TRATAMIENTO MECÁNICO BIOLÓGICO DE RESIDUOS URBANOS

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1 CONGRÉS INTERNACIONAL D INNOVACIÓ EN LA GESTIÓ I TRACTAMENT DELS RESIDUS MUNICIPALS CONGRESO INTERNACIONAL DE INNOVACIÓN EN LA GESTIÓN Y TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS MUNICIPALES INTERNACIONAL CONFERENCE ON INNOVATION IN MUNICIPAL WASTE MANAGEMENT AND TREATMENT Sessió/Sesión/Session TRATAMIENTO MECÁNICO BIOLÓGICO DE RESIDUOS URBANOS Carlos Guijarro Castro Director Técnico de SUFI Sabadell, 02/07/2009

2 TRATAMIENTO MECÁNICO BIOLÓGICO DE RESIDUOS URBANOS (Selección Mecánica, Compostaje, Biometanización, Biosecado y Preparación de Combustibles Alternativos Comerciales) Carlos Guijarro Castro (Director Técnico SUFI, S.A.) Julio de 2009

3 INDICE 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Objetivos y Condicionantes de Diseño 2. MARCO LEGISLATIVO 2.1. Directiva Aplicable 2.2. Definiciones 2.3. Jerarquía de Residuos 2.4. Operaciones de Valorización 2.5. Valorización como Combustible 2.6. Otras Opciones de Valorización 3. PROPUESTA DE TRATAMIENTO 3.1. Solución Propuesta 3.2. Resultados Esperables 3.3. Principales Ventajas del Sistema 4. SELECCIÓN MECÁNICA 4.1. Separación por Tamaño 4.2. Separación por Forma y Densidad 4.3. Selección Automática de Metales 4.4. Selección Automática de Otros Materiales 4.5. Selección Manual de Recuperables 4.6. Implantación Mecánica 4.7. Implantación Mecánica 3D 5. COMPOSTAJE 5.1. Compostaje en Parva o Meseta 5.2. Compostaje en Túnel 5.3. Compostaje en Trincheras 5.4. Reactor de Eje Vertical 5.5. Reactor de Eje Horizontal 5.6. Implantación Mecánica 6. BIOMETANIZACIÓN 6.1. Biometanización Vía Seca 6.2. Biometanización Vía Húmeda 6.3. Pretratamiento Seco de la MOR 6.4. Pretratamiento Húmedo de la MOR 6.5. Implantación Mecánica 7. BIOSECADO Y ESTABILIZACIÓN 7.1. Biosecado 7.2. Esquema Básico 7.3. Diagrama del Proceso 7.4. Características del Combustible 7.5. Variación del PCI con la Humedad 7.6. Características Químicas 7.7. Reducción de Emisiones de CO2

4 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Objetivos y Condicionantes de Diseño El objetivo de una instalación Mecánico-Biológica para el tratamiento del Residuo Urbano es seleccionar y preparar los diversos materiales según su destino final, utilizando tecnologías de selección mecánica y procesos biológicos. La instalación preparará el residuo para obtener una valorización máxima del mismo en función de: Tipo de residuo a tratar, composición y cantidades. Legislación aplicable y Requisitos del Cliente Características del tratamiento finalista. La instalación deberá adaptarse al cumplimiento de la jerarquía de gestión de Residuos Urbanos primando las opciones de selección de materiales para el RECICLADO y OTRO TIPO DE VALORIZACIONES, frente a la última opción del VERTIDO. Esto lo conseguimos mediante: Máxima recuperación de fracciones orgánicas (compostaje o estabilización y otros procesos biológicos). Máxima recuperación de metales y de compuestos metálicos (selección de férricos y aluminio). Máxima recuperación de otras materias inorgánicas (selección de vidrio, plásticos, briks, etc.) tanto de las reciclables como de las destinadas a la preparación de combustible valorizable térmicamente. Objetivo Final: Vertido MINIMO.

5 2. MARCO LEGISLATIVO 2.1. Directiva Aplicable Directiva 1994/62/CE Relativa a los Envases y sus Residuos RECICLAJE Directiva 2008/98/CE Relativa a los Residuos VERTIDO Directiva 1999/31/CE Relativa al Vertido de Residuos VALORIZACIÓN ENERGÉTICA Directiva 2000/76/CE Relativa a la Incineración de Residuos Trasposición Trasposición Trasposición Ley 11/1997 de Envases y Residuos de Envases Real Decreto 1481/2001 de Eliminación de Residuos en Vertedero Real Decreto 653/2003 de Incineración de Residuos

6 2. MARCO LEGISLATIVO 2.2. Definiciones DIRECTIVA 2008/98/CE, artículo 3 VALORIZACIÓN Cualquier operación cuyo resultado principal sea que el residuo sirva a una finalidad útil al sustituir a otros materiales que de otro modo se habrían utilizado para cumplir una función particular, o que el residuo sea preparado para cumplir esa función, en la instalación o en la economía en general. ELIMINACIÓN Cualquier operación que no sea la valorización, incluso cuando la operación tenga como consecuencia secundaria el aprovechamiento de sustancias o energía.

7 2. MARCO LEGISLATIVO 2.3. Jerarquía de Residuos DIRECTIVA 2008/98/CE, artículo 4 La presente jerarquía de residuos servirá de orden de prioridades en la legislación y la política sobre la prevención y la gestión de los residuos: 1º) PREVENCIÓN; 2º) PREPARACIÓN PARA LA REUTILIZACIÓN; 3º) RECICLADO; 4º) OTRO TIPO DE VALORIZACIÓN, por ejemplo, la valorización energética; 5º) ELIMINACIÓN

8 2. MARCO LEGISLATIVO 2.4. Operaciones de Valorización DIRECTIVA 2008/98/CE, anexo II R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 Utilización principal como combustible u otro modo de producir energía Recuperación o regeneración de disolventes Reciclado o recuperación de sustancias orgánicas que no se utilizan como disolventes (incluidos el compostaje y otros procesos de transformaci ón biológica) Reciclado o recuperación de metales y de compuestos metálicos Reciclado o recuperación de otras materias inorgánicas Regeneración de ácidos o de bases Valorización de componentes utilizados para reducir la contaminaci ón Valorización de componentes procedentes de catalizadores Regeneración u otro nuevo empleo de aceites R10 Tratamiento de los suelos que produzca un beneficio a la agricul tura o una mejora ecológica de los mismos R11 Utilización de residuos obtenidos a partir de cualquiera de las operacione s numeradas de R1 a R10. R12 Intercambio de residuos para someterlos a cualquiera de las oper aciones enumeradas entre R1 y R11 R13 Almacenamiento de residuos en espera de cualquiera de las operac iones numeradas de R1 a R12

9 2. MARCO LEGISLATIVO 2.5. Valorización como Combustible DIRECTIVA 2008/98/CE, anexo II R1 Utilización principal como combustible u otro modo de producir energía Se incluyen aquí las instalaciones de incineración destinadas al tratamiento de residuos sólidos urbanos sólo cuando su eficiencia energética resulte igual o superior a: 0,60 tratándose de instalaciones en funcionamiento y autorizadas conforme a la legislación comunitaria aplicable desde antes del 1 de enero de 2.009; 0,65 tratándose de instalaciones autorizadas después del 31 de diciembre de aplicando la siguiente fórmula: donde: Eficiencia Energética = (Ep - (Ef + Ei)/(0,97 x (Ew + Ef)) Ep es la energía anual producida como calor o electricidad, que se calcula multiplicando la energía en forma de electricidad por 2,6 y el calor producido para uso s comerciales por 1,1 (GJ/año). Ef es la aportación anual de energía al sistema a partir de los combustibles que contribuyen a la producción de vapor (GJ/año). Ew es la energía anual contenida en los residuos tratados, calculada utilizando el poder calorífico neto de los residuos (GJ/año). Ei es la energía anual importada excluyendo Ew y Ef (GJ/año).

10 2. MARCO LEGISLATIVO 2.6. Otras Opciones de Valorización DIRECTIVA 2008/98/CE, anexo II R3 Reciclado o recuperación de sustancias orgánicas que no se utilizan como disolventes (incluidos el compostaje y otros procesos de transformaci ón biológica) Esto incluye la gasificación y la pirólisis que utilizan los componentes como elementos químicos. R5 Reciclado o recuperación de otras materias inorgánicas Esto incluye la limpieza del suelo que tenga como resultado la v alorización del suelo y el reciclado de materiales de construcción inorgánicos. R12 Intercambio de residuos para someterlos a cualquiera de las oper aciones enumeradas entre R1 y R11 Si no hay código R apropiado, pueden quedar incluidas aquí las operaciones iniciales previstas a la valorización, incluido el tratamiento previo, tales como, entre otras, el desmontaje, la clasificación, la trituración, la compactación, la peletización, el secado, la fragmentación, el acondicionamiento, el reenvasado, la separación, la combinación o la mezcla, previas a cualquiera de las operaciones enumeradas de R1 a R11.

11 3. PROPUESTA DE TRATAMIENTO 3.1. Solución Propuesta Materiales Recuperados Fracción Orgánica (Fermentable) TRATAMIENTO MECÁNICO Fracción Inorgánica (No Fermentable) PREPARACIÓN COMBUSTIBLE (Biosecado) TRATAMIENTO BIOLÓGICO (Compostaje/ Biometanización) Combustible (CDR) VALORIZACIÓN TÉRMICA

12 3. PROPUESTA DE TRATAMIENTO 3.2. Resultados Esperables RECICLABLES (10%) COMPOST (12%) INERTES RECICLABLES RESIDUO URBANO ENERGÍA ELÉCTRICA

13 3. PROPUESTA DE TRATAMIENTO 3.3. Principales Ventajas del Sistema 1) SOSTENIBILIDAD Medioambiental y Social 2) DAR VALOR AL RESIDUO HASTA AHORA NO APROVECHABLE como Energía Eléctrica y/o Biocombustible 3) RECUPERACIÓN DE CALOR 4) Instalación de VERTIDO MÍNIMO, reduciendo al máximo la necesidad de Vertederos 5) NO PRODUCCIÓN DE OTROS RESIDUOS de difícil tratamiento 6) NO EMISIÓN DE GASES CONTAMINANTES AHORRO DE EMISIONES DE CO2 Y GASES DE EFECTO INVERNADERO, POR LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE Y ELIMINACIÓN DEL VERTEDERO

14 4. SELECCIÓN MECÁNICA 4.1. Separación por Tamaño Mediante la utilización de cribas rotativas (trómeles) se consigue la separación del flujo de residuo en 2 ó 3 fracciones de diferentes tamaños. ALIMENTACIÓN FRACCIÓN GRUESA principalmente otros recuperables de mayor tamaño (papel, cartón, film y otros). FRACCIÓN FINA fracción húmeda y orgánico que se verán sometidos a un proceso biológico posterior. FRACCIÓN INTERMEDIA gran cantidad de envases que se triarán posteriormente (PET, PEAD, briks, botes y latas metálicas).

15 4. SELECCIÓN MECÁNICA 4.2. Separación por Forma y Densidad Mediante la utilización de varias zarandas accionadas por sistema de doble eje cigüeñal solidarios (o de una sola zaranda si es de rampa) y con la regulación de su ángulo de inclinación, se consigue la separación del flujo de residuos en varias fracciones en función a su forma y comportamiento físico. También pueden incorporar aspiración neumática. ALIMENTACIÓN PLANOS que logran superar la rampa (textiles, papel, cartón y film). FINOS que pasan a través de la criba (orgánico). RODANTES que ruedan por la rampa (envases).

16 4. SELECCIÓN MECÁNICA 4.3. Selección Automática de Metales Mediante la utilización de un potente electroimán se atraen los elementos férricos que se encuentran en el flujo del residuo hasta una cinta enervada encargada de extraerlos de su zona de influencia para su recuperación. Mediante un rotor magnético situado al final de una cinta transportadora y provisto de imanes permanentes de alta remanencia se crea un campo magnético de alta frecuencia que induce las corrientes de Foucault en las piezas metálicas conductoras (aluminio). Éstas, por su parte, crean un campo magnético opuesto al del rotor por lo que son repelidas. ALIMENTACIÓN Aluminio Férricos ALIMENTACIÓN Resto

17 4. SELECCIÓN MECÁNICA 4.4. Selección Automática de Otros Materiales El residuo entra en una cinta aceleradora donde un sensor de rayos infrarrojos, detecta el material a seleccionar en función a la longitud de onda de la luz que refleja. El ordenador asociado detecta la posición del material y en función de la velocidad de la cinta activa uno de los sopladores de aire comprimido que se encuentran al final de la misma, separándolo del resto. ALIMENTACIÓN Sensor Infrarrojos Resto No Seleccionado Material Seleccionado

18 4. SELECCIÓN MECÁNICA 4.5. Selección Manual de Recuperables Mediante la intervención de operarios colocados a pie de cinta se consigue recuperar diversos materiales de manera completamente manual. Los materiales recuperados se acopiarán (generalmente en trojes bajo cabina) quedando a la espera del acondicionamiento previo a su comercializaci ón.

19 4. SELECCIÓN MECÁNICA 4.6. Implantación Mecánica Fuente: SUFI, Planta de Mataró

20 4. SELECCIÓN MECÁNICA 4.7. Implantación Mecánica 3D Fuente: SUFI, Planta de Mataró

21 5. COMPOSTAJE 5.1. Compostaje en Parva o Meseta Fermentación aerobia de la fracción orgánica del residuo municipal en parvas o mesetas tanto en exterior, como en nave cubierta o cerrada. Cont rol del nivel de oxígeno, temperatura y humedad mediante volteos y riegos peri ódicos del material con vehículos especiales (volteadoras). MATERIALES FRESCOS Materia Orgánica (incluido carbono, nitrógeno, proteínas) Minerales (incluido nitrógeno y otros nutrientes) Agua AGUA CO2 CALOR COMPOST TERMINADO Materia Orgánica (incluido carbono, nitrógeno, proteínas, humus) Minerales Agua Mircroorganismos O2 MICROORGANISMOS

22 5. COMPOSTAJE 5.2. Compostaje en Túnel Fermentación aerobia de la fracción orgánica del residuo municipal en túneles cerrados. Los niveles de oxígeno, la temperatura y humedad se controlan permanentemente mediante un sistema informático que acciona el riego o la impulsión o aspiración de aire a través de la masa de residuo. Este sistema constituye un proceso estático donde el material introducido en el interior del túnel no se mueve hasta la finalización del proceso de compostaje.

23 5. COMPOSTAJE 5.3. Compostaje en Trincheras Fermentación aerobia de la fracción orgánica del residuo municipal en trincheras. Los niveles de oxígeno, la temperatura y humedad se controlan permanentemente mediante un sistema informático que acciona la impulsión o aspiración de aire a través de la masa de residuo. El sistema se completa con el volteo y riego periódico de la masa de residuo mediante un vehículo especial (volteadora). La carga y descarga de las trincheras puede ser automática. CARGA Y DESCARGA AUTOMATICA VOLTEADORA VENTILACIÓN FORZADA

24 5. COMPOSTAJE 5.4. Reactor Eje Vertical Fermentación aerobia de la fracción orgánica del residuo municipal en reactor cerrado con volteo automatizado. Los niveles de oxígeno, la temperatura y humedad se controlan permanentemente mediante un sistema informático que acciona la aspiración de aire a través de la masa de residuo. El sistema se completa con el volteo y riego peri ódico de la masa de residuo mediante un puente grúa dotado de carro con tornillos helicoidales que van desplazando transversalmente el producto. La carga y descarga del reactor también está automatizada.

25 5. COMPOSTAJE 5.5. Reactor Eje Horizontal Fermentación aerobia de la fracción orgánica del residuo municipal en reactor cerrado con volteo automatizado. Los niveles de oxígeno, la temperatura y humedad se controlan permanentemente mediante un sistema informático que acciona la impulsión de aire a través de la masa de residuo. El sistema se completa con el volteo y riego periódico de la masa de residuo mediante un puente grúa dotado de carro con rotopala que va desplazando longitudinalmente el producto. La carga y descarga del reactor también está automatizada. CARGA AUTOMÁTICA DESCARGA AUTOMÁTICA AIRE A BIOFILTRO VENTILACIÓN FORZADA

26 5. COMPOSTAJE 5.6. Implantación Mecánica Fuente: SUFI, Planta de Mataró

27 6. BIOMETANIZACIÓN 6.1. Vía Seca Digestión anaerobia de la fracción orgánica del residuo municipal en reactor para la obtención de biogás con un elevado contenido de metano (55 60%). El contenido de sólidos en el digestor es elevado (30-40%). El movimiento del residuo dentro del digestor puede ser con acción mecánica o mediante la recirculación del propio biogás. Linde BRV Dranco Valorga Kompogas

28 6. BIOMETANIZACIÓN 6.2. Vía Húmeda Digestión anaerobia de la fracción orgánica del residuo municipal en reactor para la obtención de biogás con un elevado contenido de metano (55 60%). El contenido de sólidos en el digestor es relativamente bajo (6-10%) por lo que necesitamos preparar una suspensión añadiendo agua previamente a la digestión. Tecnología probada ampliamente en digestión de fangos de EDAR. Linde KCA BIOSTAB Ros Roca BTA

29 6. BIOMETANIZACIÓN 6.3. Pretratamiento Seco de la MOR Los tratamientos mecánicos sencillos que seleccionan la fracción orgánica del residuo orgánico (cribado+separación de metales) son solo válidos para compostaje, no para procesos de biometanización ya que junto a esta aparecen además numerosos materiales no biodegradables como arenas, vidrios, escombros, pequeños plásticos, cáscaras duras de frutas, etc. Así la teórica fracción orgánica obtenida, como producto pasante por la criba citada, realmente contiene entre un 25 y 40 % de elementos no apropiados para la biometanización. Estos elementos impropios, no solo son imposible o difícilmente biodegradables, sino que entorpecen el funcionamiento general de la instalación produciendo atascos, decantaciones no controladas de arenas, vidrios y otros áridos, así como segregación de capas de elementos flotantes no deseados reduciendo la capaci dad efectiva de la biometanización. Plásticos Vidrio Metales FRACCIÓN ORGÁNICA (< 90 mm) Componente Materia Orgánica Papel-cartón Maderas Otros (finos, arenas, ) TOTAL Porcentaje 60,5% 12,5% 6,4% 8,3% 0,2% 1,0% 11,1% 100,0%

30 6. BIOMETANIZACIÓN 6.4. Pretratamiento Húmedo de la MOR En el caso de las biometanizaciónes vía húmeda podemos aumentar la eficiencia del pretratamiento seco con un sistema de eliminación de impropios añadido al sistema de preparación de la suspensión (hidropulper). De esta forma, la concentración de impropios del material que finalmente enviamos a digesti ón disminuye significativamente.

31 6. BIOMETANIZACIÓN 6.5. Implantación Mecánica Fuente: SUFI, Granollers

32 7. BIOSECADO Y ESTABILIZACIÓN 7.1. Biosecado Los procesos de fermentación aerobia de la fracción orgánica tienen además otra utilidad, la de reducir la humedad del residuo que tratan aprove chando la fermentación aerobia (reacción exotérmica con excedente de calor). De esta forma, controlando la humedad y mediante el uso de un sistema de aspiración de aire forzado se consigue, además de la estabilización de la materia orgánica contenida en el residuo (por fermentación aeróbica), la reducción de su grado de humedad por debajo del 20% y por tanto la reducción de su peso produciendo un material de alto PCI que puede ser valorizado como combustible. Este sistema se puede utilizar con fracciones mezcladas sin tratamiento mecánico de selección previo.

33 7. BIOSECADO Y ESTABILIZACIÓN 7.1. Biosecado

34 7. BIOSECADO Y ESTABILIZACIÓN 7.2. Esquema Básico RESIDUO URBANO Pretratamiento: Selección Mecánica Material Reciclable Orgánico a Tratamiento Biológico Rechazo Pretratamiento + Rechazo Orgánico Tratam. Biológico: Compostaje/ Biometanización Triturador Separador de Metales Biosecado Calor Residual Prensa Peletizadora Materiales Ligeros (Combustibles) Separador Neumático/ Balístico Materiales Pesados (Rechazo)

35 7. BIOSECADO Y ESTABILIZACIÓN 7.3. Diagrama del Proceso

36 7. BIOSECADO Y ESTABILIZACIÓN 7.4. Características del Combustible

37 7. BIOSECADO Y ESTABILIZACIÓN 7.5. Variación del PCI con la Humedad Como todo combustible, el RDF debería estar seco. El proceso de secado al que se somete el residuo incrementa el poder calorífico del mismo.

38 7. BIOSECADO Y ESTABILIZACIÓN 7.6. Características Químicas

39 7. BIOSECADO Y ESTABILIZACIÓN 7.7. Reducción de Emisiones de CO2

40 TRATAMIENTO MECÁNICO BIOLÓGICO DE RESIDUOS URBANOS (Selección Mecánica, Compostaje, Biometanización, Biosecado y Preparación de Combustibles Alternativos Comerciales) Carlos Guijarro Castro (Director Técnico SUFI, S.A.) Julio de 2009

41 CONGRÉS INTERNACIONAL D INNOVACIÓ EN LA GESTIÓ I TRACTAMENT DELS RESIDUS MUNICIPALS CONGRESO INTERNACIONAL DE INNOVACIÓN EN LA GESTIÓN Y TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS MUNICIPALES INTERNACIONAL CONFERENCE ON INNOVATION IN MUNICIPAL WASTE MANAGEMENT AND TREATMENT CONGRÉS INTERNACIONAL D INNOVACIÓ EN LA GESTIÓ I TRACTAMENT DELS RESIDUS MUNICIPALS CONGRESO INTERNACIONAL DE INNOVACIÓN EN LA GESTIÓN Y TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS MUNICIPALES INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATION IN MUNICIPAL WASTE MANAGEMENT AND TREATMENT

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