Gestión de residuos en una central térmica
ÍNDICE
Introducción
Producción de residuos
Tipos de residuos
Residuos no peligrosos
Residuos peligrosos
Impacto ambiental de los residuos y tratamientos
Resumen y conclusiones
Anexo de fotografías
Bibliografía
INTRODUCCIÓN
La producción de energía eléctrica por medio de grandes instalaciones de combustión tiene un importante impacto ambiental. No solo por la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera, sino también por la generación de residuos sólidos – como las cenizas – y residuos líquidos – como pueden ser aceites y lodos - .
Las centrales térmicas de carbón son las que más residuos producen: desde los gases que emiten – como el CO2 , SO2, NOx y compuestos orgánicos volátiles, CVOs – hasta las cenizas que generan en la caldera, que pueden ser reutilizadas como materia prima para elementos estructurales en la construcción.
Las centrales térmicas de gas o petróleo apenas generan cenizas, pero su impacto ambiental se hace patente en los vertidos accidentales de combustible y en los desechos procedentes de la reparación y mantenimiento de los equipos de producción de energía.
En este trabajo se va a tratar el tema de los residuos que generan las centrales térmicas que utilizan combustibles fósiles. Los residuos podrán ser sólidos, líquidos o gaseosos, siendo estos últimos tratados en menor profundidad, ya que entran en la categoría de emisiones a la atmósfera.
PRODUCCIÓN DE RESIDUOS
Todo proceso de combustión tiene efectos muy directamente relacionados con la contaminación atmosférica y, en particular el de los carbones, con la producción de residuos sólidos.
La combustión ideal de un compuesto constituido sólo por carbono e hidrógeno, quemado con un adecuado exceso de aire y sin reacciones secundarias, únicamente produciría dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O), a los que se unirían el oxígeno sobrante y el nitrógeno procedentes del aire.
La situación se complica al quemar carbones y otros combustibles fósiles, que originan nuevos productos normalmente indeseables. Desde el punto de vista ambiental, los productos genéricos pueden ser gaseosos, líquidos, sólidos, calor residual, y otras formas de contaminación (residuos industriales, ruidos).
Los residuos más característicos del proceso de generación en centrales térmicas son las cenizas volantes y escorias, así como los residuos nucleares.
Los residuos nucleares producidos son de media y baja actividad acondicionados, es decir, preparados para su depósito en un almacén. Las centrales nucleares están incluidas en el Programa de Vigilancia Radiológica Ambiental del Consejo de Seguridad Nuclear que consiste en la toma periódica de muestras de aire, agua, suelo, etc. para asegurar que todos los parámetros se encuentran dentro de los límites establecidos.
En relación con los residuos peligrosos que se generan en las actividades de mantenimiento, operación, gestión, etc… se llevan a cabo actuaciones encaminadas a la minimización y mejora de la gestión de estos residuos que se enmarcan en los sistemas de gestión ambiental certificados. Estos residuos son entregados periódicamente a gestores autorizados para su correcto tratamiento.
Por último, y en el caso de residuos no peligrosos, se mantienen planes de minimización y reciclaje además de campañas de sensibilización que redundan en la adopción de buenas prácticas ambientales por parte de los empleados de las instalaciones.
TIPOS DE RESIDUOS
Existe una clasificación de los residuos procedentes de la actividad de producción de energía basada en el estado de agregación de los mismos, por ello existen tres tipos principales de residuos:
Efluentes gaseosos:
Los contaminantes principales presentes en los gases de combustión son:
Óxidos de azufre (SOx): Proceden del azufre contenido en los combustibles. El principal es el dióxido de azufre (SO2).
Óxidos de Nitrógeno (NOx): Proceden del nitrógeno presente en al aire de combustión, o en la propia composición del combustible.
Partículas sólidas contenidas en los gases.
Otros productos: Emitidos en bajas concentraciones, pero que cada vez reciben más atención, por ejemplo los compuestos halogenados, hidrocarburos, compuestos orgánicos volátiles (COV), elementos químicos en muy pequeña concentración (trazas), etc.
Efluentes líquidos:
A diferencia de los otros tipos de contaminación, la que afecta a las aguas es similar en cualquier central térmica, dependiendo sólo de su potencia y de las características del agua de aportación (cauce receptor).
Una central necesita importantes cantidades de agua para su operación, especialmente en la refrigeración del condensador. Como resultado se produce gran variedad de corrientes residuales, algunas de forma continua (agua de refrigeración, purgas de caldera, plantas de tratamiento, extracción de cenizas, efluentes de depuración de gases, etc.), y otros intermitentemente (operaciones de limpieza, efluentes sanitarios, drenajes y escorrentías, etc.).
Existen, por su naturaleza, dos tipos de vertidos líquidos en una central:
Vertidos térmicos: Están asociados al agua de refrigeración y normalmente la única modificación que causan sobre el medio es un aumento de temperatura, aunque en algún caso se trata de aguas que precisan tratamientos de poca entidad antes de ser vertidas.
Vertidos químicos: Son de variada composición, aunque insignificantes en cantidad comparados con el caudal de agua de refrigeración. Reciben tratamiento convencional (neutralización, clarificación, filtración, etc.) antes de su descarga al medio receptor.
Residuos sólidos:
Sólo son significativos en el caso de combustión de carbones. La formación de escorias del hogar y de cenizas volantes emitidas depende de la calidad del carbón y del sistema de combustión. Aunque pueden tener alguna utilidad industrial (fabricación de hormigones y cementos), las grandes cantidades producidas cuando se queman carbones de baja calidad hacen necesario depositarlas en escombreras y balsas de almacenamiento en minas a cielo abierto, siempre cuidando que la incidencia ambiental de estas instalaciones sea mínima.
Efluentes energéticos:
El proceso de producción de energía eléctrica tiene, en general, un rendimiento reducido. Aproximadamente el 65% de la capacidad contenida en el combustible se lanza al medio ambiente como calor residual. Una parte se pierde en los gases de combustión, pero la mayoría es disipada a través del circuito de refrigeración del condensador.
En sistemas de refrigeración abiertos el calor se descarga en forma de agua caliente, en tanto que cuando los circuitos son cerrados con torre de refrigeración de tipo "húmedo", se produce un penacho de vapor de agua a alta temperatura. Conviene aclarar que, aunque este penacho resulta muy aparatoso, no tiene compuestos contaminantes y su única influencia sobre el medio es la aportación de calor, aparte del impacto visual.
Residuos no peligrosos
También llamados residuos inertes, son residuos sólidos como: además de las escorias y cenizas ya mencionadas, están los yesos de desulfuración y los residuos procedentes de instalaciones depuradoras de agua.
Residuos peligrosos
Pueden ser residuos sólidos o líquidos: aceites, grasas, dieléctricos de transformadores, disolventes, etc.
IMPACTO AMBIENTAL DE LOS RESIDUOS Y TRATAMIENTOS
Todos los residuos producidos en una instalación de combustión han de ser tratados y gestionados de acuerdo a lo establecido en la normativa ambiental.
Eliminación de polvo:
En las centrales eléctricas la eliminación de polvo puede realizarse mediante ciclones sencillos, ciclones múltiples, precipitadores electrostáticos y filtros textiles. La técnica a utilizar depende del grado de separación requerido, pudiéndose alcanzar valores del 60% - 70% en los ciclones y de más del 99% en los precipitadores electrostáticos y filtros textiles.
En los precipitadores electrostáticos el grado de separación mejora con el número de campos conectados sucesivamente. Con estos filtros y con los filtros textiles se obtienen emisiones residuales menores de 50 y 30 mg/m³ (en condiciones normales [c.n.]), respectivamente.
Un inconveniente de los ciclones es que separan principalmente las fracciones de polvo grueso, dejando fracciones respirables de polvo fino, toxicológicamente críticas. Los filtros textiles son muy útiles para la separación de polvos finos con contenido en metales pesados.
Los gastos de inversión para la eliminación de polvo en los gases de combustión dependen de diversos factores, tales como el tipo de combustible y el grado de purificación necesario, así como de la técnica utilizada. En el caso de combustibles con alto contenido en cenizas, la eliminación del polvo de los gases de combustión suele presentar problemas.
Desulfuración:
Para la reducción de las emisiones de SOx procedentes de las centrales térmicas pueden adoptarse medidas primarias (uso de combustibles pobres en azufre, desulfuración directa en la cámara de combustión, inyección de aditivos secos), o medidas secundarias, como eliminación del SOx del gas de combustión.
Las medidas primarias permiten eliminar el azufre del combustible. En la central térmica, aparte de elegir un producto petrolífero pobre en azufre y de mezclar distintos combustibles, se pueden reducir las emisiones de SOx mediante la desulfuración de humos.
En el caso del carbón, dadas las grandes variaciones de composición que se observan incluso en los yacimientos de un mismo país, resulta conveniente mezclar y/o homogeneizar los combustibles disponibles, evitando así la presencia ocasional de altas concentraciones de azufre cuya eliminación habría de preverse en el sistema de desulfuración.
La desulfuración directa en el hogar se aplica a los combustibles sólidos mediante su combustión en lecho fluidizado, consiguiéndose grados de desulfuración del 80 hasta el 90 %. La inyección de aditivos secos durante la combustión permite un grado de desulfuración de entre 60 y 80 %.
En la desulfuración de los gases de combustión se alcanzan rendimientos de separación del SO2 de 90 - 95 %. Dado que las instalaciones de desulfuración de gases de combustión originan gastos de inversión y explotación relativamente elevados, en casos aislados puede ser conveniente llevar a cabo una desulfuración en flujo parcial; en este caso, sólo una parte de los gases pasa por la instalación de desulfuración mientras que los gases sin desulfurar se usan para calentar los gases depurados.
Los diferentes procedimientos de desulfuración separan también compuestos halogenados como HCl y HF, lográndose un grado de eliminación incluso mayor que el de los compuestos sulfurados.
Desnitrificación:
Para la desnitrificación se aplican medidas primarias y secundarias. Como en el caso del azufre, la elección del combustible influye sobre las emisiones nitrogenadas. Sin embargo, la separación de NOx es más complicada que la transformación del azufre del combustible en SO2. Las medidas primarias sirven para reducir la velocidad de formación del NOx durante el proceso de combustión. El objetivo esencial en este caso es disminuir la temperatura máxima de llama.
Aguas:
Las centrales térmicas necesitan agua principalmente para fines de enfriamiento. Generalmente, después de ser utilizada para la absorción de calor (aumento de temperatura de unos 4 a 8 °C) este agua se devuelve al lugar de toma.
En las centrales con enfriamiento continuo la demanda de agua asciende a unos 160 - 220 m³/hora y MWel (con pérdidas de agua generalmente inferiores al 2 %).
Aparte del agua de refrigeración sólo se requieren pequeñas cantidades de agua (aprox. 0,1-0,3 m³/h y MWel) para sustituir las pérdidas del circuito de vapor, enfriar las cenizas y depurar el gas de combustión (depuración en solución absorbente pulverizada o procesamiento en húmedo).
Las aguas residuales de centrales térmicas, sobre todo de las que usan carbón como combustible, pueden contaminar las aguas superficiales.
Las centrales térmicas pueden producir los siguientes tipos de aguas residuales:
Efluente regenerado procedente del tratamiento del agua complementaria y de la desalinización del agua de condensación;
Aguas procedentes del lavado de filtros utilizados para limpiar el agua de condensación;
Aguas residuales procedentes de la carga de carbón y de su almacenamiento;
Aguas residuales especiales (por ejemplo, con contenido en ácido, procedentes de la limpieza o conservación de tuberías/calderas);
Aguas residuales procedentes de la extracción de cenizas en húmedo (equipos de descorificación);
Aguas procedentes de calderas, turbinas y transformadores;
Aguas procedentes de las torres de refrigeración (aguas de descarga y/o aguas de alimentación suplementaria depuradas)
Aguas residuales de la instalación depuradora del gas de combustión.
El tratamiento de las aguas residuales puede realizarse con procedimientos físicos, químicos y térmicos. Para una parte de las aguas residuales -procedentes, por ejemplo, del lavado de filtros y del rociado de carbón almacenado- suele bastar un tratamiento físico (filtración, sedimentación, aireación). Otras, en cambio, requieren un tratamiento químico (por ejemplo, floculación, precipitación, neutralización) y/o térmico (evaporación, desecación). Estas últimas incluyen las aguas residuales especiales, las procedentes de la regeneración o tratamiento de aguas complementarias y condensados y las que han sido utilizadas en la depuración de gases de combustión.
El agua residual procedente de la depuración del gas de combustión ha de someterse generalmente a un tratamiento combinado químico y físico (neutralización, floculación, sedimentación y filtración), destinado ante todo a precipitar los metales pesados y a separar los sólidos en suspensión tales como el yeso.
Suelo y aguas subterráneas:
Las centrales térmicas tienen efectos muy diversos sobre el suelo y las aguas subterráneas. La calidad del suelo puede empeorar debido a la precipitación de polvo, sobre todo en las proximidades de la central, siendo especialmente peligrosa la contaminación ocasionada por los metales pesados contenidos en el polvo. También pueden cambiar las propiedades químicas del suelo debido a las precipitaciones ácidas, atribuibles principalmente a la hidrogenación de las sustancias SO2 y NOx; en condiciones desfavorables, las precipitaciones ácidas afectan también a las aguas subterráneas y superficiales.
El suelo y, sobre todo, las aguas subterráneas en las inmediaciones de la central están amenazados también por la fuga de sustancias contaminantes provenientes, ante todo, de deficiencias en la captación y depuración de aguas residuales, fugas de aceite y líquidos oleosos, almacenamiento inadecuado de aceite y carbón y disposición de materias residuales.
Otros efectos sobre el suelo, y más aún sobre las aguas subterráneas, provienen de los depósitos de residuos, que en las centrales constan principalmente de escorias, cenizas volátiles, residuos de la desulfuración de los gases de combustión y lodos procedentes del tratamiento del agua y de aguas residuales. La cantidad de estos residuos depende en parte del procedimiento empleado, siendo especialmente elevada cuando se utilizan carbones de baja calidad.
Dependiendo de su composición, las escorias y cenizas volátiles podrán reutilizarse (por ejemplo, como agregado del cemento en la construcción de carreteras). Si no hay ninguna posibilidad de aprovechamiento, estos materiales deben llevarse a vertederos/depósitos apropiados (por ejemplo, por encima del nivel freático).
RESUMEN Y CONCLUSIONES
A modo de resumen se puede decir que una central térmica produce gran cantidad de residuos que, de no ser gestionados correctamente, serían muy perjudiciales para el medio ambiente y para el ser humano.
La normativa vigente establece los tipos de tratamientos a seguir según el tipo de residuo que se vaya a gestionar. También se establecen competencias sobre qué organismos pueden gestionar según qué tipo de residuos, siendo muy comunes hoy en día las consultoras medioambientales y las empresas gestoras de residuos.
No es de extrañar que, dada la cantidad y peligrosidad de algunos residuos producidos en las grandes instalaciones de combustión, la administración exija un nivel de control intenso de las emisiones y los residuos. Por ello, las empresas dedicadas a estas actividades se preocupan cada vez más por cumplir y respetar la normativa medioambiental, no solo para evitar sanciones, sino también como política de empresa.
Se extrae como conclusión de este trabajo que el agua y el suelo – en concreto las aguas subterráneas – son las principales perjudicadas por estas actividades, ya que se usa en grandes cantidades y para diferentes actividades.
ANEXO DE FOTOGRAFÍAS
Vista de una de las centrales térmicas de carbón mayores de España, la central térmica de Compostilla II en Ponferrada. Fuente: archivo personal.
BIBLIOGRAFÍA
Centrales térmicas de combustibles fósiles, parte de un trabajo de Carlos Delso Martín. Enlace:
http://platea.pntic.mec.es/~cmarti3/2000/sesion/eema/termica.htm
Impactos Ambientales y Actividades Productivas, Centrales térmicas en Estrucplan.com.ar. Enlace:
http://www.estrucplan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IdEntrega=297
Residuos, en Iberdrola.es. Enlace:
http://www.iberdrola.es/webibd/corporativa/iberdrola?IDPAG=ESWEBRESMAGESOTRRES
Recursos energéticos, combustibles y explosivos 1