La incineración es un proceso bien conocido que implica la conversión de residuos tóxicos y peligrosos en residuos menos tóxicos o no tóxicos mediante el calentamiento a una temperatura muy alta para convertirlos en gases y partículas. La incineración se considera una opción atractiva después de la reducción en la fuente y el reciclaje. Este método a veces se prefiere sobre otros métodos de tratamiento porque destruye de forma permanente los componentes peligrosos en los residuos.
También es preferible destruir o reducir por completo cualquier residuo peligroso en lugar de mantenerlo en contenedores de disposición a largo plazo en tierra. Se considera que los equipos de incineración adecuadamente diseñados son capaces de lograr el más alto grado general de destrucción y control para la mayor variedad de corrientes de residuos peligrosos. La incineración emplea la destrucción térmica a una temperatura muy alta (> 1000 °C) para eliminar la fracción orgánica a través de un proceso de oxidación de los residuos y convertirlos en gases inofensivos.
Normalmente, todo tipo de residuos orgánicos o materiales combustibles son candidatos potenciales para la incineración. Incluso el agua y los suelos contaminados se eliminan actualmente mediante incineración.
Los tipos más comunes de incineradores son:
- Hornos rotatorios
- Inyección de líquidos
- Lechos fluidizados
- Unidades de hogar abierto (de múltiples hogares)
Los hornos rotatorios son cilindros revestidos de refractario que se montan en un ángulo respecto a la horizontal y se giran a una cierta velocidad. La rotación ayuda a mezclar y mover los residuos sólidos o líquidos dentro del horno. Puede manejar cualquier tipo de residuo sólido o líquido. Este incinerador se alimenta desde la parte superior. Tiene diferentes relaciones de longitud a diámetro dependiendo de los requisitos. La temperatura de trabajo varía de 1500 °F a 3000 °F y la velocidad de rotación puede variar de 0,2 a 2 pulgadas por segundo.
Las suspensiones y los líquidos se inyectan con la ayuda de boquillas, mientras que los sólidos se introducen a través de un sistema de empaque y tambor. La velocidad de rotación y el ángulo en el que se posiciona controlan el tiempo de residencia del sólido en el horno. Normalmente, los residuos sólidos se convierten en CO, materia particulada o cenizas. Para lograr la oxidación completa de los gases de combustión y la materia particulada, el horno también está provisto de una cámara de combustión secundaria. Los combustibles volatilizados salen del horno y entran en la cámara secundaria donde se coloca un tubo de oxidación completa.
Una amplia variedad de residuos puede ser incinerada en un horno rotatorio simultáneamente sin detenerlo. Numerosos residuos peligrosos que antes se depositaban en vertederos y se inyectaban en pozos profundos se destruyen actualmente de manera segura y económica mediante el uso de hornos rotatorios, como CFC, PVC, PCB, aceites refrigerantes clorados, entre otros.
Los incineradores de inyección de líquidos (LII) son utilizados para quemar residuos líquidos que pueden ser bombeados, inyectados y convertidos en un aerosol a alta presión. Hay tres tipos de LII: verticales, horizontales y de combustión tangencial en vórtice. Los horizontales y verticales son básicamente similares en condiciones de funcionamiento. La unidad de combustión tangencial tiene una liberación de calor mucho mayor y una mezcla generalmente superior a las otras dos unidades, lo que la hace más atractiva para la eliminación de residuos con alto contenido de agua y materiales de combustión deficiente. La temperatura varía de 1300 °F a 3000 °F para estos LII.
Normalmente, un incinerador de inyección de líquidos consta de dos etapas. La cámara primaria es un quemador donde se incineran los líquidos combustibles y los residuos gaseosos. Los residuos líquidos y gaseosos no combustibles suelen pasar por alto el quemador e ingresar aguas abajo del quemador en la cámara secundaria. Estos residuos se introducen en forma de aerosol. El aerosol es transportado por una bomba de presión, que bombea los residuos junto con el aire dentro de la cámara de combustión a través de un atomizador o boquilla. Un buen atomizador garantiza una quema completa. El combustible líquido residual se transfiere de los tambores a un tanque de alimentación. El tanque se alimenta al incinerador a alta presión. Normalmente, un combustible líquido o un gas precalienta el incinerador antes de la introducción de residuos. Puede ser necesario un proceso de filtración para eliminar los sólidos antes de la inyección a través del quemador.
Los residuos líquidos de alta densidad se pueden bombear después de precalentarlos para disminuir su viscosidad, lo que ayuda no solo en el bombeo, sino también en la producción de aerosoles en el incinerador.
Los líquidos residuales, que contienen álcali, materia orgánica, sustancias tóxicas o un catalizador, se descomponen térmicamente para su tratamiento no peligroso y, al mismo tiempo, se recupera la sal alcalina. Dichos líquidos residuales, mencionados anteriormente, se atomizan y se rocían en la llama a alta temperatura mediante el uso de un quemador de alta liberación de calor y llama corta (quemador de vórtice) para una descomposición completa.
El rendimiento de este tipo de incinerador se puede resumir de la siguiente manera:
Líquidos residuales alcalinos: NaCl, Na2CO3 o Na2SO4 se pueden recuperar mediante tostación oxidante.
Líquidos residuales orgánicos: los líquidos residuales que contienen amina, nitrilo o sulfato de amonio se pueden descomponer térmicamente.
Líquidos residuales peligrosos: los líquidos residuales que contienen halógenos orgánicos o revestimientos metálicos se pueden convertir en no peligrosos.
Los incineradores de lecho fluidizado se utilizan para quemar sólidos finamente divididos, lodos, suspensiones y líquidos. El lecho consta de material granular como arena, que se suspende mediante aire presurizado en un estado altamente turbulento, lo que hace que el lecho se comporte como un fluido por encima del piso de la cámara de combustión. Los residuos se transportan al lecho fluidizado a una temperatura muy alta y, al entrar en contacto directo, se queman y se convierten en gases y cenizas. Los gases se mueven fuera de la cámara de combustión, mientras que las cenizas atrapadas en el material del lecho se eliminan eventualmente cuando se reemplaza el material del lecho.
Las ventajas de los incineradores de lecho fluidizado incluyen un diseño compacto y simple, bajo costo, alta eficiencia de combustión, bajas temperaturas de los gases y una gran área superficial para la reacción. Las desventajas son la eliminación de cenizas y el carbono que se acumula en el lecho. Se utilizan principalmente en la industria petrolera y papelera, en la eliminación de virutas de madera y lodos de alcantarillado.
Los incineradores de múltiples lechos consisten en una serie de lechos planos colocados en serie de abajo hacia arriba, con un eje central giratorio y provistos de brazos y dientes de rastrillo para cada lecho. Los lechos están revestidos con material refractario y también están provistos de sopladores de aire, quemadores de combustible, un sistema de eliminación de cenizas y un sistema de alimentación de residuos. Los residuos sólidos se alimentan a través del techo, mientras que los líquidos y gases se introducen desde las boquillas del quemador. El eje central con los brazos del rastrillo distribuye los residuos por la parte superior del lecho hacia los orificios de descarga. Luego, los residuos caen al siguiente lecho en serie hasta que se descargan como cenizas en la parte inferior. La temperatura varía desde 500 °F en el lecho superior hasta 1800 °F en el lecho medio. Se coloca un tubo de incineración en el lecho medio. Debido al mayor tiempo de residencia, los materiales con baja volatilidad se pueden vaporizar. La evaporación de grandes cantidades de agua es una ventaja adicional.
La disposición adecuada de los desechos es un desafío importante para la sociedad. La incineración es una opción atractiva después de la reducción en la fuente y el reciclaje, ya que permite la destrucción permanente de los componentes peligrosos de los materiales de desecho. Los diferentes tipos de incineradores, como los hornos rotatorios, los incineradores de inyección de líquidos, los incineradores de lecho fluidizado y los incineradores de múltiples lechos, se utilizan para tratar diferentes tipos de residuos y ofrecen ventajas y desventajas específicas. Es importante considerar la tecnología de incineración adecuada y cumplir con las regulaciones y estándares ambientales aplicables para garantizar un manejo seguro y eficaz de los residuos.