Presentació de la defensa del projecte de final de carrera d'en Bladi

1. ESTUDI TÈCNIC-ECONÒMIC D’UNA INSTAL·LACIÓ DE COMPOSTATGE COMBINAT PER AL TRACTAMENT DE LA FRACCIÓ ORGÀNICA DELS RESIDUS MUNICIPALS I FANGS D’EDAR Enginyeria Tècnica en Química Industrial PFC2 Bladimiro Díaz López Director del Projecte: Dr. Jordi Dosta Parcerisa

4. EL PROCÉS DE COMPOSTATGE El procés de compostatge Agents I factors que intervenen El procés de compostatge es basa en l'activitat dels microorganismes que viuen al nostre entorn (fongs, bacteris, actinomicets); aquests éssers microscòpics són els responsables de la descomposició de la matèria orgànica. Perquè aquest microorganismes puguin viure i per tant desenvolupar la seva activitat de descomposició necessiten unes condicions òptimes de temperatura, ph, humitat i oxigenació. La durada del procés de compostatge pot oscil·lar, depenent de diversos factors (sistema, tecnologia, disponibilitat d'espai, etc.), entre 8 i 14 setmanes.

6. E specificacions d’un procés de compostatge Aireació/Oxígen La presencia de nivells adecuats d’oxigen és indiscutible si el procés ha de ser biològic i aeròbic. A causa de l’activitat biològica el oxigen és consumit i cal reposar-lo. Aixó és pot conseguir per difusiò passiva, per la convecció afavorida per les diferents temperatures induïdes per l’activitat microbiana o bé pel volteig, si les característiques físiques de la matriu són les adequades. La ventilació passiva es produeix quan la barreja té una porositat i una estructura que afavoreixen l’intercanvi de gasos per fenòmens físics: difusió, evaporació, diferències de temperatures, de totes maneres el volteig no s’ha d’eliminar ja que té altres beneficis afegits com son: Homogeneïtza el material i reedistribueix els microorganismes, la humitat i els nutrients, i alhora redueix la grandària de les partícules i exposa noves superficies a l’atac microbià. La aireació té tres funcions primordials: Subministrar l’oxigen necessari, afavorir la regulació de l’excés d’humitat per evaporació i a la vegada col.laborar amb el manteniment d’una temperatura adecuada. ESPECIFICACIONS D’UN PROCÉS DE COMPOSTATGE

7. H umitat El microorganismes només poden utilitzar les molècules orgàniques si estan dissoltes en aigua; la dissolució i la hidròlisi de les molècules que es troben a la superficie del substrat són molt importants per la degradació que té lloc en la primera fase del procés. Aquesta degradació es fa d’una manera seqüencial: els bacteris produeixen els enzims que ataquen les molècules complexes per degradar-les en molècules senzilles que es transformen en materials de partida per a nous cicles de vida. Per tant, és important que hi hagi un bon contingut en aigua en el material que es vol compostar a la vegada que també afavoreix la migració i la colonització microbiana i la difusió dels residus metabòlics. Tenint en compte que l’aigua es disputa amb l’aire la porositat que tenen els material que es composten, cal buscar unes condicions de treball que facilitin l’existència de porus, amb grandàries diferents, i que aquests estiguin equilibradament ocupats amb aigua i aire, ja que la transferència de gasos decreix en incrementar-se el contingut en aigua. Hi ha una forta interrelació entre la grandària de les partícules, la porositat que presenta la massa del substrat i la seva densitat; com més petita és la grandària de les partícules, més s’incrementa la velocitat del procés, pero es corre el risc que l’increment de la densitat de la barreja dificulti l’intercanvi de gasos. Si la humitat és baixa, s’atura o s’alenteix el procés; i si aixó no es corregeix en les primeres etapes, pot produir problemas més endavant i donar al final un producte inacabat i de deficient qualitat. Per contra una humitat mol alta, acompanyada de una porositat inadequada de la matriu, disminueix la transferència d’oxigen, arribant a ser insuficient per la demanda metabòlica, i per tant reduïnt l’activitat microbiana aeròbica, la qual cosa provocarà l’aparició de mals olors, la generació d’excés de lixiviats i la pèrdua de nutrients per el rentatge.

8. La relació de C/N té importància pel que fa a les relacions d’inici del procés i la seva cinètica, així com en les fases de descomposició i maduració. També té rellevància en la posterior utilització del compost. El carbon i i el nitr o gen son l e s dos constituents b à sics de la mat è ria org à nica. P er l’obtenció d’ un compost de b ona qualitat és importan t que exist eixi una relaci ó equilibrada d’ambdós elements. Te ò ricament una relació C/N de 25 / 35 es la ade quada , per ò aqu esta variar à en funció de l e s mat è ri e s prim eres que conforman el compost. Si la relació C/N é s m ol elevada, disminue ix la activi tat biol ò gica. Una relació C/N m ol ba ixa no afecta al proc és de composta tge, perden t l ’ exc é s de nitr ògen en forma d ’ amoniac. É s important reali t zar una me s cla ade q uada de ls diferents residus amb diferents relaciones C/N p er a l’obtenció d’un compost equilibrat. Els materials org à nics rics en carbon i i pobres en nitr o gen s ó n la pa lla , el fenc sec , l es fulles , l es branques , la turba i les serr adures . El s pobres en carbon i i rics en nitr o gen s ó n e ls vegetals j o ves, l e s de j eccions animals i e ls residus d ’escorxador. Relació C/N equilibrada.

9. Els microorganismes descomponedors més actius en el compostatge són els bacteris, a més de protozous, fongs i actinomicets, que tenen un gran protagonisme en les primeres fases; però cal no oblidar que al llarg del procés actua també una micro i macrofauna variades. Aquesta micro i macrofauna participants en el procés, tenen una funció de descomposició física, redueixen la grandària de les partícules afavorint l’atac dels microorganismes. L’increment de la superficie atacable ja sigui per trituració, descomposició, actuació d’insectes, etc. fa que els microorganismes siguin més eficients a l’hora de digerir la materia orgànica, multiplican-se més ràpidament i generant més calor. Els sistemes vius es consideren sistemes oberts perquè continuament intercanvien matèria amb el seu entorn i poques vegades arriben a un equilibri termodinàmic; aquests sistemes estableixen un flux de materials metabòlics que donan com a resultat mol.lècules que es transformen o es destrueixen donant altres. Els sistemes vius són sistemes molt ordenats ja que mantenen relativament la seva entropia a canvi de l’increment de la de l’entorn. L’èxit amb el què les substàncies son transformades depèn dels materials i dels tipus de microorganismes que hi participen; uns materials són més degradables que d’altres i uns microorganismes descomponen més fàcilment unes mol.lècules que d’altres. Els residus orgànics són inicialment descompostos pels consumidors de primer nivell (bacteris, fongs i actinomicets); els bacteris mesófils són els primers a aparèixer; i els bacteris termófils formadors d’espores són els que suporten temperatures més altes. .../... Microorganismes

10. Els bacteris i els fongs prefereixen els carboidrats com a font d’energia, i questió molt important, si hi ha prou disponibilitat de carboidrats, els microorganismes assimilen l’amoniac que es genera en la descomposició de les proteïnes, en aquesta descomposició tenen un paper rellevant els bacteris termofílics com el Bacillus sp. Els actinomicets utilitzen formes d’energia més complexes com les cel·luloses i les hemicel·luloses i tenen importancia capital en les etapes finals de maduració del compost, això succeeix quan la temperatura comença a baixar i confereixen un aspecte característic a les capes superficials de les piles de compostatge. Els fongs tenen determinats avantatges competitius respecte als bacteris perqué soporten un ampli ventall de pH; es veuen meins afectats per la manca d’humitat (poden extreure aigua fins i tot de l’aire i de materials amb pressions osmótiques elevades) i poden viure i desenvolupar-se millor en ambients pobres en N. Per contra els bacteris són més resistents a la temperatura, a les radiacions i a la desinfecció química. El fet de tenir en compte tots aquests aspectes a l’hora de preparar les barreges ajuda a controlar la cinètica del procés de compostatge. Un atribut dels sistemes microbians és la seva habilitat per utilitzar qualsevol font d’energia química disponible. Rarament qualsevol reacció orgànica o inorgànica que produeixi energia lliure no serà utilitzada per aquest sistemes. Els bacteris i els fongs són particularment omnívors, i per aixó tenen una importància especial en el compostatge. Els microorganismes que hi ha inicialment en un residu es poden considerar suficients per que en condicions adequades, es desenvolupin i realtzin les funcions assignades. Una comunitat microbiana molt diversa fa més eficient el procés de compostatge, al mateix temps que més estable i segur. .../... Microorganismes

11. Relació dels microorganismes més corrents que es troben inicialment en un residu orgànic.

12. pH Cal tenir molt en compte aquest paràmetre a l’hora d’iniciar el tractament, ja que els valors extrems són perjudicials per determinats grups de microorganismes, en realitat els fongs son el únics que toleren un ampli rang de pH. Podria dir-se que d’una manera bastant generalitzada els pH’s extrems no són un impediment per al procés, peró si per la seva velocitat o cinética; les bones pràctiques aconsellen que a l’inici del procés la població microbiana sigui la més variada possible i aixó significa que hem de treballar a pH’s propers a 7. Els pH extremament bàsics generen una problemàtica afeixida perquè afecten, a més, els equilibris àcid-base que influeixen en la conservació del nitrogen. L’evolució del pH al llarg del procés segueix unes pautes més o menys tipificades, que serveixen, en certa manera per fer el seguiment del procés (juntament amb l’humitat i la temperatura).

13. Temperatura És una conseqüencia del tipus de procés i del seu funcionament; per tant, el seu seguiment ens informa de com s’està prodüint. L’increment de l’activitat biològica genera calor i, en considerar-se el residu una massa autoaïllant, aquest calor és retingut, la qual cosa provoca un aument de la temperatura, que per tant és a la vegada resultat de l’activitat i determinant d’ella. Les molècules orgàniques contenen energia emmagatzemada en els seus enllaços, aquesta energia s’allibera quan la mol·lècula es degrada i es transforma en altres de més simples, amb un contingut menor d’energia. L’energia emmagatzemada és molt diferent segons el tipus de mol·lècula constituent de la FORM i/o del fang. Els RO que poden tenir una compossició molt variada, presenten un calor de combustió que pot oscil·lar de 2100 a 9300 cal/g (energia equivalent per evaporar de 3 a 15g d’aigua). Cal tenir en compte que l’energia que es pot desprendre en la combustió dels RO és la mateixa que es pot alliverar en el compostatge, però amb una cinètica diferent. .../...

14. .../... Temperatura Al començament del compostatge, el material està a temperatures properes a les ambientals, la temperatura es va incrementant a mesura que augmenta l’activitat biològica i si els nivells d’oxigen interticial es mantenen alts ( del ordre del 10-14%). Les necessitats de volteig o de aireació en aquests moments depenen mol de la degradabilitat i l’energia emmagatzemada pels materials i de la capacitat d’autoaireació. La temperatura puja perquè es genera més calor que no s’en perd (fase mesófila i inici de la termòfila). En el moment en que les pèrdues són inferiors a la generació, l’aireació és més necessaria per mantenir la temperatura en un nivell òptim que no per mantenir l’oxigenació. Com que el control de la temperatura depèn de la pèrdua d’energia per conducció, ventilació i evaporació, caldrà vigilar que no es generin problemes per manca d’humitat. Tot i que l’increment de la temperatura en la primera part del compostatge indica la presència de materials molt degradables, en unes condicions de treball adequades i, per tant un desenvolupament correcte del procès, cal controlar-ne els nivells assolits per evitar l’autoeliminació microbiana per generació de calor i elevació excesiva de la temperatura. .../...

17. En el manteniment de la temperatura en les darreres parts del procés intervé molt el contingut en humitat i en matèria mineral, ja que infl uei xen de una manera directa en la calor específica i la conductivitat tèrmica. L’aigua té una calor específica alta i, per tant, una gran capacitat d’emmagatzemar calor. La calor específica de la fusta (FV, fracció vegetal; RP, restes de poda) i dels materials que se sol en compostar és de 0,45 a 0,65 cal/g ºC. En incrementar el contingut en humitat, sincrementan aquests valors, igual que passa quan s’avança en el procés de compostatge, ja que s’augmenta la concentració de la part mineral, que també té una calor específica superior a la de les RP. Cal dir que tant la calor específica com la conductivitat tèrmica varien linealment amb el contingut d’humitat. Els materials que se sol compostar tenen una conductivitat tèrmica baixa, sobre tot com més gran és la quantitat dáire retingut en l’espai porós. A continuació un gràfic comparatiu de la variació de la temperatura i del pH segons les etap e s del compostatge. .../... Temperatura

18. Representació esquemàtica de la participació dels components d’un residu i dels factors condicionants en el compostatge

19. SISTEMES DE COMPOSTATGE Sistemes de Compostatge Bàsicament existeixen dos tipus de sistemes, els sistemes no intensius (oberts o de piles) i els sistemes intensius (tancats o forçats). Els sistemes no intensius treballen amb piles obertes que es van girant regularment per tal d'airejar-les i així aconseguir que tinguin una quantitat d'oxigen adequada. Per tal de mantenir els valors adequats d'humitat, temperatura i oxigen cal controlar les condicions del procés. Els sistemes intensius poden treballar dins una nau o utilitzar reactors, com túnels, contenidors, boxes, digestors, sitges, etc. Aquests darrers sistemes tenen l'avantatge que el procés és totalment controlable, i per tant permet minimitzar la generació de males olors, precisa menys superfície i optimitza l'espai, ja que s'escurcen lleugerament els temps de compostatge.

20. SISTEMES DE COMPOSTATGE INTENSIUS Compostatge en Reactors Tambors -Túnels

21. Compostatge en Piles estàtiques i/o airejades SISTEMES DE COMPOSTATGE NO-INTENSIUS

22. Mètode intensiu Mètode extensiu PROCÉS DE COMPOSTATGE DE LA INSTAL·LACIÓ OBJECTE D’ESTUDI

23. Abans MODELS DE GESTIÓ DE RESIDUS MUNICIPALS

24. Recollida Selectiva MODELS DE GESTIÓ DE RESIDUS MUNICIPALS

25. La FORM ( fracció orgànica dels residus municipals ) Ara per ara MODELS DE GESTIÓ DE RESIDUS MUNICIPALS

26. Caracterització de la FORM

27. MODELS DE GESTIÓ DELS FANGS DE DEPURADORES Aplicacions dels fangs de depuradores d’aigües residuals (fangs d’EDAR)

29. Compostatge dels Fangs d’EDAR

30. UBICACIÓ

31. UBICACIÓ

32. Planta de compostatge

33. Planta de compostatge combinat (OLOT- La Garrotxa) VISUALITZACIÓ DEL PROCÉS

34. Recepció FORM

35. Recepció fangs EDAR

36. Transport de fangs

37. Pretractament de la fracció vegetal

38. Nau pretractament

39. Unitat de mescla forçada 1

40. Unitat de mescla forçada 2

41. Unitat de mescla forçada 3

42. Túnels de compostatge

43. Detall d’estanqueitat

44. Interior d’un túnel de compostatge Sprinkler

45. Túnel en preparació

46. Sedàs rotatiu Trommel 0-80 mm

47. Maduració en piles

48. Volteig

49. Trommel 0-12 mm Sedàs rotatiu

50. Garbell rotatiu i taula densimètrica

51. Rebuig pesat Compost 0-12 mm Afí

52. Afí

53. Compost madur

54. Compost madur

55. Compost madur

56. Biofiltres

57. Requeriments Tècnics: Càlculs i Dimensionaments

66. ESQUEMA DE PROCÉS ESQUEMA DE PROCÉS FORM/FANGS

67. 1. Edifici explotació 2. Recepció de la FORM 3. Recepció de fangs 4. Mescla i pretractament 5. Túnels FORM 6. Túnels fangs 7. Nau de maduració 8. Post-tractament i afí 9. Emmagatzematge del compost curat 10. Recepció de la FV 11. Tractament de gasos (Scrubber) 12. Biofiltres DISTRIBUCIÓ EN PLANTA

68. Necessitats de Superfície

69. Requeriments Econòmics Pressuposts

70. PRESSUPOST D’EXECUCIÓ MATERIAL PER PARTIDES Capítol 1. OBRA CIVIL Urbanització, frontons, murs de tancament i terres.............................................................................................. 176.447,49 Dipòsit d’aigua de serveis i canonades................................................................................................................... 70.071,34 Naus industrials i edifici d’explotació i serveis...................................................................................................... 936.470,01 Fossat tremuja de fangs i recepció de la FORM..................................................................................................... 74.011,09 Túnels de compostatge............................................................................................................................................. 227.580,08 Filtre Biològic.............................................................................................................................................................. 79.836,03 Humidificador.............................................................................................................................................................. 32.352,21 Total inversió d’instal·lacions: 1.596.768,25 Capítol 2.- EQUIPS ELECTROMECÀNICS...................................................................................................................... 1.372.563,21 Capítol 3.- INSTAL·LACIÓ ELÈCTRICA-INSTRUMENTACIÓ I CONTROL .................................................................. 490.808,16 Capítol 4.- VARIS.............................................................................................................................................................. 197.225,78 Total inversió de maquinària i equipaments: 2.060.597,15 Total execució material: 3.656.365,50 Despeses generals i benefici industrial (19%): 694.709,45 Suma: 4.351.074,95 IVA (16%): 696.171,99 TOTAL EXECUCIÓ PER CONTRACTE IVA INCLÒS: 5.047.246,94 FINANÇAMENT: 70% AGÈNCIA DE RESIDUS DE CATALUNYA: (mitjançant Fons de Cohesió de la Unió Europea)...................................................................................... 3.533.072,86 20% AGÈNCIA CATALANA DE L’AIGUA: (mitjançant fons propis)................................................................................................................................ 1.009.449,39 10% CONSELL COMARCAL DEL MARESME: (mitjançant el Consorci per al Tractament de Residus Sòlids Urbans del Maresme).............................. 504.724,69 TOTAL INVERSIÓ CLAUS EN MÀ: 5.047.246,94 PRESSUPOST D’EXECUCIÓ

71. RESUM PROPOSICIÓ ECONÒMICA EXECUCIÓ PER CONTRACTA DE LA PLANTA DE COMPOSTATGE COMBINAT DE VILASSAR DE MAR. PARTIDES FIXES: Personal: ............................................................................................................................ 157.247,79 Manteniment: ..................................................................................................................... 37.639,95 Energia elèctrica (terme de potència): ............................................................................. 21.795,62 Amortització maquinària mòbil: ....................................................................................... 104.159,75 Despeses diverses: ........................................................................................................... 27.863,45 A -Total Fix (€/any): ............. 348.706,55 PARTIDES VARIABLES: Consumibles maquinària mòbil: ....................................................................................... 65.136,00 Energia elèctrica (terme d'energia): .................................................................................. 98.342,00 Material suport: ................................................................................................................... 12.852,00 Venda de Compost: ............................................................................................................ -70.843,00 B-Total Variable (€/any): ............... 105.486,45 Tones de MO tractada (tones/any): ................................................................................... 20.000,00 A -Total Fix (€/any): ............................................................................................................. 348.706,55 B-Total Variable (€/any): ..................................................................................................... 105.486,45 TOTAL PLANTA DE COMPOSTATGE (€/ANY): 454.193,00 C-Cost per tona MO (€/t.MO): 22,71 TOTAL PLANTA DE COMPOSTATGE AMB IVA 7% (€/any): 485.986,51 C-Cost per tona MO AMB IVA 7% (€/t.MO): 24,30 CÀNON PER TONA DE FORM/FANG TRACTADA A LA COMARCA DEL MARESME (€/t): 27,50 PRESSUPOST D’EXPLOTACIÓ