Unitat de mesckla forçada 1

ESTUDI TÈCNIC-ECONÒMIC D’UNA INSTAL·LACIÓ DE COMPOSTATGE COMBINAT PER AL TRACTAMENT DE LA FRACCIÓ ORGÀNICA DELS RESIDUS MUNICIPALS I FANGS D’EDAR

Enginyeria Tècnica en Química Industrial
PFC2
Bladimiro Díaz López

Director del Projecte: Dr. Jordi Dosta Parcerisa

Presentació:

El compost i el procés de compostatge. (3)
Especificacions d’un procés de compostatge. (13)
Sistemes de compostatge. (4)
Models de gestió dels residus municipals i
dels fangs d’EDAR. (7)
Ubicació de la Planta de Compostatge. (3)
Visualització del procés.(Planta d’Olot) (24)
Requeriments tècnics. (12)
Requeriments econòmics. (3)
Viabilitat real. (1)

74

EL COMPOST

El Compost - Usos i Aplicacions

EL PROCÉS DE COMPOSTATGE

El procés de compostatge

El procés de “composting” o compostatge pot dividir-se en quatre períodes, atenent a la evolució de la temperatura:

Mesolític.
La massa vegetal està a temperatura ambient i els microorganismes mesófils es multipliquen ràpidament. Com a conseqüència de la activitat metabòlica la temperatura puja i es produeixen àcids orgànics que fan baixar el pH.
Termofílic.
Quan s’assoleix una temperatura de 40 ºC, els microorganismes termòfils actuen transformant el nitrogen en amoníac i el pH del medi es torna alcalí. Als 60 ºC aquets fongs termòfils desapareixen i apareixen els bacteris esporígens i els actinomicets. Aquests microorganismes són els encarregats de descompondre les ceres, proteïnes i hemi-cel·luloses.
De refredament.
Quan la temperatura és inferior als 60 ºC, reapareixen els fongs termòfils que envaeixen el mantell i descomponen la cel·lulosa. Al baixar de 40 ºC els mesòfils també tornen a la seva activitat i el pH del medi descen lleugerament.
De maduració.
És un període que requereix mesos a temperatura ambient, durant aquest temps es produeixen reaccions secundàries de condensació i polimerització del humus.

Especificacions d’un procés de compostatge

Aireació/Oxígen

La presencia de nivells adecuats d’oxigen és indiscutible si el procés ha de ser biològic i aeròbic. A causa de l’activitat biològica el oxigen és consumit i cal reposar-lo. Aixó és pot conseguir per difusiò passiva, per la convecció afavorida per les diferents temperatures induïdes per l’activitat microbiana o bé pel volteig, si les característiques físiques de la matriu són les adequades.

La ventilació passiva es produeix quan la barreja té una porositat i una estructura que afavoreixen l’intercanvi de gasos per fenòmens físics: difusió, evaporació, diferències de temperatures, de totes maneres el volteig no s’ha d’eliminar ja que té altres beneficis afegits com son: Homogeneïtza el material i reedistribueix els microorganismes, la humitat i els nutrients, i alhora redueix la grandària de les partícules i exposa noves superficies a l’atac microbià.

La aireació té tres funcions primordials: Subministrar l’oxigen necessari, afavorir la regulació de l’excés d’humitat per evaporació i a la vegada col.laborar amb el manteniment d’una temperatura adecuada.

ESPECIFICACIONS D’UN PROCÉS DE COMPOSTATGE

Humitat

El microorganismes només poden utilitzar les molècules orgàniques si estan dissoltes en aigua; la dissolució i la hidròlisi de les molècules que es troben a la superficie del substrat són molt importants per la degradació que té lloc en la primera fase del procés. Aquesta degradació es fa d’una manera seqüencial: els bacteris produeixen els enzims que ataquen les molècules complexes per degradar-les en molècules senzilles que es transformen en materials de partida per a nous cicles de vida. Per tant, és important que hi hagi un bon contingut en aigua en el material que es vol compostar a la vegada que també afavoreix la migració i la colonització microbiana i la difusió dels residus metabòlics.

Tenint en compte que l’aigua es disputa amb l’aire la porositat que tenen els material que es composten, cal buscar unes condicions de treball que facilitin l’existència de porus, amb grandàries diferents, i que aquests estiguin equilibradament ocupats amb aigua i aire, ja que la transferència de gasos decreix en incrementar-se el contingut en aigua. Hi ha una forta interrelació entre la grandària de les partícules, la porositat que presenta la massa del substrat i la seva densitat; com més petita és la grandària de les partícules, més s’incrementa la velocitat del procés, pero es corre el risc que l’increment de la densitat de la barreja dificulti l’intercanvi de gasos.

Si la humitat és baixa, s’atura o s’alenteix el procés; i si aixó no es corregeix en les primeres etapes, pot produir problemas més endavant i donar al final un producte inacabat i de deficient qualitat.

Per contra una humitat mol alta, acompanyada de una porositat inadequada de la matriu, disminueix la transferència d’oxigen, arribant a ser insuficient per la demanda metabòlica, i per tant reduïnt l’activitat microbiana aeròbica, la qual cosa provocarà l’aparició de mals olors, la generació d’excés de lixiviats i la pèrdua de nutrients per el rentatge.

La relació de C/N té importància pel que fa a les relacions d’inici del procés i la seva cinètica, així com en les fases de descomposició i maduració. També té rellevància en la posterior utilització del compost. El carboni i el nitrogen son les dos constituents bàsics de la matèria orgànica.
Per l’obtenció d’un compost de bona qualitat és important que existeixi una relació equilibrada d’ambdós elements. Teòricament una relació C/N de 25/35 es la adequada, però aquesta variarà en funció de les matèries primeres que conforman el compost.
Si la relació C/N és mol elevada, disminueix la activitat biològica.
Una relació C/N mol baixa no afecta al procés de compostatge, perdent l’excés de nitrògen en forma d’amoniac.
És important realitzar una mescla adequada dels diferents residus amb diferents relaciones C/N per a l’obtenció d’un compost equilibrat.
Els materials orgànics rics en carboni i pobres en nitrogen són la palla, el fenc sec, les fulles, les branques, la turba i les serradures. Els pobres en carboni i rics en nitrogen són els vegetals joves, les dejeccions animals i els residus d’escorxador.

Relació C/N equilibrada.

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

Microorganismes

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

.../... Microorganismes

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

pH

Cal tenir molt en compte aquest paràmetre a l’hora d’iniciar el tractament, ja que els valors extrems són perjudicials per determinats grups de microorganismes, en realitat els fongs son el únics que toleren un ampli rang de pH.

Podria dir-se que d’una manera bastant generalitzada els pH’s extrems no són un impediment per al procés, peró si per la seva velocitat o cinética; les bones pràctiques aconsellen que a l’inici del procés la població microbiana sigui la més variada possible i aixó significa que hem de treballar a pH’s propers a 7.

Els pH extremament bàsics generen una problemàtica afeixida perquè afecten, a més, els equilibris àcid-base que influeixen en la conservació del nitrogen.

L’evolució del pH al llarg del procés segueix unes pautes més o menys tipificades, que serveixen, en certa manera per fer el seguiment del procés (juntament amb l’humitat i la temperatura).

Temperatura

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





.../...

.../... Temperatura

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




.../...

Unes temperatures elevades ens asseguren la higienització del material, peró poden presentar problemes d’inhibició de l’activitat de la majoria de microorganismes descomponedors.
Les activitats enzimàtiques es doblen per cada 10ºC d’increment de la temperatura, fins que arriva un nivell en qué ella mateixa provoca la inactivació. Per tant, cal aconseguir un equilibri entre la màxima higienització i la biodegradació. Maximitzar l’higienització ha d’aconseguir tres objectius: prevenir el creixement i la disseminació de patògens; destruir els que hi ha presents i, produir un producte final no recolonitzable per patògens.
Es pot dir que la major diversitat microbiana s’aconseguies entre 35 i 40ºC, la màxima degradació entre 45 i 55ºC, i la higienització quan es superen els 55ºC. Es pot dir que un rang de treball de compromís es troba entre 50 i 60ºC en l’etapa de compostatge inicial.
El manteniment de la temperatura desitjada es pot aconseguir a través dels voltejos i/o aireació forçada dels materials i per reg. L’aireació està molt relacionada amb la temperatura, ja que intervé en la generació i en la pèrdua de calor de diverses maneres:

Incrementa l’activitat dels microorganismes al aumentar el O2 disponible, per tant, el despreniment d’energia i, com a conseqüència, incrementa la temperatura.
Afavoreix el refredament en renovar l’aire i en dissipar energia calorífica pel calor latent d’evaporació de l’aigua.
.../...

.../... Temperatura

Una altra vegada torna a aparèixer la necessitat d’arribar a un compromís de procediments. Si es volteja o s’aireja molt, s’afavoreix el refredament de la pila i, per tant la pèrdua d’humitat i la de nitrogen en forma d’amoníac. Per mantenir una bona aireació ( bon equilibri aire/aigua) al llarg del procés, és beneficiós partir d’una barreixa inicial correcte per tant d’intentar que les necessitats de volteig siguin les mínimes, sense oblidar que els volteijos tenen l’altre funció afegida d’homogeneïtzar els materials de les piles.
És important tenir en compte que quan el material està molt sec es pot aturar el procés biològic per manca d’aigua, necessaria per la dissolució de les mol·lècules orgàniques i que, a més, es pot mantenir una temperatura elevada perqué no es produeix evaporació (calor latent del canvi de fase).
La interpretació dels canvis de temperatura són molt importants per fer un bon diagnòstic del procés, peró compota una certa complexitat. La temperatura a que s’arribi en cada etapa depen de l’energia despresa, de les pèrdues per convecció, radiació, conducció, evaporació i per la capacitat d’emmagatzematge (relacionada amb la calor específica i la conductivitat tèrmica), que afecta d’una manera important al procès quan el despreniment d’energia és baix.


.../...

Pot provocar una excessiva pèrdua d’humitat, frenar el procés i provocar una baixada de la temperatura.

.../... Temperatura

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

.../... Temperatura

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

SISTEMES DE COMPOSTATGE

SISTEMES DE COMPOSTATGE INTENSIUS

Compostatge en Reactors
Tambors -Túnels

Compostatge en Piles estàtiques i/o airejades

SISTEMES DE COMPOSTATGE NO-INTENSIUS

Mètode intensiu

Mètode extensiu

PROCÉS DE COMPOSTATGE DE LA INSTAL·LACIÓ OBJECTE D’ESTUDI

Abans

MODELS DE GESTIÓ DE
RESIDUS MUNICIPALS

Recollida Selectiva

MODELS DE GESTIÓ DE RESIDUS MUNICIPALS

La FORM ( fracció orgànica dels residus municipals )

Ara per ara

MODELS DE GESTIÓ DE RESIDUS MUNICIPALS

Caracterització de la FORM

MODELS DE GESTIÓ DELS
FANGS DE DEPURADORES

Aplicacions dels fangs de depuradores d’aigües residuals (fangs d’EDAR)

Compostatge dels Fangs d’EDAR

UBICACIÓ

UBICACIÓ

Planta de compostatge

Planta de compostatge combinat (OLOT- La Garrotxa)

VISUALITZACIÓ DEL PROCÉS

Recepció FORM

Recepció fangs EDAR

Transport de fangs

Pretractament de la fracció vegetal

Nau pretractament

Unitat de mescla forçada 1

Unitat de mescla forçada 2

Unitat de mescla forçada 3

Túnels de compostatge

Detall d’estanqueitat

Interior d’un túnel de compostatge

Sprinkler

Túnel en preparació

Sedàs rotatiu

Trommel 0-80 mm

Maduració en piles

Volteig

Trommel 0-12 mm

Sedàs rotatiu

Garbell rotatiu i taula densimètrica

Rebuig pesat

Compost 0-12 mm

Afí

Afí

Compost madur

Compost madur

Compost madur

Biofiltres

Requeriments Tècnics: Càlculs i Dimensionaments

ESQUEMA DE PROCÉS

ESQUEMA DE PROCÉS FORM/FANGS

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

DISTRIBUCIÓ EN PLANTA

Necessitats de Superfície

Requeriments Econòmics Pressuposts

PRESSUPOST D’EXECUCIÓ MATERIAL PER PARTIDES
Capítol 1. OBRA CIVIL
     Urbanització, frontons, murs de tancament i terres.............................................................................................. 176.447,49
     Dipòsit d’aigua de serveis i canonades................................................................................................................... 70.071,34
     Naus industrials i edifici d’explotació i serveis...................................................................................................... 936.470,01
     Fossat tremuja de fangs i recepció de la FORM..................................................................................................... 74.011,09
     Túnels de compostatge............................................................................................................................................. 227.580,08
     Filtre Biològic.............................................................................................................................................................. 79.836,03
     Humidificador.............................................................................................................................................................. 32.352,21
Total inversió d’instal·lacions: 1.596.768,25
Capítol 2.- EQUIPS ELECTROMECÀNICS...................................................................................................................... 1.372.563,21
Capítol 3.- INSTAL·LACIÓ ELÈCTRICA-INSTRUMENTACIÓ I CONTROL .................................................................. 490.808,16
Capítol 4.- VARIS.............................................................................................................................................................. 197.225,78
Total inversió de maquinària i equipaments: 2.060.597,15

Total execució material: 3.656.365,50
Despeses generals i benefici industrial (19%): 694.709,45
Suma: 4.351.074,95
IVA (16%): 696.171,99
TOTAL EXECUCIÓ PER CONTRACTE IVA INCLÒS: 5.047.246,94

FINANÇAMENT:
     70% AGÈNCIA DE RESIDUS DE CATALUNYA:
(mitjançant Fons de Cohesió de la Unió Europea)...................................................................................... 3.533.072,86
     20% AGÈNCIA CATALANA DE L’AIGUA:
(mitjançant fons propis)................................................................................................................................ 1.009.449,39
    10% CONSELL COMARCAL DEL MARESME:
(mitjançant el Consorci per al Tractament de Residus Sòlids Urbans del Maresme).............................. 504.724,69

TOTAL INVERSIÓ CLAUS EN MÀ: 5.047.246,94

PRESSUPOST D’EXECUCIÓ

RESUM PROPOSICIÓ ECONÒMICA EXECUCIÓ PER CONTRACTA DE LA PLANTA DE COMPOSTATGE COMBINAT DE VILASSAR DE MAR.

PARTIDES FIXES: 

Personal: ............................................................................................................................ 157.247,79
Manteniment: ..................................................................................................................... 37.639,95
Energia elèctrica (terme de potència): ............................................................................. 21.795,62
Amortització maquinària mòbil: ....................................................................................... 104.159,75
Despeses diverses: ........................................................................................................... 27.863,45
A -Total Fix (€/any): ............. 348.706,55
 
PARTIDES VARIABLES:
 
Consumibles maquinària mòbil: ....................................................................................... 65.136,00
Energia elèctrica (terme d'energia): .................................................................................. 98.342,00
Material suport: ................................................................................................................... 12.852,00
Venda de Compost: ............................................................................................................ -70.843,00
B-Total Variable (€/any): ............... 105.486,45

Tones de MO tractada (tones/any): ................................................................................... 20.000,00
A -Total Fix (€/any): ............................................................................................................. 348.706,55
B-Total Variable (€/any): ..................................................................................................... 105.486,45

TOTAL PLANTA DE COMPOSTATGE (€/ANY): 454.193,00
C-Cost per tona MO (€/t.MO): 22,71
TOTAL PLANTA DE COMPOSTATGE AMB IVA 7% (€/any): 485.986,51
C-Cost per tona MO AMB IVA 7% (€/t.MO):   24,30
CÀNON PER TONA DE FORM/FANG TRACTADA A LA COMARCA DEL MARESME (€/t): 27,50

PRESSUPOST D’EXPLOTACIÓ

Viabilitat real del projecte

Necessitat de minimització i valorització dels
residus.
El compost, una solució escaient.
Tecnologies i processos prou desenvolupats.
Explotació econòmicament atractiva.
Dependència de la Administració.
Sensibilització de la població.

BIBLIOGRAFIA

Gestión de Residuos Sólidos Urbanos. (Mc Graw Hill)
Jornades Tècniques de Gestió d’Estacions Depuradores D’Aigües Residuals. Compostatge de Fangs. Experiències d’Explotació. (Tècniques de Gestió Ambiental-Dr. Josep Saña-28 d’octubre 2003)
Programa de Gestió de Residus Municipals de Catalunya 2001-2006 (PROGREMIC) de la Agència de Residus de Catalunya. (ARC)
Programa de Sanejament d’Aigües Residuals (PSARU 2005) de la Agència Catalana de l’Aigua. (ACA)
Llei de prevenció de riscos laborals. ( Ley 31/1995, 8/11/1995 ) ( B.O.E. 10/11/1995 )
Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió. (MIEBT 039)
Projecte d’adjudicació de la Planta de Compostatge combinat d’Olot. (La Garrotxa)
Web del Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya. http://www.mediambient.gencat.net
Web de l’Agència de Residus de Catalunya. (ARC) http://www.arc-cat.net
Wed de l‘Agència Catalana de l’Aigua. (ACA) http://www.mediambient.gencat.net/aca/ca/agencia/inici.jsp
Wed de l'Entitat Metropolitana del Medi Ambient. (EMMA) http://www.ema-amb.com/ca/entitat/index.html
Web del portal de la Ciencia y la Técnica. ( compostatge ) http://www.chemedia.com
Web de la empresa Masias Recycling, S.L. http://www.masias.com
Web de la empresa Ros Roca Internacional, S.L. http://www.rosroca.com

AGRAÏMENTS

Dr. Jordi Dosta Parcerisa. (Director-Ponent)
Sr. Carlos Castellón. (Biòleg de SEARSA)
Srta. Jeannine Calame. (Arquitecte Tècnic)
Sr. Cristopher Nash. (Traductor)
Familia Díaz-Lobera. (Recolçament)