Logística/Gestão de desperdícios e rejeitados/Sistemas de tratamento e destino final/Incineração

Segundo Williams (2005, p. 245-248), como alternativa aos aterros sanitários, os 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, são necessários 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 2000), existe também oposição pública à incineração de resíduos. A incineração continua a ser uma via pouco prioritária para o destino dos resíduos sólidos urbanos, na maioria dos países europeus. Contudo, as incineradoras modernas possuem recuperação de energia, feita através de turbinas a vapor de altas temperaturas e de sistemas de aquecimento, resultado de uma necessidade económica. 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 aterros sanitários:

• Pode ser normalmente realizada perto do ponto de recolha dos resíduos. Enquanto que, o número de aterros sanitários próximos do ponto de geração de resíduos é cada vez menor, sendo necessário haver um transporte de resíduos a longas distâncias;
• Os resíduos são reduzidos a cinzas (um produto biologicamente estéril) que para os resíduos sólidos municipais é aproximadamente 10 % do volume e 33 % do peso pré-queimado;
• Não produz metano, ao contrário do aterro sanitário. O metano é um gás que provoca o efeito estufa e contribui de maneira significativa para o aquecimento global;
• Pode ser usada como fonte de energia de baixo custo, pois produz vapor utilizado posteriormente para: gerar energia eléctrica, aquecimento em processos industriais ou água quente para o aquecimento urbano, conservando os valiosos recursos energéticos primários;
• Os resíduos das cinzas podem ser usados para recuperação de materiais ou como agregados secundários na construção;
• É a melhor opção ambiental para muitos resíduos perigosos, tais como os altamente inflamáveis, voláteis, tóxicos e infecciosos;

Contudo, as incineradoras também possuem desvantagens:

• Geralmente possuem custos muito mais elevados e longos períodos de recuperação, devido ao elevado investimento de capital;
• Por vezes, há falta de flexibilidade nas opções de disposição de resíduos, uma vez que a via de incineração foi escolhida; isto é devido ao alto custo de capital do incinerador que deve ser incluído em contractos de longo prazo da disposição de resíduos;
• A incineradora é projectada sob um certo valor calorífico para os resíduos. A remoção de materiais como o papel e o plástico para a reciclagem podem reduzir o valor global calorífico dos resíduos e, consequentemente, afectar o desempenho da incineradora;
• Apesar das incineradoras modernas cumprirem a legislação em vigor sobre as emissões de gases para a atmosfera ainda existe alguma preocupação pública quer a nível das emissões, quer a nível de efeitos adversos 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 ou não ter a recuperação do calor produzido por combustão. Este processo de incineração 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 dos processos acima descritos, pois 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 ideias de combustão completa, são produzidos devido ás variações da quantidade dos elementos contidos nos resíduos sólidos urbanos. A quantidade de oxigénio, $O_{2}$, presente na combustão leva a uma: combustão estequiométrica, isto é, combustão completa; combustão com excesso de ar, ou seja, combustão completa com adição de ar; combustão com falta de ar, ou seja, gaseificação ou combustão incompleta. De forma a garantir-se 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 resíduos sólidos urbanos e a regularização da temperatura é devida ao excesso de ar presente. A temperatura não deve ser menor que 800 ºC, para evitar emissões de odores. Se for maior que 980 ºC, há uma diminuição das dioxinas, furanos e outras partículas orgânicas. O tempo necessário para haver combustão completa dos resíduos sólidos urbanos 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 resíduo sólido urbano 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 resíduos sólidos urbanos podem-se dividir numa fracção combustível, constituída por papel e cartão (materiais celulósicos) e numa 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 resíduos sólidos urbanos. Contudo, estes últimos, contêm também percentagens de 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 por meio da combustão com excesso de ar. São eles: o forno ciclone, o incinerador de leito fundido, o incinerador com sistema de combustão em massa e o incinerador com fornalhas múltiplas. É de frisar, que todos eles podem receber no seu sistema de alimentação resíduos sólidos urbanos provenientes das recolhas, selectiva ou não, sem prévia transformação. Contudo, é importante salientar que a desidratação de resíduos sólidos urbanos antes de se iniciar o processo é importante, pois permite reduzir a quantidade de combustível necessário para manter a combustão.

Forno ciclone. Este incinerador em forma cilíndrica na vertical, possui um braço fixo no seu interior que coloca os resíduos sólidos urbanos 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 resíduos sólidos urbanos. Ao aquecer, o ar injectado provoca 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).

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 resíduos sólidos urbanos. Este incinerador é possuidor de um cilindro, com 2,7 m a 7,5 m 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 750 ºC e os 900 ºC, o que pode levar à introdução directa dos resíduos sólidos urbanos 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, tendo que ser substituída várias vezes. O incinerador de leito fundido é sensível às variações do poder calorífico (Levy et al., 2006, p. 299-300).

Incinerador de fornalhas múltiplas. Possuidor de forma cilíndrica, contém várias fornalhas no seu interior (entre 4 a 14), sobrepostas umas às outras e desalinhadas. Os resíduos são introduzidos na parte superior do incinerador e com ajuda dos braços mecânicos nas fornalhas, deslocam-se para níveis inferiores do cilindro até chegar à base, onde já se encontram sob a forma de cinzas. Existe uma divisão em quatro zonas no cilindro: a zona superior (onde há desidratação dos resíduos devido aos gases quentes que sobem), a zona de combustão (onde a temperatura está entre os 750 ºC e os 950 ºC), a zona de oxidação de carbono (onde há transformação de $CO_{2}$ e a 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).

Incineradores com sistema de combustão em massa. Possuidor de uma grelha móvel, este tipo de incinerador recebe resíduos sólidos urbanos que são encaminhados para a fornalha, caindo no final as cinzas. Por baixo da grelha, o ar é injectado através da camada de resíduos sólidos urbanos incandescentes. Existem vários tipos de grelhas e todas elas levam os resíduos através do sistema, a mistura dos resíduos sólidos urbanos e a injecção de ar na câmara de combustão (Levy et al., 2006, p. 296).

Recuperação de Energia

Os resíduos são uma fonte de energia considerável e em particular, a incineração também o é. Não só porque a combustão produz energia, como além disso é possível recuperar vários materiais, após serem incinerados, contidos nos resíduos sólidos urbanos, valorizando assim o recurso. A incineração de uma tonelada de resíduos equivale, em mesma quantidade de energia, a 250 kg de petróleo. Isto é, equivale entre 1,5 a 4,3 toneladas de vapor ou entre 500 a 600 kWh de energia eléctrica. Dar ênfase a este potencial eléctrico, promove e desenvolve os sistemas de recuperação de energia das centrais de incineração, desde que de forma viável. Isto acontece, normalmente, para incineradores com capacidade de produção maior que 20 000 toneladas por ano. Existem dois tipos de sistemas de recuperação de energia:

• Recuperação por caldeira independente, que devido às paredes refractárias existentes no forno coberto, leva à recuperação de energia contida nos gases quentes da combustão;
• Recuperação por radiação/convecção, que devido às paredes tubulares do forno cheias de água, é possível criar energia na câmara de combustão;

A eficácia do forno e do sistema de recuperação, as perdas de calor por radiação e convecção a partir das superfícies de instalação, o poder calorífico e a quantidade de resíduos sólidos urbanos são os quatro parâmetros determinantes para a quantidade de calor recuperada.