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Tratamento de Cinzas de Incineradores
A necessidade de desenvolver sistemas capazes de tratar cinzas de incineração tem sido motivada pela necessidade de obter um produto quimicamente estável o qual (idealmente) tenha uso subsequente como material para construção. A importância do problema das cinzas depende dos factores locais prevalecentes na região ou país.
A fornalha é alimentada a vazão controlada e a escória é continuamente removida escoando sobre um tanque de resfriamento cheio de água onde solidifica e é granulada. Os gases são conduzidos para uma câmara de pós-combustão onde quaisquer espécies redutoras são completamente incineradas (ex. CO, H2) antes do tratamento e remoção de material particulado, sendo então lançadas na atmosfera através de uma chaminé.
Para o aquecimento do sistema foram usadas tochas geminadas de grafite com arco acoplado ao material fundido.
Dados de emissão gasosa típica da operação da fornalha estão mostrados na seguinte tabela:
MSW - Resíduos Municipais Sólidos
SSW - Lamas de esgoto
Emissões Gasosas do Tratamento a Plasma de Cinzas de MSW e SSW
Concentração de Gás(mg/m3)
Cinzas(MSW)
Cinzas(MSW)
H2S
<5.0
0.01
NOX
0.0
0.0
SO2
5–35
300
HCl
<5,0
<5,0
HF
>0,08
0,10
Nota: medida em mg/m3 de ar ambiente à saída da fornalha.
Na operação ficou demonstrado que não houve dificuldade na fusão de qualquer dos materiais das cinzas. A escória fluidificou-se na faixa de 1350-1500°C. Observou-se também o seguinte:
Com relação aos óxidos metálicos, há concentração de certas espécies de óxidos voláteis (ZnO, PbO e CdO) na fase gasosa. Os metais alcalinos ( Na2O e K2O), que também exibem alta pressão de vapor nas temperaturas da fornalha, foram principalmente mantidos na fase da escória. A explicação provável para isto é que o alto conteúdo em sílica na escória reduziria a actividade desses óxidos formando silicatos de sódio e potássio estáveis. O nível de óxido de ferro é similar na escória e no material alimentado, indicando que pouca redução carbotérmica do óxido de ferro ocorreu (embora pérolas de ferro tivessem sido observadas na escória). Os óxidos estáveis foram mantidos quantitativamente na escória como era esperado.
Com respeito a espécies aniónicas, um alto grau de volatilização de sulfatos e cloretos ocorreu; os fosfatos ficaram retidos na fase da escória.
As escórias altamente silicosas produzidas mostraram não ser lixiviáveis.
Um sumário de composições dos lixiviados obtidos para ambos os tipos de cinzas está mostrado na Tabela 6. Estes níveis estão compatíveis com limites propostos sob a instrução normativa EC 91/C190/01 (EPA). Para ambos os materiais os principais elementos traços presentes (Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Hg e fenóis), estiveram bem abaixo dos limites propostos por aquela instrução.
O nível de substâncias orgânicas (extracto de solvente e fenóis) foi também reduzido a níveis baixos nas escórias de ambas as cinzas como indicado na Tabela 5 e 7.
Referindo-se a Tabela 6, que sumaria os níveis de emissão de gases ácidos, é notado que o SO2 esteve presente em concentrações significativas.
Níveis muito baixos de NOx, H2S, HCl e HF foram detectados nos gases exausto da fornalha
Tabela 7 - Resultados de Testes de Lixiviação (DIN 38414) Para Escórias de Tratamento de MSW e SSW Comparada a Instrução EPA EC 91/C 190/01 para Resíduos Perigosos
ESPECIES
SSW (mg/l)
MSW (mg/l)
INSTRUÇÀO EC 91/C 190/01
RESÍDUOS PERIGOSOS (mg/l)
RESÍDUOS INERTES (mg/l)
Arsénico
0,2-1,0
<0,1
Chumbo
<0,05
<0,05
0,4-2,0
Total menos que 5 mg/l
Cádmio
<0,05
<0,05
0,1-0,5
Cromo
<0,05
<0,05
0,1-0,5
Cobre
0,1
<0,05
2-10
Níquel
<0,05
<0,05
0,4-2,0
Mercúrio
<0,05
<0,05
0,02-0,1
Zinco
<0,05
<0,05
2-10
Fenóis
0,04
<0,01
20-100
<10
Tabela 8 - Dados Operacionais Típicos do Tratamento das Cinzas
Energia Teoricamente Necessária
500-550kwh/t
Energia Consumida na Planta Piloto
850-900 kwh/t*
Vazão de Cinzas
150-300kg/h
Temperatura da Escória
1400-1500°C
Recuperação de Material como Escória
~98%
Consumo do Eléctrodo
2 kg/t de cinzas
Lixiviação da Escória
Metais pesados lixiviáveis abaixo dos limites
Nota: estimada em 650 kwh/t de cinzas em plantas comerciais
Em geral, para uma fornalha de grande capacidade operando sob atmosfera neutra ou redutora, o uso de tochas de grafite é preferida. Contudo para unidades de pequeno porte (1-2 t/h), tochas metálicas refrigeradas pode ser a melhor escolha, particularmente se operando em atmosfera oxidante ou destinadas a produzir material de qualidade especial que requeira condições estritas de controlo.
A implantação de um projeto pioneiro
Desenvolvimento de Tecnologia
Em 1996 a empresa Techplasma foi constituída especificamente para desenvolver tecnologia para o processamento térmico de resíduos perigosos, incluindo a recuperação de metais e a cogeração de energia a partir dos gases produzidos nos processos. A seguir está descrita parte do trabalho de desenvolvimento realizado.
Destruição Térmica com Cogeração e Tratamento de Resíduos Via Plasma Térmico
A Techplasma iniciou em 1997 um programa de desenvolvimento de tecnologia constituído por duas linhas de pesquisa denominadas respectivamente Destruição Térmica com Cogeração e Tratamento de Resíduos Via Plasma Térmico. Este programa obteve apoio do CNPq/RHAE e envolveu uma equipa de pessoas graduadas e pós-graduadas experientes nas disciplinas aplicáveis ao desenvolvimento na área de meio ambiente, resultando também no treino de formandos em engenharia.
Na linha de pesquisa Destruição Térmica com Cogeração, o programa visou o desenvolvimento de sistemas com o aproveitamento máximo da energia térmica e integrado de tecnologia de tratamento dos efluentes do processo em conformidade com a tendência actual dos regulamentos de preservação do meio ambiente. Vários Aspectos da tecnologia desenvolvida foram aplicados na implantação do CTRP – Fortaleza (Centro de Tratamento de Resíduos Perigosos de Fortaleza) e estão a ser previstos para a utilização noutras plantas.
Na outra linha de pesquisa, Tratamento de Resíduos Via Plasma Térmico, foi desencadeado um projecto para o desenvolvimento de processo de tratamento de resíduos perigosos via Plasma Térmico, incluindo a implantação duma unidade protótipo. O projecto da unidade protótipo está em andamento e esta unidade estará inserida no projecto do Centro de Tratamento de Resíduos Perigosos Kompac.
Desenvolvimento de Processo Para Tratamento de Borra de Tinta
Em Março de 1996, juntamente com IPT-Instituto de Pesquisas Tecnológicas e a PUC/RJ – Depto. De Engenharia Metalúrgica e Materiais, o Grupo Kompac, através da Techplasma, iniciou um programa para a Casa da Moeda sobre o desenvolvimento de processo de tratamento de borra de tinta via plasma. O programa foi desenvolvido para tratar borra de tinta, amostra de solo contaminado e de tambores utilizados no armazenamento da borra de tinta na Casa da Moeda. Em Julho do mesmo ano o projecto foi concluído em escala de laboratório e com os resultados alcançados a Kompac obteve Licença de Instalação para o processo via plasma térmico de tratamento dos resíduos de borra de tinta.
Os testes foram realizados em laboratório com equipamentos em escala piloto desenvolvidos. Nos experimentos foram empregadas, tipicamente, as seguintes condições operacionais:
Tocha de plasma de 300/500 kW, operando com 60V e 200A
Gás de plasma – argón (fluxo volumétrico de 4 l/min)
Taxa de Alimentação de borra de tinta + 20 % de solo – 3 kg/h
Temperatura do forno em regime – 1.600ºC
Ensaios de lixiviação e solubilização:
Os produtos obtidos, em matriz vítrea e matriz férrea, foram analisados através de testes de lixiviação e solubilização. As amostras foram analisadas para todos os elementos que inicialmente foram detectados na borra de tinta. Pode-se verificar que os valores dos lixiviados encontrados para os produtos obtidos com o processo a plasma (tanto vítreo como férreo) estão bastante abaixo dos limites permitidos na legislação ambiental vigente.
CONCLUSÃO :
O tratamento de resíduos por plasma térmico é uma solução definitiva, capaz de transformar resíduos perigosos em resíduos últimos inofensivos ao meio ambiente, que podem ser inclusive reaproveitados noutros processos ou directamente. Este é o enorme atractivo das tecnologias de tratamento a plasma térmico abordadas neste trabalho.
O trabalho apresenta o plasma térmico como uma opção ambientalmente segura para tratamento final dos resíduos perigosos, que se originam nos processos de produção industrial e nos de tratamento de resíduos de maneira geral, inclusive lixo urbano e esgoto sanitário. As razões para isto têm bases nos seguintes factos:
A tecnologia de plasma térmico decompõe totalmente a matéria orgânica, reduz a emissão total de gases e também favorece a viabilização de equipamentos móveis para o tratamento térmico de resíduos
Os sistemas de geração do arco de plasma são bastante flexíveis e podem ser adaptados as características de cada aplicação com opções de arco não-transferido, transferido, combinações de elétrodos e especificação de corrente;
O tratamento de resíduos por plasma térmico é uma solução definitiva e permite a obtenção de materiais inertes e produtos recicláveis, sendo aplicável aos mais variáveis tipos de resíduos num mesmo sistema.
Nos países desenvolvidos o emprego comercial das tecnologias de plasma é hoje uma realidade, e o continuado desenvolvimento tecnológico tem aumentado a oferta de soluções baseadas nesta opção;
A geração de resíduos perigosos tenderá a aumentar com o crescimento económico e industrial, em consequência, a demanda por soluções para os potenciais problemas causados ao meio ambiente, suscitará o emprego das tecnologias de tratamento térmico, uma tendência já verificada nos países desenvolvidos;
Referências:
Este artigo técnico é um resumo de um trabalho apresentado pelos engenheiros da Kompac-Brasil com o título “ O Plasma Térmico Solução Final para os Resíduos Perigosos” Seminário do Ambiente ABM – Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, São Paulo, Oct/1999:
Eng. Ricardo Augusto do Amaral Menezes
Eng. Ivan Menezes
Eng. Marco António Menezes.
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