TEMA 17. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS II: TRATAMIENTOS Y VERTIDO

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1 TEMA 17. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS II: TRATAMIENTOS Y VERTIDO
17.1. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS Aerobio: Compostaje Anaerobio: Biometanización Métodos anaerobios y aerobios de dos fases 17.2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS Incineración Pirólisis Gasificación 17.3. VERTIDO CONTROLADO Selección del emplazamiento y apertura Sistemas de sellado y recogida de lixiviados Sistemas de cobertura y recogida de biogás Operación y control

2 OBJETIVOS DEL TEMA Conocer las alternativas existentes de tratamiento y gestión para los residuos sólidos urbanos, así como las ventajas y limitaciones de cada alternativa Comprender los fundamentos y principales características del tratamiento de residuos sólidos urbanos por métodos biológicos y térmicos  Conocer las bases del diseño, gestión y operación en un vertedero controlado de residuos sólidos urbanos

3 Los residuos sólidos urbanos son aquellos que se generan en las actividades desarrolladas en los núcleos urbanos o en sus zonas de influencia:  Residuos generados en domicilios particulares, comercios, oficinas y servicios  Residuos procedentes de la limpieza de vías públicas y zonas verdes  Residuos y escombros procedentes de obras menores También son catalogados como residuos urbanos otros residuos que no son identificados como peligrosos y que por su naturaleza o composición puedan asimilarse a los producidos en los anteriores lugares o actividades En Europa se produce una media de 1,5 kg de residuos sólidos urbanos por habitante y día

4 Fig Tratamiento de RSU

5 17.1. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS
 Son aplicables a la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos que debe de ser separada selectivamente del resto  Esta fracción orgánica está constituida principalmente por restos de alimentos y restos verdes de poda y jardinería  Cada habitante de Asturias produce una media de 1,4 kg de residuos sólidos urbanos por día, de los que aproximadamente 0,5 kg es materia orgánica  Esta fracción orgánica puede ser tratada por vía biológica: COMPOSTAJE BIOMETANIZACIÓN

6 COMPOSTAJE  Se trata de transformar la fracción orgánica biodegradable de los RSU en un material orgánico estable  Este material puede usarse como sustrato para el crecimiento de plantas (jardinería, agricultura, enmienda de suelos)  La transformación es un proceso biológico aerobio que precisa agua y nutrientes En el caso de los RSU es necesario una separación previa de los residuos no fermentables (plásticos, metales, vidrio) INCONVENIENTES: Necesidad de separación Posible presencia en el compost de elementos no degradables Metales pesados Patógenos

7 EN UN PROCESO DE COMPOSTAJE SE PUEDEN DISTINGUIR TRES FASES:
FASE DE LATENCIA Y CRECIMIENTO: Tiempo que necesitan los microorganismos para aclimatarse a su nuevo medio y comenzar a multiplicarse Tiempo ~ 2-4 días; temperatura > 50 ºC  FASE TERMÓFILA: Los microorganismos iniciales son sustituidos por los termófilos Temperaturas más elevadas (de 50 a 70 ºC) que permiten eliminar patógenos, larvas y semillas La masa se va estabilizando FASE DE MADURACIÓN: Periodo de fermentación lenta, los microorganismos termófilos disminuyen su actividad y aparecen otros (hongos) que continúan la degradación Se sintetizan componentes que favorecerán el desarrollo vegetal

8 El proceso de compostaje se optimiza para una relación carbono/nitrógeno de 20-30
Una pila de compost efectiva debe de tener una humedad entre el 40 y el 60% En el caso del compostaje de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos se recomienda combinar materiales secos (ricos en carbono) con materiales húmedos (ricos en nitrógeno) EL COMPOSTAJE DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS RSU SE PUEDE REALIZAR A DISTINTOS NIVELES: INDUSTRIAL: Llevado a cabo en plantas de compostaje, generalmente a partir de residuos orgánicos separados en origen por los ciudadanos DOMÉSTICO: Es un hábito arraigado en los países del norte y centro de Europa; se realiza en el ámbito de la vivienda (terraza, jardín, huerta), en compostadoras domésticas, sin necesidad de transporte y con inmediata utilización del compost que se produce

9 A NIVEL INDUSTRIAL, EL PROCESO DE COMPOSTAJE PUEDE REALIZARSE DE DOS FORMAS DIFERENTES:
PILAS O HILERAS Al menos de 1 m de alto que se voltean frecuentemente y se les añade agua (proceso lento ~ 1-3 meses) CÁMARA CERRADA Permitiendo un mejor control de las variables (proceso rápido)

10 Fig.17.2. Diagrama de flujo de una operación de compostaje de lodos de pilas volteadas (Kiely, 1999)

11 Fig Balance de materia de compostaje de una torta de lodos digeridos con reciclado (Kiely, 1999)

12 BIOMETANIZACIÓN  Se ha empleado desde hace muchos años para el tratamiento de fangos de EDAR y residuos agrícolas y ahora también para la fracción orgánica de los RSU y residuos industriales biodegradables  Los residuos deben de ser pretratados: eliminación de contaminantes, troceado, homogeneización  Se obtiene biogas y un producto estabilizado, libre de olores y patógenos  Las transformaciones son las mismas que en tratamiento de aguas (hidrólisis + acidogénesis + metanogénesis)

13 EXISTEN DOS ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO:
La fracción orgánica de los RSU tiene ~ 70% de humedad DIGESTIÓN ANAEROBIA CON BAJO CONTENIDO EN SÓLIDOS:  Se diluye, normalmente con lodos de EDAR, hasta concentraciones de 4-10% de sólidos  TRH~20 días  Lo más habituales son reactores convencionales que trabajan a temperaturas mesofílicas DIGESTIÓN ANAEROBIA CON ALTO CONTENIDO EN SÓLIDOS:  Reactores diseñados para trabajar con contenidos en sólidos del 25—35% (ej. proceso Dranco)  TRH de días  En el mundo ya hay más de 125 plantas de digestión anaerobia que emplean la fracción orgánica de los RSU (más de 50 en Europa)

14 17.1.3. MÉTODOS ANAEROBIOS Y AEROBIOS DE DOS FASES
Un sistema prometedor de cara al futuro para el compostaje de residuos sólidos urbanos es el proceso de dos fases que utiliza : VENTAJAS  No se necesita diluir la fracción orgánica de los RSU  No se producen vertidos de agua  Elevada producción de biogas (5-10 m3/m3 de reactor)  Se obtiene un compost muy estable DIGESTIÓN ANAEROBIA CON ALTO CONTENIDO EN SÓLIDOS + COMPOSTAJE CERRADO

15 Fig Diagrama de flujo para un tratamiento combinado de RSU orgánicos y de lodo municipal (Kiely, 1999)

16 17.2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS
El tratamiento térmico por excelencia para los residuos es la incineración, pero también existen otras propuestas como la pirólisis o la gasificación INCINERACIÓN Procesamiento térmico de los residuos mediante oxidación química con cantidades estequiométricas o en exceso de oxígeno GASIFICACIÓN Combustión parcial de los residuos bajo condiciones subestequiométricas de oxígeno PIRÓLISIS Procesamiento térmico de residuos en ausencia completa de oxígeno (requiere una fuente de combustible externa)

17 17.2.1. INCINERACIÓN VENTAJAS INCONVENIENTES
 Es una alternativa al vertedero en la gestión de residuos sólidos urbanos  Se disminuye el volumen de los RSU (80-90%) a la vez que se aprovecha su contenido energético (electricidad y/o agua caliente)  Se requieren altas temperaturas de operación (T>850ºC) y un buen control del proceso de combustión  Se generan contaminantes gaseosos por lo que se requiere el empleo de sistemas de tratamiento de gases (CO2, CO, SO2, NOx, HCl, partículas)  Se generan rechazos sólidos: escorias y cenizas volantes VENTAJAS  Aprovechamiento energético  Disminución drástica de volumen  Estabilización del residuo  Tratamiento rápido  Requiere un área relativamente pequeña INCONVENIENTES  Requiere tratamiento de gases  Materiales adecuados que soporten altas temperaturas  Mala aceptación social

18 TIPOS DE HORNO  Hornos de parrilla: sistema más sencillo, pero menos eficaz  Hornos de tambor rotatorio: sistema más utilizado actualmente  Hornos de lecho fluidizado: más eficaz y fácil de controlar, pero tecnológicamente complejo MATERIALES Habitualmente aceros (accesorios) y cerámicos (hornos) CONTAMINANTES GASEOSOS (R.D. 653/2003 sobre incineración de residuos)  NOx: control de la combustión, procesos SCR y SNCR  Gases ácidos (SO2, HCl): absorción por vía seca (inyección de caliza)  CO e HC: control de la combustión  Partículas: ciclones, filtros de mangas, electrofiltros  Metales (Cd, Hg): selección de residuos en origen, adsorción  Dioxinas y furanos: control de la combustión, adsorción ESCORIAS Y CENIZAS Evacuación en vertederos, carreteras, procesos de solidificación-estabilización

19 Tabla 17.1. Datos de incineración en Estados Unidos, Unión Europea y Canadá (Kiely, 1999)

20 Fig.17.5. Incinerador de residuos municipales en Reno Norte, Aalborg, Dinamarca (Kiely, 1999)

21 Fig Disposición de las tres fases de la incineración: gasificación (zona A), combustión a alta temperatura (zona B) y la combustión de carbono puro (zona C) (Kiely, 1999)

22 Tabla Niveles típicos de contenido de contaminantes en gas de combustión seco antes de ser depurado y estándares de emisión de la UE (Kiely, 1999)

23 Tabla El efecto de los diferentes filtros sobre los gases de combustión típicos de los incineradores (Kiely, 1999)

24 Fig.17.7. Esquema para un proceso de depuración de gas de combustión seco (Kiely, 1999)

25 PIRÓLISIS  Precedente histórico: Obtención de carbón de madera  Degradación térmica de residuos en ausencia de oxígeno (atmósfera reductora)  Requiere suministro de energía (T: ºC)  Las sustancias orgánicas se descomponen dando lugar a la formación de diferentes componentes 3 FRACCIONES GASEOSA: CO, CH4, H2, mezcla de gases C4-C7 LÍQUIDA: aceites pirolíticos SÓLIDA: coque inferior (C puro + materiales inertes) En la actualidad es un proceso poco utilizado para residuos A nivel industrial se usa principalmente para producir carbón vegetal (madera), coque y gas de coquización (carbón) y gas combustible y betún (petróleo)

26 GASIFICACIÓN Proceso de combustión parcial en el que un combustible es quemado con menos aire que el estequiométrico Técnica energéticamente eficaz para reducir el volumen de residuos y recuperar energía Se genera un gas combustible (gas de gasógeno) con altos contenidos en CO, H2 y algunos hidrocarburos saturados, sobre todo CH4  Se utilizaron desde el s. XIX en motores para usos agrícolas y vehículos empleando como combustible carbón o cualquier tipo de residuo celulósico y actualmente ha vuelto a ser de interés para obtener combustible para motores a partir de residuos agrícolas y forestales y también RSU  La tecnología ha ido desarrollándose y se han conseguido diseños eficientes y compactos para la producción de electricidad a partir de diversos residuos 3 FRACCIONES GAS DE GASÓGENO: 10% CO2, 20% CO, 15% H2, 2% CH4, 53% N2 (~1,3 kcal/L) LÍQUIDOS CONDENSABLES COQUE (C + materiales inertes)  Temperatura habitual: ºC  Suministro de oxígeno: 15-40% del estequiométrico  Gasificadores: de lecho fijo o lecho fluidizado

27 17.3. VERTIDO CONTROLADO Consiste en evacuar los RSU en los suelos superficiales de una instalación destinada a tal efecto en condiciones medioambientalmente seguras Es la última opción en la gestión de residuos, aunque el aprovechamiento del biogas permite cierta valorización (disyuntiva incineración-vertido) En Europa sigue siendo el sistema de gestión predominante en la mayor parte de los países Real Decreto 1481/2001. NO SE ADMITIRÁ EN NINGÚN VERTEDERO:  Residuos líquidos  Residuos explosivos, corrosivos, oxidantes o inflamables  Infecciosos y sustancias químicas no identificadas  Neumáticos  Cualquier otro residuo que no cumpla con los criterios establecidos de admisión de residuos en vertedero La Decisión del Consejo 2003/33/CE establece los criterios y procedimientos de admisión de residuos en vertederos para residuos inertes, vertederos para residuos no peligrosos (RSU) y vertederos para residuos peligrosos

28 Fig.17.8. Elementos del balance de agua en un vertedero (Kiely, 1999)

29 REAL DECRETO 1481/2001 CUANDO SE QUIERE PONER EN MARCHA UN VERTEDERO ES NECESARIO SOLICITAR UNA AUTORIZACIÓN QUE INCLUYA:  Memoria  Planos  Prescripciones técnicas  Presupuesto PARA CONCEDER LA AUTORIZACIÓN LA AUTORIDAD COMPETENTE DEBE COMPROBAR:  Personal cualificado  Medidas a adoptar para evitar accidentes (Ley de Prevención de Riesgos Laborales)  Seguro de responsabilidad civil (sólo RP)  Fianzas que garanticen el cumplimiento del plan  Proyecto conforme a Ley 10/1998 de residuos

30 17.3.1. SELECCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO Y APERTURA
REAL DECRETO 1481/2001 PARA LA UBICACIÓN DE UN VERTEDERO DEBERÁ TOMARSE EN CONSIDERACIÓN:  Las distancias entre el límite del vertedero y las zonas residenciales y recreativas, vías fluviales, masas de agua y otras zonas agrícolas o urbanas  La existencia de aguas subterráneas, aguas costeras o reservas naturales en la zona  Las condiciones geológicas a hidrogeológicas de la zona  El riesgo de inundaciones, hundimientos, corrimientos de tierras o aludes en el emplazamiento del vertedero La protección del patrimonio natural o cultural de la zona EL VERTEDERO SÓLO PODRÁ SER AUTORIZADO SI LAS CARACTERÍSTICAS DEL EMPLAZAMIENTO CON RESPECTO A LOS REQUISITOS MENCIONADOS, O LAS MEDIDAS CORRECTORAS QUE SE TOMEN, INDICAN QUE AQUÉL NO PLANTEARÁ NINGÚN RIESGO GRAVE PARA EL MEDIO AMBIENTE

31 Fig Esquema de doble revestimiento, recogida de lixiviado y operaciones y procesos de vertedero (Kiely, 1999)

32 17.3.2. SISTEMAS DE SELLADO Y RECOGIDA DE LIXIVIADOS
Dado que inevitablemente se generan lixiviados (líquido procedente de la percolación del agua a través del residuo), es necesario:  Un sellado que proporcione una barrera que minimice la migración de contaminantes  Un sistema de recogida de lixiviados para su posterior tratamiento SISTEMAS DE COBERTURA Y RECOGIDA DEL BIOGAS Los sistemas de cobertura tienen como finalidad minimizar la cantidad de agua infiltrada y asegurar que se cumplan unas adecuadas condiciones de higiene, seguridad y estética  La fermentación anaerobia de la fracción orgánica libera biogas que debe de ser recuperado para su aprovechamiento o destrucción  Se generan más de 100 m3 de biogas por cada 1000 kg de RSU

33 Fig.17.10. Sistema de doble revestimiento para un vertedero seguro (Kiely, 1999)

34 Fig Esquema de componentes de un sistema de doble revestimiento para un vertedero seguro (Kiely, 1999)

35 Tabla 17.4. Composición típica del gas de vertedero (Kiely, 1999)

36 Tabla 17.5. Composición química típica del lixiviado (Kiely, 1999)

37 17.3.4. OPERACIÓN Y CONTROL  Cobertura diaria (30 cm)
 Equipos de higiene y seguridad para los trabajadores  Maquinaria pesada: modificaciones en el peso del equipo y el diseño de las palas Recogida y tratamiento de los lixiviados y biogas REAL DECRETO 1481/2001. MEDIDAS DE SEGUIMIENTO  Datos meteorológicos: precipitación, T, viento, humedad  Control lixiviados, aguas superficiales y gases  Control de aguas subterráneas Control de asentamiento (los vertederos deben de ser estables durante su construcción, operación y después de su clausura) CLAUSURA DE VERTEDERO: Cierre colocando la cobertura final; se puede dejar en forma de loma o al mismo nivel que el terreno  Las medidas de seguimiento continuarán después de clausurado el vertedero  La entidad explotadora continúa siendo responsable del vertedero clausurado durante el plazo que establezca la autoridad competente al conceder la autorización (como mínimo 30 años)

38 Tabla Niveles propuestos por la UE para lixiviados de los residuos peligrosos e inertes (Kiely, 1999)