TRATAMIENTO DE RESIDUOS HOSPITALARIOS

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RESIDUOS HOSPITALARIOS Capítulo 2: TRATAMIENTO Índice: 1. TRATAMIENTO.................................................................................................... 3 2. TRATAMIENTOS FISICOQUÍMICOS ............................................................... 4 2.1. NEUTRALIZACIÓN. ........................................................................................ 4 2.2. PRECIPITACIÓN QUÍMICA ............................................................................ 5 2.3. OXIDACIÓN QUÍMICA ................................................................................... 6 2.4. REDUCCIÓN QUÍMICA................................................................................... 6 3. EL VERTIDO ......................................................................................................... 7 3.1. CONSTRUCCIÓN DE LA CELDA DE SEGURIDAD ...................................... 7 3.2. MONITOREO Y CONTROL ............................................................................. 8 3.3. RELLENO DE SEGURIDAD ............................................................................ 8 4. LA ESTERILIZACIÓN ......................................................................................... 9 4.1. PROCESOS DE ESTERILIZACIÓN DE PRODUCTOS SANITARIOS ............ 9 4.2. AUTOCLAVE ................................................................................................. 10 4.3. TIPOS DE AUTOCLAVE................................................................................ 12 4.4. LOS AUTOCLAVES MOVILES ..................................................................... 12 5. MICROONDAS .................................................................................................... 14 5.1. PROCESO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MICROONDAS ..................... 16 6. CUADRO COMPARATIVO DE ALGUNOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO ................................................................................................................................... 17 7. TRATAMIENTO DE RESIDUOS RADIOACTIVOS ....................................... 18 7.1. ALAMACENAMIENTO PROVISIONAL....................................................... 18 7.2. EL TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS RADIOACTIVOS ........................ 19 7.3. DESCLASIFICACIÓN Y EVACUACIÓN DE RESIDUOS POR VÍA CONVENCIONAL................................................................................................. 19 7.4. TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS RADIOACTIVOS DESCLASIFICADOS ............................................................................................ 19 7.5. LA VITRIFICACIÓN ...................................................................................... 20 7.6. LA VITRIFICACIÓN APLICADA AL TRATAMIENTO DE RESIDUOS ...... 20 7.6.1. NATURALEZA VÍTREA ............................................................................ 20 7.6.2. CONSTITUCIÓN DE LOS VITRIFICADOS .............................................. 21 7.6.3. INERTIZACION DE RESIDUOS POR MEDIO DE LA VITRIFICACION . 22 7.7. VITRIFICACIÓN-INCINERACIÓN ............................................................... 23 7.8. VITRIFICACIÓN DE RESIDUOS DE ALTA TOXICIDAD ........................... 25 7.9. TRATAMIENTO DE RESIDUOS NUCLEARES............................................ 26 7.9.1.CARACTERÍSTICAS DE LAS MATRICES VÍTREAS USADAS................... 26 8. LOS RESIDUOS COMO COMBUSTIBLES ..................................................... 28

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8.1. BINOMIO INCINERACIÓN-VERTIDO ......................................................... 29 8.2. SISTEMAS DE CONVERSIÓN ENERGÉTICA.............................................. 30 8.3. FENÓMENOS Y PROCESOS QUE TIENEN LUGAR EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA................................................................................................... 31

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1. TRATAMIENTO Entre las tecnologías disponibles para el tratamiento de residuos infecciosos se pueden mencionar: incineración, el autoclave, tratamiento con microondas. Mas adelante se explicara con mayor detenimiento cada uno de ellos.

• • • •

El tratamiento de los residuos hospitalarios se efectúa para lograr los siguientes resultados: Eliminar el potencial infeccioso o peligroso de los residuos previo a su disposición final. Reducir su volumen. Volver irreconocibles e irrecuperables los desechos de cirugía. Impedir el reuso inadecuado de artículos reciclables.

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2. TRATAMIENTOS FISICOQUÍMICOS El tratamiento físico, químico y biológico comprende un conjunto de técnicas que pueden ser utilizadas para prevenir la descarga directa de materiales peligrosos en el medio ambiente o alterar su propia composición. El tratamiento químico no sólo elimina metales tóxicos de los efluentes descargados al medio ambiente, sino que al mismo tiempo permite conservar y reciclar ciertos recursos naturales con frecuencia escasos. Las bacterias y otros organismos generan proteínas fijadoras de metales y otras sustancias que son capaces de eliminar metales con un alto grado de especificidad. Los métodos químicos son los más útiles para reducir la peligrosidad de la mayor parte de los metales de los residuos. Los métodos físicos de tratamiento pueden utilizarse como técnicas separadas o como complementarias a los métodos químicos o biológicos. La luz ultravioleta destruye bastantes compuestos organoclorados. El calentamiento por micro-ondas resulta ser una forma práctica para aumentar la temperatura de suelos contaminados y favorecer, de este modo, la destrucción química o biológica de organoclorados. Las técnicas de separación física pueden utilizarse para concentrar grandes volúmenes de residuos. Estos métodos tambien se aplican al tratamiento de rsiduos sanitarios. Los productos químicos tienen la capacidad de alterar la naturaleza de los materiales. 2.1. NEUTRALIZACIÓN. Es la combinación de un ácido o una base con un efluente de carácter tóxico o peligroso para ajustar el pH a niveles aceptables. El pH de un ácido o una base no debe confundirse con su acidez o basicidad, que es el volumen de base o ácido requerido para alcanzar el pH especificado. El pH final deseado generalmente se encuentra entre 6 y 9, y los productos de la reacción incluyen agua, sal y sólidos precipitados por las reacciones de solubilidad dependientes del pH. Las bases comúnmente utilizadas para la neutralización son la cal viva, hidróxido de calcio, sosa cáustica e hidróxido de amonio, mientras los ácidos más frecuentes son el ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácido nítrico.

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La neutralización se emplea en casi todas las plantas comerciales de tratamiento físico-químico de residuos tóxicos y peligrosos. Es necesario tener precaución al mezclar residuos fuertes para garantizar que los subproductos de la neutralización no resulten peligrosos. Asimismo, puede liberarse calor en exceso y gases tóxicos, incluyendo amoníaco, sulfuro de hidrógeno y cianuro de hidrógeno, si no se mezclan despacio y son pretratados adecuadamente. Por lo general es necesario un tratamiento adicional tras la neutralización de los residuos tóxicos y peligrosos para eliminar metales disueltos y en suspensión y productos orgánicos. La neutralización es un proceso muy importante en la eliminación de metales pesados. Los sólidos precipitados durante la neutralización se eliminan mas rápidamente por sedimentación y filtración, previa floculación.

2.2. PRECIPITACIÓN QUÍMICA Es un proceso fisico-químico en el cual un contaminante disuelto se transforma en un sólido insoluble, facilitando su eliminación posterior de la fase liquida por sedimentación o filtración. El proceso requiere un ajuste del pH para cambiar el equilibrio químico a un punto donde no se favorezca más la solubilidad, así como la adición de un precipitado químico y una floculación donde las partículas de precipitado se aglomeran en partículas más grandes. La aplicación más común de este proceso para el tratamiento de residuos tóxicos y peligrosos es la eliminación de metales pesados procedentes de

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residuos acuosos. Esto incluye la eliminación de arsénico, cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel y zinc. Con frecuencia los metales son precipitados de soluciones como hidróxidos, sulfuros o carbonatos. La precipitación de hidróxidos con cal viva o sosa cáustica es la más normal. La precipitación de hidróxidos se lleva a cabo a pH entre 9,5 y 12. Los sulfuros metálicos son menos solubles que los hidróxidos. El proceso de precipitación, seguido por uno o más pasos de separación sólido / líquido, produce un efluente acuoso que puede requerir un tratamiento posterior y un lodo con metales pesados. El lodo se deshidrata hasta alcanzar al menos un 20% de sólidos. 2.3. OXIDACIÓN QUÍMICA Es un proceso que oxida iones o compuestos para hacerlos no peligrosos o más susceptibles de sufrir un proceso de eliminación o destrucción. Las especies son oxidadas por la adición de un agente oxidante químico, que es a su vez reducido. La oxidación química se utiliza para tratar contaminantes peligrosos orgánicos o inorgánicos en solución acuosa. Sobre todo para tratar cianuros de residuos de galvanoplastia. Para ello se utiliza normalmente cloro gas, dióxido de cloro o hipoclorito, para destruir cianuros que se convierten en nitrógeno de gas y dióxido de carbono. Otros oxidante menos comunes son el peróxido de hidrógeno y el ozono. Los productos residuales procedentes de procesos de oxidación química, que deben ser tratados, adecuadamente, son el efluente liquido y los gases liberados. La oxidación parcial de productos orgánicos puede originar subproductos tóxicos u olorosos. 2.4. REDUCCIÓN QUÍMICA Se utiliza para convertir los compuestos en no tóxicos o hacerlos susceptibles de sufrir destrucción química o eliminación física. Los metales en particular. La reducción química se aplica mejor a residuos libres de compuestos orgánicos. Un gran problema de la reducción química de metales es el gran volumen de lodo de hidróxido metálico que se puede generar, que incluso después de la deshidratación, requiere la manipulación de importantes cantidades del mismo para su depósito definitivo, u otro tratamiento de inertización.

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3. EL VERTIDO Una vez tratados e irreconocibles (caso de los hospitalarios) los residuos, se eliminan como residuos no peligrosos. Esto es, podrán ser depositados en un relleno sanitario común. Cuando los residuos no son tratados se dispondrán de celdas. Para seleccionar el sitio se deben tener en cuenta los siguientes datos: • Las distancia mínimas a aeropuertos serán de 3000 m. en instalaciones de aviones con motor de turbinas y de 1500 m. en aviones con motor de pistón. • Respetar las áreas de protección, derechos de vías de autopistas y caminos. • No se debe ubicar dentro de áreas naturales protegidas. • Se deben respetar los derechos de vía, oleoductos, gasoductos, etc. 3.1. CONSTRUCCIÓN DE LA CELDA DE SEGURIDAD • • • •

La celda debe ser impermeabilizada artificialmente en la base y taludes, con el objeto de evitar el flujo de lixiviados al exterior. Se utilizan membranas de polietileno de alta densidad, con un espesor mínimo de 1.5 mm. Debe contar con sistema de captación y monitoreo de lixiviados y biogás. Se debe contar como mínimo con las siguientes obras complementarias: camino de acceso, báscula, cerca perimetral, caseta de vigilancia, drenaje pluvial y señalamientos.

Operación de la celda para el confinamiento de residuos peligrosos En la zona de descarga se deben cumplir los siguientes requisitos: • Antes de depositar los residuos, se debe aplicar una solución de cal en proporción de 3:1, a razón de 10 litros. • La descarga de los residuos se debe realizar mediante sistemas mecanizados. • Una vez depositados los residuos, se les debe aplicar un baño con solución de cal en proporción 3:1. • En caso de presencia de insectos, debe aplicarse una sustancia insecticida para su eliminación (evitar propagación). • Los residuos deben compactarse con objeto de reducir el volumen, realizándose este proceso con maquinaria pesada. • Al final de la jornada los residuos deben ser cubiertos en su totalidad con una capa de arcilla de 30 cm de espesor. • Los vehículos deben ser desinfectados antes de abandonar la celda. • Debe llevarse un registro diario de la cantidad, procedencia y ubicación de los residuos.

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3.2. MONITOREO Y CONTROL • • •

Se debe realizar un monitoreo de aguas subterráneas cada seis meses, para verificar la presencia de lixiviados. Los operarios de las celdas especiales deben contar con el equipo de protección personal. Se debe contar con el programa de contingencias y desastres que pudieran ocurrir en las instalaciones y al realizar cualquiera de las actividades propias de la operación.

3.3. RELLENO DE SEGURIDAD Los riesgos relacionados con el relleno de residuos infecciosos son la contaminación de aguas subterráneas, contaminación del suelo e infección directa del personal o de ocasionales segregadores de basura. Por estas razones, la alternativa más adecuada para la disposición de residuos contaminados que no han recibido tratamiento es el relleno de seguridad. La ventaja de este método es su seguridad si se restringe el acceso y se selecciona el sitio de forma adecuada. Las desventajas son que la limitación de acceso no puede ser garantizada en todo momento y que puede ser difícil evaluar las condiciones para rellenos seguros. Encapsulado El encapsulado es la opción más económica de disponer residuos punzocortantes; éstos se disponen en un envase hasta ocupar tres cuartos de su capacidad y se vierte sustancias tales como cemento líquido, arena bituminosa o espuma plástica, hasta llenar el recipiente. Cuando la sustancia se seca, el envase puede ser dispuesto en un relleno o dentro de las instalaciones del hospital. Este método es simple, seguro, de bajo costo y también puede aplicarse a productos farmacéuticos. Sin embargo, no es recomendable para residuos infecciosos no cortantes. Relleno de emergencia El relleno de emergencia también puede ser empleado como un método provisional o de corto plazo, por ejemplo en hospitales de campaña. Se cava una zanja de un metro de ancho, dos metros de largo y 1,5 metros de profundidad, de preferencia en un suelo impermeable no rocoso. El fondo de la zanja debe ser 1,5 metros más alto que el nivel del acuífero no confinado. Los residuos se colocan en la zanja hasta alcanzar un metro y luego se llena con tierra. El proceso es apropiado para objetos punzocortantes, residuos infecciosos y, eventualmente, residuos químicos y farmacéuticos. Presenta la desventaja de poseer riesgos de contaminación y que puede resultar difícil prevenir la segregación en todo momento.

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4. LA ESTERILIZACIÓN La esterilización es un proceso cada vez mas necesario para poder dar respuesta a las crecientes demandas sociales de calidad y seguridad. Es proceso previo para el depósito de residuos infecciosos. Un producto estéril es aquel que está libre de microorganismos contaminantes. Normalmente los productos, aunque fabricados en condiciones controladas, están contaminados con microorganismos. Estos productos, por definición, se consideran no estériles. La esterilización busca destruir la contaminación microbiana de los productos no estériles. La destrucción microbiana mediante agentes físicos o químicos sigue una ley exponencial que permite calcular la probabilidad de supervivencia de un microorganismo (carga biológica), de la letalidad del proceso de esterilización y en algunos casos, del medio ambiente en el que se encuentren los microorganismos durante la esterilización. Se utiliza el nivel de garantía de esterilidad (SAL), que se define como la probabilidad de encontrar uno o mas microorganismos vivos en un producto. El valor SAL reconocido a nivel mundial es el 10-6 para la esterilización es el responsable de suministrar la dosis de esterilización de acuerdo con las especificaciones de validación del proceso. La esterilización por electrones acelerados, desarrollada en los años 50 a partir de la radioterapia, esta siendo considerada actualmente como la tecnología mas idónea para la esterilización de productos medicoquirúrgicos, de laboratorio y acondicionamiento de cosméticos y productos farmacéuticos. Las ventajas más apreciadas de este método han sido su excelente penetración y rendimiento de utilización, su disponibilidad y fiabilidad, su tratamiento con control unitario, su alto rendimiento de dosis, limitado riesgo de degradación, su inocuidad sobre el producto y ausencia de impacto ambiental.

4.1. PROCESOS DE ESTERILIZACIÓN DE PRODUCTOS SANITARIOS Los dos principales procesos utilizados son: el tratamiento por óxido de etileno y la ionización. El óxido de etileno ha sido uno de los métodos tradicionales de esterilización. Sin embargo sus características de inflamabilidad, acciones reactivas y tóxicas causan riesgos tanto para la salud como para el medio

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ambiente, por lo que el proceso debe ser adecuadamente gestionado y controlado. Su poder de penetración es limitado, actuando principalmente como agente esterilizador de superficies. Además, puede dejar residuos en los productos tratados, por lo que requiere de aireación y cuarentena. Es un método en retroceso a escala mundial. El proceso de ionización puede ser definido como la tecnología para producir cambios útiles y deseados en ciertas propiedades de los productos tratados, tales como la estructura o el nivel bacteriológico de dichos productos. La ionización puede aplicarse por varias fuentes de energía, siendo las más usuales: • Ionización gamma, producida por radio nucleidos o isótopos radioactivos (cobalto o cesio). • Ionización por haz de electrones. Producida por un acelerador de electrones, que puede ser lineal (clásica) o circular (moderno). El tratamiento por haz de electrones se llama ionizante, dado que su energía es lo suficientemente alta para desalojar a los electrones de los átomos y moléculas y convertirlos en partículas cargadas eléctricamente, que se denominan iones. Sin embargo no es lo suficientemente enérgico como para producir cambios en los núcleos de los átomos, por lo que el producto nunca se convierte en radioactivo. 4.2. AUTOCLAVE Es una tecnología cuya aplicación en el ámbito hospitalario es ampliamente usada. Sólo persigue la desinfección de los residuos. Se basa en la eliminación de los agentes infecciosos presentes en los residuos sanitarios mediante la utilización controlada de vapor saturado, a presión y temperaturas suficientes, durante un lapso de tiempo determinado. Un autoclave consiste en un recipiente de acero con cierre hermético, diseñado para soportar presiones de trabajo que suelen oscilar entre 1 y 4 atm. Y apto para la introducción de vapor de agua a cierta presión y temperatura, así como para el drenaje del vapor condensado.

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Tratamiento por autoclave Normalmente, se recurre a una fuente de vapor externa, pero a veces dispone de una fuente de generación de vapor propia que se puede utilizar en caso de falta de aportación externa. Factores como la calidad del vapor, presencia de aire en el interior de la cámara, el tipo de envase empleado, el tipo y la densidad del residuo y la configuración de la carga, entre otros, influirán decisivamente en la efectividad de los procesos de desinfección, al estar decisivamente relacionados con la capacidad de humidificar los residuos. Calidad de vapor: Puede existir en tres estados: • Vapor húmedo. Cuando el contenido de calor no es suficiente para que todo el vapor este en fase gaseosa, produciéndose la presencia de agua liquida. En relación a los procesos de esterilización el contenido de calor es inferior al del vapor saturado seco, y como hay mas agua, la fase de secado es mas dificultosa. • Vapor sobrecalentado. La temperatura es mayor que la necesaria para producir vapor saturado seco. El vapor súper calentado no es aconsejable, ya que las esporas son mucho mas susceptibles al calor húmedo que al calor seco. • Vapor saturado seco. Estando todo el vapor en fase gaseosa, el contenido de calor es tal que podría estar en perfecto equilibrio con el agua liquida a la misma presión y temperatura. Es el estado mas aconsejable para abordar procesos de esterilización y desinfección. La sustitución del aire contenido en la cámara del autoclave por vapor a presión se traduce en un incremento de la temperatura de la cámara, básico para eliminar los agentes infecciosos. La presencia del aire residual en la cámara del autoclave diluye el vapor y dificulta su penetración, de forma que el tiempo necesario para alcanzar las temperaturas de trabajo aumenta sensiblemente. Entre los factores que pueden influir en un desplazamiento fallido del aire se destacan: la utilización de bolsas de plásticos resistente que puedan retener el aire en su interior, la utilización de contenedores muy grandes que

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dificulten la salida del aire de las zonas mas profundas, y la carga inadecuada de las bolsas que dificulte la circulación del aire. La barrera física constituida por el tipo de bolsas en las que se han depositado los residuos será un factor determinante a la hora de asegurar la efectividad de penetración de vapor y del calor. Las bolsas más recomendables son aquellas que, permitiendo el paso del vapor a través de sus poros, no se llegan a deshacer por efecto de las temperaturas alcanzadas en el interior del autoclave. Los residuos de baja densidad son mas fáciles de tratar que los de alta densidad (residuos líquidos) que requieren de mayor tiempo de exposición. 4.3. TIPOS DE AUTOCLAVE • •

Autoclaves de gravedad; en los que el aire contenido en el interior de la cámara es desplazado al exterior, a través de la válvula de drenaje, por el propio vapor. Autoclaves de vacío, previamente a la introducción del vapor, se realizan uno o varios ciclos de vacío para extraer el aire contenido en la cámara.

Los mas utilizados son los autoclaves de vacío, aunque son un 20% mas costosos. La fase de purgado del aire se realiza en menos tiempo y con mayores garantías de haber desplazado el aire en todos los puntos de la cámara, evitando la formación de aire en los puntos de difícil acceso. La efectividad de la fase de purgado radica en: • Disminución del tiempo necesario para conseguir las temperaturas y presiones requeridas, lo que permite alcanzar condiciones de trabajo más extremas en un tiempo asumible desde el punto de vista operativo. • La disminución del tiempo en que hay que mantener estas condiciones de trabajo para lograr eliminar los agentes infecciosos presentes. Un ciclo de desinfección en un autoclave de vacío que trabaje a temperatura de 121 ºC y 1 atm de presión, se pueden prolongar durante 35 minutos, mientras que en un autoclave de gravedad se aproxima a una hora.

4.4. LOS AUTOCLAVES MOVILES Se destacan dos elementos claves como son el empleo de un camión-trailer equipado con la cámara de presión del autoclave, y la utilización de una estación de servicio central donde se efectúa el proceso de desinfección. El proceso responde al siguiente esquema: • En cada punto de generación del hospital los residuos se recogen en bolsas autoclavables, posteriormente se centralizan y almacenan en unos contenedores herméticos.

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Un camión-trailer equipado con la cámara de presión del autoclave, se desplaza hasta diversos hospitales y se procede a la carga de los residuos almacenados hasta llegar a su capacidad nominal. Finalizada la recolección y en una estación central equipada, la cámara de presión del autoclave se conecta a la fuente de vapor, y se realiza el proceso de desinfección de los residuos.

La cámara está equipada con todos los elementos de conexión necesarios para permitir: los procesos de vacío previos a la aplicación del vapor, el proceso final de drenaje y evacuación de líquidos, el seguimiento y medidas del proceso de desinfección, el proceso de aplicación del vapor.

Autoclaves Móviles

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5. MICROONDAS Las microondas son radiaciones electromagnéticas, no ionizantes, que tienen ciertas similitudes con la luz visible. Así se pueden concentrar en rayos y transmitirse a través de tubos huecos. Algunos materiales de envasado como el vidrio, la cerámica y la mayoría de los materiales termoplásticos permiten el paso de los microondas a su través con muy poca o ninguna absorción. A diferencia de los sistemas de calentamiento tradicionales, las microondas penetran en los tejidos extendiéndose el calentamiento a toda la masa. El flujo de calor es, además, muy rápido. La absorción de microondas por parte de un material dieléctrico tiene el efecto de la transferencia de energía, aumentando por tanto su temperatura. Los materiales orgánicos contienen moléculas dipolares como, por ejemplo, las de agua. En general estas moléculas están orientadas al azar. Sin embargo cuando se les aplica un campo eléctrico se orientan de acuerdo con la polaridad del campo. En un campo de microondas la polaridad cambia rápidamente (por ejemplo a la frecuencia de 2.450 MHz la polaridad cambia 2.450 millones de veces por segundo). Esta constante rotación de las moléculas es la que origina, por rozamiento, el aumento de temperatura.

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Este sistema de desinfección está basado en la trituración de los residuos y posterior calentamiento interno de la masa triturada mediante la aportación de microondas. Durante el proceso de trituración se añade agua que, gracias a la acción de los microondas, se calienta y convierte en vapor que humedece la masa de residuos contribuyendo a su desinfección. Durante 25 minutos debe alcanzarse una temperatura de 100 ºC en el interior de la cámara de tratamiento. Para evitar accidentes, la carga del residuo se introduce mediante un mecanismo automático. La cámara de espera previa a la trituración está herméticamente cerrada y se purga con vapor antes de alimentarla, para evitar emisiones no deseadas de agentes patógenos.

CARGA

TRITURACION

INYECCIÓN DE VAPOR

MICROONDAS

MANTENIMIENTO DE LAS TEMPERATURAS

SALIDA

Una vez triturado, el material resultante se traslada a la cámara de tratamiento mediante una cinta transportadora, cuya velocidad se regula para que el tiempo de estancia en ella del residuo sea de 25 minutos. Finalmente el material tratado es depositado en una cámara de retención a 95 ºC durante un cierto tiempo. Se dispone de un sistema de control continuo de los parámetros de desinfección (tiempo y temperatura básicamente). Se debe realizar un test biológico periódicamente normalizado en el que se determine la mortalidad de ciertas esporas muy resistentes al calor (Bacillus subtilus). Es un sistema relativamente compacto que requiere poco espacio.

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5.1. PROCESO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MICROONDAS La figura muestra el sistema típico de microondas descrito anteriormente.

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6. CUADRO COMPARATIVO DE ALGUNOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

Sistema de tratamiento FACTOR Aplicación

Operación

Esterilización por vapor Mayoría de residuos infecciosos Fácil

Requerimientos Capacitado del personal Reducción de 30% (sin volumen compactación subsecuente) Riesgos Bajo ocupacionales Efluentes líquidos Bajo riesgo

Emisiones al aire

Bajo riesgo

Incineración Casi todos residuos infecciosos Compleja Capacitado

Microondas

los Casi todos los residuos infecciosos Moderadamente compleja Capacitado

85 a 95%

60% trituración)

Moderado

Bajo

Riesgo moderado (lavador gases) Alto riesgo

Bajo riesgo de Bajo riesgo

(con

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7. TRATAMIENTO DE RESIDUOS RADIOACTIVOS Por lo general los radioisótopos usados en medicina suelen ser de vida corta y de baja actividad, quizás con la excepción de la terapia de algunos tumores (tiroides principalmente). Todo el material que entra en contacto con estos elementos es susceptible de quedar contaminado, por tanto es preciso considerarlo como un residuo. Por descontado debe evitarse mezclarlo con los demás residuos. Una clasificación muy útil de cara al tratamiento es la separación en el hospital por períodos de semidesintegración. Desde el punto de vista de la gestión estos residuos pueden clasificarse en: -

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Sólidos: heterogéneos, papeles, guantes, viales, tubos, etc. Líquidos: ya sean diferentes líquidos biológicos y orgánicos con restos de materia orgánica que ha sido tratada por radioisótopos. En éstos, el 99% de la radioactividad se debe al 99Tc. Mixtos. Son los mas habituales. De los estudios realizados en los centros de Medicina Nuclear se ha demostrado que: la radioactividad es debida en un 65% al 99Mo, un 34% al 99Tc y el 1% restante a los demás. Ello se explica fundamentalmente por el corto periodo de semidesintegración de los demás radioisótopos. Otros residuos: Gases (133Xe). Filtros (131I, 125I, 123I, 99Tc), Excretas de pacientes (99Tc, 131I), viales, pañales, etc.

7.1. ALAMACENAMIENTO PROVISIONAL En espera de su tratamiento definitivo, los residuos radioactivos deben guardarse como indica la tabla siguiente: Tipo de residuo Sólidos en general Cadáveres de animales Residuos líquidos

Contenedor Bolsa de plástico Bolsa de plástico Contenedores metálicos o de plástico

Mobiliario Estanterías metálicas Congeladores Estanterías con baja contención

La primera diligencia que ha de observarse es la segregación de los residuos radioactivos en orden a: • Separación de los residuos radioactivos de los que no lo son. • Separación de los residuos radioactivos por su estado: sólido o líquido. • Separación de los residuos por la actividad de los radioisótopos presentes. Los residuos, perfectamente envasados y segregados, se introducirán en bolsas con una etiqueta que indicara la naturaleza del contenido y la fecha. El conjunto se introducirá en un pequeño contenedor blindado.

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El material se depositará en el almacén de depósito de residuos especiales. El almacén garantizará que no se superen los límites de dosis en áreas adyacentes. En el almacén permanecerán el tiempo preciso para el decaimiento (normalmente pocos días) 7.2. EL TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS RADIOACTIVOS La legislación Española ha creado el “Reglamento de Protección Sanitaria contra los residuos nucleares” y la “Guía de Gestión de Material Radioactivo en Instituciones Médicas y Laboratorios de Investigación Biológica”, donde se exponen las principales pautas de gestión. 7.3. DESCLASIFICACIÓN Y EVACUACIÓN DE RESIDUOS POR VÍA CONVENCIONAL La base estriba en mantener el residuo en el propio centro hasta que el nivel de actividad del radioisótopo sea el recomendado por los Organismos Internacionales (OIEA, Safety Series 89). Una vez establecida la desclasificación, o sea a partir del momento en que el nivel de actividad radioactiva es la recomendada, se puede proceder al sistema de tratamiento convencional adecuado: autoclave con trituración o incineración. Al cabo del tiempo recomendado de estancia en el almacén, se abrirá el contenedor y se comprobará el nivel de actividad. Si éste es el satisfactorio, se eliminará la etiqueta especial y se entregará a un gestor convencional autorizado. 7.4. TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS RADIOACTIVOS DESCLASIFICADOS Una vez el residuo ha sido desclasificado, puede tratarse por los métodos convencionales si bien extremando las precauciones. El orden de preferencia es: • Incineración: para todos aquellos residuos orgánicos, ya sean líquidos o sólidos (aceites, disolventes, líquidos de centelleo con sus viales). Las cenizas deberán llevarse, una vez inmovilizadas y dentro de un contenedor sellado de 100 litros, a vertedero. • Tratamiento de inmovilización: para todos aquellos residuos líquidos o pastosos de naturaleza inorgánica. El conjunto deberá llevarse, una vez inmovilizado y dentro de un contenedor sellado, a vertedero. • Compactación: con cemento para los residuos sólidos. • Vertedero de seguridad: Donde se depositan finalmente todos los bidones.

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7.5. LA VITRIFICACIÓN Es el tratamiento seguro que se aplica a los residuos de alta, media y algunos de baja actividad. Teniendo en cuenta que buena parte de los residuos radioactivos llegan a la planta de tratamiento en forma líquida, la primera etapa del proceso consiste en la calcinación, hasta unos 900 ºC. Ello se lleva a cabo en un horno rotatorio inclinado. En el interior del mismo se forman óxidos metálicos, procedentes de los radioisótopos con la temperatura y el oxigeno presente. Para evitar problemas de volatilización de determinados óxidos metálicos, como es el caso del Cs y el Cd, se debe vitrificar a baja temperatura. Si hay Ru, en presencia de agentes oxidantes forma RuO4 que contaminará los gases de proceso. Por ello es preciso instalar filtros. 7.6. LA VITRIFICACIÓN APLICADA AL TRATAMIENTO DE RESIDUOS 7.6.1. NATURALEZA VÍTREA Un vidrio suele definirse como un "líquido subenfriado de viscosidad infinita". Es decir, a temperatura ambiente tienen apariencia de sólido proporcionada por su rigidez mecánica derivada del extraordinario aumento de viscosidad de la masa fundida, pero no debe considerarse como tal, aunque desde el punto de vista mecánico los vidrios se comportan como sólidos, ya que poseen una estructura amorfa y, por tanto, carecen de la estructura cristalina que caracteriza y define al estado sólido.

En su gran mayoría las sustancias en general, y los residuos en particular, tienen una estructura cristalina. En ésta las celdillas elementales se disponen con una

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ordenación geométrica en el espacio formando una red perfectamente definida. En el proceso de fusión, primera etapa para la obtención de un vidrio, a medida que la temperatura va en aumento, el calor distorsiona la red hasta transformarla en una estructura reticulada al azar (estructura amorfa). A mayor temperatura algunos enlaces se rompen y aparece la posibilidad de inserción de metales pesados en la estructura del vidrio. Esta es la posibilidad que ofrece esta tecnología al tratamiento de residuos. En resumen, el vidrio puede definirse como un producto inorgánico fundido que se ha enfriado hasta un estado rígido. La posibilidad de incorporar residuos inorgánicos altamente tóxicos a su red convierte a esta tecnología en la más segura para el tratamiento de ciertos residuos. 7.6.2. CONSTITUCIÓN DE LOS VITRIFICADOS Desde el punto de vista químico los vidriados se pueden considerar como combinaciones de diferentes óxidos, entre los que cabe distinguir: Óxidos formadores de vidrio, o de retículo, que forman la unidad básica compuesta de unidades estructurales que no se repiten a distancias regulares. Los óxidos son del tipo RO2 (Si ,B ,P ,..). Óxidos modificadores del retículo, que ocupan los intersticios de la red principal, por eso también reciben el nombre de modificadores del retículo ya que debilitan los enlaces (disminuyendo por tanto la energía necesaria para romperlos). Afectan a la fusibilidad y estabilidad de la red vítrea. Los óxidos son del tipo RO (Na ,K ,Ca ,Mg ,Pb ,Zn , etc.) Óxidos estabilizadores de red. Las celdillas elementales amorfas distribuidas al azar, tienen tendencia a desmoronarse y caer a un estado energético de menor energía como es el cristalino, fenómeno que se conoce como desvitrificación. Los estabilizadores de red, también llamados coformadores de retículo, actúan dando estabilidad a la estructura amorfa y pertenecen al grupo R2O3 (Al ,Fe ,Cr y a veces B , etc.). Los cationes radioisótopos se suelen integrar al primer y segundo grupo. En el siglo pasado el ceramista Seger ordeno los diversos óxidos y estableció una sistemática de formulación que, en líneas generales, los denominó: Flujo básico: RO Anfóteros: R2O3 Formadores de vidrio: RO2

FLUJO BÁSICO Plúmbico

Plúmbico-alcalino

RO PbO Na2O+K2O :0,2 CaO :0,15 PbO :0,65 Na2O+K2O

R2O3 Al2O3 Al2O3

RO2 SiO2 SiO2

Al2O3

SiO2

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Alcalino-plúmbico

Alcalino-alcalinotérreo

22 :0,4 CaO :0,2 PbO :0,4 Na2O+K2O :0,3 CaO :0,2 ZnO :0,15 BaO :0,1 PbO :0,25

Al2O3

SiO2

En la práctica de la inertización de residuos el hecho de que se produzcan desvitrificaciones lejos de ser un inconveniente es una ventaja ya que los microcristales creados en el seno del vitrificado, tienen una solidez mayor que el vidrio del que proceden. No puede establecerse una garantía de estabilidad guiándose por el criterio de la desvitrificación, pero en principio son válidos los siguientes criterios: • En igualdad de condiciones la estructura cristalina es más resistente que la vítrea. Por tanto el fomento de la desvitrificación es aconsejable siempre y cuando el vidrio residual no sea muy débil y lixivie fácilmente. • El factor complejidad de cationes, que forman parte del grupo de los óxidos modificadores de retículo, favorece la fusión más prematura a la par que forma un vidrio más complejo y resistente. Esta propiedad es claramente favorable a la aplicación de la vitrificación a la inertización de residuos. • Los vidrios generados a mayor temperatura son más resistentes que los de baja temperatura. 7.6.3. INERTIZACION DE RESIDUOS POR MEDIO DE LA VITRIFICACION Una vez el residuo ha sido confinado en el seno del vidriado, aquél pasa a formar parte de la naturaleza vítrea y debe considerarse como un todo. Así, en rigor debe hablarse de silicatos y considerar su comportamiento ante los ataques químicos procedentes de: agua, ácidos y bases. Ø Resistencia a la acción del agua: El agua da lugar a la hidrólisis de silicatos al actuar sobre la red vítrea pasando a la disolución los hidratos solubles. La resistencia a la acción del agua depende de la composición del vidriado (en general los óxidos alcalinotérreos y la adición de óxidos tri y tetravalentes produce un efecto favorable), del tiempo del ataque (obviamente cuanto mayor sea la exposición mas probabilidad de ataque) y de la temperatura (a mayor temperatura del agua, mayor velocidad de reacción y mayor ataque al vidriado).

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Ø Resistencia a la acción de los ácidos: Los ácidos tienen iones H+ abundantes y disponibles, susceptibles de ser intercambiados con iones alcalinos presentes en la red vítrea, convirtiéndolo gradualmente en sílice hidratada. Los factores que influyen en el ataque son: la composición del vidriado (los óxidos alcalinos y el PbO favorecen el ataque, mientras que el ZnO lo mejora. Los trivalentes, en cantidades moderadas y el TiO2 y el ZrO2, también mejoran la resistencia. El valor del pH (cuando menor sea el pH, mayor será el ataque), el tiempo de exposición y la temperatura, actúan de la misma manera que el agua. Ø Resistencia a la acción de las bases: El ataque se produce sobre el retículo formando compuestos solubles. El ataque será mayor cuanto mayor sea el valor del pH. La adición de alúmina suele ser beneficiosa para mejorar la resistencia. En general influyen los mismos factores, y en el mismo sentido, que en el ataque de los ácidos.

Cuarzo- ARENA FUNDICIÓN Feldespato-VIDRIOS Ac. Bórico-SUBPR. QUIMICOS Carbonatos- POLVO MARMOL

Máximo Mínimo

Oxido cinc Caolín-CATALIZADORES Oxido plomo Silicato Zr

0

10

20

30

40

50

La figura muestra las posibilidades de usar residuos (mayúsculas) en lugar de materias vírgenes para la formulación de vitrificados. La longitud de las bandas indica, en porcentajes, las cantidades usuales en las formulaciones. 7.7. VITRIFICACIÓN-INCINERACIÓN En los últimos tiempos se han desarrollado diversos ingenios que permiten, con mayor o menor fortuna, la incineración de residuos peligrosos y la vitrificación simultánea de las escorias generadas.

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Así, la instalación de la figura está diseñada para la incineración de residuos hospitalarios citostáticos. El horno dispone de un quemador de gas equipado con electrodos que, a la vez que oxida la materia orgánica, provoca una fuerte ionización produciendo una importante elevación de la temperatura de funcionamiento. En estas circunstancias las escorias generadas, si se encuentra presente un formador de vidrio y el nivel térmico es suficiente, funden y caen a la parte inferior en un recipiente lleno de agua. El resto de la instalación es convencional. El horno vaporiza, destila y gasifica. Los gases son enviados a la cámara de post-combustión para asegurar su correcta destrucción. Normalmente la naturaleza de los desechos tratados genera una escoria que no es apta para la vitrificación y es preciso añadir componentes para favorecer tanto la fusión como la vitrificación y, con mucha frecuencia la neutralización de gases formados en la cámara de combustión (SO2).

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7.8. VITRIFICACIÓN DE RESIDUOS DE ALTA TOXICIDAD

Por los motivos ya aducidos, la inmensa mayoría de autores están de acuerdo en que la vitrificación es la tecnología más segura para inertización de residuos inorgánicos. La figura muestra una línea de vitrificación de residuos en contenedores (de manera análoga a lo que se lleva a cabo con los residuos nucleares). En el primer recipiente se mezcla el residuo con los elementos formadores de vidrio y, si es preciso, con fundentes. Después de pasar a un depósito que hace las veces de homogeneizador y alimentador, el residuo se introduce en el horno. El horno dispone de calefacción eléctrica para minimizar la emisión de gases. En cualquier caso los gases, junto con los posibles volátiles y partículas arrastradas, son conducidos a un enfriador previo paso por la estación de filtraje y lavado, antes de ser emitidos al medio. El residuo fundido se introduce en contenedores en forma de botella. Cuando están llenos se conducen al vertedero o a un depósito de seguridad.

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7.9. TRATAMIENTO DE RESIDUOS NUCLEARES El sistema tradicional de tratamiento de residuos radioactivos de media y baja actividad consiste en el confinamiento en unos contenedores que poseen una triple protección: hormigón, plomo y acero. Con el paso de los años la radiación liberada genera un calor que al no poder ser disipado provoca grietas y hasta la rotura del contenedor por choque térmico. Solución pastosa contaminante

Es evidente que la vitrificación del residuo radioactivo no va a mitigar, en absoluto, la emisión de partículas radioactivas pero sí a disminuir la densidad de la radiación, por cuanto el material radioactivo ahora se aloja en un soporte de vidrio que presenta una masa notable con respecto al residuo radioactivo. Por otra parte, si el vidrio diseñado es buen conductor del calor y tiene una elevada resistencia mecánica, lo hará mucho más resistente al choque térmico. La unidad de medida de la radiación es el Curie (Ci), que equivale a: 1 Ci = 2,7 ⋅ 10 -11 desintegraciones/s PRODUCCIÓN DE RESIDUOS DE BAJA EN CENTRALES: Una tonelada de combustible nuclear produce del orden de 100 m3 de residuos. Así una planta del tamaño de 1.000 mW generará entre 200 y 500 m3/año. RESIDUOS DE MEDIA ACTIVIDAD: Son los generados en los centros de Medicina Nuclear y por la propia central, o bien por la industria de componentes del sector. Pueden llegar hasta 2.000 Ci/m3. Una tonelada de combustible nuclear produce una media de 40 m3 de estos residuos. 7.9.1.CARACTERÍSTICAS DE LAS MATRICES VÍTREAS USADAS Las matrices vítreas que parecen ser las mejores candidatas para la vitrificación de residuos radioactivos son los vidrios de borosilicato y aluminioborosilicato. Presentan la ventaja adicional de fundir a temperaturas relativamente bajas y ofrecen una alta estabilidad frente a las disoluciones iónicas en agua.

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Las matrices de sílice presentan puntos de fusión mucho más elevados, pero son mucho más resistentes a la lixiviación. No obstante, la solubilidad de óxidos radioactivos en estos vidrios es muy baja por lo que no son muy útiles para estos cometidos. Los vidrios de fósforo funden a baja temperatura y disuelven los óxidos metálicos radioactivos con facilidad pero su resistencia a la lixiviación es reducida y, durante la fusión el vidrio ataca a los refractarios.

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8. LOS RESIDUOS COMO COMBUSTIBLES Para la valorización energética y/o tratamiento térmico de los residuos, el primer factor que debe analizarse es su potencial energético. Este factor se mide por el valor del poder calorífico inferior (PCI). Así la figura presenta el potencial energético de un conjunto de residuos.

Poliéster Polietileno11,2 PVC Fuel-oil Grasas lubricantes Residuos alquitranados

Residuos

Lignito Neumáticos usados

Serrín (pino) Papel de periódico Zapatos de cuero Trapos de Seda y Lana Cortezas de cítricos Mazorcas de maíz Restos de poda RSU (40% combustible)

0

2

4

6

8

La ordenación se ha hecho de acuerdo con los siguientes criterios: - 1º grupo: Residuos de plásticos, sólidos de alto PCI. - 2º grupo: Residuos industriales líquidos de alto PCI. - 3º grupo: Residuos industriales sólidos de PCI medio.

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- 4º grupo: Residuos orgánicos de PCI medio. - 5º grupo: Residuos orgánicos de PCI bajo. La clasificación integra la mayor parte de los residuos usados para la valorización energética y su ordenación obedece a las tecnologías de valorización a que deberían someterse.

8.1. BINOMIO INCINERACIÓN-VERTIDO Cuando los residuos sólidos se incineran, ya sean sanitarios o urbanos, la mayor parte de ellos pasa a la atmósfera generando CO2, el principal gas causante del efecto invernadero. No obstante, si el destino de los residuos es el vertido, la materia sufre una serie de transformaciones anaerobias y se produce el llamado gas de vertedero, formado esencialmente por metano y CO2 . 1

1 Mtn = 1 millón de toneladas

1 Mtn de RSU 0,3 Mtn de Carbono

INCINERACION

VERTEDERO

2

3

0,3 Mtn de Carbono en forma de CO2

8 0,03 Mtn de carbono en forma de CO2

4 La obtención de energía de los residuos incinerados ahorra la emisión de 0,12 Mtn de carbono en forma de CO2, que se produciría generando dicha electricidad mediante la combustión de carbón

5 De este modo, la emisión neta de carbono con la opción incineración es de 0,3-0,12 Mtn = 0,18 Mtn de carbono en forma de CO2

7

0,07 Mtn de carbono se convierten en biogás, compuesto principalmente por CO2 y CH4

9 10

0,04 Mtn de carbono en forma de CH4

Un 50% escapa: 0,02 Mtn de carbono en forma de CH4, que equivalen a 7,5 x 0,02 = 0,15 Mtn de carbono en forma de CO2

11

6 En la opción vertedero se producen emisiones equivalentes a 0,03 + 0,15 = 0,18 Mtn de carbono en forma de CO2

12

Un 50% se recoge y se quema: produciendo 0,02 Mtn de carbono en forma de CO2; ahorra la emisión de 0,036 a 0,046 Mtn que supondría la combustión de carbón

TOTAL: 0,134 A 0,144 Mtn

TOTAL: 0,18 Mtn

La figura muestra que una unidad de RSU estándar genera alrededor de 0,18 unidades de masa en forma de gases de efecto invernadero cuando se incinera, mientras que si el destino es el vertido su incidencia es algo menor: de 0,134 a 0,144 unidades de masa. Como se ve, la diferencia sólo por lo que atañe a los gases de efecto invernadero, no es muy grande. Si además se valoran otros aspectos medioambientales como los olores, el impacto visual y sanitario de un vertedero, la ocupación de espacio, la degradación del lugar, el no

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aprovechamiento de los recursos presentes en los RSU, etc. se entiende el porqué del auge actual de las incineradoras y, al mismo tiempo, las severas directivas europeas sobre las limitaciones o prohibiciones en el vertido de las fracciones orgánicas fermentables. Sólo en España, se calcula que los más de 8.000 vertederos de RSU son los responsables del 28% de gases de efecto invernadero. En el caso concreto de los residuos hospitalarios, a los parámetros antes enumerados debe añadirse la peligrosidad intrínseca.

8.2. SISTEMAS DE CONVERSIÓN ENERGÉTICA Existen muchos sistemas de conversión energética que son usados en la valorización de residuos. El objetivo de todos ellos estriba en romper las largas cadenas que, en el caso de los combustibles residuales, suelen coincidir con las materias contaminantes con el fin de eliminar la toxicidad y recuperar el calor contenido. Desde el punto de vista de las operaciones fundamentales de la física, estos procesos se pueden reducir de manera esquemática a cuatro, en función del agente responsable de la rotura del enlace:

- Pirólisis - Oxidación - Hidrólisis - Radiólisis

En la más conocida de ellas, la oxidación a alta temperatura, el calor generado por la reacción excita los átomos hasta que estos se combinan con el oxígeno. Las hay de media temperatura, baja temperatura, parcial (como la gasificación), catalítica, etc.

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La pirólisis podría considerarse un caso particular de la anterior, puesto que el mecanismo responsable de la rotura de enlaces es el calor, pero no hay presencia de oxígeno y ello supone que sea preciso la aportación de energía externa para desarrollar el proceso. En la hidrólisis el agente responsable es el agua. Con la ayuda del calor, el pH o la energía cinética, existe una recombinación de substancias. En la radiólisis, como la fotólisis, la energía procedente de la radiación es la responsable de la rotura de los enlaces. En el caso del tratamiento de los residuos sanitarios, las técnicas empleadas son la incineración y la radiólisis. 8.3. FENÓMENOS Y PROCESOS QUE TIENEN LUGAR EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA El gráfico siguiente se centra en los productos de la combustión propiamente dicha, aquellos que proceden de la oxidación de los materiales que contienen C, H, S en función de la temperatura. La primera etapa de temperatura corresponde a la eliminación del agua y al comienzo de la fase de volatilización. Es a partir de este momento donde arrancan, con propiedad, las reacciones de combustión. Las flechas indican el rango de temperaturas mínimas y máximas en las que suele iniciarse y concluirse el proceso. La zona fundamental, que abarca de los 300 a los 1.000 ºC, corresponde a la oxidación de la materia orgánica con la consiguiente formación de SOx y CO2. A mayor temperatura, y en función de la naturaleza reductora del medio, toman fuerza las reacciones de gasificación, el equilibrio se desplaza y se forman CO y SOx. A medida que prosigue la temperatura se inicia la formación de NOx de origen térmico, esto es a partir del nitrógeno del aire. Cuanto mayor sea la temperatura mayor será la fase vítrea de la escoria formada y mas peligro existirá de volatilización de metales.

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VOLATILIZACIÓN METALES FUSIÓN ESCORIA. FORMACIÓN CLINKER FORMACIÓN NOx SINTERIZACIONES DESCOMPOSICIÓN CARBONATOS FORMACIÓN SOx DESCOMPOSICIÓN MATERIA ORGÁNICA OXIDACIÓN DE SULFUROS DESTILACIÓN VOLÁTILES Y AGUA 200

400

600

800

1000

1200

°C