gestión de residuos industriales, eliminación de COVS
La gestión de residuos por emisiones de COVS (Compuestos Orgánicos Volátiles) en los sectores industriales, dado su impacto ecológico y económico supone un problema para las empresas debido a su gestión puesto que tiene una regulación muy clara por parte de los organismos gubernamentales.
Hoy en día tenemos alternativas muy económicas y eficientes a la hora de tratar estos residuos y que suponen una alternativa a los sistemas tradicionales de desengrase de piezas metálicas como hemos estado comprobando en nuestra guía de fosfatación orgánica.
En este artículo voy a exponer cuales son las técnicas de tratamientos de residuos que se han usado, o aún son utilizadas en muchos sectores industriales y donde Química DNI ofrece soluciones que suponen una mejora en el tratamiento de los residuos industriales generados por estos métodos y un ahorro evidente en cuanto a instalaciones.
¿A que llamamos Compuestos Orgánicos Volatiles
Podemos decir que un COMPUESTO ORGANICO VOLATIL (COVS) es aquel compuesto orgánico producido por el hombre y distinto del metano, siendo capaz de producir oxidantes fotoquímicos.
La composición genérica de los COVS se pueden aglutinar en:
- CO
- HC volátiles hasta C12
- CFC
Y en general aquellos que tienen una Presión de Vapor > 00007 at, y un Punto de ebullición inferior a 260ºC
El origen de dichas emisiones son fruto de emisiones industriales no controladas (almacenajes de hidrocarburos, disolventes, pegamentos, pinturas, tintas etc. En los procesos de secado, en las combustiones incompletas etc.
Las características de la gestión de residuos por los COVS:
- Elevada volatilidad
- Persistencia en el ambiente
- Gran capacidad para difuminarse en el ambiente
- Facilidad para transformarse en otros compuestos
- Y tiene efectos tóxicos para hombres y animales
- Dañan los cultivos
- Inducen a la formación de lluvia acida
- Son gases de efectos invernaderos
Tecnología para el tratamiento de las emisiones de COVS
Medidas preventivas son aquellas orientadas a la reducción o eliminación de las emisiones y entre las medidas tenemos:
- Sustitución de materiales emisores de COVS por pinturas base agua.
- Control de fugas de almacenamiento y transportes.
- Tratamientos de las emisiones.
En este caso lo que se trata son las emisiones que por motivos de proceso generan COVS. Entre estas medidas encontramos diferentes métodos para la eliminación o control, y podemos diferenciarla en función del método utilizado:
- Combustión térmica
- Combustión térmica no regenerativa.
- Combustión térmica regenerativa.
- Combustión catalítica.
- Oxidación térmica catalítica recuperativa.
- Oxidación térmica catalítica regenerativa.
- Oxidación térmica regenerativa.
- Adsorción.
- Tratamiento biológico.
Combustión térmica no regenerativa
El tratamiento de los COVS por combustiones térmicas se basa en la incineración de dichas emisiones, mediante sistemas de combustión directa o indirecta.
Tiene como ventajas que eliminamos CO2 y agua mayoritariamente pero en contrapartida es un método que requiere de un gran aporte energético.
Si embargo es uno de los métodos mas utilizados en la industria pues conseguimos la eliminación de flujos hasta de 40.000 mts/h, con una eficiencia del 99.9 % y por tratarse de una reacción exotérmica se puede recuperar la energía térmica fruto de la propia combustión.
Este sistema es utilizado en sectores tan representativos en la como la industrias químicas, farmacéuticas, fabricantes de resinas, Industrias de la impresión, Industrias alimentaria, fábrica de plásticos.
Combustión términa no regenerativa
Entre los sistemas de combustión encontramos:
Sistemas por antorcha.
- Utilizado principalmente en refinerías, Petroquimicas, plantas de H2, NH3 o HCN, emisiones de metano en depuradoras etc.
- Consiste en una chimenea con altura variable entre los 0 mts (a nivel de suelo) hasta los 100 mts
El proceso consiste en la salida de los vapores a través de la chimenea en la cual generamos una mezcla con vapor de agua entre los 0.05 a 0.3 kf/kg de aire que aporta una turbulencia y mejora la combustión y con un iniciador de encendido generamos la combustión de los compuestos.
Cámara de combustión
Gestión de residuos en la industria, sistema con cámaras de combuestión
Cuando el contenido en el COVS del aire contaminado no es lo suficientemente alto como para generar una combustión directa, es necesario realizar una mezcla del dicho aire sucio con combustibles que nos ayude a la quema de los disolventes.
Para tal fin se utilizan las cámaras de combustión, en las que una mezcla de aire contaminado que pasa previamente por un preacalentamiento con gas oil (generalmente) a una cámara en la cual se produce la combustión y destrucción de los disolventes.
El calor generado por dicha combustión es aprovechado normalmente para el propio precalentamiento del flujo de aire sucio.
El resultado de esta combustión es enfriado a través de chimeneas para que en la salida de las mismas obtengamos aire limpio (CO2 + H2O).
Como simple dato técnico y sin animo de extendernos en mucho mas podemos decir que en este tipo de combustión mantendremos la mezcla de aire con los compuestos orgánicos entorno a un segundo dentro de la cámara de combustión, tiempo mas que suficiente para la quema y reacción completa.
En dicha mezcla deberemos garantizar un aporte de oxígenos superior al 5% para garantizar que la combustión se realiza correctamente y permite una buena eliminación en la gestión de residuos.
En el proceso de combustión obtendremos temperaturas que estarán entre los 750ºC y 800ºC para el tratatamiento de Hidrocarburos no Halogenados mientras que para los Hidrocarburos Hidrogenados rodaremos los 1000ºC a 1200ºC.
Combustión térmica regenerativa
Este es un proceso que nos permite recuperar la energía a partir de la combustión de hidrocarburos sin generar emisiones contaminantes.
En este proceso la combustión la generamos en una cámara a temperatura ente 700 a 1200ºC con un tiempo de permanencia entre los 0.5 a 2 segundos.
Este método lo empleamos en cuanto a gestión de residuos para la destrucción de grandes cantidades de COVS y cuando la energía liberada es posible recuperarla mediante calentamiento de agua, aceites calientes, vapor de agua, etc.
Las principales ventajas de este sistema es un control de emisiones constantes, facilidad de la operación, recuperación de la energía (calor)
Sistema fiable, aunque los vapores contaminantes contengan concentraciones diferentes en el tiempo e incluso en presencia de restos de polvo y líquidos.
Sistema indicado para industrias con una alta concentración de COVS
Este sistema está indicada para industrias que generan flujos de aire contaminado entre los 1.000 a 300.000 Nm/h con una alta concentración de COVS entre las que se pueden encontrar:
- Industrias farmacéuticas,
- Túneles de pintura
- Pintado de aluminio
- Prelacados
- Almacenaje de hidrocarburos
- Petroquímica
- Industria química
- Industrias fabricante de cerámica, ladrillos etc.
- Fundición
- Imprentas
los vapores contaminantes tengan concentraciones diferentes en el tiempo e incluso en presencia de restos de polvo y líquidos.
Oxidación térmica catalítica recuperativa
Cuando en los procesos tenemos la posibilidad de conocer exactamente la composición de los disolventes a recuperar y eliminar y la recuperación del calor generado no es algo significativo, se puede optar por los sistemas de Oxidación térmica catalítica.
En este sistema se hacen pasar los vapores a través de un lecho de catalizados compuesto por óxidos metálicos o sales de metales preciosos, generándose la oxidación a temperatura mucho mas bajas que los recuperativos pues estaremos trabajando en el entorno de los 250ºC a 450ºC
Tipos de catalizadores
Dentro de los Catalizadores podemos encontrar
Catalizadores de metales nobles
como el Platino, Paladio, Plata u Oro y suelen estar aleados con Rutilio, Rhodio , Osmio o Iridio.
Catalizadores de óxidos metálicos
Como los de Vanadio, Cromo, Manganeso, Cobalto, Níquel, o Cobre.
Estos catalizadores van perdiendo eficacia con el tiempo debido al efecto de la temperatura, taponamiento de los poros, etc.
La vida media de estos catalizadores se encuentra ente las 8000 a 20.000 horas , según temperaturas, tipos de productos y partículas en suspensión.
Su ventaja principal ahorro de combustible
La principal ventaja de este sistema es el menor consumo de combustible para el precalentamiento cosa que favorece a la gestión de residuos.
Los sectores indicados para este proceso son:
- Imprentas
- Pintado de aluminio
- Prelacados
- Túneles de pintado
- Almacenaje de hidrocarburos
- Petroquímica
- Industrias químicas
- Farmacéuticas,
- Fábricas de cerámica y ladrillos
- Fundiciones
La limitación de este sistema es la poca efectividad en el caso de gases contaminados con polvo o con agua, derivados de siliconas
Sistema indicado para tratamientos de flujos de aire contaminado que estén en rangos entorno a los 100 a 50.000 Nm/h
oxidación térmica catalítica recuperativa tiene como ventaja el ahorro de combustible
Oxidación catalítica regenerativa
Este proceso se diferencia de la Catalítica recuperativa por la masa cerámica en el interior del reactor contenedor del catalizador.
La utilización de la masa cerámica con contenido cerámica en catalizador, permite la reacción de consumo de gas respecto a las térmicas.
Oxidación catalítica regenerativa
Oxidación térmica generativa
La oxidación térmica regenerativa se aplica en aquellos casos en los que no hay necesidad de recuperar el calor generado en el proceso o no es lo suficientemente importante como para justificar el costo del montaje de sistemas recuperativos .
Estos sistemas se basan en el montaje de dos o tres torres de acumulación de calor con relleno cerámico (según necesidades), una cámara de combustión, sistemas de control de flujo, ventilador para la recirculación, control con PLC para supervisar y verificar todas las fases del proceso de forma automática.
Este sistema tiene una serie de ventajas respecto a los otros sistemas:
- Emisiones constantes
- Fácil manejo
- Gran reducción de consumo de combustible
- Utilización de los disolventes para el funcionamiento de la planta
- Emisiones reducidas de CO y NOx
Croquis de un sistema de oxidación térmica regenerativa
Adsorción
adsorcion sistema de eliminación de residuos
El proceso de control de emisiones de COVS a la atmosfera mediante adsorción está basado en el fundamento de la difusión molecular entre compuestos gaseosos y sólidos, en los que se define como absorbido la fase gaseosa y adsorbente la parte sólida.
Las moléculas de COVS son adheridas a la superficie solida formando substratos gracias a la fuerza de atracción electrostática o por la adhesión debida al efecto de capilaridad.
Los materiales mas utilizados en estos procesos son de diferentes naturalezas, entre los que se encuentran:
- La Zeolita
- Polímeros y resinas
- Carbono activo
Este último, el carbono activo es el más utilizado en estos procesos.
Carbono activo
El Carbono activo es un término genérico que hace referencia a una de las familias de adsorbentes altamente cristalizados y con una porosidad interna muy alta.
De forma orientativa podemos decir que un kilo de carbono activo puede llegar a tener mas de 2 millones de metros cuadrados de superficie.
Su uso esta muy extendido para multitud de aplicaciones en actividades tan dispares como la medicina, la purificación de aguas potables, extracción de metales, retención de gases y COVS, etc.
La obtención del carbón activo es de diferentes naturaleza entre las que destacan los antracitas bituminosas, las subituminosas y el lignito, o mediante cascara de coco , madera etc.
En el proceso de retención de gases el proceso es de los mas económicos, pues actúa y trabaja a temperatura casi ambiente en torno de los 30 a 40 ºC, lo que le permite ser una de las alternativas mas económicas.
Solo emplearemos vapor de agua o N2 para reactivar de nuevo el carbono activo.
El proceso es sencillo pues lo que hacemos es intercalar dicho adsorbente en el flujo de aire contaminado haciendo que este tome contacto con el carbono activo.
Una vez este dicho adsorbente saturado le haremos pasar vapor de agua para recuperar todos los disolventes retenidos y reactivar el carbono.
Métodos e instalaciones usadas en adsorción
Existen multitud de métodos e instalaciones para aplicar los métodos de adsorción, desde mantas filtrantes impregnadas en carbono activo, a cartuchos fabricados para ser instalados en soportes y estructuras en el propio circuito de flujo de aire a instalaciones independientes en las que el tratamiento es para un caudal mucho mayor e incluso en estos sistemas se puede llegar a crear la adsorción de los gases y la reactivación del carbono en una misma instalación y en continuo.
Eso se consigue gracias a que se hace pasar el flujo contaminado a través de la zona de adsorción y en el momento que no existe flujo contaminado, de forma automática, le hacemos pasar vapor de agua a través del lecho de carbono activo, de tal manera que reactivamos de nuevo el adsorbente.
Tratamiento biológico
Este proceso consiste en la eliminación de COVS mediante reacciones bioquímicas, es decir: la utilización de microorganismos con capacidad de degradar compuestos orgánicos.
Biofiltros o bioreactores
Para este fin se utilizan Biofiltros, o bioreactores donde la acción de los microorganismos se encargan de la degradación y transformación de sustancias mas simples e inocuos favorenciendo la gestión de residuos.
Este proceso es gracias a que los microorganismos utilizados pueden alimentarse de los COVS metabolizándolos.
Para que todo este proceso pueda darse se debe controlar una serie de parámetros en las instalaciones:
- Temperatura ambiente 15 – 30 ºC
- Preparación de nutrientes para los microorganismos como N, P , o Fe
- Un PH neutro
- Mantener la fuerza iónica del medio constante sin aparición de sales.
- Evitar la aparición de inhibidores tóxicos para los microorganismos.
Como todos los sistemas los biofiltros también tienen sus limitaciones de aplicación y esta mas indicado para un tipo de aires contaminantes que otros.
Entre los mas indicados está como ya se ha dicho el tratamiento de aire contaminado en COVS, Acido Sulfidrico, NH3.
Condiciones especiales de los biofiltros.
Los biofiltros son unos de los dos sistemas para actuar sobre los gases contaminantes, para un buen funcionamiento de la gestión de residuos deben tener unas condiciones determinadas:
- PH : si el tipo de gases a eliminar son H2S deberemos tener un PH entre 1 y 2
- Para la eliminación de COVS y nitrificación el PH deberá encontrarse en torno a 7
- Para el control del PH utilizaremos sustancias alcalinas del tipo CaO, Ca CO3Ca SiO3.
- Sustancias tampón en el relleno, adición de acido/base
- Nutrientes inorgánicos para los microorganismos son elementos y sustancias que nos permiten la proliferación y mantenimiento de los microorganismos en los biofiltros.
Entre otras sustancias utilizadas según necesidades, naturaleza de los gases, tipo de biofiltro e instalación destacan:
- Los Naturales: Compost, Turba, Serrín
- Los Sintéticos: Carbón activo, Poliuretano PVC Polipropileno, Anillos o tubos de vidrio, Zeolitas
tratamiento bilógico de eliminación de residuos industriales y compuestosorgánicos volatiles
Conclusión
Como hemos visto, la gestión de residuos en estos sistemas se hace complicada debido a que en la mayoría de las ocasiones requieren de grandes dimensiones y el uso de productos químicos de dificil eliminación para poder funcionar.
Precisamente es ahí es donde Química DNI ofrece una solución a estos problemas gracias a sus sistemas Phosgreen Plafos Plus y Ecophor Spay-system y para empresas de todo tipo y tamaño que tengan problemas en la gestión de residuos industriales.
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