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Publicado: 1/9/2014

Estudio de la vaporizacin de elementos traza durante la combustin de barros cloacales

Resumen

Se estudi el comportamiento de 11 elementos traza durante la incineracin de barros cloacales y su co-combustin con residuos slidos municipales desde el punto de vista termodinmico, con el fin de observar la influencia de diferentes variables del proceso. Los clculos termodinmicos se realizaron simulando la atmsfera de combustin existente durante la combustin de barros cloacales, en un rango de temperatura entre 200 y 1000 C, trabajando a presin atmosfrica. Se analiz adems la presencia de cloro y azufre en dicha atmsfera, debido a que stos pueden estar presentes durante la co-combustin con residuos slidos municipales. Desde el punto de vista experimental se incineraron los barros cloacales en un lecho fluidizado. El trabajo se focaliz en el comportamiento de tres metales txicos representativos: Cd, Pb y Zn.

Los resultados de este estudio permiten concluir, desde el punto de vista termodinmico, que la co-combustin con residuos slidos municipales no favorecera la vaporizacin de los elementos traza, ya que los cloruros metlicos reaccionaran con el agua formando xidos y seran retenidos por la matriz mineral. El estudio experimental nos muestra que la vaporizacin de los metales pesados es altamente dependiente de las condiciones de operacin.

Palabras clave: elementos traza, barros cloacales, combustin, estudio termodinmico, fluidizacin


Introduccin

La produccin de barros cloacales ha aumentado debido al crecimiento de la poblacin mundial, por lo tanto su tratamiento se ha transformado en una necesidad imperiosa por el contenido de sustancias txicas, tanto orgnicas como inorgnicas [1].

A nivel mundial existe un aumento del inters en los procesos trmicos, particularmente la incineracin, debido a sus ventajas entre las cuales se puede mencionar: reduccin de volumen, destruccin de micro-contaminantes orgnicos y patgenos, y produccin de energa [2].
La incineracin genera residuos slidos (polvos y cenizas), donde los elementos traza son los principales contaminantes. Los gases de salida tambin contienen sustancias txicas, lo cual hace necesario un tratamiento de gases para el control de la polucin del aire [3]. Los barros varan mucho de un lugar a otro, por esta razn la caracterizacin de los mismos es de fundamental importancia [4].

Una de las posibles opciones para estos residuos es su utilizacin como fuente de energa mediante su combustin en lecho fluidizado.

La combustin en lecho fluidizado es una de las tecnologas ms utilizadas en la incineracin de los barros cloacales, debido a que tiene ms ventajas en relacin a otros mtodos [2]. Una de ellas es la posibilidad de usar un combustible adicional. Otra ventaja importante est relacionada con el rendimiento, que puede ser bueno, tanto en pequea como a gran escala.

Tambin puede ser operado en condiciones de fluidizacin variable, lo que hace que se adapte fcilmente a pequeas instalaciones, como as tambin a un amplio rango de residuos. Por otra parte, un mezclado homogneo en el lecho da como resultado una combustin completa a temperaturas relativamente bajas con caudales de aire en exceso. Teniendo en cuenta el aspecto medioambiental, durante la combustin, es posible que se liberen elementos traza en la corriente gaseosa, presentes tanto en las cenizas volantes como as tambin en los gases, esto ltimo debido a que su volatilidad aumenta con la temperatura. La concentracin de los estos elementos en los barros cloacales depende sobre todo de la actividad industrial existente en la regin de la cual provienen [5]. Los diferentes elementos no son slo compuestos voltiles, como el Hg, sino tambin semi-voltiles, como el Sb, As, Cd y el Pb, los cuales causan un enriquecimiento significativo en las cenizas volantes, aunque una porcin importante permanece en la matriz de la ceniza [6]. Se incorporan al reactor de lecho fluidizado mediante diferentes formas fsicas y qumicas. Su transformacin y subsecuente separacin depende de muchos factores; su concentracin y especiacin inicial, el tipo de matriz, la temperatura y el tiempo del tratamiento, la composicin y la velocidad del flujo de los gases de combustin, de la presencia de cloro, u otras especies, tales como compuestos de sulfuro o alumino-silicatos [7].

Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, se fij como objetivo de este trabajo el estudio del comportamiento de los elementos traza presentes en los barros cloacales de la provincia de San Juan, Argentina, durante la combustin en lecho fluidizado.

Con el objeto de predecir el comportamiento de los mismos durante la combustin de estos residuos a diferentes temperaturas, se realizaron clculos termodinmicos considerando la influencia de la presencia de azufre y cloro. Para confirmar los resultados de este estudio se realizaron distintas experiencias focalizndose en 3 (tres) metales txicos representativos: Cd, Pb y Zn. Se analiz la influencia de los parmetros de operacin (temperatura y composicin del gas fluidizante) en la vaporizacin de estos elementos. Se llevaron a cabo diferentes experimentos, a 650 C y 850C, utilizando como gas de fluidizacin aire o una mezcla gaseosa, la cual simula la composicin de la atmsfera durante la combustin de residuos slidos municipales.


Caractersticas fisicoqumicas de los barros cloacales

Los barros cloacales utilizados en este estudio provienen de la ciudad de San Juan y son obtenidos del tratamiento de los efluentes lquidos domiciliarios.

Con el objetivo de realizar su caracterizacin, se llev a cabo el anlisis elemental de los mismos, se determin la prdida de peso a 105 C, lo mismo que el contenido de cenizas y de materia orgnica (% en peso) [8]. Para el anlisis elemental se usaron barros secos. La determinacin se realiz utilizando un analizador elemental Carlo Erba CHNS-O1108. El S, P y el Cl no fueron detectados por dicho equipo.

Los mismos fueron determinados empleando los mtodos recomendados por Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, [9] (Mtodos 4500 E, 4500 Cl, 4500 Norg, 4500 SO4 (D y E), y 4500 P (A y E)). El rea superficial, el volumen y el dimetro de poros de los barros secos y las cenizas se determinaron mediante el pasaje de una corriente de N2, usando un porosmetro Quantachrome Nova 2200, los datos se interpretaron mediante el mtodo de BET. El poder calorfico inferior y superior se estim teniendo en cuenta la composicin elemental [2]. Los resultados de estos anlisis pueden ser observados en la tabla 1.

Adems, se determin la concentracin de diecisiete elementos traza en los barros secos. Los anlisis fueron llevados a cabo por el Bureau des Analyses du CNRS, Francia, utilizando un espectrofotmetro de emisin ptica de plasma inducido (ICP-OES).

La tabla 1 muestra los resultados obtenidos.

Debido a la influencia de los xidos presentes en las cenizas en la emisin de elementos traza, en este trabajo se determinaron los contenidos de los mismos presentes en las cenizas mediante espectroscopa de fluorescencia. La muestra para anlisis estaba formada por una perla fundida de 5 g de muestra y 8 g del fundente Fluorex QTL 100 ET PE a 1100 C. Para reconocer los distintos elementos presentes en las cenizas se utiliz un espectrmetro de Fluo-X Philips tipo PW 1660.

Las cenizas estn compuestas principalmente de slice, alrededor de un 61% en peso, los otros dos xidos importantes son Al2O3 y CaO (12,28 y 10,57 % en peso, respectivamente). Adems se determin la concentracin de TiO2, Na2O, MgO, Fe2O3, K2O y P2O5 (0,68; 2,51; 3,25; 5,16; 2,44 y 1,79 % en peso, respectivamente). Debido a la alta proporcin de estos compuestos, los metales pueden estar fijos en la matriz mineral, ligados fuertemente a ella.

Barros cloacales
Tabla 1 Anlisis fsicos y qumicos de los barros cloacales

Estudio termodinmico del comportamiento de los elementos traza durante la combustin

En este trabajo, los clculos termodinmicos se han llevado a cabo a fin de predecir las especies ms estables formadas durante la combustin de barros cloacales a diferentes temperaturas, considerando la influencia de la presencia de azufre, cloro y los elementos mayoritarios de las cenizas. El clculo se realiz con el software HSC Chemistry 4,0. Este programa lleva a cabo clculos termodinmicos convencionales, basados en la minimizacin de la energa libre de Gibbs, empleando como datos la entalpa, la entropa y la capacidad calorfica de los compuestos que prevalecen, o, las substancias puras necesarias.

Los datos de entrada para comenzar el clculo son las concentraciones de las especies que pueden estar presentes en el combustor, el rango de temperatura y la presin. Los clculos se repiten en el rango de temperatura de entre 200 y 1000 C, a presin atmosfrica, seleccionando el nmero de iteraciones necesarias. En cada caso, el estudio se realiz teniendo en cuenta en la composicin de la atmsfera de combustin los compuestos que posiblemente interaccionaran
con el metal pesado estudiado. Si bien, el anlisis termodinmico fue realizado considerando todos los compuestos que pueden interactuar entre s, las grficas en esta seccin muestran los aspectos ms destacados en cada caso.


Arsnico

Los clculos termodinmicos muestran que el As se encuentra totalmente en fase gaseosa a temperaturas mayores de 800 C, donde el AsO (g) es la especie dominante. Debajo de 800 C predomina el As2O5 (s). Los arseniatos son los compuestos con mayor probabilidad de formacin debido a la reaccin del arsnico con los componentes minoritarios de
las cenizas volantes. La formacin de arseniato de aluminio es posible hasta temperaturas menores a 1400C, el As2Mg3O8 (s) se forma entre los 577 y los 777 C [10], los arseniatos de Na y K son estables a temperaturas menores a 900C, el arseniato de Mg es estable entre los 600 y 1100C, y el de Ca entre los 600 y 750C, el FeAsO4 se forma a bajas temperaturas, siendo estable hasta los 1000 C.

El AsCl3 (g) es estable entre los 400 y 800C. La mayora de las veces este elemento puede condensar a temperaturas menores a 400C [11, 12].


Cadmio


De los clculos realizados se desprende que este elemento puede volatilizarse totalmente durante la combustin. Las especies ms estables dependen de la composicin y temperatura del gas; el CdCl2 (g) es una de las especies predichas entre 600-1000 C, y el Cd (g) a temperaturas mayores a 1000 C. Debajo de los 600 C la nica especie que se forma es el sulfato condensado.

La presencia de SO2 favorece la formacin de sulfato condensado (CdSO4). Si se trabaja con una atmsfera de combustin que contiene HCl (g), H2SO4 (g) y un exceso se H2O (g), los estudios termodinmicos permiten establecer que las especies predominantes entre 450 y 1000 C son, CdSO4(c), CdCl2 (g) y CdO (c), adems se forma en pequea proporcin CdO2.CdSO4(c).


Cobalto

Este elemento se encuentra totalmente en la fase gaseosa a temperaturas mayores a 800C, como CoCl2 (g), y condensa slo como sulfato (CoSO4), que se forma a temperaturas menores a 700C.

La presencia de azufre en la composicin del gas favorece la condensacin de sulfatos, y la presencia de HCl favorece la formacin de cloruros que evaporan durante la combustin. El Co forma CoFe2O4 cuando el hierro est presente [10, 11], este compuesto es estable a temperaturas mayores a 500 C, y con el aluminio forma CoO*Al2O3 estable a temperaturas an mayores (>600 C).


Mercurio

De acuerdo a los estudios termodinmicos el Hg (g) es la nica especie que a los 600C volatiliza completamente. A temperaturas menores de 600 C este elemento es oxidado a la especie dominante HgCl2 (g) [10- 12]. Pequeas cantidades de HgO (g) son estables entre 500 - 900 C. La existencia de SO2 en los gases favorece la presencia de HgSO4 (c), lo mismo que la presencia de ciertos elementos componentes de las cenizas (Na, K, Ca, Mg, Fe, Al, Si y P), es estable hasta aproximadamente los 550 C.


Manganeso

Se observa que a temperaturas mayores a 1000 C las especies condensadas pueden coexistir con los compuestos gaseosos. Los distintos xidos de Mn se forman entre 700 y 1000 C (MnO, Mn3O4, MN2O3 y MnO2). El MnSO4 (c) es el principal compuesto presente a temperaturas menores de 700 C, favorecido por la presencia de SO2 en el gas. El Mn interacta con los componentes de las cenizas, formando Fe2MnO4 (formado a temperaturas mayores a 700C), MnO*Fe2O3, MnO*Al2O3, Mn3(PO4)2 (especies existentes a temperaturas menores a 1000 C), MnSiO3 (estable a temperaturas mayores a 600 C), y NaMnO4.


Plomo

Este metal se encuentra totalmente vaporizado a temperaturas superiores a 600 C, siendo PbCl (g) la especie predominante entre los 600 y 1000 C. El Pb condensa a temperaturas menores de 600 C, y la formacin de cloruros depende de la concentracin de HCl existente en la atmsfera de combustin. La presencia de compuestos de azufre favorece la formacin de PbSO4 (c), pero su produccin no vara con la concentracin de los mismos. Los componentes de las cenizas favorecen la formacin de especies condensadas an a altas temperaturas (1000-1200C), lo cual se produce sobre las partculas de cenizas durante el proceso de combustin [10- 12]. El P y el Si interactan con el Pb formando Pb3(PO4)2 estable entre 400 y 1100 C, y PbSiO4 que condensa. El incremento de la humedad en la atmsfera de combustin a temperatura constante, cambia la especiacin del Pb de cloruro a xido, reduciendo el porcentaje de este elemento en las cenizas volantes. Un aumento de temperatura favorece la formacin de especies de Pb lquidas (PbO (l)).


Antimonio

Durante la combustin este elemento volatiliza como SbO (g) a temperaturas mayores que los 700C, y se puede encontrar en forma condensada a temperaturas menores que sta. Su comportamiento no es afectado por la variacin
de las concentraciones de SO2 o HCl, como as tampoco por los componentes de las cenizas. El Sb condensa en las cenizas volantes durante el enfriamiento del gas, permitiendo su remocin en estas partculas.


Selenio

Desde los 200 C este elemento puede volatilizar, siendo la especie mayoritaria SeO2(g). De acuerdo a los estudios termodinmicos realizados, a temperaturas menores a los 200 C el selenio podr condensar en las cenizas volantes como SeO2 (c). La presencia de compuestos de cloro y de azufre no afecta el comportamiento de este elemento.


Telurio

Durante la combustin, este elemento volatiliza a bajas temperaturas como TeCl2 (g) y como TeO2 (g). A partir de aproximadamente 600 C, el TeO2 (g) es la especie mayoritaria hasta los 1700 C. De acuerdo a los estudios termodinmicos llevados a cabo este elemento no condensa en las cenizas volantes. Tampoco existe interaccin con los elementos mayoritarios de las cenizas, ni con los compuestos de azufre o cloro presentes en el combustor durante la incineracin.


Vanadio

El vanadio se encuentra en forma de especies condensadas por debajo de los 600 C (xidos y sulfatos). No se observa variacin en el comportamiento de este elemento con la variacin de concentracin de HCl en la corriente gaseosa, pero un aumento de SO2 en los gases favorece la formacin de sulfatos condensados. Este metal interacta con el Na, Ca, Mg y Fe formando Na2V2O7 (temperaturas menores a 1300C), Ca2V2O7, 3CaO*V2O5, CaO*V2O5 (estables entre 800 y 1000C) y Mg2V2O7 (estable entre 1000- 1200C), y Fe(VO3)2 (estable entre 500 y 800C). El Mg3(V2O4)2 (c) es estable entre los 200 y 1000 C.


Zinc

A travs de los clculos termodinmicos realizados por el programa HSC se estudi la influencia de un gran exceso de H2O en presencia de HCl y H2SO4 en la atmsfera de combustin.

Se observa que la presencia de agua tiene una gran influencia en la vaporizacin del Zn, ya que disminuye significativamente la cantidad de cloruro formado y aumenta la cantidad de ZnO (l). Entre 600 y 800 C la especie predominante es ZnSO4 (c).


Procedimiento experimental

El equipo experimental usado en la realizacin de los diferentes ensayos se puede observar en la figura 1. El mismo ha sido descripto ampliamente por Gagnepain [13] y Abanades [10].

Para estudiar la vaporizacin de los metales pesados, se consideraron el Cd, Pb y Zn, ya que los mismos presentan comportamientos diferentes durante la vaporizacin [10]. Los barros cloacales contienen pequeas cantidades de estos metales, y pueden ser contaminados durante los experimentos por el acero inoxidable del equipamiento. Por esta razn, con el objetivo de disminuir la importancia relativa de esta contaminacin, los barros cloacales fueron impregnados con sales metlicas (CdCl2, PbCl2 y ZnCl2). Con los barros impregnados se hicieron partculas cilndricas. El dimetro de las partculas era de 10 mm, y la altura variaba entre 4 y 7mm.

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Figura 1 Equipo experimental. Anlisis en lnea de los metales pesados en los gases de salida

Para llevar a cabo cada experiencia, el reactor fue cargado con 1,6 kg de arena (dimetro de partcula entre 600-800 mm). Al alcanzar el estado estacionario es decir, cuando se alcanza la temperatura deseada, y adems se mantienen las condiciones de operacin, las partculas de barros cloacales impregnadas se inyectaron en el lecho.

Se consideraron dos temperaturas de trabajo: 650 y 850 C, usando aire como gas fluidizante.

Adems, las experiencias a 850 C tambin se realizaron con una mezcla de gases. Esta mezcla simula la composicin atmosfrica existente en un incinerador de residuos slidos municipales.

La composicin del gas sinttico utilizada en los experimentos (por volumen): 70,8% N2, 4,8% O2, 8,8% CO2, 15,6% H2O; 400 mg N m−3 SO2 and 866 mg Nm−3 HCl [10]. La concentracin de los metales pesados en los gases de salida se midi con un espectrmetro de plasma inducido (ICPOES, JOBIN YVON JY 38S).


Resultados y discusin

Los barros cloacales de San Juan contienen aproximadamente un 50 % de cenizas secas, con una prdida de peso a 105 C alta (70 %).

El contenido de N fue similar a los valores reportados por Werther y Ogada [5] y mayores que los reportados por Gratias [14] (4,3 a 5,9% en peso) y el de Font y colaboradores [15] (1,6 a 5,4 % en peso). El porcentaje de sulfuro (sulfuros y sulfatos) fue 0.065 % en peso ms bajo que los resultados de otros: 0.96 a 2,2 % en peso [15] y 0,1 a 0,4 % en peso [14]. El contenido de cloro (0,004% en peso) es mucho menor comparndolo con otros estudios [15, 16]. Similarmente, el contenido de fsforo (0,19 % en peso) fue de 10 a 20 veces ms pequeo que los resultados de Font y colaboradores [15] y Lopes y colaboradores [16].

Los barros cloacales contienen concentraciones bastante altas de algunos metales, tales como Cu, Mn, Pb, Ti y Zn, y del mismo orden de magnitud considerando otras mediciones [14]. El Fe es el metal ms concentrado (alrededor del 1,0 % en peso), y el siguiente ms concentrado es el Ti (0,2 % en peso).

La ceniza est compuesta mayoritariamente de slice (alrededor de 2/3 en peso), puede esperarse que la presencia de alguna clase de aluminosilicatos, adems de otros dos importantes xidos, tales como Al2O3 y CaO. La presencia de estos elementos en la matriz mineral es muy importante ya los metales pesados pueden reaccionar con ellos atrapndolos.

Para estudiar la vaporizacin de los metales pesados se midi la intensidad neta de emisin de las lneas espectrales (despus de eliminar la intensidad de fondo) en funcin del tiempo. Esta intensidad neta de emisin, I, puede ser llamada con ms propiedad intensidad normal (I/Imax).

La figura 2 muestra, a modo de ejemplo, la intensidad normal del espectro de emisin del Pb en una atmsfera de aire, con temperaturas de entre 650 C y 850 C. El tiempo de duracin de los ensayos llevados a cabo para los tres elementos estudiados fue de 45 a 60 segundos. En todos los casos, la concentracin de los metales en el gas, exhiben un pico inmediatamente despus de que la muestra es inyectada en el lecho.

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Figura 2 Intensidad normal del Pb, medido en los gases de salida, a diferentes temperaturas, usando aire como gas fluidizante

Los picos obtenidos a 650 C muestran un ancho mayor que los de 850 C, debido a que la vaporizacin de los metales pesados, y la velocidad de combustin de la materia orgnica, disminuyen a temperaturas bajas [10]. La figura 3 muestra la intensidad normal del espectro de emisin del Cd a 850 C; se utiliz gas sinttico y aire como gases fluidizantes.

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Figura 3 Intensidad normal del Cd, medido en los gases de salida a 850C , usando aire y una mezcla de gases, como gases fluidizantes

La experiencia llevada a cabo usando una mezcla gaseosa que simula la atmsfera existente durante la combustin de residuos slidos municipales para el Cd, exhibe un pico casi inmediatamente despus de que la muestra es inyectada en el lecho. La amplitud de este pico es mayor que la del pico obtenido usando aire como gas fluidizante, debido a que la velocidad de vaporizacin disminuye en estas condiciones experimentales.

Bajo esta atmsfera el Pb no vaporiza, y el Zn lo hace en una cantidad insignificante.

De los resultados obtenidos se deduce que la composicin de la atmsfera existente durante la combustin de residuos slidos municipales afecta el comportamiento de los tres metales (el Cd en menor proporcin). Estos resultados pueden explicarse teniendo en cuenta que el agua presente en su composicin reacciona con los cloruros de estos metales formando xidos, de acuerdo a la ecuacin (1), permaneciendo en las cenizas de la matriz mineral [14], [17, 18]: MCl2 (g) + H2O (g) → MO (s) + 2HCl (g) (1)


Conclusiones


Considerando el anlisis elemental, se deduce que durante el proceso de combustin no se desprendern cantidades significativas de SOx, debido a que los contenidos de sulfatos y sulfuros son muy bajos. Tampoco compuestos clorados
por la baja presencia de HCl. Sin embargo, estos gases se han tenido en cuenta en el anlisis termodinmico debido a la posibilidad de realizar una co-combustin de barros cloacales con residuos slidos municipales. De acuerdo a los resultados obtenidos en la determinacin de las concentraciones de los metales en los barros cloacales provenientes de San Juan, el Fe es el metal ms concentrado en los barros, seguido por el Ti. El Cu, Mn, Pb y Zn se encuentran 10 veces menos concentrados, y los otros metales existen como trazas. Si se tiene en cuenta la composicin de las cenizas, se observa que las mismas estn formadas principalmente por slice, alrededor de 2/3 en peso. La presencia de SiO2 produce una mayor vaporizacin del arsnico durante la combustin.

De acuerdo a los estudios termodinmicos, y teniendo en cuenta que las predicciones tericas tienen limitaciones, se puede decir que durante la combustin de barros cloacales y su cocombustin con residuos slidos municipales, parte del As que est presente en su composicin podr condensar sobre las cenizas volantes a temperaturas menores a los 400 C.

Con respecto a los resultados obtenidos al estudiar el comportamiento del Cd durante la combustin de barros cloacales y su co-combustin con residuos slidos municipales, se puede decir que este elemento vaporiza totalmente, sin embargo se observa una disminucin de dicha vaporizacin cuando en la atmsfera existe un exceso de agua, ya que en este caso se produce la condensacin del metal debido a la formacin de xidos.

Los resultados obtenidos experimentalmente confirmaron el estudio termodinmico. La vaporizacin del Cd es significante en todas las experiencias realizadas. Debido al alto contenido de Fe2O3 y SiO2 presentes en las cenizas, el Co quedar atrapado en la matriz mineral de las mismas. La proporcin de Co que vaporice, condensar posteriormente sobre las cenizas volantes. Debido a la existencia de Na, K, Ca, Mg, Fe, Al, Si y P en la composicin de las cenizas, como as tambin la posible formacin de SO2, existe la posibilidad de que parte del Hg desprendido durante la combustin de barros cloacales, o su co-combustin con residuos slidos municipales, condense sobre las cenizas volantes por debajo de los 300C. Esta especie gaseosa escapa de los aparatos de control de partculas, pero puede ser removida de los gases mediante lavadores hmedos, los cuales son usados para la desulfurizacin. Considerando que el Fe, Al, P y Si estn presentes en las cenizas, de la misma forma que el SO2 est en los gases de combustin; se concluye que parte del Mn presente en los barros ser retenido en las cenizas de fondo, y si volatiliza condensar en las cenizas volantes. Considerando el comportamiento del Pb durante la combustin, se puede decir que el mismo vaporiza, pero existe la posibilidad de que condense sobre las cenizas volantes debido a la presencia de Si y P en la composicin de las mismas.

El incremento de la humedad en la atmsfera de combustin a temperatura constante, cambia la especiacin del Pb de cloruro a xido, reduciendo el porcentaje de este elemento en las cenizas volantes. Estos resultados fueron confirmados experimentalmente. Cuando se usa una mezcla gaseosa que simula la atmsfera existente durante la combustin de residuos slidos municipales, el Pb no vaporiza. Teniendo en cuenta el estudio realizado en este trabajo sobre el comportamiento del Sb durante la combustin de barros cloacales o su co-combustin con residuos slidos municipales, se prev que el mismo vaporice condensndose en parte sobre las partculas de las cenizas volantes. Adems, se prev que el Se y el Te vaporicen formando parte de la corriente gaseosa. Debido a la composicin encontrada en las cenizas de los barros, y a la posibilidad de formacin de SO2 durante la combustin de los mismos, se prev que el V no vaporice en forma significativa. La presencia de agua en la composicin de la atmsfera de combustin disminuye la vaporizacin del Zn, debido a que los cloruros de este metal se transforman en xidos, permaneciendo en la matriz mineral.

Los resultados obtenidos experimentalmente confirmaron el estudio termodinmico.

Adems, durante las experiencias se observ que la vaporizacin de los metales pesados es dependiente del tiempo. La velocidad de vaporizacin es mxima en una etapa inicial del tratamiento, adems es ms alta cuando se usa aire como gas fluidizante. La misma presenta una importante dependencia con la temperatura, la cual es menor a temperaturas ms bajas. Este estudio muestra que durante la co-combustion de barros cloacales con residuos slidos municipales la vaporizacin de los metales pesados disminuye, debido a la composicin de la atmsfera de combustin.


Referencias

1. F. Gmez-Rico, R. Font, A. Sullana, I. Martn-Gulln.
Thermogravimetric study of different sewage sludges and their relationship with the nitrogen content. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. Vol. 74. 2005. pp. 421-428.
2. P. Thipkhunthod, V. Meeyoo, P. Rangsunvigit, B. Kitiyanan, K. Siemanond, T. Rirksomboon. 2005. Predicting the heating value of sewage sludges in Thailand from proximate and ultimate analyses. Fuel. Vol.84. 2005. pp. 849-857.
3. H. Yao, S. Iddi, N. Mkilaha, I.Naruse. Screening of sorbent and capture of lead and cadmium compounds during sewage sludge combustion. Fuel. Vol. 83. 2004. pp. 1001-1007.
4. L. Calvo, M. Otero, B. Jenkins, A. Garca, A. Morn. Heating process characteristics and kinetics of sewage sludge in different atmospheres. Thermochimica Acta 409. 2004. pp. 127-135.
5. J. Werther, T. Ogada. Sewage sludge combustion. Progress in Energy and Combustion Science Vol. 25. 1999. pp. 55-116.
6. R. Cenni, B. Janisch, H. Spliethoff, K. Hein. Legislative and Environmental issues on the use of ash from coal and municipal sewage sludge co-firing as construction material. Waste Management. Vol. 21. 2001. pp. 17-31.
7. J. Corella, J. Toledo. Incineration of doped sludges in fluidized bed. Fate and partitioning of six targeted heavy metals. I Pilot plant used and results. Journal of Hazardous Materials Vol. B80. 2000. 81-105.
8. R. Rodriguez, D. Gauthier, S. Udaquiola, G. Mazza, O. Martinez, G. Flamant. Kinetic study and characterization of sewage sludge for its incineration. Journal of Environmental Eng. and Science Vol. 7. 2008. pp. 247-257.
9. APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for the examination of water and wastewater. 20th ed. American Public Health Association. Washington. DC. 1998. pp. 4-233.
10. S. Abanades. Comportement des mtaux lourds dans les procds dincinration des dchets mnagers. Thse de Docteur de lUniversit de Perpignan. 2001. Perpignan (Francia). pp. 78-84.
11. M. Daz-Somoano, S. Unterberg, K. Hein. Prediction of trace element volatility during co-combustion processes. Fuel Vol. 85. 2006. pp. 1087-1093.
12. R. Yan, D. Gauthier, G. Flamant. Volatility and chemistry of trace elements in a coal combustor. Fuel. Vol. 80. 2001. pp. 2217-2226.
13. B. Gagnepain. Spciation des mtaux lourds dans les rsidus solides dusines dincinration dordures mnagres et contribution linterprtation des processus de vaporisation, (heavy metal speciation in solid household waste incineration residues and contribution to the interpretation of volatilisation processes). Thse de doctorat en Sciences de lIngnieur, Universit de Perpignan. 1998. Perpignan (Francia). pp 162-178.
14. A. Gratias. Contribution ltude de lincinration des boues rsiduaires humides en racteur lit fluidis: Influence des conditions opratoires sur les missions des micro polluants gazeux et des mtaux lourds.
Thse de Docteur de lInstitut National Polytechnique de Toulouse. Toulouse (Francia). 2002. pp. 105.
15. R. Font, A. Fullana, J. Conesa, Kinetic models for the pyrolysis and combustion of two types of sewage sludge. J. Anal. Appl. Pyrolysis Vol. 74. 2005. pp. 429-438.
16. M. Lopes, P. Abelha, N. Lapa, J. Oliveira, I. Cabrita, I. Gulyurtlu. The behaviour of ashes and heavy metals during the co-combustion of sewage sludge in a fluidized bed. Waste Management. Vol. 23. 2003. pp. 859-870.
17. F. Frandsen, K. Dam-Johansen, P. Rasmussen. Trace elements from combustion and gasification of coalan equilibrium approach. Progress in Energy and Combustion Science. Vol. 20. 1994. pp. 115-138.
18. S. Durlak, P. Biswas, J. Shi. Equilibrium analysis of effect of temperature, moisture and sodium content on heavy metal emissions from municipal solid waste incinerators. Journal of Hazardous Materials. Vol.56. 1997. pp. 1-20.


Por: Rosa Rodrguez, Carlos Palacios,
Daniel Gauthier, Stella Udaquiola,
Osvaldo Martnez, Germn Mazza, Gilles Flamant
Fuente: Universidad de Antioquia



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