CEMS: monitoreo continuo de emisiones en un incinerador de residuos médicos

Qué es un CEMS y qué no es

CEMS son las siglas de sistema de monitoreo continuo de emisiones, y son tres cosas ensambladas: analizadores que miden el gas, un sistema de muestreo que lleva una muestra representativa de ese gas a esos analizadores, y un sistema de datos que promedia, corrige y almacena el resultado. Continuo significa que mide mientras la planta opera, de modo que lo que produce es una media de un período y no una lectura puntual, y es esa media contra la que se escribe el permiso.

Conviene separar el CEMS de la idea de un muestreo en chimenea. Un muestreo en chimenea es una campaña: un equipo toma muestras del gas durante un período definido con un método de referencia, y el resultado describe ese período. Un CEMS es un instrumento que está presente todo el tiempo, y eso es lo que lo hace útil tanto para la operación como para el cumplimiento: muestra qué estaba haciendo la planta en el momento en que una cifra se movió.

Monitoreo continuo de emisiones para incineradores de residuos médicos

Lo que hay que monitorear no lo elige el operador. Se deriva del límite de emisión que aplica al sitio, y ese límite lo fija la normativa vigente allí. Para la incineración dedicada de residuos médicos, la norma nacional en la que se apoya la tabla de emisiones aquí presentada es la GB 39707-2020, cuyos límites llevan los mismos valores numéricos que la GB 18484-2020 establece para la incineración de residuos peligrosos; las dos difieren en su alcance y en cómo agrupan los metales residuales, ya que la GB 18484-2020 excluye las instalaciones dedicadas a residuos médicos.

De ahí se siguen dos reglas. Una norma provincial puede ser más estricta que la nacional, y un proyecto también puede tener un límite fijado por la evaluación de impacto ambiental, así que la lista de parámetros se lee del permiso que aplica y no de una tabla general. Y la lista abarca la planta completa: algunos parámetros se miden de forma continua y otros se muestrean durante un período, y esa diferencia es una propiedad de la medición y no una afirmación sobre su importancia.

Parámetros monitoreados en un incinerador de residuos médicos

La lista siguiente es el conjunto de límites de la tabla de emisiones aquí presentada, que para la incineración dedicada de residuos médicos se apoya en la Tabla 4 de la GB 39707-2020 y para la incineración de residuos peligrosos en la Tabla 3 de la GB 18484-2020. Los valores están en mg/m³ salvo indicación contraria, referidos a gases de combustión secos con 11 % de oxígeno en condiciones normales.

• Material particulado — 30 como media de una hora y 20 como media de 24 horas. Se mide de forma continua, casi siempre con un instrumento de dispersión de luz u opacidad y no por pesaje.
• Monóxido de carbono — 100 como media de una hora y 80 como media de 24 horas. Es un indicador de combustión y no de la etapa de limpieza, y la advertencia más rápida de combustión incompleta que tiene la planta.
• Óxidos de nitrógeno — 300 como media de una hora y 250 como media de 24 horas. La cifra que cualquier etapa SNCR o SCR aguas abajo se instala para cumplir.
• Dióxido de azufre — 100 como media de una hora y 80 como media de 24 horas. Sigue al residuo y al reactivo, y se mueve con la dosificación del lavador o del sorbente.
• Cloruro de hidrógeno — 60 como media de una hora y 50 como media de 24 horas. El parámetro que sigue el cloro de la alimentación y el desempeño de la etapa de gases ácidos.
• Fluoruro de hidrógeno — 4.0 como media de una hora y 2.0 como media de 24 horas. Está listado para residuos médicos y peligrosos, y no está listado para residuos sólidos municipales.
• Mercurio y sus compuestos — 0.05 como media de medición. Se muestrea durante un período en lugar de medirse de forma continua, y es el parámetro que con más frecuencia decide si hay que inyectar carbón.
• Cadmio y talio — 0.05 cada uno como media de medición y listados por separado, mientras que los residuos sólidos municipales fijan una única cifra combinada de 0.1.
• Otros metales — plomo, arsénico y cromo a 0.5 cada uno, con un grupo combinado a 2.0, todos como media de medición. Se muestrean, porque estos viajan sobre el polvo y se capturan con él.
• Dioxinas y furanos — 0.5 ng TEQ/m³ como media de medición. No existe un analizador continuo para ellos, así que la cifra proviene de muestreos periódicos y se expresa como equivalente tóxico sobre un período definido.

El oxígeno también se mide, y no porque sea un contaminante. Todos los límites de esa lista se refieren a 11 % de oxígeno en gas seco, así que una concentración medida en el conducto no significa nada hasta conocer el oxígeno y la humedad de ese momento. La temperatura, el caudal y la presión se miden por la misma razón: convierten una concentración en una tasa de emisión másica y permiten corregir la lectura a la base sobre la que está escrito el límite.

Monitoreo continuo de emisiones de los gases de combustión de un incinerador: cómo se hace la medición

Dos familias de instrumentos cubren la lista. Un sistema extractivo extrae el gas a través de una sonda y una línea calentada hasta un analizador, que es la disposición habitual para las mediciones que necesitan una celda o un espectrómetro: oxígeno, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre. Un instrumento in situ mide a través del conducto o en la pared, lo que conviene a un monitor de material particulado u opacidad y elimina por completo la línea de muestreo. Cada uno tiene una debilidad: una línea extractiva deposita sales y tiene que calentarse, y un instrumento óptico lee una tendencia y no una masa.

El material particulado merece una aclaración aparte. Un monitor continuo de material particulado responde a la luz dispersada por el polvo, así que su salida es proporcional a algo y no es un peso; la relación con mg/m³ se establece comparándolo con un método de referencia gravimétrico, y solo se mantiene mientras el polvo conserva su carácter. Un cambio en el polvo puede mover el instrumento sin que se mueva la emisión.

El acondicionamiento de la muestra es donde vive buena parte de los problemas de un CEMS. Enfriar y secar una muestra para proteger un analizador también elimina los compuestos que se disuelven en agua, y el cloruro de hidrógeno y el dióxido de azufre son dos de ellos. Donde esos límites son estrictos, la medición suele hacerse en caliente y en húmedo precisamente por esa razón.

Monitoreo de gases de combustión para la incineración de residuos más allá de la chimenea

Los instrumentos de la chimenea dicen si la planta cumple. Los instrumentos de la planta dicen por qué, y los parámetros de combustión van primero. La Tabla 1 de la GB 39707-2020, tal como se lista en la tabla de emisiones aquí presentada, fija los indicadores del incinerador de residuos médicos en una temperatura de la sección de alta temperatura de al menos 850 °C, un tiempo de residencia de los gases de combustión de al menos 2.0 segundos y una eficiencia de combustión de al menos 99.9 %; para residuos peligrosos el indicador de temperatura sube a al menos 1100 °C.

• Temperatura de la cámara secundaria — se mide de forma continua, porque de ella depende la destrucción de los compuestos orgánicos.
• Oxígeno a la salida de la cámara — forma parte de la cifra de eficiencia de combustión y es la referencia para todo lo que se mide en la chimenea.
• Monóxido de carbono — una señal rápida de combustión incompleta, y la que se mueve mucho antes de que una campaña de muestreo de dioxinas muestre algo.
• Temperatura a la salida del enfriamiento rápido — la cifra sobre la que se controla la sección de enfriamiento y la que decide lo que tiene que tolerar el material de las mangas.
• Temperatura de entrada del filtro y presión diferencial por compartimento — la condición de la torta de la que depende la etapa de adsorción.
• Caudales de dosificación de reactivo y sorbente — el lavador, la inyección de sorbente y la alimentación de carbón, cada uno con su propia alarma.

La cifra de dioxinas es una medición lenta tomada durante un período, así que no puede usarse para gobernar una planta. Los parámetros rápidos son con los que el operador realmente opera, y el muestreo periódico es lo que confirma que los parámetros rápidos eran los indicadores indirectos correctos.

Para qué se usan los datos de monitoreo de emisiones para el cumplimiento del incinerador

• Demostrar que el límite se mantuvo durante el período de promediado que indica el permiso, que es para lo que existen los datos de monitoreo de emisiones para el cumplimiento del incinerador.
• Distinguir una falla de instrumento de una falla de planta. Un cambio escalonado que conserva su forma en varios parámetros suele pertenecer al analizador o al sistema de muestreo y no al horno.
• Mostrar qué etapa está fallando — el material particulado apunta al filtro, el cloruro de hidrógeno a la etapa de gases ácidos, los óxidos de nitrógeno a la dosificación de reactivo, el monóxido de carbono a la combustión.
• Leer la combustión mientras todavía hay tiempo de actuar sobre ella, que es el uso para el que están los parámetros rápidos.
• Programar el mantenimiento a partir de una tendencia en lugar de una avería, que es donde se decide el costo de operación de una planta.
• Reportar — a la autoridad donde el permiso lo exige, y al registro de operación de la planta en todos los casos.

Todo eso descansa en que el instrumento esté atendido. Las verificaciones de cero y de span, la calibración contra el método de referencia y el registro de cuánto tiempo estuvo disponible el sistema no son papeleo alrededor de la medición; en muchos sitios son la parte de la presentación que decide si el resto se acepta. Qué intervalos y qué métodos de referencia aplican lo fija el permiso, y la disposición de analizadores que conviene a una unidad concreta se confirma con la fábrica para la composición de tus residuos.

Errores comunes

• Comprar un CEMS contra una lista de parámetros copiada de otro proyecto en lugar de leída del permiso que tiene el sitio.
• Medir los contaminantes y olvidar el oxígeno, la humedad y el caudal, sin los cuales ninguna lectura puede referirse a la base sobre la que está escrito el límite.
• Leer un instrumento continuo de material particulado como si fuera un peso. Es una tendencia que tiene que amarrarse a un método gravimétrico.
• Enfriar y secar una muestra que contiene cloruro de hidrógeno, y luego preguntarse adónde fue el cloruro de hidrógeno.
• Tratar un resultado de dioxinas como una cifra de operación. Es una media de un período de muestreo, y describe la planta y no el minuto.
• Operar el instrumento sin un registro de calibración y de disponibilidad, lo que deja números y ninguna forma de defenderlos.

De un parámetro monitoreado a una planta conforme

El monitoreo continuo de emisiones es lo que convierte un límite en un registro, y el registro vale solo tanto como el sistema de muestreo y la calibración que tiene detrás. Los límites que tiene que mostrar están en la tabla de emisiones del incinerador, las etapas que hay que mantener dentro de esos límites están en el artículo sobre tratamiento de gases de combustión en un incinerador, y las condiciones de combustión en las que se apoyan están en el artículo sobre por qué los incineradores operan a 850 °C durante dos segundos. Los parámetros por monitorear y la disposición de analizadores para tu planta se confirman con la fábrica para la composición de tus residuos y el permiso que aplica a tu sitio.