PT614691E - Processo de tratamento de efluentes produzidos pela incineracao de residuos industriais e/ou domesticos e produto obtido por este processo - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"PROCESSO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES PRODUZIDOS PELA INCINERAÇÃO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS E/OU DOMÉSTICOS E PRODUTO OBTIDO POR ESTE PROCESSO" A presente invenção refere-se a um processo de tratamento de efluentes produzidos pela incineração de resíduos domésticos e/ou industriais, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

Um processo conhecido deste tipo é descrito no documento EP-A-0518606. É conhecido que este tipo de efluentes contém poluentes nomeadamente gases ácidos como o ácido clorídrico, o ácido fluorídrico, o anidrido sulfuroso e o anidrido sulfúrico, metais pesados gasosos como o chumbo, o mercúrio, o cádmio, e partículas sólidas chamadas cinzas volantes. São conhecidos processos de tratamento destes efluentes. Um deste processos consiste por um lado em neutralizar os gases ácidos com óxidos ou hidróxidos de cálcio (CaO, Ca(OH2) para formar os sais de cálcio correspondentes, condensando e absorvendo os metais pesados nas cinzas volantes, e por outro lado, separar, por filtração num despoeirador, as partículas sólidas da fase gasosa. Os produtos das reacções de neutralização, o reagente em excesso e as cinzas volantes são recolhidos à saída do despoeirador e armazena-se esta mistura após a ter acondicionado em sacos estanques.

Neste processo, a cal, que é o reagente de neutralização, é pouco solúvel em água e é portanto utilizada sob a forma de uma suspensão numa solução saturada. 1 (, l^ r-χ. y r

Para evitar a decantação das partículas de cal e o entupimento dos tubos da instalação, a suspensão deve ser agitada permanentemente, o que pode provocar a erosão da tina de preparação desta suspensão quando a velocidade de agitação é demasiado importante.

Além disso a água carbonatada forma em contacto com a cal carbonatos de cálcio, sais insolúveis que se depositam nas paredes da tina de preparação da suspensão e sobre as paredes internas dos tubos da instalação, o que obriga a parar frequentemente a instalação para a limpar.

Além disso, o óxido ou o hidróxido de cálcio pulverulento utilizado é constituído por grãos porosos que apresentam uma superfície de reacção importante. Mas os produtos da reacção de neutralização como o cloreto de cálcio (CaCl2), o sulfato de cálcio (CaS04) e o fluoreto de cálcio (CaF2) colmatam os poros destes grãos e prejudicam a difusão dos gases ácidos para o centro do grão que não é então utilizado para a reacção de neutralização. Daí a necessidade de utilizar um excesso de reagente em relação à estequiometria da reacção de neutralização destes gases.

Daqui resulta um aumento do fluxo de resíduos sólidos a armazenar em seguida.

Um outro inconveniente deste processo conhecido reside no facto de os sais de cálcio formados durante estas reacções de neutralização conterem em particular cloreto de cálcio que se hidrata em contacto com o vapor de água dos fumos para formar o hexahidrato de cálcio (CaCl2,6H20) , sal deliquescente que em contacto com uma parede fria forma com as cinzas volantes, igualmente contidas nos fumos a tratar, um aglomerado que pode obstruir os circuitos de transporte 2 Γ u destes resíduos e provocar a paragem da instalação de tratamento dos efluentes.

Além disso, o problema do tratamento de resíduos sólidos, constituídos pela mistura dos produtos da reacção de neutralização e de filtração das partículas sólidas, assim como os reagentes em excesso, permanece intacto neste processo.

Uma solução consiste em fundir estes resíduos e vitrificar o sólido fundido. Mas a cal é um óxido refractário cuja temperatura de fusão é superior a 2000°C. É necessário então utilizar quer um fundente para realizar a fusão e neste caso o fluxo de resíduos é ainda aumentado, quer trabalhar a alta temperatura. Mas neste último caso o cloreto de cálcio e o sulfato de cálcio formados durante a neutralização dos gases ácidos decompõem-se para formar cloro e anidrido sulfúrico, o que conduz a anular a operação de tratamento dos fumos.

Uma outra solução consiste em lavar estes resíduos e depois evaporar a água de lavagem e em cristalizar os sais dissolvidos. Mas uma simples lavagem é apenas raramente possível por duas razões em particular.

Uma primeira razão é que a cal, o sulfato de cálcio e o fluoreto de cálcio são muito pouco solúveis em água. Não podem ser assim eliminados com uma simples lavagem com água.

Uma segunda razão é que após a dissolução da cal obtém-se uma solução de cal saturada cujo pH é muito básico. Nestas condições, o chumbo e o zinco são relativamente solúveis sob a forma, respectivamente, de ião contendo chumbo (HPb02)~e de ião contendo zinco (HZn02)_. É necessário prever um 3 f -Ck, \Ι tratamento das águas de lavagem para eliminar o chumbo e o zinco cm solução.

Além disso, após lavagem das cinzas, o resíduo sólido lavado contém sempre cal que representa um reservatório de poluição por lixiviação e solubilização de metais como o chumbo e o zinco.

Para atingir este fim, o processo de acordo com a invenção compreende as características da reivindicação 1. A invenção tal como definida na reivindicação 1 distingue-se do documento EP-A-0518606 pelo facto de a solução do carbonato de metal alcalino ser não saturada, mas igualmente pelo facto de o documento ser totalmente tácito sobre o tratamento dos produtos das reacções de neutralização dos gases ácidos, do reagente em excesso e das cinzas volantes.

Um processo para o tratamento final dos resíduos produzidos numa instalação de combustão de resíduos é descrito no documento DE-A-4109044, mas os produtos de partida utilizados neste processo não são os que se obtêm à saída da instalação de acordo com o documento DE-A-0518 606. Por consequência, o documento DE-A-4109044 não afecta igualmente a patenteabílídade da reivindicação 1.

Outras características vantajosas da invenção são descritas nas reivindicações dependentes. A invenção será melhor compreendida e outros objectivos, características, pormenores e vantagens desta ficarão mais claramente elucidados através da leitura da descrição explicativa que se segue e feita em referência aos desenhos apresentados cm anexo. 4 Γ A figura 1 ilustra esquematicamente uma instalação de tratamento dc acordo com o princípio da invenção, compreendendo esta instalação uma estação de lavagem. A figura 2 ilustra esquematicamente uma variante da instalação representada na figura 1, compreendendo esta instalação nesse caso um forno de fusão. 0 processo de tratamento de efluentes produzidos durante a incineração de resíduos domésticos e/ou industriais, de acordo com a invenção, consiste em transferir os poluentes da fase gasosa para a fase sólida, depois em lavar ou fundir esta fase sólida, em seguida lavar ou fundir esta fase sólida para obter quer um resíduo sólido, lavado isento de produtos nocivos para o meio ambiente, quer um resíduo sólido vitrifiçado no qual são fixados os poluentes.

Para transferir os poluentes da fase gasosa para a fase sólida, a instalação representada nas figuras 1 ou 2 compreende um silo 1 cilíndrico com fundo cónico no qual é armazenado um carbonato de metal alcalino, de preferência carbonato de sódio. Por meio de um sistema de dosagem 2 o carbonato é enviado para uma tina de preparação 3 onde é solubilizado em água E. esta solução é em seguida transvazada para uma tina de serviço 4 antes de passar para uma tina de alimentação 5 onde é diluída. A solução de carbonato de sódio é em seguida injectada ao mesmo tempo que os fumos 6 produzidos pela incineração dos resíduos domésticos e/ou industriais num reactor de aço 7 por intermédio de uma turbina de pulverização 8. A reacção de neutralização dos gases ácidos (S02, S03, HF, HC1) que conduz à formação dos sais de sódio correspondentes (NaCl, NaF, Na2SO,s) e a reacção de adsorção dos metais pesados gasosos assim dos compostos orgânicos 5 U K—

v N gasosos nas cinzas volantes arrastados pelos fumos têm lugar no reactor 7, em fase3 heterogcncao sólidos-gás.

Nesta fase, os gases são arrefecidos a cerca de 130°C.

Para favorecer a adsorção do mercúrio, das dioxinas e dos furanos, pode adicionar-se carvão activado a este reactor 7. A grande solubilidade do carbonato de sódio em água permite injectar uma quantidade suficiente de reagente de neutralização permanecendo sempre em fase liquida, o que permite evitar os fenómenos de entupimento e de erosão da instalação.

Para além disso, ao contacto com os fumos quentes, a água da solução de carbonato de sódio evapora-se rapidamente e o carbonato de sódio cristaliza em partículas muito finas, de dimensões próximas do micrómetro. A superfície da reacção de neutralização é então muito importante e a reacção necessita apenas de um pequeno excesso de carbonato de sódio em relação à estequiometria, o que permite limitar a quantidade de resíduos sólidos a tratar em seguida.

Por outro lado o cloreto de sódio, produto da reacção do ácido clorídrico com o carbonato de sódio não é um sal deliquescente: não há portanto o risco de colmatagem dos circuitos de transporte dos resíduos sólidos.

Separam-se em seguida as partículas sólidas compreendendo as cinzas volantes, os produtos de reacção e o reagente em excesso nos quais os metais são absorvidos, por filtração num despoeirador 9. Este despoeirador 9 pode ser constituído por um filtro electrostático ou de manga ou análogo. 6

As películas recolhidas no despoeirador 9 são em seguida misturadas com os produtos das reacções de neutralização e com os reagentes em excesso recolhidos à saída do reactor 7.

Esta mistura M é em seguida lavada numa estação de lavagem 10 representada na figura 1, ou fundida num forno de fusão 13 representado na figura 2.

Quando a mistura M é lavada, os produtos das reacções de neutralização do ácido clorídrico, do anidrido sulfúrico, e do ácido fluorídrico são sais de sódio que apresentam uma solubilidade suficientemente elevada para serem eliminados com uma simples lavagem.

Mesmo que seja necessário um excesso de carbonato de sódio para a realização das reacções de neutralização, a grande solubilidade do carbonato de sódio em água permite eliminá-lo totalmente no decurso desta simples lavagem.

Além do mais, este excesso pode ser parcialmente reciclado utilizando uma parte da água de lavagem para preparar a solução de neutralização contendo o carbonato de sódio a injectar no reactor 7.

Por outro lado, sendo o carbonato de sódio uma base fraca, o problema da dissolução dos metais pesados como o chumbo e o zinco nas águas de lavagem já não se coloca.

Como se vê claramente na figura 1, a lavagem dos resíduos do tratamento com carbonato de sódio permite obter por um lado um sólido 11 lavado isento de sais solúveis e que já não apresenta perigo para o meio ambiente e, por outro lado uma água 12 que contém sais dissolvidos constituídos por produtos de reacção de neutralização e excesso eventual de reagente. Esta água de lavagem 12 pode em seguida ser - 7 -

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evaporada para obter a recristalização destes sais. De entre estes sais, pode citar-se o cloreto de sódio que poderá em seguida ser reciclado noutros sectores industriais.

Com referência à figura 2, quer dizer no caso em que a mistura M é fundida no forno 13, ela é em seguida arrefecida rapidamente para obter um sólido vitrificado 14 no qual os poluentes sâo fixados.

Os gases produzidos durante a operação de fusão são arrefecidos ao ar e filtrados no filtro 14. À saída deste filtro 14 obtém-se por um lado um resíduo sólido 16 e por outro lado um fluxo gasoso que é reenviado para o forno de combustão (não representado) de resíduos domésticos e/ou industriais.

Sendo o carbonato de sódio, ao contrário da cal, um fundente, a fusão da mistura M pode ser realizada a uma temperatura inferior ou igual a 1100°C.

Assim, mesmo que seja necessário um excesso de carbonato de sódio para neutralizar os gases ácidos, este excesso permitirá melhorar a fusão da mistura M.

Esta temperatura de cerca de 1100°C é suficientemente baixa para evitar a decomposição do sulfato de sódio (Na2S04) e a vaporização do cloreto de sódio (NaCl), que são os produtos das reacções de neutralização do ácido clorídrico e do anidrido sulfuroso pelo carbonato de sódio. A utilização do carbonato de sódio apresenta pois a vantagem de permitir a fusão da mistura M sem adição suplementar de um aditivo com baixo ponto de fusão, o que, além disso, reduz o fluxo de resíduos a armazenar, simplifica o processo dc instalação de tratamento dos resíduos 8 domésticos e/ou industriais porque, em particular, já não é necessário prever um sistema de introdução de fundente e de mistura deste fundente com a mistura M.

Para o caso em que é necessária a utilização de uma temperatura superior a 1100°C para realizar a fusão dos resíduos, o cloreto de sódio, ao contrário do cloreto de cálcio, não se decompõe mas vaporiza-se. Ele será então recuperado sob a forma sólida após a têmpera, anteriormente citada, dos gases.

Lisboa, 16 de Janeiro de 2001

o AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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Claims (11)

1. j— L· V REIVINDICAÇÕES 1. Processo de tratamento dos efluentes produzidos durante a incineração dos resíduos domésticos e/ou industriais do tipo que consiste em: neutralizar os gases ácidos, contidos nos fumos produzidos pela incineração dos referidos resíduos, pela colocação em contacto, num reactor, dos fumos com um carbonato de metal alcalino, - condensar e absorver os metais pesados, contidos nos referido fumos quentes sobre as partículas arrastadas pelo fluxo gasoso destes fumos, separar em seguida por filtração as referidas partículas sólidas da fase gasosa, sendo as referidas partículas sólidas constituídas por produtos das reacções de neutralização dos gases ácidos, do reagente em excesso, e das cinzas volantes, caracterízado por: - se neutralizarem os referidos gases ácidos contidos nos referido fumos quentes com uma solução básica não saturada, do referido carbonato de metal alcalino, pulverizada e injectada ao mesmo tempo que os referidos fumos quentes no reactor (7), fazendo com que a água da referida solução básica não saturada de um carbonato de metal alcalino se evapore rapidamente e o carbonato de metal alcalino se cristalize em partículas muito finas, com dimensões próximas do micrómetro, 1 t Κ- e por: a mistura (M) dos produtos das reacções de neutralização dos gases ácidos, do reagente em excesso e das cinzas volantes ser lavada, para se obter um sólido isento de sais solúveis poluentes, ou fundido, que depois arrefecido para se obter um sólido vitrificado no qual as substâncias poluentes são fixadas.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a solução básica não saturada ser uma solução de carbonato de sódio.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a solução de carbonato de sódio ter uma concentração em carbonato de sódio compreendida entre cerca de 20 g/1 e cerca de 200 g/1.
4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a solução de carbonato de sódio ter uma concentração em carbonato de sódio compreendida entre cerca de 50 g/1 e cerca de 150 g/1.
5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a solução de carbonato de sódio ter uma concentração em carbonato de sódio de cerca de 100 g/1.
6. 6. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por, para neutralizar os gases ácidos, se utilizar um pequeno excesso de carbonato de sódio em relação à estequiometria da reacção de neutralização dos gases ácidos.
7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, no caso em que a mistura (M) é lavada, se evaporar a 2 água da lavagem da mistura (M) para obter a cristalização dOS sais dnteriormente dissolvidos neota água.
8. 8. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por, no caso em que a mistura (M) é lavada, se reciclar parcialmente a água saída da lavagem da mistura (M) para preparar a solução de carbonato de sódio utilizada para neutralizar os gases ácidos.
9. 9. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por, no caso em que a mistura (M) é fundida, a fusão ser realizada sem adição de fundente de baixo ponto de fusão.
10. 10. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por, no caso em que a mistura (M) é fundida, a temperatura de fusão ser inferior a cerca de 1 100°C.
11. 11. Produto lavado ou vitrifiçado obtido pelo processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores. Lisboa, 16 de Janeiro de 2001 0 AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAI,

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