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V- Coelho-Brasil

REDUCCIÓN DE LOS IMPACTOS NEGATIVOS DE LA DISPOSICIÓN DE RESIDUOS A TRAVÉS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE

COMBUSTIBLE HECHO CON RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

Paulino E. Coelho, Ph.D. Pos- doctorado en desenvolvimiento de tecnologías de reciclaje para residuos sólidos urbanos y industriales por la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo, 1996;Ph.D. en la evaluación de sitios para disposición de residuos nucleares en la University of Western Ontario, Canadá, 1989; M.Sc. en Geociencia Económica por la Universidad de São Paulo, Brasil, 1980; Especialización en Residuos Peligrosos pela Agencia Sueca para el Desarrollo Internacional, Nyköpping, Suecia, 1996; Ha actuado profesionalmente y realizado investigaciones con residuos desde 1982, inicialmente en el Canadá y posteriormente en el Brasil, además de proyectos específicos en Angola. Dirección (1): Tavares Bastos 679, 05012-020 São Paulo, SP, BRASIL, (+5511)38726824,

wastepec@hotmail.com RESUMEN La quema del residuo sólido urbano (RSU) “in natura” con o sin la generación de la energía había sido utilizada en el pasado como manera de la disposición apropiada del RSU. Además, debido carecer en la preparación de los residuos, mismo con los dispositivos avanzados de la depuración de gases, tales plantas eran culpadas por las emisiones de gases tóxicos como dioxinas y metales pesados. La producción de RDF (combustible derivado de basura) y generación de energía esta en acuerdo con la dirección sostenible de desechos que debe implicar una mezcla integrada de tratamiento de desecho y métodos de disposición, combinados con un movimiento completo hacia la minimización de basuras (Tunnard,1999/2004) y sin los problemas de emisiones de las plantas de quema del RSU “in natura”. Este trabajo presenta un proceso que, incorporando tecnologías conocidas y operacionales, en un arreglo adecuado, permite reducir al máximo el volumen y disposición final de residuos sólidos urbanos asta al nivel de ninguna disposición final (residuo cero), con el más pequeño impacto ambiental posible y obteniendo resultados económicos de una manera sustentable. El proceso consiste en homogeneizar basuras sólidas municipales en términos de tamaño, humedad y composición de grano con una combinación de los procesos mecánicos, la termal y de mano del trabajo. En este proceso la basura genera receta, advenida de la venta de energía de la cogeneración. Además de eso, genera receta para la operadora y royalties para el ayuntamiento, advenidos del recibimiento y procesamiento de residuos industriales no peligrosos y su procesamiento para generar energía. La comercialización del vapor generado en la planta para fines industriales es también factor de incentivo la industrialización de la región próxima a las instalaciones y una otra fuente de renta a ser explorada. Otro resultado transferible para la operación y a la sociedad es la obtención de créditos de carbono, en función de la generación de energía con combustible renovable y no fósil, así como de la conversión de CH4 y CO en CO2 y reducción del transporte entre las unidades de procesamiento de residuos. La disposición de RSU a través del modelo/proceso propuesto muestra evidentes ventajas económicas, sociales y ambientales combinadas sobre otros métodos de disposición. PALABRAS CLAVE Combustible derivado de residuos, residuo sólido urbano, generación de energía

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INTRODUCCIÓN La quema del residuo sólido urbano (RSU) “in natura” con o sin la generación de la energía había sido utilizada en el pasado como manera de la disposición apropiada del RSU. Las plantas de incineración totales tradicionales estaban sujetas a las fluctuaciones de funcionamiento debido a los cambios en las características de la basura durante la alimentación de la cámara de combustión. Además, debido carecer en la preparación de los residuos, mismo con los dispositivos avanzados de la depuración de gases, tales plantas eran culpadas por las emisiones de gases tóxicos como dioxinas y metales pesados. Sin embargo, la oxidación termal de basuras sigue siendo la mejor manera de reducir la basura antes de la disposición final. Además, dependiendo del proceso, y de características de la escoria/de la ceniza, una puede generar las basuras CERO en el final del proceso, reciclando tal escoria o cenizas (Nascimento et al, 2000; Penido, 2001). Por otro lado, en tiempos de efecto del invernadero, una mejor ecuación para la combustión directa del combustible derivado de las basuras sólidas municipales puede ser obtenida si comparada a la combustión del gas del relleno sanitario. La producción de RDF (combustible derivado de basura) y generación de energía esta en acuerdo con la dirección sostenible de desechos que debe implicar una mezcla integrada de tratamiento de desecho y métodos de disposición, combinados con un movimiento completo hacia la minimización de basuras (Tunnard, 1999/2004). Por otro lado, la Directiva europea de relleno sanitario se pone los objetivos rigurosos para el desvío de basuras del relleno sanitario a más opciones de recuperación sostenibles como reciclaje, compostaje y recuperación de energía. La realización de esta Directiva crea una obligación de restringir el uso de relleno sanitario. El aumento en impuesto del relleno sanitario y la puesta en práctica de la directiva del relleno sanitario del EU significa que ésa en la disposición a largo plazo del relleno está pronosticada para convertirse en ruta más costosa y la menos más sostenible de la disposición de la basura del Reino Unido. La energía de la basura es una tecnología de dirección de desecho moderna probada. Las nuevas Directivas de CE en emisiones aseguran que las plantas EFW son hechas funcionar a estándares rigurosos y reducen al mínimo el riesgo al ambiente (Tunnard, 1999/2004). EFW puede complementar servicios de reciclaje existentes y propuestos. Muchos países europeos que alcanzan el colmo de reciclaje también tienden para tener tajas altas de la recuperación de energía.

Objetivo El objetivo del este trabajo es presentar un proceso que, incorporando tecnologías conocidas y operacionales, en un arreglo adecuado, permite reducir al máximo el volumen y disposición final de residuos sólidos urbanos asta al nivel de ninguna disposición final (residuo cero), con el más pequeño impacto ambiental posible y obteniendo resultados económicos de una manera sustentable. Metodología empleada Fueron visitadas, estudiadas y evaluadas instalaciones de procesamiento de RSU “in natura” para fines de reciclaje, instalaciones de tratamiento térmico de residuos en operación, sistemas de tratamiento de efluentes y emisiones en uso, unidades generadoras de energía a partir de biomasa (Lámina 1) e instalaciones piloto utilizando la integración de estos procesos (Lámina 2). Después de reuniones con varios técnicos de las diversas instalaciones, se pasó a definir la aplicación del concepto para un caso real. Con base en estas observaciones, un equipo constituido por ingenieros, administradores, economistas, asistentes sociales y abogados preparó un amplio y profundo estudio para una ciudad de 700 mil habitantes en Brasil. Para esta, fue elaborado un plano director de residuos y propuesto como solución la implantación del presente proceso con dos opciones de arreglo. Los parámetros de desempeño ambiental fueron evaluados en función de los resultados obtenidos en las varias instalaciones visitadas y en pruebas piloto efectuados (Tabla 1).

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TABLA 1. Garantías de emisión de gases en la combustión de la Central de producción de RDF y generación de energía a partir del RSU

GARANTÍAS DE EMISIÓN DE GASES EN LA COMBUSTIÓN

Componentes (mg/Nm3)

Norma Brasileña (Res.Conama 316)

Emisión de proyecto

Proyecto x Conama

Tecnología PROBADA

Emisión Máxima (Esperada)

Norma Europea

(Garantizada)

SO2 280 47 16,79% 106 200

NOx 560 187 33,39% 200 400

HCl 80 9 11,25% 20 50

HF - - - 0,2 1,0

Polvo 77 (100ppm) 9 11,69% 10 30

Cd, TI 0,28 (CL.I) 0,04 (CL.I) 14,29% 0,01 0,05

Hg 1,4 (CL.2) 0,45 (CL.2) 32,14% 0,02 0,05

As, Pb, Cr, Co, Cu 7,00 (CL.3) 0,45 (CL.3) 6,43% 0,01 0,50

Dioxinas e Furanos (mg/Nm3)

0,5 0,093 18,60%

0,05 0,10

EL PROCESO Y SUS ETAPAS DE DESARROLLO El proceso consiste en homogeneizar basuras sólidas municipales en términos de tamaño, humedad y composición de grano con una combinación de los procesos mecánicos (Lamina 3), la termal (Laminas 4 y 5) y de mano del trabajo (Lamina 6). Este último procedimiento se prefiere en países en vías de desarrollo como manera de generar trabajos y renta entre la gente sin calificaciones y duras de emplear. Por lo tanto, éste es más un componente social que una necesidad técnica. Esto también impide la presión en mantener un relleno sanitario mal funcionando o las disposiciones incontroladas que recolectan a gente para limpiar para el alimento, los reciclables y las mercancías para la venta como tarea el sobrevivir. La producción del combustible de RSU permite retirar casi todo el (si no todo el) metal de la corriente de basura, así como una parte (si no más) de los plásticos con cloro (Lamina 7) promoviendo emisiones de una calidad mejor con poca ocasión para la formación del dioxina y las emisiones de los metales pesados. El proceso también proporciona un tamaño homogéneo que alimenta en la cámara o la caldera de combustión (Lamina 8). La energía calorífica se puede también controlar por un fregadero de alimentación del almacenaje antes de la oxidación termal, donde mezclando con otras basuras limpias de la biomasa, por ejemplo el aserrín o las basuras de madera, puede ocurrir. Un arreglo termal adecuado del tratamiento (Figura 1.), además de aumentar energía calorífica, lanza, al principio, posiblemente los actuales gases que son más volátiles, por ejemplo el mercurio. Éstos se pueden extraer al tratamiento en una temperatura más baja antes de conseguir en la caldera o la cámara de combustión. Finalmente, es también posible utilizar los dispositivos más avanzados recientemente patentados de la depuración de gases para obtener incluso emisiones mejores. Los tamaños de las instalaciones, costos y la generación de energía hacen tal solución ideal para las ciudades que generan más que 390 toneladas/día de RSU. Sin embargo, uno debe notar que este número puede ser obtenido terminando el peso del RSU con los desechos no peligrosos de la industria o de basuras agrícolas. Las solas plantas pueden empiezan 130t/día del RSU. Además del crédito de la generación de la energía, los créditos del carbón son otra fuente de la renta. Estas entradas del dinero ayudan a facilitar costes de la planta. Dos diversas instalaciones modelos, procesando el RSU al combustible derivado de RSU, uno asociado a la generación de la energía en el proceso y el otro planearon utilizar una caldera de la biomasa de la industria de la caña de azúcar para la generación de la energía, constituida la base para un proyecto grande con este concepto que se montará en el Brasil.

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Figura 1. Flujo grama de la fábrica piloto en operación

RESULTADOS OBTENIDOS Con la operación propuesta, la disposición de RSU en el ambiente se cae progresivamente la cero. El biogás de basureros o rellenos sanitarios no es generado, pues ya no hay basura dispuesta para ser fermentado, por lo tanto cesa la generación de gas CH4 de los residuos a que sean dispuestos. Paralelamente, la generación de CO2 en el proceso es inferior a la generación de otras fuentes de energía. El procesamiento de RDF (biomasa) y no RSU, minimiza las emisiones de metales pesados (volátiles) y de gases órgano-clorados, entre ellos las dioxinas. La emisión de estas últimas, si se procediera, en la oxidación termal de RSU es como mínimo 50 veces menor que las emisiones actuales derivadas de la quema de basura a cielo abierto en basureros. Otro resultado transferible para la operación y a la sociedad es la obtención de créditos de carbono, en función de la generación de energía con combustible renovable y no fósil, así como de la conversión de CH4 y CO en CO2 y reducción del transporte entre las unidades de procesamiento de residuos. En este proceso la basura genera receta, advenida de la venta de energía de la cogeneración. Además de eso, genera receta para la operadora y royalties para el ayuntamiento, advenidos del recibimiento y procesamiento de residuos industriales no peligrosos y su procesamiento para generar energía. La comercialización del vapor generado en la planta para fines industriales es también factor de incentivo la industrialización de la región próxima a las instalaciones y una otra fuente de renta a ser explorada. Un resumen de los beneficios de la operación, comparado con un basurero, puede ser visto en el tabla 2.

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TABLA 2. Resumen de los beneficios de la producción de RDF y generación de energía a partir del RSU

PARÁMETROS BASURERO A CIELO ABIERTO

FABRICACIÓN DE RDF Y GENERACIÓN DE ENERGÍA

Generación de efluente (m3/día) 456 nula (circuito cerrado)

Generación de CH4 – biogás (m3/ día) 38874 no hay

Disposición en solo (t/día) 500 25 (solo inicial)

Generación de CO2 - biogás (m3/día) 29326 1000

Generación de Dioxinas (ppb) 50 x x

Pepenadores sí no hay

Potencial de proliferación de vectores (/día) 750 x 106

nula

Trabajo infantil si no hay

Generación de energía (Mwh) no hay 8,68

Generación de vapor (t/h) no hay 54

Créditos de carbono (CH4) (US$/día) no hay 2775

Créditos de carbono (CO2) (US$/día) no hay 158

La productividad alcanzada con el modelo es aquella calculada por el flujo líquido de los costes incurridos para su implantación y operación (tarifa pagada por el poder concedente a la concesionaria) y las recetas revertidas para el municipio en forma de suministro de energía eléctrica, otorga por la concesión de los servicios y créditos de carbono, así como resultados positivos indirectos (costes evitados con energía eléctrica, aterrizaje, salud y recetas con la venta de materiales reciclados) advenidos del método de tratamiento utilizado por el sistema. Los efluentes líquidos del resfriamiento y del lavado de gases, juntamente con la pequeña cantidad de “chorume” generada en el foso de recepción de la central es utilizada en el proceso, no habiendo emisión de cualquier efluente líquido para el ambiente, contrariamente a lo que ocurre en los terraplenes y basureros, donde mismo tratados tales líquidos alteran los manantiales de aguas superficiales y subterráneas. Además de utilizar área substancialmente menor que los terraplenes y basureros, no hay contacto directo de los residuos con el suelo desde la recepción hasta la conclusión del procesamiento, evitando la degradación de grandes áreas y manantiales. Además de eso las escorias y grises generados en el proceso de oxidación termal, pueden ser utilizados en la fabricación de bloques cerámicos, como súbase de pavimentos o aún en la fabricación de sales minerales para la corrección de suelos ácidos;

Contrariamente a lo que ocurre en terraplenes y basureros, desde que llega en la instalación, un sistema de extenuación evita la propagación de olores de los residuos ingresa y externamente la fábrica. El aire exhausto es utilizado en la alimentación de la cámara de combustión o caldera. Las emisiones gaseosas decurrentes de la oxidación termal son minimizadas por la retirada de metales y compuestos organohalóides en el proceso de preparación del RDF, además del tratamiento por choque térmico en ambiente alcalino. Los gases emitidos presentan concentración inferior a las máximas permitidas por las restrictivas normas europeas.

Por no ser agresiva por la mitad ambiente (y por ser dotada de sistema que impide la emanación de los olores de la basura), la central de producción de RDF y generación de energía, puede ser instalada prójima a las comunidades generadoras de los residuos, permitiendo expresiva economía, financiera y ambiental, en la logística del transporte de la basura, tanto en la colecta, como en la transferencia para los, generalmente, distantes locales de destinación final. Una de las instalaciones en operación en Brasil está localizada entre un hospital y un restaurante universitario. La solución no requiere extensas áreas para su instalación, cuando comparada las áreas demandadas por otras alternativas de destinación final (rellenos sanitarios, p.ej.), además de lo que, se trata solución

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modulada, posibilitando el crecimiento de la fábrica en áreas reducidas y sin degradación del medio ambiente Comparando este modelo con otro apoyado en relleno sanitario, para un municipio con 700 mil habitantes, puede se ver que al fin de 20 años (duración general de una concesión) el resultado de la operación será extremamente positivo, conforme la tabla 3. TABLA 3. Resumen del flujo líquido

DESCRIPCIÓN UNIDADE CUANTIA.

ANUAL

PRECIO UNITÁRIO

(R$)1

TOTAL ANUAL (R$)

COSTO GERENCIAMIENTO DE RESÍDUOS

(27.621.000,00)

TARIFA ton 162.000,00 (170,50) (27.621.000,00)

RECETAS REVERTIDAS PARA EL MUNICÍPIO

15.662.289,00

GENERACIÓN DE ENERGIA

Mwh 72.000,00 169,08 12.173.760,00

OTORGA POR LA CONCECIÓN

R$ 27.621.000,00 1,00% 276.210,00

CRÉDITO DE CARBON - CH4

ton 9.648,60 315,00 3.039.309,00

CRÉDITO DE CARBON - CO2

ton 11.534,00 15,00 173.010,00

EXTERNALIDADES 21.568.886,54

RECEITA COM A RECICLAGEM

vb 1,00 2.911.626,00 2.911.626,00

COSTOS EVITADOS CON LA RECICLAJE

R$ 15.526.040,54

VIDRO ton 6.544,80 70,58 461.917,85

LATAS DE ALUMÍNIO

ton 486,00 4.118,06 2.001.376,09

LATAS DE AÇO ton 2.511,00 996,61 2.502.487,01

PLÁSTICO ton 10.692,00 987,68 10.560.259,59

OTROS COSTOS EVITADOS R$ 3.131.220,00

ÁREA PARA DISPOSICIÓN FINAL

m2 5.248,80 25,00 131.220,00

MANTENIMIENTO DEL RELLENO

mes 12 250.000,00 3.000.000,00

SALDO LÍQUIDO

R$ 9.610.175,54

(1) R$2,10 = US$1.00

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La disposición de RSU a través del modelo/proceso propuesto muestra evidentes ventajas económicas, sociales y ambientales combinadas sobre otros métodos de disposición. Debido a las características

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del modelo/proceso propuesto se recomienda su implantación en ciudades que gestionan RSU en un total igual o mayor que 390t/día, aunque para alcanzarse este montante, haya que incorporarse al RSU residuos industriales combustibles no peligrosos.

BIBLIOGRAFIA NASCIMENTO, L.C.A.;ALMEIDA FILHO, N.B.;ZAKON, A., 2000. Cinzas de incineração de lixo: matéria-prima para cerâmicas, in Ciência Hoje, pp. 63-67. PENIDO, J.H.,2001. Energia derivada dos resíduos, Warmer Bulletin #78, www.resol.com.br TUNNARD, C., 1999 (2004 review). B&NES Waste Strategy – Energy form waste incineration.

LAMINAS

Lamina 1 unidad generadora de energía a partir de biomasa

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Lamina 2. Fábrica piloto de producción de RDF y generación de energía

Lamina 3. Tamiz rotativo para separación de los residuos provenientes del cilindro térmico

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Lamina 4. Detalle de alimentación del cilindro térmico procesador de presión y temperatura

Lamina 5. Vista del interior del cilindro térmico con el cargamento de Residuos Sólidos Urbanos

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Lamina 6. Estera tradicional por la coleta de reciclabais

Lamina 7. El PVC es fácilmente individualizado y recolectado no impactando las emisiones de la

combustión

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Lamina 8. Colecta de reciclabais post-higienización y tamización.