Tractament de purgues de dessulfuració en centrals tèrmiques

Seccions

1. Les purgues de les centrals tèrmiques
2. Contaminants presents a les purgues de desulfuració
3. Tractament de vessaments de desulfuració
4. Conclusions

Les purgues de les centrals tèrmiques

Les centrals tèrmiques generen electricitat a partir de la combustió de combustibles fòssils com el carbó, el petroli i el gas natural. Són una de les principals fonts d’aportació d’energia, però també una de les més contaminants.

L’impacte mediambiental generat per les centrals tèrmiques es manifesta de diverses maneres.

• L’augment en les concentracions de CO₂, un dels principals gasos d’efecte hivernacle, indueix al canvi climàtic, provocant fenòmens climàtics extrems.
• Els contaminants atmosfèrics com el SO₂ i els NOx poden donar lloc a la formació de pluja àcida, que perjudica els sòls, l’aigua i la vegetació, comprometent la salut dels ecosistemes i de la biodiversitat que depèn d’ells.

Per complir amb els límits d’emissions de sofre establerts per la normativa mediambiental, les centrals tèrmiques empren un procés denominat desulfuració.

Els gasos procedents de la combustió de carbó a la caldera, un cop passats per electrofiltres, són impulsats per uns ventiladors cap a un escalfador gas-gas on s’augmenta la seva temperatura.

Un cop han assolit la temperatura requerida, s’introdueixen en un *scrubber*, on la lletada de cal reacciona amb el SO₂, i utilitza l’O₂ de l’aire per afavorir l’oxidació a CaSO₄, segons la reacció:

CaCO₃ + SO₂ + 2 H₂O + ½ O₂ → CaSO₄ + 2 H₂O + CO₂

Els gasos resultants s’envien a una xemeneia per evitar condensacions i s’evacuen a l’exterior a una temperatura superior al punt de precipitació del sofre. Gràcies a aquest procés de desulfuració, el SO₂ es redueix en un 95%.

Com a resultat del procés, al fons de l’absorbedor queda una lletada de guix que, un cop assecat, es transporta a gestor de residus. Alternativament, s’està avaluant la possibilitat que aquest residu s’utilitzi en algunes aplicacions, com a remediador de sòls.

La major part de l’aigua de filtrat és reutilitzada en el mateix procés i només una petita part (purga) es deriva a la planta de tractament d’efluents.

El tractament de les purgues provinents del *scrubber* consisteix principalment en un procés fisicoquímic seguit d’un evaporador al buit, en el qual es tracta l’aigua salobre. Després de l’evaporació, s’obté aigua destil·lada d’alta qualitat que es recicla a l’absorbedor, mentre que el concentrat representa menys del 5-10% en volum de l’aigua tractada. En aquest procés es pot obtenir un VESSAMENT ZERO.

Contaminants presents a les purgues de desulfuració

Les purgues de desulfuració de les centrals tèrmiques contenen diversos contaminants que han de ser tractats de forma adequada per evitar danys ambientals:

• Dióxid de sofre (SO₂). És el principal contaminant que s’elimina en el procés de desulfuració.
• Òxids de nitrogen (NOx). Aquests compostos també es generen durant la combustió i han de ser controlats.
• Partícules en suspensió. Inclouen cendres i pols que es generen durant la combustió.
• Compostos orgànics volàtils (COV). Poden estar presents en petites quantitats i han de ser eliminats.
• Metalls pesants. Com mercuri i plom, que poden estar presents als gasos de combustió.

L’anàlisi següent pot ser considerat com un típic de purga de desulfuració d’una central tèrmica:

Paràmetre	Unitat	Concentració
pH	–	4-7
Sòlids en Suspensió	mg/l	10.000
SO4=-2	mg/l	15.100
SO3 -2	mg/l	200
F-	mg/l	50
P	mg/l	5.100
NH4+	mg/l	406
NO3-	mg/l	100
NO2-	mg/l	100
Al+3	mg/l	10
Cd+2	mg/l	4
Cr+6	mg/l	30
Cu+	mg/l	20
Fe+3	mg/l	1
Pb+2	mg/l	100
Hg +	mg/l	0,9
Ni+3	mg/l	30
Zn+2	mg/l	20
Cl-	mg/l	5.000
Mg+2	mg/l	3.700
P	mg/l	500
Oli i greixos	mg/l	1
DBO5	mg O2/l	800
TOC	mg O2/l	270
Temp. màxima	ºC	47

Els sòlids en suspensió es componen en un 89 % de CaSO₄·2 H₂O + 2 % de CaCO₃ + 9% restant de CaF₂ i altres). Com es pot observar, l’efluent té un elevat contingut de SS, SO₄^-2, NH₃, i diferents metalls, entre els quals destaquen pel seu potencial tòxic: Cd⁺², Pb⁺² Cr⁺⁶ i Hg⁺¹. Així mateix, en aquest cas s’aprecia una concentració alta de NH₃.

Tractaments dels vessaments de desulfuració

El tractament de les aigües residuals produïdes a les purgues de desulfuració en centrals tèrmiques és un procés complex que implica diverses etapes per eliminar els diferents contaminants i complir amb les normatives ambientals.

El disseny de la planta de tractament pot variar segons diferents factors, però aquestes són les tecnologies més habitualment emprades:

• Tractament Físic-Químic: Aquest és el primer pas i consisteix en l’eliminació de sòlids suspesos i altres contaminants inorgànics mitjançant processos com la sedimentació i la coagulació-floculació.
• Reactor Biològic (quan la toxicitat ho permeti): En aquesta etapa, s’utilitzen microorganismes per descompondre la matèria orgànica dissolta a l’aigua. Aquest mètode és eficaç per reduir compostos com el nitrogen i el fòsfor.
• Tractament Avançat: També conegut com a tractament terciari, aquesta etapa s’enfoca a eliminar els contaminants residuals que no van ser eliminats a les etapes anteriors. Pot incloure processos com la filtració amb membranes, l’adsorció i l’oxidació avançada.
• Evaporació al buit: Aquest mètode s’utilitza per separar l’aigua dels contaminants mitjançant l’evaporació, obtenint un condensat d’alta qualitat que pot ser reciclat, per exemple, en el propi procés de desulfuració.
• Tractament de Metalls Pesants: En aquesta etapa, s’eliminen metalls pesants com mercuri i plom mitjançant tècniques com la precipitació química i l’adsorció.

Cada un d’aquests mètodes té els seus avantatges i desavantatges, i l’elecció del tractament adequat depèn de les característiques específiques de les aigües residuals i els objectius de tractament.

A mode d’exemple, vegem quin tractament seria el més adequat per depurar una purga de desulfuració amb una analítica com la mostrada a la taula anterior.

La línia de tractament es compondria bàsicament de:

• Separació de sòlids. Les purgues incorporen sòlids de mida considerable que han de ser separats prèviament al procés de depuració; per això s’utilitzen habitualment tamisos i reixes amb la llum de filtració adequada (aprox. 1 – 3 mm). Els sòlids s’extreuen de forma automàtica mitjançant un rascador superficial disposat sobre el tamís.
• Dipòsit d’homogeneïtzació i oxidació. A l’interior, es barreja i homogeneïtza l’efluent per mitjans mecànics i l’aportació d’aire procedent de bufadors. D’aquesta manera, aconseguim oxidar el SO₃²⁻ a SO₄²⁻ i els NO₂⁻ a NO₃⁻ i també es facilita l’oxidació dels materials orgànics i inorgànics sensibles a això.
• Sedimentació de precipitats. Del dipòsit d’homogeneïtzació es passa per gravetat a un decantador – espessidor annex, del qual surten un clarificat per una banda i els sòlids en suspensió (en la seva majoria CaSO₄) que decanten per l’altra. Els sòlids separats es sotmeten a deshidratació per enviar-los a un abocador de residus.
• Tractament fisicoquímic. Aquest és un procés complex que es realitza en diferents etapes per tal de separar els sòlids en suspensió restants, així com els metalls contaminants.
• Evaporació a buit. El següent pas és separar les sals solubles (Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, etc.) i les traces de metalls (Cr, Pb, etc.) que hagin pogut quedar a l’efluent, per al qual aquest efuent és enviat a un evaporador al buit en el qual s’obtenen un concentrat de sals i metalls, i un condensat lliure de contaminants.

L’evaporació al buit es basa en la reducció de la pressió per disminuir el punt d’ebullició de l’aigua. Això permet que l’aigua s’evapori a temperatures més baixes, separant-se dels contaminants en el concentrat.

L’evaporació al buit és un procés eficient per obtenir aigua d’alta qualitat i reduir la quantitat de residus.

Avantatges

• Eficàcia Energètica: Aquest procés requereix menys energia en comparació amb altres mètodes degut a les baixes temperatures d’operació (en el nostre cas, les purgues de desulfuració solen estar calentes, aproximadament 45ºC).
• Qualitat de l’Aigua: Es produeix un condensat d’alta qualitat que pot ser reutilitzat en el procés de desulfuració.
• Reducció de Residus: Minimitza la quantitat de residus sòlids i permet una gestió més eficient dels contaminants.

Consideracions

• Corrosió: Els materials del sistema han de ser resistents a la corrosió degut a la naturalesa química de les purgues.
• Incrustacions: L’aparició d’incrustacions ha de ser controlada per mantenir l’eficiència del procés.
• Eliminació d’NH₃ en excés: És comú que els vessaments procedents de processos de desulfuració presentin altes concentracions d’amoníac (NH₃). Per a la seva eliminació, s’acostuma a recórrer a la instal·lació de torres de stripping, que operen mitjançant l’aportació d’aire. Aquest aire supera la pressió parcial de l’amoníac, facilitant la seva transferència des de la fase líquida a la fase gasosa, on posteriorment es dilueix en el flux d’aire de sortida.

Conclusions

Les centrals tèrmiques emeten una gran varietat de contaminants continguts als gasos que es produeixen en la combustió, com són el diòxid de carboni (CO₂), òxids de nitrogen (NOx), diòxid de sofre (SO₂), i partícules en suspensió.

Per al tractament dels gasos s’utilitzen sistemes de separació mitjançant *scrubbers* en els quals s’absorbeix una part important dels contaminants. La purga d’aquest circuit haurà de ser tractada en una instal·lació adequada per contenir altes concentracions de contaminants.

El procés més habitual per al tractament de purgues de desulfuració es compon de:

• Pretractament: Separació de sòlids
• Homogeneïtzació i oxidació: Es barregen els vessaments en un dipòsit i els compostos contaminants s’oxiden amb aire.
• Clarificació: Mitjançant un clarificador – espessidor.
• Tractament fisicoquímic: Compost de diverses etapes d’acord amb els contaminants presents (SS, metalls, etc.).
• Evaporació a buit: L’efluent lliure de sòlids suspesos i metalls, conté una elevada salinitat, que pot ser tractada en un evaporador al buit. L’evaporació a buit permet obtenir un condensat d’alta qualitat i un residu concentrat, amb un cost energètic i un impacte mediambiental reduïts. El condensat obtingut tindrà qualitat suficient per poder utilitzar-se en diferents processos i serveis, la qual cosa amortitza el cost d’inversió en poc temps.
• Tractament de fangs: Tant els fangs obtinguts per mitjans de deshidratació mecànica, com són els filtres premsa, i els propis de l’evaporador, hauran de destinar-se a abocadors especials degut a la seva naturalesa tòxica.
• Quan la concentració d’NH₃ sigui elevada, haurà d’eliminar-se l’excés. El sistema més econòmic i senzill seria una torre de stripping, proveïda d’un farcit d’anells, a la qual es fa passar un corrent d’aire en contracorrent amb la circulació del líquid.

Bibliografia i consultes:

https://ecologiadigital.bio/ – Emissions contaminants de les centrals tèrmiques i el seu impacte ambiental