ESTUDIO TÉCNICO Y ECONÓMICO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS VEGETALES EN GETAFE

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1 MASTER PROFESIONAL EN INGENIERÍA Y GESTIÓN MEDIOAMBIENTAL ESTUDIO TÉCNICO Y ECONÓMICO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS VEGETALES EN GETAFE Ignacio Sánchez Díaz 1

2 ÍNDICE 1. Introducción y objetivos Legislación Resumen Legislativo relativo al compostaje Normativa medioambiental de aplicación en el diseño de Fundamentos del compostaje Qué es el compostaje? Beneficios del compostaje Fases del proceso de compostaje Factores que influyen en el proceso de compostaje Factores químicos Fuente de C o energía Relación C/N Humedad Oxígeno Acidez / alcalinidad Factores físicos Tamaño de partícula Temperatura Técnicas de compostaje Pilas estáticas Pilas o hileras de volteo Pilas estáticas aireadas Reactores (sistemas in-vessel Sistemas evaluados para su implantación en el municipio de Getafe.31 2

3 4. Caracterización del compost obtenido a partir de restos de poda Descripción de la situación inicial Ubicación del municipio de Getafe Zonas verdes y su conservación Conservación de céspedes y praderas Conservación de plantaciones Conservación de zonas verdes Conservación de árboles de alineación Conservación de zonas forestales Residuos vegetales del municipio de Getafe Estimación de residuos producidos en las zonas verdes Restos de poda del arbolado urbano Restos vegetales procedentes del mantenimiento de parques urbanos Recogida de residuos vegetales domiciliarios Resumen de los restos vegetales recogidos de manera separada en el municipio de Getafe Reducción del tamaño de partícula y separación de materiales Estimación de los costes de la gestión de residuos vegetales Costes por depósito en vertedero de los residuos vegetales recogidos Mantenimiento de vehículos Consumo de combustible Sueldo de trabajadores que realizan el traslado de los residuos vegetales al vertedero Coste de adquisición de fertilizante Resumen de los costes de la gestión de residuos vegetales Diseño de la planta de tratamiento de restos de poda y jardinería Tipo de planta. 57 3

4 Hileras de volteo Área de preprocesamiento Área de procesamiento Área de postprocesamiento Zona de separación o tampón Caminos de acceso Instalaciones y seguridad Tipo reactor (in vessel) Área de preprocesamiento Área de procesamiento Área de postprocesamiento Zona de separación o tampón Caminos de acceso Instalaciones y seguridad Espacios necesarios para la instalación de la planta Planos de las opciones valoradas Planta de compostaje de hileras de volteo Planta de compostaje con sistema de compostaje vertical Control de olores Control de lixiviados Comparativa de costes Sistema de hileras de volteo Costes de edificación Costes de urbanización de parcela Costes de maquinaria y equipo Costes de personal Sistema de compostaje en reactor vertical. 83 4

5 Costes de edificación Costes de urbanización de parcela Costes de maquinaria y equipo Costes operativos Resumen de los costes y valoración económica Discusión y conclusiones Bibliografía

6 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS En España, el año 2008, se generaron 575 kg de residuos por habitante. Se recogieron más de 24 millones de toneladas de residuos sólidos urbanos. De éstos, la mayor parte, unos 20 millones de toneladas, corresponden a residuos mezclados, que se llevan a plantas de tratamiento, donde se separan las fracciones reciclables, y el resto se destina a vertedero o incineración. La recogida selectiva de los residuos sólidos urbanos apenas representa el 18,4% del total recogido. En nuestro país, los residuos sólidos urbanos de origen domiciliario son competencia de las Entidades Locales, aunque orientada por las Comunidades Autónomas. La Administración Local tiene el reto de articular modelos de gestión eficientes, que cumplan las obligaciones y objetivos legales derivados de la normativa comunitaria, estatal y autonómica. La labor de retirada de los residuos sólidos urbanos la realiza el propio municipio, mediante sus propios medios o bien mediante la contratación del servicio a empresas privadas. Un porcentaje muy elevado de estos residuos se llevan a vertedero para su eliminación. El objetivo de la política de residuos es prevenir su generación, promover la reutilización, el reciclado, y la recuperación con el fin de lograr un menor impacto ambiental. ENTRADA DE RESIDUOS URBANOS EN INSTALACIONES DE TRATAMIENTO (Año 2007) Tipo de Instalación Toneladas al año Plantas de clasificación de envases Plantas de compostaje con fracción orgánica recogida selectivamente Instalaciones de triaje y compostaje Instalaciones de triaje, biometanización y compostaje El compostaje de la fracción resto es la opción de tratamiento más utilizada en nuestro país, pero el compost que se obtiene a partir de ésta no cumple en muchos casos los parámetros de calidad exigidos. Por tanto, es una prioridad aumentar la recogida selectiva de materia orgánica, que permita la producción de compost de calidad. 6

7 La producción de compost a partir del reciclaje de los residuos sólidos urbanos con una recogida selectiva, es una operación que les da un valor agregado, disminuyendo a su vez el volumen de éstos que se destina para su depósito en vertederos. Es, por lo tanto, una solución a la hora de tratar los residuos orgánicos urbanos, que cumple el principio de jerarquía en la gestión de residuos (después de la prevención y de la reutilización, y antes de su aprovechamiento energético y depósito en vertederos). Las operaciones de compostaje de residuos orgánicos van a permitir su uso como fertilizante, y como producto de mejora de la estructura del suelo. A la vista de lo anterior, el presente estudio pretende analizar la viabilidad técnica y económica de la instalación de una planta de compostaje que utilice como materia prima los restos vegetales que se producen en el municipio de Getafe. Para ello, se van a analizar los siguientes aspectos: 1. La cantidad de residuos procedentes de restos de poda y jardinería que se producen en el municipio de Getafe. 2. El coste de las operaciones de retirada y gestión de los mismos. 3. Las necesidades de abono y fertilizante para los parques urbanos del municipio. 4. La viabilidad técnica de la implantación de una planta de compostaje a partir de residuos vegetales en el municipio. 5. La evaluación económica de dicha instalación. 7

8 2. LEGISLACIÓN 2.1 Resumen legislativo relativo al compostaje Actualmente, en la Unión Europea se vienen generando entre 120 y 138 millones de toneladas de biorresiduos, de los que se siguen depositando en vertedero aproximadamente el 40% de los mismos. Esto vulnera la jerarquía de residuos que establece la propia Directiva Marco, y que tiene que servir de orden de prioridades en la legislación y la política sobre la prevención y la gestión de los residuos A continuación se presenta un resumen de las distintas normativas, de ámbito europeo, estatal, autonómico (comunidad de Madrid) y local (Getafe), que regulan aspectos, o que tienen incidencia, en la gestión de los biorresiduos, prestando especial atención a aquellas partes que inciden en el compostaje como modo de gestión de éstos. 1. Normativa Europea La Directiva sobre el vertido de residuos (Directiva 1999/31/CE del Consejo, de 26 de abril de 1999, relativa al vertido de residuos) establece que los estados miembros deberán garantizar que para 2016, los residuos municipales biodegradables destinados a vertedero deberán haberse reducido progresivamente hasta un 35% de la cantidad total en peso de la cantidad generada en Aunque no establece opciones de tratamiento específica para los residuos desviados de los vertederos. La Directiva Marco de Residuos (Directiva 2008/98/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 19 de noviembre de 2008, sobre residuos) establece en su artículo 3 la definición de biorresiduo, indicando que entre otros, incluye los residuos biodegradables de jardines y parques. 8

9 A la hora de elaborar políticas de gestión de residuos, los estados miembros deben tener en cuenta el artículo 4 de la Directiva Marco, que establece una jerarquía de residuos, con el fin de servir de orden de prioridades en la legislación y la política sobre la prevención y la gestión de los residuos. Esta jerarquía, en orden descendente de mejor opción a peor opción desde el punto de vista medioambiental, es la siguiente: a) prevención; b) preparación para la reutilización; c) reciclado; d) otro tipo de valorización, por ejemplo, la valorización energética; y e) eliminación en vertedero. En el artículo 22, la Directiva Marco establece que los Estados miembros deberán impulsar la recogida separada de biorresiduos con vistas al compostaje y la digestión de los mismos; su tratamiento, de tal manera que se logre un alto grado de protección del medio ambiente; y el uso de materiales ambientalmente seguros producidos a partir de biorresiduos. Además, la Directiva Marco prevé que el establecimiento de requisitos mínimos para la gestión de estos biorresiduos así como de los criterios de calidad para el compost y el digestato procedentes de éstos. La Directiva Marco indica que la Comisión, tras evaluar la gestión de los biorresiduos, presentará propuestas de medidas legislativas, si procede. La Comisión llevó a cabo una consulta de las partes interesadas, que dio lugar a la publicación de un Libro Verde. El Libro Verde (Libro Verde sobre la Gestión de Residuos en la Unión Europea, de 3 de diciembre de 2008), examina las opciones disponibles para la gestión de los biorresiduos. Presenta información general sobre las políticas actuales en materia de gestión de los biorresiduos, y recaba opiniones sobre la manera de mejorar la gestión de éstos de acuerdo a la jerarquía de residuos, a las ventajas 9

10 económicas, sociales y medioambientales, así como los instrumentos políticos para conseguirlos. Se concluye señalando que la cantidad de biorresiduos, aunque estabilizada en los últimos años, podría aumentar, y que es preciso prevenir mejor la generación de estos residuos, limitar su depósito en vertederos (solución de gestión de residuos menos conveniente y que debe reducirse al mínimo posible), y para ello, se contempla, entre otras opciones (como la recuperación de energía mediante la digestión anaerobia, para la producción de biogás, o la mejora en la eficiencia de la incineración, utilizando la cogeneración de calor y electricidad), el reciclado de los biorresiduos para producir compost. La Comunicación sobre los Biorresiduos (Comunicación de la Comisión al Consejo y al Parlamento Europeo sobre futuras etapas en la gestión de biorresiduos en la Unión Europea, de fecha 18 de mayo de 2010) confirma que la mejora de la gestión de los biorresiduos en la Unión Europea tiene un gran potencial de beneficios ambientales y económicos que todavía está sin explotar. La Comunicación propone a los estados miembros una serie de acciones prioritarias a desarrollar para optimizar la gestión de los biorresiduos. Acciones que se deberán ver acompañadas por una serie de iniciativas de apoyo suplementarias a nivel de la Unión Europea, junto con incentivos a escala nacional y una gestión de los residuos acorde a la jerarquía de residuos. Se indica en esta Comunicación que los Estados miembros deben promover la producción y el uso del compost de biorresiduos limpios, es decir, el que se obtiene de los biorresiduos obtenidos a través de un sistema de recogida selectiva. Asimismo, considera que los Estados Miembros deben hacer prioritario una implementación de los instrumentos legales de la Unión Europea con vista a la gestión de los biorresiduos. En la actualidad no existe una legislación comunitaria global relativa al tratamiento de los biorresiduos y del uso del compost. Sin embargo, algunas normas regulan aspectos específicos, como el Reglamento de Agricultura Ecológica (Reglamento (CE) nº 834/2007 del Consejo, de 28 de junio de 2007, sobre producción y etiquetado de los productos ecológicos), que establece condiciones para la utilización del compost en agricultura ecológica, o la Estrategia Temática para la Protección del Suelo (COM (2006) 231), que sugiere la utilización de compost en suelos degradados como fuente de materia orgánica estable para la formación de nuevo humus. En este sentido, la resolución del Parlamento Europeo de 6 de julio de 2010, sobre el Libro Verde de la Comisión relativo a la gestión de los biorresiduos en la Unión Europea (2009/2153(INI)), indica 10

11 que las normas relativas a la gestión de biorresiduos se encuentran dispersas, y que los instrumentos legislativos actuales no bastan para alcanzar los objetivos de una gestión eficiente de los biorresiduos. Por lo tanto, insta a la Comisión a que se revise la legislación aplicable a los biorresiduos, y que de acuerdo al principio de subsidiariedad, elabore una propuesta de directiva específica antes de finales de 2010, que incluya, entre otras cosas: 1) el establecimiento de un sistema de recogida selectiva para los estados miembros, salvo en aquellos casos en los que no sea una buena opción desde el punto de vista medioambiental y económico; 2) El reciclado de los biorresiduos; y 3) Un sistema de clasificación cualitativa de los distintos tipos de compost que se obtienen a partir del tratamiento de los biorresiduos. 2. Normativa Estatal La Ley de Residuos (Ley 10/1998, de 21 de abril, de residuos), tiene por objeto prevenir la producción de residuos y establecer el régimen jurídico de su producción y gestión. Esta ley prevé la elaboración por parte de la Administración General del Estado de los planes nacionales de residuos, mediante la integración de los distintos planes autonómicos de residuos. Las entidades locales pueden elaborar sus propios planes de gestión de residuos urbanos. La ley de residuos establece que la autorización administrativa de las actividades de valorización y eliminación de residuos deberá concederla el órgano competente en materia medioambiental de la Comunidad Autónoma. El Real Decreto sobre el Vertido de Residuos (RD 1481/2001, de 27 de diciembre, por el que se regula la eliminación de residuos mediante depósito en vertedero) que traspone la Directiva 1991/31/CE, y establece que la Administración General del Estado y las Administraciones de las Comunidades Autónomas elaborarán un programa conjunto de actuaciones para reducir los residuos biodegradables destinados a vertedero, a través del reciclado, compostaje y otras formas de valorización. El II Plan Nacional de Residuos, el Plan Nacional Integrado de Residuos para el periodo , introduce la Estrategia para Reducir los Residuos Biodegradables destinados a Vertederos. Los 11

12 criterios a aplicar que se consideran para reducir el vertido de los residuos biodegradables son, por orden de preferencia, la prevención, la valorización (compostaje y biometanización) y por último la valorización energética. Entre las medidas concretas que se proponen, podemos resaltar las siguientes: 1) Establecimiento de acuerdos voluntarios, convenios de colaboración, proyectos piloto para implantar la recogida selectiva de la fracción orgánica y de residuos verdes de parques y jardines en municipios, y 2) la adopción de una norma española sobre recogida selectiva de fracción orgánica, tratamiento biológico y producción de compost de calidad. Actualmente el Ministerio de Medio Ambiente está llevando a cabo la transposición de la Directiva Marco de Residuos. El Borrador del Anteproyecto de Ley de Residuos y Suelos Contaminados, en la versión de 10 de junio de 2010, en el artículo 28, la sección de biorresiduos, establece que las autoridades ambientales, dentro de su ámbito competencial, deberán adoptar las medidas adecuadas para conseguir la recogida separada de biorresiduos con vistas al compostaje o la digestión anaerobia de los mismos. De tal forma que antes de 2016 se recoja un 20% de los biorresiduos al objeto de alcanzar el 40% en el La manera de lograr estos objetivos propuestos es a través de: 1.- El compostaje doméstico, 2.- La recogida separada de la fracción vegetal, 3.- La recogida en grandes generadores, 4.- La recogida de la fracción orgánica de los residuos domésticos También se adoptarán medidas para promover el uso del compost, y para el tratamiento de biorresiduos recogidos separadamente, de manera que se logre un alto grado de protección del medio ambiente en instalaciones específicas sin que se produzca la mezcla con residuos mezclados a lo largo del proceso. El Real Decreto sobre Fertilizantes (RD 824/2005, de 8 de julio, sobre productos fertilizantes) es la única norma que existe en la actualidad que hace referencia a la calidad del compost y establece los valores límite para el contenido de metales pesados en fertilizantes. 12

13 3. Normativa Autonómica La Ley de Residuos de la Comunidad de Madrid (Ley 5/2003, de 20 de marzo, de Residuos de la Comunidad de Madrid) obliga a la elaboración de planes en materia de residuos. En esta Ley, el compostaje sólo aparece en la definición de reciclado. En la Estrategia de Residuos de la Comunidad de Madrid, , en cuanto a la producción y gestión de los residuos biodegradables, éstos son tenidos en cuenta únicamente en relación al objetivo de reducción de los mismos. Este objetivo contempla que antes del 16 de julio de 2016, la cantidad total en peso de los RSU biodegradables que se destinan a vertedero no deberá superar el 35% de la cantidad de RSU biodegradables que se produjeron en Esta Estrategia de Residuos indica que el compostaje se utiliza principalmente como un tratamiento de la fracción resto, y considera que se obtienen unos rendimientos bajos para este proceso, indicándose que se genera una gran cantidad de rechazo, que se terminan gestionando de otra manera (valorización energética, depósito en vertedero ). La Estrategia señala que la Comunidad de Madrid impulsará la creación de mancomunidades de municipios, ya que, según indica, esta es la figura administrativa que mejor responde a las necesidades de gestión de residuos que tienen los municipios madrileños, que les proporcionarán la capacidad para asumir las competencias que les serán de atribución por la normativa vigente. Por lo tanto, se pretende encaminar hacia un modelo de gestión basado en la responsabilidad de los Ayuntamientos en cuanto a la gestión de los residuos. 4. Normativa Local La Ordenanza para la protección del Medio Ambiente del Ayuntamiento de Getafe, no especifica nada en relación a la gestión de residuos mediante compostaje. Únicamente hace referencia a gestión de restos de poda y jardinería, indicando que deben de ser los propietarios y responsables de las zonas ajardinadas quienes deben recoger y eliminar los residuos generados en estas áreas, mediante gestor autorizado o por sus propios medios. 13

14 2.2 Normativa medioambiental de aplicación para el diseño de la planta de compostaje A continuación se indica la legislación que debe cumplir la instalación de una planta de tratamiento de residuos vegetales en el municipio de Getafe, para el procesamiento de una cantidad que no supera las 10 toneladas al día. Ordenanza General para la protección del Medio Ambiente del municipio de Getafe. Orden ministerial de 18 de octubre de 1976, sobre la prevención y corrección de la contaminación industrial de la atmósfera. Ley 10/1993, de 26 de octubre, sobre Vertidos Líquidos Industriales al Sistema Integral de Saneamiento. Ley 10/1998, de 21 de abril, de Residuos. Decreto 78/1999, de 27 de mayo, por el que se regula el régimen de protección contra la contaminación acústica de la Comunidad de Madrid. Ley 2/2002, de 19 de Junio, de Evaluación Ambiental de la Comunidad de Madrid. Ley 5/2003, de 20 de marzo, de residuos de la Comunidad de Madrid. Real Decreto 9/2005, de 14 de enero, por el que se establece la relación de actividades potencialmente contaminantes del suelo y los criterios y estándares para la declaración de suelos contaminados. Decreto 57/2005, de 30 de junio, por el que se revisan los Anexos de la Ley 10/1993, de 26 de octubre, sobre vertidos líquidos industriales. Orden 2690/2006, de 28 de julio, del Consejero de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio, por el que se regula la gestión de los residuos de construcción y demolición en la Comunidad de Madrid. 14

15 Ley 34/2007, de 15 de noviembre, de Calidad del Aire y Protección de la Atmósfera. Resolución de 12 de marzo de 2009, por la que se desarrollan procedimientos de vigilancia y control de la contaminación atmosférica industrial en la Comunidad de Madrid. Orden 2726/2009, de 16 de julio, por la que se regula la gestión de los residuos de construcción y demolición en la Comunidad de Madrid. Real Decreto 100/2011, de 28 de enero, por el que se actualiza el catálogo de actividades potencialmente contaminadoras de la atmósfera y se establecen las disposiciones básicas para su aplicación. 15

16 3. COMPOSTAJE 3.1 Qué es el compostaje? El compostaje es un proceso que implica la descomposición biológica aeróbica de la materia orgánica por parte de microorganismos. Esta biodegradación se da cuando la materia orgánica está en presencia de aire y humedad, y se obtiene un producto estable, el compost, similar al humus, de color oscuro y formado por partículas finas, con mejores propiedades físicas y químicas que el material original. Los residuos orgánicos biodegradables se transforman así, mediante una oxidación química, produciendo CO 2, H 2 O, calor y materia orgánica estabilizada, según el siguiente esquema. Proceso de compostaje Calor H 2 O CO 2 Materia Orgánica (incluyendo carbono, energía química Minerales (incluyendo N y otros nutrientes) Agua Microorganismos Material de partida Sitio de compostaje Materia orgánica (incluye carbono, energía química, nitrógeno, humus), minerales, agua, microorganismos Compost O 2 16

17 El contenido en agua, proteínas, energía química y carbono del compost obtenido es menor que el que está presente en el material de partida. El compost obtenido tiene más humus, y tiene un volumen de la menor de la mitad que el material de partida. Un compost de buena calidad estará libre de malas hierbas y de organismos que pueden ser patógenos para las personas, los animales o las plantas. El compostaje es un proceso que ocurre en la naturaleza de manera natural, pero normalmente transcurre de manera lenta. Para optimizar el tiempo de compostaje, es preciso controlar algunas condiciones ambientales durante el proceso de fabricación del compost, como se tratará más adelante. 3.2 Beneficios del compostaje Los residuos sólidos urbanos contienen hasta un 70 por ciento en peso de material orgánico. Los restos vegetales, que pueden llegar a constituir hasta el 20 por ciento de los residuos sólidos urbanos, pueden contener proporciones aun mayores de materia orgánica En los últimos años, la popularidad del compostaje está aumentando debido a numerosos factores, como son el aumento de las tasas por depósito en vertedero, la cada vez menor superficie disponible de los vertederos, las medidas cada vez más restrictivas que imponen las agencias regulatorias y organismo gubernamentales. Además, entre las ventajas que presenta el uso del compost, podemos enumerar las siguientes: Mejora sobre la estructura del suelo El compost, debido a su estructura aterronada, facilita la formación de conglomerados del suelo permitiendo así mantener una correcta aireación y humedad del mismo. 17

18 Mejora sobre las propiedades del suelo Se trata de un producto natural, sin compuestos químicos y libre de patógenos, que puede actuar como bactericida y/o fungicida. Efectos sobre los nutrientes de las plantas. Es un excelente abono natural para las plantas, al ser un producto rico en nutrientes y macronutrientes Beneficios económicos. La producción de compost a partir de residuos va a evitar la adquisición de abonos o nutrientes. 3.3 Fases del proceso de compostaje El proceso de compostaje se puede dividir en 3 fases: Fase mesófila, fase termófila y fase de enfriamiento y maduración Fase mesófila Los organismos mesófilos, aquellos que crecen mejor a temperaturas entre 25 y 45º C, son los que dirigen el proceso en su fase inicial, cuando la temperatura es relativamente baja. Estos organismos producen la digestión de los carbohidratos y de los sacáridos de bajo peso molecular, para obtener energía, transformándolos en dióxido de carbono (CO 2 ) y agua (H 2 O), y generando calor durante el proceso. La velocidad del proceso, lenta al principio, debido a que la población de microorganismos es menor, aumenta a las primeras horas o días, a medida que estas poblaciones crecen. Cuando las temperaturas alcanzan un valor próximo a los 40ºC, los mesófilos mueren o quedan en estado latente, esperando a que las condiciones se reviertan, y comienza la siguiente fase 18

19 3.3.2 Fase termófila Los organismos termófilos se vuelven activos a temperaturas entre 40 y 70 ºC, y comienzan a consumir el material disponible, multiplicándose rápidamente y reemplazando a los organismos mesófilos. En esta fase se comienza a producir la descomposición de las proteínas y de los hidratos de carbono superiores. Aumenta el valor del ph, debido a la acumulación de amoníaco, y de la temperatura. Las temperaturas elevadas que se alcanzan sirven para matar a la mayoría de las sustancias y organismos patógenos Fase de enfriamiento y maduración Los organismos termófilos continúan descomponiendo el material hasta que los nutrientes y fuentes de energía comienzan a agotarse. A medida que esto ocurre, la actividad de los termófilos disminuye, y con ello también lo hace la temperatura de la pila. Los organismos mesófilos vuelven a controlar el proceso de descomposición hasta que vuelve a haber disponible más fuentes de energía. Es en esta fase cuando se produce la estabilización del compost. Cantidad de organismos presentes en una muestra de compost Número por gramo de compost húmedo Microorganismos Mesófila Inicial Termófila (40- Mesófila (de 70ºC Nº de especies (40ºC) 70ºC) a enfriamiento) identificadas Bacteria Mesófila Termófila Actinomicetos termófilos Hongos Mesófilos Termófilos

20 3.4 Factores que influyen en el proceso de compostaje Para que los microorganismos dispongan de un medio con las características óptimas para su desarrollo, es preciso mantener unas condiciones ambientales adecuadas que maximicen la actividad microbiana y la velocidad de compostaje. Estos factores que se pueden controlar para favorecer la proliferación y actividad de los microorganismos, pueden ser de tipo físico o químico, tal y como se describe a continuación: Factores químicos Fuente de C o de energía Los microorganismos que intervienen en el proceso tienen básicamente las mismas necesidades nutricionales (nitrógeno, fósforo, potasio y otros oligoelementos) que las plantas superiores. El carbono que está presente en materiales naturales o en materiales fabricados por las personas, puede ser o no biodegradable. Por ejemplo, muchos tipos de microorganismos pueden descomponer el carbono de los azúcares, pero muy pocos tipos pueden descomponer el carbono de las ligninas (que está presente en las fibras de la madera), ya que son unas moléculas muy grandes y complejas, y el carbono de los plásticos puede que no sea biodegradado por ningún microorganismo. Como el carbono de la mayoría de los residuos municipales y los provenientes de la agricultura y de los restos vegetales contiene las cantidades adecuadas de formas de carbono biodegradable, éste no va a ser un factor limitante en el proceso de compostaje. Como los microorganismos descomponen las formas de carbono que son más fácilmente degradables, una parte pequeña del carbón se convierte en células microbianas, y otra pequeña parte se transforma en dióxido de carbono que se libera a la atmósfera. A medida que se desarrolla el proceso de compostaje, la pérdida neta de carbono tiene como resultado una disminución en el peso y el volumen de la materia prima (y por ende, del compost producido). Las formas de carbono que se descomponen con más dificultad van a formar la matriz de la estructura física del compost o producto final. 20

21 Relación Carbono Nitrógeno (C/N) De entre los nutrientes vegetales (fósforo, nitrógeno y potasio), el nitrógeno es el que presenta más problemas debido a su escasez en algunos materiales. Además, éste es necesario para el crecimiento y el funcionamiento celular de los microorganismos. Los otros dos nutrientes no son un factor limitante en los residuos sólidos urbanos municipales o en los residuos vegetales. Es por ello que se considera determinante la relación entre el carbono y el nitrógeno (relación C/N) a la hora de obtener un compost de calidad. La relación de C/N debe establecerse en función del C disponible, no en función del carbono total presente en la muestra. Por lo general, se considera ideal para el desarrollo de los microorganismos una relación de C/N en torno a 30:1. Una relación de C/N superior a ésta tenderá a retrasar el proceso de descomposición, y una menor de 25:1 puede producir problemas de olores, al impedirse la descomposición del material y liberarse nitrógeno a la atmósfera en forma de amoníaco. Las relaciones de C/N para los restos vegetales (materiales verdes y húmedos como césped, plantas, restos de fruta y verdura) suelen ser bajas, entre 20 y 80:1, ya que tienen un alto contenido en nitrógeno. Las de restos de madera suelen oscilar entre 400 y 700:1, al tener más contenido de carbono. Como a medida que el proceso de compostaje avanza se va consumiendo C, la relación C/N en la muestra irá disminuyendo, hasta alcanzar unos valores entre 15 y 20:1 en el compost madurado Humedad Los microorganismos requieren agua para asimilar los nutrientes, metabolizar nuevas células, y para reproducirse. También producen agua como parte del proceso de descomposición de la materia orgánica. Si se dan niveles con un contenido en humedad superior al 70%, el agua se va a acumular más rápido de lo que se va a eliminar a través de la aireación o evaporación, y se va a impedir el flujo de oxígeno, dando como resultado unas condiciones anaerobias. 21

22 El agua es un ingrediente clave que transporta las sustancias dentro de la masa que se está compostando y permite que los nutrientes sean química y físicamente accesibles para los microorganismos. Si el nivel de humedad desciende por debajo del 40%, los nutrientes no van a encontrarse en un medio acuoso que permita su fácil acceso a los microorganismos. Por lo tanto, vamos a considerar adecuado un intervalo entre 50 y 70% de contenido en humedad a la hora de tener un entorno óptimo para los microorganismos que van a descomponer la materia orgánica Oxígeno Aunque los procesos de compostaje pueden ocurrir tanto en presencia de oxígeno (condiciones aerobias) como en ausencia de éste (condiciones anaerobias), el compostaje en condiciones aerobias es mucho más rápido, entre 10 y 20 veces más, que en condiciones anaerobias. Además, el compostaje en condiciones anaerobias tiende a generar malos olores, ya que se producen aminas (C-NH 2 ), sulfuro de hidrógeno (H 2 S) y metano (CH 4 ). El oxígeno va a permitir que los microorganismos oxiden los compuestos orgánicos presentes en la materia prima. Si estos microorganismos no tienen acceso al oxígeno, que se encuentra presente en el aire (el aire ambiente contiene un 21% de oxígeno), los microorganismos aerobios disminuirán, y en su lugar comenzarán a desarrollarse los anaerobios. Esto último va a ocurrir si el contenido en oxígeno disminuye por debajo del 5%. Por lo tanto, se puede considerar adecuada una concentración de nitrógeno entre 10 y 15%. La pila de compost debe tener suficiente espacio hueco en su interior que permita el movimiento del aire, de modo que el oxígeno atmosférico pueda entrar dentro de la pila de compostaje y a su vez se permita que el CO 2 y otros gases generados se libren a la atmósfera. Por lo tanto, el oxígeno se puede suministrar al mezclar o voltear la pila, o usando sistemas de aireación forzada. Sin 22

23 embargo, hay que tener en cuenta que un exceso de aireación provocará una eliminación de calor, enfriando por lo tanto la pila. Además, demasiada aireación puede conducir a un exceso de evaporación, que disminuirá la velocidad de compostaje Acidez / Alcalinidad (ph) El ph va a afectar a la cantidad de nutrientes que va a estar disponible para los microorganismos, a la solubilidad de los metales pesados y a la propia actividad metabólica de los microorganismos. Las bacterias se desarrollan mejor en un medio con un ph entre 6 y 7,5. Los hongos soportan mejor las variaciones de ph del medio, y prefieren unos niveles de ph entre 5,5 y 8. Por lo tanto, si el ph cae por debajo de 6, las bacterias morirán, y la descomposición se ralentizará. Si el ph aumenta hasta un valor de 9, el nitrógeno se convertirá en amoníaco, y se volverá inaccesible para los microorganismos. Por lo tanto, se va a considerar óptimo un valor de ph entre 6 y 8. A lo largo de todo el proceso de compostaje, el valor del ph va a variar, obteniéndose valores ácidos al principio del proceso, cuando se forman ácidos orgánicos (ph desciende hasta 4,5-5). En este punto, los hongos que toleran el medio ácido descomponen los ácidos, y el nivel de ph aumenta gradualmente, hasta un nivel más neutro, para terminar alcanzando un valor de 8,5 9. A medida que esto ocurre, aumenta el número de bacterias en el proceso de compostaje. Si el ph no aumenta, puede ser un indicador de que el compost obtenido no está lo suficientemente maduro Factores físicos Tamaño de partícula El tamaño de partícula del material a compostar afecta al proceso de compostaje. En general, a menor tamaño de partícula del material de partida, mayor velocidad de compostaje. Al disminuir el tamaño de partícula, aumenta la superficie total de éstas por unidad de peso, lo que facilita una mayor actividad microbiana en las superficies y por lo tanto una mayor velocidad de 23

24 descomposición. Además, partículas más pequeñas en la pila de compostaje van a permitir una mezcla más homogénea y con ello un mejor aislamiento, que va a ayudar a mantener las temperaturas óptimas en la pila de compostaje. Sin embargo también conviene tener en cuenta que si las partículas del material a compostar tienen un tamaño demasiado pequeño, van a compactarse demasiado, dejando poco espacio libre entre ellas, y dificultando de este modo la circulación del aire. El tamaño de partícula deberá tener suficiente área superficial para permitir una buena actividad microbiana y mantener la temperatura, pero también deberá tener suficientes huecos entre ellas que permitan circular el aire y con ello la respiración de los microorganismos. En los residuos sólidos urbanos y restos vegetales, este tamaño idóneo de partícula que tenga la combinación deseada de área superficial de partícula y espacio libre entre ellas se puede conseguir mediante una reducción del tamaño de partícula de los residuos utilizados. Además, también se puede hacer una reducción del tamaño de partícula del compost maduro para mejorar la apariencia estética de éste Temperatura La temperatura es un factor crítico que determina la velocidad de descomposición que tiene lugar en la pila de compostaje. Los microorganismos que intervienen en el proceso de compostaje tienen un intervalo óptimo de temperatura entre los 45 y 59ºC. Si las temperaturas son menores de 20ºC, los microorganismos no van a proliferar, y por lo tanto, el proceso de descomposición de la materia orgánica se va a ralentizar. Si por el contrario la temperatura supera los 65ºC, algunos de los microorganismos pueden morir o inhibirse, y esta reducción en la diversidad de organismos se produce una disminución en la velocidad de descomposición. 24

25 Es importante mantener un intervalo de temperatura óptimo para los microorganismos termófilos, porque se produce un compostaje rápido y además se destruyen patógenos y malas hierbas. Esta destrucción de patógenos se logra cuando se mantiene el compost a una temperatura mayor de 55ºC durante un periodo de tiempo de al menos 3 días, teniendo que estar todas las fracciones del material compostado expuestas a estas temperaturas. Alcanzar y mantener temperaturas de 55ºC durante un periodo de tiempo de 3 días es sencillo para sistemas de compostaje en reactores (in-vessel). Sin embargo, para asegurar una correcta eliminación de patógenos en los sistemas de compostaje en pilas estáticas o en hileras, las temperaturas deben mantenerse durante un mínimo de 15 días, tiempo en el cual las pilas deben voltearse al menos 5 veces, teniendo además especial cuidado en evitar el contacto entre el material que ha alcanzado esta temperatura y el que no, para evitar posibles contagios. 3.5 Técnicas de compostaje Las técnicas de compostaje son numerosas, y la selección de ésta dependerá del uso que se quiera dar al compost, del tipo de residuos que se va a usar como materia prima, del uso final que se pretenda dar al producto obtenido, de la cantidad de material a procesar algunos de los principales métodos de compostaje que se emplean en la actualidad son los siguientes: 1. Pilas estáticas 2. Pilas o hileras de volteo 3. Pilas estáticas aireadas 4. Reactores (sistemas in-vessel) Pilas estáticas Aunque se trata de un método sencillo y normalmente es efectivo, no se aplica bajo todas las condiciones o a todo tipo de materiales. Consiste en varios montones de residuos, con una altura 25

26 suficiente que permita mantener el calor, aunque no tan altos que produzcan un sobrecalentamiento en el interior. Si la temperatura interna supera los 60ºC, el material que se está compostando puede combustionarse, y destruir los microorganismos que llevan a cabo el compostaje. Los montones van a permanecer sin moverse durante casi todo el proceso (únicamente se van a voltear una vez al año), por lo que la aireación del material se va a producir de una manera pasiva. Es una técnica muy lenta, que va a necesitar al menos un año para obtener un compost de calidad. Ventajas: o o o Se pueden obtener buenos resultados con materiales de partida homogéneos. Tiene unos bajos costes de implementación. Gasto de personal es muy bajo. Desventajas o o o o Puede requerir más de un año para que se finalice el proceso de compostaje. El mínimo volteo de las pilas puede provocar que se den condiciones anaeróbicas en el interior de la pila, lo que originaría malos olores. La ubicación de la planta debería estar alejada de zonas residenciales, debido a la posible aparición de malos olores. Es necesaria una gran superficie para la instalación de la planta Pilas o hileras de volteo Una hilera es una pila de sección triangular, cuya longitud excede su anchura y su altura. La anchura es por norma general el doble que la altura. La altura ideal debe ser suficiente para generar el suficiente calor y mantener las temperaturas, y a su vez permitir la difusión del 26

27 oxígeno al centro de la pila. Para la mayoría de los materiales, la altura ideal está entre 1 y 2,5 metros, y la anchura entre 4 y 5 metros. El volteo de la pila permite introducir aire dentro de ésta, y aumenta la porosidad, de modo que se facilita también la aireación pasiva a través del flujo permanente del aire atmosférico. Las hileras deben ubicarse en una superficie que permita su volteo de una forma sencilla. El equipo de volteo usado va a determinar el tamaño del patio de compostaje, la separación entre hileras y el tamaño de las pilas (y con ello, la superficie necesaria para ubicar la planta de compostaje). Las volteadoras, por ejemplo, permitirán tratar gran cantidad de material, y trabajan sobre la propia hilera. Además, con el volteo de la pila también se fomenta la descomposición uniforme de los restos vegetales, al mezclarse las capas más externas de la hilera con las más internas, que tienen una temperatura más elevada y una mayor actividad microbiana. El volteo debe realizarse una vez por semana, aunque puede ser necesario un volteo más frecuente. Las hileras con el material a compostar pueden ubicarse al aire libre o a cubierto. Esta última opción minimizará los posibles problemas generados por los lixiviados. Ventajas: o o Coste de inversión en material y equipo es bajo Coste de funcionamiento es bajo Desventajas o Es necesaria una gran superficie 27

28 3.5.3 Pilas estáticas aireadas También se denominan pilas de aireación forzada, y consiste en la disposición de los residuos en pilas o hileras encima de una rejilla o de unos tubos perforados. A través de unos ventiladores o sistemas de soplado, se va a bombear aire a través de los tubos, y consecuentemente a través de los materiales que se están compostando, lo que va a permitir la aireación de éstos. Es posible impulsar el aire a través de la pila o hilera de residuos por presión o por succión. Este último es más eficaz a la hora de controlar la emisión de olores (es necesaria la presencia de un filtro de olores), sin embargo, es menos efectivo al enfriar la pila, lo que representa un problema cuando las altas temperaturas son una preocupación principal. Puede ser necesario tapar la parte superior de la pila con una capa de compost madurado o con un agente aglomerante, para evitar pérdidas de humedad y de calor en la pila, y para filtrar olores indeseados que se pudieran generar durante el proceso de compostaje, como la aparición de amoníaco. Es preferible que los residuos a tratar tengan un tamaño homogéneo, para lo cual sería conveniente triturarlo antes de disponerlo encima de los sistemas de aireación. El proceso de fermentación de los residuos vegetales puede realizarse en un periodo de tiempo entre 1 y 2 meses, al igual que el proceso de maduración. Ventajas: o o Posibilidad de procesamiento de gran cantidad de residuos. La producción de compost requiere normalmente entre 6 y 12 semanas. 28

29 Desventajas o Es necesaria una mayor inversión en equipamientos (tubos de aireación, bombas de insuflación o succión de aire, filtros de olores, controles de temperatura ) Reactores (sistemas in-vessel) En los sistemas de compostaje de reactor (in vessel) la mezcla se introduce en un contenedor o reactor que proporciona las adecuadas mezcla, aireación y humedad, estando controlados todos los parámetros de manera mecánica. La elección de un sistema de compostaje de tipo reactor dependerá de los restos vegetales que se van a usar como materia prima, del volumen total del material del material que se va a compostar, del capital disponible, de las características del lugar donde se plantea instalar, de la disponibilidad de tecnología En general, existen 5 tipos de sistemas de compostaje en reactor: 1. Contenedores aireados de forma pasiva 2. Contenedores aireados de forma mecánica 3. Contenedores aireados y agitados 4. Tambores rotatorios, y 5. Lechos agitados Cada uno de estos sistemas requiere los siguientes elementos: - Un contenedor, que debe permitir el flujo de aire y la recogida de lixiviados. - Maquinaria de carga y de mezcla, que permita mezclar a fondo el material de partida y cargarlo en el contenedor. - Un biofiltro, que puede estar relleno de compost, o serrín, para controlar olores. - Un sistema para monitorizar el proceso. 29

30 - Un sistema de descarga del material compostado. - Un espacio para curar el compost. Por lo general, el compostaje en reactores (in vessel) se usa cuando el ingrediente principal a compostar está formado principalmente por restos de comida o algún otro resto con alto contenido en nitrógeno, donde los patógenos a eliminar puede resultar un problema. Los sistemas de compostaje en reactor están diseñados, en principio, para cumplir con los requisitos que marca la EPA (Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos), que son mantener la muestra durante 3 días a una temperatura de 55ºC o más, con el fin de eliminar los patógenos. Dado que los restos vegetales sólo contienen patógenos derivados de los vegetales y malas hierbas, no es necesario utilizar un sistema que elimine patógenos peligrosos. Por este motivo, estos sistemas no se suelen usar para tratar restos vegetales en exclusiva, ya que suelen requerir una inversión mucho mayor en relación con otras tecnologías de compostaje. El material permanece en el interior del contenedor durante un periodo de tiempo entre 7 y 24 días, y posteriormente se saca para su maduración, lo que conlleva otros días para completarse. La maduración permite que el compost se estabilice biológicamente, terminando el proceso de destrucción de patógenos. Como los patógenos no están presentes en el compost procedente de restos vegetales, es posible que el producto obtenido del compostaje de restos vegetales en un sistema de reactor (in vessel) se pueda aplicar directamente al suelo, y no sea preciso un periodo de maduración. Las ventajas que presentan estos sistemas, en relación a los vistos anteriormente, son las siguientes: o o o o o Control de gases y olores que se generan en el proceso. Menores requisitos de superficie, por lo que se necesitará menos espacio a la hora de diseñar la planta. Menores requisitos operacionales, ya que se necesita menos tiempo para cargar y descargar el contenedor que el que se requiere para operar los sistemas anteriores. Un producto final más consistente. Las instalaciones son estéticamente más atractivas. En cuanto a las desventajas, la principal es el elevado coste de adquisición del equipo o reactor de compostaje. 30

31 3.6 Sistemas evaluados para su implantación en el municipio de Getafe Los sistemas de compostaje más usados en la actualidad son los sistemas de reactor (in-vessel) y las hileras de volteo. Para la obtención de compost a partir de residuos vegetales el sistema más extendido es el de hileras de volteo. Los sistemas de tipo reactor suelen utilizar, además de residuos vegetales, otra materia prima para la obtención de compost: restos de comida, lodos de depuradora, estiércol De los otros dos sistemas de compostaje, el sistema de pilas estáticas no es a priori apto para su uso en el municipio, ya que los tiempos necesarios para la producción del compost son muy elevados, además de presentar problemas de malos olores. El sistema de aireación forzada requeriría más espacio que el sistema in-vessel, y una inversión en equipo bastante elevada. Más adelante, se realizará una evaluación técnica y una comparación de un sistema de compostaje tipo reactor con un sistema de compostaje en hileras de volteo, con el fin de averiguar cuál de los dos sistemas se adapta más a las necesidades de un municipio como Getafe. 31

32 4. CARACTERIZACIÓN DEL COMPOST OBTENIDO A PARTIR DE RESTOS DE PODA (Análisis del compost producido en la planta de compostaje de Migas Calientes, en Madrid) La planta de Migas Calientes es un ejemplo de planta de tratamiento de restos vegetales similar a la planta objeto del presente estudio, aunque a distinta escala. Es una instalación compostaje de restos de poda del Ayuntamiento de Madrid, que trata los residuos vegetales de la ciudad. Entre el 60 y el 70% del material que se usa es material leñoso, proveniente de pinos, plátanos, olmos y castaños de indias, y el resto está formado por hojas, ramas y restos de siega de césped. La proporción sería similar a la que se quiere utilizar en el diseño de la planta del presente anteproyecto, si bien la capacidad de procesamiento sería mucho menor de las aproximadamente toneladas al año que trata la planta de Migas Calientes. A continuación, se indican los valores obtenidos en los análisis químicos, físicos y físico-químicos del compost producido a partir de restos vegetales, formados por composición del 65% de restos de podas y el 35% restante procedente de restos de hojas y césped. Análisis físicos: Retención del agua y otras propiedades físicas de la muestra de compost AFD (% vol) CA (% Vol) AR (% Vol) EPT (% Vol) DA (Kg m -3 ) 9,2 48,9 9,2 88,7 426 AFC: agua fácilmente disponible, CA: capacidad de aireación, AR: agua de reserva, EPT: espacio poroso total, DA: densidad aparente Los parámetros que se muestran en la tabla anterior se basan en la curva de retención de agua. El agua fácilmente disponible (AFD) es la diferencia entre el volumen de agua retenida por el sustrato después de haber sido saturado con agua y dejado drenar a 10 cm de tensión matricial (equivalente a 10 cm de altura del contenedor), y el volumen de agua presente en dicho sustrato a una succión de 50 cm de c.a. La capacidad de aireación (CA) es la proporción del volumen del sustrato de cultivo que contiene aire después de que dicho sustrato ha sido saturado con agua y dejado de drenar, normalmente a 10 cm de tensión. 32

33 El agua de reserva (AR) es la cantidad de agua (% en volumen) que libera un sustrato al pasar de 50 a 100 cm de c.a. El espacio poroso total (EPT) es el volumen del sustrato no ocupado por partículas orgánicas ni minerales. La densidad aparente es la masa seca del material sólido por unidad del sustrato húmedo, incluyendo el espacio poroso de las partículas. La metodología más difundida para determinar los valores ideales de un sustrato, fue la propuesta por De Boodt y Verdonck en Ésta indica que un sustrato ideal debe mostrar un 85% de porosidad, 20-30% de capacidad de aireación (CA) y agua fácilmente disponible (AFD), y agua de reserva (AR) entre 4% y 10%. Los valores de densidad aparente óptimos propuestos son de 400 Kg m -3. Mezclando el producto obtenido con arena (10%), hojas trituradas (10%) y turba (20%), se obtiene un producto con valores de 18,4% AFD y de 31,5% de AR, que se aproximan mucho a los valores óptimos del sustrato. Análisis del tamaño de partícula de la muestra de compost > 8 (mm) ,5-1 0,5-0,25 0,25-0,1 < 0,1 7,9% 18,3% 22,1% 15,5% 11,4% 10,7% 9,9% 4,2 La distribución del tamaño de partícula de un sustrato determina el espacio poroso, la densidad aparente y las capacidades de retención de aire y agua. Una gran cantidad de las más pequeñas, de las menores de 0,1 mm, obstruirán los poros, aumentando la capacidad de retención de agua disponible y disminuyendo la porosidad por aire retenido. 33