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Sistemas de tratamento e destino final

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Segundo Williams (2005, p. 245-248), uma alternativa aos Aterros Sanitários (AS), que são dominantes no tratamento de resíduos na maioria dos países, resíduos que possuam materiais combustíveis podem ser incinerados ou queimados. A incineração consiste na oxidação do material combustível existente nos resíduos com o intuito de produzir calor, vapor de água, oxigénio, nitrogénio e dióxido de carbono. Para o tratamento dos gases emitidos para a atmosfera, provenientes da combustão, é necessário sistemas de limpeza bastante dispendiosos, complexos e extensos. Embora exista legislação para este processo, a Directiva da CE de Incineração de Resíduos (EC Waste Incineration Directive), existe também oposição pública à incineração de resíduos. A incineração continua a ser uma via pouco prioritária para o destino dos RSU, na maioria dos países europeus. Contudo, devido à necessidade económica os incineradores modernos possuem recuperação de energia, feita através de turbinas a vapor de altas temperaturas e de sistemas de aquecimento. Para alguns resíduos comerciais e industriais perigosos que têm baixa produção, a recuperação de energia torna-se um objectivo secundário e a incineração passa a ser a forma de eliminação. A incineração apresenta algumas vantagens comparativamente com os AS:

• Os resíduos são reduzidos a cinzas (um produto biologicamente estéril) que para os resíduos sólidos municipais é aproximadamente 10% do seu volume pré-queimado e 33% de seu peso pré-queimado.

• Pode ser usada como fonte de baixo custo pois produz vapor utilizado posteriormente para: gerar energia eléctrica, aquecer processos industriais ou água quente para o aquecimento urbano, conservando os valiosos recursos energéticos primários.

• É a melhor opção ambiental para muitos resíduos perigosos, tais como altamente inflamáveis, voláteis, tóxicos e resíduos infecciosos.

• Pode ser normalmente realizada perto do ponto de recolha de resíduos. Sendo que o número de aterros sanitários próximos ao ponto de geração de resíduos é cada vez menor sendo necessário haver transporte de resíduos a longas distâncias.

• Não produz metano, ao contrário do aterro. O metano é um gás que provoca o efeito estufa e contribui de maneira significativa para o aquecimento global.

• Os resíduos das cinzas podem ser usados para recuperação de materiais ou como agregados secundários para a construção.

Contudo, também possui desvantagens em relação aos mesmos:

• Geralmente há custos muito mais elevados e longos períodos de recuperação, devido ao elevado investimento de capital.

• Há, por vezes, falta de flexibilidade na escolha de eliminação de resíduos, pois a incineração apenas é escolhida se o custo de capital elevado do incinerador for vinculado nos contratos de longo prazo.

• O incinerador é projectado sobre a base de um certo valor calorífico dos resíduos. A remoção de materiais como papel e plástico para reciclagem pode reduzir o valor global calorífico dos resíduos e, consequentemente, pode afectar o desempenho do incinerador.

• Apesar de incineradores modernos cumprir a legislação em vigor emissões há algum interesse público que os níveis emitidos ainda pode ter um efeito adverso sobre a saúde.

• O processo de incineração produz ainda resíduos que precisam ser geridos.

Processo de Incineração

Os elementos constituintes do método de tratamento denominado incineração são: o incinerador, os dispositivos e equipamentos de controlo, de registo e de vigilância, e os sistemas de alimentação de resíduos, de combustíveis, e de ar. Pode ter ou não a recuperação do calor produzido por combustão. Este processo baseia-se em processos térmicos, todos eles com o objectivo de reduzir os resíduos sólidos urbanos (RSU) transformando-os, quer em materiais inertes, quer em materiais e energia. Cerca de 80% do peso e 90% do volume é o resultado esperado deste processo. (Levy et al., 2006, p. 292)

Tabela 1 - Processos térmicos para a recuperação da energia. (Fonte: Levy et al., 2006, p. 292)

A combustão é o processo mais generalizado da incineração que transforma os vários resíduos, sem tratamento prévio, em produtos sólidos, líquidos e gasosos, com libertação de energia sob a forma de calor. Esta energia é transmitida sob a forma de condução, convecção e radiação para o combustível de alimentação, para os resíduos e para o sistema de incineração e/ou armazenada nos resíduos da combustão. Em termos gasosos são emitidos, principalmente, $CO_{2}$, $NO_{x}$, $SO_{2}$, $pH$ e $H_{2}O$ e em termos sólidos, existe recuperação de cinzas. Outros gases, que não cumprem as condições de combustão completa ideais, são produzidos devido ás variações da quantidade dos elementos contidos nos RSU. A quantidade de oxigénio, $O_{2}$, presente na combustão leva a: combustão estequiométrica, isto é, combustão completa; combustão com excesso de ar, ou seja, combustão completa com adição de ar; e, combustão com falta de ar, ou seja, gaseificação ou combustão incompleta. De forma a garantir uma combustão completa na incineração, é aplicado uma taxa de ar de 40% a 100% (consoante o tipo de RSU e o modelo do incinerador) superior às condições estequiométricas, devido às variações do poder calorífico dos resíduos. Sendo ainda possível aproveitar o excesso de ar na câmara de combustão para ajudar a satisfazer a regras dos três T: temperatura, turbulência e tempo. Isto é, a melhoria da mistura de RSU e a regularização da temperatura é devido ao excesso de ar presente. A temperatura não deve ser menor que os 800ºC para evitar emissões de odores. Se for maior que 980ºC há uma diminuição das dioxinas, furanos e outras partículas orgânicas. O tempo necessário para haver combustão completa dos RSU depende essencialmente do tipo de forno. E, por fim, a turbulência garante uma oxidação homogénea e mais eficaz de todos os resíduos. (Levy et al., 2006, p. 293-294).

Figura 1 - Valores óptimos para os três T. (Fonte: Levy et al., 2006, p. 294)

Poder calorífico dos RSU

O local onde o RSU é recolhido é uma condicionante para a sua constituição. Ou seja, numa zona residencial há uma maior frequência de embalagens e resíduos fermentáveis, enquanto que numa zona comercial o papel e o cartão são predominantes. Os RSU podem-se dividir em uma fracção combustível constituída por papel e cartão (materiais celulósicos) e uma fracção de produtos com elevado poder calorifico (plásticos, pneus e têxteis). A tabela 2 indica o poder calorífico de alguns materiais (Levy et al., 2006, p. 295).

Tabela 2 - Poder calorífico de alguns materiais. (Fonte: Levy et al., 2006, p. 295)

Elementos como o carbono, o oxigénio, o azoto, o enxofre e o hidrogénio, são os principais constituintes do RSU. Cintudo têm também metais pesados na sua composição, como indica a tabela 3. (Levy et al., 2006, p. 295)

Tabela 3 - Percentagens de metais pesados nos RSU. (Fonte: Levy et al., 2006, p. 295)

Tipos de incineradores

Segundo Levy et al. (2006, p. 296) existem quatro tipos de incineradores com combustão por excesso de ar: forno ciclone, incinerador de leito fundido, incinerador com sistema de combustão em massa e incinerador com fornalhas múltiplas. Sendo que todos eles podem receber no seu sistema de alimentação RSU proveniente das recolhas, selectiva ou não, sem transformação prévia. Contudo, é importante salientar que a desidratação de RSU antes de se iniciar o processo é importante pois permite reduzir a quantidade de combustível necessário para manter a combustão.

Incineradores com sistema de combustão em massa. Possuidor de uma grelha móvel, este tipo de incinerador recebe RSU que são encaminhados para a fornalha e caindo as cinzas no final. Por baixo da grelha, o ar é injectado através da camada de RSU incandescente (Levy et al., 2006, p. 296).

Incineradores de leito fundido. Após a fluidificação de uma camada de areia, com cerca de 75 cm de espessura, esta é aquecida para haver destruição dos RSU. Possuidor de um cilindro, com o 2,7m a 7,5m de diâmetro, onde é injectado o ar sob a forma de pressão (entre os 80 e os 135 Pa) nos vários tubos da base, fluidificando a areia e produzindo um aumento de 80 a 100% de volume. A temperatura varia entre os 750ºC e os 900ºC, o que pode levar à introdução directa dos RSU na areia. As cinzas e os gases são evacuados pelo cimo do forno, onde há controlo de poluição do ar. Este modelo necessita de menos combustível, para auxiliar a combustão, devido ao potencial calorífico da areia sendo possível funcionar 24 horas sob 24 horas sem recorrer a combustíveis auxiliares. No entanto, a existência de areia no refugo constitui um problema pois degrada os sistemas de tratamento de gases. O destino desta é igual ao das cinzas e fumos e tem que ser substituída várias vezes. O incinerador de leito fundido é sensível às variações do poder calorífico (Levy et al., 2006, p. 299-300).

Forno ciclone. Este incinerador em forma cilíndrica na vertical, possui um braço fixo no seu interior que coloca os RSU que estão à periferia no centro, onde posteriormente são expelidos sob a forma de cinzas. O ar e o combustível são injectados através da periferia pois não é possível introduzi-lo juntamente com a camada de RSU. Ao aquecer o ar é provocado o efeito de turbilhão (efeito ciclónico) que leva à mistura de gases e de resíduos. A temperatura no interior do incinerador é de aproximadamente 850ºC, no entanto existem perdas de calor devido às paredes móveis do sistema facilmente existe controlo da qualidade do ar nos gases de saída (Levy et al., 2006, p. 300).

Incinerador de fornalhas múltiplas. Possuidor igualmente de forma cilíndrica, com várias fornalhas no seu interior (entre 4 a 14) sobrepostas e desalinhadas. Os resíduos são introduzidos na parte superior do incinerador e com ajuda dos braços mecânicos nas fornalhas os RSU deslocam-se para níveis inferiores do cilindro até chegar à base onde já se encontram sob a forma de cinzas. Existem uma divisão de quatro zonas no cilíndro: zona superior (onde há desidratação dos resíduos devido aos gases quentes que sobem), zona de combustão (onde a temperatura está entre os 750ºC e os 950ºC), zona de oxidação de carbono (onde há transformação de $CO_{2}$ e zona inferior (onde se encontram as cinzas para serem evacuadas). A existência de um sistema de injecção leva à difusão de ar pela coluna central e pelos braços mecânicos. Este incinerador precisa de um controlo importante, principalmente a nível dos braços mecânicos e das paredes refractárias do cilindro (Levy et al., 2006, p. 298-299).

Recuperação de energia