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DESORCION TERMICA
1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL Dar a conocer las características principales del método de desorción térmica como método de biorremediación del subsuelo. 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Clasificar el método de de desorción desorción térmica térmica
Conocer la aplicación de este método en territorio nacional. nacional.
Conocer el mecanismo mecanismo y equipos empleados empleados en el tratamiento de de suelos mediante esta técnica.
2. JUSTIFICACION En la actualidad en muchos puntos del planeta se presentan grandes problemas medioambientales en el campo de la perforación, explotación, y producción de hidrocarburos derivados de la industria del petróleo, así como en la conservación de los recursos naturales. Este fenómeno hace que los países menos desarrollados sean los más afectados. Los problemas de contaminación en el ámbito local, nacional e internacional son parte de nuestra vida cotidiana; es preocupante la manera en cómo se han ido degradando los ecosistemas de nuestro planeta, y la capa superficial de la corteza terrestre no es la excepción. La actividad industrial ha ocasionado uno de los problemas más serios en materia de contaminación de suelos, donde el derrame de hidrocarburos derivados del petróleo ocupa uno de los primeros lugares. En México, y como consecuencia de varios siglos de actividad minera, la industria de la química básica, petroquímica y de refinación del petróleo, han producido grandes cantidades de residuos peligrosos difíciles de cuantificar. Se
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sabe que en 1999, de acuerdo a cifras publicadas por el INEGI –INE (2000), los sitios contaminados, aún en las estimaciones más conservadoras, ascendían a varios miles de lugares y éstos eran equivalentes a 25 967 km 2 de superficie de suelo degradado. Existen numerosas tecnologías de remediación de suelos contaminados y de acuerdo a Volke y Velasco (2002) se pueden agrupar en 3 tipos: a) biológicos (biorremediación, bioestimulación, fitorremediación, biolabranza, etc.), en donde las actividades metabólicas de ciertos organismos permiten la degradación, transformación o remoción de los contaminantes a productos metabólicos
inocuos;
b)
fisicoquímicos
(electrorremediación,
lavado,
solidificación/estabilización, etc.), aquí se toma ventaja de las propiedades físicas y químicas de los contaminantes para destruir, separar o contener la contaminación; y c) térmicos (incineración, vitrificación, desorción térmica, etc.), en los cuales se utiliza calor para promover la volatilización, quemar, descomponer o inmovilizar los contaminantes en un suelo. La biorremediación puede emplear organismos autóctonos del sitio contaminado o de otros sitios (exógenos), puede realizarse in situ o ex situ, en condiciones aerobias (en presencia de oxígeno) o anaerobias (sin oxígeno). Aunque no todos los compuestos orgánicos son susceptibles a la biodegradación, los procesos de biorremediación se han usado con éxito para tratar suelos, lodos y sedimentos contaminados con hidrocarburos del petróleo, solventes, explosivos, clorofenoles, pesticidas, conservadores de madera e hidrocarburos aromáticos policíclicos, en procesos pr ocesos aeróbicos y anaeróbicos. Estas tecnologias ademas de tratar suelos en grandes cantidades y en el menor tiempo posible, permiten una reutilizacion de l os materiales tratados. Además se ha incursionado en el desarrollo de tecnologías emergentes e innovadoras
tales
como
la
fitorremediación,
electrorremediación
y
electrobiorremediación, en donde si bien es cierto hoy en día la información es limitada, la investigación desarrollada respalda su uso y se encuentra cobrando auge (de la Rosa –Pérez et al . 2007, Olguín et al . 2007, Unzueta –Medina 2010).
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Sin duda muchas son las alternativas reportadas como exitosas, pero para seleccionar la tecnología de remediación adecuada se debe tener en consideración: a) características del sitio, b) tipo de contaminante, concentración y características fisicoquímicas, c) propiedades fisicoquímicas y tipo de suelo a tratar y d) costo. 3. MARCO TEORICO 3.1. DEFINICION Es un tratamiento ex-situ que consiste en calentar el suelo a temperaturas intermedias (250-600 ºC) para evaporar los compuestos orgánicos volátiles o los metales volátiles como el mercurio el mercurio (Hg). (Hg). La desorción térmica es la solución óptima para el tratamiento de suelos contaminados con compuestos orgánicos (todo el rango de hidrocarburos, disolventes, pesticidas, etc.), así como metales pesados volátiles (Hg, Cd, Ta), permitiendo la reutilización del suelo una vez descontaminado. En esta técnica las muestras son desorbidas directamente sobre el principio de la columna capilar para su análisis por Cromatografía de Gases (GC). La desorción térmica es una técnica ampliamente ampliamente utilizada en la recogida y la inyección de muestras y puede ser usada para determinar compuestos orgánicos en gases, aire, líquidos o incluso muestras sólidas. Es una operación unitaria en la cual se pone en contacto una corriente líquida con una corriente gaseosa, con el fin de realizar la transferencia de uno de los componentes de la corriente líquida a la corriente gaseosa. Por definición la desorción es lo contrario a la adsorción; la eliminación de materia desde un medio adsorbente, usualmente para recuperar material. 3.2. MECANISMO Los gases contaminados que se generan 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
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eliminan de manera segura. El polvo y las sustancias químicas dañinas se separan de los gases y se eliminan con seguridad y el suelo limpio se regresa a su lugar de origen, siendo previamente rociado de agua para controlar el polvo. El esquema del proceso se presenta a continuación:
La
desorción
térmica
convencional
es
un
proceso
de
dos
etapas donde las muestras pueden cambiar de estructura durante su transferencia hacia la columna. Esto afecta particularmente a los compuestos polares que pueden modificarse o perderse, con el resultado de pobres datos analíticos. Al usar la Desorción Térmica Directa (DTD) los compuestos son transferidos de forma muy eficaz para una alta resolución cromatográfica, siendo un proceso más
simple
y
más
rápido
de
poner
a
punto,
con
muy
poca
optimización. Esto lo convierte en un método más robusto e ideal para su automatización. Al no usar la línea de transferencia, se evitan las pérdidas de los compuestos 4
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de pesos moleculares altos y las pérdidas de compuestos activos. Después de la puesta en marcha y la optimización de los parámetros analíticos y de la muestra, los tubos de muestra (“liners”) se pueden preparar para el análisis. La DTD trabaja de de forma desatendida desatendida progresivamente de muestra a muestra en la bandeja hasta que todas se hayan analizado. La desorción es la operación, inversa de la absorción, en la cual se produce la extracción de la fracción volátil de una disolución mediante el contacto del líquido con un gas; la transferencia de masa ocurre desde el líquido al gas. Es una operación continua a la absorción y en ella un gas disuelto en un líquido es arrastrado por un gas inerte quedando eliminado del líquido inicial. En algunas ocasiones la desorción también es emplea para determinar la destilación
súbita
Entre los procesos industriales en los que se aplica la desorción están el despojamiento (stripping) de fracciones del petróleo (derivados), por medio de vapor
recalentado
que
no
se
condensa
en
el
despojador.
En la química, especialmente cromatografía, la desorción es la capacidad para que un producto químico se mueva con la fase móvil. Cuanto más un producto químico desorbe, cuanto menos probablemente fija por adsorción, así en vez de pegarse a la fase inmóvil, el producto químico se levanta con el frente solvente. Generalmente, la orden de la desorción se puede predecir pr edecir por el número de los pasos elementales implicados: La desorción molecular atómica o simple será típicamente un proceso de primer orden(es decir. una molécula simple en la superficie del substrato desorbe en una forma gaseosa).La desorción molecular recombinante será generalmente un proceso de segundo orden (es decir, dos átomos de hidrógeno en la superficie desorben y forman una molécula gaseosa).
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3.3. CINETICA DE LA DESORCION
La velocidad de desorción, R-des, de un adsorbato de una superficie se puede expresar en la forma general: Rdes = k NX donde x – orden de la cinética k - constante de velocidad para el proceso de desorción N - concentración superficial de las especies adsorbidas El orden de la cinética de desorción por lo general se puede predecir, porque estamos interesados en un paso elemental de una "reacción": en concreto. I. Atómica o Desorción molecular simple A (des) → A (g) M (des) → M (g)
- Por lo general será un proceso de primer orden (x = 1). Por ejemplo W / Cu (ads) → W (s) + Cu (g)
Desorción de átomos de Cu a partir de una superficie W Cu / Co (ads) → Cu (s) + CO (g)
Desorción de moléculas de Co a partir de una superficie de Cu II. Desorción Molecular recombinatoria 2 A (ads) → A 2 (g)
Por lo general será un proceso de segundo orden (es decir, x = 2). Ejemplos Pt / O (ads) → Pt (s) + O 2 (g)
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Desorción de átomos de O como O 2 de una superficie de Pt Ni / H (ads) → Ni (s) + H 2 (g)
Desorción de átomos de H como H 2 a partir de una superficie de Ni La constante de velocidad para el proceso de desorción puede ser expresado en una forma de Arrhenius
donde un es la energía de activación para la desorción, y A es el factor pre-exponencial, lo que también también puede ser considerado considerado como la "frecuencia intento", ν, a superar la barrera de desorción.
Esto da entonces la expresión general siguiente para la velocidad de desorción
En el caso particular de adsorción simple molecular, el factor de preexponential/frequency (ν) también puede equipararse con la frecuencia de
vibración de la unión entre la molécula y el sustrato, esto es porque cada vez que este lazo se estira durante el curso de un ciclo de vibración se puede considerar un intento de romper el vínculo y por lo tanto un intento de desorción.
TIEMPOS DE RESIDENCIA EN LA SUPERFICIE Una característica de una molécula adsorbida que está íntimamente relacionada con la cinética de desorción es el tiempo de residencia en la superficie - esto es el tiempo medio que una molécula se pasan sobre la superficie bajo un conjunto dado de condiciones (en particular, para una temperatura de la superficie determinada) antes se desorbe a la fase gaseosa.
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Para un proceso de primer orden, tales como la etapa de desorción de una especie molecular adsorbidos: M (ads) → M (g)
el tiempo promedio
antes de la ocurrencia proceso está dada por:
donde k 1 es la velocidad de primer orden constante. Desde el previamente derivado fórmulas desorción sabemos que:
dónde:
corresponde al período de vibración de la unión entre la molécula adsorbida y el sustrato y se toma con frecuencia a ser aproximadamente 10 -13 s.
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3.4. SISTEMAS DE DESORCION TERMICA Los sistemas de desorción térmica varían en eficacia dentro del rango de los compuestos orgánicos: Los procesos que emplean una temperatura de aplicación más baja
están indicados para la eliminación de COV no halogenados y combustibles. Para otros COV otros COV la eficacia se reduce. Si la temperatura de desorción es moderadamente alta, la tecnología se
aplica en la eliminación de compuestos orgánicos semivolátiles (SVOC), HAP (SVOC), HAP,PCB, ,PCB, pesticidas pesticidas y
metales
volátiles
(como
el Hg).. el Hg)
Los COV Los COV y combustibles también pueden ser tratados, pero puede resultar menos rentable. La presencia de cloro puede afectar a la volatilización de algunos metales como el plomo el plomo (Pb). (Pb). El
proceso
es
aplicable
para
la
separación
de compuestos
orgánicos procedentes de residuos de refinería, residuos de alquitrán, residuos de
la
industria
de
la
madera,
suelos
contaminados
por
creosota, hidrocarburos, creosota, hidrocarburos, pesticidas pesticidas y desechos de pintura. En la siguiente tabla se muestran las temperaturas de desorción de algunas especies de Hg: TEMPERATURAS DE DESORCIÓN DE COMPUESTOS DE MERCURIO Compuesto
Temperatura de liberación del Hg (ºC)
HgO
< 150
Hg2Cl2
170
HgCl2
< 250
HgO
270-535
HgS
280-400
Hg en pirita
450
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Hg en blenda
600
Hg en sustancias hémicas
200-300
La diferencia entre la desorción térmica y la incineración estriba en que con la desorción térmica lo que se pretende es separar contaminantes, en lugar de destruirlos.
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3.5. CLASES DE DESORCION
Existen
dos
tipos
de
desorción
térmica
y
desorción
gaseosa.
3.5.1. DESORCIÓN GASEOSA Es transferir dinámicamente los gases a una solución mientras elimina gases atrapados
3.5.1.1.
o
APLICACIONES
disueltos
DE
LA
no
deseados.
DESORCIÓN
GASEOSA
Tratamiento de aguas ácidas - eliminación de CO 2: La desorción ofrece control de corrosión mediante la desorción de CO 2 de la solución y reduciendo la relación CO 2 / HCO3. Los costos operativos de instalación y de capital son bajos gracias al diseño operativo y al poco espacio ocupado. Eliminación de metano: El metano es fácil de eliminar del agua gracias al proceso de desorción. Reducción de radón: La desorción gaseosa es idealmente adecuada para sacar el radón del agua debido a la constante de la l a ley de Henry y al diseño operacional presurizado. La excelente eliminación del radón se logra en espacios mínimos a bajos costos operativos y de capital. 3.5.2. DESORCIÓN TÉRMICA La desorción térmica elimina las sustancias químicas dañinas del suelo y otros materiales, como lodo y sedimentos, utilizando calor para transformar dichas
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sustancias químicas en gases. Esos gases se recolectan empleando un equipo especial. El polvo y las sustancias químicas dañinas se separan de los gases y se eliminan con seguridad y el suelo limpio se regresa al sitio. La desorción térmica no es igual a la incineración, que se emplea para destruir las sustancias químicas. Es un tratamiento ex-situ que consiste en calentar el suelo a temperaturas intermedias.
Es usada para tratar la tierra contaminada con desechos peligrosos calentándola a una temperatura de entre 90°C a 540°C a fin de que los contaminantes con un punto de ebullición bajo se vaporicen (se conviertan en gases) y, por consiguiente, se separen de la tierra. Los contaminantes vaporizados se recogen y se tratan, generalmente con un sistema de tratamiento
de
emisiones.
La desorción térmica emplea un equipo denominado desorbedor para limpiar los suelos contaminados. El desorbedor es similar a un horno grande, que cuando los suelos se calientan lo suficiente, las sustancias químicas dañinas como compuestos volátiles o metales volátiles como el mercurio (Hg) se evaporan
a
una
temperatura
de
entre
los
250
-
600
ºC.
Los suelos se extraen mediante excavación y se ponen en el desorbedor. Ese equipo funciona como un horno grande. Cuando los suelos se calientan lo
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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
pareja
y
fácil.
El proceso es aplicable para la separación de compuestos orgánicos procedentes de residuos de refinería, residuos de alquitrán, residuos de la industria de la madera, suelos contaminados por creosota, hidrocarburos, pesticidas y desechos de pintura. La desorción térmica es empleada donde no se pueden emplear tratamientos de descontaminación debido a la alta contaminación
del
suelo.
La desorción térmica se ha empleado en muchos sitios a lo largo de los años. La EPA se cerciora de que los materiales se manejen con seguridad en cada etapa del proceso y examina el aire para verificar que no se liberen ni gases ni polvo al aire en cantidades dañinas. EL EPA también examina el suelo para verificar que esté limpio antes de devolverlo al sitio. Todo el equipamiento debe cumplir
las
normas
federales,
estatales
y
locales.
La desorción térmica es diferente de la incineración. La desorción térmica usa el calor para separar físicamente los contaminantes de la tierra, que después se someten a un tratamiento ulterior. La incineración usa calor para destruir los contaminantes.
TIPOS DE DESORCION TERMICA
Fuego Directo: El fuego fuego se aplica directamente directamente sobre la superficie superficie de los medios contaminados. El propósito principal del fuego es para desorber los contaminantes de la tierra aunque algunos contaminantes pueden ser oxidados térmicamente.
Fuego Indirecto: Un secador rotatorio de fuego directo calienta una corriente de aire que, por contacto directo, desorbe agua y los
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contaminantes orgánicos del suelo. La aireación térmica de baja temperatura (LTTA ®), desarrollado por la Corporación de Servicios Ambientales Canonie es un buen ejemplo de sistema indirecto cocido que ha sido utilizado con éxito para eliminar compuestos de DDT de la familia de la tierra.
Calentador indirecto: Un secador rotatorio externo externo despedido volatiliza el agua y los compuestos orgánicos de los medios contaminados en un flujo de gas portador inerte. El gas portador es posteriormente tratada para separar o recuperar los contaminantes. XTRAX Sistema ™
desorción térmica es un proceso mediante desorción indirecta calentada seguido por un tratamiento de gases de alta energía lavador, que elimina correctamente> 99% de PCB de suelo contaminado.
Sobre la base de la temperatura de funcionamiento de la desorción, desorción térmica procesos se pueden clasificar en dos grupos: alta temperatura de desorción térmica (HTTD) y baja temperatura de desorción térmica (LTTD). De alta temperatura de desorción térmica (HTTD) HTTD es una tecnología a gran escala en la que los residuos se calentó a 320 a 560 ° C (600 a 1.000 ° F). HTTD se utiliza con frecuencia en combinación con la incineración, la solidificación / estabilización, o descloración, dependiendo de condiciones específicas del sitio. 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.
3.5.2.1. APLICACIONES DE LA DESORCION TERMICA La desorción térmica funciona bien en todos los sitios de suelos secos y con determinados tipos de contaminantes, como fueloil, alquitrán de hulla, sustancias químicas que preservan la madera, y los solventes. A veces la desorción térmica funciona donde no se pueden emplear otros métodos, como en
sitios
con
gran
cantidad
de
contaminación
en
el
suelo.
La desorción térmica puede resultar más rápida que la mayoría de los demás
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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
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sitios
Superfund.
La desorción térmica es eficaz para separar materia orgánica de desechos de refinerías, desechos de alquitrán de hulla, desechos del tratamiento de la madera y desechos de pinturas. Puede separar solventes, plaguicidas, bifenilos policlorados, dioxinas y fuel-oil de tierra contaminada. El equipo puede tratar hasta
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toneladas
de
tierra
contaminada
por
hora.
A veces la desorción térmica funciona donde no se pueden emplear otros métodos, como en sitios con gran cantidad de contaminación en el suelo. 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.
Desorción térmica sistemas tienen diferentes grados de eficacia frente a todo el espectro
de
contaminantes
orgánicos.
Los grupos de contaminantes objetivo para los sistemas de LTTD no halogenados son compuestos orgánicos volátiles y combustibles. La tecnología puede
ser
usada
para
tratar
COVs
en
una
menor
eficacia.
Los contaminantes objetivo para HTTD son COVs, hidrocarburos aromáticos policíclicos, bifenilos policlorados y pesticidas, sin embargo, compuestos orgánicos volátiles y de los combustibles también se pueden tratar, pero el tratamiento puede ser menos rentable. Los metales volátiles pueden ser retirados por los sistemas HTTD. La presencia de cloro puede afectar a la volatilización de algunos metales, tales como el plomo. El proceso es aplicable para la separación de compuestos orgánicos a partir de residuos de refinería,
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los residuos de alquitrán de hulla, el tratamiento de los desechos de madera, los suelos contaminados con creosota, los suelos contaminados con hidrocarburos, mezcla de residuos (radioactivos y peligrosos), residuos de caucho sintético de procesamiento, pesticidas y residuos de pintura.
3.5.2.2. CARACTERISTICAS DE LA DESORCION TERMICA
Se calienta la tierra a una temperatura temperatura relativamente baja baja para vaporizar vaporizar los contaminantes y extraerlos.
Es sumamente eficaz para el tratamiento de compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles, otros contaminantes orgánicos, como bifenilos policlorados, hidrocarburos poliaromáticos y plaguicidas.
Sirve para separar contaminantes orgánicos de desechos de refinerías, desechos de alquitrán de hulla, desechos del tratamiento de la madera y desechos de pinturas. 3.6. EQUIPO DE DESORCION TERMICA Tecnologías de tratamiento térmico con diferente tipo de diseño de proceso: (1) Tecnologías de diseño rotatorio donde el calor directo o indirecto se transfiere a la cámara de solidos por traspaso térmico (puede ser radiactivo, convectivo, y/o conductor) entre la pared y el gas, mientras que la masa se debe transferir a través de la cama de sólidos, en estas tecnologías de desorción térmica la masa debe moverse en el gas libre de la corriente dentro del interfaz solido-gas y (2) Tecnologías con diseño de tornillos, los sólidos absorben el calor generado por los tornillos (enfriándolos), el traspaso térmico en estas tecnologías de desorción térmica difiere con las tecnologías de diseño rotatorio de calentamiento directo (traspaso convectivo), ya que en estas tecnologías los sólidos están siendo calentados por contacto directo (traspaso conductivo).
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La función del equipo de desorción es calentar la tierra contaminada y mantenerla a una temperatura suficiente durante el período necesario para secarla y vaporizar los contaminantes que contenga. Un tipo común es el dispositivo de desorción giratorio, que consiste en un tambor cilíndrico giratorio de metal. En el dispositivo de resorción giratorio de calentamiento directo, el material entra en el cilindro giratorio y se calienta al entrar en
contacto con una llama o con los gases calientes emitidos por una llama. En un dispositivo de desorción giratorio de calentamiento indirecto, la tierra contaminada no entra en contacto con una llama ll ama o con gases de la combustión, sino que 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 vapores contaminados que sale del dispositivo de desorción y se dirige al sistema posterior al tratamiento. Se puede agregar un gas inerte (es decir, un gas no reactivo), como nitrógeno, a la corriente de gas para evitar que los contaminantes vaporizados se prendan fuego en el dispositivo de desorción y facilitar la vaporización y remoción de los contaminantes.
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Se compone de varios subsistemas: 1. tratamiento preliminar (grillado del producto) y movimiento de carga del material a tratar. 2. Cámara rotativa para desorción térmica. 3. Separación gruesa de material particulado (ciclones) 4. Equipo de post-combustión de los volátiles (cámara secundaria) 5. Equipo para el tratamiento y depuración de los gases. 6. Equipo para el monitoreo m onitoreo continuo de los gases emitidos por chimenea. 7. Sistema computarizado para el registro de las variables de proceso y generación de archivos on-line e históricos.
3.6.1. TRATAMIENTO PRELIMINAR (GRILLADO DEL PRODUCTO) Y MOVIMIENTO DE CARGA DEL MATERIAL A TRATAR. Debe tener la capacidad de homogeneizar al máximo el producto a ser tratado. Por ello suele ser procesado a través de una zaranda o un sistema de malla o grilla para retirar todo el material ajeno al proceso. (Piedras, sustancias solidificadas, raíces, ramas y otros). El tratamiento preliminar de materiales contaminados consiste en pasarlos por una criba para entresacar terrones grandes y materia extraña. Si el material contaminado está muy húmedo o tiene una concentración elevada de contaminantes, tal vez sea necesario mezclarlo con arena o secarlo para que se convierta en una masa más uniforme que pueda tratarse con el equipo de desorción Existen tres procedimientos para realizar esta operación que son: a) Hacer pasar un gas inerte o vapor de agua por el líquido b)
Suministrar
calor
al
absorbente
líquido
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c)
Disminuir
la
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presión
sobre
el
líquido
Entre los requisitos que debe cumplir el agente de despojamiento están el de ser fácil de separar del gas y que no se produzcan reacciones con peligro de envenenamiento. Los agentes despojadores más corrientes son el aire, el nitrógeno y el vapor de agua. En muchos procesos industriales se combinan en una misma instalación las operaciones de absorción y de desorción, con el objetivo de recuperar el disolvente. Por ejemplo en los sistemas de absorción que utilizan aminas, donde
éstas
se
regeneran(desorción)
para
su
reutilización.
Normalmente, las operaciones de absorción, desabsorción y rectificación se realizan en las denominadas torres o columnas, que son recipientes cilíndricos esbeltos, en posición vertical y en cuyo interior se incluyen dispositivos como bandejas o lechos de relleno. Generalmente, el gas y el líquido fluyen en contracorriente por el interior de la torre, cuyos dispositivos promueven el contacto entre las fases y el desarrollo de la superficie interfacial a través de la cual
se
producirá
la
transferencia
de
materia.
Proceso de desorción NOTA:
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No se puede aplicar a la mayoría de los metales, aunque con esta técnica se puede extraer mercurio. Los demás metales permanecen en la tierra tratada, en cuyo caso hay que volver a tratarla, o se vaporizan, y entonces pueden complicar el tratamiento de los efluentes gaseosos. Es necesario determinar la presencia de metales y su destino antes de tratar la tierra. No es una buena opción para tratar metales pesados, que no se separan fácilmente de la tierra, o ácidos fuertes, que pueden corroer el equipo utilizado para el tratamiento
En la representación gráfica de la curva de trabajo debe caer por debajo de la línea de equilibrio, puesto que y* > Y en todo el intervalo normal de operación. El método de cálculo es semejante para el de la absorción, se diferencian por los signos usados en las expresiones por el sentido contrario de la transmisión de masa.
3.6.2. CAMARA ROTATIVA PARA DESORCIÓN TÉRMICA Son de Cámara Rotativa con Calentamiento Indirecto o Directo. Indirecto: Es cuando los gases de combustión del sistema de calentamiento no tienen contacto con el producto a ser tratado. En general es calentado externamente de variadas formas, por ejemplo fluido fl uido térmico o vapor. Directo: Es cuando los Gases de Combustión toman contacto con el producto a ser tratado.
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3.6.3. SEPARACION GRUESA DE MATERIAL PARTICULADO (CICLONES) La separación gruesa del material particulado en suspensión se realiza a través de ciclones o multi-ciclones. El equipo de Post-ciclones es una cámara fija donde se tratan los volátiles provenientes de la cámara primaria y se debe cumplir con la regla de las 3T (Temperatura, Tiempo de resistencia y Turbulencia) de acuerdo con la legislación vigente según su localización.
3.6.4. EQUIPO DE POST-COMBUSTION DE LOS VOLÁTILES (CÁMARA SECUNDARIA) Equipo vía húmeda de doce etapas con ciclones previos para separación gruesa antes del ingreso a la cámara secundaria. Este equipo utiliza agua tratada con un agente neutralizante.
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3.6.6. EQUIPO PARA EL MONITOREO CONTINUO DE LOS GASES EMITIDOS POR CHIMENEA En general son utilizados para la medición de 5 gases y en ocasiones material particulado, a saber:
Oxigeno
Monóxido de carbono
Dióxido de azufre
Oxidos de nitrógeno
Acido clorhídrico
Material particulado
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3.6.7. SISTEMA COMPUTARIZADO PARA EL REGISTRO DE LAS VARIABLES DE PROCESO Y GENERACIÓN DE ARCHIVOS ON-LINE E HISTÓRICOS Se trata del software INCOLSOFT 4.1 diseñado para control y registro on-line de distintas variables de operación y proceso. Este sistema también, permite recolectar los archivos históricos de las mismas.
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PLANTA DE DESORCION TERMICA RPY-5000
3.7.
SISTEMA
POSTERIOR
AL
TRATAMIENTO
Los efluentes gaseosos del dispositivo de desorción generalmente son sometidos a un tratamiento para retirar las partículas que queden en la corriente de gas después del procedimiento de desorción. Los contaminantes vaporizados de los efluentes gaseosos se pueden quemar en un quemador auxiliar, recoger con carbón activado o recuperar en un condensador. Según los contaminantes y su concentración, se puede usar cualquiera de estos métodos o todos ellos. Los métodos m étodos de eliminación deben ceñirse a las normas federales, estatales y locales. La tierra tratada en el dispositivo de desorción es sometida a una prueba para determinar la medida en que se han retirado los contaminantes que se procuraba extraer con esta técnica. La eficacia de la desorción térmica
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generalmente se determina comparando la concentración de contaminantes en la tierra tratada con la concentración de contaminantes en tierra sin tratar. Si la tierra tratada no es peligrosa, se vuelve a colocar en su lugar de origen o se lleva a otro sitio para usarla como relleno. Sin embargo, si la tierra necesita tratamiento ulterior (por ejemplo, si contiene contaminantes que no responden a este proceso), se puede tratar con otra técnica o transportar a otro lugar para su eliminación. La desorción térmica no es igualmente eficiente en el tratamiento de todos los tipos de suelos. Si la tierra está húmeda, el agua se evaporará junto con los contaminantes. Debido a la sustancia adicional (agua) que se evapora, se necesita más combustible para vaporizar todos los contaminantes de la tierra húmeda. Los suelos con alto contenido de limo y arcilla también son más difíciles de tratar con la desorción térmica. 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, el calor a menudo no llega a entrar en contacto con todos los contaminantes, de modo que es difícil que se vaporicen. Por último, la desorción térmica no sería una buena opción para tratar contaminantes tales como metales pesados, que no se separan fácilmente de la tierra, y ácidos fuertes, que pueden corroer el equipo utilizado para el tratamiento. 3.8. APLICACIÓN DE LA DESORCION TERMICA Por lo que se refiere a los residuos, Repsol YPF tiene establecida una jerarquía de gestión con el siguiente orden de prioridad: prevención o minimización, reutilización, reciclado, valorización y eliminación segura. También son elementos clave de la gestión el desarrollo de prácticas adecuadas de inventario y caracterización, segregación y almacenamiento. Como ejemplos de la puesta en práctica de estos principios, puede mencionarse la puesta en marcha de instalaciones de desorción térmica en las refinerías de Tarragona y Bilbao, que permiten una importante reducción de los lodos producidos por las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales y en la limpieza de tanques; entre ambas refinerías se gestionaron por este procedimiento en el año 3.834 toneladas de lodos, obteniéndose hidrocarburos recuperables, agua posteriormente tratada en la planta de efluentes, y 560 toneladas de residuo final. Por otra parte, en 1999 todas las instalaciones de
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Asfaltos y de Suministro a barcos en Puertos en España han completado la dotación de equipamientos adecuados de almacenamiento de residuos; también se ha llevado a cabo la reordenación de la gestión de residuos en el Centro de Almacenamiento de Exploración y Producción en Daganzo (España). Con carácter general, en la obtención y consolidación de datos Repsol YPF utiliza el criterio de clasificar los residuos como Peligrosos dependiendo de la normativa de cada país donde estos se producen; no obstante, dada la importancia cuantitativa de los lodos y las tierras empetroladas de EyP, estos residuos se reportan en este Informe junto a los Residuos Peligrosos independientemente de su clasificación local. Con este criterio, el total de Residuos Peligrosos y Lodos y Tierras Empetroladas producidos por Repsol YPF en 1999 ha sido de 227.804 toneladas.
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TRATAMIENTO DE LODOS POR DESORCIÓN TÉRMICA EN LA REFINERÍA DE TARRAGONA La refinería de Tarragona (España) de Repsol YPF tiene como uno de los objetivos principales de su programa ambiental mejorar la gestión de los residuos generados, consiguiendo una minimización en origen de los mismos así como una valorización del residuo final. En el pasado los lodos de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (TAR) contaminados por hidrocarburos eran incin erados “in situ” en un equipo de lecho fluidizado integrado en la propia Planta TAR. El resto de lodos aceitosos, procedentes fundamentalmente de la limpieza de tanques, se gestionaba externamente. En 1997 Repsol Petróleo decidió la clausura de dicho incinerador y su sustitución por un proceso mucho más moderno y respetuoso con el entorno que también fuese capaz de tratar los lodos de tanques, unificando de esta manera la gestión. Los residuos a tratar se caracterizan por un alto contenido en agua e hidrocarburos, incluso después de su centrifugación, por lo que antes de la implantación del proyecto se gestionaba con los residuos gran cantidad de agua y productos susceptibles de reciclaje. Los residuos están constituidos principalmente por:
Lodos de limpieza de Tanques de materias primas y productos acabados. Lodos de limpieza limpieza de balsas y tanques de aguas aguas residuales. Lodos primarios (aceitosos) (aceitosos) y secundarios secundarios (biológicos) (biológicos) de la Planta TAR.
Las principales características de estos productos una vez centrifugados, así como las cantidades promedio generadas anualmente aparecen en la siguiente tabla:
La tecnología de separación seleccionada fue la Desorción Térmica, por ser totalmente limpia y respetuosa con el entorno. El proceso completo consta de cuatro etapas fundamentales: Almacenamiento de lodos Separación mecánica por centrifugación, siendo el agua aceitosa obtenida enviada a la Planta TAR del Complejo.
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Separación térmica por desorción a baja temperatura (100-150 ºC), mediante la destilación en continuo en atmósfera inerte del agua y de los hidrocarburos ligeros presentes en los lodos a tratar. Tratamiento del destilado generado en la desorción, mediante eliminación de finos arrastrados, condensación del agua e hidrocarburos y eliminación de los incondensables.
Las salidas están constituidas principalmente por: Residuo desorbido, exento de hidrocarburos volátiles, con aproximadamente un 5 % de agua, un 60 % de materia orgá-nica y un 35 % de materia mineral. Es un material valorizable energéticamente debido al elevado poder calorífico que presenta (entre 6 y 7000 Kcal/Kg). recuperados, que se envían a procesar procesar junto con el crudo. Hidrocarburos recuperados, disueltos y Aguas efluentes, con un contenido mínimo en hidrocarburos disueltos materia en suspensión. Se envían a la Planta de tratamiento de aguas residuales. Una pequeña cantidad de hidrocarburos volátiles incondensables, que se valorizan energéticamente en la propia caldera de la Planta.
El diseño, construcción, montaje y operación de dicha instalación correspondió a un gestor autorizado (ECOIMSA); a Repsol YPF le correspondió la segregación de la línea de lodos de la Planta TAR y la acometida de los servicios necesarios. El proyecto contó con el Estudio de Impacto Ambiental correspondiente, habiendo sido diseñados las instalaciones y equipos con el objeto de conseguir un impacto mínimo. El proyecto ha permitido reducir de manera significativa las emisiones a la atmósfera a la vez que se ha conseguido la minimización y el reciclado de la mayor parte de los residuos especiales de la Refinería. La inversión total realizada por Repsol YPF y ECOINSA ha ascendido a 2,05 millones de Euros. Se ha seleccionado la desorción térmica para el tratamiento de varios sitios con recursos del Superfund . Por ejemplo, se usó en el predio de TH Agriculture & Nutrition Company, en Albany (Georgia), para tratar 4.300 toneladas de aceite contaminado con plaguicidas (dieldrina, toxafeno, DDT, lindano). El sistema funcionó desde julio hasta octubre de 1993. Con la desorción térmica se alcanzaron las metas de descontaminación: se extrajo más del 98% de los plaguicidas de la tierra tratada. En el cuadro 1 hay una lista de otros sitios para los cuales se ha usado o seleccionado la desorción térmica con recursos del Superfund .
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Cuadro 1 Ejemplos de sitios donde se usó la desorción térmica con recursos del Superfund (todas las operaciones han concluido)*
Nombre del sitio
Tipo de instalación
Contaminantes
Re-solve
Recuperación de
Compuestos orgánicos
(Massachusetts)
productos químicos
volátiles, bifenilos policlorados
Metaltec/Aerosystems
Fabricación de metales Compuestos
(Nueva Jersey)
orgánicos
volátiles
Reich Farms (Nueva
Almacenamiento y
Compuestos
Jersey)
eliminación de barriles volátiles,
orgánicos compuestos
de productos químicos orgánicos semivolátiles American
Thermostat Fabricación
(Nueva Jersey)
termostatos
U.S.A. Letterkenney SE Fabricación Area (Pensilvania)
almacenamiento
de Compuestos
orgánicos
volátiles y Compuestos
orgánicos
de volátiles
municiones Wamchem (Carolina del Fabricación de tinturas Benceno, Sur)
etilbenceno compuestos volátiles,
tolueno, y
xileno, orgánicos
compuestos
orgánicos semivolátiles Jacksonville
NAS Sitio
(Florida)
entrenamiento
para Hidrocarburos de poliaromáticos
bomberos Outboard
Marine/ Fábrica de productos Bifenilos policlorados
Waukegan
Harbor
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(Illinois)
para la navegación
Pristine (Ohio)
Estación de tratamiento Benceno, de
desechos etilbenceno
industriales
tolueno, y
xileno,
plaguicidas,
herbicidas,
compuestos
orgánicos
volátiles Sand Creek Industrial Fabricación (Colorado)
de Plaguicidas, herbicidas
plaguicidas
Las tecnologías innovadoras de recuperación de suelos contaminados por hidrocarburos derivados del petróleo, como los tratamientos de Desorción Térmica, hoy en día no han recibido la suficiente atención. Estas tecnologías presentan características “in situ” y “ex situ” (on site u off site), y altos
rendimientos energéticos que preservan las propiedades físicas de los suelos descontaminados, siendo muy aplicados para volatilizar contaminantes orgánicos. En este contexto, los tratamientos térmicos de desorción resultan de mayor interés para el estudio de suelos contaminados por hidrocarburos derivados del petróleo de rango diesel. 4. CONCLUSIONES Cumpliendo con el objetivo planteado, se llegó a conocer las características principales de la desorción como método de biorremediación. La desorción se clasifica en dos; desorción gaseosa y desorción térmica, siendo la segunda la más estudiada en el presente trabajo. La desorción térmica es una técnica que si bien no logramos ejemplificar en Bolivia, es una técnica actualmente utilizada. Esta técnica tiene ciertas ventajas respecto a otras técnicas de biorremediación, como el land-farming, su tiempo de empleo es reducido y no produce daños considerables al medio ambiente. Esta técnica se emplea sobre todo en residuos de refinerías, de alquitrán, de madera, hidrocarburos pesticidas y pinturas. Esta técnica es muy práctica ya que solo se basa en un intercambio de temperatura, volatilizando los
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compuestos tóxicos al medio ambiente, a temperaturas inferiores a la temperatura de ebullición, se lo realiza en un desorbedor (horno). Si bien la bibliografía de aplicación es reducida en comparación con su aplicación en Estados Unidos, es una técnica que va incorporándose a la remediación del medio ambiente de forma óptima. Mediante el presente trabajo podemos evidenciar la importancia y utilidad de esta técnica tan simple pero eficiente. 5. BILIOGRAFIA SEMARNAT (2005). Norma Oficial Mexicana NOM –052 –SEMARNAT –2005.. Diario Oficial de la Federación. 23 de Junio de 2006. Semple K.T., Reid B.J. y Fermor T.R. (2001). Impact of composting strategies on the treatment of soils contaminated with organic pollutants. http://oa.upm.es/ http://ingenierosdeminas.org/ https://ddd.uab.cat/pub/trerecpro/
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