TRATAMIENTO BIOLÓGICO MECÁNICO Y BIORREACTORES

Transcripción

1 TRATAMIENTO BIOLÓGICO MECÁNICO Y BIORREACTORES Martínez Centeno, Luis Manuel Director Área de Residuos TECONMA, S.A. 1. INTRODUCCIÓN Antiguamente los residuos municipales no constituían un serio problema para la sociedad, puesto que se trataba de residuos eminentemente orgánicos y en cantidades pequeñas, incluso en los entornos rurales se pude decir que se cerraba el círculo, puesto que lo que se desechaba en los hogares se daba como comida a los animales, o bien se quemaban en lo que entonces se llamaba la cocina económica, que funcionaba con carbón, o en aquellos borrajos castellanos construidos con adobes de arcilla y que muchas veces tenían adosado un horno para cocer pan. A medida que la sociedad se ha ido haciendo cada vez más urbana, se han variado las costumbres adaptándose a las nuevas necesidades de consumo, análogamente también se ha modificado la composición de la bolsa de basura. Hoy en día ya no tiene cabida esa gestión individual de los residuos en el hogar, por su composición, por las implicaciones ambientales e incluso por la propia configuración de las cocinas modernas. Cuando la cantidad de residuos que se producían en los hogares de las ciudades empezó a representar un problema, se organizaron los servicios municipales de recogida y limpieza, siendo generalmente el primer destino que tuvieron dichos residuos el del vertedero. Rápidamente empezó a aparecer un nuevo problema, la quema de las basuras, unas veces voluntaria y otras de forma no deseada, aunque ello trajo como consecuencia favorable la de reducir el volumen de los residuos depositados. Muchas veces ese suceso ocurría como consecuencia de la combustión espontánea de los residuos, debido la fermentación de la materia orgánica de las basuras en los vertederos. Ante esa situación se decidió, por parte de las autoridades ambientales, la elaboración de normativas que regularan la gestión de lo residuos y pusieran coto al imparable aumento en la generación de los mismos. Actuando en consecuencia la legislación europea en materia de residuos, abanderando los principios de reducción, reutilización, reciclado y valorización, estableció unos requisitos cada vez más exigentes en contra del depósito en vertedero de materiales reciclables o valorizables y de materia orgánica. Una parte importante de los materiales que constituyen los Residuos Sólidos Urbanos son recuperables a través la recogida selectiva. La restante, que constituye la Fracción Resto, está constituida por materiales no separables fácilmente o no recuperables, pero ricos en energía

2 Para separar los diferentes materiales que componen los Residuos Sólidos Urbanos se necesita energía; por este motivo la separación en origen, mediante la Recogida Selectiva, representa en general el sistema más eficiente y el que se suele promover. Recoger y trasportar separadamente las distintas Fracciones comporta, sin embargo, una mayor utilización de materiales y energía, por ejemplo hacen falta más bolsas, más contenedores, más recogidas y más transporte. El mejor sistema es aquel que consigue que el Balance Ambiental sea máximo, o sea el que presenta un mejor ratio entre el consumo de energía y los materiales recuperados, una vez descontada la energía y los materiales utilizados para su recuperación. En general, puesto que los materiales recogidos separadamente necesitan menos energía para ser recuperados, pero más energía para ser recogidos, hay una situación intermedia óptima de la Recogida Selectiva que presenta los costes ambientales mínimos. El porcentaje óptimo de Recogida Selectiva no es fijo, sino que depende de los sistemas de recogida y de recuperación utilizados, del desarrollo tecnológico de los sistemas de tratamiento y de las características del Territorio. Fig. 1. Representación del punto donde los costes totales son mínimos para un determinado valor porcentual de la Recogida Selectiva Por estas razones y para el cumplimiento de sus objetivos, la Unión Europea apuesta por una Recogida Selectiva de los residuos municipales que evite la contaminación de los materiales presentes en los mismos y mejore de esta forma su posterior valorización. Así se ha impulsado además de la recogida tradicional de vidrio y papel/cartón, la recogida selectiva de envases y de la materia orgánica. Junto a esta recogida se hace necesario el desarrollo de tecnologías que permitan valorizar el contenido de las distintas fracciones o bien algún tipo de tratamiento que - 2 -

3 permita depositar en vertederos un residuo estabilizado e higienizado. Este tipo de tratamientos son los llamados tratamientos mecánico-biológicos y los biológicomecánicos (TMB y TBM). En esta ocasión se trata de analizar los tratamientos biológico-mecánicos: el biosecado como paso previo al tratamiento térmico o al biorreactor, y en este sentido, se presentará a modo de ejemplo el proceso BIOCUBI, desarrollado por la empresa italiana ECODEO Srl, integrado dentro de un sistema innovador en la gestión de residuos, que garantiza una alta fiabilidad y economía de explotación y mantenimiento. Este tipo de tratamiento está indicado tanto para la fracción resto (residuos en los que se han retirado los materiales reciclables mediante la recogida selectiva) como para residuos en bruto (sin separación en origen). En este proceso el residuo es sometido a un tratamiento biológico (biosecado o bioestabilización), con objeto de estabilizar la materia orgánica presente en el mismo por medio de una fermentación aeróbica y, en caso de considerarlo oportuno, a un tratamiento mecánico posterior para la selección de las diferentes fracciones, de forma que se presenta un amplio abanico de posibilidades, pudiéndose preparar un Combustible Sólido Recuperado (CSR) que permite una mejor valorización, el envío a biorreactores activables o, sencillamente enviar a vertedero un producto seco y estable que ayuda a cumplir con las condiciones de la directiva de vertido. 2. EL TRATAMIENTO BIOLÓGICO-MECÁNICO Como la fracción resto (al igual que los residuos sin separar) es una mezcla de residuos maloliente y portadora de patógenos, en primer lugar se hace necesario neutralizar esos inconvenientes, para lo que se somete a dicha fracción a un tratamiento biológico. Si además dicho tratamiento está desarrollado para obtener una mejor valorización de los residuos, se habrá dado un paso importante para la recuperación de la energía de los componentes orgánicos rápidamente degradables, y para secar los otros componentes que puedan ser valorizados. El principio de funcionamiento del proceso biológico es muy simple y tiene su origen en la necesidad de resolver el problema originado por la presencia de la fracción orgánica rápidamente degradable en los residuos urbanos (RSU). En primer lugar se realizaron estudios detallados de la composición de las diversas fracciones presentes en el residuo para determinar las reacciones bioquímicas que ocurren en la masa de la basura urbana. La fracción orgánica de degradación rápida de los RSU, debido a su riqueza en agua, carbono y sustancias nitrogenadas, es una fracción altamente putrescible e inestable, capaz de fermentar por vía aeróbica o anaeróbica. En el caso del proceso BIOCUBI, aplicando la escala industrial a las reacciones antes comentadas, se ha optado por la vía aeróbica, de forma que la Fracción Resto de los RSU es atacada por una población de microorganismos, que se nutren de los componentes más digeribles produciendo calor. El tratamiento se basa en una operación tan obvia como innovadora: - 3 -

4 Toda la fracción putrescible es oxidada aeróbicamente y la energía liberada (en forma de calor) es utilizada para secar e higienizar el residuo, con el objeto de obtener unas condiciones más eficientes y salubres para la posterior utilización de los materiales presentes en el mismo. A causa de la elevada temperatura que se alcanza en el interior de la masa de residuos (50-60 ºC), el proceso aeróbico es un eficaz sistema de estabilización, desodorización e higienización del material, con el objeto de obtener unas condiciones más eficientes y salubres para la posterior utilización de los materiales presentes en el mismo. Una característica del proceso analizado es el elevado nivel de eficiencia en el trasporte de aire a la masa de residuos. Esta eficiencia se obtiene mediante la trituración de los residuos en un tamaño óptimo y mediante un sistema de difusión de aire que permite una altura de la masa de residuos de hasta 5 6 m. Al final del proceso, se obtiene un material con un contenido en agua inferior al 20%, partiendo de un material con un contenido en torno al 35%. Ese material obtenido, llamado AMABILIS, contiene los otros componentes secos, inodoros e higienizados y es, por tanto, trasportable y almacenable. El vapor de agua se depura mediante el paso por un lecho de material de madera húmedo (Biofiltro), que absorbe y degrada los componentes volátiles y malolientes por medio de una población de microorganismos, que se nutre de los mismos. Como consecuencia de la evaporación del agua, el peso de los residuos se reduce aproximadamente en un 30 % y, por lo tanto, también los costes de transporte se reducen en proporción. Las plantas donde se realiza este proceso se las conoce como Estaciones de Transferencia Inteligentes (ITS : Intelligent Transfer Station), que son plantas simples, compactas y cerradas, en las que el proceso BIOCUBI se gestiona automáticamente sin contacto entre los Residuos, los operadores y el ambiente exterior. Fig. 2. Esquema del proceso BIOCUBI y las estaciones de transferencia inteligentes (ITS ) - 4 -

5 3. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO El proceso se desarrolla siguiendo las siguientes fases: Recepción del RSU. Trituración. Estabilización y biosecado. Tratamiento de gases. Afino (preparación de CSR). Toda la manipulación de los residuos en el interior de la instalación se realiza a través de un sistema compuesto por un conjunto de puentes grúa (dos para cada línea de tratamiento), completamente automáticos y controlados por radiofrecuencia desde el interior de la sala de control. Fig. 3. Puentes grúa y cazo para manipular RSU y asimilables. Dispone también dicho sistema de un control de posición continuo por coordenadas absolutas y la comunicación del sistema de control con la máquina se realiza mediante un sistema inalámbrico, que evita la utilización de cables y conexiones que estorben. Cada grúa es redundante de la otra, lo que permite que mientras una está en labores de mantenimiento, se puede seguir trabajando normalmente con la otra. Se pueden programar una serie de tareas, de forma que la máquina puede funcionar en automático en total ausencia del operador de control durante largos periodos de tiempo. El PC de supervisión se coloca en la sala de control, aunque también puede colocarse lejos de la nave donde trabaja el puente grúa, con un adecuado sistema de telecámaras que suplan la falta de visión directa. Este sistema de control permite una gran flexibilidad, de forma que los parámetros de control se pueden modificar en cualquier momento para adaptar la máquina a las diferentes necesidades de trabajo. La red de control también puede comunicarse con los sistemas dedicados al control de otras máquinas (trituradores, tolvas de alimentación, otros) y de este modo es posible coordinar el funcionamiento de las distintas máquinas que forman la instalación

6 Todo el proceso se realiza dentro de una nave industrial, de unos 22 m de ancho, sometida a depresión, que evita la propagación de olores al exterior. En dicha nave, los residuos son descargados directamente por los camiones de recogida en unos fosos de recepción. Fuente ECODECO Figura 4. Esquema de flujo de una instalación de biosecado La fase de recepción consiste en la descarga de los residuos en un foso. La capacidad del mismo se calcula de forma que sea suficiente para la recepción de un período de más de un día (deseable para unos 2 3 días). Esta capacidad permite dotar a la planta de una cierta flexibilidad en el tratamiento de la materia recibida. En condiciones normales de funcionamiento, el foso de recepción contendrá los residuos recibidos durante el intervalo en el cual no se realice trituración. Fig. 5. Descarga de los residuos y foso de recepción. Para evitar la propagación de olores hacia el exterior del edificio, así como el tránsito potencial de insectos, se cuenta con dos medidas: Una depresión en el interior del edificio, que se combina con el hecho de que el flujo de salida principal de aire del edificio es a través del biofiltro. De esta manera se pretende minimizar la emisión de caudales de aire que no hayan sido depurados

7 Sistemas de rociado de agua micro-pulverizada, accionados automáticamente en la apertura de las puertas de descarga del foso de recepción. Los posibles lixiviados que se puedan producir en la zona de recepción se recogerán y enviarán conjuntamente con el resto de lixiviados de la planta, al depósito de lixiviados. La fase de trituración se realiza durante el día y bajo el control de un operario desde la sala de control, que inspecciona visualmente cada descarga, de forma que eventualmente interviene sacando de secuencia automática y accionando manualmente el puente grúa para eliminar los residuos incompatibles con el proceso (como bombonas de gas, bloques de cemento, neumáticos, etc.). El primer puente grúa con cazo bivalvo alimenta de forma automática al triturador, que es una máquina electrohidráulica de corte, muy robusta, de uno o dos ejes y de rotación lenta y giro asíncrono en ambas direcciones. La operación asíncrona entre los dos ejes (en el caso de doble eje) aporta una redistribución continuada de los residuos; de esa manera se evita que se bloquee y a la vez se consigue una máxima capacidad de trituración. La capacidad de trituración, además del tipo de residuo, depende también del número de cuchillas y del tipo de alimentación. Normalmente se calcula para que pueda triturar durante 8 10 horas toda la basura recibida en el día. Esta máquina generalmente va colocada sobre un puente móvil, que permite el llenado homogéneo del foso de almacenamiento. Ese llenado homogéneo de los fosos tiene gran importancia debido al funcionamiento automático de las grúas, para evitar pérdidas de tiempo y de rendimiento. La trituración se realiza a un tamaño de cm. con el objeto de homogeneizar el material y de paso para mejorar las condiciones de fermentación, facilitando el contacto de la parte orgánica de los residuos con el oxígeno del aire que pasa a través de la masa de los mismos. Con la trituración también se consigue la rotura de las bolsas de basura de manera eficaz, no planteándose posteriormente problemas por esta causa. Fig. 6. Vista del interior de la instalación: Descarga, trituración y zona de biosecado

8 La fase de biosecado consiste en la evaporación de parte de la humedad contenida en los residuos municipales recibidos y triturados, así como en la estabilización de los mismos. La circulación de una corriente de aire forzada a través de la pila formada con los residuos y el calor producido en las reacciones de degradación aeróbica de la materia orgánica, son los mecanismos principales del proceso, tal como se ha descrito. La reacción se produce de forma natural bajo las condiciones del área de biosecado. Una vez triturados los desperdicios a la medida deseada, se trasladan mediante el puente grúa hasta la sección de biosecado, depositándolos en pilas de unos 5 6 metros de altura. Dependiendo del tipo de operación que se quiera, la duración del proceso variará. Si lo que se desea es una operación de biosecado para obtener un CSR, los residuos permanecerán en las pilas durante un tiempo de residencia medio de unos 14 días. Una vez transcurrido este período, se habrá evaporado la humedad y la reacción se parará, dejando de desprender calor, por lo que se considera finalizado el proceso de biosecado. De esta manera no se degrada apenas carbono, por lo que se obtiene mejor poder calorífico inferior (PCI) % Días Operación para Alta Velocidad del Proceso Operación para Alta Estabilidad Biológica Fig. 7. Pérdida de Peso según distintas formas de operación de la planta. En cambio si lo que se desea es bioestabilizar los residuos introducidos para poder enviarlos a un vertedero, habrá que operar de forma que se ralentice la fermentación, humedeciendo si fuera necesario los residuos, alargando por lo tanto la duración del proceso por encima de los 14 días, hasta que se haya agotado la materia orgánica putrescible. Así se consigue un alto nivel de estabilización capaz de cumplir exigentes índices de respirometría en el producto bioestabilizador. Los lixiviados producidos en la zona de biosecado se recogen mediante una serie de colectores, conduciéndolos mediante una tubería subterránea hacia el depósito de lixiviados. El pavimento del área de biosecado está formado por parrillas prefabricadas de hormigón, perforadas para permitir el paso de la corriente de aire, desde el interior de la nave hacia el plenum situado debajo de los residuos, desde donde es enviado al biofiltro, que se encarga del tratamiento de los gases

9 El control del caudal de aire comprende la toma de datos de humedad y temperatura. La temperatura es el parámetro fundamental que determina el régimen de funcionamiento de los ventiladores de aspiración hacia el biofiltro. La cantidad de aire que circula entre los residuos se regula pues en función de la temperatura que se alcanza en el aire a la entrada del biofiltro, tratando de mantener una temperatura constante en torno a los ºC, que corresponderían a una temperatura en la pila de residuos de unos ºC. La regulación se realiza de forma que si sube la temperatura, se aumenta la cantidad de aire que atraviesa los residuos, mientras que se opera a la inversa si baja. Los ventiladores situados al lado del biofiltro crean la corriente necesaria para aspirar el aire a través de los orificios del pavimento de la zona de biosecado. Ese aire aspirado, que ha pasado a través de la pila de residuos, se canaliza por tuberías hasta el biofiltro, que generalmente está situado en la cubierta del edificio (aunque también se puede situar el biofiltro en el suelo), para ahorrar espacio y elevar el punto de emisión, entre otras ventajas. El caudal de aire arrastra la humedad y también los contaminantes que deben ser depurados. El biofiltro actúa como sistema biológico de depuración de gases. Los compuestos son transferidos de la fase gaseosa a un lecho sólido donde, con un adecuado grado de humedad, son degradados biológicamente por los microorganismos presentes en el lecho. El principio en el que se basa la acción del biofiltro es similar al utilizado en los procesos de tratamiento biológico del agua. También en este sistema se desarrolla un amplio espectro de microorganismos (bacterias, actinomicetos y hongos), capaces de metabolizar, por medio de una serie de reacciones biológicas (oxidación, reducción e hidrólisis), los compuestos naturales y de síntesis, inorgánicos (H 2 S y NH 3 ), orgánicos tanto aromáticos como alifáticos (ácidos, alcoholes, hidrocarburos, etc.), presentes en el flujo gaseoso que lo atraviesa. En concreto en el biofiltro las sustancias a depurar son enviadas hacia un sustrato de aproximadamente un metro de material blando y poroso, generalmente de origen vegetal donde, en condiciones controladas de humedad, ph, tiempo de contacto y de nutrientes inorgánicos y orgánicos, los microorganismos metabolizan los contaminantes contenidos por el flujo gaseoso a depurar. De gran importancia para tal fin es la composición microscópica y macroscópica del material filtrante. Las propiedades requeridas para conseguir una adecuada mezcla filtrante son una elevada porosidad, unas condiciones hídricas óptimas para la vida microbiana (60 70 % de humedad) y la capacidad para mantener a lo largo del tiempo las características originales. Esas condiciones, además de influir en el rendimiento del biofiltro, influyen favorablemente en los costes de gestión, garantizando unas menores pérdidas de carga y, por consiguiente, menores consumos energéticos y un menor número de intervenciones de mantenimiento para restablecer las condiciones originales

10 El biofiltro dispone de un sistema automático de humidificación y un sistema de drenaje para eliminar el exceso de agua, la cual será conducida al tanque de almacenamiento de lixiviados. En estas condiciones, las emisiones después del biofiltro podrán cumplir con los siguientes valores: Olor 600 u.o./nm 3 NH 3 5 mg/nm 3 H 2 S 5 mg/nm 3 El área de biofiltro se dimensiona par cubrir las necesidades de extracción de aire de la zona de biosecado y la zona de recepción/trituración. Fig. 8. Biofiltros colocados en el techo de la planta y en el suelo La siguiente fase, la de afino y preparación de CSR dependerá del destino que se quiera dar al producto de salida de la planta. Cuando lo que se quiere es preparar un combustible a partir del residuo biosecado, se deposita el material mediante el puente grúa en una tolva situada en la nave de biosecado, desde donde se conduce por medio de cintas transportadoras para su tratamiento posterior en la sección de afino. Esta etapa de afino comprende la extracción de los metales férreos y no férreos mediante una cinta transportadora magnética (extracción de metales férreos) y un equipo de corrientes de Foucault (extracción de aluminio y metales no férreos). Los materiales recuperados se gestionarán adecuadamente para su reciclado. A continuación se abre un amplio abanico de posibilidades que permite distintas configuraciones de preparación, en función de las características del producto final deseado. Si el destino va a ser un planta de valorización energética, generalmente no se hace nada más, solamente lo necesario para su envío al destino final. Solamente si se quiere reducir en mayor medida el tamaño de la planta posterior, se realizan otras operaciones destinadas a retirar otras fracciones que no aportan poder calorífico, como son los inertes presentes en el producto biosecado. En cambio, si lo que se desea es preparar combustible con destino a hornos industriales, lo que se suele hacer es introducir la mezcla en un trómel (criba giratoria), con el objetivo de separar el rechazo y el producto final. En esta criba giratoria se separan los compuestos de granulometría superior a cm., que están compuestos por plástico o tejidos no fragmentados y trozos gruesos de gomas, madera, vidrios, etc. A veces también se desea separar la fracción más fina, de diámetro medio inferior

11 a 1 2 cm., que se destina a una maduración posterior y a otros usos posteriores. Esta operación se puede separar en otro trómel de cribado colocado antes del anterior (aguas arriba) o bien mediante un trómel con doble perforación. Tras el cribado, el material seleccionado para formar el CSR se tritura al tamaño requerido por el consumidor final (a unos 4 5 cm. cuando el destino es una cementera), mientras que la fracción fina se trata como rechazo del proceso. La sección de afino se dota de un sistema de aspiración para la eliminación de polvo a través de un filtro de mangas. Los productos finales se conducen mediante una cinta transportadora hacia la prensa electrohidráulica que los compacta, dando lugar a unos materiales de mayor densidad que facilita su transporte y manipulación, si así fuera necesario. Fig. 9. Diferentes aspectos de la sección de afino A modo de resumen, el diagrama de flujo de una ITS se muestra a continuación: ESQUEMA DE FLUJO DE LA INSTALACIÓN ITS Afino y Prensa Trituración Primaria Puente Grúa Biofiltro Producto biosecado A valorización energética y reciclado de materiales Triturador Área de biosecado Sistema Extracción Prensa Foso de Recepción Foso Trituración de Sistema de aspiración de aire hacia biofiltros A depósito controlado Fig. 10. Esquema de flujo de una instalación ITS. 4. BALANCE DEL PROCESO Un balance de masas típico del proceso es, de forma indicativa, el siguiente:

12 1.000 g de RSU Emisiones 250 g H 2 O evaporada 30 g mat. orgánica degradada Tratamiento de biosecado 10 g lixiviado 710 g material biosecado A recuperación o a eliminación A recircular o a planta de depuración Fig. 11. Balance de masas. De acuerdo con este balance preliminar, hay unas pérdidas de masa respecto a la cantidad de residuos en la entrada, estas pérdidas de masa se concretan en tres aspectos diferentes: ASPECTOS % Pérdidas en la evaporación de humedad 25% Pérdidas en la degradación de materia orgánica 3% Pérdidas por lixiviación de los residuos: 1% TOTAL PÉRDIDAS MASA INICIAL: 29% Las pérdidas de masa se materializan en el producto biosecado, pero esta masa no desaparece, sino que constituye parte de los efluentes de la planta. En este sentido, el agua evaporada y los productos de la degradación de la materia orgánica se incorporan a la corriente de aire utilizada en el biosecado de los residuos, que se conduce al biofiltro para su depuración. Por otro lado, los lixiviados además del 1% correspondiente a los lixiviados de los residuos, se produce otro 1% debido a las escorrentías de cuando se riega el biofiltro se recogen y se conducen hasta sendos depósitos de lixiviados independientes. El residuo tras el proceso de biosecado constituye un material estabilizado y heterogéneo que se traslada al área de afino, donde se procede a separar diferentes fracciones. De esta forma tras el proceso de biosecado se pueden obtener rangos de porcentajes con respecto a los residuos de entrada similares a los siguientes: Antes de la sección de afino o sin ella: Agua y Mat. Orgánica consumida % Producto biosecado (AMABILIS ) %

13 Con sección de afino: Agua y Mat. Orgánica consumida % CSR (Fracción compuesta por textiles, papel/cartón, plásticos) % Fe 3 4 % Al 0,2 0,3 % Inertes (vidrio y arena) 2 4 % Finos 8 12 % Rechazos 8 15 % Datos que se han obtenido como medias en distintas plantas, en algunas de las cuales se tenía una composición de residuos en la entrada como la abajo indicada. En las plantas italianas los datos están basados en una campaña de análisis del CONAI en Junio de 2006, mientras que los de las plantas de Londres corresponden a las pruebas de rendimiento: % Vidrio Plásticos Metales No Combustible Orgánicos Londres Villafalletto Montanaso Corteolona Planta Fig. 12 Composición residuos de entrada. Los resultados de los análisis realizados en la planta de Jenkins Lane de Londres, en agosto de 2007 fueron los siguientes: Composición del residuo de entrada % * Vidrio 3.6 Plásticos 26.2 Metales 4.6 No-combustibles 1.3 Orgánicos (RMB) 64.4 Humedad del residuo de entrada %* Contenido de humedad 41.6 * Referido al peso del residuo a la entrada Pérdida de peso % * Pérdida de peso Productos de salida % * CSR 38.3 Material Fino <8mm a una siguiente fase de compostaje Vidrio y piedras de tamaño entre 8 y 20 mm Férricos 3.1 Aluminio 0.25 Rechazo a vertedero

14 En cuanto a los valores medios de pérdida de peso en la operación de biosecado y la humedad de los residuos de entrada a la planta en el año 2006, salvo los de la planta de Londres, que corresponden a las pruebas de rendimiento, se muestran en la siguiente figura: % Pérdida peso Humedad entrada Corteolona Montanaso Lacchiarella Londres Plantas Fig. 13. Pérdida de Peso y Humedad de los Residuos de Entrada. 5. APLICACIONES DEL MATERIAL BIOSECADO Los residuos una vez sometidos al tratamiento biológico, es decir, una vez biosecados, están en condiciones óptimas para ser sometidos al tratamiento mecánico, que puede comprender diversos procesos, según sean las necesidades de cada momento y situación, tal como se ha comentado anteriormente. Todas las operaciones posteriores al proceso de biosecado son análogas a las que utilizan otros sistemas tradicionales, pero operando en unas condiciones sanitarias y ambientales mucho mejores, ya que se trabaja sobre un producto secado, higienizado y relativamente homogéneo, que facilita la posterior separación de materiales. Por estas razones, es un proceso que permite posteriormente multitud de operaciones para la valorización del producto obtenido, especialmente las encaminadas a su aprovechamiento energético, como combustible de sustitución, bien en cementeras, bien en otros hornos industriales o incluso en incineradoras convencionales, tal como se ha comentado anteriormente. Entre las distintas posibilidades de aplicación del material biosecado, se encuentran las de depositarlo en vertederos de alta densidad, enviarlo directamente a hornos de incineración, preparación de combustibles sólidos recuperados, someterlos a un posterior tratamiento biológico en biorreactores activables o separar algunos de sus componentes, obteniendo metales, otros materiales reciclables, una fracción compuesta por arenas, vidrio y material orgánico estabilizado (finos) y otra fracción compuesta principalmente por papel, madera, plástico y textiles (utilizable como combustible sólido recuperado). La fracción metálica puede ser enviada directamente a gestor autorizado para su reciclado

15 La fracción compuesta por arenas, vidrio y material orgánico estabilizado puede someterse a un proceso de separación, para la posterior maduración del material orgánico estabilizado separado. En este caso, ese material madurado sirve para la obtención de un producto utilizable como enmienda orgánica en restauración de suelos, mientras que los inertes pueden utilizarse en obra pública. La fracción compuesta por papel, madera, plástico, textiles, etc. a su vez también puede ser separada eficazmente en una Fracción Metanígena, a base de sustancias lentamente degradables, y en una Fracción Combustible, rica en plásticos no clorados. Es decir, que dependiendo del grado a que se llegue en la separación de materiales, se puede obtener un producto con un PCI entre 13 y 21 MJ/kg, según el contenido en plásticos y otros materiales combustibles. Un CSR típico para su utilización en cementeras es el que se obtiene eliminando los metales y las fracciones inertes finas al material biosecado. En el siguiente gráfico se representa el PCI de los combustibles obtenidos en diferentes plantas de ECODECO, preparados para su utilización como combustible en cementeras. kj/kg PCI (Neto) Londres Lacchiarella Montanaso Corteolona Plantas Fig. 15. Poder Calorífico del CSR obtenido. De acuerdo con consideraciones energéticas, hay una parte energéticamente muy interesante, constituida por materiales no degradables (Fracción Combustible), con un poder calorífico de hasta unos kj/kg, que podría ser utilizada para alimentar instalaciones térmicas o bien a los hornos de las cementeras. La parte restante, la integrada por materiales lentamente degradables (Fracción Metanígena), se podría emplear en un nuevo tipo de instalación, los Biorreactores Activables. La Fracción Combustible está constituida mayoritariamente por polietileno, que tiene un contenido térmico comparable al del metano y, por consiguiente, puede teóricamente sustituirlo como combustible. Esta fracción es particularmente idónea para la co-combustión en cementeras, previa trituración fina, o bien para alimentar instalaciones de termo-valorización. La Fracción Metanígena se puede conservar durante muchísimo tiempo en estado seco y estable, por lo que mientras se rellena el Biorreactor Activable no origina ningún inconveniente, pero una vez sellada la celda que se ha terminado de llenar se activaría para producir entonces un biogás rico en metano, en condiciones controladas y durante un periodo de tiempo controlado, como se explica en el siguiente punto

16 Tal como se ha dicho anteriormente, en ausencia de otras oportunidades de recuperación de materiales o energía, el material biosecado puede ser enviado a vertedero, del cual puede retirarse posteriormente para uso energético. La disposición del material estabilizado en vertederos tiene la ventaja con respecto a los RSU sin tratar, de que da lugar a vertederos de características no muy diferentes a los de inertes, ya que al estar el material más o menos estabilizado, la producción de lixiviados, gases y olores es mínima, evitando además la presencia de aves o de roedores. Dicho material se considera un residuo orgánico estabilizado, que no consume cuota de la fracción orgánica de residuos urbanos según el R.D. 1481/2001 relativo al vertido de residuos, pues en el caso de que el destino sea el vertedero, la operación de la planta de biosecado se efectúa dando prioridad a la estabilización del residuo, hasta conseguir un producto que cumpla las condiciones de respirometría necesarias para considerarlo estable. El material biosecado puede ser utilizado también, dadas sus especiales características como material para la restauración de vertederos de RSU agotados. En el caso de su envío a plantas de valorización energética (PVE), además de las ventajas mencionadas anteriormente, tiene otras adicionales que veremos a continuación. Teniendo en cuenta que las PVE son unas soluciones tecnológicas que requieren unas inversiones de capital muy elevadas, es tremendamente importante que el proyecto de este tipo de instalaciones se mantenga válido durante muchos años (varias decenas), independientemente de los cambios en la calidad y cantidad de los residuos producidos en su área de influencia. Sin embargo la basura doméstica que se genera en los municipios ha sufrido y sufrirá a lo largo de los años múltiples cambios en sus características. Por ello será importante, a la hora de diseñar las plantas, evaluar correctamente determinados parámetros que originan las diferencias comentadas, como pueden ser: Cambios en las costumbres sociales. Modificación en la escala de la economía (distribución y venta más universal de productos, etc.). Ratios de generación per capita. Fuentes de reducción, reciclaje, compostaje, Presente y futuro del valor del combustible procedente de residuos. Desarrollo/invención de nuevos materiales (tetrabrik, etc.). Cambios en el uso de materiales (por ejemplo el cambio de vidrio por plástico). Evoluciones de la normativa. Modificaciones en los criterios de gestión de los residuos (por ejemplo desarrollo de la recogida selectiva en origen, modificaciones de las técnicas de recogida, etc.). Etc. Estos y otros aspectos pueden originar cambios en la cantidad de residuos (incrementando o reduciendo), en su calidad (por ejemplo, contenido de humedad, poder calorífico, contenidos de cloro y azufre, etc.) y cambios en porcentaje de residuos voluminosos y de materiales no combustibles

17 Así, uno de los parámetros que han ido modificándose a lo largo de los últimos años es el poder calorífico inferior (PCI) de los residuos producidos en los domicilios. Por ejemplo, en la siguiente gráfica se pude apreciar como ha cambiado el PCI de los residuos desde 1989 a 2005 y según su contenido en compuestos biogénicos o nobiogénicos: PCI (MJ/kg) Poder calorífico (MJ/kg) Biogénicos No-biogénicos Fuente: PCI EPA Fig. 16. Evolución temporal del Poder Calorífico de los residuos. Si aumenta el PCI de los residuos que alimentan a una PVE y se llega al límite térmico de la instalación, habrá que reducir la cantidad de residuos a introducir en la misma o ampliar la planta de combustión, con el consiguiente coste que ello supone. Todos estos aspectos pueden afectar directamente a la viabilidad del proyecto de una incineradora, por lo que es necesario anticiparse a los mismos introduciendo sistemas y pre-tratamientos que protejan la planta de incineración contra las fluctuaciones anteriormente comentadas. En lugar de sobredimensionar las instalaciones de incineración, una de las soluciones más inteligentes pude ser la de realizar un tratamiento biológico mecánico (TBM) previo a los residuos, de forma que se consiga introducir en la planta de combustión un producto lo más uniforme posible. El biosecado de los residuos será un magnífico TBM previo, ya que se consigue que el producto de salida de dicha instalación se mantenga constante aunque los residuos de

18 entrada hayan variado sustancialmente. Así por ejemplo, en los siguientes gráficos se puede ver que ante la presencia de niveles diferentes de recogida selectiva (lo que hace cambiar las características de los residuos a tratar), el producto biosecado se mantiene constante entre los y MJ/kg de PCI Wastes collected sep. Residuos recogidos separada. BMW collected sep M.O. recogida separadamente Wet Residuos waste húmedos collected reco. Sep. sep. % Pavia (Corteolona) Lodi (Montanaso) Milán (Lacchiarella) CV (Net) PCI (Neto) kj/kg London Lacchiarella Montanaso Corteolona Fig. 17. Niveles de recogida selectiva y PCI del biosecado obtenido. Es decir, que mediante la utilización de un proceso de biosecado como TBM previo a la incineración se consiguen unas características constantes en cualquier condición de los residuos de entrada, de forma que protege la planta de combustión contra las fluctuaciones del poder calorífico y de la humedad de los residuos generados. Poder calorífico kj/kg Fracción Resto Poder calorífico kj/kg Material biosecado % Residuos recogidos selectivamente en origen % Residuos recogidos selectivamente en origen Fig. 18. PCI de la fracción resto y del biosecado en función del % de recogida selectiva

19 Por ello se puede decir que el tratamiento previo a la incineración mediante el biosecado tiene una serie de siguientes ventajas como pueden ser las siguientes: 1. Protege a la instalación de combustión de las fluctuaciones, a lo largo de los años, de la calidad de los residuos de la zona, tanto si mantiene una tendencia a aumentar el PCI (como ha venido sucediendo hasta hoy), como si se produce una inversión de dicha tendencia. 2. Garantiza un tratamiento constante de los residuos de entrada y determina un aprovechamiento constante, tanto en cantidad como en calidad, en el horno (24 horas/día, 7 días/semana). 3. Se disminuye la cantidad de residuos en la entrada del horno y permite preparar con mayor esmero una mejor combustión: mejor distribución del material sobre la parrilla, control de la temperatura, reducción de la cantidad de subproductos (escorias), etc. 4. Permite alcanzar una eficiencia energética superior en la instalación de combustión: la alimentación del horno con un combustible de características constantes en el tiempo, permite fijar con mayor precisión los parámetros de combustión, reduciendo los márgenes de seguridad y aproximándose mucho al límite superior de las prestaciones del horno. 5. Consigue la higienización y la estabilización del material, lo que además de reducir los riesgos de incendio y mejorar las condiciones higiénicas y de salud durante su manipulación, facilita el almacenamiento del material biosecado durante las paradas del horno incinerador (tanto durante las paradas programadas, como durante las paradas no programadas) cerca del 10% del tiempo anual de funcionamiento del horno. La posibilidad de almacenamiento tiene una importante consecuencia positiva: Elimina los inconvenientes debidos a las paradas no programadas del horno. No obliga a encontrar otros canales de tratamiento alternativos durante los periodos de parada (en otro incinerador o en un vertedero). Permite explotar, en el horno todo el potencial energético de los residuos generados en la zona. 6. Como consecuencia de todo lo anterior, se reducen los costes de gestión y mantenimiento de la instalación de valorización energética. La gran versatilidad de funcionamiento que se le proporciona a un sistema formado por un tratamiento previo mediante biosecado y una instalación de valorización energética, permite afrontar cualesquiera variaciones que se presenten en el futuro. Sin embargo la mayor ventaja del biosecado en el sistema anterior se presenta cuando se desea una sola instalación de valorización energética para dar servicio a un gran territorio, ya que permitiría solucionar la tremenda dificultad del transporte y del almacenamiento del residuo, que está compuesto de una mezcla húmeda y putrescible de materiales, lo que ocasionaría molestias durante dicha operación. En cambio si se utiliza una red de plantas de biosecado, situadas cerca de donde se generan los residuos, es el producto biosecado el que se transporta hacia la gran

20 planta de valorización energética, que permite unas condiciones óptimas tanto para su almacenamiento como para su transporte. Si se realiza una comparación utilizando el Análisis del Ciclo de Vida (ACV o LCA) entre dos escenarios, por un lado una combinación de plantas de tratamiento biológicomecánico con una planta de combustión situada a unos 30 Km. de distancia, y por otro la planta de combustión combinada con un vertedero (que recibe los residuos cuando la planta de combustión está parada) que reciben los residuos de las plantas de transferencia situadas a unos 30 Km. Fig. 19. Escenarios comparados usando el ACV En el análisis del ciclo de vida de ambos escenarios, usando el sofware SIMA PRO 7.1, y las siguientes bases: 1. Los datos de entrada se han extraído de las plantas de ECODECO, de la base de datos ETH-ESU 1996 y de la bibliografía. 2. Las actividades de recogida de los residuos no se han tenido en cuenta. 3. La contribución ambiental de las plantas de transferencia se ha desestimado. 4. Los residuos de la combustión y los materiales de rechazo se ha considerado que se envían a vertedero. 5. El transporte de los residuos y materiales de rechazo se ha desestimado. 6. Las ventajas ambientales del transporte y almacenamiento sin olor y el material biológicamente estable (escenario 1) también se ha desestimado

21 En estas condiciones el índice ecoindicador 99 (H) de ambos escenarios se muestra en la siguiente figura: Fig. 20. Índice Ecoindicador 99 (H) de los dos escenarios El análisis de la figura indica que el escenario 2 (incineración en masa y vertedero) presenta una mayor carga ambiental y mayor reducción que el escenario 1 (planta de combustión con biosecado previo). En ningún caso, teniendo en cuenta el conjunto de ventajas y desventajas, los escenarios se han considerado totalmente comparables. El punto crítico es el transporte: cuanto mayor es la distancia de la planta de combustión, mejor es el rendimiento ambiental de las plantas de TBM alimentando a una planta de combustión centralizada (escenario 1). 6. EL BIORREACTOR ACTIVABLE Además de las aplicaciones anteriores, el producto biosecado también puede aprovecharse para obtener energía de la fracción que contiene una alta cantidad de celulosa, utilizando para ello el llamado Biorreactor Activable. Para alimentar el Biorreactor Activable es conveniente separar el AMABILIS en dos partes: una fracción degradable más húmeda, rica en madera, papel, cartón, tejidos de fibra natural y material orgánico, (que es una fracción renovable) y una fracción no degradable más seca, rica en poliolefinas, o sea, materiales plásticos no clorados (fracción no renovable). La fracción degradable depositada en el Biorreactor Activable, se conserva durante bastante tiempo en estado seco, pero si una vez clausurado se le adiciona agua en condiciones anaeróbicas adecuadas, se puede reactivar la producción de un biogás de elevada calidad, utilizable para la producción de energía eléctrica, usando generadores accionados por motores endotérmicos, que tienen un buen rendimiento, incluso para una potencia instalada reducida. Es decir, consiste en un nuevo tratamiento biológico, con lo que obtendría un tratamiento biológico-mecánico-biológico (TBMB)

22 A causa de la irregular e incompleta biodegradación de la materia orgánica, universalmente se acepta que el máximo volumen de biogás que se puede obtener de los residuos es de unos 200 Nm 3 /t. Este dato tiene en cuenta también el hecho de que no todo el biogás se recoge con el sistema de captación de los. En los vertederos convencionales, con la experiencia adquirida, se considera como un dato optimista recoger 100 Nm 3 de biogás por tonelada de residuos (una parte del biogás producido también se dispersa en la atmósfera), durante unos años. En cambio cuando se utilizan los Biorreactores Activables, la producción de biogás sería la misma, pero sin la dispersión en la atmósfera, ya que cuando se activa y empieza a producir biogás ya está sellada la celda, es decir se podría recuperar Nm 3 /t de residuo, pero en un tiempo mucho más breve, en 4 6 años, con picos de caudal de biogás hasta 4 veces superior. El Biorreactor Activable puede tener el formato que se estime conveniente en cada situación, puede construirse en celdas de arcilla y láminas plásticas impermeables, sistema empleado para las celdas de los vertederos convencionales, o bien utilizar celdas de otros tipos. Fig. 21. Esquema de un Biorreactor Activable en celdas de vertedero. Fig. 22. Representación de un Biorreactor Activable con celdas de otro tipo y su secuencia de funcionamiento

23 La secuencia de explotación de un Biorreactor Activable se puede presentar en cinco fases: vertido, activación, mineralización, extracción y reutilización. En la primera fase se procede a depositar los residuos de mayor contenido en celulosa, junto con los inertes bioestabilizados. La segunda sería la activación y generación de biogás, con alto contenido en metano, que puede aprovecharse para generar energía eléctrica como ya se ha explicado. Una vez que ya ha fermentado en su totalidad la fracción renovable, el material que queda en la celda son los inertes y compuestos húmicos, es decir un material sumamente estable (índice dinámico de respiración de mgo 2 /KgSS -1 h -1 ). A partir de ese momento es cuando se vuelve a estabilizar dicho producto, soplando aire durante el tiempo suficiente para conseguir la total estabilidad del mencionado producto que permanece en el interior (fase tres). En este momento se puede optar por clausurar la celda y preparar otra celda nueva encima de la anterior, o bien, retirar los inertes y productos húmicos de la celda original y volver a iniciar el ciclo en la fase primera (fases cuatro y cinco, respectivamente). Fig. 23. Representación de la secuencia de explotación de un Biorreactor Activable. También se puede depositar todo el producto biosecado (extraídos solamente los metales) en un Biorreactor Activable, ponerlo en operación y, una vez agotada la obtención de biogás, abrirlo para recuperar plásticos y materiales combustibles que formarían un CSR de alto poder calorífico. Los inertes y el mantillo restante se podrían utilizar para otros usos, o bien dejarlo en un vertedero, sin actividad biológica y de mucho menor tamaño

24 7. VENTAJAS DEL TRATAMIENTO BIOLÓGICO-MECÁNICO (PROCESO BIOCUBI ) Entre las diversas ventajas que presenta este proceso se pueden destacar las siguientes: Desde el punto de vista ambiental: Ausencia de emisiones contaminantes (las principales emisiones son vapor de agua y dióxido de carbono en pequeña cantidad). Todo el proceso se realiza en una nave cerrada sometida a depresión, enviando los gases a un biofiltro, de manera que no se aprecian olores en el exterior. Producción mínima de lixiviados (alrededor del 2 % respecto a los residuos de entrada), que además pueden ser recirculados en el proceso. Es la aplicación de una BAT. Pequeña ocupación de terreno (huella) por la planta (biosecado + sección de afino para t/a área cubierta necesaria m 2 ). Desde el punto de vista de la salud laboral: Todo el proceso se encuentra totalmente automatizado, teniendo en tiempo real información de los parámetros del proceso y evitando el contacto entre los residuos y los trabajadores. Los operadores trabajan en una sala de control y nunca tienen contacto con los residuos. El mantenimiento es necesario principalmente en los componentes mecánicos de la sección de afino, donde los equipos no están contaminados por los residuos frescos. Desde el punto de vista operativo: Sistema sencillo, fiable y de bajo coste. Fácil aceptación social del emplazamiento. Economía en inversiones y de canon de tratamiento. Desde el punto de vista del producto: Higiénico. Sin malos olores. Adecuado para el transporte a largas distancias. Adecuado para largos periodos de almacenamiento. El sistema contribuye al desvío de la fracción orgánica del vertedero

25 8. REFERENCIAS La versatilidad, fiabilidad y seguridad del proceso BIOCUBI, ha sido ampliamente contrastada a través de las plantas que están en funcionamiento en Italia desde 1996 y que se encargan del tratamiento de los residuos producidos por una población de más de un millón de habitantes. En el Reino Unido también hay tres plantas (con siete líneas en total), dos en la zona de Londres y otra en Escocia, que tratarán los residuos de una población cercana a los dos millones de habitantes. En España está en fase de obtención de la Autorización Ambiental Integrada una planta en la provincia de Castellón. Se pueden destacar las siguientes referencias de instalaciones que utilizan esta tecnología: Plantas en funcionamiento: GIUSSAGO (ITALIA) Tipología de Planta: Biosecado FR Capacidad: t/año FR Fecha de Inicio: Febrero de 1996 Nivel de recogida selectiva en la zona: 25% CORTEOLONA (ITALIA) Tipología de Planta: Producción CSR Capacidad: t/año FR Fecha de Inicio: septiembre de 1996 Nivel de recogida selectiva en la zona: 25% BERGAMO (ITALIA) Tipología de Planta: Producción CSR Capacidad: t/año FR Fecha de Inicio: diciembre de 1998 Nivel de recogida selectiva en la zona: 45-50% MONTANASO LOMBARDO (ITALIA) Tipología de Planta: Producción CSR Capacidad: t/año FR Fecha de Inicio: mayo de 2000 Nivel de recogida selectiva en la zona: 45-50%