Evaluación de la incineración de residuos peligrosos
Anabell Rosas Domínguez
Introducción
El proceso de incineración ha existido en México desde finales de la década de los 70, antes del establecimiento de la legislación que rige actualmente a los residuos peligrosos. Los primeros incineradores se instalaron en hospitales, universidades e institutos de investigación, con el fin de cremar residuos patológicos o cadáveres; a éstos se sumaron los incineradores particulares de dos empresas de la industria química, para la incineración de los residuos generados en sus propios procesos (DGMRAR 1998).
La incineración se ofreció como un servicio comercial desde 1990, sin embargo, a partir de 1996, tras la publicación de la NOM-087-ECOL-1995, donde se establecen los requisitos de manejo de los residuos biológico-infecciosos, la infraestructura instalada creció rápidamente, en especial para la incineración de estos residuos, tendencia que se observa claramente en la gráfica 1. Cabe mencionar que a partir de 1998, la solicitud de autorizaciones para la incineración de residuos peligrosos y biológico-infecciosos disminuyó drásticamente debido a la rectificación en el valor de generación difundido de estos residuos, que inicialmente era de 4.1 kg/cama/día y finalmente se aclaró que era de 1.5 kg/cama/día (DGMIC 2001).
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Actualmente existen en México 35 empresas autorizadas para la incineración de residuos peligrosos. Algunas de ellas cuentan con más de un equipo, por lo que hay un total de 43 incineradores operando, de los cuales el 85% se utiliza para residuos biológico-infecciosos y el 15% restante incinera residuos industriales (DGMIC 2001). A la fecha, la incineración no se aplica como método de tratamiento para residuos sólidos municipales a escala industrial.
Asimismo, desde 1995 la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), coordina el grupo de trabajo que elaboró el PROY-NOM-098-ECOL-2000 sobre incineración de residuos, condiciones de operación y límites de emisión de contaminantes, publicado el 8 de septiembre de 2000 en el Diario Oficial de la Federación (DOF) que actualmente se encuentra en revisión. Esta norma se elaboró considerando tanto la tendencia de la legislación sobre incineración a nivel mundial, como la situación actual de la incineración en México, incorporando condiciones de operación y límites de emisión tan estrictos como en cualquier país tecnológicamente avanzado.
Metodología de evaluación de los sistemas de incineración
El método de evaluación de desempeño de los sistemas de incineración se diseñó para valorar los diferentes parámetros de operación de los incineradores, de acuerdo con rangos de operación satisfactorios, basados en su mayoría en los lineamientos establecidos por el PROY-NOM-098-ECOL-2000 y las normas aplicables en países donde la incineración es práctica común. Se incluyen también otros parámetros que no están directamente relacionados con el proceso de incineración, pero que deben atenderse para mejorar el desempeño general de las plantas. Así, se asignaron valores de acuerdo con una escala donde se distinguen condiciones y características de una operación ineficiente, satisfactoria o excelente, valoradas con los números 0, 1 y 2 respectivamente, como se muestra en la tabla 1.
Tabla 1. Criterios aplicados para valorar el desempeño de las plantas
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a CC1 = cámara de combustión primaria; CC2 = cámara de combustión secundaria;
b 0 = ineficiente; 1 = satisfactorio; 2 = excelente; c dxn = dioxinas y furanos
Los criterios empleados para establecer dichos valores están basados tanto en las condiciones establecidas en el PROY-NOM-098-ECOL-2000, como en la legislación y literatura internacionales sobre el proceso de incineración, los cuales se exponen en los siguientes apartados.Criterios de combustión
Temperatura en la cámara de combustión primaria. Por tratarse de un proceso térmico, la temperatura es uno de los parámetros más importantes para garantizar la destrucción eficiente de los residuos. Sin embargo, para la cámara de combustión primaria existen escasas referencias, ya que este parámetro depende de diversos factores, como el tipo de residuo o de incinerador. En la literatura se reportan rangos de temperatura desde 400 hasta 1,600 °C, no obstante, se recomienda que en el caso de los residuos hospitalarios la temperatura mínima en esta cámara de combustión sea mayor a 760 °C (Midwest Research Institute, 1989, USEPA 1990 California Air Resources Board 1992). Asimismo, se recomienda que la temperatura no exceda de 1,000 °C, debido que a partir de este punto, las cenizas pueden fundirse y provocar la incrustación de escorias en el material refractario, ocasionando deterioro en el equipo (Brunner 1993, USEPA 1990).
Temperatura en la cámara de combustión secundaria. Dependiendo de factores como el tipo de incinerador o de residuo, la cámara de combustión se opera entre 900 y 1,600 °C. Por su parte el PROY-NOM-098-ECOL-2000 señala que aún en las condiciones más desfavorables, los incineradores deben alcanzar una temperatura mínima de 850 °C y en caso de incinerar compuestos clorados, la temperatura debe elevarse hasta 1,000 ± 100 °C. Estas condiciones son similares a las establecidas en la Directiva 2000/76/CE del Parlamento Europeo y del consejo relativo a la incineración de residuos. La USEPA (1990), , sugiere que en esta cámara la temperatura no exceda de 1,200 °C para evitar daños en el material refractario del incinerador.
Tiempo de retención de los gases en la cámara de combustión secundaria. Existe una relación estrecha entre el tiempo de retención de los gases y la temperatura de combustión en la cámara de combustión secundaria, observándose que a mayor tiempo de retención de los gases, la temperatura necesaria para la destrucción de los residuos disminuye (Brunner 1993). En la práctica, se recomienda que el tiempo de retención de los gases en la segunda cámara de combustión sea de uno a tres segundos, en tanto otras regulaciones coinciden en establecer un mínimo de dos segundos (Directiva 2000/76/CE: 4; PROY-NOM-098-ECOL-2000).
Pérdida de materia volátil de las cenizas. En cenizas de fondo, la pérdida de materia volátil es una aproximación de la calidad de combustión de los residuos, debido a que estas cenizas generalmente se exponen a temperaturas iguales o mayores a los 550 °C que se especifican en la prueba estandarizada para su determinación. No obstante, en el caso de las cenizas volantes, éste no es un parámetro representativo debido a que los equipos de control de emisiones operan a temperaturas considerablemente más bajas; además de que en ocasiones se adicionan reactivos que a esa temperatura pueden representar una pérdida de peso adicional. La pérdida de materia volátil permitida en el PROY-NOM-098-ECOL-2000 es de 10%, mientras que en la regulación europea y japonesa debe ser menor a 5%.
Criterios para el tratamiento de gases
Control de partículas y gases ácidos. Las partículas se generan por la presencia de materiales no combustibles que alimentan al incinerador por productos de la combustión incompleta de los residuos o por la condensación de compuestos volatilizados. Su concentración en los gases emitidos a la atmósfera depende de la turbulencia así como de la velocidad de los gases en la cámara secundaria. Los equipos que se emplean con mayor frecuencia en la remoción de partículas son los lavadores de gases, ciclones, precipitadores electrostáticos y filtros de bolsas. Por otra parte, los gases ácidos que comúnmente se generan son: HCl, SOx y NOx. En el caso de los dos primeros, no se requieren condiciones especiales de operación para inducir o evitar su formación, pero se pueden remover con relativa facilidad al neutralizar el flujo de los gases con reactivos alcalinos (NaOH y CaOH2). Sin embargo, la generación de NOx depende de la temperatura de combustión, encontrándose que a partir de 1,000 °C, su concentración en los gases de combustión se incrementa sustancialmente (Brunner 1993). Entre las medidas empleadas para la remoción de NOx se encuentran la recirculación de los gases de la cámara de combustión secundaria y/o la adición de amoniaco en la zona de combustión (IAWG 1997). Por lo tanto, el tratamiento completo de los gases de combustión implica la combinación de varios procesos específicos.
Temperatura de salida de los gases. Se han establecido límites para la temperatura de salida de los gases, principalmente para minimizar la formación de dioxinas por medio de las reacciones de Novo. De acuerdo con esta teoría, la formación de dioxinas y furanos es mínima cuando la temperatura es menor a 250 °C (Lanier 1998), por lo que el PROY-NOM-098-ECOL-2000 establece ese valor como máximo para los gases emitidos a la atmósfera. En Japón se establece que la temperatura de los gases debe reducirse hasta 200 °C para disminuir aún más la posibilidad de generación de dioxinas (Matsumura 1998).
Otros criterios importantes
Manejo de cenizas. Las cenizas de fondo o escorias generadas en la cámara de combustión primaria, se componen principalmente de materiales inertes mientras que las cenizas volantes que se atrapan en los equipos de control de emisiones, presentan mayor concentración de materia orgánica y de metales en forma de compuestos relativamente solubles, algunos de los cuales como el Cd, Ni o Pb, están regulados como constituyentes peligrosos en la NOM-052-ECOL-1993. En Japón y en los países europeos se recomienda que las dos corrientes de cenizas se manejen por separado y que al menos las cenizas volantes se estabilicen antes de su disposición (IAWG 1997). En México y los Estados Unidos de América, las cenizas deben disponerse como residuos peligrosos cuando al realizar una prueba de extracción se encuentren compuestos en concentraciones mayores a las permitidas (IAWG 1997, PROY-NOM-098-ECOL-2000).
Tratamiento de aguas residuales. Las aguas residuales de las plantas de incineración provienen de los equipos de lavado de gases o de la limpieza de contenedores, vehículos, derrames, entre otros, y en general se depuran por medio de trenes de tratamiento físico-químico. No obstante, sólo la Directiva 2000/76/CE ha incluido límites para sólidos suspendidos y metales pesados además de dioxinas y furanos en las aguas provenientes de los incineradores. Igualmente, El PROY-NOM-098-ECOL-2000 establece que las aguas residuales deberán ajustarse a los criterios particulares de descarga o a los ordenamientos jurídicos aplicables que en este caso serían las Normas NOM-001-ECOL-1996 Y NOM-002-ECOL-1996.
Almacenamiento de residuos. Las condiciones de almacenamiento de residuos peligrosos que aplican para México, están establecidas en el Reglamento en Materia de Residuos Peligrosos de la LGEEPA. Sin embargo, adicionalmente deben considerase para los residuos patológicos las condiciones particulares establecidas en la NOM-087-ECOL-1995, donde se indica que el almacenamiento de estos residuos deberá ser en cámaras de temperatura controlada no mayor a 4 °C. Estas condiciones se respetan en el PROY-NOM-098-ECOL-2000.
Bibliografía
APHA, AWWA, WEF. 1998. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20th edition. USA
Brunner, C. R. 1993. Hazardous Waste Incineration. McGraw-Hill. 2nd edition. USA. 460 pp.
California Air Resources Board. 1990. Dioxins Airborne Toxic Control Measure for Medical Waste Incinerators. Final Regulation Order. http://www.arb.ca.gov/toxics/dioxins/info.htm
Directiva 2000/76/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 4 de diciembre de 2000 relativa a la incineración de residuos. Diario Oficial de las Comunidades Europeas, Serie L 332, 28 de diciembre de 2000, p. 91-111.
DGMIC Dirección General de Manejo Integral de Contaminantes. 2001. Diagnóstico de la Situación Actual de la Incineración en México. III Foro Internacional de Incineración de Residuos. México, D.F., Noviembre 6 y 7.
DGMRAR Dirección General de Materiales, Residuos y Actividades Riesgosas. 1998. La Incineración Dentro del Contexto de la Política Nacional de Residuos Peligrosos. Foro Internacional de Incineración de Residuos Peligrosos. México, D.F, Agosto 27 y 28.
IAWG International Ash Working Group. 1997. Municipal Solid Waste Incinerator Residues. Elsevier, Amsterdam. pp. 974.
Lanier, W.S. 1998. Control of Dioxin and Furan Emissions from Waste combustion systems. Foro Internacional de Incineración de Residuos Peligrosos. México, DF, Agosto 27 y 28.
Matsumura, H. 1998. Experience for Incineration of Industrial Waste in Japan. Foro Internacional de Incineración de Residuos Peligrosos. México, D.F., Agosto 27 y 28 Midwest Research Institute. 1989. Hospital Waste Incinerator Field Inspection and Source Evaluation Manual. USEPA, Washington, DC. pp. 244. (EPA 340/1-89- 001).
PROY-NOM-098-ECOL-2000 Protección ambiental.- Incineración de residuos, especificaciones de operación y límites de emisión de contaminantes. Diario Oficial de la Federación. 8 de septiembre de 2000.
USEPA 1990. Operation and Maintenance of Hospital Medical Waste Incinerators. Cincinnati. pp. 108. (EPA/625/6-89/024).
Este trabajo fue realizado por Anabell Rosas Domínguez, Subdirectora de Investigación sobre Residuos (anrosas@ine.gob.mx) en coordinación con Angélica Peña Luna correo-e: apena@ine.gob.mx), Graciela G. Ramos Rodríguez, Chiaki Izumikawa, Guillermo Encarnación Aguilar, Juan A. Velasco Trejo y Sergio Flores Martínez, pertenecientes a la Dirección de Investigación en Residuos y Proyectos Regionales y Adrián Díaz Ramos (correo-e: adramos@ine.gob.mx), Ana L. Magdaleno Gutiérrez, Luis H. García Romero y Paola Salgado Figueroa, adscritos a la Subdirección de Investigación y Caracterización Analítica de Contaminantes del Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental (CENICA) del Instituto Nacional de Ecología (INE) de la SEMARNAT.http://www.ine.gob.mx/ueajei/publicaciones/gacetas/381/anabell.html?id_pub=381