Desorción térmica

La desorción térmica es una tecnología de remediación ambiental que utiliza calor para aumentar la volatilidad de los contaminantes de modo que puedan eliminarse (separarse) de la matriz sólida (normalmente, tierra, lodo o torta de filtración). Los contaminantes volatilizados se recogen o se destruyen térmicamente. Por tanto, un sistema de desorción térmica tiene dos componentes principales: el propio desorbedor y el sistema de tratamiento de gases de escape. La desorción térmica no es incineración .

La desorción térmica apareció por primera vez como tecnología de tratamiento ambiental en 1985 cuando se especificó en el Registro de Decisión para el sitio Superfund de McKin Company dentro de la cuenca del río Royal en Maine. ^[1]

Con frecuencia se hace referencia a este proceso como desorción térmica de "baja temperatura" para diferenciarlo de la incineración a alta temperatura. Uno de los primeros proyectos de desorción térmica con combustión directa fue el tratamiento de 8000 toneladas de suelo arenoso contaminado con toxafeno (un pesticida clorado) en el sitio de S&S Flying Services en Marianna, Florida, en 1990; otros proyectos posteriores superaron las 170 000 toneladas en el sitio de alquitrán de hulla de Cape Fear en 1999. Un informe de situación de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos muestra que la desorción térmica se ha utilizado en 69 sitios Superfund hasta el año fiscal 2000. Además, se han completado cientos de proyectos de remediación utilizando la desorción térmica en sitios que no son Superfund.

En cuanto a las opciones de tratamiento in situ , en la mayoría de los sitios Superfund solo se han utilizado la incineración y la estabilización. La incineración no tiene una buena aceptación pública. La estabilización no ofrece una solución permanente, ya que los contaminantes siguen estando en el sitio. La desorción térmica es una tecnología ampliamente aceptada que ofrece una solución permanente a un coste económicamente competitivo.

La primera planta de desorción térmica a gran escala del mundo para el tratamiento de desechos que contienen mercurio se construyó en Wölsau para la remediación de la fábrica química de Marktredwitz (fundada en 1788), considerada la más antigua de Alemania. La operación comenzó en octubre de 1993, incluida la primera fase de optimización. Entre agosto de 1993 y junio de 1996 se trataron con éxito 50.000 toneladas de desechos sólidos contaminados con mercurio. Se recuperaron 25 toneladas métricas de mercurio del suelo y los escombros. Lamentablemente, la planta de Marktredwitz a menudo se confunde en la literatura al considerarla solo una planta a escala piloto.

En la actualidad, existen numerosos tipos de desorbedores. A continuación, se enumeran algunos de los tipos más comunes.

• Rotatorio de encendido indirecto
• Rotatorio de disparo directo
• Tornillo calentado (aceite caliente, sal fundida, eléctrico)
• Infrarrojo
• Microonda

La mayoría de los sistemas rotativos de combustión indirecta utilizan un cilindro metálico giratorio inclinado para calentar el material de alimentación. El mecanismo de transferencia de calor suele ser la conducción a través de la pared del cilindro. En este tipo de sistema, ni la llama ni los productos de la combustión pueden entrar en contacto con los sólidos de alimentación o los gases de escape. Piense en ello como un tubo giratorio dentro de un horno con ambos extremos que sobresalen del horno. El cilindro para sistemas transportables a gran escala suele tener un diámetro de cinco a ocho pies con longitudes de calentamiento que van de veinte a cincuenta pies. Con una carcasa de acero al carbono, la temperatura máxima de los sólidos es de alrededor de 1000 °F, mientras que se pueden alcanzar temperaturas de 1800 °F con cilindros de aleación especial. El tiempo total de residencia en este tipo de desorbedor normalmente varía de 30 a 120 minutos. Las capacidades de tratamiento pueden variar de 2 a 30 toneladas por hora para unidades transportables.

Los desorbedores rotatorios de encendido directo se han utilizado ampliamente a lo largo de los años para suelos contaminados con petróleo y suelos contaminados con desechos peligrosos de la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos según lo define la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Un documento de 1992 sobre el tratamiento de suelos contaminados con petróleo estimó que entre 20 y 30 contratistas tienen entre 40 y 60 sistemas de secador rotatorio disponibles. Hoy, probablemente sean más cercanos a 6 a 10 contratistas con entre 15 y 20 sistemas portátiles disponibles comercialmente. La mayoría de estos sistemas utilizan una cámara de combustión secundaria (postcombustión) o un oxidante catalítico para destruir térmicamente los compuestos orgánicos volatilizados. Algunos de estos sistemas también tienen un enfriamiento y un depurador después del oxidante que les permite tratar suelos que contienen compuestos orgánicos clorados, como solventes y pesticidas . El cilindro de desorbción para sistemas transportables a gran escala tiene típicamente de cuatro a diez pies de diámetro con longitudes calentadas que varían de veinte a cincuenta pies. La temperatura máxima de sólidos que se puede alcanzar en estos sistemas es de entre 750 y 900 °F, según el material de construcción del cilindro. El tiempo total de residencia en este tipo de desorbedor normalmente oscila entre 3 y 15 minutos. Las capacidades de tratamiento pueden variar entre 6 y más de 100 toneladas por hora para unidades transportables.

Los sistemas de tornillo calentado también son sistemas de calentamiento indirecto. Por lo general, utilizan un canal encamisado con un sinfín doble que se entrelaza. Los propios sinfines suelen contener pasajes para el medio de calentamiento para aumentar el área de superficie de transferencia de calor. Algunos sistemas utilizan calentadores de resistencia eléctrica en lugar de un medio de transferencia de calor y pueden emplear un solo sinfín en cada carcasa. Los sinfines pueden tener un diámetro de entre 12 y 36 pulgadas para sistemas a gran escala, con longitudes de hasta 20 pies. Los conjuntos de sinfín/canal se pueden conectar en paralelo y/o en serie para aumentar el rendimiento. Se han demostrado capacidades a gran escala de hasta 4 toneladas por hora. Este tipo de sistema ha sido el más exitoso en el tratamiento de desechos de refinería.

En un principio, existía un sistema de infrarrojos continuo que ya no se utiliza habitualmente. En teoría, las microondas serían una excelente opción técnica, ya que se puede lograr un calentamiento uniforme y controlado con precisión sin problemas de ensuciamiento de la superficie de transferencia de calor. Solo podemos suponer que los costos de capital y/o energía han impedido el desarrollo de un desorbedor térmico de microondas a escala comercial.

Existen solo tres opciones básicas para el tratamiento de los gases de escape. Los contaminantes volatilizados en los gases de escape pueden descargarse a la atmósfera, recolectarse o destruirse. En algunos casos, se emplean tanto un sistema de recolección como de destrucción. Además de gestionar los componentes volatilizados, también deben eliminarse de los gases de escape las partículas sólidas (polvo) que salen del desorbedor.

Cuando se utiliza un sistema de recolección, el gas de escape debe enfriarse para condensar la mayor parte de los componentes volatilizados en un líquido. El gas de escape saldrá de la mayoría de los desorbentes en el rango de 350 a 900 °F. Luego, el gas de escape generalmente se enfría a algún lugar entre 120 y 40 °F para condensar la mayor parte del agua volatilizada y los contaminantes orgánicos. Incluso a 40 °F, puede haber cantidades mensurables de compuestos orgánicos no condensados. Por esta razón, después del paso de condensación, generalmente se requiere un tratamiento adicional del gas de escape. El gas de escape enfriado puede tratarse mediante adsorción de carbono u oxidación térmica. La oxidación térmica se puede lograr utilizando un oxidante catalítico, un postquemador o dirigiendo el gas de escape a la fuente de calor de combustión para el desorbente. El volumen de gas que requiere tratamiento para desorbentes de encendido indirecto es una fracción del requerido para un desorbente de encendido directo. Esto requiere trenes de control de contaminación del aire más pequeños para las emisiones de ventilación del proceso gaseoso. Algunos sistemas de desorción térmica reciclan el gas portador, reduciendo así aún más el volumen de emisiones gaseosas.

El líquido condensado resultante de enfriar los gases de escape se separa en fracciones orgánicas y acuosas. El agua se elimina o se utiliza para enfriar los sólidos tratados y evitar la formación de polvo. El líquido orgánico condensado se retira del lugar. Según su composición, el líquido se recicla como combustible complementario o se destruye en un incinerador de base fija. Un desorbedor térmico que elimine 500 mg/kg de contaminantes orgánicos de 20.000 toneladas de suelo producirá menos de 3.000 galones estadounidenses (11.000 L) de líquido orgánico. En esencia, 20.000 toneladas de suelo contaminado podrían reducirse a menos de un camión cisterna de residuos líquidos extraídos para su eliminación fuera del lugar.

Los desorbedores que utilizan sistemas de destrucción de gases de escape utilizan la combustión para destruir térmicamente los componentes orgánicos volatilizados que forman CO , CO ₂ , NOx , SOx y HCl . La unidad de destrucción puede denominarse postquemador, cámara de combustión secundaria u oxidante térmico. También se pueden utilizar oxidantes catalíticos si el contenido de haluro orgánico del medio contaminado es lo suficientemente bajo. Independientemente del nombre, la unidad de destrucción se utiliza para destruir térmicamente los componentes orgánicos peligrosos que se eliminaron (volatilizaron) del suelo o los residuos.

• Desorción térmica in situ

T. McGowan, T., R. Carnes y P. Hulon. Incineración de suelo contaminado con pesticidas en un sitio Superfund, documento sobre el proyecto de remediación del sitio Superfund de S&S Flying Services, Marianna, FL, presentado en la conferencia HazMat '91, Atlanta, GA, octubre de 1991