Un estanque de cenizas , también llamado depósito de cenizas de carbón o embalse de superficie , [1] es una estructura de ingeniería utilizada en las centrales eléctricas de combustibles fósiles para la eliminación de dos tipos de productos de combustión de carbón : cenizas de fondo y cenizas volantes . El estanque se utiliza como vertedero para evitar la liberación de cenizas a la atmósfera. Aunque el uso de estanques de cenizas en combinación con controles de contaminación del aire (como depuradores húmedos ) disminuye la cantidad de contaminantes en el aire, las estructuras presentan serios riesgos para la salud del medio ambiente circundante. [2]
Los estanques de cenizas utilizan la gravedad para depositar partículas grandes (medidas como sólidos suspendidos totales ) de las aguas residuales de las centrales eléctricas . Esta tecnología no trata los contaminantes disueltos. [3] Los estanques generalmente no se han construido como rellenos sanitarios revestidos y, por lo tanto, los productos químicos en las cenizas pueden filtrarse en las aguas subterráneas y superficiales, acumulándose en la biomasa del sistema. [4] [5] [6]
En los Estados Unidos, los estándares federales de diseño para estanques de cenizas se fortalecieron en 2015, aunque varias disposiciones de las nuevas regulaciones están en suspenso a partir de 2020, pendiente de litigio en curso.
Diseño de estanque
Los estanques de cenizas generalmente se forman usando un terraplén circular para encerrar el sitio de disposición. Los terraplenes se diseñan utilizando parámetros de diseño similares a los de las presas de terraplén , incluida la construcción por zonas con núcleos de arcilla . El proceso de diseño se centra principalmente en manejar las filtraciones y garantizar la estabilidad del talud.
La falla del terraplén de tierra de un estanque puede causar derrames de cenizas en tierras y ríos adyacentes, con graves daños ambientales, como se evidencia en el derrame de la Planta Fósil Kingston de 2008 en Tennessee [7] y el derrame de cenizas de carbón del río Dan en Carolina del Norte en 2014 . [8]
Métodos de eliminación
La eliminación húmeda de cenizas en estanques de cenizas es el método de eliminación de cenizas más común, [9] pero otros métodos incluyen la eliminación en seco en vertederos . La ceniza manipulada en seco a menudo se recicla en materiales de construcción útiles. Se ha preferido la eliminación húmeda debido a razones económicas, pero la creciente preocupación ambiental con respecto al lixiviado de los estanques ha disminuido la popularidad de la eliminación húmeda. [9] El método húmedo consiste en construir un gran "estanque" y llenarlo con lechada de cenizas volantes , permitiendo que el agua se drene y se evapore de las cenizas volantes con el tiempo. [10]
El lixiviado de las cenizas volantes puede contener metales pesados en exceso de los estándares permitidos en los EE. UU. Según la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos (RCRA). [11] El flujo de agua a través de las cenizas volantes y hacia el agua subterránea se controla mediante el uso de capas de arcilla de baja permeabilidad y trincheras / paredes de corte. Las arcillas de baja permeabilidad tienen una permeabilidad del orden de 10 −7 cm / s. Los flujos verticales a través de los cimientos se controlan colocando estanques de cenizas volantes en áreas de capas gruesas de arcilla o roca que proporcionan una permeabilidad adecuadamente baja a través de la base del estanque. Las áreas con alta permeabilidad debajo de la superficie se pueden mejorar importando arcilla adecuada. Los flujos horizontales a través del terraplén se controlan utilizando zonas de arcilla dentro del terraplén. Las zanjas cortadas y las paredes cortadas se utilizan para conectar las zonas de arcilla del terraplén y las capas de arcilla de los cimientos. Las trincheras cortadas son trincheras que se cavan en la capa subsuperficial de baja permeabilidad seleccionada y se rellenan con arcilla para clavar la zona de arcilla del terraplén en la subsuperficie. Las zanjas cortadas se utilizan generalmente cuando las capas de cimentación de baja permeabilidad están cerca de la superficie. Las paredes cortadas son similares a las zanjas cortadas, pero generalmente son mucho más profundas y estrechas, y usan lechada o lechada en lugar de arcilla.
Impactos en la salud y el medio ambiente
No todas las sustancias presentes en el carbón se queman y, por lo tanto, el material incombustible está presente en cantidades más concentradas en las cenizas de carbón que en el carbón mismo. Las sustancias que se encuentran comúnmente en las cenizas de carbón incluyen arsénico , bario , berilio , boro , cadmio , níquel , plomo , mercurio , molibdeno , selenio y talio . También pueden estar presentes niveles elevados de radiactividad. [12] Muchas de estas sustancias, especialmente los metales pesados, pueden tener efectos negativos en los seres humanos cuando se ingieren. Debido a la biomagnificación , la concentración de sustancias químicas no deseadas en los animales puede aumentar en la cadena alimentaria (de manera similar al mercurio en el atún). La ceniza de carbón, producto de la combustión, concentra estos elementos y puede contaminar las aguas subterráneas o superficiales si hay fugas de un estanque de cenizas. [13]
En los Estados Unidos, la ceniza de carbón es un componente importante del flujo de desechos industriales del país. [14] A partir de 2012, aproximadamente el 60 por ciento de las cenizas de carbón de EE. UU. Se dispuso en embalses superficiales y vertederos. EE. UU. Tenía 310 vertederos activos en el sitio en 2012, con un promedio de más de 120 acres de tamaño con una profundidad promedio de más de 40 pies, y más de 735 embalses de superficie activos en el sitio, con un promedio de más de 50 acres de tamaño con una profundidad promedio de 20 pies. [15] En 2017, 38,2 millones de toneladas cortas (34,7 × 10 6 t) de cenizas volantes y 9,7 millones de toneladas cortas (8,8 × 10 Se generaron 6 t) de ceniza de fondo. [dieciséis]
Un informe de 2019 del Environmental Integrity Project establece que para las plantas de carbón de EE. UU. Con datos de monitoreo disponibles, el 91 por ciento de ellas ha contaminado el agua subterránea con "niveles peligrosos de contaminantes tóxicos". [17]
Un asesor de justicia ambiental de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. (EPA) ha declarado que el aumento de la exposición a tóxicos de los estanques de cenizas tendrá efectos desproporcionados y adversos para la salud en las comunidades minoritarias y de bajos ingresos. [18]
Regulación en diferentes países
Estados Unidos
En los Estados Unidos, debido a las pocas regulaciones federales y estatales relacionadas con los estanques de cenizas, la mayoría de las plantas de energía no usan geomembranas , sistemas de recolección de lixiviados u otros controles de flujo que se encuentran a menudo en los vertederos de desechos sólidos municipales . [10] En 1980, el Congreso de los Estados Unidos definió la ceniza de carbón como un "residuo especial" que no estaría regulado por los estrictos requisitos de permisos de residuos peligrosos de la RCRA. [19] En 2000, la EPA declaró que las cenizas volantes de carbón no necesitaban ser reguladas como residuos peligrosos. [20] [21]
Después de una falla en 2008 que causó el derrame de lechada de cenizas volantes de carbón de la Planta Fósil Kingston de la Autoridad del Valle de Tennessee , la EPA comenzó a desarrollar regulaciones que se aplicarían a todos los estanques de cenizas en los EE. UU.
La EPA publicó una regulación de Residuos de Combustión de Carbón (CCR) en 2015. La agencia continuó clasificando las cenizas de carbón como no peligrosas (evitando así los estrictos requisitos de permisos bajo el Subtítulo C de RCRA ), pero con nuevas restricciones:
- Los estanques de cenizas existentes que están contaminando el agua subterránea deben dejar de recibir CCR y cerrar o modernizar con un revestimiento.
- Los estanques de cenizas y los vertederos existentes deben cumplir con las restricciones estructurales y de ubicación, cuando corresponda, o cerrarse.
- Un estanque que ya no recibe CCR todavía está sujeto a todas las regulaciones a menos que esté deshidratado y cubierto para 2018.
- Los nuevos estanques y vertederos deben incluir un revestimiento de geomembrana sobre una capa de suelo compactado. [22]
Algunas de las disposiciones de la regulación CCR de 2015 fueron impugnadas en un litigio, y la Corte de Apelaciones de los Estados Unidos para el Circuito del Distrito de Columbia remitió ciertas partes de la regulación a la EPA para su posterior elaboración. [23]
La EPA también publicó un reglamento de directrices sobre efluentes (aguas residuales) en 2015 de conformidad con la Ley de Agua Limpia . [24] El reglamento limita las descargas de metales tóxicos de las centrales eléctricas, incluidos los estanques de cenizas y otras corrientes de desechos. La Agencia estimó que la regulación reduciría las descargas de metales de la industria en 1.400 millones de libras anuales. [25] En octubre de 2020, la EPA publicó una regla final que revierte algunas disposiciones de la regulación de aguas residuales de 2015. El reglamento revisado amplía el plazo de cumplimiento para algunas plantas de energía y exime a otras por completo de los requisitos más estrictos de 2015. [26] [27] La regla de 2020 ha sido impugnada en un litigio. [28]
La EPA publicó una regla RCRA propuesta el 14 de agosto de 2019 que usaría criterios basados en la ubicación, en lugar de un umbral numérico (es decir, el tamaño del depósito o del vertedero) que requeriría que un operador demuestre un impacto ambiental mínimo para que un sitio pueda permanecer en funcionamiento. [29]
Luego de una remisión judicial, la EPA publicó su regla final "CCR Parte A" el 28 de agosto de 2020 requiriendo que todos los estanques de cenizas sin revestimiento se modernicen con revestimientos o se cierren antes del 11 de abril de 2021. Algunas instalaciones pueden solicitar obtener tiempo adicional, hasta 2028, encontrar alternativas para el manejo de los desechos de cenizas antes de cerrar sus embalses superficiales. [30] [31] [32] Otros litigios sobre la regulación CCR están pendientes a partir de 2021. [33]
Países Bajos
Los estanques de cenizas no están permitidos en los Países Bajos, ya que son un tipo de vertedero. En cambio, toda la ceniza de carbón se recicla en los Países Bajos. [34]
Remediación
Las opciones de remediación incluyen "tapar, deshidratar y / o estabilizar, consolidar en un nuevo relleno sanitario, desechar fuera del sitio, convertir en humedales o cualquier combinación de estas opciones". [35]
Hay algunas iniciativas, como una iniciativa de 2015 de Duke Energy , para excavar estanques de cenizas existentes para reducir los efectos ambientales de las instalaciones de energía que queman carbón en el medio ambiente circundante. [36] [37]
Ver también
- Efectos sobre la salud de las cenizas de carbón
- Tratamiento de aguas residuales industriales
Referencias
- ^ Agencia de protección del medio ambiente de Estados Unidos (EPA), Washington, DC "Sistema de gestión de residuos sólidos y peligrosos; Identificación y listado de residuos especiales; Eliminación de residuos de combustión de carbón de los servicios eléctricos". Regla propuesta. Registro Federal, 75 FR 35130 , 21 de junio de 2010.
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- ^ "Ceniza de carbón" . Charlotte, NC: Fundación Catawba Riverkeeper.
- ^ "Gestión de cenizas y cierre seguro de cuencas" . Charlotte, Carolina del Norte: Duke Energy.
enlaces externos
- Ceniza de carbón - Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.
- La iniciativa Coal Ash and Liquid Management (CALM) , una iniciativa público-privada con sede en la Universidad de Carolina del Norte en Charlotte
- Cenicero - Proyecto de Integridad Ambiental. Información sobre la contaminación del agua subterránea en las centrales eléctricas de carbón de EE. UU.