GESTIÓN ESPECIALIZADA DE RESIDUOS SÓLIDOS, SOLUCIONES SOSTENIBLES E INNOVADORAS

VICTORIA ALEJANDRA ARELLANO PÁJARO

Aporte Individual

Manejo Integrado de Residuos Sólidos

UNIVERSIDAD DE MANIZALES FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONÓMICAS Y ADMINISTRATIVAS

MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE BARRANQUILLA – ATLÁNTICO

20 de abril de 2016

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................... 4

1. COGENERACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA – WASTE TO ENERGY.................. 5

2. VITRIFICACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS DE ALTA TOXICIDAD ................... 7

3. CONCLUSIÓN............................................................................................................................................. 11

BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................................... 12

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Información general de la planta de cogeneración de Suecia ........................................... 6

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Diagrama de flujo del proceso de Cogeneración en Suecia ............................................. 7 Figura 2 Diagrama de vitrificación co horno cerámico de fusión de alimentación líquida directa. ..................................................................................................................................................................... 8 Figura 2 Diagrama de instalación de vitrificación de Marcoule......................................................... 9 Figura 3 Diagrama de la primera fase de Planta de Vitrificación ...................................................... 9

INTRODUCCIÓN

Dado que la producción de residuos es creciente, como el crecimiento poblacional y la

demanda de recursos como la energía, se ha hecho relevante encontrar soluciones que

permitan abordar de manera integradoras los problemas que ha ocasionado el modelo de

desarrollo y crecimiento seleccionado en algunos territorios.

Las tecnologías de gestión de residuos en las últimas décadas han ido evolucionando

rápidamente, frente a las normas ambientales restrictivas y el aumento de la conciencia

ambiental de la población. En la actualidad el abordaje de los residuos sólidos, es distinta,

ya que se visionan como material susceptible a ser parte de la cadena productiva, por lo que

las nuevas tecnologías se en caminan a aprovechar esto.

Para el caso de los residuos con características peligrosas, es similar, se ha buscado una

reducción en el a producción y a la vez formas que permitan la recuperación o neutralización

de los mismos.

Con el presente aporte individual se buscó explorar algunas de las tecnologías innovadoras

utilizados para la gestión de Residuos Sólidos Ordinarios (RSU) y Residuos Sólidos

Peligrosos (RESPEL). Efectuándose un análisis de las tecnologías de Cogeneración con el uso

de combustibles derivados de residuos sólidos urbano y el tratamiento de residuos de alta

toxicidad por Vitrificación.

1. COGENERACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA – WASTE TO ENERGY

La cogeneración se entiende como la producción simultánea de dos o más tipos de energía, siendo normalmente generado electricidad y calor para procesos o calefacción, aunque puede ser también energía mecánica y calor (y/o frío). (Tchobanoglous, 1994)

Una de las condiciones de la cogeneración, es que al pretender aprovechar el calor, es necesario que haya proximidad con el usuario final (consumidor), distinto a los sistemas térmicos convencionales de producción de electricidad, donde a pesar de generarse calor estés no es aprovechado, sino que es emitido al ambiente. Por consiguiente, el objetivo de la cogeneración es que no se pierda la gran cantidad de energía, producto de los procesos térmicos.

Una central termoeléctrica tradicional transforma la energía química contenida en un combustible fósil (carbón, fuelóleo, gasóleo, gas natural) para producir una energía térmica, que es convertida en energía mecánica, que a la vez es transformada por medio de un alternador en energía eléctrica, de alta calidad, alcanzando un rendimiento en la producción de electricidad no mayor al 45%; el resto se emite a la atmósfera en forma de gases de escape (Plantas de Cogeneración, 2016).

Las plantas de cogeneración buscan efectuar un aprovechamiento energético, llegando a un rendimiento global que pueden oscilar entre el 75% y el 90% de la energía química contenida en el combustible. Para el caso Waste to Energy, es aprovechar el contenido combustible de los residuos urbanos y/o industriales, pudiendo así reemplazar el combustible fósil por combustible derivado de residuos (CDR).

Los CDR corresponde a residuos sólidos urbanos estabilizados por medio de proceso biomecánicos, para luego ser destinados a valoración energética en procesos térmicos, como los de Cogeneración. Los métodos principales para producción de CDR son:

El tratamiento mecánico/físico: los residuos se separan, la fracción seca de la fracción húmeda. La fracción húmeda se desvía para otro tipo de aprovechamiento y la fracción seca se acondiciona para obtener una mezcla adecuada de residuos, para usar como combustible.

Biosecado: en esta etapa los residuos son triturados, libre de contaminantes, se fermenta y se criba para eliminar residuos metálicos de menor tamaño. Dependiendo de la mezcla de residuos requerida para el sistema, se efectúan las mezclas de residuos para obtener el CDR.

Cuando se utilizan CDR para generación, estos deben cumplir con unas especificaciones de calidad relacionadas con su composición, su PCI (Poder Calorífico Inferior) y el nivel de contaminantes, esto para garantizar una buena combustión.

ESTUDIO DE CASO: PLANTA DE COGENERACIÓN DE TORSVIK - SUECIA

Entre los proyectos de cogeneración con CDR a gran escala encontramos la Planta de cogeneración Torsvik, ubicada en el Municipio de Jönköping en Suecia.

Foto 1 planta de cogeneración de Suecia

Fuente: International District Energy Association, 2015

Tabla 1 Información general de la planta de cogeneración de Suecia

Información general Nombre: Planta de cogeneración Torsvik, Suecia

Propietario: Municipio de Jönköping Operador: Jönköping Energi AB

Tecnología: Waste to Energy con generación de calor y electricidad (WtE-CHP, Siglas en ingles)

Capacidad diseñada: 162.000 Ton/año Valor calórico medio del CDR 11,7 MJ / kg

El material de entrada 40% de RSU 60% de residuos industriales

Productos Producción Electricidad 350 GWh pa Calor 100 GWh pa

Eficiencia global de la planta 92% Usuarios finales El calor se suministra a la red de

calefacción urbana en Jönköping y Huskvarna, que suministra alrededor de 30.000 hogares

Ubicación: fábrica de papel Munksjö, Torsvik, Suecia

Área de servicio: Jönköping Municipio Comercial de puesta en

marcha: 2006

Fuente: EPEM S.A., 2015

Figura 1 Diagrama de flujo del proceso de Cogeneración en Suecia

Fuente: EPEM S.A., 2015

LIMITACIONES ASOCIADAS A LA TECNOLOGÍA

Según Aguilar (2008), las limitantes operativas para trabajar en cogeneracion son:

Operar en modo de cogeneración implica que la producción de potencia (electricidad) y calor están acopladas, de manera que no se puede variar una sin afectar a la otra.

Confiabilidad de la planta: cuando una unidad dentro de un esquema de cogeneración falla o debe salir de operación para mantenimiento, se implica tanto la producción de electricidad como la de calor, por lo que, hay que dejar de operar la planta en modo de cogeneración para asegurar un nivel mínimo de confiabilidad.

Costos de inversión: Los equipos utilizados en esquemas de cogeneración, especialmente las turbinas de gas y los recuperadores de calor, son significativamente más costosos en comparación con una caldera.

2. VITRIFICACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS DE ALTA TOXICIDAD

La vitrificación es un tipo de tratamiento térmico en el que se exponen los residuos a una temperatura entre 1300 y 1500 °C, obteniendo del proceso un material vítreo y moldeable de color oscuro, cabe anotar que el material final es totalmente inertes y estable a lo largo del tiempo. Este tipo de tecnología es muy adecuada para el tratamiento de residuos inorgánicos altamente tóxicos y corresponde a una de las tecnologías más apropiada para inertizar residuos.

Las principales etapas del proceso de vitrificación corresponde a (Baehr, 1989):

a. la concentración de la solución de desechos líquidos de actividad alta (HLLW) por evaporación del agua y ácido nítrico

b. Secado y calcinación, que descompone los nitratos a óxidos; c. Reacción de los óxidos con aditivos vitrificadores.

d. fusión para producir vidrios de desechos de actividad alta1 (HLW, siglas en ingles).

Según los procesos, estas etapas pueden ser separadas o combinadas; es decir, los procesos pueden ser de una o de varias etapas.

Figura 2 Diagrama de vitrificación co horno cerámico de fusión de alimentación líquida directa.

Fuente: (Grover, 1988)

Se han desarrollado dos procesos principales de vitrificación para la conversión de soluciones de HLLW a vidrios de borosilicato. Uno es el bien conocido proceso francés AVM (Atelier de Vitrification Marcoule) y el otro es el proceso continuo con horno de fusión cerámico en una sola etapa, para el tratamiento de desechos líquidos radiactivos de la planta Pamela diseñada en la República Federal de Alemania y ubicada en Mol (Bélgica).

ESTUDIO DE CASO: PLANTA DE VITRIFICACIÓN DE MARCOULE –FRANCIA

Esta es una planta de vitrificación construida para tratar todos los residuos nucleares de la central nuclear de Marcoule – Francia. Esta entro en operación en el año 1978, con una producción máxima de 18 kilogramos de vidrio por hora, con una alimentación de 40 litros de solución de residuos por hora.

El proceso AVM consta de una combinación de un horno rotatorio y un crisol metálico calentado por inducción para la fusión del vidrio. El vidrio se vierte en un recipiente de acero inoxidable refractario que, una vez lleno, se sella con una tapa mediante soldadura automática por plasma (Baehr, 1989).

1 Los términos "desechos de actividad baja, media o intermedia, y alta" de uso universal, significan los desechos con diferentes concentraciones de radionucleidos o de radiactividad. n. El término "desecho de alta actividad" supone generalmente un refinado (efluente líquido) procedente del primer ciclo de las operaciones de reelaboración del combustible para recuperar el plutonio y el uranio no quemado.

Figura 3 Diagrama de instalación de vitrificación de Marcoule.

Fuente: Baehr, 1989.

ESTUDIO DE CASO: PLANTA DE VITRIFICACIÓN DE CENIZAS MELILLA - ESPAÑA

La planta de vitrificación de Melilla- España, está destinada para el tratamiento de cenizas productos de la generación térmica de energía. Este proyecto se encuentra diseñado en dos fases, teniendo un costo la primera fase de 1.649.000 euros (en el 2006). El objetivo de esta planta es eliminar el almacenamiento de cenizas, y aprovechar para lleno el material inertizado.

La primera fase de esta Planta comprende (Melilla medio ambiente, 2016):

a) Silos de almacenamiento de cenizas y fundentes (con vis sinfín regulables). Las cenizas de incineración procedentes del silo de la PIRSU, se mezclarán con fundentes, variables según las piezas vitrocerámicas a obtener cuando estén operativas las dos fases.

Figura 4 Diagrama de la primera fase de Planta de Vitrificación

Fuente: Melilla medio ambiente, 2016

b) Un sistema de alimentación de residuo y fundente.

c) Una tolva de carga del contenerizador (con vis sinfín regulable).

d) Un contenerizador. Preparará las cenizas para transporte en contenedores, ensacadas o compactadas, con pérdida de agua (lixiviados) para disminuir peso.

e) Un sistema de depuración de lixiviados.

LIMITACIONES ASOCIADAS A LA TECNOLOGÍA

Hay materiales que por su naturaleza no son vitrificables. Los materiales para ser vetrificables debes pasar cierto nivel de oxidación.

No es posible procesar materia organica, ya que a cierta temperatura esta se gasifica.

Para el caso de tratar residuos con presencia de cloruros y sales en general, se debe contar con un sistema de tratamiento de gases adicional que permita precipitar el cloro. Esta misma situación para con los sulfuros que al ser procesado residuos con presencial del mismo hay emisión de SO2/SO3.

Si el proceso de fusión de vidrio se realiza en un horno de fusión metálico la capacidad de tratamiento se limita a 30 a 40 litros por hora pero son el bajo costo y de fácil manipulación, mientras que si se efectúa con hornos de fusión cerámicos hay elevados costos y una manipulación comparativamente complicada, pero la capacidad de producción de HLLW es superior a 100 litros por hora.

3. CONCLUSIÓN

Hay múltiples opciones tratamiento de residuos sólidos urbanos no peligros y residuos peligrosos. El reto es encontrar la tecnología que se adecue a las condiciones sociales, económicas y ambientales de los territorios, y además es necesario que se desarrolle un marco normativo y de subsidios para algunas que permita aumentar la viabilidad de algunos sistemas.

De la opción de analizada para el aprovechamiento de residuos ordinarios e industriales no peligrosos, se puede concluir que, hay un potencial energético considerable en los residuos, que a través de procesos de separación y acondicionamiento, estos puede ser introducidos adecuadamente como combustible derivado de residuos (CDR). El potencial de aprovechamiento de los RCD no solo se orienta hacia el sector de la generación y cogeneración, sino también, puede ser utilizado fácilmente dentro de las cementeras.

En cuanto a la vitrificación, esta ha sido un respuesta al interés de tratar corriente de residuos altamente toxicas, como es el caso de los residuos nucleares. A pesar de que esta tecnología empezó a desarrollarse desde el año 1978 en Francia, aún no está ampliamente difundida, con todo y los buenos resultados que ha mostrado.

Del análisis efectuado, si bien se detectaron limitaciones en la implementación de las tecnologías, es importante tenerlas en cuenta como posibles sistemas de aprovechamiento y neutralización de residuos peligrosos.

BIBLIOGRAFÍA

Baehr, W. (1989). Procesos industriales de vitrificación para soluciones de desechos líquidos de actividad alta . Boletín del OIEA, 43-46.

EPEM S.A. (30 de Octubre de 2015). Waste Control software. Obtenido de Database of Waste Management Technologies: http://www.epem.gr/waste-c-control/database/default.htm

Grover, J. R. (1988). Solidificación de desechos de alta actividad . Boletín de OIEA , 29-30.

Melilla medio ambiente. (22 de 04 de 2016). Comunicados. Obtenido de Melilla medio ambiente.com: http://www.melillamedioambiente.com/index.php?option=com_content&task=view&id=1093

Plantas de Cogeneración. (21 de 04 de 2016). Cursos de cogeneración. Obtenido de Plantas de Cogeneración: http://www.plantasdecogeneracion.com/index.php/las-plantas-de-cogeneracion

Tchobanoglous, G. (1994). Gestión integral de residuos sólidos (Vol. I). (A. García, Ed.) Madrid, España: McGraw-Hill.