¿Qué es la desorción térmica?




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título¿Qué es la desorción térmica?
fecha de publicación18.08.2016
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Problemática Ambiental II

Florencia D’Angelo

Desorción Térmica

APROBADO
La desorción térmica elimina las sustancias químicas dañinas del suelo contaminado y de otros materiales (lodo y sedimentos), utilizando calor para transformar dichas sustancias químicas en gases. Esos gases se recolectan empleando un equipo especial. El polvo y las sustancias químicas dañinas se separan y se eliminan con seguridad y el suelo limpio se regresa al sitio.
¿Qué es la desorción térmica?
La desorción térmica es una técnica para tratar la tierra contaminada con desechos peligrosos. Este método consiste en un calentamiento de la tierra contaminada hasta una temperatura que oscila entre 90°C y 540°C a fin de que los contaminantes con un punto de ebullición bajo se vaporicen  y se separen de la tierra.

Una vez vaporizados los contaminantes se recogen y son tratados en un sistema de tratamiento de emisiones. Los contaminantes que no  se hayan vaporizado serán  tratados con otros métodos descontaminantes.
Diferencia con la incineración

La desorción usa el calor para separar físicamente los contaminantes de la tierra, que después se someten a un tratamiento posterior, en cambio, la incineración usa el calor para destruir los contaminantes. 

¿Como Funciona?

Ex-situ

Se utiliza un equipo denominado desorbedor para limpiar los suelos contaminados. Este equipo funciona como un horno grande. Los suelos se extraen mediante excavación y se ponen en el desorbedor. Cuando los suelos se calientan lo suficiente, las sustancias químicas dañinas se evaporan. Para preparar los suelos para el desorbedor, los trabajadores deberán triturarlos, secarlos, mezclarlos con arena o extraerles los detritos. De ese modo el desorbedor puede limpiar los suelos de manera más fácil y pareja.
Los gases contaminados se separan del aire limpio utilizando un equipo de recolección de gases. Los gases se convierten nuevamente en líquidos y/o materiales sólidos. Esos líquidos o sólidos contaminados se eliminan de manera segura.
Los sistemas típicos de desorción tienen tres componentes:

(1) Sistema de tratamiento preliminar y movimiento de materiales.
Los materiales contaminados pasan por una criba para eliminar los terrones más grandes y la materia extraña. Si el material contaminado está muy húmedo o si tiene una concentración elevada de contaminantes, es necesario mezclarlo con arena o secarlo para que se convierta en una masa más uniforme y que pueda tratarse con el equipo de desorción.
(2) Dispositivo de desorción.
Existen dos maneras de hacer una desorción térmica. Por calentamiento directo y calentamiento indirecto.


  • Calentamiento directo. El material que ingresa se calienta al entrar en contacto con una llama o con los gases calientes emitidos por una llama. El dispositivo que se utiliza es de desorción giratorio. Consiste en un tambor cilíndrico giratorio de metal. El objetivo principal del fuego es desorber contaminantes del suelo, aunque algunos contaminantes pueden ser oxidados térmicamente.



  • Calentamiento indirecto. Se calienta el exterior del cilindro de metal y el metal calienta indirectamente la tierra que da vueltas adentro. A medida que los desechos se calientan, los contaminantes se vaporizan y se integran a la corriente gaseosa de aire y de vapores contaminados que sale del dispositivo y se dirige al sistema posterior al tratamiento. Se puede agregar un gas inerte, como por ejemplo el nitrógeno, a la corriente de gas para evitar que los contaminantes vaporizados se prendan fuego en el dispositivo y facilitar la vaporización y remoción de los contaminantes. Ha sido utilizado con éxito para eliminar los compuestos de la familia del DDT del suelo.



Procesos de desorción

En base a la temperatura de funcionamiento del generador, los procesos de desorción térmica se pueden clasificar en dos grupos.


Desorción térmica de alta temperatura.

Es una tecnología a gran escala en la que los residuos se calientan de 320 a 560 ° C. La tecnología ha demostrado que puede producir un nivel final de concentración de contaminantes por debajo de 5 mg / kg para los contaminantes de riesgo identificados. Los contaminantes objetivo de las altas temperaturas son COVs, Hidrocarburos aromáticos, PCBs y pesticidas. Los metales volátiles pueden ser removidos (plomo, cadmio y mercurio). La presencia de cloro puede afectar la volatilización de algunos metales, como el plomo. El proceso es aplicable para la separación de compuestos orgánicos provenientes de residuos de refinería, los residuos de alquitrán de hulla, hidrocarburos, contaminación mixta (residuos de radiactivos y peligrosos), residuos de caucho sintético, pesticidas y residuos de pintura


Desorción térmica de baja temperatura

Los residuos se calientan a entre 90 y 320 ° C. Es una tecnología a gran escala que ha sido probado con éxito para remediar la contaminación de hidrocarburos del petróleo en todos los tipos de suelo. La eficiencia de destrucción de contaminantes en los sistemas de postcombustión de estas unidades, son mayores al 95%. El suelo descontaminado conserva sus propiedades físicas, además, los componentes orgánicos del suelo no son dañados, lo que permite tratar el suelo para mantener la capacidad de apoyar la actividad biológica en el futuro.

Los contaminantes objetivo para estos sistemas son los compuestos no halogenados (compuestos orgánicos volátiles y combustibles).
(3) Sistema posterior al tratamiento: para gases (contaminantes vaporizados) y sólidos (la tierra que queda).

Los gases contaminados se separan del aire limpio utilizando un equipo de recolección de gases. Donde se tratan y las sustancias químicas dañinas se disponen en lugares seguros y el aire limpio se libera. Esos líquidos o sólidos contaminados se eliminan de manera segura. En cuanto a los sólidos lo que queda es polvo, que se separa de los gases y se elimina con seguridad.
Antes de devolver el suelo limpio al sitio, los trabajadores lo rocían con agua para refrescarlo y controlar el polvo. Si el suelo todavía contiene sustancias químicas dañinas, los trabajadores lo limpian más volviéndolo al desorbedor. También pueden emplear otros métodos de descontaminación. Si el suelo está limpio, se devuelve al sitio. Si no, es enviado a un vertedero soterrado.



Desorción térmica in-situ
Un sistema de desorción térmica in-situ utiliza una tubería perforada o ranurada enterrada en el suelo debajo de la profundidad de la contaminación en el suelo.

The surface of the soil is covered with a layer of permeable insulation (to conserve heat and to provide a gas migration path on top of the soil) and a layer of impermeable material above the insulation. La superficie de la tierra se cubre con una capa de aislamiento permeable (para conservar el calor y para proporcionar una ruta de migración de gas en la parte superior del suelo) y una capa de material impermeable sobre el aislamiento. A vapor recovery/treatment system consists of a method of inducing a vacuum between the impermeable layer and the soil surface (eg, a vacuum pump or an induced draft fan) and a treatment system for the contaminated vapor (eg, a cold trap, carbon adsorption, or incineration). La recuperación de vapores del sistema de tratamiento consiste en un método de inducción al vacío entre la capa impermeable y la superficie del suelo (por ejemplo, una bomba de vacío o un ventilador de tiro inducido) y un sistema de tratamiento para el vapor contaminado (por ejemplo, una trampa de frío, el carbono adsorción, o incineración). Fuel and compressed air are fed to a pressurized combustion chamber and combusted, the combustion products flow into the buried pipe and are distributed through the contaminated soil.Combustible y aire comprimido son alimentados a una cámara de combustión y se quema a presión, el flujo de productos de la combustión en el tubo enterrado distribuyen a través del suelo contaminado. Heat from the pressurized combustion products causes the organic contaminants within the soil to vaporize, pyrolyze, decompose, or react with oxygen. El calor de los productos de combustión a presión hace que los contaminantes orgánicos en el suelo se vaporicen, se descomponen, o reaccionan con el oxígeno. Contaminants and their by-products are swept away by the combustion products into the vapor recovery/treatment system. Los contaminantes y sus productos derivados son barridos por los productos de combustión en la recuperación de vapores / sistema de tratamiento.

¿Cuento demora?

Los sistemas de desorción térmica pueden descontaminar más de 20 toneladas de suelo contaminado por hora. El tiempo que demora eliminar la contaminación de un sitio mediante el empleo de la desorción térmica depende de:

• Cantidad de suelo contaminado.

• Condiciones del suelo (¿Está seco o húmedo? ¿Contiene muchos detritos?).

• Tipo y cantidad de sustancias químicas dañinas presentes.
La descontaminación puede demorar sólo unas pocas semanas en sitios pequeños con poca cantidad de sustancias químicas. Si el sitio es grande y los niveles de sustancias químicas elevados, la descontaminación puede demorar años.

Eficacia

La eficacia del procedimiento se determina, generalmente, comparando la concentración de contaminantes en la tierra tratada con la concentración de contaminantes en tierra sin tratar. Además, como es un procedimiento que trabaja a temperaturas más bajas que otros tratamientos, consume menos combustible. La tasa de rendimiento es de 15 a 20 toneladas por hora para los suelos arenosos y menos de 7 toneladas por hora para los suelos de arcilla

La desorción térmica es capaz de separar materia orgánica de desechos procedentes de: refinerías, de alquitrán de hulla, del tratamiento de la madera y de pinturas. Puede separar solventes, plaguicidas, bifenilos policlorados, dioxinas y fuel-oil de tierra contaminada. No es una buena opción para tratar  metales pesados, aunque se puede extraer mercurio. Los demás metales permanecen en la tierra tratada. Es necesario determinar la presencia de metales y su destino antes de tratar la tierra. La presencia de ácidos fuertes, pueden corroer el equipo utilizado para el tratamiento.
Limitaciones

La desorción térmica no resulta igual de eficaz en el tratamiento de todos los tipos de suelos. Si la tierra está húmeda, el agua se evaporará junto con los contaminantes. Por lo tanto, se necesitará más combustible para vaporizar todos los contaminantes de la tierra húmeda y afectará los costos. 

Los suelos con alto contenido en limo y arcilla también son más difíciles de tratar. Cuando el limo y la arcilla se calientan emiten polvo que puede perturbar el equipo para emisiones que se usa para tratar los contaminantes vaporizados. 

Además, si el suelo es muy compacto, a menudo, el calor no llega a entrar en contacto con todos los contaminantes, de modo que es difícil que se vaporicen. 
Controles

La EPA se cerciora de que los materiales se manejen con seguridad en cada etapa del proceso. La EPA examina el aire para verificar que no se liberen ni gases ni polvo al aire en cantidades dañinas. También examina el suelo para verificar que esté limpio antes de devolverlo al sitio.
La desorción térmica puede resultar más rápida que la mayoría de los demás métodos. Eso es importante en el caso de que deba eliminarse rápidamente la contaminación del sitio contaminado para que se pueda emplear para otros fines. A menudo cuesta menos construir y operar el equipamiento para la desorción térmica que el equipamiento que requieren otros métodos de descontaminación que emplean calor. La EPA ha seleccionado la desorción térmica para descontaminar 59 sitios Superfund.

Costos
El análisis de costos fue desarrollado en 2006, a través de Acción Correctiva de la Ingeniería de costos y requisitos.
El siguiente cuadro representa los costos estimados para aplicar la tecnología de desorción térmica a sitios de diferente tamaño y complejidad.

Mayor cantidad de material a tratar = menor costo.

Mayor % humedad => Incremento de calor requerido => Más combustible => Más caro

Tabla

(Criterios, comparación con otras tecnologías)
Tratamientos Térmicas Ex-situ

Nivel de desarrollo

Por encima del Promedio

Fiabilidad de Sistemas y mantenimiento

Promedio

Costos

Debajo del promedio

Tiempo

Debajo del promedio







Contaminantes

Covs No halogenados

Si

Covs Halogenados

Si

Metales volatiles

Si

Orgánicos (pesticidas, hidrocarburos, residuos de pinturas, refinerías, tratamiento de madera, etc.)

Si

Combustibles

Si

Inorgánicos

No



PREGUNTAS:


  1. Es una técnica in situ o ex situ? Respuesta de 5 renglones.

  2. Se puede tratar un metal como el mercurio con esta técnica?

  3. Por qué existe una técnica de remediación que apela a la adsorcion (cuál es?) y otra que descontamina por desorción (ó sea, el proceso inverso), cómo puede ser? Respuesta de 5 renglones.

  4. Por qué los suelos con alto contenido de arcillas son más difíciles de tratar? señale la causa discutida en clase.


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