Incineração é o processo de combustão controlada dos resíduos, em que estes são queimados e transformados em pequenas quantidades de resíduos inertes, não inertes e gases, com produção ou não de energia



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INCINERAÇÃO

INTRODUÇÃO

Incineração é o processo de combustão controlada dos resíduos, em que estes são queimados e transformados em pequenas quantidades de resíduos inertes, não inertes e gases, com produção ou não de energia.

A incineração é uma forma de total eliminação dos resíduos tóxicos ao meio ambiente, sem a emissão de gases tóxicos para a atmosfera.

Um incinerador pode ser operado sem provocar agressões ao meio ambiente, para isso, deverão ser empregados precipitadores de partículas, filtros eletrostáticos, lavadores de gases, etc.

O processo de incineração atinge temperaturas acima de 900°C, no caso da queima de resíduos domiciliares haverá uma redução dos constituintes minerais como o dióxido de carbono gasoso e vapor d'água, à sólidos inorgânicos(cinzas).

Uma das opções de que dispõem as Prefeituras Municipais para reduzir o gigantesco volume do lixo que é coletado nas cidades é a queima ou combustão. A queima do lixo é facilitada pela grande quantidade de papéis e materiais plásticos que são descartados pelas pessoas, o que permite a combustão dos resíduos sem a necessidade de um combustível para manter a temperatura, isto é: o lixo queima sozinho. Esta solução apresenta grandes vantagens pois a combustão reduz o volume do lixo que necessita ser disposto em aterros e as cinzas representam menos que 30% do lixo  coletado.  

Nas grandes cidades, a urbanização das áreas disponíveis no município, graças à ampliação das ruas e dos parques, termina por reduzir os locais onde poderia ser aterrado o lixo coletado. Entretanto, a queima do lixo não pode ser realizada a céu aberto, pois espalharia a fumaça e os gases tóxicos e produziria mais poluição  que  aquela provocada pelo lixo nos aterros. A queima do lixo deve ser efetuada em equipamentos desenhados para este fim denominados incineradores.  

O lixo coletado nas cidades deve ser reciclado, enterrado ou destruído: o primeiro processo é  realizado com as operações de reutilização dos materiais, tais como papéis, vidros, plásticos e metais; o segundo processo consiste na operação dos aterros sanitários e o terceiro processo é obtido pela queima do lixo  em equipamentos denominados incineradores.  

O lixo originado  na varrição das ruas e na limpeza das áreas onde são realizadas as feiras-livres, apresenta substâncias orgânicas degradáveis e embalagens que podem ser nocivas ao meio ambiente, além disso o lixo gerado no interior dos hospitais, ambulatórios e clínicas, uma vez podendo transmitir doenças, devem necessariamente serem destruídos pela queima em altas temperaturas.  

O emprego de incineradores é uma parte importante do sistema de limpeza urbana, porque elimina o lixo hospitalar contaminado e reduzindo o volume do lixo. As cinzas representam menos que 30% do peso do lixo queimado.

Mundialmente, a incineração tem sido praticada objetivando redução dos volumes a serem dispostos face a problemas com a disponibilidade de áreas, redução da periculosidade do lixo, como é o caso do lixo hospitalar, e possibilidade de recuperação de energia. 

No Japão, o porcentual de lixo incinerado chega a 80%. A impossibilidade de dispor o lixo em aterros sanitários, face à escassez de espaço, levou este país a adotar a incineração como alternativa de tratamento, de forma intensiva. O país dispõe hoje de centenas de incineradores. . 

No Brasil, o primeiro incinerador para lixo municipal foi instalado na cidade de Manaus, em l896, 22 anos depois da implantação da primeira unidade construída no mundo, na cidade de Nottingham, Inglaterra, em l874. 

Esse pioneirismo no país não foi acompanhado de um crescimento na utilização da incineração como forma de tratamento do lixo doméstico. Desta forma, hoje no Brasil, os incineradores em uso não chegam a atingir duas dezenas. 




VANTAGENS E DESVANTAGENS DA INCINERAÇÃO DO LIXO

 
Vantagens:
 redução drástica do volume a ser descartado:  a incineração deixa como sobra apenas as cinzas, que geralmente são inertes. Desta forma, reduz a necessidade de espaço para aterro;
redução do impacto ambiental: em comparação com o aterro sanitário, a incineração minimiza a preocupação a longo prazo com monitorização do lençol freático já que o resíduo tóxico é destruído e não “guardado”;

destoxificação: a incineração destrói bactérias, vírus e compostos  orgânicos, como o tetracloreto de carbono e óleo ascarel e, até, dioxinas. Na incineração, a dificuldade de destruição não depende da periculosidade do resíduo, e sim de sua estabilidade do calor. A incineração também pode ser usada para descontaminar solo contendo resíduos tóxicos. Este, depois de incinerado, é devolvido ao seu lugar de origem; 


recuperação de energia: parte da energia consumida pode ser recuperada para geração de vapor ou eletricidade. 

Desvantagens:
custo elevado: a incineração é um dos tratamentos de resíduos que apresenta custos elevados tanto no investimento inicial, quanto no custo operacional. Normalmente, deve-se incinerar apenas o que não pode ser reciclado. Hoje, com as crescentes exigências para mitigação dos impactos ambientais causados pelos aterros sanitários, estes estão chegando a custar mais de US$ 20 por tonelada, atingindo a faixa de custo operacional dos incineradores  US$ 17; 
exige mão-de-obra qualificada: é difícil encontrar e manter pessoal bem qualificado para   supervisão e operação de incineradores;  
problemas operacionais: a variabilidade da composição dos resíduos pode resultar em problemas de manuseio de resíduo e operação do incinerador e, também, exigir manutenção mais intensa; 
limite de emissões de componentes da classe das dioxinas e furanos: não existe consenso quanto ao limite de emissão dos incineradores. 

ETAPAS DA INCINERAÇÃO DO LIXO

A incineração pode ser dividida em três fases principais: 



Pré tratamento/ Alimentação


  O lixo pode ser manipulado a granel. Primeiramente, é colocado em valas de estocagem intermediárias pelos caminhões de lixo e depois transferido para a incineração por multigarras.

Incineração 


Para atingir os padrões de controle de emissões para a atmosfera, a incineração deve conter duas fases: a combustão primária e a combustão secundária. 
 

Combustão Primária 


Nesta fase, com duração de 30 a 120 minutos, a  cerca de 500 a 800ºC, ocorrem a secagem, o aquecimento, a liberação de substâncias voláteis e a transformação do resíduo remanescente em cinzas. Neste processo é gerado o material particulado, que basicamente é a fumaça escura gerada em uma queima não-controlada.  As partículas menores são as mais prejudiciais ao ser humano.  Para esta fase é importante fornecer ar de combustão em quantidade suficiente e de maneira homogênea, expondo totalmente o resíduo ao calor. 

Ao final, a massa de cinzas já não mais se reduz, restando carbono não queimado, compostos minerais de alto ponto de vaporização e a maioria dos metais.  Em relação aos metais, uma parte é evaporada ou arrastada para a corrente gasosa e precisa ser coletada no sistema de remoção  de material particulado; e a outra parte permanece nas cinzas e pode ser recuperada para reciclagem.


Combustão Secundária 

Os gases, vapores e material particulado, liberados na combustão primária, são soprados ou succionados para a câmara de combustão secundária ou pós-combustão, onde permanecem por cerca de 2 segundos expostos a l.000ºC ou mais.  Nestas condições, ocorre a destruição das substâncias voláteis e parte do material particulado.  Os principais fatores que influenciam a destruição dos resíduos nesta fase são: 


  Temperatura. Na incineração, o objetivo é fornecer energia suficiente para que ocorra o rompimento das ligações químicas entre os átomos do resíduo e, depois, recombinação das ligações, visando formar principalmente CO2  e água, substâncias que são bastante estáveis.  A necessidade de manter a temperatura correta de incineração exige controle automático de temperatura nas duas câmaras, geralmente com alarme para temperatura baixa e bloqueio automático da alimentação de resíduos;
Tempo. A absorção da energia fornecida ao resíduo pela queima do combustível é rápida, mas não instantânea. O tempo de 0,8 a 2 segundos, exigidos como tempo de residência dos gases, é necessário para que ocorram as reações químicas de destruição dos compostos tóxicos.

Variações na quantidade alimentada de resíduo ou na pressão no interior do incinerador podem provocar a redução do tempo de residência, prejudicando a incineração.


Turbulência. É necessário que todo o material, passando pela câmara, permaneça exposto à temperatura de incineração durante o mesmo tempo.  Nenhuma porção deverá passar “mais rápido”, já que o tempo de residência deve ser mantido. Assim, a câmara secundária é dimensionada visando permitir o escoamento turbulento dos gases, garantindo uma mistura adequada;
Excesso de ar. A combustão completa de um resíduo exige a presença de oxigênio (02),  em quantidade adequada.  Sabendo-se a composição deste resíduo pode-se calcular a quantidade teórica de 02 a ser suprida. Na prática, porém, é preciso fornecer um excesso de ar, porque a mistura resíduo 02 não é perfeita.

Normalmente, o excesso de ar e a concentração de CO ( monóxido de carbono) são medidos continuamente na chaminé resultando um valor igual a zero,  indicando que todos os compostos orgânicos estão sendo adequadamente destruídos.  Quando o excesso de ar cai abaixo de l a l,5%, a combustão passa a ser incompleta, fato indicado pelo aparecimento de CO na chaminé.


Um incinerador para resíduos perigosos, segundo a norma ABNT NBR-l265, deve apresentar eficiência de destruição de 99,99% para determinado composto orgânico incinerado.  Se este composto for um PCB (bifelina policlorada) a eficiência deverá ser 99,999%.  Podem restar, então, 0,0l ou 0,00l% do resíduo tóxico que é diluído nos gases que saem pela chaminé, ou é misturado nas cinzas, devendo ser disposto em aterro.


CONTROLE DE EMISSÃO DE POLUENTES

É necessário também um controle de emissões de poluentes que pode ser feito através: 


Controle de combustão. O projeto, construção, operação e manutenção adequados (boas práticas de combustão) são um aspecto fundamental do controle de emissões.  Condições apropriadas de combustão podem limitar, especialmente, a formação de dioxinas e furanos.  A monitoração e o controle contínuos, tanto computadorizados, quanto manuais, são importantíssimos como “boas práticas de combustão”.  O treinamento dos operadores, pode, assim, ser considerado básico para prevenir a poluição. 

As dioxinas e furanos também se formam depois da saída da câmara de combustão.  O resfriamento brusco dos gases de combustão é o método de controle que limita esta formação secundária com sucesso. 


Dioxinas. As dioxinas e furanos constituem uma classe de substâncias organocloradas em que alguns compostos são extremamente tóxicos.  Podem estar presentes no resíduo. Podem, também ser formadas em certas condições durante o resfriamento dos gases incinerados, na faixa de 300ºC.   Podem, ainda, formar-se durante a ocorrência de irregularidades operacionais que prejudicam a incineração. 

Mesmo que não existam dioxinas num resíduo, sua formação pode ocorrer durante o resfriamento dos gases de exaustão do incinerador.  Uma solução possível para evitar a formação de dioxinas que ocorre após a incineração, é resfriar bruscamente os gases logo após a incineração.  Contudo, esta técnica pode ser  conflitante com a estratégia de recuperação de energia. Caso este resfriamento brusco não seja possível, um sistema de tratamento de gases adequado removerá as dioxinas juntamente com o material particulado, destinando-as à disposição em aterro. 

Atualmente, não existe no Brasil entidades públicas que realizem análises de teores de dioxinas e furanos em níveis de concentração baixos. 

Controle de Material Particulado. Dispositivos como filtros de tecido (chamados de “filtros-manga), precipitadores eletrostáticos (Pes), e lavadores Venturi controlam a emissão de particulado. 

Os filtros-manga são projetados com sacos longos feitos de tecido resistente ao calor que capturam o pó e as partículas finas. 

Os precipitadores eletrostáticos (Pes) tratam as emissões pela aplicação de uma voltagem nas partículas que entram, tornando-as carregadas negativamente.  As partículas, são então, removidas em placas carregadas positivamente. 

Os lavadores Venturi utilizam grandes volumes de água em forma de gotículas que impactam a corrente gasosa de forma a capturar as partículas, que neste caso,  são enviadas para uma estação de tratamento de efluentes líquidos. 


Controle de gás ácido. As unidades de controle de gás ácido são, geralmente, chamadas scrubbers.   Scrubbers de spray de cal seguidos por filtros-manga são considerados a melhor tecnologia de controle de gás ácido.    Neste sistema, uma lama de cal que reage com os gases ácidos é aspergida no scrubber.   A água da lama evapora, resfriando o gás.   O particulado e material reagido são removidos pelo filtro-manga.  Este tipo de sistema é usado para controlar as emissões de dióxido de enxofre (S02 ), ácido clorídrico ( HCI), particulados, metais e dioxinas e furanos. 

Outro sistema de controle de gás ácido é o de injeção de absorvente seco (IAS) seguido por resfriamento do gás e um precipitador eletrostático. 

Além dos métodos citados acima, a separação de materiais antes da combustão também pode reduzir as emissões, especialmente, as emissões de metais.  Alguns dos materiais que podem contribuir para emissões prejudiciais são: 
 peças soldadas com chumbo, como latas de folhas-de-flandres;

 pilhas domésticas ou de uso médico, que contêm metais pesados, como mercúrio e cádmio;

 baterias chumbo-ácido (automotivas), uma fonte principal de chumbo no lixo municipal;

 certos plásticos, como PVC, que podem ser precursores da formação de dioxinas;



  • lixo de quintais, que podem prejudicar a combustão devido à sua umidade variável.

Esta lista contém muitos materiais recicláveis, que reforçam a idéia de que programas de reciclagem e compostagem podem ser impacto positivo na operação de instalações de combustão de lixo. 

HISTÓRICO DOS INCINERADORES NO BRASIL

A história da incineração no Brasil tem início   em 1896  com a implantação,  em Manaus, do primeiro incinerador .  

No Município de São Paulo, os serviços de limpeza urbana, entendidos, principalmente, como a coleta e a remoção do lixo  domiciliar e de animais mortos, iniciaram em 1869 e utilizavam  carroças de tração animal. Somente em 1913 foi instalado, no bairro de Araçá (Sumaré), o primeiro incinerador municipal de lixo, que destruía 100 carroças por dia de lixo. Este antigo incinerador utilizava a queima de lenha para manter a temperatura de combustão do lixo e a alimentação do lixo no forno era realizada manualmente.  O incinerador do Araçá manteve-se em operação por 27 anos, até 1940, quando foi demolido devido ao aumento da quantidade de lixo coletada que ultrapassava a capacidade do incinerador e por se encontrar muito próximo de residências. 

Notícias veiculadas nos jornais da época (1940) informam que o Incinerador do Araçá era pequeno para eliminar o volume de lixo coletado na cidade. Por outro lado, afirmavam que o futuro incinerador, que seria instalado no bairro de Pinheiros, usaria óleo para manter a temperatura de queima e eletricidade para acionar os sopradores de ar e o sistema de mistura do lixo, seria ineficiente e muito dispendioso para a Prefeitura. O incinerador de Pinheiros, hoje desativado,  localizado na Rua do Sumidouro, somente foi instalado em 1949. Este incinerador  utilizava  tecnologia da empresa americana Nichols Engineering  Corporation,   eliminava o lixo em regime de bateladas (os incineradores que operam em regime de batelada, ao contrário dos incineradores de regime contínuo, queimam quantidades fixas de lixo e somente recebem uma nova quantidade de lixo quando a batelada anterior está totalmente incinerada) e era dotado de um sistema rotativo vertical, denominado “pião“,  para homogeneizar o lixo e assim conseguir  uma combustão completa.

O incinerador de Pinheiros operou por 41 anos, até janeiro de 1990.
Os outros dois incineradores: Ponte Pequena, localizado na Avenida do Estado; e Vergueiro, localizado na Rua Breno Ferraz do Amaral, foram inaugurados, respectivamente, em 1959 e 1968.
Os atuais incineradores distinguem-se das unidades antigas, principalmente, pela forma como os resíduos são deslocados no interior do forno e pelos volumes de lixo que são eliminados. Para pequenas quantidades de lixo, entre 100 quilos/hora até 1.000 quilos/hora, são empregados os incineradores do tipo múltiplas câmaras com grelha fixa, enquanto que, para volumes acima destes valores é adotado o incinerador do tipo grelha móvel ou do tipo forno rotativo.  


Múltiplas câmaras com grelha fixa 

Os incineradores deste tipo  operam em bateladas, isto é: os operadores  depositam uma certa quantidade de lixo (batelada) na primeira câmara e somente colocam uma nova quantidade quando esta for eliminada. O calor necessário à combustão é suprido por meio de bicos queimadores de óleo diesel ou de gás combustível. A grelha, onde é depositado o lixo, apresenta ranhuras por onde passam as cinzas que são retiradas, manualmente, após a combustão.  

O lixo é queimado na primeira câmara sem que as chamas alcancem toda a massa de lixo. Desta forma, devido a temperatura,  desprendem-se grandes volumes de gases que apresentam partículas de material orgânico (fumaça) não queimado. São estas partículas de fumaça dão aos gases a sua cor escura.

O incinerador dispõe de uma passagem de gases, colocada acima da região onde se processa a queima do lixo, que direciona os gases para uma segunda câmara .  Nesta segunda câmara está  posicionado, pelo menos, mais um bico queimador de óleo ou de gás combustível que realiza  a queima da fumaça. Fica, desta forma, assegurada a eliminação  das partículas de material orgânico contidas nos gases que não foram  queimadas na primeira câmara. Para esses incineradores não são necessários sistemas de depuração para os gases em virtude do pequeno volume de gases produzido. 


Forno rotativo 

É assim chamado porque  dispõe de um forno giratório cilíndrico e inclinado onde o lixo é colocado para ser queimado. O forno gira, lentamente, revolvendo e misturando o lixo para que haja uniformidade na incineração e seja totalmente eliminados. Em virtude da inclinação e do movimento de rotação do cilindro rotativo, o lixo  desce  sob a ação da gravidade enquanto é queimado.  O forno é dimensionado para que o comprimento do cilindro  permita a eliminação completa do lixo. Na parte mais baixa do cilindro existe um tanque de recepção das cinzas. Como nos incineradores do tipo de câmara dupla o incinerador rotativo também possui um bico queimador, posicionado no centro do cilindro  que mantém  a temperatura de queima. O ar necessário à combustão é injetado no cilindro com o combustível. 

Os incineradores desse tipo são empregados para eliminar resíduos sólidos ou efluentes líquidos industriais perigosos , uma vez que , em virtude das possibilidades de controle da queima por meio da variação da velocidade de rotação do forno, fica assegurada a eliminação completa dos resíduos.  

Como trata  o lixo industrial perigoso esse tipo de incinerador  é equipado com sistemas  de depuração de gases.


Incineradores para grandes volumes de lixo urbano - grelhas móveis 
Nos incineradores do tipo de grelhas móveis, adotados para eliminar grandes volumes de lixo urbano,  o lixo é, inicialmente, armazenado em um fosso de onde é retirado com a ajuda de uma multigarra ( pólipo )  e alimentado no forno de combustão.  Toda a  operação é realizada  de forma contínua, sem interrupções, e os operadores não tem  contato manual  com o lixo.  

A multigarra (pólipo) retira o lixo do fosso e o coloca no duto de alimentação do forno.  Este duto impede que as chamas do lixo, que está sendo queimado no interior do forno, passem para  área externa e  regula a alimentação do lixo no forno por meio de um empurrador  hidráulico posicionado na base do duto.   



No interior do forno, a queima do lixo ocorre sobre um conjunto de  grelhas  móveis inclinadas.  O movimento das grelhas desloca o lixo para baixo. Durante o movimento, o lixo é revolvido o que promove nas primeiras grelhas, a sua secagem  para reduzir o seu  teor de umidade. Depois, ao longo das demais grelhas, é realizada  a queima total do eixo. As dimensões da grelha e o seu movimento são dimensionados de tal forma que o tempo que o lixo passa no interior do forno seja suficiente para a sua queima completa. Nas  grelhas existem orifícios por onde é injetado o ar necessário à  combustão. A temperatura de queima do lixo, aproximadamente 850ºC, é ajustada por meio do ar de combustão.  Porém, quando  o lixo está muito úmido, especialmente em dias chuvosos, é necessário injetar  óleo combustível para elevar a temperatura de queima.  

As cinzas resultantes da queima do lixo, são depositadas em um tanque localizado logo abaixo da última grelha móvel. O tanque de cinzas contém água que resfria as cinzas, que são retiradas deste tanque por uma correia metálica e dispostas  em caminhão para serem  transportadas para o aterro.     


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