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Captulo V - Tratamientos. Parte 4. Incineracin. Parte 2

Fecha de Publicación: 23/3/2012

MANUAL DE GESTIN INTEGRAL

Edicin adaptadas por:

En base a la edicin original realizada por:

COMPROMISO EMPRESARIAL PARA EL RECICLAJE

Con la colaboracin de la edicin traducida por:


CAPTULO V

TRATAMIENTO

PARTE 4: INCINERACIN

6 Gestin de la ceniza de incineracin

La ceniza residual es un producto de la incineracin de los residuos slidos. La porcin inorgnica no combustible de los residuos slidos (como latas, frascos, polvo, etc.) y la materia orgnica no combustible (holln) son los constituyentes de la ceniza.

Durante la incineracin se generan dos tipos de ceniza: la ceniza de fondo y la ceniza suspendida en el gas de combustin. La ceniza de fondo est compuesta por el material no combustible que pasa por la cmara de combustin. Ella es usualmente recolectada por un dispositivo transportador y enfriada con agua. Esta ceniza constituye de 75 a 90% de toda la ceniza generada, segn la tecnologa que se emplee. La ceniza suspendida en el gas de combustin es un material ms ligero recolectado por el equipo de control de contaminacin.

Una preocupacin especial, en cuanto a la ceniza que resulta de la incineracin de los residuos slidos municipales, es la presencia de metales pesados, especialmente de plomo y cadmio, que proceden de elementos como bateras de plomo-cido, equipos electrnicos y algunos plsticos. Debido a los efectos potencialmente perjudiciales del desecho de ceniza, es necesario evaluarla en los estadios iniciales del proyecto. La lixiviacin en los rellenos es la preocupacin principal, ya que los metales solubles pueden contaminar el nivel fretico. Las dioxinas asociadas con la ceniza suspendida en el gas de combustin, se pueden controlar bastante a travs de buenas prcticas de combustin. Sin embargo, en caso de que estuviesen presentes, no son mviles en un relleno sanitario. Las emisiones de polvo se deben tambin controlar por medio de un manejo adecuado. Ms all del manejo y la disposicin adecuados, existe una justa preocupacin con respecto al riesgo potencial de contaminacin.


Gestin adecuada de la ceniza


La gestin adecuada de la ceniza implica el manejo apropiado desde su generacin en el proceso de combustin, hasta su disposicin final. Debido a los efectos potencialmente perjudiciales del contacto o aspiracin de la ceniza de combustin de los residuos slidos municipales, la seguridad de los trabajadores debe estar garantizada durante la carga de los vehculos de transporte de ceniza dentro de la unidad de incineracin. En el transporte hacia otra localidad, se deben usar vehculos con carrocera cerrada y el proceso de descarga debe garantizar la minimizacin del levantamiento y escape de polvo y proteger a los trabajadores.

La ceniza de incineracin de los residuos slidos municipales debe ser adecuadamente analizada, para comprobar sus condiciones con respecto a los estndares internacionales aceptados, o a la legislacin en caso que compete.

La descarga de ceniza no peligrosa puede hacerse en un relleno municipal para residuos slidos. Debido a la naturaleza potencialmente peligrosa de la ceniza, el relleno utilizado debe estar equipado con sistemas de impermeabilizacin y recoleccin de percolado, adems del monitoreo del agua del nivel fretico. Este tipo de relleno no slo es ms seguro para el medio ambiente, sino que tambin reduce los riesgos asociados a futuras remediaciones.


7 Monitoreo y control automtico

Dos tendencias recientes, que han tenido un gran impacto en la operacin de los hornos incineradores, son las tecnologas de monitoreo y control automtico. Casi todos los aspectos del proceso de combustin en la actualidad se pueden monitorear continuamente, desde la temperatura de la cmara de combustin hasta la composicin del gas que sale de la chimenea. Existen tambin dispositivos de control operados por computadora, que pueden activarse al instante por alteraciones en la operacin, e introducir la correspondiente accin correctiva.

Todos esos instrumentos han logrado un aumento de la seguridad y la reduccin del riesgo ambiental de la instalacin de hornos incineradores.


8 Costos de instalacin de una usina de incineracin

Los factores de costo varan considerablemente de una instalacin a otra, y por ello, las estimaciones de costo especficas son difciles de determinar. Las variables incluyen:

  • tamao (toneladas por da);
  • tecnologa;
  • ubicacin (costos de mano de obra y de construccin pueden variar considerablemente);
  • tipo de financiamiento;
  • tecnologa de control de contaminacin;
  • costo de la disposicin de la ceniza.


Costos de capital

Los incineradores modulares (menos de 400 toneladas por da) tienen un costo de capital del orden de US$100.000 a 130.000 por tonelada de capacidad (economas de escala se reflejan en el valor menor). Instalaciones mayores podrn costar entre US$ 80.000 a 90.000 por tonelada de capacidad. Estos datos estn basados en medias internacionales.

Los costos reales pueden cambiar considerablemente segn las condiciones especficas de cada localidad.


Costos operacionales

Los costos de operacin y mantenimiento tambin varan sensiblemente en funcin del tamao, la localidad y la tecnologa usada. La mano de obra es uno de los mayores componentes del costo operacional, y depende de la economa local. Los costos totales de operacin y mantenimiento para una unidad de 2 mil toneladas diarias se estiman en US$ 20 por tonelada anual. Esos costos aumentan progresivamente en la medida en que el tamao de la planta disminuye.


9 Tipos de instalacin para la incineracin de los residuos slidos municipales

Instalaciones para la quema masiva

Los sistemas de quema masiva (o sea, sin pre-tratamiento de los residuos) no utilizan ningn procesamiento previo, ms all de la remocin de partes demasiado grandes. Esos sistemas generalmente tienen dos o tres unidades de combustin, que pueden tener una capacidad de 50 a 1.000 toneladas por da. La capacidad de las plantas, por tanto, va de 100 a 3 mil toneladas por da. Esas instalaciones son construidas en el sitio, y todos los sistemas nuevos poseen cmaras de combustin con paredes de agua para la recuperacin de la energa.

Instalaciones modulares

Las instalaciones modulares son pequeas unidades de quema masiva con capacidad de 5 a 120 toneladas por da, poseyendo la planta en general de una a cuatro unidades, y su capacidad resultante es de 15 a 400 toneladas diarias. En general, esas unidades son construidas en una fbrica, y posteriormente trasladadas al sitio de instalacin.

Las tecnologas de incineracin por medio de un horno rotativo y aire controlado, son tpicamente modulares. La tecnologa de aire controlado se describe en el punto 12, debido a su importancia en el tratamiento de los residuos slidos hospitalarios.

La gama de diseos diferentes existentes en sistemas de incineracin, es grande. Ante esta variedad, se debe resaltar que un incinerador slo es adecuado cuando se hayan probado y aprobado sus niveles de emisin de contaminantes para el aire, el agua y las cenizas. Otros factores, como la inversin inicial, el costo de operacin y la generacin de energa son importantes, pero se deben considerar complementarios. Ms todava: como los patrones de emisin, en la actualidad, tienden a ser ms rigurosos, lo que vale para hoy, podr considerarse completamente obsoleto para maana.

El Cuadro 4 compara cuatro tipos de incinerador.

En la incineracin de los residuos slidos municipales, las tecnologas ms utilizadas son:

Horno rotativo: para la generacin de hasta 150 t/da de residuos variados, el horno rotativo puede ser una opcin. Es considerada la tecnologa ms verstil para la incineracin, por permitir la alimentacin de slidos en formas y tamaos variados, adems de residuos pastosos y lminas. El horno rotativo es un equipo simple y de fcil operacin, pero genera mayor cantidad de partculas.
Parrillas mviles: los grandes incineradores (de ms de 200 t/da) generalmente utilizan cmaras con parrillas mviles perforadas, sobre las cuales el residuo es alimentado continuamente o casi, y desplazado lentamente desde la entrada a la salida. Durante este trayecto ocurren: secado, calentamiento y desprendimiento de materias voltiles, hasta que slo queden las cenizas. Debajo de estas parrillas es inyectado aire de combustin. El aire entra en contacto con los residuos luego de pasar por las perforaciones, propiciando as una combustin homognea y, generalmente, autosustentada despus del inicio. La zona ms caliente queda sobre las parrillas. Los gases y vapores generados son destruidos hacia los 900 - 1.000C en una regin equivalente a la cmara secundaria. El movimiento y la forma de las parrillas varan segn el fabricante, pero los objetivos principales son los mismos:

  • voltear suavemente el residuo, de modo que toda su superficie quede expuesta al aire de combustin;
  • proporcionar aire en cantidad adecuada y distribuida lo ms homogneamente posible;
  • minimizar el bloqueo del paso del aire por parte de material aprisionado o en fusin;
  • minimizar y simplificar el mantenimiento.


10 Operacin y mantenimiento de incineradores

Operacin

Tanto por la responsabilidad de proteger el medio ambiente, como por el alto costo del equipo, operar un incinerador correctamente es tan importante como escoger e instalar una unidad adecuada.

La forma de operacin de un incinerador es definida en buena parte por el fabricante, y vara caso a caso. Con todo, se considera que algunos puntos fundamentales son vlidos para prcticamente cualquier incinerador. Por ejemplo:

  • temperatura: probablemente es la variable ms importante y, en general, se mantiene en el nivel deseado por medio de controladores automticos. La operacin con temperatura por debajo del valor establecido, acarrea la emisin de sustancias txicas hacia la atmsfera. En cambio, al operar por encima de lo establecido, se corre el riesgo de daar seriamente el revestimiento de ladrillos refractarios del incinerador;
  • oxgeno: la indicacin del nivel de oxgeno en la chimenea es esencial para evaluar si la oxidacin de compuestos txicos se est realizando o no;
  • otros monitores, como el de monxido de carbono (CO), deben exigirse toda vez que la presencia de sustancias txicas en la chimenea, por encima de ciertos lmites, indique el riesgo que dichas sustancias estn pasando por el incinerador sin ser destruidas.
    En funcionamiento normal, con una inyeccin de aire adecuada, todo el CO se oxida y produce CO2.

Mantenimiento

El punto central con respecto al mantenimiento de un incinerador es su revestimiento refractario. Los factores ms importantes en el cuidado de ese revestimiento son:

  • temperatura: operar por encima de la temperatura especificada por el fabricante como lmite mximo puede daar el refractario. Normalmente es controlada automticamente;
  • operacin intermitente: el calentamiento y el enfriamiento necesitan seguir una velocidad especificada por el fabricante. An dentro de estas condiciones, cada parada y arranque representan desgaste y riesgo para el refractario. Por lo tanto, la operacin continua (24 horas por da y 7 das por semana) es la mejor opcin para extender la vida del revestimiento refractario;
  • evitar choques mecnicos causados por slidos duros como, por ejemplo, piezas de metal. Adems, evitar el suministro en grandes cantidades de sustancias como sodio (que destruyen gradualmente el revestimiento), es otro punto importante que se debe tener en cuenta.


Documentacin


En la planta se deben tener por lo menos cuatro manuales, peridicamente actualizados y aprobados por los encargados. Estos manuales se pueden dividir as:

  • Proyecto: todas las especificaciones de construccin civil, elctrica, mecnica, incluyendo un diagrama de procesos e instrumentacin, hojas con datos de bombas, vlvulas, componentes electrnicos, etc. Estas especificaciones son fundamentales en la elaboracin del plano de reposicin de piezas por rotura.
  • Operacin: todos los procedimientos operacionales deben estar registrados en forma clara y accesible a los operadores. Este manual debe contener todas las condiciones, tales como diferentes cargas de residuos slidos, secuencia de parada y arranque, velocidad de enfriamiento y calentamiento, frecuencia y valores aceptables de lectura para las distintas variables del proceso.
  • Mantenimiento: debe contener detalle de mantenimiento preventivo, lista de piezas de repuesto, procedimientos de calibracin de sistemas de control automtico, valores establecidos para todas las variables, plano de interrelaciones para todas las condiciones irregulares de operacin, valores de prealarma, alarma e interrupcin de operacin, adems del registro de eventos principales, como mantenimiento correctivo, alteraciones de valores establecidos para la interrelacin, etc.
  • Resolucin de problemas: cada arranque de una planta que opera en rgimen continuo, presenta problemas operacionales en mayor cantidad que durante la operacin normal. Es importante tener registrados en un manual estos problemas, sus causas probables y sus soluciones.
    Son problemas tpicos:
    accionamientos hidrulicos y elctricos inoperantes;
    ausencia o inestabilidad de la llama en los quemadores;
    corrosin de los revestimientos refractarios.

11 La incineracin y la legislacin



La legislacin brasilera es ms explcita para el tema de usinas de incineracin, por lo que a modo ilustrativo, se agrega la siguiente informacin:

La resolucin CONAMA - Consejo Nacional de Medio Ambiente - n 01 del 23 de enero de 1986, obliga a la realizacin de Estudio de Impacto Ambiental y Relatorio de Impacto al Medio Ambiente - EIA/RIMA - para incineradores de residuos slidos municipales cuya capacidad exceda 40 t/da. Para capacidades menores, la elaboracin de EIA/RIMA est definida por la respectiva Secretara de Estado del Medio Ambiente. En la medida en que los municipios se estructuren adecuadamente, estos pueden asumir las funciones, entre otras, de la habilitacin ambiental.

La habilitacin de un incinerador comprende dos fases: la instalacin - en que el proyecto de la unidad es sometido al organismo de control ambiental para anlisis y aprobacin del proyecto, incluyendo las medidas mitigadoras del impacto ambiental. Mediante aprobacin, la habilitacin de instalacin es emitida pudiendo ser iniciada la construccin del incinerador. Despus de la construccin, para la obtencin de la habilitacin de funcionamiento es preparado por el interesado un plan de test de quema, que debe ser aprobado por el organismo de control ambiental. Este organismo tambin evaluar los resultados del test y establecer las condiciones de operacin. Para residuos peligrosos, las exigencias del test de quema constan en la norma tcnica brasilera ABNT NBR-1265 (Ver Anexo B).


12 Incineracin de los residuos slidos de los servicios de salud y hospitalarios

La incineracin de los residuos slidos hospitalarios es considerada la mejor alternativa de tratamiento por las razones siguientes:

  • reduce drsticamente el volumen del residuo, dejando una pequea cantidad de cenizas;
  • es un proceso simple, a pesar de ser crtico en cuanto a los procedimientos operacionales;
  • como desventaja, existe la emisin de compuestos txicos, tales como las dioxinas y furanos en caso de que el incinerador no est proyectado y operado adecuadamente.

La generacin de residuos slidos hospitalarios es casi cien veces menor que la de los residuos slidos municipales, y en general es suficiente la utilizacin de incineradores pequeos.

Cabe resaltar que su carcter de residuo peligroso exige un correcto rigor operacional. Adems de eso, su contenido energtico es mucho mayor que el de los residuos slidos municipales, de modo que se vuelve atractiva la posibilidad de recuperar energa. El valor medio del poder calorfico de los residuos slidos hospitalarios es de 21,8 MJ/kg.

En este sentido, a medida que la generacin de residuos slidos hospitalarios aumenta, en la toma de decisin se debe tomar en cuenta:

  • la posibilidad de enviarlos a municipios/empresas que posean incinerador;
  • la contratacin de prestacin de servicios, en lugar de comprar equipo;
  • la adquisicin de una unidad pequea para tratar los residuos slidos hospitalarios del propio generador;
  • un incinerador grande construido en sociedad, y que pueda prestar servicio a otros generadores.

Los residuos slidos hospitalarios varan siempre de composicin, en especial por estar constituidos de sobras y por tener procedencia heterognea. El proceso de incineracin puede verse seriamente afectado por esta variabilidad del residuo y sus envases.

Una vez que en el proyecto del incinerador se haya definido cul deba ser la composicin de los residuos que se deben incinerar, el organismo de control ambiental exigir un plan mnimo de monitoreo, que se vuelve ms complejo y costoso a medida que se deseen incinerar sustancias ms peligrosas, en mayor cantidad y variedad.

Por tal motivo, al planificarse un ensayo de quema, es importante establecer el equilibrio entre la versatilidad en la aceptacin de diferentes residuos, y el rigor en la seleccin durante su recepcin (tipo y frecuencia de anlisis y criterios de aceptacin).

En los residuos slidos hospitalarios pueden encontrarse sustancias peligrosas, como acetona, metanol, xileno e, inclusive, metales txicos provenientes de bateras retiradas de equipos electrnicos. Algunos metales pesados son extremadamente txicos para el ser humano, y exigen un tratamiento especial.

La admisin de residuos con composicin muy diferente de la esperada, puede causar problemas de distinta gravedad, tales como:

  • contaminacin de la corriente gaseosa, lquida y/o de las cenizas. Ej.: metales pesados;
  • dao al revestimiento refractario y a las parrillas. Ej.: exceso de sustancias con PCI elevado (polietileno), exceso de flor, vidrios, etc.;
  • explosiones. Ej.: explosivos y sustancias inestables muy reactivas;
  • desgaste del revestimiento refractario. Ej.: alta cantidad de sodio (sal de cocina);
  • corrosin. Ej.: alta cantidad de azufre y/o cloro (sulfatos, sal de cocina, PVC);
  • combustin incompleta. Ej.: slidos en pedazos grandes (trozos de madera, vidrios, yeso ortopdico);
  • consumo excesivo de combustible. Ej.: residuo muy hmedo (los residuos slidos urbanos generalmente contiene ms del 40% de agua);
  • generacin de monxido de carbono (CO) y partculas en exceso. Ej.: PCI alto y variable, cuando se alternan plsticos y material anatmico (rganos y tejidos de cirugas) de los residuos slidos hospitalarios.


Incineracin de los residuos slidos hospitalarios


Los residuos slidos hospitalarios generalmente se dispone en bolsas plsticas (Captulo III), que se introducen manualmente en pequeos incineradores.

Los tipos de incineradores ms usados son:

  • Cmaras mltiples: consisten bsicamente en dos cmaras en serie, separadas por una trampa para la decantacin de partculas. Como regla, slo en la segunda cmara se mantiene un quemador para garantizar las condiciones tpicas de combustin secundaria.
  • Aire controlado: este tipo de incinerador opera, en su cmara primaria, con inyeccin de una cantidad de aire menor del necesario para la combustin completa, de modo que la quema se vuelve lenta y con poca generacin de partculas. Luego, en la segunda cmara los gases son calentados hasta 900 - 1.000 grados, destruyendo as los compuestos txicos.

    La energa generada en la quema puede volver innecesario el uso de combustible auxiliar durante la operacin manual. La pureza de los gases de combustin depender de la homogeneidad del residuo suministrado.
    En cuanto al tamao del incinerador, se considera que entre 0,5 t/da y 20 t/da existen muchas alternativas para la seleccin de uno adecuado.
    Dos factores estratgicos son esenciales, para decidir si se instala un incinerador:
    la inversin es alta, pudiendo llegar a ms de 2 millones de dlares para unidades de 20 t/da;
    el costo del transporte de los residuos es pequeo, en comparacin con el costo de un horno de incineracin, de modo que puede ser preferible incinerar en unidades distantes ms de 100 km.

    Ciudades con hasta 50 mil habitantes pueden utilizar incineradores pequeos, con capacidad de 0,5 t/da, para destruir su residuos slidos hospitalarios. En este sentido, en caso de que sea necesario aumentar la capacidad, se pueden adquirir nuevos mdulos idnticos, y aprovechar los conocimientos de operacin y mantenimiento.

    Los municipios con poblacin de 50 a 500 mil habitantes y con eventual necesidad de destruir residuos ms variados, como los industriales, pueden considerar la posibilidad de incinerar en un horno rotativo con capacidad de 5 t/da.


Otras formas de tratamiento de los residuos slidos hospitalarios

  • Esterilizacin a vapor (en autoclaves)
    Es un mtodo de tratamiento tambin ampliamente utilizado para la descontaminacin de los residuos microbiolgicos y otros de laboratorio, antes de su disposicin final, principalmente usado en los Estados Unidos. Como es un proceso que, para ser eficiente, debe permitir la penetracin del vapor y la conduccin del calor por toda la masa que se debe esterilizar, se vuelve inadecuado para el tratamiento de grandes volmenes de residuos, debido a que el estado fsico y el espesor del material que debe ser tratados en autoclave, son factores determinantes para la efectiva ejecucin del proceso.
    El uso de autoclave exige el desarrollo de una tecnologa razonablemente compleja, y por tanto debe ser operado por un personal entrenado. Los residuos as tratados, deben ir al relleno sanitario y jams ser reciclados, pues no hay garanta de destruccin de los organismos patgenos.
  • Desinfeccin qumica
    Es un proceso en el cual los residuos son sumergidos en una solucin qumica desinfectante, que destruye los agentes infecciosos. Los residuos lquidos son despejados en sistemas de goteo, y los residuos slidos resultantes son llevados al relleno sanitario. Las recomendaciones para su uso se refieren ms a la desinfeccin de utensilios y superficies, que de los mismos residuos, debiendo ser necesario, para mayor garanta, un monitoreo de cada lote de los productos utilizados. El mayor inconveniente es que este proceso deja unos residuos tanto o ms peligrosos para el medio ambiente, que los residuos slidos tratados.
  • Inactivacin trmica
    Es un proceso de calentamiento de los residuos slidos a temperaturas que destruyen grandes volmenes de residuos lquidos. Se colocan sobre una llama, a temperaturas preestablecidas, por un perodo de tiempo especfico.
  • Esterilizacin por gases
    El uso de gases en el tratamiento de residuos es posible, pero los riesgos asociados al xido de etileno utilizado en el proceso, desaconsejan esta tcnica. Por estos riesgos, es un mtodo que requiere toda una estructura especial de servicio para su realizacin.
  • Radiaciones ionizantes
    Es una tecnologa reciente para el tratamiento de los residuos, que utiliza rayos gama, a partir de cobalto 60 y ultravioleta, para destruir los microorganismos infecciosos. En los Estados Unidos, el uso de rayos gama es semejante a la tcnica empleada para la esterilizacin de alimentos y otros productos de consumo. La radiacin ultravioleta es ms empleada en el tratamiento de aguas residuales.
  • Uso de microondas
    La utilizacin de microondas para destruir agentes infecciosos est siendo empleada con xito en algunos servicios sanitarios de Europa. Es un proceso novedoso, todava poco conocido.


La legislacin brasilera y la incineracin de los residuos slidos hospitalarios

La Resolucin CONAMA n 06 del 19/09/91 desobliga la incineracin de los residuos slidos hospitalarios y determina que los organismos estatales establezcan las normas para su tratamiento y disposicin.

La Resolucin CONAMA n 01 del 23/01/86 obliga la realizacin de Estudios de Impacto Ambiental y Relatorio de Impacto al Medio Ambiente para incineradores de residuos slidos hospitalarios cuya capacidad exceda 40 t/da. Para capacidades menores, la necesidad de elaboracin de EIA/RIMA est definida por la respectiva Secretara de Estado del Medio Ambiente.

La incineracin de residuos peligrosos est reglamentada por la norma tcnica brasilera ABNT NBR-1265, que excluye los residuos peligrosos por patogenicidad e inflamabilidad.

De acuerdo a la norma tcnica ABNT NBR-10004, el residuo hospitalario solamente estar tipificado como peligroso por su toxicidad y/o patogenicidad. (Ver Captulo II, 2.3).

En el estado de San Pablo, el proyecto de norma tcnica de CETESB E 15.011 se aplica a incineradores de residuos infecciosos provenientes de establecimientos de salud, puertos y aeropuertos, cuya capacidad sea menor o igual a 1.000 kg/h.


Esta norma establece que el test de quema debe ser realizado:

  • con capacidad mxima del incinerador;
  • antes de entrar en operacin normal;
  • cuando se desea alterar sus condiciones de operacin.

Durante este test para sistemas con capacidad de hasta 200 kg/h, son especificados los valores mximos de emisin a la atmsfera de compuestos, como, por ejemplo, muestra la Tabla 1.

Exige adems, la existencia de indicadores de temperatura, presin, oxgeno, monxido de carbono y registradores, segn la capacidad del sistema. Tambin son exigidos mecanismos automticos de bloqueo de la alimentacin cuando situaciones anormales ocurran, como, por ejemplo:

  • baja temperatura en las cmaras;
  • ausencia de llama en cualquier quemador;
  • presin positiva en las cmaras de combustin;
  • falta de energa elctric