CEMS: monitoramento contínuo de emissões em um incinerador de resíduos médicos

O que o CEMS é e o que não é

CEMS significa sistema de monitoramento contínuo de emissões (continuous emission monitoring system), e é três coisas montadas: analisadores que medem o gás, um sistema de amostragem que traz uma amostra representativa dele a esses analisadores e um sistema de dados que faz a média, corrige e armazena o resultado. Contínuo significa que ele mede enquanto a estação opera, de modo que o que produz é uma média ao longo de um período, e não uma leitura pontual, e é essa média que a licença toma como referência.

Vale separar o CEMS da ideia de um teste de chaminé. Um teste de chaminé é uma campanha: uma equipe amostra o gás por um período definido com um método de referência, e o resultado descreve esse período. Um CEMS é um instrumento que está presente todo o tempo, o que o torna útil tanto para a operação quanto para a conformidade — ele mostra o que a estação estava fazendo no momento em que um valor se moveu.

Monitoramento contínuo de emissões para incineradores de resíduos médicos

O que tem de ser monitorado não é escolhido pelo operador. Decorre do limite de emissão que se aplica ao local, e esse limite é fixado pela regulamentação em vigor ali. Para a incineração dedicada de resíduos médicos, a norma nacional na qual o gráfico de emissões daqui se baseia é a GB 39707-2020, cujos limites carregam os mesmos valores numéricos que os que a GB 18484-2020 fixa para a incineração de resíduos perigosos; as duas diferem em escopo e em como os metais residuais são agrupados, já que a GB 18484-2020 exclui instalações dedicadas de resíduos médicos.

Duas regras decorrem disso. Uma norma provincial pode ser mais estrita que a nacional, e um projeto pode também carregar um limite de avaliação de impacto ambiental, de modo que a lista de parâmetros é lida da licença que se aplica, e não de uma tabela geral. E a lista cobre a estação como um todo: alguns parâmetros são medidos continuamente e alguns são amostrados ao longo de um período, e essa diferença é uma propriedade da medição, e não uma afirmação sobre importância.

Parâmetros monitorados em um incinerador de resíduos médicos

A lista abaixo é o conjunto de limites do gráfico de emissões daqui, que se baseia, para a incineração dedicada de resíduos médicos, na Tabela 4 da GB 39707-2020 e, para a incineração de resíduos perigosos, na Tabela 3 da GB 18484-2020. Os valores são em mg/m³, salvo indicação, referidos a gás de combustão seco a 11 % de oxigênio em condições padrão.

• Particulados — 30 como média de uma hora e 20 como média de 24 horas. Medidos continuamente, na maioria das vezes por um instrumento de espalhamento de luz ou de opacidade, e não por pesagem.
• Monóxido de carbono — 100 como média de uma hora e 80 como média de 24 horas. Um indicador de combustão, e não de estágio de limpeza, e o aviso mais rápido de combustão incompleta que a estação tem.
• Óxidos de nitrogênio — 300 como média de uma hora e 250 como média de 24 horas. O valor que qualquer estágio de SNCR ou SCR a jusante é instalado para atender.
• Dióxido de enxofre — 100 como média de uma hora e 80 como média de 24 horas. Ele segue o resíduo e o reagente, e se move com a dosagem do lavador ou do sorvente.
• Cloreto de hidrogênio — 60 como média de uma hora e 50 como média de 24 horas. O parâmetro que acompanha o cloro na alimentação e o desempenho do estágio de gases ácidos.
• Fluoreto de hidrogênio — 4.0 como média de uma hora e 2.0 como média de 24 horas. Listado para resíduos médicos e perigosos, e não listado para resíduos sólidos urbanos.
• Mercúrio e seus compostos — 0.05 como média de medição. Amostrado ao longo de um período, e não medido continuamente, e o parâmetro que mais frequentemente decide se o carvão tem de ser injetado.
• Cádmio e tálio — 0.05 cada como média de medição e listados separadamente, onde os resíduos sólidos urbanos fixam um valor combinado de 0.1.
• Outros metais — chumbo, arsênio e cromo a 0.5 cada, com um grupo combinado a 2.0, todos como média de medição. Amostrados, porque esses viajam na poeira e são capturados com ela.
• Dioxinas e furanos — 0.5 ng TEQ/m³ como média de medição. Não há analisador contínuo para eles, de modo que o valor vem de amostragem periódica e é expresso como equivalente tóxico ao longo de um período definido.

O oxigênio também é medido, e não porque seja um poluente. Todo limite naquela lista é referido a 11 % de oxigênio em gás seco, de modo que uma concentração medida no duto não significa nada até que o oxigênio e a umidade naquele momento sejam conhecidos. Temperatura, vazão e pressão são medidas pela mesma razão: elas transformam uma concentração em uma taxa de emissão de massa e permitem que a leitura seja corrigida para a base em que o limite é escrito.

Monitoramento contínuo de emissões do gás de combustão de incineradores: como a medição é feita

Duas famílias de instrumento cobrem a lista. Um sistema extrativo retira o gás por uma sonda e uma linha aquecida até um analisador, que é o arranjo usual para medições que precisam de uma célula ou de um espectrômetro — oxigênio, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, dióxido de enxofre. Um instrumento in situ mede através do duto ou na parede, o que convém a um monitor de particulados ou de opacidade e dispensa completamente a linha de amostragem. Cada um tem uma fraqueza: uma linha extrativa deposita sal e tem de ser aquecida, e um instrumento óptico lê uma tendência, e não uma massa.

Os particulados precisam de uma palavra própria. Um monitor contínuo de particulados responde à luz espalhada pela poeira, de modo que sua saída é proporcional a algo, em vez de ser um peso; a relação com mg/m³ é estabelecida comparando-o com um método de referência gravimétrico, e ela vale apenas enquanto a poeira mantém seu caráter. Uma mudança na poeira pode mover o instrumento sem mover a emissão.

O condicionamento da amostra é onde mora boa parte dos problemas de CEMS. Resfriar e secar uma amostra para proteger um analisador também remove os compostos que se dissolvem em água, e cloreto de hidrogênio e dióxido de enxofre são dois deles. Onde esses limites são estritos, a medição é frequentemente feita a quente e úmida exatamente por essa razão.

Monitoramento de gases de combustão para a incineração de resíduos além da chaminé

Os instrumentos na chaminé dizem se a estação está em conformidade. Os instrumentos na estação dizem por quê, e os parâmetros de combustão vêm primeiro. A Tabela 1 da GB 39707-2020, como listada no gráfico de emissões daqui, fixa os indicadores do incinerador de resíduos médicos como uma temperatura da seção de alta temperatura de pelo menos 850 °C, um tempo de residência do gás de combustão de pelo menos 2.0 segundos e uma eficiência de combustão de pelo menos 99.9 %; para resíduos perigosos o indicador de temperatura sobe para pelo menos 1100 °C.

• Temperatura da câmara secundária — medida continuamente, porque a destruição dos compostos orgânicos depende dela.
• Oxigênio na saída da câmara — parte do valor de eficiência de combustão e a referência para tudo o que é medido na chaminé.
• Monóxido de carbono — um sinal rápido de combustão incompleta, e o que se move muito antes de uma campanha de amostragem de dioxinas mostrar qualquer coisa.
• Temperatura de saída do resfriador — o valor pelo qual a seção de resfriamento é controlada, e o que decide o que o material das mangas tem de tolerar.
• Temperatura de entrada do filtro e pressão diferencial do compartimento — a condição da torta da qual o estágio de adsorção depende.
• Taxas de dosagem de reagente e sorvente — o lavador, a injeção de sorvente e a alimentação de carvão, cada um com seu próprio alarme.

Um valor de dioxina é uma medição lenta tomada ao longo de um período, de modo que não pode ser usado para conduzir uma estação. Os parâmetros rápidos são aqueles com que um operador de fato trabalha, e a amostragem periódica é o que confirma que os parâmetros rápidos eram os substitutos certos.

Para que servem os dados de monitoramento de emissões para conformidade de incineradores

• Demonstrar que o limite foi mantido ao longo do período de média que a licença nomeia, que é para isso que os dados de monitoramento de emissões para conformidade de incineradores existem.
• Distinguir uma falha de instrumento de uma falha da estação. Uma mudança de degrau que mantém sua forma em vários parâmetros costuma pertencer ao analisador ou ao sistema de amostragem, e não ao forno.
• Mostrar qual estágio está falhando — particulados apontam para o filtro, cloreto de hidrogênio para o estágio de gases ácidos, óxidos de nitrogênio para a dosagem de reagente, monóxido de carbono para a combustão.
• Ler a combustão enquanto ainda há tempo de agir sobre ela, que é o uso a que os parâmetros rápidos servem.
• Programar a manutenção a partir de uma tendência, em vez de a partir de uma quebra, que é onde o custo operacional de uma estação é decidido.
• Relatar — à autoridade onde a licença o exige, e ao registro de operação da estação em todos os casos.

Tudo isso repousa sobre o instrumento ser bem cuidado. Verificações de zero e de span, calibração contra o método de referência e o registro de quanto tempo o sistema esteve disponível não são papelada em torno da medição; em muitos locais, eles são a parte da submissão que decide se o resto dela é aceito. Quais intervalos e quais métodos de referência se aplicam são fixados pela licença, e o arranjo do analisador que se adequa a uma unidade específica é confirmado com a fábrica para a sua composição de resíduos.

Erros comuns

• Comprar um CEMS com base em uma lista de parâmetros copiada de outro projeto, em vez de lida da licença que o local detém.
• Medir os poluentes e esquecer oxigênio, umidade e vazão, sem os quais nenhuma leitura pode ser referida à base em que o limite é escrito.
• Ler um instrumento contínuo de particulados como se fosse um peso. Ele é uma tendência que tem de ser amarrada a um método gravimétrico.
• Resfriar e secar uma amostra que contém cloreto de hidrogênio e depois se perguntar para onde foi o cloreto de hidrogênio.
• Tratar um resultado de dioxina como um valor de operação. Ele é uma média ao longo de um período de amostragem, e descreve a estação, e não o minuto.
• Operar o instrumento sem registro de calibração e disponibilidade, o que deixa números e nenhuma forma de defendê-los.

De um parâmetro monitorado a uma estação em conformidade

O monitoramento contínuo de emissões é o que transforma um limite em um registro, e o registro vale apenas tanto quanto o sistema de amostragem e a calibração por trás dele. Os limites que ele tem de mostrar são apresentados no gráfico de emissões de incineradores, os estágios que têm de ser mantidos dentro desses limites estão no artigo sobre tratamento de gases de combustão em um incinerador, e as condições de combustão sobre as quais eles repousam estão no artigo sobre por que os incineradores operam a 850 °C por dois segundos. Os parâmetros a monitorar e o arranjo do analisador para a sua estação são confirmados com a fábrica para a sua composição de resíduos e a licença que se aplica ao seu local.