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
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
3-Tecnologias de incineração
4-Impactos no ambiente
5-Impactos na saúde pública
6-Perspectivas futuras
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
Origem das emissões
Sequência de processos durante a combustão:Sequência de processos durante a combustão:
Origem das emissões
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
*HPAs
*PCBs, PCTs…
1-Gases ácidos:
*HCl, HF, HBr
*SOx (SO2 + SO3)
*NOx (NO + NO2)
2-Gases de estufa:
*CO2
*N2O
*CH4
HPA = Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos
PCDD/F = Dioxinas e furanos (policlorodibenzodioxinas; poiclorodibenzofuranos)
PCB = Policlorobifenil
Origem das emissões
Origem das emissões
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))
PCDD
Policloro dibenzo dioxina
PCDF
Policloro dibenzo furano|
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-BioacumulaçãoBioacumulação
-Biomagnificação-Biomagnificação
Origem das emissões
Origem das emissões
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
Origem das emissões
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
1-Importância da incineração
2-Origem das emissões poluentes
Tecnologias de incineração Tecnologias de incineração
4-Impactos no ambiente
5-Impactos na saúde pública
6-Perspectivas futuras
7-Co-incineração
CONCLUSÕES
Plano da palestra:
Tecnologias de incineração
Tecnologias de incineração
Tecnologias de incineração
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
de de
Poluição Poluição
AtmosféricaAtmosférica
Tecnologias de incineração
Tecnologias de incineração
Tecnologias de incineração
FILTRO DE SACOSFILTRO DE SACOS
Tecnologias de incineração
Desnitrificação catalítica (SCR – Selective Catalytic Reduction)Desnitrificação catalítica (SCR – Selective Catalytic Reduction)
Tecnologias de incineração
Tecnologias de incineração
Inertização das Inertização das cinzascinzas
(vitrificação)(vitrificação)
Tecnologias de incineração
Inertização das Inertização das cinzascinzas
(solidificação)(solidificação)
Tecnologias de incineração
Aproveitamento energético: Aproveitamento energético:
ciclo combinado (electricidade + calor)ciclo combinado (electricidade + calor)
Tecnologias de incineração
O que se pode fazer só com o calor !…O que se pode fazer só com o calor !…
Tecnologias de incineração
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:
Tecnologias de incineração
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…
Tecnologias de incineração
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
Tecnologias de incineração
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
1-Importância da incineração
2-Origem das emissões poluentes
3-Tecnologias de incineração
Impactos no ambienteImpactos no ambiente
5-Impactos na saúde pública
6-Perspectivas futuras
7-Co-incineração
CONCLUSÕES
Plano da palestra:
Impactos no ambiente
Categorias de impacto:Categorias de impacto:
Impactos no ambiente
Categorias de impacto:Categorias de impacto:
Impactos no ambiente
Ruido (operação da instalação; tráfico rodoviário)
Estética
Desvalorização da propriedade
Aquecimento global (CO2, N2O, CH4...)
Acidificação (HCl, HF, NOx...)
Smog (NOx + hidrocarbonetos)
1-Importância da incineração
2-Origem das emissões poluentes
3-Tecnologias de incineração
4-Impactos no ambiente
Impactos na saúde pública Impactos na saúde pública
6-Perspectivas futuras
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
Impactos na Saúde Pública
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
Impactos na Saúde Pública
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
Impactos na Saúde Pública
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
Impactos na Saúde Pública
Impactos na Saúde Pública
CONCLUSÕES:CONCLUSÕES:
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
Impactos na Saúde Pública
CONCLUSÕES:CONCLUSÕES:
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
1-Importância da incineração
2-Origem das emissões poluentes
3-Tecnologias de incineração
4-Impactos no ambiente
5-Impactos na saúde pública
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
11-Importância da incineração
2-Origem das emissões poluentes
3-Tecnologias de incineração
4-Impactos no ambiente
5-Impactos na saúde pública
6-Perspectivas futuras
Co-incineraçãoCo-incineração
CONCLUSÕES
Plano da palestra:
Co-incineração
FABRICO DO CIMENTOFABRICO DO CIMENTO
Gás: Gás: 2000ºC2000ºC
Clinquer:Clinquer:
1500ºC1500ºC
Co-incineração
Co-incineração
Co-incineração
Co-incineração
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”
1-Importância da incineração
2-Origem das emissões poluentes
3-Tecnologias de incineração
4-Impactos no ambiente
5-Impactos na saúde pública
6-A co-incineração
7-Perspectivas futuras
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
Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case
2 - Map of the region served by the plant
Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case
3 - Population density
Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case
4 - Yearly volume of waste produced in all of the communes
Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case
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
Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case
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)
Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case
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
Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case
8-Cumulative “nuisance “buffer zones” for transport, visual and noise impact
Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case
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
Topic 6-Planning and siting an incineratorApplication to a ficticious case: the Geneva case
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