La incineración de residuos (también incineración ) es el proceso de tratamiento térmico de los residuos , que consiste en quemar las materias orgánicas contenidas en ellos . Se produce tanto individualmente como a escala industrial, en incineradores de residuos , que pueden combinarse con centrales térmicas . Muy a menudo, la incineración de desechos se refiere a la incineración industrial de desechos sólidos municipales [1] [2] [3] [4] .
La incineración de residuos permite reducir la masa de los residuos iniciales entre un 70 y un 85 % y el volumen entre un 90 y un 95 % y, además, neutralizar los compuestos orgánicos que contienen. El calor de la combustión de residuos también se utiliza con fines energéticos , para generar calor y electricidad , por lo que la incineración de residuos puede cubrir parcialmente las necesidades energéticas de las aglomeraciones [3] [4] .
La incineración de residuos está más desarrollada en países desarrollados con una alta densidad de población , donde la tierra es un recurso valioso y no hay suficientes lugares para vertederos ( Dinamarca , Japón ). En países desarrollados con baja densidad de población ( Suecia , Finlandia ) es un poco menos común [1] [5] .
Antes de la Revolución Industrial de los siglos XVIII y XIX, la gente usaba objetos naturales en la vida cotidiana que podían quemarse o dejarse pudrir . La eliminación de desechos domésticos ha existido a lo largo de la historia de la humanidad, a menudo los desechos de madera se utilizaron como leña . La situación comenzó a cambiar durante el período de industrialización , cuando los productos hechos de materiales sintéticos que no están sujetos a descomposición natural comenzaron a extenderse en la vida cotidiana en los países de Europa y América del Norte , el volumen de su producción y consumo creció, y la humanidad comenzó a producir cada vez más basura [1] [6] .
La incineración industrial apareció en Gran Bretaña en la segunda mitad del siglo XIX, cuando se construyeron incineradores en las fábricas. En 1874, se construyó la primera planta de incineración de desechos del mundo en Nottingham , y luego se construyó allí la primera planta de vapor , donde la basura se usó como combustible; así es como la incineración de desechos industriales encontró por primera vez un uso energético. La basura en ese momento se quemaba a granel, sin clasificar, y aún no existían sistemas de filtración en hornos y fábricas. Los colonos británicos trajeron la incineración a América, y en 1880 se construyó en Nueva York el primer incinerador de los Estados Unidos . Sin embargo, hasta la década de 1960, la incineración en los Estados Unidos se practicaba principalmente en instalaciones fuera de la red y las plantas especializadas no eran comunes. Además, a fines del siglo XIX, se construyeron incineradores en ciudades estadounidenses en edificios de apartamentos, que también se utilizaron para su calefacción. Sin embargo, pronto tuvieron que ser abandonados, porque las tuberías en ellos no eran lo suficientemente herméticas y los gases de combustión penetraban en las viviendas [1] [6] .
En Europa continental, Francia fue el primer país en introducir la incineración de residuos industriales . El primer incinerador francés se construyó cerca de París en 1893 y, en 1896, se puso en funcionamiento el primer incinerador del mundo con trituradora en Saint-Ouen . En 1930, se desarrolló en Suiza un horno de parrilla para la incineración de desechos en capas ; se trataba de una tecnología de incineración de desechos fundamentalmente nueva que hizo posible abandonar el uso de fuel oil y carbón como combustible para distribuir uniformemente la temperatura en el horno, lo que significativamente redujo el costo de la incineración de residuos, así como aumentó su eficiencia. En 1933, se inauguró la primera central térmica de incineración del mundo en Dordrecht , Países Bajos [6] .
En la década de 1950 se empezó a utilizar el método de pirólisis de residuos sólidos domiciliarios. En la década de 1970, la incineración de desechos recibió una nueva ronda de desarrollo a raíz de la crisis energética mundial , cuando los precios del petróleo aumentaron significativamente. La basura en ese momento se consideraba cada vez más como un combustible para la producción de calor y electricidad. Algo antes, en 1972, entraron en funcionamiento las primeras plantas incineradoras de residuos en la URSS [6] .
La prevalencia de la incineración de desechos varía considerablemente entre países, siendo muy alta en varios países desarrollados (principalmente en el norte y oeste de Europa). El número de plantas de incineración de residuos en el mundo se acerca a las 2 mil, de las cuales más de 400 están ubicadas en Europa. Los líderes mundiales en incineración son Dinamarca y Suiza, donde se incinera alrededor del 80% de los residuos sólidos urbanos (en Suiza, a principios de la década de 2010, había 37 plantas de incineración, es decir, en promedio, una planta por cada 200.000 habitantes ). Un nivel ligeramente más bajo de incineración de desechos (alrededor del 70%) se encuentra en Japón. En Suecia, Finlandia y Bélgica , alrededor del 50-60 % de los desechos se incineran (y Suecia y Finlandia, junto con Suiza, se encuentran entre los líderes en el uso de energía de la incineración de desechos); en Alemania , Austria , Francia e Italia, esta cifra es de alrededor del 20-40% (mientras que Francia es el líder en el número de plantas de incineración en el territorio de un país, hay alrededor de 300). Entre los países de la Unión Europea (que promedian un 25% de incineración), Rumania y Bulgaria tienen la incineración menos desarrollada , donde solo se incinera el 1% de los desechos. En los países donde se originó la incineración, el Reino Unido y los EE. UU., su nivel también es relativamente bajo: en ambos países, alrededor del 10 % de los desechos se incineran [1] [5] [7] [8] .
En Rusia, la incineración de desechos aún no se ha desarrollado ampliamente. En la segunda mitad de la década de 2010, el nivel de incineración de residuos en el país ronda el 2,3%. En Rusia, a partir de 2019, solo hay 10 plantas de incineración de residuos (de las cuales tres están ubicadas en Moscú ), pero al mismo tiempo, se planea un aumento significativo en su número, incluso en el marco del proyecto Energy from Waste lanzado por la empresa a fines de la década de 2010 RT-Invest en cooperación con la empresa japonesa-suiza Hitachi Zosen INOVA. El nivel de desarrollo de la incineración de residuos en otros países de la antigua URSS sigue siendo bajo en nuestro tiempo . Por ejemplo, en Ucrania solo hay una planta de incineración en Kiev , y en Bielorrusia y Kazajstán no hay ninguna, pero su construcción está prevista en ambos países [1] [9] [10] [11] [12] [13] [ 14] .
La incineración de desechos existe tanto a nivel doméstico, cuando las personas queman su basura por su cuenta (en estufas o fogatas ), como a escala industrial. Existen varias tecnologías para la incineración de residuos industriales, que difieren en el tipo de hornos, la temperatura de combustión, así como la composición química del ambiente en el que se produce la combustión de los residuos. Los dos tipos principales de incineración son la propia incineración (utilizada en la mayoría de los casos) y la pirólisis (alta y baja temperatura), que produce combustible. Por regla general, los residuos clasificados en fracciones homogéneas se incineran (lo cual es importante, ya que la composición de los residuos determina la tecnología óptima). La clasificación se puede realizar tanto en el momento de la recogida de residuos (recogida selectiva ), como después de su entrega a la planta de incineración [2] [15] [3] .
La característica principal de la combustión en capas es la distribución de los desechos en el horno del horno en una capa uniforme, sobre la cual se suministran flujos de aire caliente, lo que garantiza una combustión uniforme. Una capa de escombros se carga en la cámara de combustión y se ubica en la rejilla o rejilla de distribución de aire. Por regla general, la cámara de combustión tiene forma de paralelepípedo. Cuando se usa una rejilla, se instala en ángulo, en el que la rejilla cae en cascada como un techo de tejas . En el plano vertical entre las rejillas hay ranuras o boquillas a través de las cuales se suministra aire. Dependiendo de la composición química de los residuos, la incineración puede llevarse a cabo a temperaturas que oscilan entre 800 y 1500 ⁰C [3] [15] [16] [4] .
Muy a menudo, se utiliza la combustión en capas en una parrilla inclinada móvil. Esta tecnología permite quemar cualquier tipo de residuo, excepto los residuos pulverizados. La basura se carga en la rejilla superior y luego, con la ayuda de rejillas móviles, se mueve hacia abajo. El aire se suministra a la cámara de combustión en la misma dirección que el movimiento de los desechos, lo que también contribuye a su movimiento. En la parrilla más baja, se completa el proceso de combustión y la ceniza y la escoria se vierten a través de las ranuras en un tanque especial enfriado con agua , luego de lo cual se desechan. Una cámara con rejilla móvil es capaz de procesar unas 35 toneladas de residuos por hora [3] [16] .
Cuando se utiliza una parrilla fija, su instalación, el suministro de escombros y aire a la cámara de combustión son casi similares a las cámaras con parrilla móvil. Sin embargo, los desechos se mueven desde la parte superior de la rejilla hacia abajo debido al suministro de corrientes de aire, lo que ralentiza el proceso y aumenta la intensidad energética de la tecnología. En algunos casos, esto se compensa parcialmente con la instalación de una pantalla de presión hecha de material refractario, que dirige la llama en dirección contraria al movimiento de los desechos y asegura una combustión más completa [3] [16] .
La tecnología de lecho fluidizado también se utiliza para la incineración de residuos . En lugar de rejillas, en la cámara de combustión se instala una rejilla de distribución de aire con boquillas , a través de la cual se suministra aire a presión. Por encima de ellos, incluso antes de que la basura se introduzca en la cámara, se carga una capa de absorbente suelto con alta conductividad térmica (normalmente se utilizan virutas de arena o dolomita ). El absorbente, cuando se le suministra aire, crea un lecho fluidizado inerte , con el que se mezclan los residuos, como resultado de lo cual aumenta la intensidad del intercambio de calor, así como la absorción por el absorbente de una serie de residuos tóxicos de la combustión, que pueden reducir significativamente las emisiones. La desventaja de la tecnología de lecho fluidizado es que no es adecuada para quemar una masa mixta de residuos [3] [16] [2] [15] .
La incineración de desechos tóxicos que emiten grandes cantidades de emisiones tóxicas a menudo implica pirólisis, es decir, la descomposición térmica de los desechos en un horno de tambor rotatorio en un ambiente anóxico o con poco oxígeno. La pirólisis se utiliza para eliminar desechos tóxicos: algunos tipos de plásticos , caucho , varios desechos industriales [3] [2] [15] [4] .
Una tecnología más común es la pirólisis a baja temperatura, en la que la descomposición de los desechos ocurre a temperaturas por debajo de los 900 ⁰C (generalmente 400-600 ⁰C). El horno de pirólisis, en el que se procesan los residuos, consta de dos cámaras de combustión: la cámara inferior de combustión de residuos y la cámara superior de postcombustión de los gases del generador. Antes de cargar en el horno, la masa de residuos se tritura y luego se coloca en la cámara inferior, donde se quema en un ambiente libre de oxígeno. Los gases formados durante la descomposición se envían a través de un dispositivo inyector al postquemador, donde se suministra oxígeno en cantidades limitadas, así como gases catalíticos . Allí tiene lugar una mayor descomposición de los gases, como resultado de lo cual el contenido de sustancias tóxicas en las emisiones durante la pirólisis es aproximadamente 7 veces menor que las concentraciones máximas permitidas . El horno gira a una velocidad de 0,05 a 2 revoluciones por minuto, lo que contribuye a la quema uniforme de los residuos. Por lo tanto, la eficacia de la tecnología de pirólisis radica en la reducción de emisiones nocivas y la destrucción de sustancias biológicamente activas, lo que permite un mayor almacenamiento de los residuos de pirólisis sin grandes daños al medio ambiente. Además, el residuo sólido, así como los líquidos y gases resultantes de la pirólisis de los residuos, pueden ser utilizados como materia prima en la industria química o como combustible [3] [2] [15] [17] [18] [19] .
La tecnología de gasificación de residuos implica la pirólisis a alta temperatura llevada a cabo a temperaturas de 1000 a 1200 ⁰C. La característica principal de la gasificación de residuos es la producción de gas de síntesis como resultado del proceso (una mezcla de hidrógeno con monóxido de carbono ), utilizado en el sector energético, así como compuestos químicos secundarios que contienen flúor , cloro , nitrógeno , y utilizados en la industria química [2] [15] [ 3] [17] [20] .
Para la eliminación de desechos altamente tóxicos, que incluyen principalmente desechos médicos (especialmente herramientas usadas de los departamentos de enfermedades infecciosas de los hospitales) y municiones , también se utiliza la tecnología de plasma , en la que los desechos se queman en hornos de arco eléctrico a temperaturas de 1300 ⁰C a 4000 ⁰C. , obtenido a partir de la energía de un arco eléctrico en presencia de vapor de agua . El grado de descomposición de los residuos en la tecnología de plasma es casi completo, lo que la convierte en la más eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Sin embargo, debido a la alta intensidad energética y los importantes costos de operación del uso de hornos de arco eléctrico, esta tecnología se utiliza para procesar residuos especiales [3] [21] .
El proceso de incineración genera una cierta cantidad de residuos sólidos y gaseosos. Posteriormente pueden ser utilizados como materias primas secundarias en la industria química o energética (gas de síntesis en la gasificación de residuos), pero con mayor frecuencia acaban en el medio ambiente. El grado de impacto de la incineración de residuos en el medio ambiente es menor cuanto mayor es el grado de descomposición de los residuos durante la incineración y, a su vez, llega a ser lo más alto posible cuando los RSU se clasifican antes de la incineración, con la eliminación de los no combustibles. y componentes propensos a la descomposición de ellos, así como el correcto funcionamiento de los incineradores, en los que se mantienen tanto la temperatura requerida como la concentración de gases de calentamiento. Cuando se utiliza la tecnología de pirólisis, un requisito previo para reducir las emisiones es la postcombustión secundaria de los gases. Además, los gases de combustión de la incineración de residuos contienen partículas finas , que requieren una filtración adicional [2] [1] [3] .
El componente principal de los gases de combustión generados durante la combustión de RSU es el dióxido de carbono : la fracción de masa de carbono en el gas es igual a la de la basura quemada. En teoría, el dióxido de carbono liberado se eliminará posteriormente de la atmósfera durante la fotosíntesis [2] [1] [3] .
Los gases de combustión contienen, en menor medida , óxidos de nitrógeno y azufre (principalmente (IV) y (VI) ), cloruro de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno , compuestos de metales pesados ( cadmio , plomo , mercurio ). Se presta especial atención a las emisiones de furanos tóxicos , así como a las dioxinas , formadas durante la combustión de materiales poliméricos que contienen cloro (por ejemplo, cloruro de polivinilo ). La mayor parte del suministro de estas sustancias al medio ambiente recae en la incineración de residuos. Sin embargo, esto se aplica no tanto a las incineradoras, sino a los incendios descontrolados en los vertederos y la incineración de residuos domésticos individuales, donde, por definición, no existen sistemas de limpieza. En las incineradoras de residuos, las emisiones de dioxinas se filtran predominantemente por adsorción (principalmente carbón activado ). Además, para la división de dioxinas y furanos se utiliza la postcombustión secundaria de gases, ya que la temperatura en la cámara de combustión primaria de la basura no es lo suficientemente alta [2] [1] [3] [22] .
Después de la incineración , quedan cenizas , aproximadamente el 4-10% del volumen de basura y aproximadamente el 15-20% de su masa [1] [3] [23] .
El calor de combustión de la incineración a veces se usa para generar calor y electricidad. El poder calorífico de los residuos sólidos municipales puede alcanzar los 8400 kJ/kg, lo que sitúa la basura a la par de algunos combustibles de baja calidad ( turba , lignito ). El valor energético medio es de hasta 600-700 kW de electricidad o 2-3 Gcal de energía térmica por 1 tonelada de residuos. La eficiencia de la incineración de residuos desde el punto de vista energético es baja, pero esta función de la incineración de residuos es secundaria. En algunos casos, el uso de plantas de incineración de residuos como centrales térmicas y eléctricas puede cubrir una parte bastante importante de las necesidades energéticas de la población. El líder en el uso de energía de la incineración es Suecia, donde las plantas de incineración generan aproximadamente el 16 % del calor del país y el 1,4 % de la electricidad del país [1] [3] [8] .
La cuestión de la viabilidad de la incineración de residuos sigue siendo debatible. A las discusiones asisten representantes comerciales interesados (asociados tanto con la incineración en sí misma como con la producción de bienes que luego se desecharán como basura), agencias gubernamentales, científicos, activistas ambientales, así como residentes cerca de las plantas de incineración de desechos que se están construyendo. [1] [2] [24] .
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