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Más allá de una presentación técnica aislada de los aspectos concernientes a incineración, preferiremos enmarcar este “proceso unitario” y sus múltiples implementaciones dentro del conjunto de recursos o componentes de un sistema sinérgico de manejo de residuos sólidos, esto es combinándolo con los otros componentes clásicos de un tal sistema: minimización/reducción de generación de residuos, programas de recuperación y reciclado de elementos valiosos, programas de compostaje y rellenos sanitarios.
Por lo tanto, más que prescribir o fomentar instancias de incineración en forma indiscriminada, es el objetivo de este material, el cubrir algunos de los aspectos más importantes en su empleo así como reafirmar la concepción de la alternativa de incineración trabajando “en equipo” con los otros componentes, de manera de posibilitar la combinación más apropiada para una situación específica. Frecuentemente no es posible transplantar “soluciones” que contemplen o absorban la gran variabilidad que presentan las aplicaciones de incineración. Intervienen aspectos culturales, hábitos sociales, legislación vigente, economías regionales diferentes, así como aspectos netamente gubernativos o municipales, consideraciones todas que trascienden una consigna exclusivamente del “campo de ingeniería.”
Si bien podemos afirmar que ha habido un aumento en la participación efectiva en programas de reciclado, minimización de desperdicios, compostaje y recuperación, las alternativas de incineración y relleno sanitario, aún cuando constituyen tecnologías adecuadas, económica y técnicamente, son componentes necesarios. Si bien todos tenemos presente la considerable “impopularidad” de estos dos últimos, polémica reavivada prácticamente desde el momento en que se propone la localización posible de una planta, es probable que negligencia en el abordaje del tema, o su eventual dilatación, puede provocar una situación crítica que fuerce decisiones que más tarde serán desafortunadas. Al igual que en el caso de tratamiento de efluentes, las tecnologías empleadas son conocidas con bastante razonabilidad y comparable experiencia.
Tomando como base los históricos de evolución de las alternativas de manejo de resíduos sólidos en por ejemplo E.E.U.U. vemos una disminución de participación de los rellenos sanitarios (c. 80% en 1980, c. 67% en 1990), un aumento en recuperado/compost (c. 7% en 1960, 13% en 1988, estimado 25 – 35% para 2000), así como un aumento en la participación de incineración (10% en 1980, 16% en 1990, estimado 21% en 2000). Esto no significa que hayan disminuído las cantidades absolutas de residuos a procesar sino que ha cambiado la proporción de participación de las distintas tecnologías. Vemos por lo tanto, que es en el conjunto colaborativo/integrado de las distintas tecnologías que debe apoyarse cualquier programa factible de manejo de residuos sólidos.
Es importante notar, es casi un orden de magnitud mayor, la situación de los residuos de origen no municipal, no contemplados en las “estadísticas” usuales de residuos sólidos de tipo municipal (MSW). Entre los residuos de origen no municipal podemos destacar residuos agroindustriales, construcción, lodos municipales, cenizas de combustión, industria de cemento, caldera, residuos hospitalarios, suelos contaminados, industrias extractivas, refinería y gas, así como una variedad de otros sectores industriales.
A grosso modo, dos de los grandes atractivos de incineración lo constituyen la posibilidad de reducir el volumen sustancialmente, i.e. un noveno del original, así como el potencial concreto de generación de energía eléctrica o vapor como crédito de la operación. El empleo selectivo de cenizas en el sector de construcción agrega una tercera buena motivación. De todas maneras, más allá de estas ventajas, debe recordarse que en ciertos contextos, e.g. aplicaciones ciertos residuos hospitalarios, no es posible “neutralizarlos” por ningún método conocido, sea esterilización mediante vapor, microondas o desinfección. En algunos casos, ciertos solventes están tan integrados al residuo que su separación del residuo hospitalario es impracticable. Probablemente sea en esta categoría, residuos hospitalarios, que la incineración permanezca como principal o necesaria alternativa. Lamentablemente la incineración por sí sola no resuelve el “problema” global dado que debe tenerse en cuenta la emisión de particulados, presencia de material plástico (-> HCl), mercurio en forma de vapor, plomo y la “reformación” posterior posible de dioxinas y furanos.
De manera comparable en cuanto a la gran variabilidad en la composición/ caracterización del residuo sólido de origen hospitalario, crónicamente heterogéneo, es la reciente redefinición (mucho mayor exigencia, e.g. EEUU, Europa, México) de standards de emisión permitidos, que ha llevado a replantear configuraciones que podrían llamarse clásicas, e.g. el pasaje de requerimientos de 100 mg/m3 a valores de 35 mg/m3 para particulado.
La incineración a “cielo abierto”, la más antigua y rústica de las variantes, es todavía empleada especialmente en la destrucción de materiales de alto poder explosivo, colocando el material a destruir en plataformas especialmente adecuadas Los incineradores de una única cámara, con estructuras recubiertas por material refractario, constituyen una alternativa histórica, al menos en los diseños de porte, fundamentalmente debido a problemas ambientales similares a la incineración a campo abierto. En ciertos casos, se ha procurado mejorar el control de emisiones mediante el empleo de un quemador adicional.
Dentro de las “tecnologías” contemporáneas, probablemente podamos limitarles a tres grandes configuraciones:
- incineradores de múltiples cámaras: básicamente dos recintos, el primario encargado de combustión de residuos sólidos, el segundo responsable de la combustión de productos en fase gas sin quemar así como sólidos, e.g. hollines, ambos provenientes de la primera cámara; las dos variantes más comunes son tipo retorta (el aire es obligado a hacer un recorrido tortuoso) y tipo “en línea” (in line). Mientras que el incinerador de tipo retorta tiene capacidades entre 9 kg/h y 340 kg/h, el diseño en línea atiende capacidades entre 220 kg/h y 900 kg/h. En ambos casos se opera con exceso de aire, siendo aproximadamente la mitad ingresado por la puerta de alimentación y el resto distribuído entre la primer cámara y la segunda. Puede verse pautas de diseño de este tipo de incineradores, tanto tipo retorta como en línea, en la literatura clásica de incineradores.
- incineradores de tipo rotativo: probablemente el sistema más versatile, su empleo es probablemente universal, especialmente para las aplicaciones de mayor envergadura, y existe una gran variedad de modificaciones, e.g. flujo paralelo vs contracorriente; operación slag intencional vs. non-slag; pared refractaria vs. sistemas de tubos. El cilindro rotativo, opera entre 0.5 y 20 rpm, distinguiéndose cuatro zonas bien diferenciadas en su interior: secado, transformación, combustión e incineración. Típicamente cuenta con un segundo compartimento de tiempo de residencia 2 sec, que garantiza la oxidación de cualquier hidrocarburo remanente así como destrucción de constitutivos orgánicos más estables alcanzando eficiencias de más de 99.99%.
- incineradores modulares o de alimentación de aire controlada: indicado como el primer gran diseño estandarizado (SAU = "starved air units") para incineración de basura, consta típicamente de dos cámaras, la primera trabajando a poco más de 800°C ( 1500°F) con alimentación de aire sub-estequiométrica (e.g. 70 – 80%), y la segunda cámara hasta casi 1100°C (entre 1400 y 2000°F), con exceso 140-200% de aire sobre cálculo estequiométrico para combustión completa. La disposición “clásica” muestra la cámara secundaria instalada sobre el primer compartimento. Hasta la reciente legislación, este diseño ha sido extremadamente popular, pero el aumento en las exigencias de particulado (30 mg/m3) ha hecho perder su “tradicional” competitividad: ahora todos los equipos tienen que tener necesariamente sistemas de control de emisiones para cumplir con esa norma (EEUU, Europa, México).
Sin descartar la incineración de residuos de origen industrial (si se quiere un capítulo aparte), los dos grandes contextos de aplicación de sistemas de incineración están constituídos por 1. las instalaciones de incineración centralizada de residuos sólidos municipales (MSW) o “field erected, mass burn” con capacidades hasta e.g. 3000 tons/day con recuperación de energía y 2. incineradores de residuos infecciosos/patológicos. En ambos casos, y a pesar de la gran especificidad, existe un gran volumen de conocimiento y experiencia concreta que permite diseñar y operar exitosamente estos sistemas, frecuentemente visando además recuperación de energía. Al igual que en los programas de saneamiento, las tecnologías, sus ventajas y desventajas son bien conocidas. Los aspectos técnicos están hoy extremadamente cuantificados y en muchs partes, el atraso es simplemente de los marcos regulatorios, al igual que en el caso de las procesos biológicos más importantes, cuyas patentes expiraron ya hace tiempo..
