BIOMETANIZACION DE RSU...

DEPARTAMETO DE

ESCUELA TÉCICA

UIVERSIDAD DE SEVILLA

DISEÑO

BIOMETAIZACIÓ

RESIDUOS SÓLIDOS

PROYECTO FI

DEPARTAMETO DE IGEIERÍA QUÍMICA Y AMBIETAL

TÉCICA SUPERIOR DE IGEIEROS

UIVERSIDAD DE SEVILLA

DISEÑO DE UA LÍEA DE

BIOMETAIZACIÓ PARA EL TRATAMIETO DE

RESIDUOS SÓLIDOS URBAOS (RSU)

PROYECTO FI DE CARRERA

TUTOR: Antonio Morales Carrasco

Juan Martín Gómez

Sevilla, Diciembre 2013

QUÍMICA Y AMBIETAL

SUPERIOR DE IGEIEROS

EL TRATAMIETO DE

URBAOS (RSU)

ÍDICE GEERAL

1. ITRODUCCIÓ Y OBJETIVOS ...................................................................................................... 5

2. CARACTERIZACIÓ Y PROBLEMÁTICA DE LOS RU .............................................................. 7

2.1 ITRODUCCIÓ ........................................................................................................................... 7

2.2 COCEPTO DE RESIDUO SÓLIDO URBAO (RSU) ............................................................. 8

2.3 EVOLUCIÓ DE LA PRODUCCIÓ DE RSU (ESPAÑA, CCAA Y UE) ............................. 11

2.4 COMPOSICIÓ DE LOS RU Y PROPIEDADES ..................................................................... 16

2.4.1. COMPOSICIÓ DE LOS RU ............................................................................................. 16

2.4.2 PROPIEDADES DE LOS RU ............................................................................................... 19

2.5 GESTIÓ DE LOS RU ................................................................................................................. 24

2.5.1 ITRODUCCIÓ.................................................................................................................. 24

2.5.2 PLAES DE GESTIÓ DE RESIDUOS Y COMPETECIAS ....................................... 26

2.5.3 TECICAS DE VALORIZACIÓ. EXISTETES Y TEDECIAS ............................ 28

2.5.3.1 PROCESOS BIOLÓGICOS ......................................................................................... 29

2.5.3.2 PROCESOS TÉRMICOS .............................................................................................. 30

3. BIOMETAIZACIÓ COMO PROCESO DE VALORIZACIÓ DE LOS RESIDUOS

URBAOS (RU) ................................................................................................................................... 34

3.1 ITRODUCCIÓ ......................................................................................................................... 34

3.2 PRICIPALES ETAPAS PRESETES E EL PROCESO ..................................................... 36

3.2.1 ITRODUCCIÓ.................................................................................................................. 36

3.2.2 TRATAMIETOS DE LA LÍEA DE ETRADA AL PROCESO ................................ 36

3.2.3 ACODICIOAMIETO DE LA ALIMETACIÓ ..................................................... 44

3.2.4 DIGESTORES AAEROBIOS ............................................................................................ 47

3.2.5 DIFERETES ALTERATIVAS ........................................................................................ 48

3.2.6 EL PROCESO BIOLÓGICO ............................................................................................... 56

3.2.6.1. HIDRÓLISIS ................................................................................................................. 58

3.2.6.2. ACIDOGÉESIS .......................................................................................................... 59

3.2.6.3. ACETOGÉESIS ......................................................................................................... 60

3.2.6.4. METAOGÉESIS ..................................................................................................... 60

3.3 VARIABLES DE OPERACIÓ Y CIÉTICA DEL PROCESO............................................. 61

3.3.1 VARIABLES DE OPERACIÓ ........................................................................................... 61

3.3.2. CIÉTICA DEL PROCESO ............................................................................................... 68

3.3.2.1 ITRODUCCIÓ .......................................................................................................... 68

3.3.2.2 CIÉTICA EZIMÁTICA .......................................................................................... 70

3.3.2.3 CIÉTICA MICROBIAA .......................................................................................... 73

3.4 PRODUCTOS OBTEIDOS DE LA BIOMETAIZACIÓ .................................................. 79

3.5 LIMITACIOES OPERACIOALES Y COTROL DEL PROCESO ................................. 84

4. DISEÑO BÁSICO DE UA LÍEA DE TRATAMIETO ............................................................. 89

4.1 ITRODUCCIÓ ......................................................................................................................... 89

4.2 DEFIICIÓ Y JUSTIFICACIÓ DEL PROCESO ................................................................ 90

4.3 DISEÑO DE LOS PRICIPALES EQUIPOS IVOLUCRADOS .......................................... 94

4.3.1 ITRODUCCIÓ.................................................................................................................. 94

4.3.2 RECEPCIÓ ALMACEAMIETO Y PRETRATAMIETO SECO .......................... 95

4.3.3 PRETRATAMIETO HÚMEDO ........................................................................................ 97

4.3.4 DIGESTOR AAEROBIO ................................................................................................. 101

4.3.5 SISTEMAS DE ALMACEAMIETO Y DEPURACIÓ ............................................ 107

4.4 ESQUEMA Y BALACE GEERAL DEL PROCESO ......................................................... 112

ÍDICE DE FIGURAS, GRÁFICOS Y TABLAS .............................................................................. 120

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 124

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla

5

Juan Martín Gómez

1. ITRODUCCIÓ Y OBJETIVOS

El objetivo principal de este proyecto es el diseño de una línea de valorización

de residuos orgánicos, enmarcada dentro de una planta de gestión integral de sólidos

urbanos (RSU), o eco parque, para la obtención de biogás y posterior transformación en

energía eléctrica.

El proyecto plantea una nueva línea de tratamiento, que recibirá la fracción

orgánica de los residuos recogida de manera selectiva mas la fracción orgánica presente

en la recogida de residuos mezclados, procedente de la línea principal de tratamiento,

separación y recuperación de residuos de la planta original.

Este diseño de ampliación de la planta ya existente con una nueva línea de

tratamiento de la fracción orgánica, tiene por objeto último la mejora de la gestión de

dicha fracción, o lo que es lo mismo: el aprovechamiento energético transformando el

biogás obtenido en energía; la producción de un fertilizante de mayor calidad; y la

reducción del contenido de materia orgánica de la fracción de restos que se envía

finalmente a vertedero para su eliminación.

En la actualidad se dan dos soluciones viables para la gestión de los residuos

sólidos urbanos (RSU), la valorización mediante métodos térmicos o biológicos. Los

tratamientos biológicos tiene la ventaja de optimizar el aprovechamiento de la fracción

orgánica, consiguiendo una considerable reducción de volúmenes, dentro de un correcto

equilibrio medioambiental. Ello hace que la elección de la biometanización, sea a día de

hoy el método que más se está expandiendo en cuanto al tratamiento de la fracción

orgánica, por ser el que mejor la aprovecha.

La línea de tratamiento se ha diseñado para gestionar los residuos orgánicos de

una población de unos 650000 habitantes, los cuales tendrán una producción per cápita

de 1,52 �� ℎ�� ∗ �í�⁄ . En total, teniendo en cuenta que el 44% de los residuos

generados son orgánicos, la nueva línea de tratamiento tendrá que ser capaz de gestionar

unas 158673 � �ñ ⁄ de residuos orgánicos, de las cuales el 20% le llega directamente

de la recogida selectiva de residuos orgánicos, y el resto proviene de de la planta de

clasificación y reciclaje actual.


6

Juan Martín Gómez

Con todo ello, se ha estimado que la línea tendrá una capacidad de producción

de biogás anual de 13,5 �� , con un contenido en metano (��) del 60%.

En el proyecto se ha realizado el balance de masas y energía de toda la planta de

biometanización, además de realizar el diseño básico de los principales equipos.


7

Juan Martín Gómez

2. CARACTERIZACIÓ Y PROBLEMÁTICA DE LOS RU

2.1 ITRODUCCIÓ

Hoy en día, las ciudades pueden compararse a seres vivos que necesitan

alimentar un complejo metabolismo para poder sostener las elevadas cargas de

población y actividad: alimentación, movilidad, agua…. Es imprescindible pues, poder

disponer de recursos tanto materiales como energéticos. Como cualquier ser vivo, las

ciudades al consumir dichos recursos, generan una cantidad de residuos proporcional a

los recursos que consumen. Es por ello por lo que existe una estrecha relación entre el

crecimiento económico de un país o región, y la producción de residuos por parte del

mismo.

Toda actividad humana es fuente potencial de residuos. Desde la antigüedad, el

ser humano ha estado explotando los diferentes recursos que la naturaleza ha puesto a su

alcance. Pero la huella que dichas actividades dejaron en la naturaleza fue muy

superficial debido al carácter orgánico-degradable de los residuos generados y a su

escasa cantidad, con lo que no presentaban mayores problemas y se integraban

perfectamente en el ciclo de la naturaleza.

Desde aquellos tiempos, la producción de los residuos ha aumentado en todo el

mundo como consecuencia del progreso y el desarrollo de la actividad humana tanto en

la cantidad como en la naturaleza. Pero este proceso se ha acelerado de tal manera, que

los residuos se han convertido a día de hoy en una amenaza para el equilibrio de la

biosfera.

Debido a ese significativo aumento de la cantidad de residuos, se ha creado

alrededor de los mismos un mercado de ámbito europeo en cuanto al transporte, gestión,

valorización y eliminación de dichos residuos.

Este conjunto de medidas y políticas medioambientales por parte de la Unión

Europea, pretenden fomentar la reducción, reciclaje y reutilización de los residuos así

como su valorización tanto material como energética, para poder asegurar una gestión

integral de los residuos adecuada, y que el hecho de crecer económicamente hablando,


8

Juan Martín Gómez

no suponga ningún tipo de riesgo a nivel medioambiental, ni tampoco para la salud

humana.

2.2 COCEPTO DE RESIDUO SÓLIDO URBAO (RSU)

Hasta el año 2011, la legislación que regía la prevención de la producción de

residuos, establecía su régimen jurídico de producción y gestión de los mismos, era la

Ley 10/1998, que definía el término residuo como:

“Cualquier sustancia u objeto perteneciente a alguna de las

categorías que figuran en el anexo de esta Ley, del cual su poseedor se

desprenda o del que tenga la intención u obligación de desprenderse. En

todo caso, tendrán esta consideración los que figuren en el Catálogo

Europeo de Residuos (CER), aprobado por las Instituciones Comunitarias”.

Según dicha Ley 10/1998, se recogía otra definición de residuos urbanos o

residuos municipales, que eran:

“Los generados en los domicilios particulares, comercios,

oficinas y servicios, así como todos aquellos que no tengan la calificación

de peligrosos y que por su naturaleza o composición puedan asimilarse a los

producidos en los anteriores lugares o actividades. Tendrán también la

consideración de residuos urbanos los siguientes:

Residuos procedentes de la limpieza de vías públicas, zonas

verdes, áreas recreativas y playas.

Animales domésticos muertos, así como muebles, enseres y

vehículos abandonados.

Residuos y escombros procedentes de obras menores de

construcción y reparación domiciliaria”.

Ya en 2011, y en un contexto europeo en el que la producción de residuos se

encuentra en continuo aumento y en el que la actividad económica de los residuos

alcanza cada vez una mayor importancia, tanto por su volumen como por su repercusión

directa en la sostenibilidad del modelo económico europeo, el Sexto Programa de


9

Juan Martín Gómez

Acción Comunitario de Materia de Medio Ambiente instaba a la revisión de la

legislación sobre residuos, a la distinción clara entre residuos y no residuos, y al

desarrollo de medidas relativas a la prevención y gestión de residuos. En ese mismo

sentido, la Comunicación de la Comisión de 27 de mayo de 2003, animaba a una

revisión de la ley vigente para avanzar hacia una estrategia temática para la prevención

y el reciclado de residuos.

Es por todo ello, por lo que en España, el 28 de julio de 2011 en las Cortes

Generales, se aprueba la nueva Ley 22/2011 de Residuos y Suelos contaminados. Esta

nueva ley tiene por objeto regular la gestión de los residuos impulsando medidas que

prevengan su generación y mitiguen los impactos adversos sobre la salud humana y el

medio ambiente asociados a su generación y gestión, mejorando la eficiencia en el uso

de los recursos naturales.

En la nueva Ley 22/2011 (Artículo3), el término residuo es definido como:

“cualquier sustancia u objeto que su poseedor deseche o tenga la

intención o la obligación de desechar”.

A diferencia de la anterior normativa, la nueva Ley 22/2011, no tiene recogida la

definición de residuo urbano como tal, sino que hace una distinción entre diferentes

tipologías de residuos, para de ese modo poder favorecer su clasificación en origen. Así

nos encontramos con varias clases de residuos:

Residuos domésticos: Son residuos generados en los hogares como

consecuencia de las actividades domesticas. Se consideran también residuos

domésticos los similares a los anteriores generados en servicios e industrias.

Se incluyen también en esta categoría los residuos que se generan en los

hogares de aparatos eléctricos y electrónicos, ropa, pilas, acumuladores,

muebles y enseres, así como los residuos de escombros procedentes de

obras menores de construcción y reparación domiciliaria. Tendrán la

consideración de residuos domésticos los residuos procedentes de la

limpieza de vías públicas, zonas verdes, áreas recreativas y playas. Los

animales muertos y los vehículos abandonados.


10

Juan Martín Gómez

Residuos comerciales: Residuos generados por la actividad propia

del comercio, al por mayor y al por menor, de los servicios de restauración y

bares, de oficinas y mercados, así como del resto de sector servicios.

Residuos industriales: Residuos resultantes de los procesos de

fabricación, de transformación, de utilización, de consumo, de limpieza o de

mantenimiento generados por la actividad industrial, excluidas las emisiones

reguladas en la Ley 34/2007.

Residuo peligroso: Residuo que presenta una o varias de las

características peligrosas enumeradas en el anexo III, y aquél que pueda

aprobar el Gobierno de conformidad con lo establecido en la normativa

europea o en los convenios internacionales de los que España sea parte, así

como los recipientes y envases que los hayan contenido.

Aceites usados: Todos los aceites minerales o sintéticos, industriales

o de lubricación, que hayan dejado de ser aptos para el uso originalmente

previsto, como los aceites usados de motores de combustión y los aceites de

cajas de cambio, los aceites lubricantes, los aceites para turbinas y los

aceites hidráulicos.

Biorresiduos: Residuo biodegradable de jardines y parques, residuos

alimenticios y de cocina procedentes de hogares, restaurantes, servicios de

restauración colectiva y establecimientos de venta al por menor; así como,

residuos comparables procedentes de plantas de procesado de alimentos.

Ha de aclararse, que el termino residuo sólido se suele aplicar a materiales

residuales que no son líquidos (vertidos) o gaseosos (emisiones), sino sólidos o

semisólidos, y que se destinan al abandono porque no tienen ningún valor para su

propietario.

De esta manera, podríamos asemejar la antigua terminología de Residuo Solido

Urbano (RSU) como la mezcla de los residuos domésticos, comerciales, así como los

biorresiduos, todo ellos sólidos y producidos en el ámbito de una localidad o ciudad.

Escuela Técnica Superior de Ingenieros

Juan Martín Gómez

2.3 EVOLUCIÓ DE LA

Desde finales de los 80´s, la producción de los residuos ha aumentado de manera

significativa en todo el mundo como consecuencia del progreso y el desarrollo que se ha

experimentando, y que a aún continua. Es por ello que muchos estudios confirman que

existe una estrecha relación entre el crecimiento económico de un país o región, y la

producción de residuos por parte del mismo.

Hoy en día uno de los principales retos de la sociedad en materia de residuos es

la desvinculación de esa estrecha relación, es decir, el

crecimiento económico y la generación de residuos, y este puede ser relativo si se da el

caso que los residuos crecen aunque menos que el PIB, o puede ser absoluto si estos se

reducen a pesar de que crezca el PIB.

En la siguiente tabla, se muestra una evolución de la generación de residuos per

cápita y de cómo ha ido variando el PIB en España desde el año 1995 hasta el 2010,

último año del que se tienen datos.

Gráfico 1. Generación de Residuos vs PIB en ESPAÑA. Eurostat

Como se observa en la grafica, desde el año 2004 se ha producido un cambio de

tendencia en la evolución de la generación anual de residuos urbanos en España.

Después de una tendencia ascendente durante el periodo 1995

2004 se produjo una disminución

tendencia de altibajos hasta iniciar en 2006 una tendencia descendente.


2.3 EVOLUCIÓ DE LA PRODUCCIÓ DE RSU (ESPAÑA, CCAA Y UE

nales de los 80´s, la producción de los residuos ha aumentado de manera



strecha relación entre el crecimiento económico de un país o región, y la

producción de residuos por parte del mismo.


la desvinculación de esa estrecha relación, es decir, el desacoplamiento entre el



reducen a pesar de que crezca el PIB.

abla, se muestra una evolución de la generación de residuos per

y de cómo ha ido variando el PIB en España desde el año 1995 hasta el 2010,

último año del que se tienen datos.


serva en la grafica, desde el año 2004 se ha producido un cambio de


Después de una tendencia ascendente durante el periodo 1995-

2004 se produjo una disminución importante continuada en años posteriores con una

tendencia de altibajos hasta iniciar en 2006 una tendencia descendente.

Universidad de Sevilla

11

DE RSU (ESPAÑA, CCAA Y UE)

nales de los 80´s, la producción de los residuos ha aumentado de manera



strecha relación entre el crecimiento económico de un país o región, y la


desacoplamiento entre el



abla, se muestra una evolución de la generación de residuos per

y de cómo ha ido variando el PIB en España desde el año 1995 hasta el 2010,


serva en la grafica, desde el año 2004 se ha producido un cambio de


-2003, en el año

importante continuada en años posteriores con una


Juan Martín Gómez

En el año 2010, último año del que se conocen datos

europea Eurostat, la generación de residuos urbanos en E

decir, 535 �� ℎ��⁄ , lo que significó un descenso del 2.19

En cuanto a la evolución del PIB frente a la generación de residuos per cápita, se

observo un crecimiento del 129

hicieron los residuos. Esto indica que aunque se aumentaron las cantidades de residuos

generados per cápita, existe un desacoplamiento relativo entre el crecimiento económico

expresado en términos de PIB, y la generación de residuos.

En la siguiente gráfica podemos

producción de residuos de España y de la Unión Europea.

Gráfico 2. Generación de Residuos

A partir de la información recogida en el grafico, observamos que la tendencia

en la generación de residuos urbanos por habitante en España presenta un fuerte

descenso generalizado desde el año 2003, convergiendo hacia valores similares a los de

generación en la Unión Europea.

Si comparamos el total de residuos sólidos urbanos recogidos en

una de las Comunidades Autónomas, con datos facilitados por el INE (Instituto

Nacional de Estadística), observamos que las comunidades autónomas que mas generan

son Andalucía, Cataluña, Comunidad de Madrid y Comunidad Valenciana en ese orden,

produciendo respectivamente: 4.974.948Tn, 3.998.833Tn, 2.705.211Tn y 2.304.815Tn.


último año del que se conocen datos de la fuente estadística

europea Eurostat, la generación de residuos urbanos en España fue de 24.380.000Tn, es

ue significó un descenso del 2.19% respecto al año anterior.


el 129,7% en el periodo 1995-2010, frente al

os residuos. Esto indica que aunque se aumentaron las cantidades de residuos


expresado en términos de PIB, y la generación de residuos.

En la siguiente gráfica podemos observar una comparación de la evolución en la

producción de residuos de España y de la Unión Europea.

. Generación de Residuos Urbanos ESPAÑA vs UE


eneración de residuos urbanos por habitante en España presenta un fuerte


generación en la Unión Europea.

Si comparamos el total de residuos sólidos urbanos recogidos en






12

de la fuente estadística

fue de 24.380.000Tn, es

% respecto al año anterior.


, frente al 4,9% en que lo

os residuos. Esto indica que aunque se aumentaron las cantidades de residuos


observar una comparación de la evolución en la

Urbanos ESPAÑA vs UE. Eurostat


eneración de residuos urbanos por habitante en España presenta un fuerte


Si comparamos el total de residuos sólidos urbanos recogidos en todas y cada






Juan Martín Gómez

Grafico 3. Total de RU Recogidos por CCAA

Gráfico 4. Residuos Recogidos per cápita Andalucía vs. España. IE

Si observamos la comparativa de los resultados d

recogidos tanto en España como en Andalucía podemos ver como la evolución per

cápita ha sido bastante homogénea y han ido sufriendo las mismas variaciones.

Dicha homogeneidad se rompe el último año (2010), en el que Andalucía ha

incrementado respecto al año anterior la reco

un valor de 563,8�� ℎ��⁄ , mientras que en España se ha producido una

la recogida de 6,4% quedándose en un total de 474,


Grafico 3. Total de RU Recogidos por CCAA (2010). IE


Si observamos la comparativa de los resultados de la totalidad de residuos




incrementado respecto al año anterior la recogida de residuos en un 9,9% alcanzándose

, mientras que en España se ha producido una

% quedándose en un total de 474,4�� ℎ��⁄ .


13

. IE


e la totalidad de residuos




9% alcanzándose

, mientras que en España se ha producido una disminución en


Juan Martín Gómez

Como recoge la Ley 22/2011

de las Entidades locales y está orientada por las Comunidades Autónomas, y ya que uno

de los retos europeos en cuanto a la gestión de residuos es la de reducir, reciclar y

reutilizar, vemos en los siguientes gráficos cuales han sido los porcentajes de los

residuos recogidos selectivamente y cuales mezclados, tanto a nivel Nacional como en

la Comunidad Autónoma de Andalucía en el año 2010.

Gráfico 5. RU Andalucía. IE

A nivel Nacional, se recogen más resi

frente al 12,18% que se recoge a nivel de Andalucía.

A continuación, se desglosan en porcentajes las fracciones de residuos que son

recogidos de forma selectiva:

Gráfico 7. Residuos Recogidos Selectivamente España (2010). IE


Ley 22/2011, la gestión de los residuos urbanos es competencia



los siguientes gráficos cuales han sido los porcentajes de los


la Comunidad Autónoma de Andalucía en el año 2010.

. RU Andalucía. IE Gráfico 6. RU Españ

A nivel Nacional, se recogen más residuos de manera selectiva, un 20,45%

18% que se recoge a nivel de Andalucía.


lectiva:

. Residuos Recogidos Selectivamente España (2010). IE


14

, la gestión de los residuos urbanos es competencia



los siguientes gráficos cuales han sido los porcentajes de los


Gráfico 6. RU España. IE

duos de manera selectiva, un 20,45%


. Residuos Recogidos Selectivamente España (2010). IE


Juan Martín Gómez

Gráfico 8. Residuos Recogidos Selectivamente Andalucía (2010). IE

Las fracciones más importantes (%) que se recogen de manera selectiva, tanto a

nivel Nacional como en Andalucí

vegetales, envases mixtos y vidrios. En definitiva, son aquellas fracciones que a lo largo

de la historia, se han visto sometidas a campañas publicitarias para potenciar la

concienciación social y favorecer

La generación de residuos de un país o población no es constante a lo largo de su

extensión territorial ni tampoco a lo largo de todo el año, sino que está sujeta a cierta

variación depende de numerosos factores como por ejemplo:

$ivel socioeconómico

económico que ostente la sociedad que se estudie, influye notablemente en

la cantidad de residuos generados por habitante.

Tamaño de la población

una ciudad es directamente proporcional al número de habitantes que en ella

residan. Las grandes ciudades generaran una mayor cantidad de residuos

que las pequeñas poblaciones, debido a que en ellas se concentraran un

mayor número de actividades comerciales, industria

inevitablemente generaran un mayor volumen de residuos; y del mismo

modo, los hábitos de consumo de dichas ciudades serán diferentes a los de

las pequeñas poblaciones.


. Residuos Recogidos Selectivamente Andalucía (2010). IE


nivel Nacional como en Andalucía, son las de papel y cartón, residuos animales y



concienciación social y favorecer así su reciclaje.



variación depende de numerosos factores como por ejemplo:

socioeconómico: el nivel social y sobre todo el nivel


la cantidad de residuos generados por habitante.

Tamaño de la población: la cantidad de residuos que se generan en

s directamente proporcional al número de habitantes que en ella



mayor número de actividades comerciales, industriales y de servicio que



las pequeñas poblaciones.


15

. Residuos Recogidos Selectivamente Andalucía (2010). IE


a, son las de papel y cartón, residuos animales y





: el nivel social y sobre todo el nivel


la cantidad de residuos que se generan en

s directamente proporcional al número de habitantes que en ella



les y de servicio que




16

Juan Martín Gómez

Estacionalidad: La estacionalidad se refiere a la época del año en

que nos encontremos. Este factor, influye sobre dos tipos de población. La

primera los núcleos costeros o turísticos, que se caracterizan por recibir

grandes picos de población durante los meses estivales. Las variaciones de

población oscilan entre el 20% y el 300%, aunque podemos aproximar una

media del 50% durante el periodo estival. El segundo tipo de población que

sufre esta estacionalidad, son las grandes ciudades, que ven reducida su

población entre un 5 % y un 10% en la época vacacional.

2.4 COMPOSICIÓ DE LOS RU Y PROPIEDADES

2.4.1. COMPOSICIÓ DE LOS RU

La composición de los residuos urbanos es otra de las características que se

deben tener en cuenta a la hora de determinar su tratamiento de valorización y posterior

eliminación. En España, según el Plan Nacional Integrado de Residuos (2007-2015), los

residuos urbanos que se generan tienen la siguiente composición media:

COMPONENTE COMPOSICIÓN MEDIA (%) Materia orgánica 44 Papel-cartón 21 Plástico 10,6 Vidrio 7 Metales férricos 3.4 Metales no férricos 0,7 Maderas 1 Otros 12,3 TOTAL 100

Tabla 1. Composición media residuos urbanos en España. PIR (2007-2015)

Dicha composición puede verse influida por multitud de factores, al igual que

ocurría con la generación de residuos. En este caso podemos destacar las variaciones

producidas por:

Poder adquisitivo: Cuanto mayor es el nivel de ingresos de la

sociedad, menor se espera el porcentaje de materia orgánica, ya que

podemos esperar que se alimenten en bares y restaurantes, y al mismo


Juan Martín Gómez

tiempo aumenta considerablemen

respecto a poblaciones con bajos ingresos.

Desarrollo económico, social y cultural

residuos urbanos está íntimamente ligada al nivel económico, social y

cultural, ya que dependiendo de sus hábitos se obtendrán composiciones

diferentes.

Localización

zona que se esté est

composición de los residuos de las grandes ciudades

poblaciones. En las grandes ciudades se consumen productos más

elaborados, reduciendo la fracción orgánica y aumentando la de vidrio,

plástico y papel y cartón.

Estacionalidad

consumen un mayor número de frutas y verduras, aumentando de esta forma

la fracción orgánica de los residuos.

Como hemos visto, no todas las sociedades gener

proporciones, ni tampoco con la misma composición.

Gráfico 9. Composición media RU en Europa. (Fuente: Gestión de los RSU. Josep Mª


tiempo aumenta considerablemente la presencia de envases y embalajes con

respecto a poblaciones con bajos ingresos.

Desarrollo económico, social y cultural: La composición de los



Localización: La producción de residuos varía dependiendo de la

zona que se esté estudiando, es decir, existen grandes diferencias entre la

composición de los residuos de las grandes ciudades



plástico y papel y cartón.

Estacionalidad: En los meses vacacionales de verano por ejemplo, se


la fracción orgánica de los residuos.

Como hemos visto, no todas las sociedades generan los residuos en las mismas

proporciones, ni tampoco con la misma composición.


Casas Sabata.2005)


17

ases y embalajes con

omposición de los



La producción de residuos varía dependiendo de la

udiando, es decir, existen grandes diferencias entre la

y las pequeñas



En los meses vacacionales de verano por ejemplo, se


an los residuos en las mismas



Juan Martín Gómez

Gráfico 10. Composición media RU en

Para poder llevar a cabo una buena planificación de la gestión de los residuos

urbanos, es aconsejable a parte de conocer las composiciones, saber hacia dónde se

encaminan las tendencias en los hábitos de consumo de la socie

podemos esperar que:

→ Por lo respecta a la fracción orgánica de los residuos urbanos, se prevé que

continúe disminuyendo, debido a que los hábitos alimenticios de la población

van cambiando y se tiende hacia un consumo de alimentos mucho m

preparados y manipulados.

→ La fracción de papel y cartón se viene incrementando de manera significativa en

las últimas décadas y se estima que siga aumentando cada vez más, debido al

distanciamiento entre los centros de producción y de consumo, lo cual o

embalaje de muchos productos que la sociedad de hoy día ya demanda.

→ Con la fracción de plásticos ocurre lo mismo que con la de papel y cartón, o

incluso mayor. Es decir, el uso de los materiales plásticos ha aumentado

enormemente en los últimos añ

nuevas aplicaciones, tanto a nivel domestico, como a nivel industrial. Por todo

ello, se espera que la fracción de plásticos en los residuos urbanos vaya

adquiriendo casa vez mayor peso. No obstante, la mayoría

termoplásticos son reciclables, por lo que con la ayuda y la puesta en marcha de

sistemas de recogida selectiva de los mismos, no supondrían graves

inconvenientes para el medio ambiente.


. Composición media RU en EEUU. (Fuente: Gestión de los RS

Mª Casas Sabata.2005)



encaminan las tendencias en los hábitos de consumo de la sociedad. De ese modo,

Por lo respecta a la fracción orgánica de los residuos urbanos, se prevé que

disminuyendo, debido a que los hábitos alimenticios de la población

van cambiando y se tiende hacia un consumo de alimentos mucho m

preparados y manipulados.

La fracción de papel y cartón se viene incrementando de manera significativa en


distanciamiento entre los centros de producción y de consumo, lo cual o


Con la fracción de plásticos ocurre lo mismo que con la de papel y cartón, o


enormemente en los últimos años debido al desarrollo de nuevos productos y



adquiriendo casa vez mayor peso. No obstante, la mayoría



inconvenientes para el medio ambiente.


18

. (Fuente: Gestión de los RSU. Josep



dad. De ese modo,

Por lo respecta a la fracción orgánica de los residuos urbanos, se prevé que

disminuyendo, debido a que los hábitos alimenticios de la población

van cambiando y se tiende hacia un consumo de alimentos mucho más

La fracción de papel y cartón se viene incrementando de manera significativa en


distanciamiento entre los centros de producción y de consumo, lo cual obliga al


Con la fracción de plásticos ocurre lo mismo que con la de papel y cartón, o


os debido al desarrollo de nuevos productos y



adquiriendo casa vez mayor peso. No obstante, la mayoría de estos




19

Juan Martín Gómez

2.4.2 PROPIEDADES DE LOS RU

Para poder llevar a cabo una buena gestión integral de los residuos urbanos sin

que ello no conlleve ningún tipo de riesgo ni para el medio ambiente ni para la salud

humana, aparte de conocer la composición, también es necesario conocer alguna de las

principales propiedades físicas, químicas así como biológicas de los residuos.

Propiedades Físicas

Las propiedades físicas de los residuos son necesarias, para poder prever y

organizar los sistemas pre-recogida, recogida y posterior gestión de estos de una manera

segura, sin necesidad de generar riesgos ambientales innecesarios. De entre las

propiedades físicas más importantes de los residuos podemos destacar: el peso

específico y la humedad.

Peso específico: Este es un valor fundamental ya que determina el

dimensionamiento y capacidad de los equipos de recogida y

almacenamiento de los residuos tanto en hogares como en vías públicas.

En España los residuos tienen un peso especifico medio que oscila

entre 150 y 250 �� ⁄ . Este valor depende del % de la fracción de envases

mixtos y embalajes que se produzca respecto del total. Por lo general, los

residuos ocupan un gran volumen, y para optimizar su manejo y gestión se

somete a una reducción de volumen mediante compactación, y el

consecuente aumento de densidad. Los camiones recolectores suelen estar

dotados de sistemas de compactación mediante prensado, y pueden llegar a

alcanzar índices de compactación de 1:3 e incluso 1:4.

El peso específico de los residuos no es por tanto un valor constante,

ya que depende de las operaciones de manipulación a las que sean

sometidos, y dicho valor también está sujeto a variaciones importantes de

acuerdo a la composición concreta de los residuos en cada región o

localidad.

Humedad: La humada de los residuos son, a fin de cuenta la cantidad

o proporción de agua que contienen. El valor de humedad es muy


20

Juan Martín Gómez

importante, ya que se debe tener en cuenta en los procesos de compresión,

transporte y procesos de valorización.

Por norma general, el porcentaje de humedad presente en los

residuos urbanos ronda 40% en peso, aunque este valor puede oscilar entre

35-65% en peso. La fracción orgánica de los sólidos es la que mas humedad

aporta al conjunto, y la mínima los plásticos, aunque luego el valor de

humedad tiende a unificarse en su conjunto. En la siguiente tabla se dan

algunos valores típicos de humedad de las diferentes fracciones:

HUMEDAD RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

Componentes HUMEDAD %

Sin Mezclar Mezclados

Orgánicos 68 60

Papel y cartón 12 24

Plásticos 1 2

Madera 20 24

Textiles 12 19

Vidrio 2 3

Metales 2 2

Tabla 2. Valores típicos de Humedad % RSU

Estos valores son muy variables existan o no líquidos en el interior

de los recipientes, pudiendo dispararse estos valores en dicho caso.

Relacionado con la humedad, se define la capacidad de campo, que

es la cantidad total de humedad que puede ser retenida por una muestra de

residuos sometida a la acción de la gravedad. Este parámetro es de gran

importancia para determinar la formacion de lixiviados en los vertederos, ya

que el exceso de agua/huemdad sobre el valor de la capacidad de campo se

emmitirá en forma de lixiviado.

Propiedades Químicas

De la misma forma, las propiedades químicas de los residuos nos darán una

información muy valiosa, que muchas veces nos condicionará el posible proceso de


21

Juan Martín Gómez

valorización o el proceso más adecuado de eliminación para poder garantizar la

inexistencia de riesgos.

Poder calorífico: el poder calorífico se define como la cantidad de

energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse

una reacción química de oxidación.

El poder calorífico de los residuos urbanos es un valor que nos

ayudará con el diseño las instalaciones de valorización energética, es decir,

nos indica la cantidad de energía que seremos capaces de recuperar de ellos.

A continuación vemos una tabla donde se recogen los valores de poder

calorífico de las principales fracciones:

CONTENIDO ENERGÉTICO DE LOS RSU

Componentes Poder Calorífico �� ⁄ )

Rango Valor Típico Fracción orgánica 600-800 700

Madera 4.000-5.000 4.500 Papel y cartón 2.400-4.000 2.500

Plásticos 6.200-7.200 6.600 Textiles 3.000-4.000 3.400

Tabla 3. Contenido energético de los RSU

De manera general, podemos decir que en su totalidad, los residuos

urbanos en nuestro país oscilan entre 1.500 y 2.500 � �� ⁄ .

El poder calorífico de los residuos se puede conocer de dos maneras

posibles: o mediante ensayos experimentales empleando una bomba

calorimétrica; o bien de manera teórica aplicando fórmulas empíricas como

son las de Dulong, Chang o Boie, a partir del análisis por componentes.

Composición química o elemental: este valor, nos dará información

acerca de los elementos constituyentes de cada fracción de las que se

componen los residuos urbanos. A continuación se muestra una tabla con las

composiciones típicas de cada fracción después de un análisis elemental de

los residuos:


22

Juan Martín Gómez

Componentes C% H% O% N% S% Inertes% Papel 44.00 6.15 41.65 0.42 0.12 7.65 Cartón 45.52 6.08 44.52 0.16 0.14 3.76

Orgánicos 49.06 6.62 37.55 1.68 0.20 1.06 Cuero 42.01 5.32 22.83 5.98 1.00 31.15 Goma 53.22 7.09 7.76 0.50 1.34 29.74 Plástico 78.00 9.00 13.00 - - - Madera 49.00 6.00 42.00 - - 2.28 Textil 46.19 6.41 41.85 2.18 0.20 3.17 Vidrio - - - - - 100.00

Envases Metálicos 4.54 0.63 4.28 0.05 0.01 90.94

Tabla 4. Análisis elemental de los RSU

De igual forma que pasaba con el poder calorífico, la composición

elemental de los residuos nos ayudara a determinar sus características de

recuperación energética y en definitiva el potencial de los residuos urbanos.

Por otra parte, es importante tener conocimiento de la composición

elemental de los residuos, para saber si existen o no sustancias tóxicas y

peligrosas y en que concentración, y de ese modo poder evaluar el riesgo

que supone para el medio ambiente y la salud humana su transporte,

tratamiento y eliminación. Elementos como el arsénico, cadmio, mercurio,

antimonio, disolventes clorados, o elementos de carácter inflamable,

corrosivo, cancerígeno, mutagénico o teratogénicos, suelen estar presentes

en los residuos urbanos aunque no en excesivas concentraciones.

Relación C/$: Relacionado con el análisis elemental, es importante

destacar para todos aquellos procesos de valoración en que se van

involucradas transformaciones biológicas, la relación Carbono/Nitrógeno de

los residuos.

Prácticamente la totalidad del nitrógeno orgánico se presenta en los

residuos orgánicos es biodegradable, y por tanto disponible. Con el carbono

orgánico ocurre lo contrario ya que una gran parte se engloba en

compuestos no biodegradables que impiden su disponibilidad.


23

Juan Martín Gómez

Propiedades Biológicas

Como ocurre con las propiedades físicas y químicas, las propiedades biológicas

de los residuos nos dan una información que en muchos casos puede llegar a ser muy

relevante. Entre dichas propiedades destacan la demanda química de oxígeno (DQO) y

la demanda biológica de oxígeno (DBO), pero la propiedad biológica de los residuos

por excelencia y la más importante es la biodegradabilidad.

DQO: La demanda química de oxígeno, se define como la cantidad

de oxígeno requerido para la oxidación en su totalidad de la materia

orgánica presente.

DBO: La demanda biológica de oxígeno por su parte, es la cantidad

de oxigeno necesario por lo microorganismos para degradar la materia

orgánica presente. La materia orgánica, puede ser biodegradable o no. En el

caso de la DBO, el oxígeno que se consume es para degradar únicamente la

materia orgánica biodegradable. Por el contrario, cuando hablamos de DQO,

estamos teniendo en cuenta para degradar la totalidad de la materia orgánica

(biodegradable y no biodegradable), con lo que los valores de DQO serán

siempre mayores a los de DBO.

Biodegradabilidad: La biodegradabilidad de las fracciones orgánicas

de los residuos urbanos, se basa en su transformación, en presencia de

microorganismos, en otras sustancias ya sean orgánicas o inorgánicas,

asimilables por el medio.

El grado de biodegradabilidad nos lo da la relación DBO/DQO, es

decir, la proporción de material biodegradable sobre materia orgánica total.

Cuanto menor sea dicho valor, más difícilmente biodegradable será la

materia orgánica, mientras que si dicha relación se acerca o iguala a la

unidad, significará que la gran mayoría o la totalidad de la materia orgánica

es biodegradable y aprovechable energéticamente por los microorganismos.

Las fracciones más biodegradables dentro de los residuos urbanos,

son los restos de comida y de jardinería, a los que siguen el papel y el

cartón, con una degradación más lenta.


24

Juan Martín Gómez

Distintos microorganismos producen transformaciones diferentes,

con una dinámica de tiempo, olores y otros parámetros muy variados. Las

transformaciones biológicas precisan de unas determinadas condiciones y

materia orgánica con los suficientes nutrientes para que se desarrollen las

bacterias y microorganismos.

2.5 GESTIÓ DE LOS RU

2.5.1 ITRODUCCIÓ

Los residuos constituyen uno de los problemas ambientales más graves de las

sociedades modernas. Es por ello que la inexistencia o la mala gestión de los residuos es

fuente de importantes impactos, y puede dar lugar a la contaminación del aire, del agua

y del suelo, así como afectar a los ecosistemas e incluso a la salud humana. Sin

embargo, cuando los residuos se gestionan adecuadamente de forma sostenible, se

convierten en recursos que contribuyen al ahorro de materias primas y de energía,

ayudando de este modo a la conservación de los recursos naturales y del clima.

Hace no mucho, el termino gestión de residuos se refería únicamente al depósito

en tierra o al vertido a los cursos de agua, realizados con escaso o nulo control. Según se

refleja dentro del Artículo 3 de la Ley 22/2011 de residuos y suelos contaminados, la

gestión de residuos se define como:

“la recogida, el transporte y el tratamiento de los residuos,

incluida la vigilancia de estas operaciones, así como el mantenimiento

posterior al cierre de los vertederos, incluidas las actuaciones realizadas en

la calidad del negociante o agente”.

En España, la Ley 22/2011 adjudica a los Ayuntamientos las competencias y la

responsabilidad en la gestión de los residuos sólidos urbanos, desde que se produce el

abandono por parte de los productores (recogida y transporte) hasta su gestión y

eliminación. Esto implica un conjunto de operaciones encaminadas a dar a los residuos

producidos en la zona de influencia, el destino más adecuado desde el punto de vista

ambiental y sanitario, teniendo en cuenta sus características, volumen, procedencia,

costes de tratamiento, posibilidades de recuperación y directrices administrativas

existentes.


25

Juan Martín Gómez

Dentro del marco europeo y para una mejor gestión de los residuos, los países

comunitarios, han adoptado unos principios claves para una estrategia común. Dichos

principios son: Principio de reducción (se tomaran medidas en origen para limitar la

producción de residuos); Principio de responsabilidad, o el que contamina paga;

Principio de precaución, anticipándose a problemas potenciales; Principio de

proximidad, ya que los residuos deben tratarse lo más cerca posible de la fuente donde

se generan; y Principio de autosuficiencia, siendo cada comunidad capaz de gestionar

los residuos que genera.

Por todo ello, las administraciones europeas competentes, han desarrollado una

lista jerárquica de actuación, para conseguir el mejor resultado ambiental global en

materia de prevención y gestión de residuos:

1. Prevención / Reducción en origen

2. Preparación para la reutilización

3. Reciclado / Tratamiento

4. Valorización, incluida la valorización energética

5. Eliminación / Deposito

En este sentido se desarrolla en el ámbito europeo la conocida como estrategia

de las 3R´s: Reducción, Reutilización y Reciclaje.

La reducción es el primer procedimiento de prevención de la contaminación. No

producir residuos o reducir su producción es claramente una acción con sentido común

para resolver el problema.

La reutilización implica cualquier operación mediante la cual, los productos o

componentes de productos que no sean residuos, se vuelven a utilizar de nuevo con la

misma finalidad para la que fueron concebidos. La preparación para la reutilización,

consiste en una operación de valorización de comprobación, limpieza o reparación,

mediante la cual los productos o componentes de productos que se han convertido en

residuos, se preparan pata que puedan reutilizarse sin ninguna otra transformación

previa.

El reciclaje es toda aquella operación de valoración mediante la cual los

materiales de residuos son transformados de nuevo en productos. Esta es una muy


26

Juan Martín Gómez

buena alternativa a la gestión de los residuos que puede incidir en los costes de

operación, eliminando los debidos a la deposición de los residuos, disminuyendo los

gastos de adquisición de materia prima y además, proporcionar algún ingreso por la

venta de materiales residuales.

2.5.2 PLAES DE GESTIÓ DE RESIDUOS Y COMPETECIAS

Los planes de gestión y planes de prevención de residuos, siguiendo las líneas

marcadas por la Directiva marco europea, se recogen como instrumentos de

planificación en materia de residuos.

El Ministerio competente en materia de Medio Ambiente, previa consulta a las

Comunidades Autónomas, a las Entidades Locales, a otros Ministerios afectados y

cuando proceda en colaboración con otros Estados miembros, elaborará, conforme se

recoge en la Ley 22/2011, el Plan estatal marco de gestión de residuos.

El Plan Nacional contendrá la estrategia general de la política de residuos, las

orientaciones y la estructura a la que deberán ajustarse los planes autonómicos, así como

los objetivos mínimos a cumplir en prevención, preparación para la reutilización,

reciclado, valoración y eliminación. La determinación de dichos objetivos será

coherente con la estrategia de reducción de gases de efecto invernadero y los

compromisos internacionales asumidos en materia de cambio climático.

Del mismo modo, se insta a las Comunidades Autónomas a elaborar Planes

Autonómicos de gestión de residuos, previa consulta con las Entidades Locales cuando

sea necesario. Dichos Planes Autonómicos de gestión contendrán un análisis

actualizado de la situación de la gestión de los residuos en ámbito territorial de la

Comunidad Autonómica, así como una exposición de las medidas para facilitar la

reutilización, el reciclado, la valorización y la eliminación de los residuos.

También se les da la posibilidad a las Entidades Locales, dentro del marco de sus

competencias, a elaborar programas de gestión de residuos de conformidad y en

coordinación con el Plan Nacional marco y con los Planes Autonómicos de gestión de

residuos. Todos estos Planes y programas de gestión de residuos, se evalúan y se

revisan, al menos, cada seis años.


27

Juan Martín Gómez

En España, a nivel estatal, actualmente se encuentra en vigencia el Plan

Nacional Integrado de Residuos (PNIR) 2007-2015, por el cual se marcan ciertas líneas

maestras a seguir en cuanto a la gestión integral de los residuos en nuestro país, como

son:

→ Detener el crecimiento en la generación de residuos.

→ Eliminar por completo el vertido ilegal.

→ Reducir el vertido y fomentar la prevención, la reutilización, el reciclado y así

mismo otros mecanismos de valorización de aquellas fracciones que no sean

susceptibles de ser recicladas.

→ Dotar al país de nuevas infraestructuras y mejorar las instalaciones ya

existentes.

→ Evitar cualquier tipo de contaminación en cualquier punto de la gestión de

residuos, evitando así que contribuyan con el cambio climático.

La finalidad última del Plan Nacional Integrado de Residuos (2007-2015), pasa

por promover una política adecuada en la gestión de los residuos, disminuyendo su

generación e impulsando un correcto tratamiento de los mismos. También se pretende

que las Administraciones del Estado, los consumidores y los usuarios se involucren de

manera que cada una de las partes asuma su respectiva cuota de responsabilidad para un

mayor beneficio y concienciación del total de la sociedad en cuanto a gestión de

residuos se refiere.

Alternativamente, y en el ámbito de Comunidad Autónoma, en Andalucía está

desarrollándose a día de hoy el Plan Director Territorial de Gestión de Residuos no

Peligrosos de Andalucía 2010-2019.

Este documento propone la estrategia que Andalucía debe seguir en materia de

gestión de residuos no peligrosos, adaptándola a las tendencias más actualizadas con la

prevención de su producción y dirigiéndola hacia una gestión más sostenible y con los

máximos niveles de protección ambiental.

En este sentido, el Plan constituye el marco en el que se establecen las bases que

deberán regir la política de gestión en materia de residuos no peligrosos en Andalucía a


28

Juan Martín Gómez

la que se ha de orientar hasta el año 2019, y además debe ser lo suficientemente flexible

como para que los Planes Municipales y Autonómicos sean coherentes con él.

2.5.3 TÉCICAS DE VALORIZACIÓ. EXISTETES Y TEDECIAS

Una vez los residuos han sido recogidos, el siguiente paso de su gestión es el

tratamiento de los mismos, que engloba todas las operaciones precisas para la

recuperación o la eliminación de dichos residuos. Dentro de esta etapa de tratamiento,

se encuentran los procesos de transformación ya sean mecánicos, biológicos o térmicos,

así como aquellos que se emplean para la eliminación o vertido final de los restos que

no han podido ser recuperados y de los rechazos de los procesos anteriores.

Tal y como se recoge en la Ley 22/2011, el término tratamiento se define como:

“las operaciones de valorización o eliminación, incluida la

preparación anterior a la valorización o eliminación”.

La razón del tratamiento de los residuos no es siempre la misma y, en cierta

medida, depende del tipo de residuos y de la naturaleza de los mismos. Algunos de los

tratamientos e instalaciones tienen varias finalidades. Alguna de las principales razones

por las que se lleva a cabo el tratamiento de residuos son:

→ Reducir la posible naturaleza peligrosa de los mismos.

→ Separar los residuos en sus componentes individuales para que puedan

asignarse, total o parcialmente, para su uso o tratamiento posterior.

→ Reducir la cantidad de residuos que deberían enviarse finalmente para su

eliminación.

→ Transformar los residuos en materiales útiles (Fin de la condición de residuo).

Otro término que también es importante y que también nos apunta en la legislación

es el de valorización, que se define como:

“cualquier operación cuyo resultado principal sea que el residuo

sirva para 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


29

Juan Martín Gómez

preparado para cumplir esa función en la instalación o en la economía en

general”.

Podemos decir pues, que la valorización se engloba dentro de los posibles

tratamientos a los que pueden ser sometidos los residuos. La valorización permite la

recuperación de materias primas y la producción de energía. De igual forma, con ello se

busca una reducción progresiva de la cantidad de residuos destinada a vertederos para

su eliminación.

En la actualidad existen principalmente dos vías de tratamiento para poder

valorizar los residuos: los procesos biológicos y los procesos térmicos.

2.5.3.1 PROCESOS BIOLÓGICOS

Los procesos biológicos reciben este nombre porque la base del proceso es la

actividad llevada a cabo por parte de microorganismos. Para que un organismo pueda

vivir y reproducirse, es necesario que disponga de una fuente de alimentación,

principalmente carbono, para la síntesis de nuevo tejido celular y acceso a nutrientes

inorgánicos como son el nitrógeno, fosforo, potasio, calcio y magnesio. Es por esta

razón por la que se utilizan microorganismos para tratar los residuos, porque los

aprovechan como fuente de alimentación y energía.

De entre las formas más comunes de tratar biológicamente los residuos,

podemos destacar la digestión aerobia, o compostaje, y la digestión anaerobia, o

biometanización.

Compostaje: también conocido como “composting”, es el proceso

biológico aerobio, mediante el cual los microorganismos actúan sobre la

materia biodegradable de los residuos, obteniéndose como producto final un

material de humus, comúnmente conocido como compost.

El compost es un nutriente para el suelo que mejora la estructura y

ayuda a reducir la erosión, y al mismo tiempo también ayuda a la absorción

de agua y nutrientes por parte de las plantas. De esta manera se cierra el

ciclo de los nutrientes, devolviéndolos a la tierra.


30

Juan Martín Gómez

Como principales desventajas de esta técnica, podemos mencionar el

gasto energético para la aportación de oxígeno, también reduce menos el

volumen de la materia orgánica y requiere de grandes superficies.

Biometanización: la digestión anaerobia es un proceso biológico por el

que la materia orgánica, en ausencia de oxigeno y mediante la acción de un

grupo de bacterias orgánicas especificas, se descompone en biogás y

digesto.

CARACTERÍSTICAS PROCESO AEROBIO PROCESO ANAEROBIO

USO ENERGÉTICO Consumidor neto Productor neto

PRODUCTOS FINALES Humus, �!",�"! Fangos, �!",�� REDUCCIÓN DE VOLUMEN Hasta del 50% Hasta del 50%

TEMPOS DE PROCESADO Desde 20 a 30 días Desde 20 a 40 días

OBJETIVO PRIMARIO Reducción de Volumen Producción de Energía

OBJETIVO SECUNDARIO Producción de Compost Reducción de Volumen y Estabilización de Residuos

Tabla 5. Diferencias entre procesos Aerobios y Anaerobios. Biometanización en Plantas

Industriales Avanzadas

2.5.3.2 PROCESOS TÉRMICOS

Los tratamientos térmicos se basan en la utilización de altas temperaturas para

eliminar los residuos o en defecto, transformarlos en otro tipo de sustancias no

peligrosas, con la correspondiente emisión de energía en forma de calor y su posterior

transformación en energía eléctrica para su aprovechamiento.

Los sistemas de procesamiento térmico pueden clasificarse en tres grupos:

pirolisis, gasificación e incineración (o combustión).

Incineración (o combustión): este es un proceso de combustión total

y controlada de un residuo combustible en presencia de un exceso de

oxígeno (comburente) y alcanzando temperaturas superiores a los 850ºC.

Es una alternativa que ha ido adquiriendo importancia en numerosos

países a la hora de gestionar y tratar los residuos. Además, permite la


31

Juan Martín Gómez

reconversión en materia inerte y el aprovechamiento de la energía generada,

y permite reducir el volumen de sólidos entre un 80 y un 90%.

Pirolisis: es la ruptura térmica de las moléculas orgánicas por la

acción del calor en ausencia de oxígeno u otros reactivos en una atmósfera

inerte. Los productos que se obtienen al final, son fruto de la

descomposición por la acción del calor, y son compuestos orgánicos

reutilizables, tales como alcoholes, aldehídos, cetonas, y ácidos orgánicos

entre otros.

Gasificación: es un proceso de oxidación parcial de la materia, en

presencia de cantidades de oxigeno inferiores a las requeridas

estequiométricamente. Como productos fundamentales se obtiene un gas de

síntesis, de bajo poder calorífico y una lava fundida que al enfriarse se

convierte en un material vítreo e inerte.

Dicho gas de síntesis es posteriormente utilizado para su

aprovechamiento en turbinas de gas, ciclos combinados y motores de

combustión interna alternativos.

CARACTERÍSTICAS PIROLISIS GASIFICACIÓN INCINERACIÓN

Tª REACCIÓN (ºC) 250-700 800-1600 850-1400

PRESIÓN (bar) 1 1-45 1

ATMÓSFERA Inerte (�") Agente Gasificación

Aire

RELACIÓN ESTEQUIOMÉTRICA

0 <1 >1

GASES �",�",�!,

Hidrocarburos �",�",�!, �� !",�", �"!, !"

LÍQUIDOS Sí No No

SÓLIDOS Cenizas, Coque Escorias Cenizas, Escorias

Tabla 6. Diferencias entre procesos Térmicos. Gestión y Tratamiento de Residuos. Dpto.

de Ing. Química y Ambiental

Teniendo en cuenta las diferentes modalidades de tratamiento, cabe destacar que

las más extendidas en la sociedad son: la incineración como tratamiento térmico de

residuos; y el compostaje como tratamiento biológico de los mismos.


Juan Martín Gómez

Observando el gráfico que a continuación se muestra, en el que se recoge la

cantidad de residuos (Kg per cápita) que se destinó en la Unión Europea y en España a

incineración, vemos como la tendencia de este tratamiento no ha parado de aumentar

desde el año 1995. Así, en el periodo de 1995

en Europa este tratamiento ha sufrido un aumento del 66,

dicho aumento ha sido mayor si cabe, siendo del 104,

Gráfico 11. Residuos destinados a Incineración. Eurostat

Del mismo modo, si comparamos la evolución del compostaje y

vemos como en Europa ha aumentado un 63,

España, el aumento se ha situado en 146,

Gráfico 12. Residuos destinados a

De todo ello, podemos decir que las técnicas de tra

residuos están aún en expansión, tanto los procesos térmicos como los biológicos. Pero

si nos fijamos en España en particular, vemos como aun aumentando el volumen de



de residuos (Kg per cápita) que se destinó en la Unión Europea y en España a


desde el año 1995. Así, en el periodo de 1995-2010 (último año del que se tienen datos),

to ha sufrido un aumento del 66,15%, mientras que en España,

o mayor si cabe, siendo del 104,16%.

. Residuos destinados a Incineración. Eurostat

Del mismo modo, si comparamos la evolución del compostaje y

mo en Europa ha aumentado un 63,63% desde el año 1999, mientras que en

el aumento se ha situado en 146,15%.

Residuos destinados a Compostaje y Digestión. Eurostat

De todo ello, podemos decir que las técnicas de tratamiento y valorización de




32


de residuos (Kg per cápita) que se destinó en la Unión Europea y en España a


2010 (último año del que se tienen datos),

15%, mientras que en España,

. Residuos destinados a Incineración. Eurostat

Del mismo modo, si comparamos la evolución del compostaje y digestión,

63% desde el año 1999, mientras que en

. Eurostat

tamiento y valorización de




33

Juan Martín Gómez

residuos para ambos tipos de tratamientos, los tratamientos biológicos de compostaje y

digestión, aumentan de manera más significativa que los térmicos (un 42% más).


34

Juan Martín Gómez

3. BIOMETAIZACIÓ COMO PROCESO DE VALORIZACIÓ

DE LOS RESIDUOS URBAOS (RU)

3.1 ITRODUCCIÓ

El proceso de biometanización se engloba dentro de las técnicas de valorización

de residuos basados en procesos biológicos. Esta técnica de valorización es una de las

que más se vienen desarrollando e implantando en los últimos años en Europa, y que

tendrá una mayor expansión en los años venideros en cuanto al tratamiento de los

residuos, ya que es una de las más idóneas para el aprovechamiento energético de los

residuos orgánicos, puesto que no es consumidor sino productor de energía, y al mismo

tiempo, se trata de una forma de generar energía limpia, ya que contribuye a la

disminución de la producción de gases de efecto invernadero.

La biometanización, o digestión anaerobia, es un proceso en el que la materia

orgánica, gracias a la acción de un grupo especifico de bacterias y en ausencia de

oxígeno, se descompone en una mezcla de sustancias gaseosas, que es lo que se conoce

como biogás (50-70% ��; 30-40% �!"; ≤5% �", �"#, y otros gases), y un fango mezcla de productos minerales (N, K, P, Ca, etc.) y compuestos de difícil degradación,

más comúnmente llamado digesto.

Figura 1. Esquema básico del proceso de Biometanización

Este tipo de descomposición no es más que una fermentación realizada por

bacterias especificas, que sucede espontáneamente en la naturaleza, y de la cual se

tienen las primeras noticias gracias a Volta (1776). Dicho proceso de digestión

anaerobia es el origen del gas de los pantanos, del gas natural de los yacimientos

subterráneos e incluso del gas que se produce en los estómagos de los rumiantes. Todos


35

Juan Martín Gómez

estos casos de digestión anaerobia, son llevados a cabo de manera natural, y a diferencia

del caso que nos ocupa.

En las plantas industrializadas, lo que se hace es forzar dicho proceso

favoreciendo las condiciones para que se desarrolle de una manera controlada,

maximizando la eficiencia y en el menor tiempo posible. En estas plantas, el proceso de

formación del biogás se desarrolla en una secuencia de reacciones bioquímicas que se

encuadran en 4 etapas o fases: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis.

Dichas reacciones se llevan a cabo dentro del equipo principal de la planta, los

digestores anaerobios.

El proceso de biometanización, no es solo exclusivo de las fracciones orgánicas

de los residuos urbanos, sino que se puede aplicarse a cualquier otro tipo de residuos

que contenga cierta fracción de material orgánico susceptible de ser separada e

introducida al proceso de degradación anaerobia.

Entre esos residuos destacan, los residuos orgánicos de la recogida selectiva en

origen, los biorresiduos (compuestos en su gran mayoría por material biodegradable),

así como residuos procedentes de las industrias agroalimentaria y ganadera como son:

purines, estiércol, excedentes de cosechas… Del mismo modo, también trata los fangos

o lodos procedentes de los tratamientos de aguas residuales, y en algunos casos incluso

las propias aguas residuales son tratadas mediante digestión anaerobia debida a su alta

carga orgánica, como las que se producen en muchas industrias alimentarias.

Esto es lo que se conoce como co-digestión anaerobia, es decir, el tratamiento

conjunto de dos o más tipos de residuos. De esta manera se permite aprovechar la

complementariedad de la composición de los diferentes residuos, es decir, solucionar

problemas o carencias en la composición de los residuos, para hacer el proceso más

eficiente. Además, unifica su gestión al compartir instalaciones de tratamiento,

reduciendo los costes de inversión y operación.

Las plantas de biometanización de residuos deben estar constituidas por una

serie de instalaciones básicas: línea pre-tratamiento, donde se seleccionan solo los

residuos orgánicos que se van a introducir al proceso de digestión anaerobia; línea de

acondicionamiento de la alimentación, donde se termina de perfilar las condiciones de


36

Juan Martín Gómez

entrada a los digestores; y tras los digestores, las diferentes líneas de tratamiento de los

diferentes efluentes que se generan: línea de depuración y afino del digesto, y línea de

depuración del biogás generado.

3.2 PRICIPALES ETAPAS PRESETES E EL PROCESO

3.2.1 ITRODUCCIÓ

Una planta industrializada de valorización de residuos mediante digestión

anaerobia o biometanización, no solo ha de producir biogás, sino que además debe

gestionar correctamente la totalidad de residuos que le llegan.

A este tipo de plantas, se alimentan los diferentes tipos de residuos que genere la

ciudad o la región en la que se sitúe, y su origen puede ser muy variado: los residuos

orgánicos que provengan de la recogida selectiva en origen, directamente de las

unidades de transferencia, los lodos procedentes de las depuradoras municipales…

Debido a la gran variedad de residuos que entran en la planta, ésta debe contar

con una primera línea de pretratamiento para seleccionar únicamente la fracción

orgánica de los residuos, evitando que entren luego al digestor posibles materiales que

interfieran o paralicen el proceso de obtención del biogás (plásticos, vidrios, metales,

etc.). El resto de materiales que contengan los residuos, se procesaran y clasificaran,

bien para su posterior reciclado y, si no es posible su reutilización, para su deposición

final en vertedero.

Es importante señalar a su vez, que en los digestores, la materia orgánica debe

introducirse en unas condiciones óptimas para que el proceso de biometanización se

lleve a cabo, es decir, a una cierta temperatura, con una distribución granulometría

adecuada, así como con el menor número de materiales indeseados posibles (vidrio,

piedras, etc.), que pueden interferir en el conjunto de reacciones bioquímicas.

3.2.2 TRATAMIETOS DE LA LÍEA DE ETRADA AL PROCESO

Como ya ha sido comentado, a una planta de biometanización, llega una gran

variedad de residuos, de los cuales sólo las fracciones orgánicas podrán ser introducidas

en el digestor para su aprovechamiento energético. En esta fase de pretratamiento de los


37

Juan Martín Gómez

residuos, lo que se hace es adecuar las condiciones iniciales de los residuos entrantes a

las condiciones requeridas por el proceso.

A continuación, se muestra un pequeño esquema de los diferentes tratamientos a

los que se somete a los residuos:

Figura 2. Diagrama general del tratamiento de residuos previos

Los residuos llegan a la planta mediante camiones que los transportan, los cuales

se encuentran en primer lugar con la báscula de pesaje. Es muy importante controlar la

ENTRADA RSU PESAJE Y REGISTRO

DE CAMIONES DESCARGA RSU EN FOSO GENERAL

TOLVAS DE ALIMENTACIÓN

ZONA TRIAJE MANUAL DE VOLUMINOSOS

ABREBOLSAS

TRÓMEL PRIMARIO

TRÓMEL SECUNDARIO SEPARADOR BALÍSTICO

TRIAJE MANUAL

ELECTROIMÁN

SEPARADOR DE FOUCAULT

1º SEPARADOR ÓPTICO

ELECTROIMÁN

SEPARADOR DE FOUCAULT

BIOMETANIZACIÓN

2º SEPARADOR ÓPTICO 3º SEPARADOR ÓPTICO

4º SEPARADOR ÓPTICO PET

PEAD

VIDRIO RECHAZO FINAL

MIX

MADERA

VIDRIO

PAPEL/CARTÓN

FÉRRICOS

NO FÉRRICOS

PLÁSTICOS

BRIKS

PAPEL/CARTÓN

ASPIRADOR NEUMÁTICO PLÁSTICO FILM


38

Juan Martín Gómez

llegada de los vehículos, la cantidad de residuos que entran con cada uno de ellos en la

planta y la procedencia de ellos. Una vez identificados, los camiones se dirigen hacia la

zona de descarga, que suele ser una nave cerrada y dotada de un sistema de aspiración

de aire (para evitar los malos olores), y que se compone principalmente de: un foso de

descarga, donde los camiones vierten los residuos y que tiene una capacidad para

albergar la producción de residuos de 2 o 3 días; una grúa puente dotada de un brazo o

pulpo de garras, que será el encargado de homogeneizar los residuos y alimentarlos al

proceso; y las tolvas de alimentación a la planta.

Figura 3. Foso de descarga con pulpo de garras y alimentación

Una vez han sido homogeneizados la totalidad de los residuos, con la ayuda del

pulpo de garras son introducidos a las tolvas, las cuales alimentan una serie de cintas

transportadoras que dirigen los residuos hacia una primera zona de triaje manual

primario, donde los operarios retiran todos aquellos residuos voluminosos que puedan

llegar a dañar alguno de los equipos o elementos de la línea de tratamiento, así como

materiales reciclables (cartón, vidrios…). Los elementos que son clasificados

manualmente se recogen en unas tolvas que descargan sobre unos contenedores

dispuestos debajo de la cabina de triaje, donde se almacenan para su posterior embalaje

y gestión.

Figura 4. Cabina de triaje manual


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Juan Martín Gómez

Una vez eliminados los residuos voluminosos, el resto entra en un equipo

denominado abrebolsas, que rompe las bolsas cerradas, desgarrándolas mediante

cuchillas o pinchos, y permitiendo de esta forma que los residuos contenidos en ellas se

vacíen y queden libres. De esta manera se optimizan las operaciones posteriores de

selección y clasificación de los residuos.

Figura 5. Equipo “abrebolsas”

El siguiente equipo con el que se encuentran los residuos siguiendo la línea de

tratamiento son los tromels. Un tromel es una criba giratoria que clasifica o separa los

residuos en función de la granulometría de los mismos. Físicamente, el equipo es un

tambor perforado giratorio de forma cilíndrica de gran tamaño (de hasta 3.5 m de Ø),

dispuesto en una posición casi horizontal con un ligero desnivel de aproximadamente 5º

entre la entrada y la salida para favorecer el avance de los residuos en el interior.

A medida que los residuos se alimentan por el lado de la entrada, el movimiento

giratorio del tambor, unido a la pendiente descendente del mismo, provoca que los

residuos vayan avanzando hacia la salida mientras que son volteados. Aquellos residuos

cuya granulometría es inferior a las perforaciones del tambor, que oscilan entre 40-100

mm, se cuelan por estas perforaciones y salen fuera, mientras que los de mayor tamaño

permanecen en el interior hasta ser expulsados por la salida.

En las plantas de tratamiento de residuos, generalmente no existe un solo tromel

con un tamaño único de orificio. Para aumentar la eficiencia de la criba, lo que se hace

es diseñar un tromel con dos o más secciones de diferentes aberturas de orificios, o

montar varios tromels en serie los cuales poseen diferentes tamaños de orificios, donde

el rechazo de uno se convierte en la alimentación del siguiente.


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Juan Martín Gómez

Figura 6. Tromel

De esta manera, los residuos que se cuelen por los orificios, que en su mayoría

es la materia orgánica que se busca para la obtención del biogás, serán recolectados

gracias a unas tolvas, y conformarán la corriente de finos o hundido, que serán enviados

mediante cintas transportadoras al siguiente equipo de tratamiento. Por su parte, los

residuos de mayor tamaño que no sean capaz de atravesar las aberturas de los tromels,

conformarán la fracción de gruesos o rechazo.

Una vez que la fracción de rechazo sale del último tromel, la fracción de

gruesos se dirige hacia un separador balístico. En este tipo de equipos, se producen tres

fracciones:

→ La fracción ligera o plana (FLP) (cartones, papeles, textiles, plástico…)

→ La fracción pesada o rodante (FPR) (botellas, latas, piedras, maderas…)

→ La fracción fina (vidrios, arenas, restos orgánicos…)

Los residuos a la entrada en el equipo, caen en una cinta vibrante inclinada

agitada por un doble movimiento alternativo en dirección horizontal y vertical. Estos

movimientos hacen que los residuos rodantes se desplacen cayendo hacia atrás

pendiente abajo, y que los materiales planos suban impulsados hacia la parte delantera y

elevada de la maquina. Al mismo tiempo, la fracción fina cae a través de los orificios

del tapiz, uniéndose a la fracción proveniente del hundido del tromel. Dichas aberturas

en el tapiz no deben superar la luz de malla mínima de los tromels, y suele oscilar entre

35-40 mm.


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Juan Martín Gómez

Figura 7. Separador balístico

La fracción ligera o plana (FLP) a la salida del separador balístico se encuentra

con un dispositivo automático de aspiración de plástico film. Estos films, son

conducidos neumáticamente hasta un ciclón, donde se recogen y son prensados para su

posterior gestión. Posterior a este dispositivo, los residuos avanzan en la cinta

transportadora hacia una unidad de triaje manual secundario donde se clasificarán los

residuos para su reciclaje en: plásticos (PET y PEAD), cartón y briks; quedando una

corriente final de rechazo que será almacenada, compactada y enviada a vertedero.

La fracción pesada o rodante (FPR), es dirigida hacia un electroimán que

separará de la corriente aquellos materiales férricos aprovechando sus propiedades

magnéticas. Este equipo es una cinta magnética colgante u overband (como

comúnmente se le conoce). Se trata de una cinta transportadora en cuya parte central se

encuentra alojado un imán fijo. Estas cintas magnéticas se montan paralelamente por

encima de las cintas transportadoras que conducen el flujo de residuos a tratar, y se

suelen colocar de forma transversal al avance de los residuos.

Los residuos férricos, al pasar por debajo de la cinta magnética colgante, se

pegarán a esta, gracias al efecto del imán alojado en su interior, eliminándose de la línea

principal de residuos. Los residuos férricos recuperados por el imán, caen a un

contenedor cuando llegan a uno de los extremos de la cinta magnética colgante, en el

que ya no actúa la fuerza de atracción, quedando almacenados y listos para su gestión de

manera adecuada para su posterior reutilización.


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Juan Martín Gómez

Figura 8. Electroimán

Tras el electroimán, el resto de residuos son dirigidos hacia un separador

de Foucault, donde se separan los residuos que contengan materiales metálicos no

férricos (como el aluminio, latón o cobre entre otros) de la corriente de residuos.

La separación se produce gracias a la acción de un campo magnético que genera

un rotor que gira a alta velocidad en el interior de un tambor. Ello da lugar a que sobre

la cinta transportadora que conduce el flujo de residuos, los metales no férricos, tengan

tendencia a flotar ligeramente sobre la superficie de la cinta, para salir despedidos de

esta misma cinta al llegar al extremo final.

Figura 9. Separador de Foucault

Una vez se ha eliminado de la línea de tratamiento los residuos férreos y no

férreos, la línea de residuos llega a un conjunto de separadores ópticos, que terminaran

de clasificar/recuperar los residuos.


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Juan Martín Gómez

Un separador óptico basa su funcionamiento en las diferencias de las

propiedades ópticas de los diferentes materiales: reflexión de la luz, opacidad,

fluorescencia excitada por rayos X o ultravioletas...

Los residuos son analizados desde diferentes ángulos por toda su superficie por

medio de un sofisticado sistema emisores y posteriormente, un procesador se encarga de

analizar la información recogida, y la compara con los parámetros preestablecidos por el

usuario de la máquina, son identificados y mediante una señal de rechazo, son separadas

de la corriente de residuos por medio de chorros o impulsos de aire comprimido de alta

precisión. Así, los residuos clasificados son derivados por una salida, y el resto se

expulsan por una salida diferente.

De esta manera, el primero de los separadores ópticos con los que se encuentra

la línea de residuos a tratar, es el que separa la totalidad de los plásticos presentes en la

línea, del tipo o clase que sean. La línea de rechazo, se conducirá hasta un segundo

separador óptico, cuya misión esta vez será la de separar la totalidad de los vidrios

presentes en la línea de residuos. Los vidrios clasificados serán almacenados para su

posterior gestión y reciclaje.

Los plásticos seleccionados por el primer separador óptico, son enviados a una

tolva que alimenta a otra cinta transportadora, que los conducirá hacia el tercer

separador óptico, que este ya hará la primera clasificación de plásticos, ya que

seleccionará de la línea exclusivamente los PET, que caerán a una tolva de

almacenamiento, para su embalaje y posterior gestión. La línea de rechazo entrará en el

cuarto y último separados óptico, que seleccionará los PEAD, que serán almacenados y

embalados para su posterior gestión, al igual que la línea saliente de este cuarto

separador óptico que estará formada por un MIX de plásticos.

Figura 10. Separador óptico


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Juan Martín Gómez

La línea de restos de residuos, procedente de salida del segundo separador

óptico, serán considerados rechazo de la planta de tratamiento, que se almacenaran y

compactarán para reducir su volumen de manera previa a su vertido controlado.

A la línea de finos, que aglutinaba los que atravesaron los orificios en los

tromels y a la fracción fina del separador balístico, compuesta en su mayoría por

material orgánico, sufre un tratamiento similar al resto de residuos para eliminar

impurezas no orgánicas.

Lo primero es conducir la línea de finos hacia un electroimán de cinta magnética

colgante para eliminar los posibles residuos férricos y los materiales férricos separados,

serán enviados con los anteriormente eliminados para su gestión conjunta.

Una vez eliminados los residuos férricos, la línea de finos se dirige a un

separador de Foucault, eliminando de este modo los residuos metálicos no férricos.

Estos una vez seleccionados, se mandan a almacenar y se adjuntaran a la línea de

residuos no férricos separados en el otro separador de Foucault, para que de manera

conjunta se gestionen todos.

Al final del tratamiento, la línea de finos ya estará “limpia” o con el menor

número de impurezas posibles, y es entonces cuando se lleva a cabo su

acondicionamiento para que pueda ser introducida como alimentación de los digestores.

3.2.3 ACODICIOAMIETO DE LA ALIMETACIÓ

Llegados a este punto, ya están la totalidad de los residuos clasificados y

prensados para su reutilización en plantas destinadas a este fin, o para su disposición

final en vertedero controlado, salvo por la corriente de finos.

La primera actuación a la que se somete la corriente de finos, compuesta en su

mayoría por material orgánico, es a la reducción de su granulometría mediante

trituración, hasta que quede por debajo de los 30-35mm. Esto favorecerá la actuación de

los microorganismos en el interior de los digestores y con ello se conseguirá un mayor

rendimiento en la obtención del biogás.


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Juan Martín Gómez

La línea de material orgánico procedente de la trituradora, se conduce hacia un

depósito de almacenamiento temporal, el cual tendrá capacidad para albergar el material

que se produzca durante 2 o 3 días de trabajo. Este depósito, alimentará a una cinta

trasportadora que llevará el material hacia los pulpers.

Los pulpers o tanques homogeneizadores, es donde se mezclan los residuos con

agua, quedando de esta manera ajustada la cantidad de sólidos totales para la

alimentación a los digestores, y, opcionalmente, también es donde se produce la

elevación de temperatura necesaria mediante aporte de calor para que el proceso de

digestión anaerobia tenga lugar.

La cantidad de agua que se introduce en el equipo será determinada según las

condiciones de operación (sólidos totales) de la planta. Parte de dicha agua procede

generalmente del depósito de agua de proceso, que es el agua resultante tras la

centrifugación del digesto una vez finalizada la biometanización y que vuelve a ser

reintroducida al proceso.

El aporte de calor a la mezcla se puede conseguir haciendo pasar previamente

por un intercambiador de calor el agua que se reintroduce al pulper proveniente del

tanque de agua de proceso; o bien, introduciendo vapor procedente de una caldera

auxiliar. Ambos mecanismos de elevación de la temperatura pueden también

combinarse, y hasta donde se aumente la temperatura, también será otro factor de

operación que dependerá del diseño de cada planta.

Figura 11. Pulper


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Juan Martín Gómez

Un pulper es básicamente un recipiente de acero, especialmente diseñado para el

tratamiento de residuos orgánicos y equipados normalmente con agitadores helicoidales,

para favorecer la buena homogeneización de la mezcla. Los inertes que pueden

depositarse en el fondo de estos equipos son eliminados mediante una rasqueta de fondo

y una purga.

Una vez los residuos están bien homogeneizados, salen del pulper y pasan un

sedimentador. En él las piedras y material inertes presentes aun en la línea, decantan y

son eliminados mediante un sinfín en la parte inferior, mientras que el material flotante

(plásticos principalmente) es también eliminado mediante un sistema de palas en la

superficie. Todas estas impurezas restiradas y enviadas junto con el rechazo de la planta

para su reducción de volumen y traslado a vertedero para su vertido controlado.

Figura 12. Separación por decantación (inertes pesados) y flotabilidad (ligeros)

La suspensión o papilla orgánica ya depurada por completo, pasa a un deposito

pulmón donde se almacena, y cuya misión es la de asegurar la alimentación y el

rendimiento del digestor. Antes de ser introducida al digestor, si no se ha elevado la

temperatura en el pulper, la mezcla pasa por un intercambiador de calor, que en este tipo


47

Juan Martín Gómez

de plantas por lo general, es un intercambiador de carcasa y tubos, que terminará de

ajustar la temperatura de operación.

De esta manera la papilla de residuos bien homogeneizada, en ausencia de

impurezas que pudieran alterar las reacciones bioquímicas o pudieran dañar los equipos

y una vez que la mezcla a alcanzado la temperatura apropiada, se puede considerar que

los residuos ya están listos para ser introducidos en los digestores anaerobios para

comenzar el proceso de biometanización.

3.2.4 DIGESTORES AAEROBIOS

El digestor anaerobio es el equipo principal de la planta de biometanización, ya

que es donde se llevan a cabo las reacciones bioquímicas de degradación del material

orgánico, con la consecuente producción de biogás y el material digesto restante.

Este tipo de equipos, generalmente, son de grandes dimensiones y se sitúan en

los exteriores de las naves de tratamiento. Su fabricación suele ser de acero inoxidable u

hormigón armado, con aislamiento externo para evitar posibles fugas y revestimiento

interior para evitar su corrosión. Al mismo tiempo, se construyen con aislamiento

exterior para reducir la trasmisión de calor con el ambiente y poder mantener de este

modo la temperatura en el interior necesaria para que se desarrolle el proceso.

En el diseño de los digestores intervienen una serie de parámetros como pueden

ser: porcentaje de residuos salidos que contenga la papilla, tiempo de retención

hidráulico, tasa de carga de sólidos volátiles, temperatura, producción de biogás

esperada… Pero generalmente, suelen tener capacidades entre 3000 y 6000 ��, llegando a soportar presiones máximas de 80 mbar.

Figura 13. Digestor Anaerobio


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Juan Martín Gómez

El tiempo de retención hidráulico se define como el Volumen del digestor

dividido por el caudal diario de papilla alimentado. Por norma general, el proceso de

biometanización se diseña para un tiempo de retención de entre 14 y 28 días.

3.2.5 DIFERETES ALTERATIVAS

Si analizamos el modo de llevar a cabo el proceso de biometanización, nos

encontramos con numerosas posibilidades o alternativas, según los criterios que se

tengan en cuenta. La clasificación de los diferentes procesos anaerobios puede

efectuarse atendiendo a diferentes criterios, los más significativos se recogen en la

siguiente tabla:

CRITERIO PROCESO

Concentración de sustrato Seco - Húmedo

Temperatura de operación Mesófilo - Termófilo

Número de etapas Una etapa - Varias etapas

Régimen de alimentación Discontinuo - Continuo

Modelo de flujo dentro del digestor Mezcla perfecta - Flujo-pistón

Configuración espacial Mezcla Perfecta- Flujo Pistón

Tabla 7. Alternativas dentro de la biometanización

→ Modelo de flujo

En cuanto a la tipología de los digestores anaerobios, estos se pueden llegar a

clasificar de numerosas maneras, pero si atendemos a su modelo de flujo, se encuentran

principalmente dos tipos de reactores: los reactores de mezcla perfecta o los reactores

de flujo-pistón.

Reactores de mezcla perfecta: Este tipo de reactores son equipos simples y

ampliamente implantados en la industria de la biometanización. Suelen ser reactores

cilíndricos verticales, que no superan los 6000 �� de capacidad, para favorecer la homogeneidad de la mezcla así como de la temperatura.

La característica principal de este tipo de digestores es que la concentración de

cualquier sustancia en todos los puntos del volumen de control del reactor es idealmente

la misma. Esta distribución uniforme de concentraciones, tanto de sustrato como de


49

Juan Martín Gómez

microorganismos, se logra mediante un sistema de agitación, el cual puede llevarse a

cabo mediante algún tipo de agitación mecánica (hélices o palas), o bien mediante un

sistema de inyección a presión de parte del biogás ya producido mediante una corriente

de reflujo. Dentro de los reactores de mezcla perfecta cabe distinguir entre los reactores

de mezcla perfecta discontinuos o tipo batch, y los que operan de manera continua.

Figura 14. Reactor de mezcla perfecta

Este tipo de reactores suele emplearse en los procesos de digestión por vía

húmeda (menos del 15% de sólidos totales), y permite elegir el tipo de alimentación al

digestor, que puede ser: continua, semicontiua o discontinua. En este tipo de digestores

no hay retención alguna de biomasa, pero sí que puede operar con recirculación.

Reactores de flujo-pistón: En este tipo de reactores, a diferencia de los

anteriores, la concentración de cualquier sustancia varía en cada sección transversal del

digestor. Del mismo modo, la alimentación a este tipo de digestores se realiza de

manera continua y suelen estar dotados de una agitación lenta mediante mezcladores de

palas, que además tienen la función de favorecer el desplazamiento del material hacia la

salida (en el caso de los digestores horizontales).

Figura 15. Reactor de flujo-pistón

Los reactores de flujo-pistón suele ser reactores cilíndricos o paralelepípedos, de

una capacidad aproximada de 2000-3000 ��, y estos se usan en procesos de digestión por vía seca, ya que admiten mayores concentraciones de sólidos totales (20-40% ST).


50

Juan Martín Gómez

→ Temperatura de operación

En función de la temperatura de operación que se adopte para llevar a cabo el

proceso de digestión anaerobia, se pueden encontrar tecnologías psicrofílicas (< 25ºC)

mesofílicas (35-45ºC) y termofílicas (45-65ºC).

Aunque tradicionalmente, la tecnología más implantada a nivel industrial ha sido

la mesofílica, por sus menores requerimientos energéticos y su mayor estabilidad, a raíz

de los años 90, las tecnologías termofílicas han venido incrementándose, ya que se ha

demostrado que incrementa la eliminación de patógenos, la cinética del proceso y el

rendimiento de producción de metano.

El rango psicrofílico se plantea poco viable, debido al gran tamaño del reactor

que se necesitaría, sin embargo presenta menores problemas de estabilidad que en los

otros rangos de operación.

→ �úmero de Etapas

El proceso de biometanización, aun habiendo hecho anteriormente la distinción

en 4 fases, podemos agruparlo de forma general en dos pasos: el primero donde se

forman el acetato, el hidrógeno y el dióxido de carbono; y un segundo paso donde se

transforman en metano.

Según el número de etapas en que se plantee el desarrollo de la digestión

anaerobia, se puede hablar de un sistema de una sola etapa, en la que tienen lugar

simultáneamente la totalidad de las reacciones en un único digestor, y de sistema de

varias etapas, en la que las reacciones tienen lugar secuencialmente en al menos dos

digestores en los que la papilla de residuos orgánicos van pasando de uno a otro, y van

degradándose progresivamente.

Aunque se han llevado a cabo un gran número de investigaciones sobre la

operación en fases separadas, en el 90% de las instalaciones industriales que procesan

biorresiduos y la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos en Europa, lo hacen

con sistemas de una sola etapa.


51

Juan Martín Gómez

La justificación de los sistemas de depuración anaerobia en varias etapas, radica

en que el proceso de digestión anaerobia de los residuos orgánicos se produce en una

secuencia de reacciones bioquímicas que no comparten necesariamente las mismas

condiciones óptimas de funcionamiento, optimizando las etapas sucesivas, ha de

esperarse un mayor rendimiento global del proceso.

Lo que se hace generalmente, es operar en régimen termófilo en el primer

reactor para favorecer las reacciones de formación de compuestos intermedios

(hidrólisis, acidogénesis y acetogénesis), para posteriormente reducir la temperatura al

régimen mesófilo en el segundo de los reactores donde se producen las reacciones de

metanización.

En realidad, la complejidad de los procesos de dos etapas no siempre se traduce

en un mayor rendimiento comparado con los sistemas de una etapa. De hecho, los

sistemas de dos etapas no se utilizan con ese fin, sino que lo que se trata con las etapas

sucesivas es obtener un funcionamiento más estable para los residuos que puedan

provocar inestabilidades dentro de los sistemas de una única etapa.

A escala industrial, se prefiere trabajar con sistemas de una única etapa, ya que

son mucho más baratos y sencillos, por lo que la cuota de mercado de los sistemas de

dos etapas es de sólo el 10%.

→ Concentración de sustrato

El contenido de sólidos totales en la alimentación es uno de los criterios que

tradicionalmente han diferenciado los sistemas de digestión anaerobia. Por un lado están

los sistemas de vía húmeda o de baja concentración, y por otro los sistemas de vía seca

o de alta concentración.

En los sistemas de vía húmeda el intervalo de concentración de sólidos varía

entre 5 y 15%, lo que implica importantes diferencias en cuanto a requerimiento de agua

de dilución y de calefacción de la alimentación, así como reactores de grandes

volúmenes. Casi la totalidad de los sistemas comerciales, responden al modelo de

tanque agitado y su diferencia fundamental reside en la forma de agitación. El sistema

de agitación más utilizado es la agitación por recirculación de biogás. El digesto se

deshidrata por centrifugación y tornillos compactadores produciéndose un caudal de


52

Juan Martín Gómez

agua considerable, del cual una parte se recircula de nuevo al proceso, y la otra se

depura para eliminar materia orgánica y nitrógeno.

Por el contrario, en los sistemas de vía seca, la concentración de sólidos totales

es superior al 20%, lo que hace que se modifiquen notablemente las características

hidrodinámicas del sistema. Se pasa de trabajar con masas fluidas de viscosidad

próxima a la del agua (vía húmeda), a trabajar con pastas de alta viscosidad. Los

modelos de flujo y forma de conseguir la mezcla dependen de las diferentes tecnologías

comerciales existentes.

Como comparación final los procesos de vía húmeda son semejantes a los

sistemas utilizados en estabilización anaerobia de fangos aerobios y en consecuencia

puede hablarse de una tecnología robusta, sencilla y bien establecida. Tradicionalmente

se ha trabajado con sistemas de vía húmeda, pero actualmente la digestión anaerobia de

vía seca a escala industrial representa el 60% del total.

Del mismo modo, a continuación, se hace una breve descripción de algunos de

los procesos de digestión anaerobia y tecnologías para el tratamiento de la fracción

orgánica de los residuos sólidos urbanos a nivel industrial más extendidas en Europa:

Valorga: El proceso está formado por una unidad de selección, una unidad de

producción de metano y una unidad de refinado. El fermentador anaerobio opera por vía

seca. En el digestor la mezcla se produce con la inyección de biogás a alta presión en el

fondo del reactor. Este sistema funciona satisfactoriamente sin necesidad de

recirculación de los residuos digeridos. El principal inconveniente es el mantenimiento

de los inyectores, cuyos orificios se obstruyen con relativa frecuencia.

Figura 16. Esquema del proceso Valorga


53

Juan Martín Gómez

CODICIOES DE OPERACIÓ VALORGA

% ST 20-35%

CONFIGURACIÓN REACTOR Reactor tubular horizontal con trayectoria circular

TEMPERATURA Mesofílico y termofílico

THR 21 días

HOMOGENEIZACIÓN Por inyección de biogás desde el fondo

PRODUCCIÓN DE METANO 80-120 �� D E��F ⁄

Tabla 8. Características del proceso Valorga

Kompogas: Es un proceso nuevo de digestión anaerobia para tratar residuos de

frutas, vegetales y de jardín. El digestor es cilíndrico, dispuesto horizontalmente y con

agitador hidráulico, que favorece la homogeneización, desgasificación y re-suspensión

de los materiales más pesados. También opera con altas concentraciones de sólidos (vía

seca).

Figura 17. Esquema del proceso Kompogas

CODICIOES DE OPERACIÓ KOMPOGAS

% ST > 23%

CONFIGURACIÓN REACTOR Flujo-pistón

TEMPERATURA Termofílico

THR 15-20 días

HOMOGENEIZACIÓN Rotores

PRODUCCIÓN DE METANO 130 �� D E��F ⁄

Tabla 9. Características del proceso Kompogas

Dranco: Este proceso se desarrolla para producir energía y un producto húmico,

llamado humutex, mediante conversión de la fracción orgánica de los residuos sólidos

urbanos, así como los residuos orgánicos de la industria papelera, ganadera y los lodos


54

Juan Martín Gómez

de depuración. El proceso de digestión se lleva a cabo en un reactor vertical sin mezcla

mecánica. Este digestor también opera por vía seca.

Figura 18. Esquema del proceso Dranco

CODICIOES DE OPERACIÓ DRACO

% ST 15-40%


TEMPERATURA Termofílico

THR 20 días

HOMOGENEIZACIÓN No existe


Tabla 10. Características del proceso Dranco

BAT: Este proceso se ha desarrollado para tratar la fracción orgánica de los residuos

sólidos urbanos. En el proceso se incluye: pretratamiento de los residuos entrantes;

separación de sólidos biológicos disueltos y no disueltos; hidrólisis anaerobia de sólidos

biodegradables; y metanización. Después de la deshidratación, los sólidos no

degradados, con una concentración del 35%, se utilizan como material de compost.

Figura 19. Esquema del proceso BAT


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Juan Martín Gómez

CODICIOES DE OPERACIÓ BAT

% ST 30%

CONFIGURACIÓN REACTOR Separación de fases, hidrolítico de tanque agitado

TEMPERATURA Mesofílico

THR 7 días

HOMOGENEIZACIÓN Solo en el hidrolítico


Tabla 11. Características del proceso BAT

Linde-BRV: Esta es una tecnología que puede presentar diferentes configuraciones

de diseño. Así en Europa, se han implantado procesos de digestión húmeda en una sola

etapa y en fases separadas, y que pueden operar en los rangos mesofílico y termofílico.

Este tipo de reactores utilizan una serie de rotores para mejorar su avance y

homogenización.

Figura 20. Esquema del proceso BRV

CODICIOES DE OPERACIÓ BRV

% ST 15-45%


TEMPERATURA Mesofílico y termofílico

THR 18-25 días

HOMOGENEIZACIÓN Rotores

PRODUCCIÓN DE METANO 100 �� D E��F ⁄

Tabla 12. Características del proceso Linde-BRV


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Juan Martín Gómez

BIOSTAB: Es uno de los procesos por vía húmeda más extendido para el

tratamiento de la fracción orgánica de los RSU. A la línea de alimentación ya triturada,

se la somete a una última etapa de limpieza antes de ser introducida a los digestores.

Con el biogás producido se genera electricidad así como la agitación dentro de los

tanques. El digesto, se seca mediante centrífugas y los sólidos pasan a la etapa de

compostaje.

Figura 21. Esquema del proceso BIOSTAB

CODICIOES DE OPERACIÓ BIOSTAB

% ST 9-11%

CONFIGURACIÓN REACTOR Mezcla perfecta

TEMPERATURA Mesofílica

THR 14-21 días

HOMOGENEIZACIÓN Por inyección de biogás desde el fondo


Tabla 13. Características del proceso BIOSTAB

3.2.6 EL PROCESO BIOLÓGICO

La biometanización es un proceso biológico complejo, tanto por el número de

reacciones bioquímicas que tienen lugar, como por la cantidad de microorganismos

involucrados, en el que la materia orgánica es degradada anaeróbicamente para dar

lugar al biogás. De hecho, muchas de estas reacciones ocurren de forma simultánea.


57

Juan Martín Gómez

El proceso global de degradación anaerobia se puede dividir en 4 fases o etapas:

hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis.

La mayoría de los microorganismos utilizan determinados compuestos orgánicos

a fin de obtener energía para su crecimiento, y usan compuestos carbonados específicos

para sintetizar sus componentes celulares. Los productos finales de un grupo

microbiano suelen ser el alimento del grupo siguiente, de forma que a lo largo del

proceso existe un delicado balance que es necesario mantener para que la reacción se

desarrolle correctamente.

En la siguiente figura, queda representado el esquema general de las etapas de la

digestión anaerobia para la obtención del metano:

Figura 22. Esquema de la degradación anaerobia de la materia orgánica

HIDRÓLISISHIDRÓLISISHIDRÓLISISHIDRÓLISIS

ACIDOGÉNESISACIDOGÉNESISACIDOGÉNESISACIDOGÉNESIS

ACETOGÉNESISACETOGÉNESISACETOGÉNESISACETOGÉNESIS

HOMOACETOGÉNESIHOMOACETOGÉNESIHOMOACETOGÉNESIHOMOACETOGÉNESISSSS

METANOGÉNESISMETANOGÉNESISMETANOGÉNESISMETANOGÉNESIS

MATERIA ORGÁNICAMATERIA ORGÁNICAMATERIA ORGÁNICAMATERIA ORGÁNICA PROTEÍNAS CARBOHIDRATOS LÍPIDOS

AMINOÁCIDOS Y AZÚCARES ÁCIDOS GRASOS Y ALCOHOLES

PRODUCTOS INTERMEDIOS �AGV) �AC. PROPIÓNICO, AC. BUTÍRICO, AC.

VALÉRICO…)

AC. ACÉTICO �" + �!"

�� + �!"


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Juan Martín Gómez

3.2.6.1. HIDRÓLISIS

La hidrólisis es la etapa inicial de la degradación anaerobia. En ella, se produce

la ruptura de las macromoléculas orgánicas (polímeros) como son las proteínas,

carbohidratos y grasas, en subunidades más pequeñas (monómeros), para que puedan

atravesar la pared de las bacterias y estas puedan digerirlas. Así las proteínas son

degradadas a aminoácidos, los polisacáridos o carbohidratos a monómeros de azúcares,

y las grasas o lípidos a ácidos grasos de cadena larga y alcoholes. La hidrólisis se

produce por la acción de enzimas extracelulares producidas por los microorganismos

hidrolíticos.

Las reacciones de hidrólisis pueden ser limitantes de la velocidad del proceso,

especialmente, si el residuo posee materia particulada, como es el caso de los RU. Para

los RU, la granulometría y grado de trituración de los residuos son determinantes de la

velocidad del proceso.

Las proteínas constituyen un sustrato muy importante en el proceso de digestión

anaerobia ya que además de ser fuente de carbono y energía, los aminoácidos derivados

de su hidrólisis tienen un elevado valor nutricional. Las proteínas son hidrolizadas en

péptidos y aminoácidos por la acción de la enzima llamada proteasa. Parte de estos

aminoácidos son utilizados directamente en la síntesis de nuevo material celular y el

resto son degradados en etapas posteriores.

La degradación de los lípidos en ambientes anaerobios comienza con la ruptura

de las grasas por la acción de la enzima denominada lipasa, produciendo ácidos grasos

de cadena larga y glicerol.

Para la fracción orgánica de los RU, la etapa de hidrólisis es limitante de la

biodegradabilidad del residuo, ya que también existen los denominados materiales

lignocelulósicos. Estos son compuestos principalmente de lignina, celulosa y

hemicelulosa, que proceden de los restos vegetales y papel que acompañan a los RU, y

muy resistentes a la degradación por parte de los microorganismos anaerobios.


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Juan Martín Gómez

3.2.6.2. ACIDOGÉESIS

En la segunda etapa denominada acidogénesis o fase fermentativa, los productos

procedentes de la hidrólisis de los polímeros son metabolizados en el interior de las

células de los microorganismos siguiendo diferentes rutas según sea la naturaleza de los

mismos.

De este modo se obtienen ciertos ácidos orgánicos de cadena corta, también

llamados ácidos grasos volátiles, tales como: el acético, butírico, propiónico y valérico;

y alcoholes, además de otros subproductos importantes para etapas posteriores como

pueden ser: amoniaco (��), hidrógeno (�") o dióxido de carbono (�!").

�K�L"!K → 2��"!� + 2�!" �K�L"!K + 2�" → 2��"�!!� + 2�"!

Las bacterias acidogénicas producen principalmente ácidos grasos volátiles

cuando la presión de hidrógeno es alta, y dióxido de carbono cuando la presión de

hidrógeno es baja. Algunas vías metabólicas solo son posibles a bajas presiones de

hidrogeno y a concentraciones entre 5 y 50 ppm de hidrógeno existe una preferencia en

la formación de acético. Sin embargo, altas presiones de hidrógeno pueden dar lugar a

que sean el propiónico y el butírico los que predominen (Mosey, 1986). Incluso si la

presión de hidrógeno llega a ser excesiva, puede dar lugar a la inhibición del sistema

(Sparling, 1997).

Entre las bacterias acidogénicas más comúnmente utilizadas en los digestores, se

incluyen especies como Butyrivibrio, Propionibacterium, Clostridium spp, Bacteroides,

Ruminococos, Bifidobacterium spp, Lactobacillus, Streptococos y Enterobacterias.

En el caso de los RU, se producen grandes cantidades de hidrógeno durante las

etapas de hidrólisis y acidogénesis, alcanzándose proporciones de hasta un 20-50%

respecto al volumen de biogás generado. Esta producción de hidrógeno puede llegar a

ser tan alta, que incluso se han llevado a cabo estudios para forzar la degradación

incompleta de los residuos y obtener como producto final el hidrógeno.


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Juan Martín Gómez

3.2.6.3. ACETOGÉESIS

Mientras que algunos productos de la fermentación pueden ser metabolizados

directamente por los organismos metanogénicos (hidrógeno y ácido acético), otros

como es el caso de los ácidos grasos volátiles, deben ser transformados en productos

más sencillos. Son las bacterias acetogénicas las encargadas de transformar los

productos intermedios, produciendo principalmente acético, hidrógeno y dióxido de

carbono.

Como ejemplos de bacterias acetogénicas, cabe resaltar la Syntrophobacter

wolinii que descompone el ácido propiónico, o la Syntrophomonas wolfei, que

descompone el butírico. En el grupo de bacterias acetogénicas se incluyen las

homoacetogénicas, capaces de producir ácido acético a partir de hidrógeno y dióxido de

carbono, como son: Acetobacterium, Acetoanaerobium, Acetogenium, Clostridium o

Eubacterium.

3.2.6.4. METAOGÉESIS

La metanogénesis constituye la etapa final del proceso de descomposición

anaerobia de la materia orgánica, en el que compuestos como el ácido acético, el

hidrógeno y el dióxido de carbono, son trasformados a metano y dióxido de carbono. En

esta etapa, la mayor parte de la energía química contenida en el sustrato es convertida a

metano por la actuación de una familia de bacterias conocidas como Archea

metanogénicas.

2��!� + �!" → 2��!!� + ��

��!!� → �� + �!"

��!� + �" → �� + �!"

�!" + 4�" → �� + 2�!"

Existe una delicada relación entre las bacterias metanogénicas y el resto de

microorganismos implicados en el proceso. Se establecen sinergias de crecimiento entre

Archea metanogénicas y las bacterias no metanogénicas, a través de delicados


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Juan Martín Gómez

equilibrios relacionados con los niveles de ácidos e hidrógeno. Algunas Archea

metanogénicas pueden consumir hidrógeno generado en etapas anteriores consiguiendo

mantenerlo en un nivel bajo de modo que se puedan desarrollar algunos grupos

acidogénicos que solo crecen en esas condiciones.

Dentro de esta familia de bacterias podemos distinguir entre dos subgrupos de

microorganismos:

→ Archaea metanogénicas acetoclásticas: que son las encargadas de generar

metano a partir de la degradación del ácido acético.

→ Archaea metanogénicas hidrogenófilas: que generan metano a partir del

hidrógeno y el dióxido de carbono.

La principal vía de formación del metano es a través de la degradación del

acético por parte de la Archea metanogénicas acetoclásticas, con alrededor del 70% del

metano producido. A pesar de ser esa vía la más importante, solo dos microorganismos

son capaces de llevar a cabo la reacción acetoclástica, es decir, producir metano y

dióxido de carbono a partir del ácido acético, y son: Methanosarcina y Methanothrix.

Existen también microorganismos metanogénicos, en este caso hidrogenófilos como son

entre otros: Methanobacterium, Methanococos, Methanobrevibacter o Methanogenium.

3.3 VARIABLES DE OPERACIÓ Y CIÉTICA DEL PROCESO

3.3.1 VARIABLES DE OPERACIÓ

Las variables de operación que condicionan el proceso de biometanización, son

aquellas que afectan a los microorganismos que llevan a cabo el proceso y son muy

variadas. Entre las más influyen en el correcto desarrollo de la digestión destacan:

nutrientes, temperatura, pH, carga orgánica, tiempo de retención, presencia de

sustancias tóxicas e inhibidores del proceso y agitación.

→ Temperatura: La velocidad de reacción de los procesos biológicos depende de

la velocidad de crecimiento de los microorganismos involucrados que a su vez

dependen de la temperatura. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la velocidad de

crecimiento de los microorganismos, y se acelera de este modo el proceso de digestión

dando lugar a mayores producciones de biogás.


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Juan Martín Gómez

A la hora de diseñar el digestor, la temperatura se considerada uno de los

principales parámetros de diseño, debido a la gran influencia de este factor en la

velocidad de digestión anaerobia. Variaciones bruscas de temperatura en el digestor

pueden provocar la desestabilización del proceso. Por ello, para garantizar una

temperatura homogénea en el digestor, es imprescindible un sistema adecuado de

agitación y de controlador de temperatura.

Gráfico 13. Relación entre la velocidad específica máxima de crecimiento y la temperatura en los

distintos rangos de temperatura (Romero y cols. 2002)

Existen tres rangos de temperatura en los que pueden trabajar los

microorganismos anaerobios: psicrofílico (inferior a 25ºC), mesofílico (25-45ºC) y

termofílico (45-65ºC), siendo la velocidad máxima especifica de crecimiento (NOPQ) mayor conforme aumenta el rango de temperaturas. Dentro de cada rango de

temperaturas, existe un intervalo para el cual dicho parámetro se hace máximo,

determinando así la temperatura de trabajo óptima en cada uno de los rangos posibles.

El régimen mesófilo de operación es el más utilizado a pesar de que en la

actualidad se está implantando cada vez más el rango termofílico para conseguir una

mayor velocidad del proceso (lo que significa un aumento en la eliminación de la

materia orgánica y en la producción de biogás) y una mejor eliminación de organismos

patógenos. Sin embargo, el régimen termofílico suele ser más inestable a cualquier

cambio de condiciones de operación y presenta además mayores problemas de

inhibición del proceso por la mayor toxicidad de determinados compuestos a elevadas

temperaturas, como el nitrógeno amoniacal. Del mismo modo, el régimen termofílico,

también requiere de un mayor aporte de calor.


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Juan Martín Gómez

Una técnica interesante es la combinación de dos fases de digestión: una primera

termofílica de elevada carga orgánica y una segunda mesofílica con menor carga. Con

este sistema se aprovechan las ventajas del sistema termofílico pero se reducen los

problemas de inestabilidad.

La temperatura del proceso actúa también sobre aspectos físico-químicos del

mismo. La solubilidad de los gases generados desciende al aumentar la temperatura,

favoreciéndose la transferencia líquido-gas. Esto supone un efecto positivo para el caso

de gases tales como ��, �" y �"#, dada su toxicidad sobre el crecimiento de los

microorganismos anaerobios. Una posible desventaja de este fenómeno es que el

descenso de la solubilidad del �!" provocaría un aumento del pH, lo que generaría, en

fangos de elevada concentración de amonio, posibles situaciones de inhibición por ��. Por otra parte, la solubilidad de la mayoría de la sales aumenta con la temperatura de

manera que la materia orgánica es más accesible para los microorganismos aumentando

así la velocidad del proceso. Por último, la viscosidad de sólidos y semisólidos

disminuye al aumentar la temperatura, lo que implicaría menores requerimientos de

agitación.

→ utrientes: Para el correcto desarrollo del proceso de degradación anaerobia de

la materia orgánica, los microorganismos también requieren, además de una fuente de

carbono, que es el elemento constituyente básico del material celular y la principal

fuente de energía, y que se encuentra presente en abundancia en los sustratos orgánicos,

la presencia de una serie de nutrientes minerales tales como nitrógeno, fósforo, potasio,

calcio, magnesio… Es por ello que en el medio a digerir debe haber una relación

adecuada entre nutrientes para el correcto desarrollo de la flora bacteriana.

Hay que destacar que el exceso de alguno de estos nutrientes, puede llegar a

provocar interferencias en el proceso o incluso su inhibición total, como por ejemplo

ocurre con el nitrógeno. El nitrógeno es necesario ya que los microorganismos lo

utilizan en su forma amino para la síntesis de proteínas, y si la relación C/N es

demasiado baja, estos no podrán metabolizar la materia orgánica, mientras que si es

demasiado alta, el exceso de nitrógeno se acumula en forma amoniacal y provoca

problemas de inhibición en las bacterias metanogénicas.


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Juan Martín Gómez

La mezcla de sustratos diferentes, que poseen distintas relaciones C/N, se

plantea como solución al problema, ya que la relación C/N óptima se sitúa entre 20:1 y

40:1. En la siguiente tabla se exponen algunos ratios C/N nominales establecidos para

algunos materiales susceptibles de ser digeridos anaeróbicamente:

Figura 23. Relación C/ en algunos materiales (Tchobanoglous, 1994)

→ pH y Alcalinidad: Así como existen rangos determinados de temperatura en los

cuales el crecimmiento de los microorganismos es óptimo, tambien existen rangos de

pH a los cules los organismos se desarrollan con mayor facilidad. De esta manera, los

diferentes grupos de microorganismos presentes en el proceso de degradación anaerobia

presentan unos niveles óptimos en torno a la neutralidad entre los valores siguientes:

→ Fermentativos: entre 7.2 y 7.4 → Acetogénicos: entre 7.0 y 7.2 → Metanogénicos: entre 6.5 y 7.5

Para que el proceso de biometanización se desarrolla satisfactoriamente si el pH

está próximo a la neutralidad, y es por ello por lo que no debe de subir de 8.0 ni bajar de

6.0. El valor del pH en el digestor no sólo determina la producción de biogás, sino

también su composición.


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Juan Martín Gómez

Muchos fenómenos tienen influencia sobre el pH. Un ejemplo frecuente es la

acumulación de ácidos grasos volátiles por un desequilibrio entre la producción y su

consumo, y la consecuente adificación del reactor. Por otra parte, el pH afecta a los

diferentes equilibrios químicos existentes en el medio, pudiendo desplazarlos hacia la

formación de un determinado componente que tenga influencia en el proceso.

La alcalinidad es una medida de capacidad tampón del medio. En el rango de pH

del proceso (6.0-8.0), el principal equilibrio que controla la alcalinidad es el del dioxido

de carbono/bicarbonato. La alcalinidad aparece principalmente como bicarbonatos, en

equilibrio con el �!" en el biogás a un pH determinado. Cuando los compuestos

orgánicos son degradados, el �!" y el amonio aumentan, se produce ácido carbónico,

alcalinidad de bicarbonato y alcalinidad de carbonato, generandose tambien iones de

amonio.

�!" + �"! ↔ �"�!� ↔ �S + ��!�T ↔ �S + �!�"T

�� + �S ↔ ��S

La caída del pH y el aumento de la cantidad de CO2 del biogás es un indicador

de alteraciones en el proceso de digestión.

→ Sustancias toxicas e inhibidores: Existen una gran cantidad de sustancias que

pueden inhibir el proceso de digestión anaerobia, y estas pueden ser inhibidores o

comportarse como simple elementos inertes, dependiendo de la concentración de las

mismas dentro del digestor. Estas sustancias pueden entrar al proceso con la

alimentación o pueden ser producidas por alguna de las reacciones del propio proceso

de degradación de la materia orgánica.

Al ser el proceso de biometanización, un proceso anaerobio, entre los

inhibidores del proceso, cabe destacar el oxígeno, aunque su efecto inhibidor no es

permanente, ya que existen microorganismos que van consumiendo el oxígeno que

entre con la alimentación.

Para que la digestión anaerobia se lleve a cabo de manera adecuada, es necesario

que las etapas que conforman el proceso se desarrollen de manera encadenada y a

velocidades similares, ya que la acumulación dentro del reactor de muchos de los


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Juan Martín Gómez

productos intermedios pueden llegar a inhibir el proceso, como es el caso de los ácidos

grasos volátiles. Un aumento de la concentración de éstos en el digestor, siempre

implica una desestabilización del proceso, pudiendo llegar a inhibir parcialmente la fase

de metanización, y en consecuencia, una disminución de la producción de biogás.

El hidrógeno es también un compuesto intermedio importante del proceso y su

acumulación en el medio, puede provocar la inhibición de la acetogénesis, y como

consecuencia de esto, la acumulación de ácidos grasos volátiles.

Otro de los inhibidores del proceso es el nitrógeno amoniacal. El amonio es un

nutriente importante para el crecimiento de los microorganismos, y puede llegar a ser

beneficioso hasta concentraciones de 200 �� ⁄ , pero a concentraciones superiores en el

medio dentro del digestor, puede llegar a inhibir el metabolismo de las bacterias

metanogénicas ralentizando su crecimiento.

Así mismo, también existen inhibidores que entran con la alimentación y que

pueden llegar a afectar al correcto funcionamiento de digestión anaerobia, como por

ejemplo: metales pesados (Ni, Cu, Cd, Cr, Pb…); sustancias orgánicas como

antibióticos, detergentes, pesticidas, disolventes…

→ Agitación: La agitación dentro del digestor mejora el proceso de producción de

biogás, ya que se consigue una mezcla homogénea y se facilita un contacto continuo

entre los microorganismos y el sustrato, con un mejor aprovechamiento de este al estar

distribuido uniformemente y no aparecer gradientes de concentración o temperatura.

Otros de los beneficios de la agitación son los de evitar la formación de posibles

capas o de espumas en la superficie y la sedimentación de los residuos más pesados en

el fondo del digestor, favorecer la salida de los gases que se producen y prevenir la

formación de espacios muertos que reducirían el volumen efectivo del digestor, y la

formación de caminos preferenciales dentro del mismo.

La velocidad de agitación ha resultado ser un factor que influye en la producción

de biogás. Se ha comprobado que altas velocidades resultan ser perjudiciales ya que

rompen los agregados bacterianos. En la actualidad, existen dos formas o tipos de

agitación: la agitación mecánica o la agitación neumática.


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Juan Martín Gómez

La agitación mecánica consiste en la aplicación de un dispositivo de paletas o

hélices dentro del digestor.

La agitación neumática, consiste en recircular e inyectar de nuevo parte del

biogás producido, por la parte inferior de digestor, con lo que se consigue la creación de

un flujo turbulento en el interior. Este método de agitación proporciona una mayor

producción de gas y una más rápida estabilización de la materia orgánica.

→ Carga Orgánica y Tiempo de Retención: La carga orgánica alimentada al

digestor determina la cantidad de sustrato disponible para los microorganismos. La

carga orgánica suministrada se puede expresar en términos de DQO o de sólidos

volátiles. Cuando la concentración de sustrato es escasa, estos la utilizan para el

mantenimiento de la población existente (metabolismo basal) y, en consecuencia, no se

produce generación neta de microorganismos. Por el contrario, cuando se proporciona

una gran cantidad de carga orgánica al digestor, la población no es suficiente para

asumir la degradación del sustrato, originando periodos de latencia y suponiendo la

inhibición del sistema.

El tiempo de retención (TR) se define como el tiempo necesario para renovar

todo el contenido del digestor, en un proceso continuo. El tiempo de retención afecta a

la velocidad de producción de biogás. A igualdad de condiciones, la eficiencia del

proceso de producción de biogás, aumenta con el tiempo de retención hasta un valor

asintótico. La fracción orgánica degradada aumenta al aumentar el tiempo de retención,

sin embargo la producción volumétrica (producción por unidad de reacción) de biogás

disminuye una vez superado el óptimo. Es por tanto necesario determinar para cada tipo

de alimentación y de digestor, el tiempo de retención que optimice el proceso.

El tiempo de retención de sólidos (TRS) se define como el tiempo medio que el

sustrato alimentado permanece en el interior del digestor en contacto con los

microorganismos, antes de ser eliminado como digesto. Y el tiempo hidráulico de

retención (THR), se calcula como el cociente entre el volumen del digestor y el caudal

que se alimenta.

En un reactor de ideal de mezcla completa TR, TRS y THR, son iguales.

Mientras que si existe recirculación de sólidos en el digestor, el TRS es siempre mayor


68

Juan Martín Gómez

al THR. Estos parámetros tienen unidades de tiempo, expresándose normalmente en

días.

El tiempo de retención está íntimamente ligado al tipo de sustrato que se

alimente y a la temperatura de operación con la que se diseñe el sistema, y deberá ser lo

suficientemente largo para permitir el completo desarrollo de la población de

microorganismos. Generalmente los tiempos de retención oscilan entre los 10 y los 30

días. La selección de un rango mayor de temperatura implicará una disminución de los

tiempos de retención requeridos y consecuentemente, será menor el volumen del reactor

necesario para un mismo volumen de alimentación.

Relacionando estas dos variables y para los sistemas continuos o semicontinuos,

se define el término de velocidad de carga orgánica, que se define como la relación

entre la carga orgánica y el tiempo hidráulico de retención. Se expresa como la ratio

entre ambos conceptos, por lo que posee unidades de cantidad de materia orgánica por

unidad de volumen y tiempo.

Valores bajos implican baja concentración en el influente y/o elevado tiempo de

retención. El incremento en la velocidad de carga orgánica implica una reducción en la

producción de gas por unidad de materia orgánica introducida, debiendo encontrar un

valor óptimo técnico/económico para cada instalación y residuo a tratar.

3.3.2. CIÉTICA DEL PROCESO

3.3.2.1 ITRODUCCIÓ

Como se ha señalado anteriormente, el proceso de biometanización, no es más

que una fermentación o digestión anaerobia de la materia orgánica, en la que las

bacterias por medio de reacciones catalíticas degradan la materia orgánica para producir

el biogás, es decir:

Suponiendo que dentro del reactor, existe un solo tipo de células y que exista

también una alimentación homogénea en su composición, aparecerán diferentes etapas

+ MICROBIOS (C) UTRIETES (A) MÁS MICROBIOS (C) + PRODUCTOS METABÓLICOS (B)


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Juan Martín Gómez

en la variación de los parámetros con el tiempo, tal y como se muestra en la siguiente

figura.

Gráfico 14. Etapas o fases de los microorganismos a lo largo del proceso de

Biometanización (Xavier Elías Castells, 2005)

Atendiendo a la actividad de los microorganismos, podemos distinguir cuatro fases o

etapas principales:

a) Periodo de inducción (fase de retardo): hasta que los microorganismos que se

introducen al reactor se adecuan a las nuevas condiciones, transcurre un tiempo

necesario para que las células generen nuevas enzimas para llevar a cabo sus

procesos internos. Normalmente, el volumen de inoculo supone entre el 5 y 10%

del volumen total.

b) Periodo de crecimiento exponencial (fase logarítmica): esta etapa se produce

mientras no disminuya sensiblemente la concentración de nutrientes ni otros

factores limiten el crecimiento de las células.

c) Periodo estacionario: Tras el periodo anterior, la velocidad de multiplicación de

los microorganismos se va reduciendo, hasta que su concentración no varía. La

asimilación de nutrientes, se hace igual a su consumo en los procesos

metabólicos. La disminución de la velocidad de crecimiento se puede deber al

agotamiento de los nutrientes o a la aparición de productos metabólicos que

inhiban el crecimiento.

d) Periodo de muerte (fase endógena): Ante la falta de nutrientes, las células

consumen sus propias reservas, y poco a poco van muriendo.


70

Juan Martín Gómez

Se puede decir que a diferencia de la evolución de los microorganismos o

biomasa, el sustrato o cantidad de materia orgánica, sufre también una evolución con

respecto al tiempo. Esta se da de manera opuesta, ya que a mayor numero de

microorganismos, el sustrato ira decayendo en su concentración.

Gráfico 15. Evolución de concentraciones dentro del digestor (Xavier Elías Castells, 2005)

3.3.2.2 CIÉTICA EZIMÁTICA

La degradación de la materia orgánica como ya se ha mencionado, tiene lugar en

diferentes etapas, y consecuentemente son también diversas reacciones bioquímicas las

que se originan, cada una de ellas con su propia velocidad, por lo que se dan tanto

reacciones rápidas como lentas, y algunas se efectúan dentro de las células bacterianas y

otras fuera de ellas. Todas las reacciones que involucran son realizadas por la acción

directa de las enzimas, por lo que la velocidad con la que desarrolla la reacción es

dependiente de la concentración de este producto, así como de la del sustrato.

El cálculo de las velocidades de las reacciones enzimáticas, se hace con base en

la hipótesis de Michaelis-Menten. Dicho modelo, es válido cuando la concentración del

sustrato es mucho mayor que la concentración de enzimas, y para condiciones de estado

estacionario, es decir, cuando la concentración del complejo enzima-sustrato es

constante.


71

Juan Martín Gómez

En el modelo se establecen dos reacciones sucesivas; en la primera existe la

formación de un complejo enzima-sustrato, la cual tiene cierto grado de reversibilidad, y

a partir de este complejo se forman los productos de la reacción. Por lo tanto, la

constante de velocidad de la degradación del sustrato es una combinación de las

constantes de velocidad de las tres reacciones implicadas.

U + # VWXVYZ U# V[\ U + ]

Según el equilibrio anterior, y distinguiendo entre las diferentes constantes de

cada una de las reacciones involucradas (�L, �" ^ ��), podemos decir que:

_L = �LaUba#b _" = �"aU#b _� = ��aU#b De igual manera, la concentración total de enzimas, será:

aUcb = aUb + aU#b Y como aUb = aUcb − aU#b, resulta que: _L = �LaUcba#b − �LaU#ba#b

Este modelo cinético adopta la hipótesis del estado estacionario, según la cual la

concentración del complejo enzima-sustrato es pequeña y constante a lo largo de la

reacción, tal y como podemos observar en la grafica.

Gráfico 16. Evolución de las concentraciones de las diferentes especies.

Por lo tanto, la velocidad de formación enzima-sustrato, será igual a la de su

disociación:

_L = _" + _�


72

Juan Martín Gómez

�LaUcba#b − �LaU#ba#b = �"aU#b + ��aU#b

Despejando aU#b, queda que: aU#b = aefbagbhiSagb , siendo �j = �V[SVW)

VY

La constante �O, es conocida como la constante de Michaelis-Menten. Por lo

tanto, en el estado estacionario la velocidad de formación del producto es:

_ = _" = �"aU#b = �"aUcba#b�j + a#b

Para cualquier reacción enzimática, aUcb, �" y �O son constantes. Considerando

ahora dos casos extremos:

• A concentraciones de sustratos muy pequeñas �a#b ≪ �j), la expresión anterior quedaría como:

_ = l�"aUcb�j m a#b

Dado que los términos entre paréntesis son constantes, se pueden

englobar en una nueva constante, �nop, de forma que la expresión

quedaría reducida a: _ = �nopa#b; con lo cual la reacción es un proceso cinético de primer orden.

• A concentraciones de sustrato elevadas �a#b ≫ �j), la velocidad de formación de producto quedaría:

_ = �"aUcb La velocidad de reacción es independiente de la concentración de

sustrato, y por tanto, la reacción es un proceso cinético de orden cero.

Además, tanto �" como aUcb son constantes, y nos permiten definir un

nuevo parámetro, la velocidad máxima de la reacción �rOPQ), que se define como la velocidad que se alcanzaría cuando todo el enzima

disponible se encuentra unido al sustrato:

rOPQ = �"aUcb Si introducimos el parámetro rOPQ en la ecuación general de la velocidad, obtendremos

la expresión que se conoce como la ecuación de Michaelis-Menten:


Juan Martín Gómez

Para determinar la velocidad máxima de una reacción enzimática, la

concentración de sustrato,

formación de producto. Esa es la velocidad máxima de la enzima. En ese caso, los sitios

activos de la enzima estarán saturados con sustrato.

Gráfico 17. Diagrama de velocidad de reacción y constante de Michaelis

La velocidad, _, indica el número de moléculas

producto por segundo. Con concentraciones crecientes de sustrato

acercándose asintóticamente a su velocidad máxima

esta razón, no hay un valor de

definir un parámetro característico de la enzima empleando la concentración de sustrato

para la cual se alcanza la mitad de la velocidad máxima

Las enzimas pueden también sufrir inhibicion

sustratos para conducir a dos o más productos. Un caso particular de este segundo hecho

es el de las enzimas que usan cofactores, los cuales hacen el papel de segundo sustrato.

Para todo ello, existen los correspondientes

3.3.2.3 CIÉTICA MICROBIAA

La mayoría de las reacciones de la digestión anaerobia están catalizadas por

microorganismos, que en su conjunto componen la biomasa

reacciones dependerá de manera directa de la actividad

intento de modelar ó cuantificar el proceso de biometa

estableciéndolo en términos estequiométricos y cinéticos.


_ = rOPQa#b�j + a#b


concentración de sustrato,a#b, aumenta hasta alcanzar una velocidad constante de

roducto. Esa es la velocidad máxima de la enzima. En ese caso, los sitios

activos de la enzima estarán saturados con sustrato.

. Diagrama de velocidad de reacción y constante de Michaelis

, indica el número de moléculas del sustrato que se convierten en

producto por segundo. Con concentraciones crecientes de sustrato a#acercándose asintóticamente a su velocidad máxima rOPQ, pero nunca la alcanza. Por esta razón, no hay un valor de a#b determinado para la rOPQ. De todas formas, se puede


para la cual se alcanza la mitad de la velocidad máxima �rOPQ 2⁄ �.

Las enzimas pueden también sufrir inhibiciones, y a veces catalizar dos o más



Para todo ello, existen los correspondientes modelos cinéticos.

CIÉTICA MICROBIAA


, que en su conjunto componen la biomasa, por lo que la cinética de las

acciones dependerá de manera directa de la actividad de los mismos

intento de modelar ó cuantificar el proceso de biometanización, hemos de hacerlo

estableciéndolo en términos estequiométricos y cinéticos.


73


, aumenta hasta alcanzar una velocidad constante de

roducto. Esa es la velocidad máxima de la enzima. En ese caso, los sitios

. Diagrama de velocidad de reacción y constante de Michaelis-Menten

del sustrato que se convierten en

a#b, la enzima va

, pero nunca la alcanza. Por

. De todas formas, se puede


es, y a veces catalizar dos o más




, por lo que la cinética de las

de los mismos. Cualquier

ización, hemos de hacerlo


74

Juan Martín Gómez

Desde un punto de vista teórico, fue Monod (1949), quien describió

matemáticamente la cinética del crecimiento bacteriano utilizando una ecuación

hiperbólica parecida a la adoptada por Michaelis-Menten para describir la velocidad de

las reacciones enzima-sustrato. Se trataba de un punto de partida lógico, ya que los

enzimas intracelulares toman parte en la mayoría de las reacciones que tienen lugar en

el interior de las células.

Grafico 18. Efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad especifica de

crecimiento propuesto por Monod (1949)

→ VELOCIDAD DE CRECIMIENTO DE BIOMASA

Cuando los requerimientos de energía y fuentes de carbono necesarios para el

crecimiento de los microorganismos se cumplen dentro de los digestores, la ecuación

_ = V[aefbagbhiSagb , describe la velocidad específica de crecimiento celular como una función

de sustrato limitante en el medio de fermentación. Esta ecuación se conoce como el

Modelo de Monod:

N = Easbasb = NOPQasb�p + a#b ≡ _�� u� ív� � �� E� ��D �ℎTL)

Easb = �asb�D = NOPQ

a#basb�p + a#b ≡ _�� E� ��D �� é�F�� x�� F��

y ℎ z

NOPQ ≡ _�� u� ív� � �á|�� E� ��D �ℎTL) a#b ≡ � ��DE� �ó� �� FDE��D�� D��D�� y⁄ )


75

Juan Martín Gómez

�p ≡ ��D��D� �� ~ � � �� y⁄ ) asb ≡ � ��DE� �ó� �� F��E �� F�� y⁄ )

La ecuación de Monod, lo que nos proporciona es la velocidad específica de

crecimiento celular, una variable intensiva que es independiente de la concentración

total de células presentes.

El aumento de la concentración de la biomasa con respecto al tiempo, será por

tanto proporcional a la concentración de biomasa asb:

Ea�b = l�asb�D m

��e��j�e�c�= N asb

Esta fórmula expresa el crecimiento microbiano de la fase exponencial. Cuando

existe un exceso de sustrato en el medio, N, es un valor constante. → VELOCIDAD DE UTILIZACIÓN DEL SUSTRATO

La utilización del sustrato se lleva a cabo por parte de los microorganismos para

que estos obtengan energía y puedan desarrollarse. La velocidad de utilización de

sustrato por parte de los microorganismos, es a su vez, proporcional a la velocidad de

crecimiento de dichos microorganismos:

l�asb�D m

��e��j�e�c�= −�� g⁄ l�a#b

�D m�c��

Easb = −�s #⁄ Ea#b

Para relacionar la velocidad de consumo de sustrato con la velocidad de

crecimiento celular, se introduce un parámetro de proporcionalidad conocido como el

factor de rendimiento �� g⁄ , que no es más que la relación entre la masa de células

formadas por unidad de masa de sustrato consumido.

El valor de dicho parámetro depende del tipo de microorganismo utilizado en el

proceso, y puede tener cierta dependencia compleja de otros factores que afectan al

proceso como son la temperatura o el pH. El factor de rendimiento puede ser


76

Juan Martín Gómez

determinado para un conjunto específico de condiciones. Está aceptado que el valor de

este parámetro se tome constante durante la fermentación, aunque solo es cierto si existe

mezcla perfecta o se está en un periodo de crecimiento exponencial.

Bajo esta hipótesis, se puede relacionar la disminución de la concentración del

sustrato y el aumento de la concentración celular de la siguiente manera:

asb − asnb = �� g⁄ �a#nb − a#b) También se acepta que el consumo de sustrato para suministrar la energía

necesaria para el crecimiento y mantenimiento celular, venga representado por una

cinética de primer orden respecto a la concentración de masa celular:

Eagb� = �g�asb �� F�DE�D y ℎ⁄ ) �g� ≡ ��D��D� ��éD� � �� D��D �� F�DE�D �� é�F�� ℎ⁄ )

Dicha constante de velocidad, �g� , está fundamentalmente influida por las

condiciones del medio de cultivo, pero esta dependencia aun está poco estudiada.

Con lo que si ahora sustituimos en la ecuación anterior, la velocidad de

utilización de sustrato quedaría:

Eagb = NOPQa#basb

−�� g⁄ ��p + a#b)

En esta ecuación, podemos agrupar términos y definir "�", como la tasa máxima

de utilización de sustrato por parte de los microorganismos. En aquellos casos, en que

se dé la condición de que la cantidad de sustrato se encuentre en exceso, dicha tasa

máxima de utilización será un valor constante.

� = NOPQ�� g⁄

Eagb = −� a#basb��p + a#b)


77

Juan Martín Gómez

→ VELOCIDAD DE DECAIMIENTO DE BIOMASA

El sustrato es usado por los microorganismos para la síntesis de enzimas y

nuevos microorganismos, así como fuente de energía para el crecimiento y

mantenimiento de los mismos. El rol de este último se hace evidente cuando el sustrato

es escaso o la población bacteriana prolonga demasiado su tiempo de vida.

Existen tres puntos de vista distintos:

“Herber propuso que la energía para el mantenimiento celular de los

microorganismos, era mediante metabolismo endógeno. McCarty introduce el

concepto de un decremento bacteriano, donde las bacterias mueren como

consecuencia de las condiciones ambientales, o debido a que terminan su ciclo de

vida. Mantenía que no era necesario tener en cuenta la energía de mantenimiento

bacteriano. Pirt sugirió que la energía necesaria para el mantenimiento de los

microorganismos, se obtenía de la oxidación del propio sustrato. Esta discusión fue

concentrada principalmente en torno al proceso anaerobio”.

Las teorías de Herbert, McCarty y Prit condujeron a una aceptación común del

concepto de descomposición de la biomasa desde un punto ingenieril. La vida de las

bacterias tiene un tiempo determinado, después del cual, mueren. La muerte de las

mismas, o lisis, producen a su vez subproductos que se introducen en el ciclo de

biodegradación. Normalmente, la cinética de este proceso de desaparición de

microorganismos, se expresa de manera proporcional a la concentración de biomasa y a

un coeficiente de desaparición, o decaimiento endógeno, “��”:

l�asb

�D m��gj��

= −��asb

→ VARIACIÓN NETA DE BIOMASA

La variación neta de la concentración de biomasa en el proceso, puede ser

expresada, en base al desarrollo anterior, como la suma de la velocidad de crecimiento

de los microorganismos menos la velocidad de disminución o decaimiento de los

mismos:


78

Juan Martín Gómez

x�s�D z�ec� = x�s

�D z��e��j�e�c� + x�s�D z

��gj��

x�s�D z�ec� = N��|

a#basb�� + a#b − ��asb

→ VELOCIDAD DE FORMACIÓN DE LOS PRODUCTOS

Las reacciones cinéticas que describen la formación de producto vía reacciones

bioquímicas son frecuentemente complejas. No obstante, para las fermentaciones en que

hay una relación entre la formación de producto y la utilización de sustrato, se puede

utilizar una expresión algo más simple. La cinética de formación del producto se asocia

a la de la biomasa del siguiente modo:

Ea�b = �� ⁄ Ea�b �� uE �F D �� ℎ⁄ ) �� ⁄ ≡ v� D E �� E��D �� uE �F D v E�� é�F�� v E��⁄ )

Si el coeficiente de rendimiento se considera constante en un determinado

intervalo de concentraciones, entonces, para dicho intervalo se cumplirá que:

a]b − a]nb = �� ⁄ �asb − asnb) En los casos en que no exista una relacion clara entre la formacion de productos

y de células, frecuentemente, es suficiente con expresar la velocidad de formacion del

producto mediante un modelo cinético de primer orden con respecto a la concentracion

de masa celular:

Ea�b = ��asb �� uE �F D �� ℎ⁄ ) �� ≡ _�� v E�� uE �F D � �� E� ��D �ℎTL)

En aquellos casos en que el producto se forma tanto en la fase de crecimiento

celular como en la fase estacionaria, la ecuación que rige la velocidad de formación de

producto presentará ambos términos anteriores:

Ea�b = �� j⁄ Ea�b + ��asb �� uE �F D �� ℎ⁄ )


79

Juan Martín Gómez

Como se puede observar, una vez realizado todo el desarrollo cinético del

proceso de biometanización llevado a cabo por parte de los microorganismos en el

interior de los digestores, resulta extremadamente complicado el diseño de los

digestores en base a la cinética de dichos microorganismos, a causa de la dependencia

del sustrato, el cual no es homogéneo en su composición a lo largo del tiempo.

Es por ello que en la práctica, y basándose en experiencias anteriores, hoy en día

resulta mucho más práctico diseñar los digestores en base a parámetros mucho más

sencillos como pueden ser la tasa de carga orgánica en el interior del digestor o el

tiempo de residencia hidráulico.

3.4 PRODUCTOS OBTEIDOS DE LA BIOMETAIZACIÓ

En el proceso de digestión anaerobia en el interior del digestor, se obtienen

principalmente dos productos finales: el biogás y el digesto.

→ Biogás: El biogás se considera como el producto principal por el cual se lleva a

cabo el proceso. Es una mezcla de gas producido por las bacterias metanogénicas y está

compuesto en su mayoría por metano (��), dióxido de carbono (�!") y trazas de otros gases como el nitrógeno (�"), ácido sulfhídrico (�"#), monóxido de carbono (�!) e

hidrógeno (�"). El biogás es incoloro, inflamable y quema con una llama azul.

Una composición típica de un biogás producido en una planta de

biometanización sería:

COMPOETES PORCETAJE (%)

METANO (��) 50-70%

DIÓXIDO DE CARBONO (�!") 30-50%

ÁCIDO SULFHÍDRICO (�"#) 0-8%

HIDRÓGENO (�") 0-2%

NITRÓGENO (�") 0-1%

MONÓXIDO DE CARBONO (�!) 0-1%

VAPOR DE AGUA (�"!) SATURADO

Tabla 14. Composición media del biogás producido a partir de RSU


80

Juan Martín Gómez

No todas las plantas de biometanización producen el biogás con la misma

composición, ya que esta dependerá de la materia prima que se alimente a los

digestores, y la configuración y condiciones de operación en las que se diseñe la planta.

El biogás contiene un alto porcentaje de metano (50-70%), por lo que es

susceptible de ser aprovechado energéticamente mediante su combustión en motores, en

turbinas o en calderas, o bien enriquecido en su componente principal, entre el 80-95%,

para su introducción en la red de gas natural.

Un metro cúbico de metano en condiciones normales tiene un poder calorífico

neto de 35800 �� ⁄ , con lo que el biogás (60% �� ) que se produzca tendrá un poder calorífico de aproximadamente 21480 �� ⁄ . Para poder sacarle el rendimiento

deseado al biogás, debemos tratarlo previamente para que se enriquezca en metano y

eliminar el dióxido de carbono, así como otros gases y posibles partículas suspendidas

presentes en la mezcla.

El biogás extraído del digestor es llevado mediante compresores por una red de

tuberías hasta el interior de un gasómetro. Este es un depósito, donde el biogás

producido queda almacenado bajo una doble membrana presurizada a la presión de

diseño del mismo.

Gracias a la aportación de aire a través de una soplante situada fuera del

gasómetro, se consigue mantener el biogás del interior a una presión uniforme en la

membrana interior, entre el biogás proveniente de los digestores, y el que se demanda

por las instalaciones de reutilización o aprovechamiento de biogás.

El aire de apoyo aportado por la soplante es enviado a través de conducciones

(manguera) flexibles adosada a la membrana exterior, hacia la parte superior de esta

membrana, donde se encuentra situado el medidor de nivel de carga. La membrana

exterior, es una membrana de protección contra la intemperie y sus condiciones

meteorológicas desfavorables, así como de cámara de presurización.

Las membranas interior y exterior, así como la inferior, que es la que asienta

sobre el suero de hormigón, están fabricadas con tejidos protegidos contra los rayos

ultravioleta, anti fungicida y no inflamable. Son tejidos con unos elevados valores de

resistencia, que además están protegidos contra el ataque químico del biogás.


81

Juan Martín Gómez

Figura 24. Gasómetro esférico de membrana marca SATTLER

El anclaje perimetral, abrocha las tres membranas a la solera de hormigón, sobre

la que se asienta el gasómetro. Es bajo esta misma solera, donde se encuentran las

tuberías de entrada y salida de biogás.

Los gasómetros de doble membrana, suelen diseñarse con unas capacidades de

almacenamiento que varía entre los 100-2150 ��, con un diámetro esférico que ronda

los 6-17m, y se diseñan para presiones inferiores a 0,1 �� "⁄ .

Cuando en la planta de biometanización se produce un exceso en la producción

de biogás y los sistemas de almacenamiento ya están completos, para que no se

produzca algún tipo de emisiones indeseadas, ni se corra ningún tipo de riesgo para la

salud o riesgo medioambiental, en la instalación se coloca una antorcha.

De manera general, las antorchas se diseñan para trabajar en condiciones

adversas, como pueden ser la lluvia o el viento. El diseño, funcionamiento, y

mantenimiento apropiados de los sistemas de emergencia de las antorchas, son

extremadamente importantes, ya que son un elemento de seguridad para el personal de

la planta y la comunidad circundante.

Figura 25. Antorcha vertical de Seguridad


82

Juan Martín Gómez

Existen multitud de modelos, pero las más comunes son las antorchar verticales,

en las que el cuerpo principal de la antorcha se fabrica de acero inoxidable. Entre otras

de las partes principales de las que se componen las antorchas, cabe destacar son: el

quemador, un separador de condensados, dispositivos de parada y emergencia…

El proceso de depuración/tratamiento al que se someta al biogás generado,

dependerá del uso que se le vaya a dar a este. A continuación se muestra un esquema

con los tratamientos necesarios dependiendo de su uso:

Figura 26. Depuración del biogás en función de su uso (Xavier Elías Castells, 2005)

La eliminación de partículas, se consigue mediante trampas de agua o filtros.

Una vez eliminadas las posibles partículas, se hace pasar al biogás por una serie de

condensadores para eliminar el vapor de agua que contenga. Posteriormente se procede

a la desulfuración del biogás, para evitar el deterioro de motores e instalaciones. Alguno

de los métodos de desulfuración son: desulfuración biológica, columnas de adsorción,

adición de compuestos férricos (cloruro de hierro u oxido de hierro)…

Y si lo que se quiere es vender el biogás o introducirlo a la red de gas natural, se

ha de enriquecer el gas en metano, eliminando el dióxido de carbono. Ello se puede

conseguir mediante filtros moleculares, filtros de membrana o adición yeso, que fija el

�!", dando lugar a la formación de carbonato cálcico.

BIOGÁS

CALDERA DE GAS TURBINA DE GAS

MOTOR DE GAS

RED DE GAS NATURAL TRANSPORTE EXTERIOR

FILTRADO ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS DESHIDRATACIÓN

LIMPIEZA ELIMINACIÓN DE �"#

CONCENTRACIÓN ELIMINACIÓN DE �!"


83

Juan Martín Gómez

→ Digesto: El digesto o fangos extraidos tras la digestion anaerobia, es un

subproducto residual del proceso, resultado de la fermentación que en ellos tienen lugar.

Está compuesto por una mezcla de agua, productos minerales (N, K, P, Ca, etc.) y

compuestos sólidos de difícil degradación.

Es un subproducto de composición homogénea, en el que los malos olores se

han reducido prácticamente en su totalidad tras el proceso de digestión anaerobia, y que

contiene casi todos los nutrientes que contenía la materia orgánica inicial, pero con una

concentración de sólidos volátiles de entre un 40-60% inferior a la de la alimentación.

La composición del digesto varía en función de la materia prima que se

alimente al proceso de biometanización, pero en promedio, un análisis en base seca del

mismo, arroja los siguientes resultados:

PARÁMETRO VALOR

pH 7,5

MATERIA ORGÁNICA 85%

NITRÓGENO 2,6%

FÓSFORO 1,5%

POTASIO 1,0%

Tabla 15. Composición media del digesto

El digesto es extraído de los digestores mediante bombas y conducciones, y

transportados a un tanque intermedio, con un agitador incorporado para evitar la

sedimentación de los sólidos, donde se almacenan para ser posteriormente procesados

para su aprovechamiento. Dependiendo del tipo de sistema de digestión anaerobia con

el que se trabaje, partes del digesto, podrán ser recirculados al digestor o almacenados

para su tratamiento.

El tipo de tratamiento al que se somete es una separación sólido-líquido,

mediante una centrífuga, que separará por un lado una torta de sólidos con un contenido

mínimo de humedad y que serán destinados a compostaje, y por otro lado se obtiene una

corriente de agua de proceso sin sólidos, que parte se reintroduce al proceso en los

pulpers para diluir la materia orgánica, y la otra parte, tendrá que ser enviada a la

estación de aguas residuales (EDAR) de la planta para ser tratada y poder ser reutilizada


84

Juan Martín Gómez

(inodoros, torres de refrigeración…) o para que cumpla con las especificaciones legales

oportunas para ser vertida.

Debido a su riqueza orgánica y a sus componentes de alto valor nutritivo, el

abono resultante del compostaje será otra fuente más de ingresos de la planta. Dicho

fertilizante será rico en nitrógeno, y que requerirá según la tipología del mismo y las

necesidades del consumidor, de la adición de otros elementos como fósforo y/o potasio.

3.5 LIMITACIOES OPERACIOALES Y COTROL DEL PROCESO

El proceso de digestión anaerobia de los residuos orgánicos que la sociedad

genera, produce multitud de beneficios con respecto a otras técnicas de valorización

como pueden ser la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero al utilizar

el biogás como combustible alternativo, el residuo que se genera es casi inodoro y sale

totalmente estabilizado, el subproducto conserva los nutrientes necesarios para ser

comercializado como abono natural, etc.

Pero a su vez, el proceso también lleva asociado una serie de inconvenientes o

dificultades tales como que los equipos necesarios son grandes y algo caros, que ciertos

diseños están aún en fase experimental, que es un proceso que necesita del aporte de

energía calorífica ya que no genera calor, y el más importante de todos, que la

biometanización es un proceso muy sensible a los cambios de temperatura, pH,

velocidad de carga y variación en la composición del sustrato alimentado.

Tal y como se ha venido desarrollando hasta este punto, la digestión anaerobia

depende de las interacciones de varios tipos de microorganismos que coexisten dentro

del digestor manteniendo cierto equilibrio, aspecto importante para prevenir fallos en el

proceso.

Es por todo ello, por lo que el control sobre los procesos de biometanización es

totalmente necesario, tanto para poder asegurar el correcto funcionamiento del proceso,

como para asegurar la máxima producción de biogás.

Para que el proceso de digestión se desarrolle de manera correcta y se obtenga el

resultado esperado, hay que llevar a cabo un control y análisis de manera regular de

determinados parámetros, los cuales pueden ser monitoreados midiendo la conversión


85

Juan Martín Gómez

del sustrato a la entrada y a la salida del digestor, analizando periódicamente la

evolución del sustrato del interior del digestor, la producción de biogás, así como la

actividad de los microorganismos en el interior del digestor.

Entre los parámetros a controlar, destacan:

→ Sustrato a la entrada: cantidad y composición.

→ Sustrato del interior del digestor:

→ pH y Alcalinidad (Relación FOS/TAC)

→ Sólidos Totales y Sólidos Orgánicos Totales

→ Ácidos Grasos Volátiles (AGV)

→ Actividad metanogénica específica (AME)

→ Temperatura

→ Producción de biogás: cantidad y composición

La opción más eficiente aunque no la más económica, es la de monitorización

“online” de todos los parámetros, aunque la inversión y mantenimiento de los equipos

es algo costoso. Por ello, también existe la posibilidad de realizar periódicamente

análisis de laboratorio del sustrato del digestor.

→ Sustrato a la Entrada

El sustrato que introducimos al digestor, junto con el biogás que se produce, nos

permite medir el rendimiento del proceso, expresado en metros cúbicos de gas por

tonelada de material utilizado�� D⁄ ). Como se ha comentado, cada sustrato tiene un potencial máximo de producción

de biogás. En el caso de los residuos sólidos urbanos, dicho potencial no suele

mantenerse constante, ya que la composición de los mismos varía. Es por ello, que las

etapas previas de pretratamiento y homogenización, se lleven a cabo de manera

minuciosa.

→ pH y Alcalinidad (Relación FOS/TAC)

El pH es un parámetro normalmente fácil de medir, ya sea en el laboratorio o en

tiempo real mediante electrodos, los cuales registrarán los datos y los enviarán a una


86

Juan Martín Gómez

base de datos, para su posterior visualización. La frecuencia con la que se debe realizar

la toma de muestra de pH del interior del digestor es al menos dos o tres veces al día.

Si nuestro sistema tiene una alta capacidad tampón, el pH será un parámetro

relativamente poco fiable, debido a que las variaciones del mismo se producirán días

después de que tanto la alcalinidad como los AGV hayan cambiado. Por el contrario, en

digestores donde la capacidad tampón es baja, será un indicador del proceso muy

efectivo.

La alcalinidad es una medida de la capacidad tampón del medio, y en relación

con el pH, supone una alternativa más favorable para detectar la posible acumulación de

AGV en el digestor. Puede determinarse mediante análisis en el laboratorio, y para

poder asegurar un correcto funcionamiento del digestor debe mantenerse por encima de

2.500 �� y⁄ .

La alcalinidad parcial o alcalinidad del bicarbonato, guarda una correlación

empírica con los AGV. Para poder determinar dicha relación, se desarrolló el

denominado análisis de FOS/TAC, es decir la relación entre los ácidos orgánicos

volátiles medidos en �� á . � éD� y⁄ , y el carbonato orgánico total medido en

�� !� y⁄ . La frecuencia con que dicho análisis debe realizarse, es de al menos una

vez por semana.

El análisis en sí, nos determina el cociente entre la concentración acida y la

capacidad compensadora del sustrato de fermentación. Una relación inaceptable de

FOS/TAC es normalmente la primera alerta de un fallo en el proceso. Los valores

óptimos para dicho valor son entre 0.1 y 0.2, aunque se acepta hasta 0.5, corriendo el

riesgo de que se produzca la acidificación y consecuente fallo del sistema.

Una empresa alemana, proporciona unos valores empíricos, así como una serie

de reglas para la evaluación de las relaciones FOS/TAC:


87

Juan Martín Gómez

Relación FOS/TAC Antecedentes Medidas

>0.6 Excesiva sobrealimentación de biomasa Interrumpir la entrada de biomasa

0.5-0.6 Excesiva entrada de biomasa Agregar menos biomasa

0.4-0.5 La planta está cargada Precaución

0.3-0.4 Producción máxima de biogás Mantener la entrada constate

0.2-0.3 La entrada de biomasa es baja Aumentar lentamente la entrada

< 0.2 Apenas está entrando biomasa Aumentar la rápidamente la entrada

Tabla 16. Valores empíricos y reglas para la evaluación de las relaciones

FOS/TAC (Deula-ienburg)

→ Ácidos Grasos Volátiles (AGV)

Los ácidos grasos volátiles, productos intermedios mayoritarios del proceso

anaerobio, siendo el acetato el mayor precursor de la producción del metano en el

proceso. Este es uno de los parámetros que más eficazmente pueden indicar la evolución

del proceso, y es uno de los más utilizados en los sistemas de control debido a su rápida

respuesta ante variaciones del sistema.

Un ejemplo de ello, es la acumulación de ácidos grasos volátiles que tiene lugar

en el sistema cuando la velocidad de degradación de estos, por parte de las bacterias

responsables, disminuye por alguna causa adversa. Por tanto, un aumento en la

concentración de ácidos volátiles en el sistema, siempre significa una desestabilización

del proceso y, en consecuencia, una disminución de la producción de biogás.

Los AGV pueden ser determinados en su conjunto mediante valorización o

componente a componente mediante cromatografía de gas o cromatografía liquida de

alta presión (cuyas siglas en inglés son HPLC). Dicho análisis de los AGV se debe

llevar a cabo diariamente debido a su gran importancia.

El rango de valores aceptables para los AGV puede medirse como la relación de

ácido acético y ácido propiónico, siendo esta 2:1, o como acumulación de ácido acético,

con un valor máximo aceptable de 1.600 �� y⁄ (Hölker, 2010).

→ Actividad metanogénica específica (AME)

En el tratamiento biológico anaerobio, la actividad metanogénica específica (AME)

es una herramienta que se utiliza para determinar la capacidad de asimilación que tienen


88

Juan Martín Gómez

las bacterias metanogénicas para producir biogás, permitiendo clasificar el potencial de

la biomasa para convertir el sustrato en metano.

El conocimiento de la AME de un sustrato, permite establecer la capacidad de

asimilación de la DQO, con lo que podemos estimar la carga orgánica máxima que se

puede alimentar a un digestor, sin que este se desestabilice. Del mismo modo, también

permite determinar la concentración mínima de biomasa requerida en el digestor para

garantizar la reducción de la carga orgánica alimentada.

→ Temperatura

La temperatura es un parámetro que se debe medir en continuo, ya que sus

variaciones afectan significativamente a la actividad microbiana y la calidad del biogás

que se obtiene. Para poder medir la temperatura, simplemente se instalan en los pulpers

y en el digestor sensores cuyas medidas se almacenarán y visualizarán mediante

software informáticos.

→ Cantidad y Calidad del Biogás

La calidad y cantidad de biogás debe ser medida, al igual que la temperatura, de

manera continua mediante analizadores de biogás por infrarrojos que determinan la

composición de metano ��) y de dióxido de carbono ��!"). Los valores aceptables de metano en el biogás son habitualmente superiores al

50%, ya que este valor garantiza un funcionamiento continuo y eficiente de las unidades

de cogeneración (Wolf et al., 2009). La cantidad de biogás producido es una medida

inmediata de cambios en el proceso biológico y puede ser medido mediante medidores

de gas.


89

Juan Martín Gómez

4. DISEÑO BÁSICO DE UA LÍEA DE TRATAMIETO

4.1 ITRODUCCIÓ

En este apartado del proyecto, se tratará de definir la ingeniería básica de una

línea de tratamiento de residuos orgánicos para poder llevar a cabo el proceso de

biometanización de manera satisfactoria. Es decir, se hará la elección de una

configuración dentro de las diferentes alternativas que existen en cuanto a la digestión

anaerobia, se realizará un balance de materia y energía de la planta, y por último se

abordara el diseño de alguno de los principales equipos presentes en el proceso.

Lo primero que ha de hacerse, es definir el tipo de residuos que la planta va a

tratar, teniendo en cuenta las diferentes propiedades y características de los mismos. En

principio la línea estará diseñada para tratar tanto la fracción orgánica de los residuos

urbanos (domiciliarios y comerciales) mezclados, como los residuos orgánicos

recogidos de manera selectiva. En ambos casos, a los residuos se les someterá a la

totalidad del proceso, es decir, un pre tratamiento mecánico con el fin de eliminar

posibles impurezas e interferencias que dificulten el proceso, el posterior

acondicionamiento previo a la entrada en los digestores, y el proceso anaeróbico de

biometanización.

La línea de tratamiento en estudio, se va a definir para tratar la fracción orgánica

procedente de la recogida de residuos orgánicos, así como la fracción orgánica de la

recogida de residuos mezclados, que una vez clasificada en la planta, se unirá a la

anterior en el foso de recepción de residuos orgánicos.

Los residuos urbanos y comerciales recogidos selectivamente, procedentes de

restos de poda y jardinería, se trataran de forma separada, ya que aún siendo materiales

orgánicos, poseen un alto contenido de lignina, componente que es perjudicial para el

proceso de digestión anaerobia ya que ralentiza mucho la operación, y no permite

obtener buenos rendimientos. Es por ello, que tras un paso previo de trituración, se

usaran estos residuos en la etapa de compostaje, o fermentación aerobia.


90

Juan Martín Gómez

4.2 DEFIICIÓ Y JUSTIFICACIÓ DEL PROCESO

En base a todo el desarrollo teórico expuesto con anterioridad, y una vez

definidos los residuos que se van a tratar, la planta se diseñará para tratar dichos

residuos orgánicos en un esquema de una sola etapa, en régimen de operación mesófilo

y en reactores tipo batch de mezcla perfecta que trabajen de forma continua y por vía

húmeda.

CRITERIO PROCESO

Concentración de sustrato Vía Húmeda

Temperatura de operación Mesófilo

Número de etapas Una etapa

Régimen de alimentación Continuo

Método de agitación Reinyección de biogás

Configuración espacial Mezcla Perfecta

Tabla 17. Definición de criterios para el diseño del proceso

→ Proceso en una sola etapa:

La biometanización pone en juego varias reacciones microbianas sucesivas que

requieren un medio exento de oxígeno para poder obtener un rendimiento óptimo. Es

por ello, y para favorecer que dichas condiciones anaerobias se mantengan, que la

totalidad del proceso se desarrolle en un único reactor.

Las ventajas sobre los procesos de etapas múltiples, serian:

• En los procesos de múltiples etapas, una parte de la materia orgánica se consume

necesariamente durante la fermentación previa, antes de la biometanzación.

Existe por tanto una pérdida de parte del potencial de producción de biogás.

• Esta fermentación previa genera ácidos orgánicos, responsables de los malos

olores, que se producirían fuera del digestor. En el caso de los sistemas de una

única etapa, la materia orgánica se alimenta directamente al digestor,

perfectamente estanco.

• La mayor de las ventajas frente a los sistemas que cuentan con varias etapas

(digestores), es la sencillez del proceso, reduciéndose al mínimo las


91

Juan Martín Gómez

transferencias mecánicas, y sin verse alterada la cantidad o calidad del biogás

producido.

→ Por vía húmeda:

Los procesos por vía húmeda, se caracterizan por que el contenido en materia

orgánica seca de la línea de alimentación al digestor es del orden del 5-20%. En este

caso, la planta se diseñará para que trabaje por vía húmeda con una concentración de

sólidos del 15%.

Aunque es verdad que utilizando este tipo de vía, se requerirá un mayor caudal

de agua para poder diluir la línea de alimentación, con los posteriores costes de

depuración, pero la técnica es más conocida, y los equipos que en ella se emplean son

más simples y más baratos que en los procesos por vía seca.

Al final del proceso, ya sea por vía húmeda o vía seca, los rendimientos en la

obtención de biogás, así como los tiempos de retención en los digestores, no difieren

demasiado de una técnica a otra.

→ Régimen de alimentación continuo:

El sistema de operación más idóneo, será el que opera en de manera continua, es

decir, una vez que se finalice la puesta en marcha, el digestor trabajará 24h al día

durante varios años, tras los cuales se hará una parada para proceder con las operaciones

de mantenimiento oportunas.

La gran ventaja frente a los sistemas que operan en discontinuo, es decir, por

lotes (se carga el digestor, se produce el proceso bioquímico y se descarga para poder

comenzar un nuevo proceso), es que solo ha de pasar una vez por la etapa más crítica

del proceso, que es la puesta en marcha del mismo, a parte que operando de manera

continua, nos aseguramos la producción constante de biogás con un único digestor,

mientras que de la otra manera, harían falta más de uno para cuando uno estuviera

parado otro estuviera en funcionamiento.

Cabe señalar que con este tipo de operación, toma una mayor importancia el

control sobre la alimentación y parámetros operacionales del sistema, ya que


92

Juan Martín Gómez

constantemente estará entrando material al digestor, produciéndose biogás, y saliendo

material orgánico ya digerido.

Se contará también con un depósito pulmón de almacenamiento de material

orgánico ya diluido y listo para ser digerido (papilla orgánica ya acondicionada), para

que los días en que la planta no esté en funcionamiento, la alimentación al digestor esté

asegurada.

→ Digestores mezcla perfecta:

El tipo de digestor elegido, serán digestores cilíndricos de mezcla perfecta o tipo

batch, en los que gracias a los mecanismos de agitación elegidos, el material en el

interior, se encontrará en todo momento correctamente homogenizado.

Los digestores serán cilíndricos, con una pequeña inclinación en la base para que

puedan extraerse, mediante un sistema de válvulas estancas, los posibles materiales

inertes (piedras, arenas, elementos pesados…) que no hayan sido eliminados

previamente y puedan sedimentar en el interior del digestor. De la misma manera,

contarán con una entrada de material, y dos salidas de digesto (para prever posibles

obstrucciones) en la base de los digestores, así como conducciones para la extracción

del biogás y reinyección del mismo, en la parte superior de estos.

→ Régimen de temperaturas mesófilo:

Otro de los factores importantes a la hora de definir o diseñar el proceso de

biometanización, es el de la temperatura de operación. Como ya se ha mencionado en

apartados anteriores, existen varios tipos de sistemas en función de la temperatura,

aunque los más implantados hoy en día industrialmente son el mesófilo (25-45ºC) y el

termófilo (45-65ºC).

Dado que la planta va a operar por vía húmeda y de manera continuada sin

ningún tipo de parada, y teniendo que tener mucha precaución con los parámetros

operacionales para evitar inhibiciones en el digestor o paradas innecesarias, el sistema

trabajará en régimen mesófilo, con una temperatura de operación de 37ºC.


93

Juan Martín Gómez

A diferencia del régimen mesófilo, los sistemas que operan en el rango de

temperaturas termófilo, a pesar de proporcionar una mayor velocidad del proceso,

suelen ser sistemas más inestables a cualquier cambio de condiciones de operación y a

su vez, suelen presentar con mayor frecuencia, problemas de inhibición del proceso por

la mayor toxicidad de determinados compuestos a temperaturas elevadas.

La temperatura se aporta a la alimentación justo antes de su entrada en los

digestores mediante un intercambiador de calor tipo carcasa/tubo, quedando fijada en

los 37ºC. Dicho calor, es suministrado por el circuito de refrigeración de los

transformadores de biogás en energía eléctrica (motogeneradores), o en caso de que no

esté en funcionamiento, se dispondrá de una caldera auxiliar que trabaja con

combustible fósil tradicional.

→ Sistema de agitación neumática (reintroducción de biogás producido):

Para asegurar un rendimiento optimo de la degradación durante su estancia en el

interior del digestor, la materia orgánica dentro del mismo debe ser homogeneizada

cuasi constantemente. El medio en el interior del digestor resulta particularmente

abrasivo debido a su contenido en elementos inertes finos y por tanto un sistema

mecánico de mezcla en estas condiciones estría sometido a exigencias de desgastes

importantes.

El sistema de agitación neumática, consiste en reintroducir nuevamente en el

digestor parte del biogás producido, inyectándolo a presión. Los inyectores estarán

repartidos de manera homogénea, para que la masa del interior del digestor este perfecta

y regularmente homogeneizada, evitando posibles sedimentaciones en el interior del

digestor. El biogás utilizado en la agitación se recircula en circuito cerrado, y las

inyectores funcionan con secuencias de agitación que se realizan cada 5 minutos.

La gran ventaja de la inyección de biogás frente a cualquier sistema de mezcla

mecánica, es la de que evitamos tener que abrir el reactor para cualquier tipo de

mantenimiento del mecanismo.


94

Juan Martín Gómez

4.3 DISEÑO DE LOS PRICIPALES EQUIPOS IVOLUCRADOS

4.3.1 ITRODUCCIÓ

La línea será diseñada para poder asumir la gestión de los residuos de una

población dada, en este caso, se propone como población a tratar un total de 650000

habitantes. Según los últimos datos proporcionados por el Instituto Nacional de

Estadística (INE), recogidos en la encuesta sobre la recogida y tratamiento de residuos,

en Andalucía en el año 2011, se generaron 554 kg por habitante y año, lo que nos arroja

que la generación fue de 1.52 �� ℎ�� ∗ �í�⁄ .

En función de los datos facilitados por el INE, dicha población generará un total

de 360600 � �ñ ⁄ . Teniendo en cuenta que el 44% de los residuos que se generan son

compuestos de material orgánico, estos sumarán 158700 � �ñ ⁄ que la población en

estudio generará.

Se supone que dicha población, contribuye con el reciclaje y practica la filosofía

de separación en origen de la fracción orgánica y que se disponen de los métodos de

recogida apropiados, con lo que se puede estimar que del total de los residuos orgánicos

que se generan, aproximadamente el 20% ( según “Decreto 73/2012 Reglamento de

Residuos de Andalucía”) de los mismos, serán separados en origen y recogidos de

manera selectiva, con lo que nos queda que la cantidad de residuos orgánicos recogidos

selectivamente en dicha población serían 31735 � �ñ ⁄ . Suponiendo un 15 % de

impropios, a la planta llegarán un total de 36500 � �ñ ⁄ procedentes de la recogida

selectiva de orgánicos.

Número de Habitantes 650000 hab

Total de Residuos Orgánicos Generados 158700 � �ñ ⁄

Residuos Orgánicos Mezclados 126965 � �ñ ⁄

Residuos Orgánicos Recogida Selectiva 31735 � �ñ ⁄

Tabla 18. Cifras de generación y recogida de residuos orgánicos

Como se puede observar en la tabla anterior y quitando los que son recogidos de

manera selectiva, queda otro 80% de los residuos orgánicos generados que suman un

total de 126935 � �ñ ⁄ . Dichos residuos serán recogidos de manera tradicional y


95

Juan Martín Gómez

mezclados con el resto de residuos serán enviados a las plantas de selección y

clasificación. Una vez que los residuos sean procesados en dicha planta,

aproximadamente el 70% de los residuos orgánicos serán recuperados y pasaran a la

línea de tratamiento de residuos orgánicos por digestión anaerobia, resultando unas

88850 � �ñ ⁄ . Se ha considerado que los residuos orgánicos procedentes de la planta

de selección tienen un 25 % de impropios, por lo que procedentes de la planta de

selección entrarán 111080 � �ñ ⁄ .

Al final, la línea de digestión anaerobia se encargará de gestionar la suma de las

dos corrientes, un total de 147550 � �ñ ⁄ . El diseño se realizará para que la línea

funcione en 2 turnos al día de 7 horas cada uno, sumando 14 horas/día (7:00-14:00h y

14:00-21:00h), durante 365 días/año. Con ello, la línea diseñada tendrá una capacidad

de tratamiento 404 � �í� ⁄ , o lo que es lo mismo 28.9 � ℎ ⁄ . Se optará por un

caudal nominal de línea de 30 � ℎ ⁄ .

4.3.2 RECEPCIÓ ALMACEAMIETO Y PRETRATAMIETO SECO

Una vez los camiones lleguen a la planta con los residuos orgánicos recogidos

selectivamente, serán pesados en básculas, para controlar la cantidad de residuos

entrantes en la misma, y pasaran al foso de descarga de residuos orgánicos. El foso de

descarga debe tener una capacidad tal, para almacenar los residuos que lleguen de la

recogida selectiva más los que vengan de la planta de clasificación y reciclado. El foso

se diseña para que tenga una capacidad de almacenamiento de 2 días de trabajo, y

teniendo en cuenta que la densidad de los residuos de materia orgánica es

0,6 � �� ⁄ (según datos facilitados por el MAGRAMA):

r��g� = 404 �� ∗ 2��0,6 ��

= 1350��

Se dispondrá pues de un foso rectangular de dimensiones 20 x 12 x 6 m, o lo que

es lo mismo, un volumen de almacenamiento útil de 1440 ��, equivalente a un periodo total de almacenamiento de 2,15 días. El foso tiene una capacidad para que en el

momento de mayor actividad, sean capaces de descargar 5 camiones al mismo tiempo.


96

Juan Martín Gómez

También situado en el recinto del foso de descarga, se ubica un puente grúa con

una longitud de 12 m, equipado con un pulpo electrohidráulico, que será el responsable

de alimentar los residuos a la línea de tratamiento. En cada palada, el pulpo tiene una

capacidad de 6 ��.

El primer equipo de pretratamiento seco con el que cuenta la línea es un tromel

con una luz de malla ∅ = 50 ��, cuya función es cribar el residuo, separando y

eliminando de este los posibles inertes o restos de otros materiales que hayan podido

venir acompañando a los residuos recogidos.

La entrada de los residuos al tromel se lleva a cabo desde el foso de descarga

mediante el alimentador de palas, el cual se diseña de manera que el flujo de residuos

alimentados al tromel sea de 30 � ℎ ⁄ , o teniendo en cuenta la densidad de los mismos:

��F�� = 30 � ℎ ⁄0,60 � ��⁄ = 50 �� ℎ⁄

El tromel elegido para la operación de cribado es el modelo TR 2,1/7/9 del

fabricante MASIAS RECYCLING, el cual tiene las siguientes características:

Capacidad Hasta 70 �� ℎ⁄

Potencia 15 kW

Diámetro 2.100 mm

Longitud Criba 7.000 mm

Longitud Total 9.000 mm

Tabla 19. TR 2,1/7/9 MASIAS RECYCLIG

Los residuos que atraviesen la luz de malla de ∅ = 50 �� impuesta en el

tromel, caen sobre tolva que alimenta a una cinta situada bajo el mismo. Estos

representan un 70% de los alimentados (21 � ℎ ⁄ ), mientras que el resto de residuos

que salen del tromel (9 � ℎ ⁄ ), serán conducidos mediante un sistema de cintas

transportadoras a la planta de separación y reciclaje anexa, para su correspondiente

gestión.


97

Juan Martín Gómez

En el recorrido de esa cinta hacia la etapa de pretratamiento húmedo, se lleva a

cabo la eliminación de los elementos magnéticos de manera automática gracias a un

electroimán u overband electromagnético. Este equipo se sitúa sobre la cinta

transportadora de manera cruzada a una distancia de unos 40 cm.

Los elementos férricos recuperados (aproximadamente el 2%, dando un caudal

de 10,08 � �í�⁄ ) serán dirigidos mediante otra cinta transportadora hacia el respectivo

contenedor para que sean almacenados y procesados de manera adecuada.

4.3.3 PRETRATAMIETO HÚMEDO

Una vez se ha cribado la línea de material orgánico en el tromel, exenta de

materiales metálicos tras su paso por el overband electromagnético y con una

granulometría inferior a 50 mm, la línea pasa a lo que se denomina pretratamiento

húmedo. Su principal objetivo es el de terminar de adecuar los residuos orgánicos para

su degradación anaerobia, y está compuesto por los pulpers, una trampa de arena y un

intercambiador de calor para aumentar la temperatura de la línea hasta la temperatura de

operación del digestor.

Una vez la línea de fracción orgánica ha pasado el overband, esta es conducida

mediante cinta transportadora hasta la etapa de pretratamiento húmedo, encontrándose

en primer lugar con un depósitos pulmón de almacenamiento previo a los pulpers, cuya

función es la de asegurar la alimentación continua de material al proceso.

Teniendo en cuenta que por dicha línea llegan aproximadamente 21 � ℎ ⁄ de

residuos, el depósito tendrá capacidad para almacenar 3 horas de trabajo, o lo que es lo

mismo 63 � ℎ ⁄ . En la parte inferior del depósito, hay una tolva equipada con un

sistema de pesaje automático para tener controlada la cantidad de residuos, que por

gravedad, se introducen en los pulpers para su dilución y posterior digestión.

Los residuos, son cargados en los pulpers mediante un alimentador y un sistema

de distribución situado en la parte superior que lo destina al pulper correspondiente.

Teniendo en cuenta que la línea que llega es de exactamente 20,58 � ℎ ⁄ , con una

concentración de MS del 40%, para conseguir obtener la línea de alimentación con la

concentración de MS deseada del 15%, se ha calculado que la corriente de agua a

introducir será de 37,83 � ℎ ⁄ , con un contenido de MS del 1,4%, procedente del


98

Juan Martín Gómez

tanque de agua a recircular (mezcla de agua de proceso “semi-tratada” y agua limpia

introducida de la red de agua).

Figura 27. Esquema Pulpers

Con todo ello, el sistema de pulpers debe de ser capaz de gestionar un total de

58,41 �� ℎ ⁄ (t/h) de residuos diluidos. De este modo y atendiendo a los números

obtenidos, la línea de tratamiento dispondrá de dos pulpers de 15 �� cada uno y que trabajaran de manera alterna.

Los pulpers trabajan por ciclos de manera discontinua o lotes. Desde que

comienza a cargarse con residuos y agua, transcurren 5 minutos hasta que termina de

llenarse y comienza la homogeneización de la mezcla la cual también dura unos 5

minutos. Una vez transcurrido ese tiempo, comienza la descarga, la cual tarda lo mismo

que las dos etapas anteriores, 5 minutos. Una vez la descarga ha finalizado, el quipo se

somete a una limpieza interior para evitar que queden restos que puedan haberse

depositado, y se realiza con agua de proceso que se recircula llenando los equipos al

80% de su capacidad total, consumiendo 12 �� de agua de recirculación en cada lavado. Contando con el tiempo de limpieza, que dura 5 minutos, el total del ciclo

completo de cada uno de los pulpers es de 20 minutos.

Resumiendo, se dispone de dos pulpers, de 15 �� de capacidad útil cada uno, y que trabajan de forma alterna en ciclos de 20 minutos. En el momento en que el primer

pulper comienza a descargar la solución ya homogeneizada, el segundo comienza a

llenarse. De esta manera, en una hora entre los dos equipos se llevan a cabo 5 ciclos


99

Juan Martín Gómez

completos, diluyendo un total de 20,58 � ℎ ⁄ de residuos y 37,83 �� ℎ ⁄ de agua

procedente del tanque de recirculación.

MIUTOS ALTERACIA DE LOS PULPERS 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Tabla 20. Alternancia de trabajo de los pulpers

En cada ciclo, cada pulper introducirá 4,11 � procedentes del depósito de pulmón de almacenamiento de residuos orgánicos y 7,56 � del tanque de agua de proceso, evacuando en cada caso 11,67 �� de solución ya homogeneizada y con una

concentración de MS del 15%.

Estos equipos están provistos de un agitador especial en forma de hélice, que

provoca la ruptura de la materia orgánica de fácil degradación y a la misma vez separa

por el fondo los posibles impropios que hayan podido llegas hasta esta fase del proceso

como pudieran ser: huesos, plásticos, textiles, etc.; facilitando de este modo la

accesibilidad de los microorganismos durante el proceso de digestión anaerobia.

En los pulpers es donde se produce la dilución de los residuos para alcanzar el

grado de mezcla residuo-agua deseado. Una vez el sistema de alimentación pesa y vierte

los residuos en el interior del pulper, un sistema de control centralizado calcula

automáticamente la cantidad de agua que debe introducir mediante un sistema de

bombas desde el tanque de almacenamiento de agua para recircular, para que pueda

alcanzarse la concentración de materia orgánica deseada. El sistema de alimentación de

agua, también se encuentra en la parte superior del equipo.

Esta agua es agua de proceso que se reintroduce nuevamente, aunque no se

puede utilizar en su totalidad, ya que el agua que se recircula no está totalmente

depurada y en ella están presentes ciertos compuestos que pueden resultar inhibidores


100

Juan Martín Gómez

para el proceso de biometanización, como pueden ser los nitratos. Es por ello parte del

agua debe ser “agua nueva”, es decir, procedente de la red de abastecimiento de aguas.

Contabilizando los caudales de aguas, en la práctica, del total de agua que se

recircula (529,5 �� í� ⁄ ), casi un 35% (184,5 �� í� ⁄ ) es agua limpia que procede de

la red abastecimiento de agua y el 65% restante (345 �� í� ⁄ ) del agua que se

almacena en el tanque de agua de proceso procedente de la centrifugadora de final de

línea.

En la parte inferior de cada pulper, se sitúa un sistema de extracción de los

posibles residuos pesados que puedan decantar y acumularse por gravedad en el fondo

de los de estos equipos. Este sistema está integrado por un tornillo de extracción que

vierte los pesados sobre una cinta transportadora que traslada esos residuos pesados

extraídos a un contenedor de rechazos.

Cuando la mezcla ha completado el ciclo de homogeneización en el interior de

los pulpers, se descarga por la parte inferior de los mismos, y por gravedad sin

necesidad de bombas de impulsión y mediante un sistema de conducciones van a parar

al siguiente equipo del pretratamiento húmedo, una trampa de arenas.

Dicho equipo es el encargado de la eliminación de impropios que puedan seguir

aún en la papilla orgánica ya homogeneizada. Este equipo comúnmente llamado trampa

de arenas, se compone en realidad de dos equipos: un tambor de filtración y un

sedimentador. En el primero quedaran retenidos los posibles residuos sólidos de un

tamaño mayor a los 30 mm, cuenta con un tornillo sin fin, encargado de eliminar dichos

residuos y enviarlos al contenedor de rechazos.

Figura 28. Esquema Trampa de Arenas


101

Juan Martín Gómez

Por otro lado, el sedimentador, se encarga de eliminar aquellas partículas

pesadas, que también son eliminadas por un sinfín situado en el fondo del sedimentador,

y las posibles espumas o grasas que se acumulan en la superficie, así como las

partículas flotantes, que también son eliminadas mediante un sistema de palas y

enviadas al contenedor de rechazos.

Este equipo se diseña para tratar el caudal de salida de los pulpers, es decir, se

alimenta con un caudal de 58,41 �� ℎ ⁄ . Se calcula que entre los residuos en el fondo de

los pulpers y los de la trampa de arena, se elimina un 8 % de sólidos de la línea, que a lo

largo de un día de trabajo suman unas 9,81 � �í� ⁄ , que se reúnen en el contenedor de

rechazos todos juntos para su correcta gestión. Dicha papilla, ya solución líquida, tiene

una densidad del orden de 1050 kg/m3, por lo que por simplicidad tomaremos su

densidad igual a la del agua líquida (1000 �� ⁄ ) con lo que el caudal que pasará a la fase de digestión anaerobia será de 57,7 �� ℎ ⁄ .

Una vez, se da por concluido el proceso de pretratamiento húmedo, la solución o

“papilla orgánica”, es conducida hacia un depósito pulmón de almacenamiento antes de

su entrada en los digestores.

Dicho depósito hace posible la alimentación continua a los digestores (puesto

que los pulpers trabajan por ciclos), y de esta manera las condiciones de funcionamiento

son lo más estables posibles, las variaciones de carga orgánica son menores, se reducen

las oscilaciones de nivel en el interior del digestor por una posible falta de alimentación

y además, la calidad y producción del biogás se homogeneíza.

Este depósito pulmón se diseña para que sea capaz de almacenar el equivalente

a 10 horas de trabajo, que es el tiempo que deja la planta de funcionar por la noche.

Teniendo en cuenta que durante las 14 horas de funcionamiento de la línea de

pretratamiento, el tanque recibe 57,7 �� ℎ ⁄ , y que de él salen 33,64 �� ℎ ⁄ para

alimentar los digestores (8,41 �� ℎ ⁄ cada uno), cada hora de trabajo de la línea se

acumulan 24,05 �� ℎ ⁄ . Al final del día, el total acumulado será de 336,4 �� ℎ ⁄ , lo

suficiente como para que el digestor se siga alimentando durante las 10h del día en que

la línea no trabaja.


102

Juan Martín Gómez

Con todo ello, el depósito pulmón de almacenamiento de la alimentación al

digestor se calcula con un margen del 20%, por lo que el volumen de dicho depósito

será de exactamente 404 ��, y con unas dimensiones de 7 m de diámetro y 10,5 m de

altura. Este depósito de almacenamiento previo a la entrada de la solución en el

digestor, cuenta con un agitador de palas, para evitar que las suspensión se estanque y

puedan llegar a decantar los posibles sólidos en suspensión.

Una vez se encuentra la solución a digerir en el depósito pulmón, esta pasa al

equipo principal de línea de valorización de residuos orgánicos, y donde se produce el

proceso de biometanización propiamente dicho, el digestor.

4.3.4 DIGESTOR AAEROBIO

El proceso de digestión de la línea de valorización de residuos orgánicos, está

diseñado para que trabaje en régimen de temperatura mesófilo (36-38ºC), de una única

etapa con un régimen continuo de alimentación, que consta de 4 digestores de tipo

mezcla completa, combinando en el interior de cada uno de ellos, las funciones o

reacciones de hidrólisis y metanogénesis.

Los digestores están formados por un cuerpo principal cilíndrico y una cúpula

semi-esférica. El material del que están construidos los digestores es hormigón

pretensado HA-40 y cimentada la obra sobre una solera general de hormigón.

La parte superior interna, expuesta a la atmosfera gaseosa, está protegida del

ácido susceptible de formarse a partir del �"# y vapor de agua (presentes en la composición del biogás), mediante un revestimiento Epoxy. En la parte baja del tanque,

en contacto con la solución liquida que se encuentra en el proceso de degradación

anaerobia, no es necesario dicho revestimiento por el poder tampón que se genera, que

neutraliza los ácidos y mantiene un pH constante y aproximadamente neutro (≈7).

Por otra parte, los digestores están aislados térmicamente mediante un sistema

de aislamiento de 7.5 cm de espesor protegidos por una envoltura externa. La perdida

característica para estos sistemas suele ser de 0.5 � �"⁄ K.


103

Juan Martín Gómez

Figura 29. Esquema Digestor Anaerobio

Una vez la mezcla está lista se introduce en el digestor por medio de bombas de

impulsión robustas, desde el depósito pulmón donde se almacena la “papilla orgánica”.

El digestor es un tanque cilíndrico, que cuenta con una alimentación de la solución de

residuos a valorizar, dos salidas de digesto ya valorizado (una de las salidas es solo por

seguridad). Además, el digestor cuenta con un acceso en su parte inferior para los

periodos en que se encuentre vacio para su mantenimiento o por si hiciese falta algún

tipo de reparación en el interior del mismo.

Para que el proceso se lleve a cabo de manera satisfactoria, es necesario tomar

una serie de medidas de control y análisis, como pueden ser:

• Caudalímetros situados en la entrada y salida del propio digestor para saber en

todo momento la totalidad de su contenido.

• La producción de biogás en la zona de extracción del digestor medida de forma

continua por un caudalímetro de presión diferencial, así como un analizador

infrarrojo que arroje la composición de este (%�� ^ %�!") en cada momento.

• Control mediante termopares de la temperatura a la entrada del digestor como en

el interior del mismo.

• Varios medidores de pH en el interior del tanque digestor para tener controlado

dicho valor.

En su interior no existen elementos mecánicos o tipo alguno de compartimentos,

a excepción de las tuberías de inyección de biogás y vaciado. Esta simplicidad en el


104

Juan Martín Gómez

diseño facilita su mantenimiento, evita averías mecánicas, minimiza la formación de

incrustaciones y permite el movimiento de la suspensión con un consumo energético

mínimo en un entorno uniforme.

En este caso, dado que la corriente a tratar en total es de 33,64 �� ℎ ⁄ , se va a

disponer de 4 digestores idénticos entre sí e independientes. Cada digestor se diseña

para que sea capaz de tratar un caudal de 8,41 �� ℎ ⁄ (201,98 �� í� �� F� ) ⁄ , cuyo

contenido en materia orgánica seca es del 13,99 % (1,18 � ℎ ⁄ ), que al día se trata un

total de 28257,98 kg. Teniendo en cuenta las corrientes de entrada a los distintos digestores, y que en

cada en los digestores, el rango de �� D�E�� E�á�� D E⁄ ∗ �í� típico oscila entre los 5 y 8, estos digestores se diseñaran para un valor de carga

orgánica de 7 �� D�E�� E�á�� D E ∗ �í�⁄ .

Fijando ese valor, se procede al cálculo del volumen de cada uno de los

digestores que será:

rÚc�� = 28257,98 �� í�⁄7 �� D�E�� E�á�� D E ∗ �í�⁄ = 4036,81 ��

Ese volumen será el volumen útil de cada uno de los digestores, pero a la hora de

su diseño se les da un 20% más de capacidad por temas de seguridad, con lo que el

volumen de los digestores es de 4880 �� , y unas dimensiones de 17 m de diámetro y

una altura de 21 m. En el interior de los digestores, la solución llegará a alcanzar los 18

m de altura. Una vez tenemos el volumen de los digestores, calculamos el tiempo de

residencia:

�� = 4036,81 �� 201,98 �� í� ⁄ = 19,98 �í��

Es decir, el tiempo que permanecerá degradándose la solución en el interior de

los digestores y produciendo biogás es de 19,98 �í��. Lo normal en este tipo de

instalaciones es que el tiempo de residencia oscile entre los 10 y 20 días. Cuanto mayor

sea el tiempo de residencia en el interior del digestor, mayor aprovechamiento se hará

de los residuos, y obtendremos una mayor conversión de biogás.


105

Juan Martín Gómez

En el interior de los digestores, es donde se lleva a cabo propiamente dicho, el

proceso de digestión en ausencia de oxígeno para la producción de biogás. Al conjunto

de los cuatro digestores conjuntos, entran al día un total de 807,93 �� de solución para ser digerida, en los que el contenido en sólidos es de 13,99 %, que resultan

113,03 � �í�⁄ de material seco. Este residuo orgánico contiene materia orgánica

volátil biodegradable en un 70%, lo que resulta un total de 79,1 � �í�⁄ de M.S.V. o lo

que es lo mismo, material orgánico solido volátil biodegradable susceptible de ser

transformada en biogás.

Si atendemos que solamente el 70% de dicha materia orgánica susceptible se

transforma en biogás, y que el rendimiento de producción del biogás, para una

concentración de metano del 60% es de 0,4 �� ⁄ �� ~. #. r., obtenemos

una producción de biogás de:

��!�Á# = 79100 �� ~. #. r.�í� ∗ 0,4 �� ~. #. r ∗ 0,7 ∗ 1��

0,6 �� = 36910 �� í�

Sabiendo que el digestor trabaja en continuo las 24 horas del día los 365 días del

año, nos sale una producción de biogás anual de 13.475.000 ��, con una riqueza en metano del 60%, con lo que se obtiene una producción especifica de biogás de

0,46 �� ~. #. r.⁄

El diseño del digestor se completa con los sistemas de agitación, calefacción y

seguridad del mismo, que son del todo necesarios para que el proceso de digestión

anaerobia se complete de manera satisfactoria en el interior del mismo.

→ Sistema de agitación

El sistema de agitación consiste en la inyección de parte del biogás producido

mediante dos compresores de paletas refrigerados por aire (uno por cada digestor) que

introduce el biogás a presión. Esto evita la sedimentación de sólidos y garantiza las

mejores condiciones de proceso respecto a pH, temperatura y concentración de

nutrientes.

El sistema de mezcla se basa en un conjunto de 16 tuberías de acero inoxidable,

comúnmente denominadas lanzas, instaladas en el eje central del digestor, que


106

Juan Martín Gómez

distribuye el biogás a presión en el interior de este. Dichas lanzas están estratégicamente

diseñadas y distribuidas sobre el digestor para conseguir una agitación homogénea de

todo el volumen del interior del digestor, provocando que las burbujas de biogás suban a

través de la solución orgánica, provocando un movimiento de convección. De esta

forma, el material es arrastrado hacia la parte superior del digestor y a la vez el material

de la parte superior, al ir aumentando su densidad, desciende. La usencia de elementos

mecánicos dentro del digestor facilita este movimiento y dificulta la creación de “zonas

muertas” o incrustaciones en el interior de los digestores.

Figura 30. Lanzas de inyección de biogás para agitación

Aproximadamente para la agitación de los digestores se emplea el 30% del

biogás que se produce los digestores, es decir, alrededor de unos 2770 �� í�⁄ para

cada uno de los cuatro digestores.

→ Sistema de calefacción

En el conjunto de reacciones que componen el proceso de biometanización

tienen se entremezclan reacciones endotérmicas y exotérmicas, y el balance general

resulta casi nulo. Pero para que los microorganismos que llevan a cabo el proceso

puedan trabajar de forma correcta, tienen que tener unas condiciones óptimas, y es por

ello que el proceso requiere alcanzar y mantener cierta temperatura constante, en este

caso temperatura de régimen mesófilo a 37ºC. Es por ello, que se dispone de un sistema

de calentamiento de la suspensión mediante 4 intercambiadores de calor (uno por cada

digestor).

Para calcular el calor necesario que debe aportar cada uno de los

intercambiadores, para elevar la temperatura de la solución de materia orgánica desde


107

Juan Martín Gómez

la temperatura ambiente más desfavorable que se fijará en 15ºC, hasta la temperatura

mesófila de diseño de 37ºC y para compensar las pérdidas por convección al aire (T aire

más desfavorable 5º C), se tiene que:

� = ¡� ∗ �) ∗ ∆P£¤P + �¥ ∗ ¦§ ∗ ∆P¨©ª

• H (� �� ℎ⁄ ): Calor necesario aportar a la solución alimentada compensado por las

pérdidas.

• W: caudal que se alimenta al digestor. En este caso, como un intercambiador

presta servicio a dos digestores, el caudal será: 16832 �� ℎ⁄ .

• ∆P£¤P: Es el incremento de temperatura que sufre la alimentación, desde la

temperatura ambiente (15ºC) hasta la de diseño (37ºC).

• ∆P¨©ª: Es la diferencia de temperatura entre el interior del digestor (37 º C) y el

aire ambiente (5 º C).

• ¦: Área superficial lateral del digestor, propensa a que se den pérdidas de calor. • C: Capacidad térmica específica media de la solución orgánica a alimentada, que

se puede asemejar a la del agua, 1 � �� º�⁄ .

• U: Coeficiente de transferencia de calor 0.43 � �� "ℎº�⁄ .

Finalmente, queda que debemos aportar un calor para calentar la solución de

alimentación a cada uno de los digestores de 383177,94 � �� ℎ⁄ , y entre los cuatro

intercambiadores suman un total de ≈ 1530000 � �� ℎ⁄ para poder calentar la totalidad de la alimentación de los cuatro digestores que componen la línea de valorización.

Existen dos maneras de poder aportar dicho calor, o con una caldera o con el

circuito de recirculación de los moto generadores de la unidad de cogeneración de

energía eléctrica.

La suspensión, una vez calentada, entra al digestor por su parte inferior, a la

altura del sistema de inyección de biogás y es arrastrada inmediatamente hacia arriba y

mezclada con el material que ya está en el digestor. Los digestores llevan instalados

equipos de control con el fin de monitorizar la temperatura (mediante termopares) antes

y después del paso de la suspensión por los intercambiadores de calor, y para controlar

también el flujo de agua caliente circulando en los mismos.


108

Juan Martín Gómez

→ Sistema de seguridad

Los digestores están equipados tanto con sondas de nivel de llenado para el

material a digerir, como con sondas medidoras de presión del biogás que se genera.

Dichas sondas se encargan de registrar los datos regularmente y enviarlos a la sala de

control, donde el proceso se encuentra monitorizado en cada instante y los datos van

quedando almacenados.

El sistema de seguridad para prevenir un exceso de presión, se compone de una

antorcha de seguridad. En el momento en que el gasómetro este completo y no se

consuma biogás para la producción de electricidad, automáticamente se desviará el

biogás que se produzca a la antorcha directamente para su correcta eliminación.

4.3.5 SISTEMAS DE ALMACEAMIETO Y DEPURACIÓ

El sistema se diseña para que continuamente esté entrando alimentación fresca al

digestor rica en material orgánico, saliendo digesto ya digerido (transcurrido el tiempo

de retención hidráulico pertinente), y produciéndose biogás.

→ Extracción, higienización y deshidratación del digesto

Posteriormente a la digestión anaerobia en el interior de los biodigestores, la

línea de tratamiento dispone de un sistema de higienización de la “papilla” o solución

orgánica ya digerida para la eliminación de los patógenos.

El sistema se compone de un depósito de 100 ��, equipado con un agitador de paletas e intercambiadores de calor, que hace elevar la temperatura de la solución hasta

los 70ºC. Este depósito se ha diseñado para que el tiempo de residencia de la papilla en

su interior sea de al menos 1 hora, para poder de este modo asegurar la eliminación de

todo contaminante biológico (patógenos). A dicho depósito va a parar la totalidad del

digesto producido por los cuatro digestores.

Teniendo en cuenta que alrededor del 40% de MS que entra en el digestor es

consumida para la producción del biogás, el caudal de digesto que se extrae entre los

cuatro digestores, es de 31,78 �� ℎ ⁄ .


109

Juan Martín Gómez

La suspensión digerida una vez ha sido ya higienizada, es extraída mediante

bombas directamente a los 2 centrífugas, una de ellas en stand-by para ir alternándolas y

poder tenerlas siempre a punto. Estas centrifugas, se encargaran de deshidratar el

digesto separándolo en dos fracciones: un agua de proceso que se enviará a depuración

y recirculación, y una línea de fangos. Para facilitar la función de la centrífuga y

mejorar por tanto su eficacia, se añade poli-electrolito floculantes antes de la entrada del

digesto en dicho equipo.

Se dispone por tanto de dos centrifugas para la separación de la línea de digesto

de la marca FLOTTWEG modelo C4E-4, cuyas características se detallan a

continuación:

Material de fabricación Acero Inoxidable

Dimensiones

L 3520

W 1140

H 1030

Peso 2550 kg

Potencia 22 - 37 kW

Capacidad 20 - 40 �� ℎ⁄

Tabla 21. C4E-4 DECATER FLOTTWEG

El sistema de centrifugas, trata el digesto que se evacua diariamente de los

digestores, o lo que es lo mismo 762,79 m� día⁄ , con un contenido en sólidos del

8,87%, lo que hace un total de 67,70 � ~# �í�⁄ . Dicho sistema nos frece un

rendimiento del 80% en la separación de los sólidos contenidos en el digesto.

La primera de las corrientes es de 135,42 � �í� ⁄ de lodos, con un contenido en

humedad del 60%. Mediante un colector instalado en la propia centrífuga, los lodos

caen a un sistema de cintas transportadoras, mediante el cual serán enviados hacia la

nave de compostaje y afino, donde terminaran de ser procesados en hileras, y

madurados para su posterior comercialización como fertilizante.

La otra corriente, es la corriente liquida que sale de la centrífuga. En su mayoría,

la corriente es agua de proceso con un contenido de material seco del 2,15 % y que


110

Juan Martín Gómez

alcanza a un caudal de 627,37 �� í� ⁄ , que se envía a un tanque de almacenamiento

de agua de proceso. Dicho tanque tendrá una capacidad de almacenamiento de 800 ��, y desde él, parte del agua de proceso puede ser enviada hacia la EDAR para su

depuración, o bien hacia un tanque de agua a recircular en el proceso.

En total, un 55% de dicha agua (345,05 �� í� ⁄ ) se envía al tanque de agua a

recircular, donde se mezcla gracias a la acción de un agitador, con 184,57 �� í� ⁄ de

agua proveniente directamente de la red de abastecimiento para conseguir que la mezcla

de agua a reintroducir nuevamente en la línea de tratamiento tenga una concentración de

MS de 1.4%. Al día se reintroducen al proceso para la dilución de los residuos en los

pulpers 529,63 �� í� ⁄ , de los cuales aproximadamente el 35% es agua nueva limpia

introducida de la red de aguas y el 65% restante es agua de proceso recirculada.

El depósito de almacenamiento de agua a recircular se diseña para que tenga una

capacidad de 1500 ��, ya que de este mismo tanque también se tomará el agua que

servirá para la limpieza de los pulpers después de cada ciclo de trabajo, en total

840 �� í� ⁄ .

El resto del agua de proceso que no se vuelve a reintroducir, un 45% del total de

agua de proceso (282,32 �� í� ⁄ ), se enviará a la estación depuradora de aguas

residuales (EDAR) de la planta, donde se le someterá a los tratamientos adecuados para

que cumpliendo con la normativa vigente (Real Decreto 60/2011, de 21 de enero, sobre

las normas de calidad ambiental en el ámbito de la política de aguas) puedan ser

evacuadas de la planta hacia cualquier medio receptor, sin ningún problema

medioambiental.

→ Línea de Biogás y Cogeneración

El biogás en el interior de los digestores se va generando de manera continua. Al

ser extraído del interior de estos por la parte superior de los mismos, lo primero que

atraviesa el biogás antes de su almacenamiento es un condensador donde se le elimina

los posibles condensados que pueda arrastrar.

Una vez la línea de gas esta “limpia”, se procede a su almacenamiento. El lugar

de almacenamiento del biogás es un gasómetro, que no es más que un equipo de


111

Juan Martín Gómez

almacenamiento de biogás a baja presión, con forma esférica y que reposa sobre la

correspondiente cimentación.

Constructivamente, el gasómetro está compuesto por un sencillo sistema de

doble membrana de material sintético (PVC Poliéster-Textil). Entre ambas membranas,

se genera una cámara de aire cuya misión es proteger la membrana interna de las

variaciones e inclemencias meteorológicas. Las conducciones de entrada y salida de

biogás se encuentran en la parte inferior del mismo (soterradas), y a demás, consta de

una entrada lateral de aire a través de una soplante exterior que consigue mantener

presurizado el interior.

Figura 31. Esquema Gasómetro

El gasómetro elegido para el almacenamiento del biogás, tiene una capacidad de

almacenamiento de 3000 ��, con un diámetro esférico de unos 18 m. Para la línea de

tratamiento que se está diseñando, se ha previsto una producción de biogás de

36910 �� í�⁄ . Se establece, que alrededor del 25-30% de la producción se destinará

a reinyectarlo en los digestores y poder mantener una correcta agitación en el interior de

los mismos, y el resto se destina a la producción de energía en los moto generadores,

salvo si existiese algún tipo de incidencia, para lo cual se enviaría el biogás a la

antorcha de seguridad.

Si eliminamos la parte de biogás que se recircula para la agitación de los

digestores, la producción de biogás que se destina a la producción de energía eléctrica,

se ha estimado en 9,43 millones de �� ñ ⁄ , con un contenido medio en metano del

60%.


112

Juan Martín Gómez

Para el aprovechamiento del biogás, y su transformación en energía eléctrica, se

dispone de una unidad de cogeneración compuesta por dos moto generadores, con un

rendimiento del 35%. Con todo ello, se estima que la producción de energía eléctrica

anual por medio del biogás generado en la línea de tratamiento es de:

9433919,95 ��ñ ∗ 4700 � ��

�� ∗ 0,35 ∗ 1~�ℎ860420 � �� = 18036,6 ~�ℎ

Cuando en la línea de biometanización se produce un exceso en la producción de

biogás y los sistemas de almacenamiento ya están completos, para evitar riesgo para la

salud o riesgo medioambiental, en la instalación se coloca una antorcha. Este es un

dispositivo está conectado directamente con el gasómetro y se encarga de quemar el

biogás eliminándolo en caso de que fuese necesario, evitando que se vierta a la

atmosfera de manera incontrolada.

Este tipo de antorchas de seguridad, se diseñan para cubrir la totalidad de la

producción instantánea de biogás de la línea. Considerando un coeficiente de seguridad

de 2 para poder cubrir las posibles fluctuaciones de producción del biogás, se tiene que:

13500000 �� ñ 365 �í�� ñ ∗ 24 ℎ �í� ∗ 2 = 3080 �� ℎ

En consecuencia, se ha previsto una antorcha de seguridad del tipo llama oculta

vertical, de 3500 �� ℎ⁄ .


113

Juan Martín Gómez

4.4 ESQUEMA Y BALACE GEERAL DEL PROCESO


114

Juan Martín Gómez

� DATOS GEERALES DEL PROCESO

Generación de RSU

1,52 kg RSU/hab x día

Población

650000 habitantes

Total de RSU generados

360600 Tn/año

Porcentaje de fracción orgánica

44 %

Total de residuos orgánicos generados 158700 Tn/año

Recogidos de manera selectiva 31735

Tn/año

Recogidos de manera tradicional 126965

Tn/año

Características de la Materia Orgánica

Total de residuos que llegan al foso de recepción de la línea 147550

Tn/año

Recogidos de manera selectiva 36470

Tn/año

Procedentes de la planta de tratamiento anexa

111080 Tn/año

Dimensiones de partículas

70

mm

Densidad de la masa de residuos

0,6 Tn/m3

Sólidos totales

40 %

Fracción orgánica biodegradable

70 % S.V. sobre S.T.

BALACE GEERAL DE AGUA

Entrada de agua en las instalaciones

357,4

m3/día

Agua limpia de la red al tanque de recirculación 184,57

m3/día

Agua (humedad) que entra con los residuos 172,87

m3/día

Salida de agua de las instalaciones

357,4

m3/día

Agua que se destina a depuración EDAR 276,22

m3/día

Agua (humedad) que sale con la línea de lodos 81,25

m3/día


115

Juan Martín Gómez

� ACODICIOAMIETO DE LA LÍEA

PRETRATAMIETO SECO

FOSO DE RECEPCIÓ

Residuos entrantes

404 Tn/día

Dimensiones

20 x 12 x 6 m

Volumen de Diseño

1440 m3

Capacidad de almacenamiento

2,15 días

Capacidad Pulpo Electrohidráulico

6 m3

TROMEL

Entrada de residuos

30 Tn/h

50 m3/h

Pasantes orgánicos (D < 50mm)

21 Tn/h

Rechazo

9 Tn/h

Datos de Diseño

Capacidad

70 m3/h

Potencia

15 kW

Diámetro

2,1 m

Longitud Criba

7 m

Longitud Total

9 m

OVERBAD

Total residuos tratados

21 Tn/h

Eliminación de impropios metálicos (2%) 0,42 Tn/h

Residuos que pasan al Pretratamiento húmedo 20,58 Tn/h

Montaje de la cinta

CRUZADO

Distancia de trabajo

40 cm


116

Juan Martín Gómez

PRETRATAMIETO HÚMEDO

PULPERS

Entrada de residuos

288,12 Tn/día

MS (40%)

152,25 Tn/día

Entrada de agua de Proceso 529,63 m3/día

MS (1,4%)

7,41 Tn/día

Salida de pulpers

817,75 m3/día

MS (15%)

122,6 Tn/día

Número de equipos

2

Capacidad de cada uno de los equipos 15 m3

Forma de trabajo

ALTERNANCIA DE EQUIPOS

Duración de cada ciclo

20 min

Número de ciclos

5 ciclos/h

TRAMPA DE AREA

Caudal de tratamiento

817,75 m3/día

Impropios eliminados (3%) 9,81 Tn/día

DEPÓSITO PULMÓ ALMACEAMIETO

Entrada

Alimentación 14 h/día

Caudal

57,7 m3/h

Salida

Alimentación 24 h/día

Caudal

33,66 m3/h

Volumen

404 m3

Diámetro

7 m

Altura

10,5 m


117

Juan Martín Gómez

� DIGESTORES AAEROBIOS Y PRODUCCIÓ DE BIOGÁS

Número de Digestores 4 Unidades

Caudal de entrada

Por cada digestor 201,98 m3/día

En total 807,93 m3/día

Concentración de Sólidos 13,99 %

M.S.V.

Por cada digestor 2,76 Tn/día

En total 11,07 Tn/día

Carga Orgánica 7 kg M.O.S./ m3 digestor

Volumen

4880 m3

Dimensiones

Diámetro 17 m

Altura 21,5 m

Altura de la solución en el interior 17,78 m

TRH

19,98 días

Rendimiento de Gasificación 70 %

Rendimiento Producción de Biogás 0,4 Nm3 CH4/ kg M.S.V.

Concentración de CH4 60 %

Producción de CH4 8086217,1 Nm3/año

Producción Biogás 13477028,5 Nm3/año

Producción Específica 0,46 Nm3 Biogás/kg de M.S.V.


118

Juan Martín Gómez

ITERCAMBIADORES DE CALOR

Número de Intercambiadores 4

Caudal de mezcla a calentar 16832,07 kg/h

Temperatura ambiente agua

15 ºC

Temperatura ambiente aire

5 ºC

Temperatura del proceso

37 ºC

∆T agua

22 ºC

∆T aire

32 ºC

Área superficial lateral 934,62 m2

Coeficiente de transferencia de calor 0,43 Kcal/m2hºC

Capacidad térmica especifica de la mezcla 1 Kcal/kgºC

Calor necesario a aportar por cada intercambiador 383177,94 Kcal/h

Aporte de calor necesario total 1532711,76 Kcal/h

GASÓMETRO

Producción de Biogás

36923,36 Nm3/día

Capacidad de almacenamiento 3000 Nm3

Diámetro esférico

19 m

Distribución

Reinyección en Digestor 25-30 %

Moto generadores 70-75 %

UIDAD DE COGEERACIÓ

Cantidad de Biogás a Producción de electricidad 9433919,95 Nm3/año

Podre calorífico Biogás

4700 Kcal/Nm3

Rendimiento unidad de cogeneración 0,35

Producción de Electricidad 18036,3 MWh/año

ATORCHA

Producción Biogás 3076,94 Nm3/h

Caudal de diseño 600 Nm3/h


119

Juan Martín Gómez

� TRATAMIETO DE DIGESTO Y RECIRCULACIÓ

CETRIFUGA

Número de equipos

2 Unidades

Caudal nominal

20 - 40 m3/h

Rendimiento

80 %

Tiempo de trabajo

24 h/día

Total caudal tratado

762,79 m3/día

%MS

8,87 %

Salidas

Corriente de Fangos

135,41 m3/día

Humedad media de los Fangos 60 %

Corriente Líquidos

627,37 m3/día

%MS

2,15 %

TAQUE DE AGUA DE PROCESO

Caudal proveniente de Centrifuga 627,37 m3/día

Salida a tanque para recirculación (55%) 345,05 m3/día

Salida a depuración (45%) 282,32 m3/día

Volumen del tanque 800 m3

TAQUE DE RECIRCULACIÓ

Caudal de agua a recircular a pulpers 529,63 m3/día

% MS 1,4 %

Agua limpia de la red (35%) 184,57 m3/día

Agua de proceso recirculada (65%) 345,05 m3/día

Agua para limpieza de pulpers 840 m3/día

Volumen del tanque 1500 m3


120

Juan Martín Gómez

ÍDICE DE FIGURAS, GRÁFICOS Y TABLAS

Figura 1. Esquema básico del proceso de Biometanización

Figura 2. Diagrama general del tratamiento de residuos previos

Figura 3. Foso de descarga con pulpo de garras y alimentación

Figura 4. Cabina de triaje manual

Figura 5. Equipo de abrebolsas

Figura 6. Tromel

Figura 7. Separador balístico

Figura 8. Electroimán

Figura 9. Separador de Foucault

Figura 10. Separador óptico

Figura 11. Pulper

Figura 12. Separación por decantación (inertes pesados) y flotabilidad (ligeros)

Figura 13. Digestor Anaerobio

Figura 14. Reactor de mezcla perfecta

Figura 15. Reactor de flujo-pistón

Figura 16. Esquema del proceso Valorga

Figura 17. Esquema del proceso Kompogas

Figura 18. Esquema del proceso Dranco

Figura 19. Esquema del proceso BAT


121

Juan Martín Gómez

Figura 20. Esquema del proceso BRV

Figura 21. Esquema del proceso BIOSTAB

Figura 22. Esquema de la degradación anaerobia de la materia orgánica

Figura 23. Relación C/N en algunos materiales (Tchobanoglous, 1994)

Figura 24. Gasómetro esférico de membrana marca SATTLER

Figura 25. Antorcha vertical de Seguridad

Figura 26. Depuración del biogás en función de su uso (Xavier Elías Castells,

2005)

Figura 27. Esquema Pulpers

Figura 28. Esquema Trampa de Arenas

Figura 29. Esquema Digestor Anaerobio

Figura 30. Lanzas de inyección de biogás para agitación

Figura 31. Esquema Gasómetro


Gráfico 2. Generación de Residuos Urbanos ESPAÑA vs UE. Eurostat

Grafico 3. Total de RU Recogidos por CCAA. INE

Gráfico 4. Residuos Recogidos per cápita Andalucía vs. España. INE

Gráfico 5. RU Andalucía. INE

Gráfico 6. RU España. INE

Gráfico 7. Residuos Recogidos Selectivamente España (2010). INE


122

Juan Martín Gómez

Gráfico 8. Residuos Recogidos Selectivamente Andalucía (2010). INE

Gráfico 9. Composición media RU en Europa. (Fuente: Gestión de los RSU.

Josep Mª Casas Sabata.2005)

Gráfico 10. Composición media RU en EEUU. (Fuente: Gestión de los RSU.

Josep Mª Casas Sabata.2005)

Gráfico 11. Residuos destinados a Incineración. Eurostat

Gráfico 12. Residuos destinados a Compostaje y Digestión. Eurostat

Gráfico 13. Relación entre la velocidad específica máxima de crecimiento y la

temperatura en los distintos rangos de temperatura (Romero y cols. 2002)

Gráfico 14. Etapas o fases de los microorganismos a lo largo del proceso de

Biometanización (Xavier Elías Castells, 2005)

Gráfico 15. Evolución de concentraciones dentro del digestor (Xavier Elías Castells, 2005)

Gráfico 16. Evolución de las concentraciones de las diferentes especies.

Gráfico 17. Diagrama de velocidad de reacción y constante de Michaelis-Menten

Grafico 18. Efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad especifica

de crecimiento propuesto por Monod (1949)

Tabla 1. Composición media residuos urbanos en España. PNIR (2007-2015)

Tabla 2. Valores típicos de Humedad % RSU (FUENTE: LA ENCICLOPEDIA

DEL MEDIO AMBIENTE URBANO)

Tabla 3. Contenido energético de los RSU (FUENTE: GESTIÓN INTEGRAL

SOBRE LOS RESIDUOS)

Tabla 4. Análisis elemental de los RSU (LIBRO DE RESIDUOS)


123

Juan Martín Gómez

Tabla 5. Diferencias entre procesos Aerobios y Anaerobios. Biometanización en

Plantas Industriales Avanzadas

Tabla 6. Diferencias entre procesos Térmicos. Gestión y Tratamiento de

Residuos. Dpto. de Ing. Química y Ambiental

Tabla 7. Alternativas dentro de la biometanización

Tabla 8. Características del proceso Valorga

Tabla 9. Características del proceso Kompogas

Tabla 10. Características del proceso Dranco

Tabla 11. Características del proceso BAT

Tabla 12. Características del proceso BRV

Tabla 13. Características del proceso BIOSTAB

Tabla 14. Composición media del biogás producido a partir de RSU

Tabla 15. Composición media del digesto

Tabla 16. Valores empíricos y reglas para la evaluación de las relaciones

FOS/TAC (Deula-Nienburg)

Tabla 17. Definición de criterios para el diseño del proceso

Tabla 18. Cifras de generación y recogida de residuos orgánicos

Tabla 19. TR 2,1/5/7 MASIAS RECYCLING

Tabla 20. Alternancia de trabajo de los pulpers

Tabla 21. C4E-4 DECANTER FLOTTWEG


124

Juan Martín Gómez

BIBLIOGRAFÍA

→ Ley 10/1998

→ Ley 22/2011

→ Directiva 2008/98/CE del Parlamento Europeo y del Consejo

→ A partir del año de referencia 2010, inclusive, se utiliza la nueva Clasificación

Europea de Residuos (CER-Stat, versión 4 ),(Reglamento de la Comisión (UE)

nº 849/2010 de 27 de septiembre) APARTADO 2.3

→ Plan Nacional Integrado de Residuos (PNIR) 2007-2015

→ Plan Director Territorial de Gestión de Residuos no Peligrosos de Andalucía

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→ BOJA Nº81, del 26 abril de 2012. Decreto 73/2012. Reglamento de Residuos de

Andalucía.

→ Prevención y Control Integrados de la Contaminación. Documento de referencia

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→ Estudio Básico del Biogás (JUNTA ANDALUCÍA (SEPTIEMBRE 2011))


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→ Estudio Técnico PER 2011-2020: Situación y Potencial de Generación de

Biogás (IDAE)

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Fases de Temperatura

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→ Anaerobic Digeston. Monitoring and Control (René MOLETTA)

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→ http://www.eoi.es/blogs/cristinacatalan/2012/12/15/complejo-de-

biometanizacion-de-valdemingomez-ejemplo-de-instacion-innovadora-

sostenible-y-moderna/

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