UNIDAD 2 Aguas, residuos y otros impactos ambientales Subunidad 2.4 – Gestión (y tratamiento) de los residuos sólidos urbanos Según Tchobanoglous y cols., (1998) la Gestión de los Residuos Urbanos es un conjunto de operaciones realizadas desde la generación de los residuos hasta su destino final. La idea central de la gestión de los Residuos Urbanos es que están formados por diferentes fracciones que pueden ser valorizadas en un tratamiento posterior, minimizando los impactos ambientales que puede causar el vertido en el medio natural y, a la vez, genera materiales que pueden ser empleados en otros usos.
Como consecuencia de la alta tasa de generación de residuos en las últimas décadas, en 1992 el V Programa de Acción en Materia de Medio Ambiente de la Unión Europea trataba la problemática de los residuos. El programa mencionado tiene tres puntos de partida: • •
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Minimización, o reducción en origen: Tiene como objetivo disminuir la generación de residuos en los procesos productivos. Valorización, o recuperación de productos útiles: Una vez que el residuo existe, resulta necesario realizar una evaluación del mismo con el objetivo de aprovechar los recursos contenidos en el residuo. Incluye actividades como: o Reutilización del residuo generado para nuevos propósitos, dotándolo de una segunda vida útil, con el mismo uso u otro diferente. o Reciclaje es el proceso por el que se transforma el residuo en nuevos productos útiles. Tratamiento: Se denomina así a todos los procesos que tienen como objetivo último reducir la toxicidad del residuo para su depósito en vertedero.
Se observa como ya en 1992, se intuía la opción de depósito en vertedero en último lugar, fomentándose alternativas más sostenibles como la minimización o la valorización. Éste es el eje central de la legislación española actual en material de residuos. El Plan Nacional Integrado de Residuos (PNIR) 2008-2015 fomenta el reciclaje de los residuos frente al depósito en vertedero. De hecho, establece una reducción del depósito en vertedero de los Residuos Municipales Biodegradables (RMB), de manera que la cantidad máxima permitida para su vertido debe reducirse al 25% (en 2006), al 50% (en 2009) o al 35% (2016) con respecto a la cantidad que se vertió en 1995. Laconciencia ambiental en los países de centro Europa parece más acusada que en otros países de la Unión Europea. El mapa de porcentaje de reciclaje de residuo urbano en 2008 y 2009, así lo muestra. Países como Dinamarca, Bélgica, Holanda, Alemania, Austria o República Checa entre otros, presentan porcentajes de reciclaje superiores al 60 % de los RSU generados. Por el contrario, algunas regiones de Francia, Portugal, Ucrania o Polonia, apenas llegan al 20%. En el reciclado de envases, España ocupa el puesto 11 en la Unión Europea.
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Juana Fernández
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Figura: Porcentaje de reciclado de residuos urbanos en los países de la Unión Europea Fuente: European Environment Agency, 2012
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Figura: datos de reciclado y valorización de residuos de envases alcanzados por 35 países europeos en 2009. Fuente: Eurostat, oficina de estadística de la Comisión Europea
Para poder llevar a cabo el reciclaje de las diferentes fracciones contenidas en los RSU, resulta fundamental promover un sistema de recogida selectiva de las distintas fracciones:
ï Vidrio: El vidrio es un residuo idóneo para ser reutilizado, ya que una de sus cualidades es que no pierde propiedades con el uso. El contenedor es de color verde. ï
Papel-cartón: El contenedor para recogida de papel es el azul.
ï Envases: La recogida selectiva de envases incluye distintos plásticos (HDPD, PET, PP, etc.), los bricks y metales (férricos, no férricos y aluminio). Los contenedores son de color amarillo. Materia orgánica: El contenedor de recogida de la FORSU es de color gris o marrón ï dependiendo de las ciudades.
La gestión integral de los residuos sólidos comprende varias fases:
1. Colecta: constituye la primera fase del proceso de gestión en la que los residuos son envasados para su evacuación, donde se utilizan bolsas o sacos desechables, cubos de basura, contenedores de ruedas o de gran capacidad. 2. Recogida: comprende un conjunto de operaciones que incluyen el depósito en contenedores específicos hasta la descarga de los residuos en un centro de tratamiento. Los parámetros de operación, tales como rutas, frecuencias de recogida, horarios, equipos y personal, suponen un alto coste de la gestión. En esta fase de recogida se incluye el transporte hasta el centro de tratamiento. Existen distintas formas de realizar el transporte de los RSU, pudiendo realizarse directamente desde el contendor hasta el centro de tratamiento en los propios camiones de recogida o bien utilizando instalaciones intermediarias denominadas estaciones de transferencia en las que se realiza un primer trasvase y compactación de los residuos recogidos. En una segunda etapa, los residuos son llevados al centro de tratamiento.
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3. Tratamiento/Valorización: comprende un conjunto de operaciones destinadas al aprovechamiento, la reducción y/o la eliminación de los residuos. Las fases generales más utilizadas son: •
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Operaciones básicas para la separación y el procesamiento de materiales residuales: El objetivo central de estas etapas mecánicas es separar los RSU que no proceden de sistema de recogida selectiva, para el tratamiento posterior de las fracciones separadas. o Rotura de embalaje de residuos, se trata de equipo diseñado para abrir las bolsas de RSU mediante unas púas o cuchillos acoplados en su interior o Separación por tamaño, retira los residuos más voluminosos, como cajas o botes. o Reducción de tamaño, se lleva a cabo con trituradores para homogenizar los residuos y disminuir su tamaño de poro o Separación por densidad, se consiguen separar residuos pesados como los escombros de construcción de otros con baja densidad como bolsas. o Separación por campo magnético, para separar latas y otros metales que pueda contener el residuo. o Densificación o compactación, con el fin de disminuir los costes de transporte y facilitar el almacenamiento. Tecnologías de conversión térmica: Los tratamientos térmicos de residuos se pueden clasificar en base a sus requisitos de oxígeno. En este sentido se distinguen los siguientes tratamientos: o Incineración, el proceso tiene lugar en exceso de oxígeno. Es el tratamiento térmicomás extendido. Como productos finales se obtienen: Gases calientes de combustión, compuestos principalmente de nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua.
Sólidos no combustibles, las cenizas. Gasificación, si tiene lugar con un déficit de oxígeno, se produce una combustión parcial, parte de la energía almacenada en forma de energía química del material orgánico, quedará liberada como gases de combustión. Como resultado de la gasificación de los residuos, se obtiene: Un gas combustible formado por una pequeña cantidad de monóxido de carbono, metano y dióxido de carbono, entre otros, en una matriz de nitrógeno. Presenta bajo poder calorífico, de
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unos 5500 kJ/m3. Un coque que contiene carbono y los inertes. Un líquido condensable parecido al aceite pirolítico
Pirólisis, es el procesamiento térmico en ausencia de oxígeno. Es un proceso altamente endotérmico, por lo que requiere una fuente de calor externa. Se producen tres fracciones principalmente. El gas combustible generado contiene monóxido de carbono, hidrógeno e hidrocarburos gaseosos, con alto poder calorífico, unos 26000 kJ/m3. Una fracción líquida consistente en un flujo de alquitrán tipo aceitoso que contiene ácido acético, acetona, metanol e hidrocarburos oxigenados, con un procesamiento adicional puede ser utilizado como aceite combustible. Un residuo formado por material inerte y carbono llamado coque inferior.
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Tecnologías de conversión biológica: Se centran en la transformación de los materiales orgánicos contenidos en los residuos sólidos urbanos a través de los procesos biológicos, tanto aerobios como anaerobios. La característica común a los procesos de valorización por vía biológica es que requieren una alta riqueza de material orgánico en el residuo, pudiendo ocasionar el material impropio presente dificultades operativas o incluso una disminución drástica de la eficacia del proceso. Aquí cobra especial importancia la separación en origen de los residuos. Hay dos tecnologías principalmente: o Compostaje: Es un proceso microbiológico aerobio y es el más utilizado a nivel industrialpara la conversión de la fracción orgánica de los RSU a un material húmico estable conocido como compost. En este caso, la presencia de material no orgánico puede limitar la aplicación del compost. En el proceso intervienen microorganismos aerobios facultativos y aerobios obligados. Las etapas principales de las que consta son: Fermentación: el proceso metabólico empleado por los diferentes tipos de microorganismos excreta enzimas que hidrolizan y transforman en el exterior los distintos compuestos complejos, para su posterior difusión a través de la membrana y su utilización en el interior celular. En un primer momento se trata de bacterias mesofílicas (35ºC), una vez que la temperatura en el compost comienza a aumentar predominan las bacterias termofílicas (55ºC), que favorecen la aparición de hongos termofílicos al cabo de 5 o 10 días. Maduración: el compost se apila en bloques que periódicamente son volteadas para favorecer la estabilización del producto. Aparecen mohos y actinomicetos que estabilizan la materia orgánica contenida en el compost. Afino: el compost se separa de los componentes inertes para mejorar su calidad.
Los parámetros fundamentales para que el proceso de compostaje tenga lugar eficientemente son:
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Relación C/N: que debe situarse en el rango de 25 a 50 para evitar que el N sea limitante su está por encima de 50 o, si está por debajo de 25, evitar la formación de amoníaco. Contenido en humedad: que debe estar en el rango entre 50 y 60% durante el proceso, con un valor óptimo del 55%. Agitación y removido: previene el secado, aglomeración y canalizaciones en la circulación del aire. Adición de agente descompactante: se añade para favorecer la porosidad de la masa que se va a compostar y la circulación de aire en su interior (virutas de madera, materiales plásticos, etc.).
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En la siguiente figura se muestra un esquema del proceso de compostaje:
Fuente: Compostaje, Joaquín Moreno Casco. Mundi-Prensa Libros. (2008)
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Biometanización: Es un proceso microbiológico que tiene lugar en ausencia de oxígeno, esto es anaerobio, y como resultado del metabolismo de los microorganismos se genera un gas enriquecido en metano y por tanto valorizable energéticamente. El proceso se divide en cuatro etapas microbiológicas: Hidrólisis: es el primer paso necesario para la degradación anaerobia de substratos orgánicos complejos, ya que la materia orgánica no puede ser utilizada directamente por los microorganismos a menos que se hidrolice en compuestos solubles, que puedan atravesar la membrana celular. La hidrólisis de estas partículas orgánicas es llevada a cabo por enzimas extracelulares excretadas por las bacterias fermentativas. Acidogénesis: las moléculas orgánicas solubles son fermentadas por varios microorganismos formando compuestos que pueden ser utilizados directamente por las bacterias metanogénicas (acético, fórmico, hidrógeno) y otros compuestos orgánicos muy reducidos (láctico, etanol, propiónico, butírico). Acetogénesis: los compuestos orgánicos reducidos, formados en la anterior etapa, tienen que ser oxidados por las bacterias acetogénicas a sustratos que puedan ser utilizados por las archaeas metanogénicas.
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Metanogénesis: las archaeas metanogénicas son las responsables de la formación de metano a partir de substratos monocarbonados o con dos átomos de carbono unidos por un enlace covalente, dando nombre al proceso general de biometanización. Los organismos metanogénicos se clasifican dentro del dominio Archaea, y morfológicamente, pueden ser bacilos cortos y largos. Todas las archaeas metanogénicas que intervienen en el proceso poseen varias coenzimas especiales, siendo la coenzima M, la que participa en el paso final de la formación de metano.
En la siguiente figura se representa un esquema simplificado de las etapas del proceso de degradación anaerobia de compuestos orgánicos.
La digestión anaerobia o biometanización se puede llevar a cabo bajo distintas concentraciones de sólidos, así si está en el rango 4-8% de sólidos totales (ST), se llama digestión anaerobia seca y si está entre 20-30% ST, es conocida como digestión anaerobia húmeda. Al finalizar el proceso de digestión anaerobia se obtiene un gas enriquecido en metano y un residuo con bajo contenido orgánico, que puede ser empleado en un proceso de compostaje aerobio. El gas generado como consecuencia del metabolismo anaerobio, se almacena en unos gasómetros esféricos. El biogás es tratado con diferentes tecnologías en función del uso posterior al que vaya a ser destinado. El poder calorífico promedio del biogás es de 22000 kJ/m3.
En los últimos tiempos se está llevando a cabo un proceso integral de tratamiento de residuos sólidos por vía biológica que consta de dos partes, una primera degradación anaerobia de la que se obtiene el metano valorizable energéticamente y el residuo sólido con bajo contenido orgánico, procedente del proceso de biometanización pasa a una segunda etapa de tratamiento, compostaje aerobio, obteniéndose un compost con altos índices de calidad.
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Tecnologías de conversión química: Son menos comunes y en ocasiones complementan los tratamientos biológicos anteriormente citados. Incluyen procesos centrados en recuperar compuestos útiles como la glucosa, aceite sintético o metanol. La aplicación de estos procesos resulta más viable en otro tipo de residuos con mayor contenido celulósico que los RSU, como pueden ser los residuos agrícolas. Hay varios tipos de procesos químicos para la recuperación de productos, la hidrólisis ácida, la hidrólisis alcalina u otros tipos de procesos químicos de conversión como la producción de metanol (combustible líquido) a partir de metano (combustible gaseoso).
4. Vertido controlado: Una vez que se han realizado todos los tratamientos, y como última opción, se contempla el vertido controlado. El vertido consiste en depositar bajo supervisión el flujo de residuos entrante, colocación y compactación de los residuos, en un lugar seguro con monitorización continua y asegurando los parámetros de calidad ambiental del entorno. Aunque como se ha mencionado al inicio del apartado, la legislación obliga a minimizar las cantidades destinadas a vertedero, promoviendo opciones de gestión de los residuos más sostenibles.
Más info: BÁSICA: Gestión Integral de Residuos Sólidos. Tchobanoglous y cols. Ed Mac Graw-Hill. (1996).
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