Incineración

La incineración es la combustión completa de la materia orgánica hasta su conversión en cenizas, usada en algunos lugares para el tratamiento de residuos o basuras: residuos sólidos urbanos, industriales peligrosos y hospitalarios, agrícolas (cuya alternativa de valorización es la trituración), entre otros. Tanto la incineración como otros procesos de tratamiento de basuras a alta temperaturas son descritos como "tratamiento térmico".

La incineración se lleva a cabo en hornos mediante oxidación química en exceso de oxígeno. Algunos de los motivos por los que se usa este tratamiento pueden ser la destrucción de información (incineradora de documentos) o la destrucción de productos o compuestos químicos peligrosos (incineradora de residuos sólidos orgánicos). Los productos de la combustión son cenizas, gases, partículas tóxicas y algunas con efectos cancerígenos,^[1]​^[2]​ así como calor, que puede utilizarse para generar energía eléctrica.

Por sus efectos nocivos sobre la salud, su alto precio económico y su insostenibilidad es un método de eliminación de residuos fuertemente criticado.

Este sistema de procesamiento de los residuos presenta una serie de ventajas frente a otras técnicas de tratamiento, como son:

También presenta una serie de inconvenientes bastante importantes, como son:

En primer lugar se deben controlar el tipo de residuos que vamos a incinerar, podemos tener una mezcla de residuos que no han sido seleccionados previamente (residuo bruto), en este caso la combustión es más difícil de controlar ya que tenemos una mezcla heterogénea de materiales y parte de estos pueden ser no combustibles. Otra opción es que ya hubiésemos tratado los residuos previamente, para lograr una mezcla homogénea de materiales combustibles (combustible derivado de residuos), de modo que el control de la combustión será mucho mejor.

Para conseguir una incineración correcta de los residuos y una minimización de los gases contaminantes, se deben controlar, además del tipo de residuos, los siguientes parámetros:

El control de estos tres parámetros es imprescindible para una correcta incineración, y además están relacionados, de modo que si variamos uno, tendremos que variar los otros en su justa medida para no perder la efectividad en la combustión.

Los elementos principales que se encuentran en los residuos son carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre; también están presentes en pequeñas cantidades otros elementos como metales, halógenos, etc. Veamos los productos que se obtienen de la incineración en función de cada componente:

Bajo condiciones ideales, usando solo la cantidad estequiométrica de O₂ y que este reaccione solo en su estado elemental, los productos gaseosos derivados de la incineración de residuos estarían constituidos por CO₂, H₂O, N₂ y SO₂ en menor cantidad. Las reacciones de combustión (oxidación) que se producirán entre el carbono, el hidrógeno y el azufre contenidos en los residuos y el oxígeno del aire, serían básicamente las siguientes:

Pero en la práctica una cantidad estequiométrica de O₂ no es suficiente para el proceso de incineración, además el O₂ participa en todos sus estados de oxidación (O₂.- ,RO. ,ROO., O., HO. ). Esto sumado a que algunos productos de las reacciones de oxidación pueden reaccionar entre sí, nos aleja de las condiciones ideales y crea muchos problemas, en forma de contaminantes, en las plantas incineradoras.

La utilización de incineradoras como tratamiento de residuos produce una serie de emisiones gaseosas y de partículas, residuos sólidos (cenizas) y efluentes líquidos nada beneficiosos para el medio ambiente. Veamos estos contaminantes:

), y contribuyen a la formación de aerosoles nítricos que causan lluvia ácida y niebla.

química. En principio se pueden distinguir tres grupos diferentes de metales:

La localización de los metales (en la matriz o superficie de las cenizas, o en el efluente gaseoso), depende de su naturaleza química y también de la constitución de los gases de salida. La presencia de óxidos de azufre y de nitrógeno y/o de cloruro de hidrógeno, puede dar lugar a la formación de compuestos volátiles (sulfatos, nitratos o cloruros metálicos), que alteran la volatilidad de los metales. Debido a la posible toxicidad de los efluentes vertidos durante la incineración, el control que se debe realizar ha de ser exhaustivo.

Una de las causas más probables de la generación de dioxinas y furanos en la incineración es la formación a partir de sus precursores orgánicos en las zonas más frías de la post-combustión, por la acción del cloruro de hidrógeno que se genera durante el proceso. Ello favorece la formación de un agente clorante que, en contacto con los compuestos aromáticos presentes, dan lugar a este tipo de compuestos. El rango de temperaturas en el cual se forman las dioxinas en la superficie de las partículas de ceniza es de 250 a 400 °C, con un máximo a 300 °C. Por esta razón se aconseja que, en las zonas de post-combustión, la temperatura disminuya bruscamente, con el fin de no dar tiempo a la formación de dioxinas. Para evitar la emisión a la atmósfera de las dioxinas que hayan podido formarse durante la incineración se suele inyectar carbón activo en polvo, que es un buen adsorbente de este tipo de compuestos.

Vamos a tener distintos tipos de plantas incineradoras según el tipo de residuo que se vaya a tratar en ellas ya sean residuos sólidos urbanos, hospitalarios o industriales. Pero el esquema inicial es el mismo en todos los casos, lo que varían son los tratamientos posteriores de los efluentes gaseosos, los líquidos y las cenizas para eliminar los contaminantes de los que hemos hablado (que varían en cada caso). El esquema básico es el siguiente:

Las incineradoras de residuos urbanos se pueden diseñar para operar con dos tipos de residuos sólidos como combustible: residuos brutos o residuos ya procesados.

La mayoría de las incineradoras actuales usan un horno rotatorio, para producir una mezcla lo más homogénea posible, construido de material refractario, en el cual se queman los residuos a una temperatura comprendida entre 950 °C y 1.200 °C.

El residuo que queda de la combustión se recoge por la parte inferior del horno, mientras que los gases generados son conducidos a una cámara secundaria de combustión. Esta cámara asegura una mezcla eficiente del aire de combustión con el combustible extra que en ocasiones se añade y también proporciona el tiempo de residencia necesario para homogeneizar el caudal de aire. En la cámara secundaria, que trabaja a unos 1.000 °C, los gases se terminan de quemar. El tiempo de residencia en esta cámara suele ser de unos 2 a 4 segundos. Los gases de salida además de poseer una temperatura baja, deben estar exentos de contaminantes. Para disminuir la generación de contaminantes, es importante controlar los gases de la parte superior del horno, que es donde se producen el CO, los NOx y otros compuestos antes vistos. Los NOx se forman donde hay más exceso de oxígeno y las temperaturas son más elevadas. El CO se genera en las zonas más frías y donde hay defecto de oxígeno.

Para controlar la contaminación atmosférica, la planta incineradora puede incluir, por ejemplo, la inyección de amoníaco en la propia zona de combustión para controlar los óxidos de nitrógeno, una depuradora seca o húmeda (por ejemplo, con lechada de cal) para controlar los óxidos de azufre y un filtro de mangas para separar partículas. Los gases limpios se conducen a la chimenea para salir a la atmósfera. Las escorias procedentes de la combustión caen desde el horno en una tolva de rechazos localizada debajo, para ser gestionadas junto con las cenizas formadas en la cámara de post combustión y las cenizas volantes procedentes del filtro de mangas.

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