tecnologías aplicables al tratamiento de residuos
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Tecnologías aplicables al tratamiento de residuos.
Valorización y fabricación de materiales a partir de residuos
Instituto tecnológico de tlajomulco Jalisco
Ing. Ambiental
Rubén Darío Briones Vélez
Lucero Antonio
1.Introducción y definiciones relativas al tratamiento de residuos.
La USEPA (united states enviromental protection) entiende por tratamiento de residuos cualquier método o procedimiento que modifique el carácter químico físico y/o bilógico de una residuo con el fin de convertirlo menos peligroso o que pueda ser tratado con mayor seguridad.
La ley 20/1986 de 14 de mayo básica de residuos tóxicos y peligrosos (vigente hasta el 12 de mayo de 1998).
Estableció el régimen jurídico básico para que la producción y gestión de los residuos tóxicos y peligrosos se garantice a la protección humana es para facilitar el transporté almacenamiento, eliminación y recuperación de los residuos.
A continuación y según el anexo de la directiva 91/689/CEE se describen las características de los residuos que permite clasificar los peligrosos.
H1. Explosivo: se aplica a sustancias y preparados que puedan explosionar bajo el efecto de la llama que son mas sensibles a los choques o las fricciones que el di nitrobenceno.
H2. Comburente: se aplica a sustancias y preparados que presenten reacciones altamente exotérmicas al entrar en contacto con otras sustancias, en particular sustancias inflamables.
H3-A.facilmente inflamable: se aplica:
- Que tenga punto de inflamación inferior a 21°C
- Que puedan calentarse y finalmente inflamarse en contacto con el aire a T° ambiente sin energía.
- Se pueden inflamar fácilmente por un breve contacto por una fuente de ignición y que continúe ardiendo y consumiéndose después.
- Se inflame en el aire a presión atmosfera.
- Que en contacto con el aire húmedo o agua emita gases inflamables en cantidades peligrosa
H3-B.inflamable: tiene un punto de inflamación superior o igual a los 21°C,es inferior o igual a 55°C.
H4.irritante:pueden causar reacción inflamatoria por contacto inmediato.
H5.nocivo: pueden entrañar riesgos de gravedad a la salud por inhalación, ingestión o penetración cutánea.
H6.toxico:causa riesgos graves agudos e incluso la muerte por inhalación ingestión o penetración cutánea
H7.cancerigeno:causa canse o aumenta su frecuencia por inhalación ingestion o penetración cutánea.
H8.corrosivo:destulle tejidos vivos al momento de entrar en contacto.
H9.infecioso:contiene microorganismos vivos, o sus toxinas, de los que se sabe o existen razones fundadas para creer que causan enfermedades en el ser humano o en otros se res vivos.
H10.teratogenico: puede producir malformaciones congénitas no hereditarias o aumentar su frecuencia por inhalación ingestion o penetración cutánea.
H11.moutagenico: produce defectos genéticos hereditarios o aumenta su frecuencia por inhalación ingestion o penetración cutánea.
H12.emite gases tóxicos o muy tóxicos al momento de entrar en contacto con el aire o con el agua algún tipo de acido
H13.despues de su eliminación da a lugar a otra sustancia por un medio cualquiera ej. Los lixiviados.
H14.ecotoxico:presenta o puede presentar riesgos a el medio ambiente inmediato o diferido.
Toxicidad y reciclaje
Por medio de diversas tecnologías a partir de infinidad de residuos con independencia de su gravedad de toxicidad antes expuesta puedan transformarse o formar parte de materiales de los que sencillamente se denominan convencionales.
Muchas veces es necesario o recomendable someterlos a un tratamiento previo o preparamiento para facilitar la labor posterior.
La clasificación se lleva acabo con la nomenclatura tradicional. existen también una multiplicidad de tratamientos que surgen como combinación de algunos de los citados en la tabla siguiente. Sin embargo para la fabricación de materiales de construcción a partir de residuos.
2. Selección del proceso de tratamiento
Son muchos los parámetros que se deben de tener en cuenta para la selección de los procesos de tratamiento óptimos de residuos. poseerán diferentes perspectivas sobre el problema y sus posibles soluciones es posible que ninguna de estas soluciones sea necesaria. No obstante si es factible apuntar que toda la selección de los procesos cendra condicionada por cuatro factores.
2.1 Naturaleza del residuo
Se considera la forma física del residuo, así como el contenido de componentes peligrosos(metales pesados, compuestos orgánicos etc.) y la concentración del contaminante. Así se sabrá si el residuo es compatible con el con el equipo de los procesos considerados.
En los residuos procedentes de las actividades industriales, es decir, en los denominados residuos industriales
En la actualidad, una parte considerable de los residuos generados es de naturaleza inorgánica como plásticos, vidrios y metales.
A continuación y a modo de ejemplo se exponen como gestionan en n centro universitario de una población española los diversos residuos que generan.los residuos generados e el centro son agrupados en tres categorías según su naturaleza :urbanos, peligrosos y radioactivos
Los residuos urbanos se clasifican en • Residuos orgánicos - Restos de poda.- Restos de alimentos.- Animales muertos no inoculados con agentes
químicos o infecciosos.• Residuos inertes susceptibles de recuperación.- Papel.- Cartón.- Vidrio.
- Latas.- Pasticos.- Material de embalaje.• Residuos inertes no susceptibles.- Chatarras metálicas.- Muebles y objetos obsoletos.
los residuos peligrosos son agrupados en el centro de grandes categorías.
• Residuos peligroso provenientes de investigaciones y docencias.
- Residuos químicos de laboratorio.- Residuos procedentes de actividades
relacionadas con la fotografía.- Residuos biosanitarios.
- Aceite mineral usado.
• Residuos peligrosos provenientes de mantenimiento y servicios.
- Pilas.- Tubos fluorescentes y bombillas- Cartuchos de tinta.- Material eléctrico y electrónico obsoleto
En el centro universitario los residuos radiactivos a considerar son los siguientes.
• Sólidos: fuentes invertibles, material contaminado diverso, etc.
• Líquidos: material químico resultante contaminado de los ensayos de laboratorio productos de descontaminación realizadas.
2.2 Objetivo del tratamiento
Resulta imprescindible definir de antemano las características que debería poseer el residuo una vez tratado en esta etapa inicial.
Podrían considerarse como objetivo el tratamiento de las siguientes acciones
• Reducción de la cantidad de materiales usados, mediante la reutilización y el uso que generan menos usos
• Disminución de la cantidad de los residuos generados mediante la separación
• Reciclaje y reutilización de residuos • Reducción de volumen de residuos• Recuperación material y energética de los
residuos.
2.3 Adecuaciones técnica de las diversas alternativas
La disparidad de concentraciones en las corrientes de alimentación la interferencia de otros componentes que no sean comunes etc.
En el caso de los residuos hospitalarios uno de los tratamientos habitualmente usados es la incineración. Algunos autores opinan que la incineración no puede considerarse como una tecnología de tratamiento final como lo es el vertido controlado. En el caso de la insineraacion se tiene un segundo residuo.
Por otra parte la tecnología de esterilización deja residuos menos peligrosos. El inconveniente de la incineración de residuos hospitalarios es que convierte un riesgo bilógico infecciosos en gases. La incineración destruye patógenos al igual que otro material de materia orgánico.
Otras tecnologías reducen el riesgo de contaminación con mínima emisión de gases
• Autoclave: es la alternativa mas popular. Por que destruye la mayoría de los organismos. Sin embargo genera gases que necesitan también tratamiento. Esta tecnología es mas lógica aplicarla en esterilización.
• Microondas: destruye los organismos patógenos por efecto el calor originado por la energía cinética desarrollada por el cambiante campo eléctrico sobre las moléculas bipolares.
• Desinfección química: elimina patógenos mediante reacciones químicas como el hipoclorito solido o el dióxido de cloro.
• Vertido controlado: en este caso se obvia, casi cualquier tratamiento previo y se depositan los residuos en excavaciones profundas es muy importante evitar la deposición como el mercurio.
En resumen por el tratamiento de vertido se nota que es mas favorable la incineración con todos los pormenores que la ley indica
2.4 Consideraciones económicas
En líneas generales se suele afirmar que el reciclajes una operación económica clara. En España el árido usado en construcción es barato puesto que as rocas son abundantes mientras que en los países bajos hay apenas canteras. Desde el punto de vista industrial este es el punto mas importante a la hora de elegir un tratamiento o de cualquier otro tipo
Se evalúan los siguientes aspectos • Consumo energético del proceso • Coste de los reactivos • Coste de equipo y su mantenimiento • Coste de las medidas de seguridad • Coste de la mano de obra.
El coste de operaciones y tarifas de gestion teniendo en cuenta los beneficios generados.
En el fondo l directiva 1999/31/CEE de 26 de abril relativa al vertido de residuos ha jugado un papel fundamental.
A todo ello habría que añadir os costes ambientales derivados a medio o largo plazo de una mala gestión ambiental.
3. Tecnologías aplicadas al reciclaje multidisciplinar.
La técnica de reutilización de residuos ha sido históricamente practicada y aceptada. El termino multidisciplinario esta referido en este caso a la reutilización de los residuos para su transformación.
La construcción es una excelente industria para la absorción de cuantiosas cantidades de residuos.
Una de las ventajas de la construcción es que, admite una gama intensa de calidades.
Existe una gama importante de tecnologías probables para el reciclaje de residuos, se juzgan mas adecuadas para la valorización de residuos: absorción intercambio iónico ceramizacion vitrificación , estabilización i solidificación, sistemas mixtos compostajes etc.
4. Técnicas físicas.
Tratamientos físicos se emplean principalmente en el denominado pre tratamiento de los residuos. Se utilizan métodos químicos y biológicos como fotolisis o foto degradación se a utilizado con existo para tratar DDT(diclorodifenil - tricloroetano ) PCB (policlorobifenilo) y TCDD(clorodibenso-p-dioxinas). La foto degradación de hidrocarburos aromáticos en aguas que en definitiva son tecnologías que se basan en la destrucción foto catalítica
El objetivo de la fotodegradacion transforma cuantitativamente la materia orgánica en CO2 logrando la mineralización completa de los contaminantes orgánicos. Como fuente de alimenticia emplea energía solar pero es lenta.
Otra técnica es la esterilización y su aplicación mediante CO2 supercrítico.
4.1 Absorción
La absorción es una operación básica en la que separa uno o mas componentes de una mezcla gaseosa por medio de un liquido en el que son solubles.la finalidad que sigue un sistema de absorción es conseguir un intimo contacto con el gas y el liquido.
Para aumentar la eficacia se puede añadir algunas sustancias que reaccionen con el componente toxico absorbido.
Se muestra un equipo de absorción en el que el producto contaminado se hace interaccionar con el disolvente por ej. Una mezcla de acetona i aire. Al contacto las dos corrientes el elemento contaminado es transferido al liquido para su posterior tratamiento
Se trata de un pocos de descontaminación de corrientes gaseosas separa de una mezcla liquida uno de sus componentes por ej. En la industria farmacéutica por medio de un gas reside el nombre de desorción. Esta técnica consiste en hacer pequeñas burbujas de nitrógeno gas atreves del liquido a purificar.
El rendimiento de este proceso depende del tamaño de las burbujas de nitrógeno
Otra técnica desarrollada es la desorcion técnica muy utilizada para la restauración y la biorremediacion de suelos contaminados por actividades petrolíferas. Este proceso utiliza el calor de forma indirecta para separar los componentes
En la figura siguiente se muestra el proceso de la desorcion térmica.
4.2 Adsorción.
Adsorbentes utilizados en la industria son el carbón activo y las resinas sinteticas.la adsorción es un fenómeno que tiene lugar en la superficie de un cuerpo llamado adsorbente cosiste en la separación una solida y una fluida.
Este proceso se emplea en la depuración de gases donde se hala suspendido en el gas a depurar.
Las principales características de un adsorbente son las siguientes.
• Selectiva: cantidad adsorbida depende de la naturaleza y el tratamiento previo al que se haya sometido a la superficie del adsorbente
• Rapidez: el proceso incrementa su velocidad al aumentar la T° y disminuye al aumentar la cantidad adsorbida.
• Procesos espontaneo : cambio de la entalpia cuando 1 mol adsórbalo es adsorbido por el adsorbente
• Proceso exotérmico: por lo que al aumentar la T° disminuye
Este fenómeno tiene lugar gracias a las fuerzas de Van der Waals, de hay la importancia de la superficie. Las fuerzas de Van der Waals forman un enlace no covalente mediante la atracción repulsión
En la ilustración siguiente se muestra de como las laminas moleculares se mantiene unidas mediante enlaces químicos. Cuando las impurezas son adsorbidas quedan atrapadas
Hay que distinguir diferentes tipos de adsorciónAdsorción física: actúan las fuerza de Van der
Waals. Se considera muy rápida.
Adsorción química: aquí solo pueden explicarse con fuerzas químicas es muy lenta.
Adsorción coloidal: tiene especial relevancia en procesos de tintoreia ya que los colorantes son de coloidales.
Son diversos los parámetros que influyen en la adsorción: se incrementa si aumenta
• El peso molecular • El punto de ebullición• El índice de refrigeración• La concentración
La adsorción aumenta si disminuye.• La presión de vapor• La temperatura• La humedad
4.3 Intercambio iónico
Los intercambiadores ionicos pueden pueden considerarse como matirces solidas que contiene grupos iogenicos con carga neutralizado por un contraion con energia opuesta.
La siguiente reaccon muestra el intercambio de un ion
2R-Na+Ca(aq)2+ R2–Ca+2Na+(aq)
A medida que la disolución que contiene los iones Ca2+ pasa atraves de la resina que van intercambiando los iones Na+
La eficacia de este procesos depende de distintos factores.
• La afinidad de la resina con los iones de la disolución .
• El pH del medio.• La temperatura.• La concentración de la disolución.
Existen numerosas arcillas con capasidad de intercambio iónico como las montmolloritaslas zeolitas y las vermiculitas perteneciendo a los estratificados.
Una de las ventajas del uso de esta técnica de intercambio iónico es que permite es que permite tener una disolución mas concentrada
4.3.1.Resinas de intercambio
Este es un método fisicoquímico para concentrar y recuperar productos inorgánicos disueltos en disoluciones acuosas.
Las resinas se pueden clasificar en anionicas y cationicas. Gracias a su alta porosidad la adsorción puede tener un lugar fundamentalmente en el interior de las partículas aumentando el área de contacto.
Una de las aplicaciones mas habituales de las resinas de intercambio iónico es la eliminación de los iones contenidos en residuos acuosos.
Es un metodo ampliamente difundido y se diseñan resinas selectivas en fucion del residuo a tratar.
Es un sistema muy eficas para repuerar la mayoria de los cationes de los metales pesados: Ba, Cd, Cu, Pb, Hg, Ni, Se, Ag, U y Zn . Una desventaja es que las resinas usadas no son selectvas y el material recuperado es una mezcla de cationes que se necesitaran ser separados.
4.4 separación de líquidos inmiscibles
Dos o mas de estos líquidos pueden separarse aprovechando sus diferentes densidades: el mas denso se separa hacia la parte inferior mientras que la menos se quedara localizado en la parte superior
Los hidrocarburos son maquinas simples que permiten la separación de sustancias inmiscibles líquidos o solubles y mezclas de mezclas de líquidos para ello se requiere cierta presión de trabajo. La velocidad aumenta debido al estrangulamiento de la sección esto genera una potente fuerza centrifuga.
Para ser separados ciertos líquidos como el agua y el aceite deben de ser inmiscibles y tener una diferencia de densidad superior a 0,05g/cm3
Se muestra el resumen de un equipo completo en funcionamiento
4.5 Destilación.
Es una operación química que consiste en calentar una mezcal liquida asta que sus componentes mas volátiles pasan a la fase vapor. Por ejemplo en los procesos de evaporación y secado se requiere obtener el componente menos volátil, mientras que el mas volátil Gral. Agua se elimina.
Si la diferencia de ebullición de dos componentes es significativa puede realizarse fácilmente la separación
En el caso de disponer de mezclar de productos solubles uno de los cuales es un compuesto orgánico toxico como los compuestos orgánicos volátiles puede realizarse la separación para lograr obtener el COV.
