la incineradora de residuos: ¿estÁ … · independientemente de las mejoras ambientales que se...

Rev.R.Acad.Cienc.Exact.Fís.Nat. (Esp)Vol. 104, Nº. 1, pp 175-187, 2010XI Programa de Promoción de la Cultura Científica y Tecnológica

LA INCINERADORA DE RESIDUOS: ¿ESTÁ JUSTIFICADO ELRECHAZO SOCIAL?ARTURO ROMERO SALVADOR *

* Departamento de Ingeniería Química, Universidad Complutense de Madrid. Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Valverde 22, 28004 Madrid.

1. INTRODUCCIÓN

La incineración es una técnica de tratamiento deresiduos que permite reducir su volumen, su peso ymodificar su composición debido al proceso de oxi-dación a elevada temperatura a que son sometidos.Debe considerarse que la incineración es una tec-nología que puede formar parte de las tecnologías queconfiguran la gestión integral de residuos y no comouna tecnología alternativa y excluyente. Al cumplircon la jerarquía de procedimientos de actuación en lagestión de residuos que ha establecido la UniónEuropea, la incineración puede aplicarse a todo o aparte de la fracción de rechazo procedente del reci-clado y a aquellos residuos que necesitan reducir supeligrosidad antes de efectuar su vertido.

La fracción orgánica del material reacciona con eloxígeno del aire y se transforma en dióxido de carbonoy agua que pasan a formar parte de la corrientegaseosa, formándose un residuo sólido cuya masa yvolumen es muy inferior y su composición muydiferente a la que tenía el original. Además, si seaprovecha su poder calorífico, las reacciones de oxi-dación son muy exotérmicas, se obtiene energíatérmica y/o eléctrica, lo que significa una forma devalorizar, valorización energética, un residuo cuyodestino es su deposición en un vertedero.

En la corriente de gases formada como conse-cuencia de la combustión aparecen compuestos conta-minantes debido a los arrastres de sólidos, a oxida-ciones incompletas y a productos formados por reac-ciones del oxígeno con compuestos no hidrocar-

bonados. Todas estas sustancias deben reducirse a unosniveles de concentración suficientemente bajos paraque las emisiones gaseosas cumplan la legislación quele es aplicable y que cada vez impone mayores limita-ciones. El control de la contaminación de estas corri-entes obliga a emplear técnicas de depuración com-plejas, que generan también residuos, pudiendo apa-recer corrientes líquidas que se suman a los problemasque plantean los sólidos y los gases.

Independientemente de las mejoras ambientalesque se han ido incorporando en las últimas décadas, sesigue considerando a la incineración como unapráctica de gestión de residuos poco respetuosa con elambiente y competidora con la prevención y el reci-clado. ¿Está justificado este rechazo social?

2. EL PROCESO DE INCINERACION

La combustión es una reacción química de oxi-dación entre un combustible y un comburente, carac-terizada por su gran exotermicidad y por las elevadastemperaturas a que se produce. El comportamientocinético de la combustión de los residuos sólidosdepende de su heterogeneidad y de la evolución de latemperatura. No existe una partícula real o hipotéticaque pueda representar al residuo que se incinera,excepto en ciertos tipos de residuos industriales. Porello, hay que considerar que los sólidos que se ali-mentan al horno están formados por una mezcla departículas que difieren entre ellas en composición, endensidad, en tamaño, en forma y en estructura.

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Existen instalaciones que utilizan los residuoscomo combustible habitual o complementario y quelogran su eliminación como consecuencia del trata-miento térmico, pero su finalidad principal es la gene-ración de energía o la fabricación de productos mate-riales. Por esta razón se denominan instalaciones decoincineración y la legislación que las regula tiene encuenta que sólo una parte del combustible estáformada por residuos.

Bajo la denominación de instalación de incine-ración se incluyen los diferentes equipos que se des-tinan al tratamiento térmico de los residuos, indepen-dientemente de que se recupere o no el calor pro-ducido por la combustión. Además del equipo nece-sario para la combustión, pueden efectuarsetratamientos previos —pirólisis, gasificación, procesode plasma, etc.— para transformar los residuos enotras sustancias. Cuando el destino de estos productoses la combustión, los equipos en los que se realizanestas operaciones se incluyen como una parte más deesta tecnología.

El diagrama de bloques de una instalación de inci-neración con los principales elementos que la consti-tuyen se representa en la figura 1.

En los distintos bloques de la figura se muestra laseparación de los residuos que se van formando comoconsecuencia de las transformaciones que se producenen el proceso: escorias en el horno, partículas en lacaldera, cenizas volantes, reactivos sin transformar yproductos de la depuración de gases en los filtros,lodos procedentes del tratamiento húmedo de gases,etc. La corriente gaseosa, una vez depurada, sale de lainstalción por la chimenea en la que se realizan lasmedidas que permiten conocer la concentración de loscontaminantes que se emiten a la atmósfera y garan-tizar el correcto funcionamiento ambiental delproceso. Los principales contaminantes (medidos enconcentraciones de mg/Nm3) son las partículas,monóxido de carbono, hidrocarburos inquemados,óxidos de azufre, metales pesados, compuestos decloro y de flúor; pero las dioxinas y furanos (mediosen concentraciones de ng/Nm3, concentración unmillón de veces más pequeña que el resto de los conta-minantes) son los que se identifican como los más re-presentativos y peligrosos de los contaminantes emi-tidos por las incineradoras.

Los sistemas de incineración se diseñan para quepueda recuperarse el calor generado durante el procesoy para que los residuos producidos se reciclen o, si no

Figura 1. Diagrama de bloques de una instalación de incineración.

es posible, se reduzca al mínimo su cantidad y sunocividad.

2.1. Recepción y alimentación de residuos

Para determinar si un residuo es adecuado paratratarlo en una instalación de incineración debecumplir una serie de características. Las más significa-tivas son las siguientes:

- Contenido de materia hidrocarbonada. Lareducción de volumen y de masa que experi-menta un residuo en el proceso de incineraciónestá directamente relacionado con el contenidode materia hidrocarbonada. Como consecuenciade la reacción de combustión el carbono y elhidrógeno se transforman el dióxido de carbonoy agua:

- Poder calorífico. El poder calorífico del residuoaporta la información que permite calcular laenergía que puede obtenerse al aplicar la incine-ración como método para tratar los residuos yes el calor de combustión por unidad de masa decombustible. Se denomina poder calorífico infe-rior (PCI) cuando en el proceso de combustiónse considera que el agua formada está en fase

vapor. Es el parámetro que determina la energíaque puede obtenerse por unidad de masa de resi-duos y el aumento de temperatura que tienelugar en la combustión. En la tabla 1 se mues-tran valores del poder calorífico inferior dealgunos residuos forestales, combustibles, bio-combustibles, componentes de los residuos sóli-dos urbanos (RSU) y otros residuos sólidos.

Para que la combustión sea autosostenida, es decir,que el proceso de incineración no requiera combustibleadicional para transformar la materia hidrocarbonadaen dióxido de carbono y agua, es preciso que el podercalorífico inferior del residuo supere un valor límite.

Con estos requerimientos se puede aplicar la inci-neración tanto a residuos urbanos como a residuosindustriales, lodos de depuradora, residuos hospitala-rios o residuos agrícolas y forestales. Además de pro-cesar materiales sólidos, puede aplicarse a compuestosgaseosos, líquidos y pastosos, o a sus mezclas. Entodos ellos se encuentran residuos o fracciones de resi-duos con elevado contenido de materia orgánica y sufi-ciente poder calorífico.

La cantidad y composición de los residuos a tratarson factores fundamentales para fijar el objetivo prio-ritario y los problemas ambientales que pueden pre-sentarse en el proceso de incineración. Así, los resi-duos de origen agrícola y forestal, los residuos proce-

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Tabla 1. Poder calorífico inferior de diferentes residuos y combustibles.

dentes de la industria de elaboración de alimentos o losresiduos que no han tenido tratamientos con compues-tos organoclorados o metales pesados, permiten obte-ner energía por combustión sin que se necesiten medi-das especiales por el mero hecho de tratarse de un resi-duo. La incineración de la fracción citotóxica de losresiduos hospitalarios permite eliminar el riesgo queesta característica presenta para la salud. La elevadacantidad de residuos urbanos generados diariamente,el poder calorífico, el contenido de materia orgánica ylas concentraciones de cloro y de metales pesados, sonfactores que permiten establecer la recuperación deenergía y la reducción de volumen como objetivos yesperar problemas ambientales derivados del trata-miento por incineración.

Los residuos se deben almacenar en un recinto de lainstalación que disponga de la capacidad necesariapara una operación continua. Como el residuo puedeevolucionar desde su recepción hasta su incineraciónliberando sustancias potencialmente perjudiciales parala salud o el ambiente, la forma de almacenamientoestá condicionada por el tipo de residuo y cantidad atratar. En el caso de los residuos urbanos la recepcióny almacenamiento se realiza en un foso en el que des-cargan los camiones de recogida. Desde este foso, losresiduos a incinerar se alimentan al horno mediante unsistema mecánico adaptado a su estado físico y gradode agregación.

2.2. Hornos de incineración

Al poner en contacto un combustible sólido conaire en las condiciones apropiadas para que tenga lugarla reacción de oxidación, se produce un gran númerode fenómenos o de etapas por las que transcurre el pro-ceso. Estos fenómenos se producen simultáneamenteen una secuencia serie-paralelo.

El agua puede encontrase ocluida en la matriz sóli-da, adsorbida sobre la superficie, o formando parte delpropio material. El secado y la deshidratación son losfenómenos responsables de su eliminación y suelenfinalizar cuando se alcanzan los 350º C en todos lospuntos de los residuos.

Cuando el material orgánico del residuo sólidoalcanza temperaturas suficientemente elevadas se pro-

duce su descomposición, formando productos gaseo-sos y residuos de naturaleza carbonada. En la incinera-ción se alcanzan valores de temperatura capaces dehacer que la pirólisis sea un proceso significativocuando, en algún momento o en algún lugar del horno,la concentración de oxígeno sea pequeña. También lagasificación da lugar a productos gaseosos, diferentesdel CO2 y de los formados en la pirólisis, a partir desólidos hidrocarbonados por acción de reactivos—oxígeno, vapor de agua— presentes en los gases quecirculan en el horno. La licuefacción, dada la naturale-za oxidante de la fase gaseosa, tiene poca importancia.Estos fenómenos que producen la descomposición dela materia orgánica ocurren entre 350ºC y 900ºC.

Como resultado de los fenómenos anteriores, elcombustible se encuentra formando parte de los sóli-dos y de la corriente de gases. La combustión es unproceso muy exotérmico y si se produce en un sólido,aumenta su temperatura al no eliminarse el calor a lamisma velocidad con que se genera. El aumento detemperatura puede ser tan elevado que la combustióndel sólido esté controlada por el aporte de oxígeno. Laoxidación del combustible presente en el gas puedeaproximarse a un proceso homogéneo, siempre que lacirculación del fluido, turbulencia, permita que seencuentre en contacto con una concentración uniformede oxígeno.

Debido a la presencia de otros elementos químicosque junto con la materia hidrocarbonada forman partede los residuos, se producen también otras reaccionesde oxidación que dan lugar a la formación de contami-nantes. Entre los 300 y 600ºC se produce la oxidaciónde los sulfuros y a partir de 900ºC comienza la forma-ción de óxidos de nitrógeno por reacción del nitrógenoatmosférico con el oxígeno. En algunos hornos seintroducen reactivos para retener “in situ” ciertos con-taminantes por lo que también se descomponen alalcanzar ciertos valores de temperatura, como ocurrecon los carbonatos a partir de 600ºC.

Las cenizas y escorias formadas a partir de los resi-duos pueden sufrir un conjunto de transformaciones,unas de carácter físico y otras de naturaleza química,debido a las altas temperaturas que pueden alcanzar.La composición de las escorias, la temperatura dellugar donde se encuentran y el tiempo que permanecenen el horno, son tres factores que determinan su evolu-


ción. Aquellos productos cuya presión de vapor es ele-vada, a la temperatura de operación, se transfieren dela fase sólida a la fase gas. La volatilización de losmetales se produce a partir de 1000ºC. La sinterizaciónentre 750 y 1000ºC y la fusión de las escorias por enci-ma de 900ºC

En la incineración de residuos se debe establecer elcontacto del material alimentado con el aire en unascondiciones de temperatura que permitan transformarlos compuestos hidrocarbonados en dióxido de carbo-no y agua, generando el calor de combustión. La inci-neración de gases es un problema sencillo porque com-bustible y comburente forman una sola fase. Basta conutilizar un equipo que logre una mezcla eficiente deaire y residuo en el menor tiempo posible. Cuando losresiduos son líquidos, es preciso poner en contacto dosfases. El equipo en el que se produce su combustióndebe lograr un área de contacto grande y una velocidadde transferencia elevada. Los denominados atomizado-res permiten que el líquido se disperse en finas gotasen el aire de combustión. Cuanto menor sea el tamañode las gotas, menor será el tiempo necesario paralograr su combustión. El problema a resolver es muchomás complejo cuando se trata de residuos sólidos por-que al no poderse bombear, además de ser una mezclaheterogénea, no puede pulverizarse para lograr su dis-persión en el aire.

Una instalación industrial destinada a la incinera-ción de residuos sólidos debe ser capaz de lograr lossiguientes objetivos:

Buen contacto entre el sólido y el aire para quepueda alcanzarse la temperatura de combustióny la transformación de los reactantes en los pro-ductos de reacción. Las velocidades de transfe-rencia de materia y de transmisión de calor seefectúan a velocidad elevada cuando se operacon velocidades relativas del aire con respectodel sólido, altas.

Distribución de tiempos de residencia apropiadapara conseguir la transformación completa delos reactivos. Todos los sólidos deben estar en elhorno un tiempo mayor o igual que el necesariopara la conversión completa. Este tiempodepende de las variables del modelo cinéticogas-sólido que describa el proceso. Cuando selogran rendimientos elevados se evita que sal-

gan del horno compuestos inquemados tantocon la fase gas como con la fase sólida. De estamanera se consigue, además de aumentar el ren-dimiento energético del proceso, disminuir laemisión de contaminantes en el propio lugardonde se generan, con las ventajas que significaa la hora de depurar la corriente de gases a eva-cuar.

Eliminación de cenizas y escorias para evitarque la fracción no combustible se acumule en elinterior del horno. Es preciso extraerlas conti-nuamente, si es continuo, o antes de cada opera-ción, si es por cargas. Cuando el horno contieneun material inerte, como arena, al eliminar laceniza se elimina también una parte del inerte yuna fracción de la alimentación que no ha esta-do suficiente tiempo para quemarse completa-mente.

La distribución de temperaturas en el hornodebe permitir que el sólido alimentado vayaalcanzando los sucesivos valores que se requie-ren para que transcurran los distintos procesosque experimentan los residuos en su combus-tión. Pero, además de los fenómenos deseados,se pueden producir otros que causan problemasde operación.

El máximo aumento de temperatura que puedealcanzarse en el horno depende del poder calorífico delresiduo y de la relación aire/combustible que se ali-mente. Para un determinado valor de poder calorífico,la estequiometría de la combustión permite seleccionarel exceso de oxígeno para asegurar la combustióncompleta y evitar que la temperatura de combustión,conocida como combustión fría, sea baja.

Dadas las dificultades que presenta el control delmovimiento de los sólidos en el horno, la heterogenei-dad de la alimentación y el campo de temperaturas quese establece, es necesario operar de modo que no seproduzca una evolución desfavorable de las escoriasen su interior y evitar la abrasión de los materialesrefractarios del horno.

Los principales tipos de hornos que permiten daruna respuesta a estos requisitos del proceso de incine-ración son los siguientes:


Hornos de parrilla, fijas, móviles, longitudinales,transversales, rodillos, etc.

Lechos fluidizados burbujeantes.

Lechos fluidizados circulantes.

Cilindros rotatorios.

Cada uno de estos equipos ofrece ventajas e incon-venientes cuyo balance depende de la situación con-creta —tipo de residuo a tratar, el tamaño de la instala-ción, la legislación aplicable, etc.— que se analiza.

Los principales factores que se utilizan para cono-cer el comportamiento de los hornos son:

- Calidad de la incineración: fracción de com-puestos inquemados en los gases y en las esco-rias y cenizas de hogar (en estos sólidos, el con-tenido en carbono orgánico total debe ser infe-rior al 3%).

- Adaptación a las características cambiantes delresiduo: poder calorífico, humedad, contenidoen cenizas.

- Facilidad de operación: elementos móviles,puesta en marcha y parada, paredes del horno.

- Prevención y retención en origen de contami-nantes: óxidos de nitrógeno, introducción dereactivos.

- Consumo energético: necesidades energéticaspara su funcionamiento.

- Contaminantes en la corriente de gases de esca-pe: técnicas de depuración, sistema de recupera-ción de energía.

Con el fin de asegurar que la combustión de losgases formados en el horno de incineración sea lo máscompleta posible, es necesario que su temperaturaalcance, después de la última inyección de aire decombustión, como mínimo y en las condiciones másdesfavorables, los 850ºC (1.100ºC si se incineran resi-duos peligrosos que contengan más del 1% de sustan-cias organohalogenadas) durante un tiempo no inferiora 2 segundos. Otra medida que pretende lograr unacombustión completa es la limitación de la concentra-ción de monóxido de carbono en periodos temporalescortos (10-30 minutos) y así evitar un comportamientofluctuante. La necesidad de conseguir en todos los hor-

nos de incineración estas condiciones mínimas de tem-peratura, tiempo y concentración de oxígeno (6%),obliga a instalar recintos aislados térmicamente—cámaras de postcombustión— y quemadores deapoyo para elevar la temperatura cuando es necesario.

En la figura 2 se muestra la fotografía de uno de lostres hornos de lecho fluidizado instalado en Valdemin-gómez.

2.3. Enfriamiento de los gases y recuperaciónde energía

Los gases de combustión generados en el hornoatraviesan una caldera en la que se produce el inter-cambio de calor. La elevada temperatura de estos gasespermite generar vapor a alta presión para obtener ener-gía mediante una turbina de vapor o simplemente paracalentar el agua. Cuando los gases de combustión seponen en contacto con los tubos de la caldera se pro-duce un descenso de su temperatura hasta valores infe-riores a 200ºC.

En la figura 3 se muestra el procedimiento emplea-do para recuperar el calor de combustión. El equipoanterior a la caldera es un horno de lecho fluidizadocirculante en el que se puede observar la separación delas escorias y la recirculación de las partículas queconstituyen el lecho.


Figura 2. Horno de incineración de lecho fluidizado (equipode color marrón) de la incineradora de Valdemingómez.

Dentro del intervalo comprendido entre los 400ºC ylos 200ºC se produce la formación de las denominadasdioxinas “de novo”, siempre que en la corriente degases estén presentes sus constituyentes (compuestosclorados, compuestos orgánicos, monóxido de carbo-no, partículas, metales) y el tiempo de permanencia seasuficientemente elevado; el proceso de formación sefavorece si existen núcleos de retención y catalizado-res. Como todos estos ingredientes están presentes, enmayor o menor medida en los gases formados en elproceso de incineración, la rapidez con que se produceel descenso de temperatura es la principal variable deoperación para dificultar la formación de estos conta-minantes.

Una parte de las cenizas volantes arrastradas por lacorriente de gas quedan adheridas a los tubos de la cal-dera y empeoran el intercambio de calor entre gases yagua por lo que es necesario disponer de métodoscapaces de eliminarlas continuamente, de modo que lapropia caldera actúa también como equipo de reten-ción de partículas. Las diferentes secciones de la cal-dera se diseñan para que las velocidades de los gasesminimicen la erosión, la corrosión y la retención.

Las condiciones del vapor deben permitir que lacorrosión en la caldera sea mínima y que el rendimien-to de conversión de energía en el turbogrupo sea eleva-

do. El rendimiento energético que se logra en una inci-neradora de residuos que tengan un poder caloríficosuperior a 13 MJ/kg puede oscilar entre el 20 y el 30%.

2.4. Depuración de los gases de combustión

Las emisiones gaseosas están consideradas como laprincipal fuente de contaminación potencial que existeen una incineradora. Los agentes contaminantes quepueden encontrarse en los gases de combustión son loscompuestos de cloro, los de fluor, dióxido de azufre,óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, sustanciasorgánicas, partículas, metales pesados y dioxinas yfuranos. Los controles establecidos en los documentoslegales de los diferentes Estados y organismos supra-nacionales pretenden, en función del estado de la téc-nica, hacer compatible la posible contaminación origi-nada en el entorno de estas instalaciones con los bene-ficios que presenta la eliminación de los residuos porincineración. La normativa de incineración ha evolu-cionado con el tiempo, varía con los países e inclusocon el tipo de residuo. Por ejemplo, la legislación espa-ñola sobre la incineración de los residuos se muestraen la tabla 2. El R.D. 1088 de 1992 corresponde a resi-duos urbanos, el R.D. 1217 de 1997 a residuos peligro-sos y el R.D. 653 de 2003, transposición de laDirectiva Europea 2000/76 /CE no estable diferenciasentre los límites de emisión correspondientes a resi-duos peligrosos y no peligrosos.

Las valores de las medidas que se realicen paraverificar el cumplimiento de los valores límite de loscontaminantes que aparecen en la tabla 2 deben refe-rirse a una temperatura de 273 K, una presión de 101,2kPa, a gas seco y a un contenido de oxígeno del 11%en el gas. La necesidad de normalizar la concentraciónde los contaminantes permite controlar las cantidadesemitidas y evitar la posibilidad de introducir aire en elalgún punto del sistema para diluir la corriente.

Con el nombre de dioxinas y furanos se incluyenlos 210 (75 135) compuestos clorados de la dibenzo-para-dioxina y del dibenzofurano. El límite de emisiónes casi un millón de veces menor que el establecidopara los contaminantes metálicos más peligrosos, debi-do a las características que presentan algunos de estoscompuestos: son bioacumulables (mucho más solublesen las grasas que en agua), 17 congéneres son muy


Figura 3. Horno de lecho fluidizado circulante y caldera derecuperación del calor de combustión para obtener vapor.

tóxicos (la 2,3,7,8 Tetraclodibenzodioxina es el com-puesto de mayor toxicidad que ha sintetizado el hom-bre), son refractarios (son estables a temperaturas tanelevadas como los 600ºC) y persistentes (no se destru-yen significativamente en las condiciones ambienta-les). Al no tener todos los compuestos la misma toxici-dad, la concentración total de dioxinas y furanos sedetermina multiplicando la concentración de cada unode ellos por el factor de equivalencia tóxica que apare-ce en la tabla 3. La suma de estos 17 productos es elvalor de equivalencia tóxica y es la medida que nopuede superar el valor de 0,1ng/Nm3. El periododurante el que debe realizarse la toma de muestra pararealizar el análisis de estos contaminantes es de 6 a8 hr.

La actual Directiva europea relativa a la incinera-ción de residuos establece también valores máximos

de emisión para el vertido de aguas residuales proce-dentes de la depuración de gases de escape. Las sus-tancias contaminantes objeto de limitación son el totalde sólidos en suspensión, los distintos metales pesadosy las dioxinas y furanos.

Es preciso equipar la incineradora con técnicas dedepuración que sean capaces de retener o transformarcada uno de los contaminantes para no superar el lími-te establecido por la legislación. La corriente de gasesque se ha formado como resultado de la incineraciónestá formada principalmente por el nitrógeno del aire,el oxígeno alimentado en exceso, dióxido de carbono yvapor de agua. Los componentes minoritarios de estacorriente son las partículas sólidas, los gases ácidos, elmonóxido de carbono y los compuestos orgánicos ycompuestos metálicos volátiles. Todos estos compo-nentes minoritarios constituyen las sustancias conta-


Tabla 2. Valores máximos de emisión de las incineradoras. Legislación española.

minantes del proceso de incineración. La normativalegal a que están obligadas las instalaciones de incine-ración establece límites para las emisiones de todosestos tipos de contaminantes; límites variables y cadavez más bajos según sea el peligro potencial que seasigne a cada uno de los diferentes grupos que puedenestablecerse con todos ellos.

Existe un elevado número de técnicas para eliminarlos distintos contaminantes y alcanzar los límites esta-blecidos por la ley. Aunque debe considerarse siempreel sistema de depuración como una unidad —debido aque existen técnicas que depuran varios contaminantesa la vez y a que unas son complementarias de otras olas condicionan— es necesario establecer un criteriopara poder analizarlas en función del objetivo funda-mental que persiguen Atendiendo a las característicasde las técnicas de depuración se pueden establecer cua-tro grupos, dependiendo del tipo de contaminantesobre el que se pretende actuar y el modo de actuación:

Técnicas de retención de partículas.

Métodos para retener compuestos ácidos.

Métodos de retención sobre adsorbentes.

Métodos para transformar los compuestos en N2, CO2 y H2O.

La selección y combinación de diferentes técnicasde estos grupos permiten diseñar el sistema de depura-ción apropiado a la corriente de gases a tratar y a loslímites de emisión planteados como objetivos inme-diatos y futuros.

El procedimiento a utilizar para retener las partícu-las arrastradas por los gases de escape depende de fac-tores tales como el nivel de depuración a alcanzar, eltipo de incinerador empleado en el tratamiento de losresiduos, las características de estos, las condicionesde operación del horno, las propiedades de la corrien-te de gases, etc. La cantidad de partículas que llevanlos gases depende de la velocidad del gas que está encontacto con el sólido del horno, del tamaño y densi-dad de las partículas, así como de la composición de laalimentación y de los reactivos empleados para deretención de otros contaminantes.

Las técnicas más empleadas son los ciclones, preci-pitadores electrostáticos, filtros de mangas y filtroscerámicos. La eficacia de cada uno de estos equiposvaría con el tamaño de las partículas a retener. Así,mientras que los ciclones tienen eficacias inferiores al75% para partículas de 10 micrómetros, los filtros demangas alcanzan el 98% para 0,5 micrómetros y los


Tabla 3. Factores de equivalencia para las dibenzo-para- dioxinas y los dibenzofuranos.

filtros cerámicos superan el 99% con partículas de 0,1micrómetros. Aunque hay otros factores —coste deinstalación, de operación, tamaño, resistencia a la tem-peratura o a los gases ácidos— que pueden aconsejarel empleo de métodos menos eficaces, los límitesactuales de emisión de partículas imponen el empleode los filtros de mangas o los cerámicos en las instala-ciones, independientemente de que se empleen o nométodos secos de depuración. No obstante, cuando laconcentración de partículas en los gases de escape eselevada se emplean precipitadores electrostáticos ociclones para efectuar una primera retención. En lafigura 4 se muestra una parte de un filtro de mangas ylas cenizas volantes retenidas con esta técnica.

Los contaminantes ácidos que contiene la corrientede gases, dióxido de azufre, cloruro de hidrogeno yfluoruro de hidrógeno, se retienen por reacción con uncompuesto básico. Los diferentes procedimientos per-

miten que la reacción se pueda efectuar en fase sólida,líquida o en ambas a la vez.

Los denominados métodos secos consisten en laintroducción de reactivos sólidos básicos en la corrien-te gaseosa para neutralizar estos contaminantes. Losmateriales empleados deben tener la granulometría yreactividad apropiada para que el tiempo de contactono sea excesivamente grande (sería necesario un tama-ño de instalación técnicamente inviable) ya que al tra-tarse de una reacción gas-sólido es un fenómeno lento.El producto resultante, sales formadas en la reacciónde neutralización, es un material completamente secoy estable químicamente, lo que facilita su posterior eli-minación. Los bajos rendimientos de reactivo básico yla pequeña eficacia del proceso son inconvenientes quelimitan su empleo. En operaciones a pequeña escalapueden obviarse estas dificultadas empleando com-puestos básicos muy reactivos aunque sean muchomás costosos.

Los métodos húmedos se basan en poner en contac-to el gas con soluciones acuosas de reactivos básicos(hidróxido sódico, hidróxido cálcico u otros) en torresen las que se establece el contacto entre el gas y ellíquido. Las reacciones de neutralización en fase líqui-da son muy rápidas y los rendimientos elevados siem-pre que los equipos aporten gran área de contacto.Además, el producto de las reacciones puede clasifi-carse en fracciones para su reutilización. Estos siste-mas de depuración, que tienen como principal incon-veniente la inevitable depuración de las aguas conta-minadas producidas, son los más extendidos en lasplantas de incineración en funcionamiento. La razón sedebe probablemente a que fue el primer sistema dedepuración empleado, tanto por su sencillez, por suefectividad y coste, como por el efecto sinérgico quesupone la retención de otros contaminantes (partículas,óxidos de nitrógeno, dioxinas y furanos).

En los procedimientos semisecos, los gases a depu-rar se ponen en contacto con el agente neutralizante enforma de lechada que contiene el reactivo básico. Elaporte de la lechada de cal se realiza con inyectoresque permiten formar una nube de gotas finas en lacorriente de gas. Simultáneamente a la neutralizaciónse produce la evaporación del agua empleada para for-mar la lechada con el consiguiente aumento de lahumedad de los gases y del descenso de la temperatu-


Figura 4. Filtro de mangas y cenizas volantes retenidas.

ra. De este modo el absorbente entra en contacto conlos gases de escape como un líquido con suficientehumedad para facilitar una rápida absorción de losgases ácidos, pero al mismo tiempo, al evaporarse elagua, solo forma sólidos secos que deben ser elimina-dos (lo mismo que en los métodos secos) en los equi-pos correspondientes de retención de partículas. Estatécnica de absorción por rociado permite retencionesdel 95% para el HCl y para el HF y del 75% para elSO2.

Mediante la tecnología de adsorción se puede rete-ner las dioxinas, compuestos caracterizados, entreotras propiedades singulares, por encontrase en con-centraciones muy pequeñas. El carbón activado, que esel adsorbente más empleado para este fin, debe teneruna distribución de tamaños de poro que se adapte algran tamaño de las moléculas de dioxinas. La modali-dad más frecuente de establecer el contacto entre losgases y el carbón activo es la inyección en polvo,denominado método de corriente volante. Este proce-so obliga a utilizar un filtro de mangas o un filtro cerá-mico para retener las partículas inyectadas y paraaumentar el tiempo de contacto entre los gases y el car-bón. Para evitar el coste debido al consumo de adsor-bente y el aumento de la cantidad de cenizas que supo-ne este procedimiento se puede incluir el carbón acti-vado en el filtro de mangas o bien emplearlo forman-do parte de estructuras monolíticas. Las propiedadesdel adsorbente hacen que también se adsorban otroscontaminantes, ciertos metales pesados como mercu-rio, presentes en la corriente de gases.

Los procedimientos catalíticos permiten disminuirlos niveles de emisión de óxidos de nitrógeno. Con elproceso catalítico denominado SCR (reducción catalí-tica selectiva) se transforman en nitrógeno y agua porreacción con amoníaco a 240-300ºC, según la reac-ción:

NOx NH3 O2 N2 H2O

no se ajusta su estequiometria y se incluye el oxíge-no presente en los gases de combustión para mostrarque los catalizadores deben ser capaces de oxidar elamoniaco con los óxidos de nitrógeno sin que reaccio-ne con el oxígeno. Además de ser muy selectivos, loscatalizadores deben ser muy activos para efectuar lareacción sin necesidad de utilizar exceso de amoniaco,exceso que se incorporaría a la corriente de gasescomo nuevo contaminante.

Los catalizadores usados en este proceso permitendestruir las dioxinas y furanos si se incorporan mate-riales que favorecen el proceso de oxidación. Elempleo de métodos catalíticos para lograr que la emi-sión de dioxinas no supere el límite de 0,1 ng/Nm3evita el empleo de carbón activado con los consiguien-tes beneficios ambientales (las dioxinas no acabanincorporadas a las cenizas retenidas en los filtros) yeconómicos (no hay consumo de adsorbente).

En la figura 5 se representa el esquema de una inci-neradora que incluye diferentes técnicas de depuraciónpara lograr que los distintos contaminantes reguladospor la legislación no superen los límites establecidos.


Figura 5. Esquema de una incineradora con distintos equipos de depuración.

3. EVALUACIÓN DEL PROCESO DEINCINERACION

La tecnología de incineración de residuos se desa-rrolló como una alternativa al depósito en vertederos,especialmente en los países con poca disponibilidad desuelo, y como un modo de transformar profundamenteaquellos materiales que suponen un riesgo inminentepara la salud humana. Cuando las condiciones de com-bustión eran muy deficientes y no existían sistemas dedepuración, los gases de escape se caracterizaban porsu gran opacidad y por la elevada concentración de unagran variedad de contaminantes. Fue necesario incor-porar técnicas de depuración, electrofiltros, capacesretener partículas y mejorar las condiciones de com-bustión. Posteriormente se instalaron equipos paraobtener energía a partir de los gases de combustión. Alidentificarse la presencia de dioxinas en las proximida-des de las incineradoras de residuos urbanos y demos-trarse la relación de causa a efecto, se implantó unasevera legislación destinada a proteger el ambiente delos distintos contaminantes que podían formarse a par-tir de la gran cantidad de elementos químicos que for-man parte de los residuos. Cuando se implantaronestas medidas protectoras ya se había generalizado elrechazo por este modo de gestionar los residuos.

Independientemente de las mejoras ambientalesque se han ido incorporando en las últimas décadas, sesigue considerando a la incineración una práctica pocorespetuosa con el ambiente y competidora con la pre-vención y el reciclado de residuos.

La evaluación del proceso de incineración debebasarse en una serie de criterios, a ser posible cuantifi-cables, que tengan en cuenta factores ambientales, eco-nómicos y sociales.

En la incineración se reduce el volumen y elpeso de los residuos. Por ejemplo, en una inci-neradora que procesa residuos sólidos urbanos,cuando se ha realizado previamente la recogidaselectiva y/o se han separado los componentesreciclables, la reducción de volumen es delorden del 90-95%. La cantidad de escorias osci-la entre el 3-6 %, y la de cenizas volantes, entreel 3-10% dependiendo del método de depura-ción empleado (los métodos secos o semisecosoriginan mayor cantidad de cenizas que losmétodos húmedos).

La conversión en energía eléctrica con respectoal poder calorífico inferior varía entre 20 y30 %. Debido a las pérdidas en los gases deescape —por radiación, en cenizas y escorias—la energía térmica disponible es del 75% de laenergía introducida. La transformación de estaenergía térmica en energía eléctrica tiene un ren-dimiento del 30% debido principalmente alvapor de escape de turbina a condensador. Portanto, se puede aprovechar la energía contenidaen los residuos lo que contribuye a disminuir elconsumo de combustibles, reduciendo la emi-sión de gases de efecto invernadero pero debeconsiderarse un proceso de valorización energé-tica poco eficiente.

Los costes de depuración son muy elevadosdebido al gran volumen de gases de combustióny a las exigencias de la normativa legal. La com-bustión se realiza con gran exceso de aire lo quehace, además de disminuir la eficiencia energé-tica, aumentar el volumen de los gases a depu-rar. Las elevadas temperaturas de operaciónfavorecen la formación de algunos contaminan-tes y la volatilización de metales. Se forman dio-xinas y furanos, que son contaminantes BTPs, ydeben aplicarse procedimientos de depuraciónmuy eficaces para evitar su salida al medio. Estaelevada eficiencia de retención de contaminan-tes hace que la contribución de las incineradorasa la contaminación de fondo sea pequeña.

La ocupación de espacio es pequeña y el empla-zamiento no depende de las condiciones delsubsuelo. Con la experiencia acumulada en laoperación con estas instalaciones se puede acep-tar que la incineración es una técnica fiable y dealta disponibilidad.

La valoración y cuantificación de estas y de otrascaracterísticas del proceso de incineración, y su com-paración con las de los procedimientos alternativos,debe ser el procedimiento para seleccionar el método aemplear en la gestión integral de los residuos.

4. CONCLUSIÓN

La incineración es una tecnología que se basa en laoxidación de la materia combustible del residuo utili-


zando una cantidad de oxígeno superior al necesario enla reacción estequiométrica. Con su aplicación se logradisminuir la masa, el volumen y el peligro para lasalud y para el medio ambiente de los residuos. Si seaprovecha el calor de combustión para obtener energíase logra valorizar el residuo como combustible.También produce residuos sólidos y diferentes conta-minantes que se emiten en la corriente gaseosa o envertidos líquidos. El principal problema ambiental sedebe al elevado flujo de gases generado en el hornoque arrastra una serie de compuestos cuyos límitesmáximos están fijados por la Legislación.

En la jerarquía de actuaciones para la gestión de losresiduos establecida por la Unión Europea, la incinera-ción ocupa el cuarto lugar, recuperación o valoriza-ción, si se genera energía, o el quinto, tratamiento pre-vio a vertedero, si esta generación no se produce. Porello, solo se debe aplicar a la fracción de rechazo delproceso de reciclado y a aquellos residuos de elevada

concentración de material hidrocarbonado que necesi-tan reducir su peligrosidad antes del vertido. El cum-plimiento de la normativa legal se logra con sistemasde depuración apropiados y se asegura con el controlperiódico de residuos, emisiones y vertidos.

BIBLIOGRAFÍA

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ed., 1998.4. Real Decreto 653/2003, de 30 de mayo, sobre incine-

ración de residuos.


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