ES2201439T3 - Tratamiento de suelo contaminado. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para retirar mercurio y dioxinas de suelo contaminado, caracterizado porque dicho suelo es tratado en las siguientes etapas: i) someter a pirólisis el suelo en un horno a una temperatura en el intervalo de 450ºC a 800ºC formando un residuo de suelo (8) empobrecido de mercurio y dioxinas y una fase gaseosa (7) que contiene mercurio y dioxinas; ii) retirar del horno el residuo de suelo empobrecido de mercurio y dioxinas; iii) tratar adicionalmente el gas mediante poscombustión (9) a una temperatura de al menos 800ºC y un tiempo de retención de al menos 1 segundo; iv) enfriar bruscamente (11) los gases de combustión formados en la etapa ii) hasta una temperatura en el intervalo desde 100ºC hasta 200ºC y filtrar seguidamente los gases procedentes de dicho enfriamiento brusco; v) recuperar (15) mercurio en el gas procedente de la etapa iv) en una vasija de condensación que es operada en un intervalo de temperatura de 2ºC hasta 30ºC; vi) tratar el gas residual no condensado(19) procedente de la etapa v) antes de descargarlo a la atmósfera (21).

Description

Tratamiento de suelo contaminado.

El presente invento se refiere a un procedimiento para tratamiento de suelo contaminado, que comprende contaminantes peligrosos tales como dioxinas, metales pesados y otras sustancias volátiles.

Muchos sitios industriales tienen suelo contaminado, comprendiendo metales pesados, tales como Hg, Pb, As, Cd y también dioxinas, que deben tratarse ante una posible precipitación de contaminantes adecuada del suelo. Se ha sugerido un gran número de procesos para el tratamiento del suelo contaminado. Existen diferentes formas de tratar el suelo dependiendo del grado de contaminación y del contenido de los contaminantes peligrosos. En el caso de suelo contaminado por dioxinas y metales pesados, el procedimiento más efectivo es un tratamiento térmico.

El tratamiento térmico del suelo contaminado puede ser realizado por incineración a altas temperaturas, o tratamiento a temperaturas bajas y moderadas. Con el fin de formar una fase de gas con los metales pesados gaseosos desorbidos, la temperatura de tratamiento total tiene que superar la temperatura de cambio de fase de líquido a gas. No obstante, no es conveniente realizar el tratamiento térmico a temperaturas demasiado altas debido a la gran formación de gases de combustión. Sin embargo, el tratamiento térmico a temperaturas baja y moderada no es suficiente para la eliminación de las dioxinas. Por lo tanto, los procedimientos de los tratamientos térmicos son contradictorios para la consecución del fin deseado.

La pirólisis es un proceso conocido para reducir la cantidad de gases de combustión cuando se trata térmicamente el suelo. El calentamiento del horno es preferiblemente indirecto y la cámara del horno puede obturarse con el fin de impedir la entrada de aire. También son conocidos los procesos que tienen una combinación de tratamientos térmicos a temperaturas baja y moderada, pero fallan en proporcionar un tratamiento eficaz y completo de los suelos contaminados que comprenden dioxinas y metales pesados. Los procesos conocidos están centrados en la eliminación de dioxinas o en la recuperación de metales pesados del suelo. El tratamiento combinado de dioxinas y metales pesados no es evidente por sí mismo debido al deseo contradictorio de eliminar dioxinas a la vez que se mantiene en un mínimo la cantidad de gases de combustión.

El documento EP-B1-245655 se refiere a un procedimiento para retirar material nocivo volátil, tal como mercurio, y agua procedente de suelo contaminado mediante tratamiento térmico del suelo, donde el gas resultante del tratamiento térmico es sometido a condensación para extraer una fase líquida. Los gases residuales pueden ser sometidos a un enfriamiento a baja temperatura a una temperatura por debajo de 5ºC.

El documento WO-A1-9530453 explica un procedimiento para retirar contaminantes volátiles tales como dioxinas de suelos o de otro material de desecho por calentamiento en un dispositivo de desorción térmica y alimentar el gas de proceso a través de un lecho de aglutinante para oxidar los contaminantes volatilizados.

El documento EP-A1-624410 se refiere a un procedimiento para retirar del suelo metales orgánicos y volátiles utilizando desorción térmica. Los contaminantes volatilizados son llevados a una torre de rectificación de relleno para producir una corriente de gas y un líquido.

C.P. Broadbent et al (Aufbereitungstechnik, vol 35 (1994) nº 6, Wiesbaden) describe un procedimiento para tratar suelos que comprende las etapas de calentar el suelo en el intervalo de hasta 900ºC formando un residuo de suelo y una fase gaseosa que contiene mercurio y dioxinas, retirar el residuo de suelo, tratar después el gas mediante poscombustión, enfriar bruscamente los gases de combustión y tratar el gas residual no condensado.

El presente invento se distingue de este estado de la técnica esencialmente porque se realiza un primer paso de enfriamiento brusco en los gases de combustión calientes a una temperatura en el intervalo de 100ºC a 200ºC y filtrando los gases que salen de esta primera etapa de enfriamiento brusco antes de alimentarlos en un segundo paso de enfriamiento brusco a una temperatura en el intervalo inferior a 30ºC, siendo este último grado de enfriamiento estado de la técnica.

Con la solución de acuerdo con el proceso del presente invento es posible permitir la eliminación de dioxinas así como mantener la cantidad de gases en un mínimo, y al mismo tiempo separar metales pesados absorbidos en el suelo contaminado. El procedimiento se describe en las reivindicaciones anejas.

La solución de acuerdo con el presente invento proporciona un procedimiento para el tratamiento de retirar mercurio y dioxinas de suelo contaminado, en el que dicho suelo es tratado en las siguientes etapas: i) someter a pirólisis el suelo en un horno a una temperatura en el intervalo de alrededor de 450ºC hasta alrededor de 800ºC, formando un residuo de suelo (8) empobrecido de mercurio y dioxinas y una fase gaseosa (7) que contiene mercurio y dioxinas; ii) retirar del horno el residuo de suelo empobrecido de mercurio y dioxinas; iii) tratar adicionalmente el gas mediante poscombustión a una temperatura de al menos alrededor de 800ºC y un tiempo de retención de al menos 1 segundo; iv) enfriar bruscamente los gases de combustión calientes formados en la etapa iii) a una temperatura en el intervalo de alrededor de 100ºC hasta alrededor de 200ºC y filtrar a continuación los gases procedentes de dicho enfriamiento brusco; v) recuperar mercurio en el gas procedente de la etapa iv) en una vasija de condensación que es operada en un intervalo de temperatura que va de 2ºC hasta 30ºC; vi) tratar el gas residual no condensado procedente de la etapa v) antes de la descarga a la atmósfera.

El contenido de dioxina en el suelo puede variar considerablemente. Un contenido medio típico de dioxinas puede ser de alrededor de 4.000 ng/kg de sólidos secos.

El procedimiento de acuerdo con el presente invento puede ser usado para recuperar un gran número de metales que son absorbidos por el suelo. El procedimiento es especialmente apropiado para el tratamiento de suelo que comprende metales pesados tales como Hg, dioxinas y otras sustancias volátiles. Adicionalmente se pueden reducir cantidades parciales en los contaminantes del suelo tales como As, Pb, Cd, Cu y Zn. El proceso es preferiblemente usado para recuperar mercurio y dioxinas del suelo contaminado. El contenido de mercurio en el suelo puede variar considerablemente. Un contenido típico de mercurio puede estar alrededor de 40 mg/kg de sólidos secos.

Antes de someter el material contaminado al tratamiento pirolítico, el material se somete preferiblemente a un tratamiento de limpieza preliminar. Primeramente, se debe separar también el material no deseado, tal como trozos metálicos y de plástico. También se pueden separar la madera y piedras más gruesas. Entonces, el suelo se clasifica adecuadamente y se separa todo el material de grosor superior a 80 mm antes de introducir el suelo en el horno para la pirólisis. La madera y las piedras separadas son preferiblemente machacadas y trituradas, y posteriormente son devueltas a la anterior clasificación mencionada. Los trozos metálicos retirados pueden ser lavadas y decantadas, y el agua de lavado se lleva adecuadamente a un tratamiento separado.

Después del tratamiento de limpieza preliminar preferido, el suelo se lleva a un tratamiento de pirólisis. El horno puede ser de cualquier tipo, preferiblemente un horno de alimentación continua y obturado. Preferiblemente se usa un horno rotatorio. El suelo puede ser alimentado al horno con un mecanismo de alimentación. También es posible el uso de un horno cuando el suelo contaminado se transporta en una cinta transportadora. La cámara del horno es preferiblemente hermética y provista de un gas inerte, tal como nitrógeno y vapor. Preferiblemente todo el sistema es mantenido en un ligero vacío (por debajo de la presión atmosférica) con el fin de evitar riesgos de fugas a la atmósfera. Adecuadamente la presión en la pirólisis está en el intervalo desde aproximadamente 100 Pa hasta aproximadamente 5.000 Pa. El tratamiento térmico se realiza preferiblemente en una atmósfera esencialmente libre de oxígeno y el calentamiento del horno es preferiblemente indirecto, por ejemplo calentamiento de la pared exterior del horno por gas licuado de petróleo y aire, o un combustible similar. El calentamiento también puede ser realizado por la utilización de energía eléctrica. La temperatura durante el tratamiento de pirólisis está en el intervalo desde aproximadamente 450ºC hasta aproximadamente 800ºC, adecuadamente desde aproximadamente 500ºC hasta aproximadamente 700ºC y preferiblemente desde aproximadamente 500ºC hasta aproximadamente 650ºC. El tiempo de retención en la pirólisis está adecuadamente en el intervalo desde aproximadamente 5 minutos hasta aproximadamente 120 minutos, preferiblemente desde aproximadamente 10 minutos hasta aproximadamente 90 minutos, y más preferiblemente desde aproximadamente 20 minutos hasta aproximadamente 60 minutos. Por el proceso de pirólisis se desabsorben los contaminantes peligrosos del suelo y forman una fase gaseosa. El resto es un residuo de suelo limpio. Después de la pirólisis se retira el suelo limpio, preferiblemente enfriado, del horno.

La fase gaseosa de la pirólisis se trata posteriormente en una poscombustión. El gas comprende preferiblemente metales pesados, dioxinas, hidrocarburos, vapor, polvo y cenizas. Durante la poscombustión sustancialmente todas las dioxinas se descomponen térmicamente. La poscombustión es adecuadamente realizada en una atmósfera enriquecida en oxígeno y el calentamiento es bien directo, es decir, por calentamiento con llama abierta, o indirecto. El gas licuado de petróleo añadido a oxígeno y aire, o combustibles similares, pueden ser utilizados para calentamiento. La poscombustión puede realizarse a una temperatura de al menos aproximadamente 800ºC y un tiempo de retención de al menos 1 segundo. Adecuadamente la poscombustión se realiza a una temperatura de al menos 900ºC y preferiblemente a una temperatura de al menos 1.000ºC. La temperatura superior del tratamiento de poscombustión no es crítica, y solamente está limitada por razones técnicas del proceso. Se puede fijar un límite superior de temperatura adecuado en aproximadamente alrededor de 1.500ºC. En la atmósfera preferible de oxígeno enriquecido de la poscombustión, se elimina el contenido de dioxinas en el gas. Simultáneamente se incineran los hidrocarburos.

Después de la poscombustión, los gases de combustión calientes se enfrían bruscamente a una temperatura en el intervalo desde aproximadamente 100ºC hasta aproximadamente 200ºC y filtrado, con el fin de evitar la formación de nuevo de dioxinas. La formación de nuevo de dioxinas es probable en el intervalo de temperatura de 200º-400ºC. El enfriamiento brusco es adecuadamente una operación más bien rápida, con el fin de pasar dicho intervalo de temperatura crítica lo más rápidamente posible. Dicho enfriamiento brusco puede realizarse en menos de aproximadamente 10 segundos y preferiblemente en el intervalo desde aproximadamente 1 segundo hasta aproximadamente 10 segundos. El enfriamiento brusco se realiza preferentemente por inyección de agua en el gas, por ejemplo con la ayuda de rociadores. Es importante advertir que dicho enfriamiento brusco no tiene como fin la condensación del gas. Por el contrario, el fin es mantener el gas sustancialmente en la fase gaseosa a través de la etapa de enfriamiento brusco. Preferiblemente el enfriamiento brusco se realiza a una temperatura en el intervalo desde aproximadamente 150ºC hasta aproximadamente 200ºC, adecuadamente en el intervalo desde aproximadamente 150ºC hasta aproximadamente 180ºC.

El gas procedente del enfriamiento brusco puede ser llevado a través de un filtro para separación de cenizas y de polvo en el gas. El material sólido procedente de la separación del filtro puede ser reciclado al horno de pirólisis. Adecuadamente se hace uso de un denominado filtro doméstico de bolsa que puede contener un filtro de material textil.

Los gases enfriados bruscamente son llevados después a una vasija de condensación para recuperar la parte principal del contenido del metal pesado en los gases. La vasija de condensación es operada en un intervalo de temperatura desde aproximadamente 2ºC hasta aproximadamente 30ºC. La superficie de enfriamiento, preferiblemente desde aproximadamente 2 m^{2} hasta aproximadamente 30 m^{2} puede estar hecha de uno o varios tubos. Si fuera necesario, se puede conectar un dispositivo de enfriamiento al condensador. Con el fin de mantener la vasija de condensación libre de depósitos, es preferiblemente rociada agua dentro de la vasija. En conexión con dicha vasija de condensación adecuada, se puede instalar un intercambiador de calor. En la etapa de condensación metales pesados y agua se condensan procedentes del gas. En los postratamientos posteriores se separan el agua y los metales pesados (en forma sólida). Otro equipo de recuperación adecuado es un depurador de vía húmeda. El depurador de vía húmeda puede tener la forma de torre en la que los gases enfriados bruscamente se lavan por inyección de agua mediante, por ejemplo, rociadores. Los contaminantes principales del gas se irán con el agua de rociado, donde luego se separan el agua y la fase sólida de contaminantes. La separación se obtiene preferiblemente por centrifugación o por gravimetría. En el caso de usar un equipo de depurador de vía húmeda, el filtro opcional mencionado previamente para la separación de cenizas y polvo (después de la operación de enfriamiento brusco) se incluye adecuadamente en el mismo equipo de depurador de vía húmeda.

El agua procedente de dichos tratamientos de recuperación puede ser llevada a un sitio fuera para tratamiento posterior, por ejemplo, para limpiarla de cantidades residuales de mercurio disuelto en el agua.

El gas residual no condensado procedente de la etapa de recuperación de los gases (procedentes del enfriamiento brusco) se trata adicionalmente con el fin de retirar mercurio y dioxinas antes de descargar los gases restantes a la atmósfera. Tal tratamiento de gas puede realizarse con filtros de carbón activo. En el caso de que el gas comprenda mercurio, tales filtros de carbón activo absorben la parte sustancial del restante contenido de mercurio en el gas. El filtro de carbón activo preferido puede ser añadido al horno de pirólisis después de usarlo. Por supuesto que pueden usarse otros equipos adecuados para el proceso de limpieza del gas para el tratamiento de gases no condensados. Los filtros de carbón activo preferidos pueden también ser tratados con azufre. Otros filtros tales como filtros tratados con selenio pueden también usarse para el tratamiento del gas residual no condensado. Un adicional tratamiento opcional del gas no condensado residual puede ser realizado preferiblemente mediante un tratamiento con zeolita.

De acuerdo con una posible modificación del procedimiento del presente invento, el presente procedimiento de tratamiento de suelo contaminado también puede ser realizado ventajosamente para la regeneración de carbón activo o de óxido de aluminio, o de otro material contaminado con contaminantes desorbibles, que puede ser tratado conjuntamente con el suelo. También el lodo que se origina en las cubas electrolíticas de cloro-álcali puede ser mezclado con el suelo contaminado con el fin de mantener bajas la humedad y la posible concentración de mercurio en el material que entra en el horno.

El suelo tratado por el presente procedimiento tiene preferiblemente el siguiente grado máximo de contaminación: Hg < 5 mg/kg de sólidos secos, dioxina < 200 ng/kg de sólidos secos, y cantidades menores de otras sustancias volátiles tales como aceite mineral, disolventes orgánicos, PCB, DDT y otros. Adicionalmente, la cantidad de contaminantes tales como As, Cd, Pb, Cu y Zn pueden también reducirse considerablemente. Sin embargo, el grado máximo de contaminación de Hg y dioxina se mantiene preferiblemente a incluso niveles más bajos. La contaminación de Hg puede ser tan baja como alrededor de 0,1 mg/kg de sólidos secos, o incluso más baja. La contaminación de dioxina puede ser tan baja como aproximadamente 10 ng/kg de residuos sólidos, o incluso más baja. El residuo de suelo tratado puede ser depositado o usado como material de relleno de terrenos.

De acuerdo con una realización del presente invento, se puede usar un filtro de alta temperatura para tratamiento de los gases procedentes de la pirólisis, antes de realizar el tratamiento de poscombustión. El material sólido procedente de dicha separación por filtro a alta temperatura puede ser reciclado al horno de pirólisis.

A continuación se describirá un modo posible de realización del invento haciendo referencia al dibujo anejo, en el que la figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra una planta adecuada para realizar el método del invento.

Así, la figura 1 muestra un diagrama de bloques para ilustrar las etapas de proceso preferidas. En un proceso preferido el material contaminado (1) es preferiblemente sometido a un tratamiento (2) de limpieza preliminar en el que el suelo se clasifica y se separan los materiales no deseados. Después del tratamiento de limpieza preliminar, el suelo se lleva al tratamiento de pirólisis (3). La cámara del horno puede estar provista de gas de nitrógeno (4) y vapor de agua (5) con el fin de conseguir un horno obturado. La atmósfera del horno está sustancialmente libre de oxígeno. Preferiblemente todo el sistema se mantiene en un ligero vacío para evitar los riesgos de fugas a la atmósfera. El calentamiento del horno puede realizarse calentando la pared exterior del horno mediante gas licuado de petróleo (6) y aire, o mediante energía eléctrica. En el proceso de pirólisis, los contaminantes peligrosos se deabsorben del suelo y forman una fase gaseosa (7). El resto es un residuo de suelo limpio (8). Después de la pirólisis el suelo limpio es retirado del horno. La fase gaseosa de la pirólisis es adicionalmente tratada térmicamente después en una etapa de poscombustión (9). El calentamiento puede ser dirigido en una llama abierta por calentamiento con, por ejemplo, gas licuado de petróleo (10) y aire. También puede añadirse oxígeno. Después de la poscombustión, los gases de combustión calientes son enfriados bruscamente (11) para evitar la formación de nuevo de dioxinas. El enfriamiento brusco se realiza por inyección de agua (12) en el gas, por ejemplo, mediante rociadores. El gas procedente del enfriamiento brusco puede ser llevado a través de un filtro (13) para la separación de cenizas y de polvo en el gas. El material sólido (14) procedente de la separación por filtro puede ser reciclado al horno de pirólisis. Los gases enfriados bruscamente son llevados después a una etapa para la recuperación (15) de la parte principal del contenido de metal pesado en los gases. Los metales pesado (sólidos) y el agua son recuperados (16) del gas. En los postratamientos (17) se separan el agua y los metales pesados (en forma sólida). El agua (18) puede ser llevada a un sitio fuera para un tratamiento posterior. El gas residual no condensado (19) en la etapa de recuperación (15) es tratado posteriormente (20) antes de descargar a la atmósfera los gases que quedan (21). Tal tratamiento del gas puede realizarse usando filtros de carbón activo.

El invento no está en absoluto restringido a los modos de realización descritos anteriormente. También las cifras dadas en porcentajes y partes en la descripción y las reivindicaciones anejas son todas por peso, a menos que se indique otra cosa.

Claims (7)

1. Un procedimiento para retirar mercurio y dioxinas de suelo contaminado, caracterizado porque dicho suelo es tratado en las siguientes etapas:

i) someter a pirólisis el suelo en un horno a una temperatura en el intervalo de 450ºC a 800ºC formando un residuo de suelo (8) empobrecido de mercurio y dioxinas y una fase gaseosa (7) que contiene mercurio y dioxinas;

ii) retirar del horno el residuo de suelo empobrecido de mercurio y dioxinas;

iii) tratar adicionalmente el gas mediante poscombustión (9) a una temperatura de al menos 800ºC y un tiempo de retención de al menos 1 segundo;

iv) enfriar bruscamente (11) los gases de combustión formados en la etapa ii) hasta una temperatura en el intervalo desde 100ºC hasta 200ºC y filtrar seguidamente los gases procedentes de dicho enfriamiento brusco;

v) recuperar (15) mercurio en el gas procedente de la etapa iv) en una vasija de condensación que es operada en un intervalo de temperatura de 2ºC hasta 30ºC;

vi) tratar el gas residual no condensado (19) procedente de la etapa v) antes de descargarlo a la atmósfera (21).

2. Un procedimiento como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque los gases de combustión calientes procedentes de la etapa iii) son enfriados bruscamente a una temperatura en el intervalo de 150ºC hasta 200ºC.

3. Un procedimiento como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento por pirólisis se realiza por debajo de la presión atmosférica.

4. Un procedimiento como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque el tiempo de retención para el suelo en la pirólisis está en el intervalo desde 20 minutos hasta 60 minutos.

5. Un procedimiento como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento del gas residual no condensado en la etapa vi) se realiza mediante el uso de un filtro de carbón activo (20).

6. Un procedimiento como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento del gas no condensado residual en la etapa vi) se realiza mediante un tratamiento con zeolita.

7. Un procedimiento como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque la poscombustión se realiza a una temperatura de al menos alrededor de 900ºC.