. Las dioxinas en fase gaseosa pueden destruirse sustancialmente utilizando catalizadores, algunos de los cuales pueden estar presentes como parte de la estructura de la bolsa filtrante de tela.
Los diseños modernos de incineradores municipales incluyen una zona de alta temperatura, donde los gases de combustión se mantienen a una temperatura superior a 850 °C (1560 °F) durante al menos 2 segundos antes de que se enfríen. Están equipadas con calefactores auxiliares para garantizarlo en todo momento. Estos suelen funcionar con petróleo o gas natural y normalmente sólo están activos durante una fracción muy pequeña del tiempo. Además, la mayoría de los incineradores modernos utilizan filtros de tela (a menudo con membranas de teflón para mejorar la recolección de partículas submicrónicas) que pueden capturar las dioxinas presentes en el interior o sobre las partículas sólidas.
En el caso de incineradores municipales muy pequeños, la temperatura requerida para la descomposición térmica de las dioxinas se puede alcanzar utilizando un elemento calefactor eléctrico de alta temperatura, además de una etapa de reducción catalítica selectiva .
Aunque las dioxinas y los furanos pueden destruirse mediante la combustión, su reformación mediante un proceso conocido como "síntesis de novo" a medida que los gases de emisión se enfrían es una fuente probable de las dioxinas medidas en las pruebas de emisiones de chimeneas de plantas que tienen altas temperaturas de combustión mantenidas en residencias prolongadas. veces. [11]
Al igual que en otros procesos de combustión completa, casi todo el contenido de carbono de los residuos se emite en forma de CO 2 a la atmósfera. Los RSU contienen aproximadamente la misma fracción masiva de carbono que el propio CO 2 (27%), por lo que la incineración de 1 tonelada de RSU produce aproximadamente 1 tonelada de CO 2 .
Si los residuos se depositaran en vertederos , 1 tonelada de RSU produciría aproximadamente 62 metros cúbicos (2200 pies cúbicos) de metano mediante la descomposición anaeróbica de la parte biodegradable de los residuos. Dado que el potencial de calentamiento global del metano es 34 y el peso de 62 metros cúbicos de metano a 25 grados Celsius es 40,7 kg, esto equivale a 1,38 toneladas de CO 2 , que es más que 1 tonelada de CO 2 que habría sido producido por incineración. En algunos países se recogen grandes cantidades de gas de vertedero . Aún así, el potencial de calentamiento global del gas de vertedero emitido a la atmósfera es significativo. En Estados Unidos se estimó que el potencial de calentamiento global del gas de vertedero emitido en 1999 fue aproximadamente un 32% mayor que la cantidad de CO 2 que se habría emitido mediante la incineración. [23] Desde este estudio, la estimación del potencial de calentamiento global para el metano se ha incrementado de 21 a 35, lo que por sí solo aumentaría esta estimación a casi el triple del efecto GWP en comparación con la incineración de los mismos desechos.
Además, casi todos los residuos biodegradables tienen origen biológico. Este material ha sido formado por plantas que utilizan CO 2 atmosférico normalmente durante la última temporada de crecimiento. Si estas plantas vuelven a crecer, el CO 2 emitido por su combustión volverá a ser eliminado de la atmósfera. [ cita necesaria ]
Estas consideraciones son la razón principal por la que varios países administran la incineración de residuos biodegradables como energía renovable . [24] El resto –principalmente plásticos y otros productos derivados del petróleo y el gas– generalmente se trata como no renovable .
Se pueden alcanzar diferentes resultados para la huella de CO 2 de la incineración con diferentes supuestos. Las condiciones locales (como la demanda limitada de calefacción urbana local, la falta de electricidad generada con combustibles fósiles para reemplazar o los altos niveles de aluminio en el flujo de desechos) pueden disminuir los beneficios de la incineración en materia de CO 2 . La metodología y otras suposiciones también pueden influir significativamente en los resultados. Por ejemplo, las emisiones de metano de los vertederos que se producen en una fecha posterior pueden ignorarse o concederse menos importancia, o los residuos biodegradables pueden no considerarse neutros en CO 2 . Un estudio realizado por Eunomia Research and Consulting en 2008 sobre posibles tecnologías de tratamiento de residuos en Londres demostró que al aplicar varios de estos (según los autores) supuestos inusuales, las plantas de incineración promedio existentes tenían un pobre desempeño en términos de equilibrio de CO 2 en comparación con el potencial teórico de otras plantas emergentes. tecnologías de tratamiento de residuos. [25]
Otras emisiones gaseosas en los gases de combustión de los hornos incineradores incluyen óxidos de nitrógeno , dióxido de azufre , ácido clorhídrico , metales pesados y partículas finas . De los metales pesados, el mercurio es una preocupación importante debido a su toxicidad y alta volatilidad, ya que esencialmente todo el mercurio en el flujo de desechos municipales puede salir en forma de emisiones si no se elimina mediante controles de emisiones. [26]
El contenido de vapor en el conducto de humos puede producir humo visible en la chimenea, que puede percibirse como una contaminación visual . Puede evitarse disminuyendo el contenido de vapor mediante condensación y recalentamiento de los gases de combustión , o aumentando la temperatura de salida de los gases de combustión muy por encima de su punto de rocío. La condensación de los gases de combustión permite recuperar el calor latente de vaporización del agua, aumentando posteriormente la eficiencia térmica de la planta. [ cita necesaria ]
La cantidad de contaminantes en los gases de combustión de las plantas de incineración puede reducirse o no mediante varios procesos, dependiendo de la planta.
Las partículas se recolectan mediante filtración de partículas , generalmente precipitadores electrostáticos (ESP) y/o filtros de mangas . Estos últimos suelen ser muy eficaces para recoger partículas finas . En una investigación realizada por el Ministerio de Medio Ambiente de Dinamarca en 2006, las emisiones promedio de partículas por contenido energético de los desechos incinerados de 16 incineradores daneses estaban por debajo de 2,02 g/GJ (gramos por contenido energético de los desechos incinerados). Se realizaron mediciones detalladas de partículas finas con tamaños inferiores a 2,5 micrómetros ( PM 2,5 ) en tres de los incineradores: un incinerador equipado con un ESP para filtración de partículas emitió 5,3 g/GJ de partículas finas, mientras que dos incineradores equipados con filtros de bolsa emitieron 0,002 y 0,013. g/GJ PM 2,5 . Para las partículas ultrafinas (PM 1,0 ), las cifras fueron 4,889 g/GJ PM 1,0 de la planta ESP, mientras que se midieron emisiones de 0,000 y 0,008 g/GJ PM 1,0 de las plantas equipadas con filtros de mangas. [27] [28]
Los depuradores de gases ácidos se utilizan para eliminar ácido clorhídrico , ácido nítrico , ácido fluorhídrico , mercurio , plomo y otros metales pesados . La eficiencia de la eliminación dependerá del equipo específico, la composición química de los residuos, el diseño de la planta, la química de los reactivos y la capacidad de los ingenieros para optimizar estas condiciones, que pueden entrar en conflicto para diferentes contaminantes. Por ejemplo, la eliminación del mercurio mediante depuradores húmedos se considera coincidente y puede ser inferior al 50%. [26] Los depuradores básicos eliminan el dióxido de azufre , formando yeso por reacción con la cal . [29]
Las aguas residuales de los depuradores deben pasar posteriormente por una planta de tratamiento de aguas residuales. [ cita necesaria ]
El dióxido de azufre también se puede eliminar mediante desulfuración seca mediante inyección de lechada de piedra caliza en los gases de combustión antes de la filtración de partículas. [ cita necesaria ]
Los NOx se reducen mediante reducción catalítica con amoníaco en un convertidor catalítico ( reducción catalítica selectiva , SCR) o mediante una reacción a alta temperatura con amoníaco en el horno ( reducción selectiva no catalítica , SNCR). Se puede sustituir el amoníaco por urea como reactivo reductor, pero se debe suministrar en una etapa más temprana del proceso para que pueda hidrolizarse en amoníaco. La sustitución de urea puede reducir los costos y los peligros potenciales asociados con el almacenamiento de amoníaco anhidro. [ cita necesaria ]
Los metales pesados suelen ser adsorbidos en polvo de carbón activo inyectado , que se recoge mediante filtración de partículas. [ cita necesaria ]
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La incineración produce cenizas volantes y de fondo, al igual que cuando se quema carbón. La cantidad total de cenizas producidas por la incineración de residuos sólidos urbanos oscila entre el 4 y el 10% en volumen y entre el 15 y el 20% en peso de la cantidad original de residuos, [2] [30] y las cenizas volantes ascienden a aproximadamente el 10-20%. de las cenizas totales. [2] [30] Las cenizas volantes, con diferencia, constituyen un peligro potencial para la salud mayor que las cenizas de fondo porque las cenizas volantes a menudo contienen altas concentraciones de metales pesados como plomo, cadmio , cobre y zinc , así como pequeñas cantidades. de dioxinas y furanos. [31] Las cenizas de fondo rara vez contienen niveles significativos de metales pesados. En la actualidad, aunque algunas muestras históricas analizadas por el grupo de operadores de incineradores cumplirían con los criterios de ser ecotóxicas, la EA dice que "hemos acordado" considerar las cenizas del fondo del incinerador como "no peligrosas" hasta que se complete el programa de pruebas. [ cita necesaria ]
La contaminación por olores puede ser un problema con los incineradores antiguos, pero los olores y el polvo están extremadamente bien controlados en las plantas de incineración más nuevas. Reciben y almacenan los residuos en un recinto cerrado con presión negativa y el flujo de aire pasa a través de la caldera, lo que evita que olores desagradables se escapen a la atmósfera. Un estudio encontró que el olor más fuerte en una instalación de incineración en el este de China se producía en su puerto de vertedero de desechos. [32]
Un problema que afecta las relaciones comunitarias es el aumento del tráfico rodado de vehículos recolectores de residuos para transportar los residuos municipales al incinerador. Por este motivo, la mayoría de los incineradores están ubicados en zonas industriales. Este problema puede evitarse en cierta medida mediante el transporte de residuos por ferrocarril desde las estaciones de transferencia. [ cita necesaria ]
Los investigadores científicos han investigado los efectos sobre la salud humana de los contaminantes producidos por la incineración de residuos. Muchos estudios han examinado los impactos en la salud derivados de la exposición a contaminantes utilizando pautas de modelado de la EPA de EE. UU. [33] [34] [35] En estos modelos se incorporan la exposición por inhalación, ingestión, suelo y contacto dérmico. Los estudios de investigación también han evaluado la exposición a contaminantes a través de muestras de sangre u orina de residentes y trabajadores que viven cerca de incineradores de desechos. [34] [36] Los hallazgos de una revisión sistemática de investigaciones anteriores identificaron una serie de síntomas y enfermedades relacionadas con la exposición a la contaminación de los incineradores. Estos incluyen neoplasia, [34] problemas respiratorios, [37] anomalías congénitas, [34] [37] [38] y muertes infantiles o abortos espontáneos. [34] [38] Las poblaciones cercanas a incineradores viejos y con mantenimiento inadecuado experimentan un mayor grado de problemas de salud. [34] [37] [38] Algunos estudios también identificaron un posible riesgo de cáncer. [38] Sin embargo, las dificultades para separar la exposición a la contaminación de los incineradores de la contaminación combinada de la industria, los vehículos de motor y la agricultura limitan estas conclusiones sobre los riesgos para la salud. [34] [36] [37] [38]
Muchas comunidades han abogado por la mejora o eliminación de la tecnología de incineración de residuos. Se han citado exposiciones a contaminantes específicos, como altos niveles de dióxido de nitrógeno, en quejas lideradas por la comunidad relacionadas con el aumento de visitas a las salas de emergencia por problemas respiratorios. [39] [40] Se han publicitado los posibles efectos sobre la salud de la tecnología de incineración de desechos, especialmente cuando se encuentran en comunidades que ya enfrentan cargas de salud desproporcionadas. [41] Por ejemplo, el incinerador Wheelabrator en Baltimore, Maryland, ha sido investigado debido al aumento de las tasas de asma en su comunidad vecina, que está ocupada predominantemente por personas de color y de bajos ingresos. [41] Los esfuerzos liderados por la comunidad han sugerido la necesidad de investigaciones futuras para abordar la falta de datos sobre contaminación en tiempo real. [40] [41] Estas fuentes también han citado la necesidad de asociaciones académicas, gubernamentales y sin fines de lucro para determinar mejor los impactos de la incineración en la salud. [40] [41]
El uso de incineradores para la gestión de residuos es controvertido. El debate sobre los incineradores generalmente involucra intereses empresariales (que representan tanto a los generadores de desechos como a las empresas incineradoras), reguladores gubernamentales, activistas ambientales y ciudadanos locales que deben sopesar el atractivo económico de la actividad industrial local con sus preocupaciones sobre los riesgos para la salud y el medio ambiente.
Las personas y organizaciones involucradas profesionalmente en este tema incluyen la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU . y muchas agencias reguladoras de la calidad del aire locales y nacionales en todo el mundo.
La historia de la incineración de residuos sólidos municipales (RSU) está íntimamente ligada a la historia de los vertederos y otras tecnologías de tratamiento de residuos . Los méritos de la incineración se juzgan inevitablemente en relación con las alternativas disponibles. Desde la década de 1970, el reciclaje y otras medidas de prevención han cambiado el contexto de tales juicios. Desde la década de 1990, las tecnologías alternativas de tratamiento de residuos han ido madurando y volviéndose viables.
La incineración es un proceso clave en el tratamiento de desechos peligrosos y desechos clínicos. A menudo es imperativo que los desechos médicos se sometan a altas temperaturas de incineración para destruir los patógenos y la contaminación tóxica que contienen.
El primer incinerador de Estados Unidos se construyó en 1885 en Governors Island , Nueva York. [69] En 1949, Robert C. Ross fundó una de las primeras empresas de gestión de residuos peligrosos en los EE. UU. Comenzó Robert Ross Industrial Disposal porque vio una oportunidad de satisfacer las necesidades de gestión de residuos peligrosos de las empresas del norte de Ohio. En 1958, la empresa construyó uno de los primeros incineradores de residuos peligrosos en Estados Unidos [70].
La primera instalación de incineración a gran escala operada por un municipio en los EE. UU. fue la Planta de Recuperación de Recursos Arnold O. Chantland construida en 1975 en Ames, Iowa . La planta todavía está en funcionamiento y produce combustible derivado de desechos que se envía a las centrales eléctricas locales como combustible. [71] La primera planta de incineración comercialmente exitosa en los EE. UU. fue construida en Saugus, Massachusetts , en octubre de 1975 por Wheelabrator Technologies, y todavía está en funcionamiento en la actualidad. [30]
Existen varias empresas medioambientales o de gestión de residuos que los transportan en última instancia a un incinerador o a un centro de tratamiento en horno de cemento. Actualmente (2009), hay tres empresas principales que incineran residuos: Clean Harbours, WTI-Heritage y Ross Incineration Services. Clean Harbors ha adquirido muchas de las instalaciones más pequeñas, administradas de forma independiente, acumulando de 5 a 7 incineradores en el proceso en todo Estados Unidos. WTI-Heritage tiene un incinerador, ubicado en la esquina sureste de Ohio , al otro lado del río Ohio desde Virginia Occidental. [ cita necesaria ]
Se han cerrado varios incineradores de antigua generación; de los 186 incineradores de RSU en 1990, solo quedaban 89 en 2007, y de los 6200 incineradores de desechos médicos en 1988, solo quedaban 115 en 2003. [72] No se construyeron nuevos incineradores entre 1996 y 2007. [ cita necesaria ] Las razones principales por falta de actividad han sido:
Ha habido un renovado interés en la incineración y otras tecnologías de conversión de residuos en energía en Estados Unidos y Canadá. En Estados Unidos, la incineración recibió créditos fiscales para la producción de energía renovable en 2004. [73] Están en marcha proyectos para agregar capacidad a las plantas existentes, y los municipios están evaluando una vez más la opción de construir plantas de incineración en lugar de continuar depositando desechos municipales en vertederos. Sin embargo, muchos de estos proyectos han enfrentado una oposición política continua a pesar de los renovados argumentos a favor de los beneficios de la incineración en materia de gases de efecto invernadero y un mejor control de la contaminación del aire y el reciclaje de cenizas.
En Europa, como resultado de la prohibición de depositar residuos no tratados en vertederos, [74] se han construido muchos incineradores en la última década y hay más en construcción. Recientemente, varios gobiernos municipales han iniciado el proceso de contratación para la construcción y operación de incineradores. En Europa, parte de la electricidad generada a partir de residuos se considera procedente de una "fuente de energía renovable" (RES) y, por tanto, puede optar a créditos fiscales si se opera de forma privada. Además, algunos incineradores en Europa están equipados con sistemas de recuperación de residuos, lo que permite la reutilización de materiales ferrosos y no ferrosos que se encuentran en los residuos quemados. Un ejemplo destacado es la central eléctrica de residuos AEB, en Ámsterdam. [75] [76]
En Suecia, alrededor del 50% de los residuos generados se queman en instalaciones de conversión de residuos en energía, produciendo electricidad y abasteciendo los sistemas de calefacción urbana de las ciudades locales. [77] La importancia de los residuos en el sistema de generación de electricidad de Suecia se refleja en las 2.700.000 toneladas de residuos importadas al año (en 2014) para suministrar instalaciones de conversión de residuos en energía. [78]
La tecnología empleada en la industria de gestión de residuos del Reino Unido se ha quedado muy por detrás de la de Europa debido a la amplia disponibilidad de vertederos. La Directiva sobre vertederos establecida por la Unión Europea llevó al Gobierno del Reino Unido a imponer una legislación sobre residuos que incluye el impuesto sobre vertederos y el Plan de comercio de permisos para vertederos . Esta legislación está diseñada para reducir la liberación de gases de efecto invernadero producidos por los vertederos mediante el uso de métodos alternativos de tratamiento de residuos. La posición del Gobierno del Reino Unido es que la incineración desempeñará un papel cada vez más importante en el tratamiento de los residuos municipales y el suministro de energía en el Reino Unido. [ cita necesaria ]
En 2008, existen planes para posibles ubicaciones de incineradores para aproximadamente 100 sitios. Estos han sido mapeados interactivamente por ONG del Reino Unido. [79] [80] [81] [82]
En el marco de un nuevo plan de junio de 2012, se creó un plan de subvenciones respaldado por el DEFRA (Programa de mejora agrícola y forestal) para fomentar el uso de incineradores de baja capacidad en sitios agrícolas para mejorar su bioseguridad. [83]
Recientemente se ha concedido un permiso [84] para lo que sería el mayor incinerador de residuos del Reino Unido en el centro del corredor Cambridge-Milton Keynes-Oxford , en Bedfordshire . Tras la construcción de un gran incinerador en Greatmoor, Buckinghamshire , y los planes de construir otro cerca de Bedford , [85] el corredor Cambridge-Milton Keynes-Oxford se convertirá en un importante centro de incineración en el Reino Unido.
Existen sistemas de incineración de emergencia para la eliminación urgente y biosegura de animales y sus subproductos tras una mortalidad masiva o un brote de enfermedad. La presión pública y una importante exposición económica han obligado a aumentar la regulación y el cumplimiento por parte de gobiernos e instituciones de todo el mundo.
Las enfermedades contagiosas de los animales han costado a los gobiernos y a la industria 200 mil millones de dólares en 20 años hasta 2012 y son responsables de más del 65% de los brotes de enfermedades infecciosas en todo el mundo en los últimos sesenta años. Un tercio de las exportaciones mundiales de carne (aproximadamente 6 millones de toneladas) se ve afectado por restricciones comerciales en cualquier momento y, como tal, la atención de los gobiernos, organismos públicos y operadores comerciales se centra en métodos más limpios, seguros y sólidos de eliminación de cadáveres de animales para contener y controlar la enfermedad.
Los sistemas de incineración a gran escala están disponibles a través de proveedores especializados y, a menudo, los gobiernos los compran como red de seguridad en caso de un brote contagioso. Muchos son móviles y pueden desplegarse rápidamente en lugares que requieran una eliminación biosegura.
Existen incineradores de pequeña escala para fines especiales. Por ejemplo, los incineradores móviles de pequeña escala están destinados a la destrucción higiénicamente segura de desechos médicos en los países en desarrollo . [86] Empresas como Inciner8, una empresa con sede en el Reino Unido, son un buen ejemplo de fabricantes de incineradores móviles con sus modelos I8-M50 e I8-M70. Se pueden desplegar rápidamente pequeños incineradores en zonas remotas donde se ha producido un brote para eliminar los animales infectados rápidamente y sin riesgo de contaminación cruzada. [ cita necesaria ]
Los incineradores en contenedores son un tipo único de incinerador que está diseñado específicamente para funcionar en ubicaciones remotas donde la infraestructura tradicional puede no estar disponible. Estos incineradores generalmente se construyen dentro de un contenedor de envío para facilitar su transporte e instalación. Incinco es una empresa líder que se especializa en la fabricación y suministro de incineradores en contenedores que funcionan en todo el mundo en diversas condiciones climáticas y operativas. Estos incineradores son totalmente autónomos y son una solución ideal para la gestión de residuos en ubicaciones remotas, como sitios de exploración de petróleo y gas, hospitales de campaña, zonas de desastre y otros entornos desafiantes. [87]
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