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Tratamiento térmico para suelos contaminados

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Andrea Mireles

on 31 October 2014

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Transcript of Tratamiento térmico para suelos contaminados

Incineradores de parrilla

Tratamiento térmico Ex Situ
En estas técnicas de descontaminación el volumen de suelo contaminado es excavado, transportado y tratado en una instalación destinada a tal efecto. (2011.038)

Contaminación de Suelos
Tratamiento térmico para suelos contaminados
Equipo:
Ximena Victoria Ríos Palacios.
Raúl Alejandro Uc Chan.
Andrea Mireles Rosales

Ing. José Luis Guevara Franco
Introducción
Suelo
Fuentes de contaminación
Contaminación del suelo
Ex situ
Un suelo contaminado es aquel que ha perdido su capacidad de amortiguación para una o varias sustancias.
En consecuencia , pasa de ser un sistema protector a ser una causa de contaminación acuática y atmosférica , afectando a miles de organismos.
Como la fina capa superior de la corteza terrestre (litosfera), situada entre el lecho rocoso y la superficie. Está compuesto por partículas minerales, materia orgánica, agua, aire y organismos vivos.(SEMARNAT,2013)
Tecnologías para remediación de suelos
In situ
Confinamiento
Tratamientos para la remediación
Tratamiento biológico

Tratamiento fisicoquímico

Tratamiento térmico

Utilizan el calor para incrementar la volatilización , quemar , descomponer o fundir los contaminantes en un suelo.

Inyección de aire caliente
Utiliza aire caliente para arrastrar los vapores dañinos del suelo contaminado. El aire que se inyecta en el terreno puede calentarse a 100°c para acelerar el proceso. El suelo caliente ayuda a que las sustancias químicas se evaporen con mayor rapidez.
Se fuerza o inyecta a entrada de vapor al subsuelo a través de pozos perforados en la zona contaminada. El vapor calienta el área y moviliza, evapora y destruye los químicos nocivos.

Inyección de vapor
Calentamiento con resistencia eléctrica
Este método se desempeña enviando una corriente eléctrica en el suelo a través de múltiples electrodos. Los electrodos se colocan estratégicamente dependiendo del área contaminada. A medida que la corriente eléctrica pasa a través de la sub-superficie, se encuentra con la resistencia que calienta el suelo. El suelo se vuelve gradualmente más caliente hasta que los compuestos contaminantes alcanzan temperaturas de ebullición.
Calentamiento por radio frecuencia
Se calienta el suelo para aumentar la volatilidad o reducir la viscosidad de los contaminantes orgánicos por lo que se puede eliminar a través del vacío de alta SVE (soilvapourextraction).Utiliza energía electromagnética que calienta el  suelo, a su vez aumenta la volatilidad de COVs y COSVs eliminándolos del suelo.Un generador de RF produce una corriente electromagnética de alta frecuencia que, cuando se aplica a los electrodos o antenas instaladas en el suelo, generar calor, lo que aumenta la temperatura ambiente de la tierra.

Incineración
La desorción térmica es una técnica innovadora para tratar la tierra contaminada con sustancias peligrosas, calentándola a una temperatura de 90°C a 540°C, a fin de que los contaminantes con un punto de ebullición bajo se vaporicen y, por consiguiente, se separen de la tierra. (Si quedan otros contaminantes, se tratan con otros métodos.) Los contaminantes vaporizados se recogen y se tratan, generalmente con un sistema de tratamiento de emisiones. (Componente digital)

Desorción térmica
Pirólisis.
Componentes

Sistema de tratamiento preliminar y movimiento de materiales
Equipo de desorción
Sistema posterior al tratamiento


Los residuos se calientan a 320 – 560° C para volatizar el agua y los contaminantes orgánicos, que a su vez son transportados por un sistema de tratamiento de gases. (2011.038
Desorción térmica por alta temperatura.
Costos
Costos DT: Desde U$S 75 hasta U$S 101 por yarda cúbica. (Tratamientos+TérmicosAPROBADO)
Costos DTBT: 45-300 USD/ton

Ventajas
Suelos contaminados
Determinados contaminantes
Gran cantidad de suelo contaminado
Resulta mas rápido
Económicamente viable
Separación física de los contaminantes. No destruye compuestos.

Desventajas
Requiere excavación de los suelos limitada a 2 pies bajo la superficie terrestre
Costes elevados debido a transporte del suelo
Los costos aumentan en función del suelo, de energía y equipo
Son procedimientos intensivos en el uso de mano de obra capital.

Están diseñados para destruir únicamente los componentes orgánicos de los residuos sin embargo los residuos peligrosos contienen compuestos orgánicos combustibles como compuestos inorgánicos no combustibles.

Reduce el volumen de los residuos

El suelo se quema a temperaturas entre 870 y 1200 ºC en presencia de oxígeno para volatilizar y, posteriormente, destruir por oxidación térmica, compuestos halogenados y otros compuestos orgánicos. Costos: Desde U$S 796 hasta U$S 1096 por yarda cúbica. (Tratamientos+TérmicosAPROBADO)

Queman el residuo en parrillas metálicas que permiten la circulación de aire por debajo, por en cima y atreves del residuo.

Este tipo de incineradora depende de que el residuo sea capas de mantenerse sobre la parrilla y no se caiga al pozo de cenizas hasta que se queme.


Hornos rotatorios

Consiste en un cilindro refractario alineado que tiene lugares de fijación y rota suavemente (.5-2rpm) sobre su eje longitudinal

Los gases de combustión del horno pasan a una cámara de combustión secundaria y se calientan hasta una temperatura alta para completar su destrucción, mientras que las cenizas se vierten en el extremo final.

Tratamiento térmico In situ
Los métodos de tratamiento térmico in situ constituyen formas de mover o movilizar sustancias nocivas que contaminan el suelo a través de su calentamiento sin necesidad de excavar el sitio; es decir, se realizan en el mismo sitio donde se encuentra la contaminación (EPA,2002).

Vitrificación
in situ
.
El proceso consiste en introducir electrodos dentro del suelo contaminado que contiene niveles significativos de silicatos. . Se aplica una corriente eléctrica muy alta que pasa a través de los electrodos y el suelo se funde como resultado de la elevada temperatura. A medida que el suelo se funde, los electrodos se van hundiendo, por lo que el suelo más profundo también se funde. Cuando se corta la energía eléctrica, el suelo fundido se enfría y vitrifica.
Incinerador de horno fijo

Consiste en una cámara primaria que puede tener un horno de único nivel o escalonado.

En las unidades pequeñas, el residuo se vierte intermitentemente a la cámara primaria, pero la ceniza no se elimina hasta que la cantidad acumulada interfiere con el funcionamiento normal.

En las unidades más grandes, una bomba mecánica empuja la carga hacia la incineradora y la ceniza se elimina continuamente.

Ambos tipos tienen cámara de combustión secundaria.

Horno múltiple

Es un sistema complicado muy mecanizado para quemar fangos.
El sistema consiste en dos a seis hornos horizontales dispuestos en orden vertical.
El residuo se alimenta por la parte superior del horno y se somete a ignición mediante quemadores de combustibles.
Un pozo central de aire refrigerado mueve unos brazos agitadores sobre la superficie de cada horno en forma de carrusel.
Los cepillos de los brazos mueven le residuo a lo largo de la superficie del horno, hasta que alcanza una abertura en forma de sector circular.
El residuo cae por la abertura al siguiente horno y continua quemándose, se enfría y se vierte en forma de ceniza. Los gases de combustión se mueven verticalmente hacia arriba dentro del revestimiento exterior y dentro del equipo de control de la contaminación del aire.

Utiliza un horno fluido consistente en arena o alúmina dentro de ella se produce la combustión.
Imaginemos un lecho de arena dispuesto sobre una superficie porosa. Si un flujo de aire desde abajo tiene la suficiente presión, fluidizará el lecho de arena o lo mantendrá en suspensión, siempre que la velocidad del aire no sea tan grande como para arrastrar la arena fuera del sistema. Este es
un lecho fluido donde las partículas del mismo están en suspensión, pero no en circulación.
El residuo se inyecta dentro de este lecho fluido en forma de líquido fango o en forma de un solido de tamaño uniforme.
El aire que fluidiza el lecho se calienta hasta la temperatura de ignición del residuo y este se empieza a quemar (oxidar) dentro del lecho.
La mayor parte del la ceniza permanece en el lecho, pero algo sale de la incineradora a través del equipo de control de la contaminación del aire. El calor que sale con los gases de combustión puede capturarse en una caldera o utilizarse para precalentar el aire de combustión.

Horno de lecho fluidizado

El grupo de contaminantes objetivo de este método son SVOCs y combustibles. Los VOCs también pueden ser tratados. Funciona mejor en formaciones de permeabilidad alta a media.
Trabaja a 450°F y 450 psig.
El equipo que se usa es un “detoxifer”
Guía para ciudadano sobre tratamientos térmicos in situ. (EPA, 2002)
Inyección de agua caliente
Cámara de combustión secundaria

Es necesaria prácticamente en todas las incineradoras de residuos peligrosos donde se queman residuos solidos, porque si la cámara de combustión primaria es un horno, fijo o múltiple, no proporcionan suficiente tiempo, turbulencia o temperatura para destruir los componentes orgánicos del residuo.

La función de la cámara de combustión primaria es volatilizar la fracción orgánica del residuo y la de la cámara secundaria es calentar los componentes orgánicos vaporizados hasta a una temperatura donde se oxiden completamente. Este proceso de oxidación ocurre a una temperatura de 980 a 1200°C.

Estas inyecciones remueven materia orgánica de la subsuperficie de la tierra por desplazamiento de aire y agua, y forzando a los contaminantes hacia arriba y hacia fuera, donde son recogidos y tratados.
El agua se inyecta a temperatura de entre 93°C a 110°C.
En promedio, el costo varía de $ 100 a $ 300 por metro cúbico basado en un 70 por ciento en la línea de la eficiencia.
El equipo necesario para la inyección de agua caliente incluye un generador de vapor o caldera móvil conectado a una fuente de agua, toma de aire o neumático levantar las bombas para eliminar los contaminantes líquidos, ventiladores para mover los contaminantes vaporizados, intercambiadores de calor para transformar vapor al fluido, y enfriadores y condensadores para tratar los contaminantes extraídos.
www.4.bp.blogspot.com/__nRwW6ejU8U/Vrfxs8DIJ80/s400/Inyecci%C3%B3n_de_agua.jpg
www.millarium.com
El sistema de convertidor de Plasma que genera una intenso campo de energía radiante que provoca disociación molecular de solidos, líquidos y gases. A mas de 5000°C las moléculas orgánicas se desintegran dando lugar a mezcla de H2 y Co y materia inorgánica vitrificada. No se forman cenizas.

El estado de plasma se genera haciendo pasar la corriente gaseosa, a baja presión, a través de un arco eléctrico, de forma que la energía eléctrica que proporciona el arco es transferida como energía térmica a las moléculas del gas. Como resultado de dicha transferencia, las moléculas del gas son ionizadas.

Cuando las moléculas vuelven al estado de relajación, liberan la energía térmica, alcanzando temperaturas muy elevadas

Ventajas:
Desempeño probado.
Tiempo de tratamiento corto (de 6 meses a 1 año).
Puede combinarse con otra tecnología.

Desventajas:
Menor efectividad en suelos con poca permeabilidad.
Puede requerir tratamientos costosos para tratar vapores extraídos.
Solo se puede tratar zona no-saturada.


www.millarium.com
Por arco de plasma
Ventajas:
• Bajos niveles de perturbación y de limpieza que normalmente se produce dentro de los seis a 10 meses.
Desventajas:
• Rendimiento en la extracción de ciertos contaminantes varía dependiendo de la temperatura máxima alcanzada en el proceso seleccionado.
Costo:
El costo va a depender sobre todo del tipo de suelo, más aún de la permeabilidad de éste.
Ventajas:

Eficaz aunque varíen mucho los residuos a tratar o no se sepa composición exacta.
Eliminación segura e irreversible de residuos peligrosos
Bajas emisiones atmosféricas
Formación de material inerte: silicato
Método de valorización energética que genera mercancías de valor
Cumple requisitos ambientales mas estrictos que los legales
No existe limitación en tipo de residuo ni necesidad de clasificarlo

Desventajas:

Altos costos de operación por energía eléctrica.
Las altas temperaturas de trabajo exigen materiales sofisticados.
Personal altamente cualificado para su manejo y control.

Los residuos se calientan a 93 – 538°C (200 – 600°F), para volatilizar el agua y los contaminantes orgánicos, que a su vez son transportados por un sistema de vacío al sistema de tratamiento de gases.

La descomposición química es inducida en materiales orgánicos a través del calor en ausencia de oxigeno. Transforma en materiales orgánicos en compuestos gaseosos y un residuo sólido (coke) conteniendo carbón fijo y ceniza. (2011.038)

Al aplicar un campo eléctrico a un material, sus electrones y protones tienden a deformarse, ya que las cargas son atraídas por electrodos de polaridad opuesta. Cuando se invierte la polaridad del electrodo, las cargas del átomo o molécula van en sentido opuesto y estos cambios sucesivos de dirección causan calentamiento.
Esta tecnología de calefacción y de eliminación se puede utilizar para tratar un espectro de contaminantes, en zonas vadosa y saturada. Contaminación de COV y SVOC (incluyendo hidrocarburos, BTEX y disolventes clorados) es más fácilmente móvil a temperaturas dentro del rango de 20 °C- 30°C.
edienet.s3.amazonaws.com/products/images/4710.jpg
Las temperaturas de operación están entre los 1600 a 1990°C y funcionan hasta 15m de profundidad, el potencial eléctrico es de 12KV.
Se usa para:
• Los compuestos químicos inorgánicos (principalmente los metales pesados) . Se evita de esta forma que puedan ser lixiviados por la infiltración de agua de lluvia.
• Los compuestos orgánicos
Ventajas:
• Puede destruir o inmovilizar compuestos orgánicos, inorgánicos, radiactivos bifenilospoliclorados, metales pesados.
• No requiere excavación del suelo.
• Minimiza la exposición de los trabajadores a los contaminantes.

Desventajas
• Es muy costoso debido al consumo de energía por lo que se emplea solo para residuos radiactivos o extremadamente peligrosos.
• Se requiere instalación para captar las emisiones de gases de los compuestos que se evaporan.
• Limitación de uso futuro del suelo.

www.inecc.gob.mx/publicaciones/libros/459/images/cap4_fig13.gif


Vitrificación
Se puede considerar como un sistema mixto de tratamiento térmico y de inmovilización, porque el suelo y los contaminantes presentes se funden (1.600-2.000°C) en una matriz silícea vítrea de muy alta durabilidad.
Es una técnica que minimiza el movimiento de los contaminantes y además, algunos tipos de contaminantes, como los orgánicos, son destruidos por las altas temperaturas.


Ventajas
Reducción de volumen del suelo.
Tiempo del procedimiento.
Costo es de aprox. 330$/ tonelada.

Desventajas
Destrucción total del suelo.
Solo válido para componentes orgánicos
Fuente: Universidad de Granada.
Proceso
Limpieza Preliminar
Tratamiento de pirólisis : Se desabsorben contaminantes peligrosos del suelo formando una fase gaseosa.
Postcombustión de fase gaseosa: -Temperatura mínima de 800 °C.
Condensación : Donde se recuperan contaminantes pesados y agua.
Fuente :Olsson,Lennart,Andersson,Göran.(2004)
SVE
Fuente: http://seia.sea.gob.cl/archivos/3013_0_MA_Anexo_F_Extraccion_de_vapor_en_suelo.pdf
Referencias
• Chavez, C.(2009) CONTAMINACIÓN DEL SUELO, Sonora.pdf
• EPA, 1990. Tratamientos tóxicos en vapor Situ / Tecnología Air Stripping caliente, Informe aplicaciones de análisis, elaborado por ScienceApplications International Corporation, San Diego, CA, para la EPA RREL, Cincinnati, OH.
• Hurtado Carnedas M.(2013).Bases para la remediación de suelos contaminados con elementos potencialmente tóxicos
• Lenoir, C. Tornari, G.(2004) Contaminación y tratamiento de suelo. Buenos Aires, Argentina.
• Sabroso González . M.C, Pastor EixarchAna(2004).Zaragosa
• Volke.S T.(2002).Tecnologías de remediación para suelos contaminados. México: INE-Semarnat.
• UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL (2008) Técnicas de remediación ambiental de suelos contaminados con hidrocarburos en el área de influencia de operaciones de petroproducción del nororiente ecuatoriano de la piscina shushufindi 17-1 (PEPDA)Tesis de grado.Quito, Ecuador.
• EPA, 1990. Tratamientos tóxicos en vapor Situ / Tecnología Air Stripping caliente, Informe aplicaciones de análisis, elaborado por Science Applications International Corporation, San Diego, CA, para la EPA RREL, Cincinnati, OH.
• EPA, 1991. Tratamiento in situ de extracción de vapor, Ingeniería Bulletin, OERR, Washington, DC, Informe de la EPA EPA/540/2-91/005.
• LaGrega, M. (1996). Gestión de Residuos Tóxicos: Tratamiento, eliminación y recuperación de suelos. Madrid: McGraw Hill.
• Ramirez, A.L and W.D. Daily, 1995.Monitoring Six-Phase Ohmic Heating of Contaminated Soils Using Electrical Resistance Tomography, UCRL-ID-118418, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA.

Propiedades
Presión de vapor
Punto de ebullición
Constante de la Ley de Henry
http://seia.sea.gob.cl/archivos/3013_0_MA_Anexo_F_Extraccion_de_vapor_en_suelo.pdf
http://seia.sea.gob.cl/archivos/3013_0_MA_Anexo_F_Extraccion_de_vapor_en_suelo.pdf
http://seia.sea.gob.cl/archivos/3013_0_MA_Anexo_F_Extraccion_de_vapor_en_suelo.pdf

Propiedades Térmicas

Pérdida de compuestos
orgánicos debido a la
evaporación del suelo, planta o
ecosistema acuático

Factores
Presión de vapor, velocidad
del viento, temperatura
Volatilización
Tablas
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