incineração de resíduos -tecnologias, impactos e perspectivas

Departamento de Engenharia Química

Faculdade de Ciências e Tecnologia Universidade de Coimbra

F. J. Antunes PereiraF. J. Antunes Pereira

Professor Catedrático

Universidade de Aveiro, Aveiro, Portugal

antunes@dao.ua.pt

20 Novembro 200220 Novembro 2002

Plano da palestra:

1-Importância da incineração 1-Importância da incineração

2-Origem das emissões poluentes 2-Origem das emissões poluentes

3-Tecnologias de incineração 3-Tecnologias de incineração

4-Impactos no ambiente4-Impactos no ambiente

5-Impactos na saúde pública5-Impactos na saúde pública

6-Perspectivas futuras 6-Perspectivas futuras

7-Co-incineração7-Co-incineração

CONCLUSÕES

Importância da incineração Importância da incineração

2-Origem das emissões poluentes

3-Tecnologias de incineração

4-Impactos no ambiente

5-Impactos na saúde pública

6-Perspectivas futuras

7-Co-incineração

CONCLUSÕES

Plano da palestra:

O que distingue a Incineração dos outros processos?...

Reduz a massa (em 70%) e o volume (em 90%) dos resíduos, a cinzas e escórias

Estabiliza os resíduos: toxicidade, patogenicidade

Desvia os resíduos dos aterros

Recupera (produz) energia: calor + electricidade

Por que é actualmente tão importante a incineração?

A nova Directiva Comunitária de aterros sanitários (1999/31/CE) impõe uma redução em 75% na matéria orgânica para aterro, até 2015

A regra dos RRR (reduzir, reutilizar, reciclar) não está a ser implementada

A necessidade dos governos europeus implementarem o 6º PACA (Programa Comunitário de Acção para o Ambiente): “descorrelacionar a utilização de recursos naturais com o desenvolvimento económico, através duma melhor gestão desses recursos”

Qual a composição típica dos RSU nacionais ?

30% são inorgânicos: podem ser reciclados

70% são orgânicos: podem ser incinerados ou fermentados

São portanto possíveis muitas combinações de tratamentos

Quais são então as opções de gestão na UE ?

Aterro(60%) Incineração(20%)

1-Importância da incineração

Origem das emissões poluentes Origem das emissões poluentes

7-Co-incineração

CONCLUSÕES

Plano da palestra:

Mas...

...antes de continuar, recordemos que a incineração produz dois grandes tipos de emissões tóxicas:

Gases de combustão

Resíduos sólidos (cinzas)

...que portanto têm de ser tratados antes de largados no ambiente...

Origem das emissõesComponentes precursores dos contaminates produzidos:Componentes precursores dos contaminates produzidos:

Não esquecer a matéria orgânica !!!…Não esquecer a matéria orgânica !!!…

Origem das emissões

Ilustração da degradação Ilustração da degradação térmica da matéria orgânica térmica da matéria orgânica complexa:complexa:

Formação dosFormação dos PCIsPCIs

(produtos de combustão (produtos de combustão jncompleta)jncompleta)

Sequência de processos durante a combustão:

SecagemSecagem

PirólisePirólise

CombustãoCombustão

Sequência de processos durante a combustão:Sequência de processos durante a combustão:

Na fase sólidaNa fase sólida

(cinzas)

Na fase vaporesNa fase vapores Na fase de gasesNa fase de gases

1-Compostos metálicos

(Pb, Cd, Ni,

Cr, As…)

1-Metais (Hg, Se)

2-Compostos metálicos (Hg,Se, Cd, Pb, Zn, Ni, Cr, As, Tl, Sb…)

3-COVs:

*PCDD/Fs

*PCBs, PCTs…

1-Gases ácidos:

*HCl, HF, HBr

*SOx (SO2 + SO3)

*NOx (NO + NO2)

2-Gases de estufa:

HPA = Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos

PCDD/F = Dioxinas e furanos (policlorodibenzodioxinas; poiclorodibenzofuranos)

PCB = Policlorobifenil

A toxicidade é maior para as posições 2,3,7,8 (A toxicidade é maior para as posições 2,3,7,8 (TCCsTCCs e e TCDFsTCDFs))

Apenas 17 congéneres são tóxicos (8 Apenas 17 congéneres são tóxicos (8 PCCDDsPCCDDs ; 9 ; 9 PCDFsPCDFs))

Policloro dibenzo dioxina

Policloro dibenzo furano|

-BioacumulaçãoBioacumulação

-Biomagnificação-Biomagnificação

Mecanismo “de novo”:Mecanismo “de novo”:

Temperaturas: 200-400 ºC (velocidade máx. a 350ºC)

Espécies envolvidas (nos poros das cinzas):

Matéria orgânica

Oxigénio

Cloro (Cl deNaCl; ou Cl2 de HCl/Deacon)

Emissões independentes de conc. de Cl na alimentação

Controlo das emissões de dioxinas/furanos:Controlo das emissões de dioxinas/furanos:

Têmpera rápida dos gases (na zona 400 200ºC)

Combustão completa (>750ºC); evitar matéria orgânica na zona de pós-combustão

Tempo de residência dos gases a mais de 850ºC maior que

2 segundos

Municipal TóxicosMunicipal Tóxicos

Tecnologias de incineração Tecnologias de incineração

7-Co-incineração

CONCLUSÕES

Plano da palestra:

Tecnologias de incineração

Circuito do vaporCircuito do vapor

EQUIPAMENTO EXEMPLO POLUENTES TRATADOS

DESPOEIRADORES

Filtros (de sacos) Ciclones PPE (Precip. Electrost.)

Poeiras E indirectamente todos os adsorvidos: -Metais pesados -Orgânicos voláteis

LAVADORES

Adsorventes alcalinos [CaO; Ca(OH)2;etc] Carvão activado

Gases ácidos: [HCl, HF, HBr, SO2] Metais (Hg) Orgnicos voláteis (COVs): -Dioxinas/Furanos -PCBs, PCTs -HPAs

REDUÇÃO QUÍMICA

SCR (Selective Catalytic Reduction) SNCR (Selective Non Catalytic Reduction)

NOx (NO + NO2) Dioxinas/Furanos

INERTIZAÇÃO

Solidificação (cimento; polímeros) Vitrificação (plasma)

Cinzas (volantes) RTG (Resíduos do Tratamento de Gases)

Controlo Controlo

Poluição Poluição

AtmosféricaAtmosférica

FILTRO DE SACOSFILTRO DE SACOS

Desnitrificação catalítica (SCR – Selective Catalytic Reduction)Desnitrificação catalítica (SCR – Selective Catalytic Reduction)

Inertização das Inertização das cinzascinzas

(vitrificação)(vitrificação)

Inertização das Inertização das cinzascinzas

(solidificação)(solidificação)

Aproveitamento energético: Aproveitamento energético:

ciclo combinado (electricidade + calor)ciclo combinado (electricidade + calor)

O que se pode fazer só com o calor !…O que se pode fazer só com o calor !…

A MONTANTE:A MONTANTE:

Remoção selectiva dos componentes potencialmente tóxicos !...

DENTRO DA FORNALHA:DENTRO DA FORNALHA:

Aumentar eficiência da combustão: controlo e monitorização do processo

A JUZANTE:A JUZANTE:

Usar “end-of-pipe technology.”

Controlo da poluição:

Incineração de resíduos é regulamentada pela Directiva Europeia 2000/76/EC

Crítica: regulamentação baseada na “melhor tecnologia” existente, e não só em dados de saúde humana

Exemplo de limites de emissão: ver slide seguinte...

A legislação: como está protegida a saúde pública…A legislação: como está protegida a saúde pública…

Limites das emissões gasosas:Limites das emissões gasosas:

Poluente Média 24 h

Média 30 min (100%)

Média 30 min (97%)

Média 6-8 h

Frequência de amostragem

Partículas totais (mg.m-3) 10 30 10 Contínuo TOC (mg.m-3) 10 20 10 Contínuo HCl (mg.m-3) 10 60 10 Contínuo HF (mg.m-3) 1 4 2 Contínuo SO2 (mg.m-3) 50 200 50 Contínuo NOx (mg.m-3) 200 400 200 Contínuo Cd + Tl (mg.m-3) 0.05 0.1 2 vezes por ano Hg (mg.m-3) 0.05 0.1 2 vezes por ano Sb + As + Pb + Cr + Co + Cu + Mn + Ni + V (mg.m-3)

0.5 1 2 vezes por ano

Dioxinas e furanos (ng.m-3) 0.1 2 vezes por ano CO (mg.m-3) 50 100 150 Contínuo Temp. (°C) 850 Contínuo

Limites de emissão nos efluentes líquidos:Limites de emissão nos efluentes líquidos:

Poluente Valor limite expresso em concentração mássica para amostras não-filtradas

Sólidos suspensos totais (mg.l-1) 30 (95%) 45 (100%) Hg (mg.l-1) 0,03 Cd (mg.l-1) 0,05 Tl (mg.l-1) 0,05 As (mg.l-1) 0,15 Pb (mg.l-1) 0,2 Cr (mg.l-1) 0,5 Cu (mg.l-1) 0,5 Ni (mg.l-1) 0,5 Zn (mg.l-1) 1,5 Dioxinas e Furanos 0,3

Impactos no ambienteImpactos no ambiente

7-Co-incineração

CONCLUSÕES

Plano da palestra:

Impactos no ambiente

Categorias de impacto:Categorias de impacto:

Ruido (operação da instalação; tráfico rodoviário)

Estética

Desvalorização da propriedade

Aquecimento global (CO2, N2O, CH4...)

Acidificação (HCl, HF, NOx...)

Smog (NOx + hidrocarbonetos)

Impactos na saúde pública Impactos na saúde pública

7-Co-incineração

CONCLUSÕES

Plano da palestra:

Impactos na Saúde Pública Como os poluentes emitidos se dispersam no ambiente:Como os poluentes emitidos se dispersam no ambiente:

Impactos na Saúde Pública

Respiratórios e cardíacos (via inalação): poeiras gases ácidos

metais (compostos) Câncer (via ingestão):

metais (Cr, Cd, As) dioxinas, furanos, PCBs, HPAs

Neurofisiológicos (vias inalação e ingestão): metais (Pb, Hg)

Sistema reprodutor (via ingestão): dioxinas e furanos

Conhecem-se as emissões e os seus efeitos possíveis: mas será que as concentrações efectivamente verificadas na prática são suficientes par causar alterações na saúde? A resposta está, entre outros, nos estudos epidemiológicos.

Estudo epidemiológico: realização de testes de hipóteses para verificação de correlação entre factores ambientais e alterações na saúde.

Exemplo.Prevalência (ou incidência) de cancro por exposição adulta a 2,3,7,8-

PCDD/Fs de poluição atmosférica a juzante da pluma dum incinerador de RSU (via inalação).

Estudos Epidemiológicos

Tipos de efeitos na saúde pesquisados:Tipos de efeitos na saúde pesquisados:

Crianças Adultos

Sistema reprodutor (xenobióticos)

Nados-mortos Defict de peso corporal Prematuros Anomalias congénitas Anomalias cromossomáticas

Anomalias da quantidade e mobilidade do esperma

Infertilidade Abortos

Sistema respiratório: asma, deficiências respiratórias Sistema neurológico: neurologias degenerativas Sistema endócrino: diabetes, leucemia, cancro) Sistema imunitário: patogénicos, doenças infecciosas

CONCLUSÕES:CONCLUSÕES:

Dados recolhidos nãonão são suficientes para se concluir são suficientes para se concluir sobre um impacto negativo da incineração na saúdesobre um impacto negativo da incineração na saúde de residentes na vizinhança; os efeitos, se existirem, devem ser de tal forma subtis que escapam aos métodos de detecção

Causa principal: impossibilidade de se ter realizado uma avaliação de exposição fiável, por desconhecimento de:

•Composição dos RSU

•Taxas de emissão de poluentes

•Rotas de exposição (transporte atmosférico e hídrico)

•Vias de exposição dos receptores

Uma correlação positiva (mesmo que estatísticamente significativa) entre um agente ambiental e uma doença, não constitui necessáriamente prova de causalidade

Para isso seria necessário a causa preceder o efeito, e a correlação ser consistente, reprodutível, previsível, plausível e coerente

Relação causa-efeito também prejudicada por:

•Efeitos de muitos poluentes levarem muitos anos a fazer-se sentir (caso do câncer)

•Variabilidade da amostra: idade, sexo

•Interferência de agentes externos (“confounding factors”): tabaco, droga, álcool, produtos farmacêuticos, ambiente de fundo (“background”)

•Falta de dados toxicológicos para muitos poluentes ambientais

Nestas condições, a ausência de prova de impacto não pode ser tomada como prova da ausência do mesmo

Consequentemente é recomendável a aderência estrita ao Princípio da Precaução e às normas de correcta gestão integrada de RSU

Perspectivas futurasPerspectivas futuras

7-Co-incineração

CONCLUSÕES

Plano da palestra:

Perspectivas futuras

COMBUSTÃO EM LEITO FLUIDIZADOCOMBUSTÃO EM LEITO FLUIDIZADO

PLASMAPLASMA

Perspectivas futuras

PLASMA; VITRIFICAÇÃOPLASMA; VITRIFICAÇÃO

PIRÓLISEPIRÓLISE

Co-incineraçãoCo-incineração

CONCLUSÕES

Plano da palestra:

Co-incineração

FABRICO DO CIMENTOFABRICO DO CIMENTO

Gás: Gás: 2000ºC2000ºC

Clinquer:Clinquer:

1500ºC1500ºC

Co-incineração

Medições em grande número de instalações (> 100) não mostra correlação Medições em grande número de instalações (> 100) não mostra correlação entre emissões de dioxinas/furanos e teor em cloro dos resíduosentre emissões de dioxinas/furanos e teor em cloro dos resíduos

Co-incineração

Conclusões sobre as emissões de dioxinas e furanos em co-incineração nas cimenteiras:

As emissões de D/F não são correlacionáveis com o teor em cloro dos resíduos; nuns casos há aumentos, noutros diminuições

Qualquer efeito do teor em cloro é devido à variabilidade da técnica operatória (tipo de fornalha, sistema de amostragem dos gases, condições de operação, etc)

Não há razão para haver emissões acrescidas, desde que evitadas as condições de formação “de novo”

6-A co-incineração

CONCLUSÕESCONCLUSÕES

Plano da palestra:

CONCLUSÕES

Emissões dos incineradores contêm um conjunto de poluentes, que são potencialmente nocivos à súde (dioxinas/furanos; metais pesados)

Os estudos de impacto realizados (estudos epidemiológicos; estudos de análise de risco) não permitem concluir sobre um impacto negativo sobre o ambiente e a saúde

É de esperar que um incinerador “estado-da-arte” não ofereça riscos significativos

CONCLUSÕES

Contudo em situações particulares podem ocorrer perturbações na saúde, como p.ex. nos seguintes casos:

– Indivíduos particularmente sensíveis a determinadas substâncias

– Dispersão atmosférica desfavorável

– Má operação da tecnologia

Estes riscos tendem a ser minorados no futuro, devido a:

Melhoramento da eficiência de queima

Legislação de emissões mais restritiva

Introdução de reciclagem a montante do incinerador (removendo os componentes críticos mais perigosos: metais pesados, organoclorados, etc)

CONCLUSÕES

A nova legislação europeia favorece uma maior disseminação da incineração (restrição de deposição em aterros)

A incineração continuará contudo a ser uma opção controversa, em virtude dos possíveis impactos sócio-económicos, psicossociais e ambientais

Planning and siting an incineratorScientificc TOOLS

Use quantitative scientific tools:

• GIS (Geographic Information Systems)

• Operation Research methods: Linear and Dynamic Programming, Multicriteria decision tools (AHP-Analytitic Hierarquic Process...)

Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case

1 - Define the multi-criteria decision analysis methodology

2 - Map of the region served by the plant

3 - Population density

4 - Yearly volume of waste produced in all of the communes

5-Identify admissible zones for the plant location (industrial, more than 2ha lots, publicly owned); they are Cheneviers, Bois de Bay, Z.I. Meyza, Velodrome, and Les Rupiers

6-Identify the main roads from each commune center to each of the admissible sites, and calculate the optimum (shortest distance) using the Simplex Method (e.g.,Céligny)

7-Calculate the ”nuisance corridor” for each optimized route (a 100 m buffer zone for each side of the road, representing the noise buffer zone) and a 1Km “nuisance circle” (representing the visual and noise impact around each admissible site); for each case the number of affected people is calculated, by superimposing with the population map

8-Cumulative “nuisance “buffer zones” for transport, visual and noise impact

9-Use a Gaussian atmospheric pollution dispersion model to calculate the stack plume intersection with the ground, giving the NOx concentration profiles at the ground, and calculate the number of people affected

10-Use of the AHP method to determine which of the 5 admissible sites is less affected by the incinerator plant; Z.I. Meysa has the highest score and is therefore the definite choice for siting the incinerator plant.

See next slide...

...and the winner is: Z.I. ZIMEYZA

incineração de resíduos -tecnologias, impactos e perspectivas

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