Emisiones. Gases de incineración. Taller sobre tratamiento térmico de residuos.

1. ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ
Tratamiento Térmico de
Residuos
Emisiones
y
Depuración de Contaminantes

2. GASES DE INCINERACIÓN
CONTAMINANTES GENERADOS EN EL TRATAMIENTO
TÉRMICO DE RESIDUOS
 ENTRAMADO REACCIONANTE
 CONTAMINANTES GASEOSOS
VALORES LÍMITE DE EMISIÓN ASOCIADOS A INCINERACIÓN
RECOMENDACIONES GENERALES PARA MINIMIZAR LA
GENERACIÓN DE CONTAMINANTES
TECNOLOGÍAS DE DEPURACIÓN
 PARA PARTÍCULAS
 PARA OTROS CONTAMINANTES

3. PLANTA INCINERADORA CON
DEPURACIÓN DE GASES

4. RESIDUOS Y EMISIONES DE LA INCINERACIÓN

5. PRODUCTOS GENERADOS EN EL
TRATAMIENTO TÉRMICO DE RESIDUOS
Residuo
(CHNSOX)
+
O2 / N2
CO2 + H20
NOx
SOx
CO + H2
CnHm
NH3
H2S
Combustión total
Combustión
incompleta
(gasificación)
GASES
PARTÍCULAS
CENIZAS
+
X: Cl, F, metales, etc Cd, Hg, HCl, HF, dioxinas, etc

7. COMPONENTES GASEOSOS
COMPONENTE MAYORITARIOS
 N2: 65-75%
 O2: 6-14%
 CO2: 6-14%
 H2O: 5-15%
 CO: 0,1%
dependiendo de la composición del residuo
COMPONENTES MINORITARIOS (Contaminantes)
 Gases ácidos: HCl, SO2, HF, HBr, NOx
 Metales pesados: Zn, Pb, Cr, Ni, Cd y Hg principalmente
 Dioxinas (PCDD) y Furanos (PCDF): hidrocarburos aromáticos policíclicos con
dos anillos de benceno conectados por átomos de oxígeno
 Otros compuestos orgánicos: PCB (policlorobifenilos),PAH (poliaromáticos)

8. VALORES LÍMITE DE EMISIÓN ASOCIADOS AL
TRATAMIENTO TÉRMICO
Valores límite de emisión a la atmósfera para las instalaciones de incineración de residuos
(11% de O2)

9. VALORES LÍMITE DE EMISIÓN ASOCIADOS AL
TRATAMIENTO TÉRMICO
Valores límite de emisión a la atmósfera para las instalaciones de incineración de residuos
(11% de O2)

10. VALORES LÍMITE DE EMISIÓN ASOCIADOS AL
TRATAMIENTO TÉRMICO
Valores límite de emisión a la atmósfera para las instalaciones de incineración de residuos
(11% de O2)

11. VALORES LÍMITE DE EMISIÓN ASOCIADOS AL
TRATAMIENTO TÉRMICO
Disposiciones especiales para los hornos de cemento en que se coincineren residuos

12. VALORES LÍMITE DE EMISIÓN ASOCIADOS AL
TRATAMIENTO TÉRMICO
Disposiciones especiales para los hornos de cemento en que se coincineren residuos

13. RECOMENDACIONES GENERALES PARA MINIMIZAR LA
GENERACIÓN DE CONTAMINANTES
Condiciones de diseño, equipamiento, construcción y explotación
 el contenido de carbono orgánico total (COT) de las escorias y las cenizas de hogar
inferior al 3 %
 Al menos durante dos segundos la temperatura de los gases derivados de la
incineración de residuos se eleve hasta 850°C.
 Si se incineran residuos peligrosos que contengan más del 1 % de sustancias
organohalogenadas, expresadas en cloro, hasta 1.100 °C, durante dos segundos.
 Todas las cámaras de combustión de la instalación de incineración estarán equipadas
al menos con un quemador auxiliar que se ponga en marcha automáticamente cuando
la temperatura de los gases de combustión, tras la última inyección de aire de
combustión, descienda por debajo de 850 °C o 1.100 °C
 se utilizará dicho quemador durante las operaciones de arranque y parada de la
instalación, mientras haya residuos no incinerados en la cámara de combustión

14. RECOMENDACIONES GENERALES PARA MINIMIZAR LA
GENERACIÓN DE CONTAMINANTES (cont)
Condiciones de diseño, equipamiento, construcción y explotación
 Las instalaciones de incineración de residuos y coincineración de
residuos tendrán y utilizarán un sistema automático que impida la
alimentación de residuos en los siguientes casos:
 En la puesta en marcha, hasta que se haya alcanzado la temperatura
de 850 °C o 1.100 °C, según los casos contemplados en los apartados
anteriores.
 Cuando no se mantenga la temperatura de 850 °C o 1.100 °C, según
los casos contemplados anteriormente.
 Cuando las mediciones en continuo muestren que se está superando
algún valor límite de emisión, debido a perturbaciones o fallos en los
dispositivos de limpieza de los gases residuales.

15. ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ
Partículas
Definiciones
Características Físicas
Efectos sobre la Salud Humana
Mecanismos de Captación
TECNOLOGÍAS DE DEPURACIÓN

16. PARTÍCULAS
Definiciones
Aerosol: término más general, aplicado a todo tipo de
partículas pequeñas, líquidas o sólidas dispersas en la
atmósfera.
Polvo (“dust”): se refiere a partículas sólidas
Humo (“Fume”): son partículas sólidas formadas al
condensar el gas
Niebla (“Fog”): partículas líquidas
Hollín (“soot”, “smoke”): partículas derivadas del carbón
principalmente.

17. PARTÍCULAS
Características Físicas
Forma
 Formas irregulares. Solamente son esféricos aerosoles líquidos
(fog) y sólidos por condensación (fume).
Tamaño
 expresado como Diámetro de Partícula (>0,0002mm y <500mm)
 “diámetro aerodinámico”, determinado por comparación con
esferas de densidad 1g/cm3, que tienen la misma velocidad de
sedimentación
 Tamaño de estudio más interesante: 0,1-10 mm.
 dp<0,1mm, se unen hasta formar partículas de tamaño mayor.
 dp>10mm, sedimentan bien (>20cm/min)

18. PARTÍCULAS
Efectos sobre la Salud Humana y el Medio Ambiente
Dp>10mm, eliminación por el sistema respiratorio superior
Dp<10mm, pueden alcanzar los pulmones.
 <0,5mm, vuelven a salir con el aire de los pulmones
 >0,5mm - 10mm, pueden depositarse en los pulmones.
 Tamaño más peligroso: 2 - 4 mm.
Efectos sobre la salud: enfermedades pulmonares
(bronquitis, asma, neumonía, enfisema pulmonar), y problemas
cardiacos. Incrementadas si van asociados con óxidos de azufre.
Toxicidad: PAHs, dioxinas o metales pesados adheridos a las
partículas.
Efectos sobre el medio ambiente: disminución de visibilidad,
catálisis fotoquímica (smog), ensuciamiento de edificios,
reducción de radiación solar.

19. APARATO
RESPIRATORIO

21. PARTÍCULAS
Mecanismos de captación
Sedimentación por gravedad
 Cámaras de gravedad o sedimentación
Impacto centrífugo
 Ciclones
Impacto - Interceptación directa
 Filtros de mangas
 Scrubbers (lavadores húmedos)
Atracción electrostática
 Precipitadores electrostáticos o electrofiltros

22. DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS

23. VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN O TERMINAL
Es la velocidad descendente constante, en dirección paralela al
campo gravitatorio, que alcanza la partícula cuando se iguala la
fuerza de atracción gravitatoria con las fuerzas de rozamiento y
de flotación de la partícula.
La velocidad terminal para partículas esféricas se calcula por la
ecuación de Stokes
dp = diámetro de partícula (m)
m = viscosidad dinámica del aire (kg/m.s)

24. CÁMARA DE GRAVEDAD
Ensanchamiento de tubería
con disminución de
velocidad del gas
dp > 50mm.
Velocidad del gas < 30 cm/s
Mayor rendimiento a menor
velocidad
Ventajas:
 bajos costes de instalación
y mantenimiento.
 Baja pérdida de carga
Desventajas:
 grandes dimensiones
 baja eficacia.

25. Entrada tangencial y choque por
fuerza centrífuga. Recogida en
tolva.
Eficacia del 50-80% para dp=5-
20mm
Eficacia <50% para dp<5mm
Sistemas multiciclones en paralelo
para uso de ciclones de alta
eficacia
 80-95% para dp= 5-20mm
 50-80% para dp<5mm
Bajo coste y poco mantenimiento
Ineficaz para límites legales
Función de etapa de depuración
previa a sistemas más sofisticados
CICLONES

26. CICLONES DE ALTA EFICACIA
D < 25 cm
h = 0,5 D
b = 0,2 D
Alta velocidad de entrada
del gas
 aumento de la pérdida de
carga
 coste mayor de impulsión
Ciclones en paralelo
 División del caudal de
entrada
 Disminución de la velocidad
y pérdida de carga
 Velocidad típica: 15-20m/s

27. FILTROS DE MANGAS
Miles de mangas de fibra (lana, nylon,
de vidrio, poliésteres o poliamidas).
Retienen por impacto inercial o
interceptación las partículas >1mm.
Filtración interna o externa (con
armazón y sin compartimentar)
Limpieza
 vibración o sacudidas mecánicas
 Flujo de aire inverso
 Pulsos de aire a presión
La torta incrementa la eficacia:
 Eficacias del 99,5% en dp>1mm
 >95% para el resto
 Durante la limpieza: 98 y 90%
Desventajas:
 Tamaño y coste de equipo
 Ataque por atmósferas corrosiva o T.
 Riesgo de atmósferas explosivas.
 Elevado coste de mantenimiento
 No para materiales higroscópicos.

28. SCRUBBERS
(LAVADORES HÚMEDOS)
Impacto con gotas de agua y
sedimentación por gravedad o por
fuerzas centrífugas.
Eficacia ()= f (vgas, 1/dgota) 
 Pulverización de gotas finas
 Velocidad elevada del gas 
   en partículas dp más pequeño
Alta pérdida de carga
 = f (P); P  Coste Energía
Eliminación simultánea de gases
ácidos o básicos (HCl, SO2, NH3)
Desventaja:
 Contaminación de aguas
sedimentación y recirculación
Tipos:
 Cámaras de nebulización
 Lavadores ciclónicos
 Lavadores Venturi

29. LAVADOR CICLÓNICO LAVADOR VENTURI

30. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Atracción de partículas cargadas hacia
la superficie de un electrodo opuesto
Elevada diferencia de potencial
(100.000 V) entre 2 electrodos:
 De descarga (cables verticales)
 Colector (superficie plana) *
Ventajas:
 Altos rendimientos y capacidad de tto.
 Baja pérdida de carga
 Capacidad para operar a alta T (600C)
 Bajo coste operación y mantenimiento
Desventajas:
 Alto coste de inversión
 Equipos grandes
 No con sólidos con alta resistividad e-
 Poca flexibilidad de operación

31. ELECTROFILTRO

32. ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ
Gases de Incineración
Gases Contaminantes
Reducción de Gases Contaminantes
Sistemas de Depuración

33. COMPONENTES GASEOSOS
COMPONENTE MAYORITARIOS
 N2: 65-75%
 O2: 6-14%
 CO2: 6-14%
 H2O: 5-15%
 CO: 0,1%
dependiendo de la composición del residuo
COMPONENTES MINORITARIOS (Contaminantes)
 Gases ácidos: HCl, SO2, HF, HBr, NOx
 Metales pesados: Zn, Pb, Cr, Ni, Cd y Hg principalmente
 Dioxinas (PCDD) y Furanos (PCDF): hidrocarburos aromáticos policíclicos con
dos anillos de benceno conectados por átomos de oxígeno
 Otros compuestos orgánicos: PCB (policlorobifenilos),PAH (poliaromáticos)

34. REDUCCIÓN DE EMISIONES DE GASES DE
INCINERACIÓN
REDUCCIÓN DE FORMACIÓN DE GASES CONTAMINANTES
 REDUCIR LA CANTIDAD DE RESIDUOS INCINERADOS
 MEJORAR LA EFICACIA DE LA COMBUSTIÓN
 INTRODUCCIÓN DE AIRE SECUNDARIA O POSTCOMBUSTIÓN
 Primera etapa de defecto de oxígeno a alta temperatura y una
segunda etapa con el resto de oxígeno a menor temperatura.
Reducción de NOx.
 TEMPERATURA >850ºC Y 2 SEGUNDOS: Reducir COVs.
DEPURACIÓN DE GASES CONTAMINANTES

35. Lechos fluidizados vs. Parrillas o Rotatorios
Mezcla homogénea de residuos con lecho inerte y oxígeno:
disminuyen los productos de combustión incompleta y producción
gases homogénea.
Temperatura isoterma: mayor control de los gases producto.
Las partículas fluidizadas contactan con los tubos del
intercambiador de calor (transferencia de calor por conducción >
radiación o convección) 
 Puede trabajar a temperaturas más bajas (800-900ºC) para producir =
E que con parrillas (1400-1500ºC)  NOx disminuyen.
Puede trabajar con calcita en suspensión:
 CaCO3 + SO2 + 2H2O  CaSO3 + 2H2O + CO2

36. GASES DE INCINERACIÓN
Monóxido de Carbono (CO)
Principal Fuente: Transporte (70 %)
Es el más abundante de los considerados contaminantes atmosféricos.
Propiedades: Incoloro e inodoro  Muy peligroso.
Se genera por combustión incompleta de combustibles carbonosos
(en lugar del CO2)
(CxHy) + O2  x CO2 + y/2 H2O (reacción de combustión completa)
(CxHy) + O2  x CO + y/2 H2O (reacción de combustión incompleta)
Otras variables implicadas (además de defecto de O2)
1. Temperatura de la llama
2. Tiempo de residencia del gas a temperatura elevada.
3. Turbulencia en la cámara de combustión (caminos preferenciales)

37. GASES DE INCINERACIÓN
Monóxido de Carbono (CO)
 Efectos Sobre la salud humana:
 Compite con el oxígeno en su unión a la hemoglobina
sanguínea (carboxihemoglobina: CHGb)
 CO tiene mayor afinidad que O2 por la Hemoglobina
 Cuando aumenta % de CHG: disminuye la actividad cerebral
(menos reflejos…), incremento de la frecuencia cardiaca
(para llevar misma cantidad de O2 a los tejidos)
 Fumadores tienen entre un 5-10% de CHGb
([CO] humo = 400 ppm)
 A las concentraciones que aparece usualmente no afecta a
vegetales ni materiales.

38. GASES DE INCINERACIÓN
Dióxido de azufre (SO2)
 Principal Fuente: Combustión de combustibles fósiles
en fuentes estacionarias (sobre todo en instalaciones de
generación de energía)
 Carbones con alto contenido en azufre
 Ha bajado su concentración con el tiempo por:
• Uso de combustibles con menor contenido de S
• Depuración de efluentes gaseosos
 Propiedades: Incoloro, olor sofocante, muy soluble en
agua.

39.  Implicado en la lluvia ácida:
• SO2 + O2 SO3 ; SO3 + H2O H2SO4 (lluvia ácida).
• El ácido sulfúrico, a su vez, se condensa en forma de aerosoles
de SO4
2-
• pH normal agua lluvia: entre 5 y 5.6. valores por debajo son
considerados LLUVIA ÁCIDA.
• Afecta a los materiales (corrosión) y patrimonio;
Problemas respiratorios
• Aerosoles de sulfato < 2 µm: pueden penetrar hasta tracto
respiratorio inferior (pulmones y alvéolos)
• SO2 (al ser muy soluble en agua se suele quedar en las
mucosas del tracto respiratorio superior, sin llegar a alvéolos)
• Sinergia con partículas (episodios históricos de mortandad)
 Disminuye visibilidad (caso de aerosoles de sulfato)
GASES DE INCINERACIÓN
Dióxido de azufre (SO2)

40. Principal Fuente: Transporte. Combustiones
a altas temperaturas (>1.000º C)
Combinación del Nfuel-O2 y N2,atm- O2
Propiedades: NO: Incoloro; NO2: Marrón o
naranja.
Efectos: Tóxico para los seres vivos. Implicado
en lluvia ácida (HNO3), implicado en smog
fotoquímico
GASES DE INCINERACIÓN
Óxidos de Nitrógeno (NOx)

41. Principal Fuente: Smog fotoquímico.
Propiedades: Altamente oxidante, incoloro e
inodoro a bajas concentraciones.
Efectos: Daña vegetación y materiales a bajas
concentraciones. Problemas respiratorios.
GASES DE INCINERACIÓN
OZONO TROPOSFÉRICO (O3)

42. SMOG FOTOQUÍMICO
N2 + O2  2 NO ; 2NO + O2  2 NO2
NO2 + radiac. solar  NO + O (fotolisis)
O + O2 + Catalizador  O3
O3 + NO  NO2

43. DIOXINAS Y FURANOS
Especie más tóxica y persistente de dioxina es el
2, 3, 7, 8 - tetraclorodibenzo-p-dioxina (2, 3, 7,
8 - TCDD ó TCDD).
Prácticamente insolubles en agua, y se
concentran en los lípidos de los sistemas
biológicos acumulándose en los tejidos grasas de
los seres vivos
Formación durante la combustión procediendo
de los hidrocarburos y el cloro.
Control de las dioxinas y furanos se puede
conseguir llevando a cabo el proceso de forma
que se evite su aparición (medidas de
prevención). Esto se consigue:
 Incinerando a temperaturas alrededor de 1.000
°C.
 Consiguiendo períodos de retención de más de 1s
 Asegurando la turbulencia para obtener buena
mezcla con exceso de aire (las combustiones
incompletas fomentan su formación).

44. DEPURACIÓN DE GASES
1. ADSORCIÓN
 Fisisorción (fuerzas de Van der Waals) o quimisorción
 Alúmina, Sílice, Zeolitas o Carbón Activo
 Ventajas: recuperación por desorción, fácil de operar, alta eficacia
y fácil adaptación a cambios en el proceso
 Desventajas: coste elevado (incluir desorción), eliminación previa
de partículas, enfriar el gas.
2. ABSORCIÓN
 Scrubbers, torres de relleno (con material inerte)
 Eliminación de SO2, en procesos seco, semiseco o húmedo.
 Ventajas: alta eficacia, bajo coste de equipo, poco espacio, elimina
también partículas, permite gases ácidos o básicos.
 Desventajas: coste de operación y mantenimiento altos.
3. CATÁLISIS
 Combustión total: eliminación de CO y COV. También dioxinas.
 Reducción de NOx con metales nobles (Pt, Pd) u óxidos metálicos
(V2O5)
 Envenenamiento por azufre.