En España se generan actualmente en torno a 24 millones de toneladas de RSU al año, de las cuales un porcentaje importante únicamente recibe un tratamiento primario, consistente en realizar un reciclaje mínimo seguido de un compostaje y depositando en vertedero ( algo más del 55 %), en contra de las directrices de la Unión Europea, una gran  cantidad de materia orgánica.

En España el Plan Nacional de Residuos Urbanos establece la reducción, reutilización, el reciclaje y las diversas técnicas de aprovechamiento de los residuos, en este orden, como las líneas a intensificar para mejorar la gestión de los residuos. En el caso particular de los residuos depositados en vertederos están regulados por el Real Decreto 1481/2001, donde se establece un plan de reducción de residuos biodegradables enviados a vertedero, estableciendo una cantidad máxima de éstos depositados en vertedero en un 35% de la cantidad total de residuos urbanos biodegradables generados en 1995, antes de julio de 2016. Esto supone que si en la actualidad se están enviando a vertedero unas 14 MTn/año. En el año 2016 sólo deberían ir 4,9 MTn o 0 como ya pasa en algunos países en que debe ser nula la cantidad de residuos biodegradables enviada a vertedero.

Para conseguir dicha meta es necesaria, entre otras actuaciones, la investigación y el desarrollo de los procesos que actualmente existen para poder optimizar la gestión de los residuos alcanzándose unas cuotas de rechazo (residuos que van a vertedero) muchos más bajas de las que la tecnología actual aplicada a las plantas permite.

Evitar y minimizar residuos es lo que está considerándose cada vez más como la solución más ecológica en la gestión de residuos. Todos los tipos de residuos, en especial los peligrosos, se beneficiarían de una mayor aplicación de tecnologías más limpias y eficientes.

El reciclaje está aumentando en los países con buenas infraestructuras en gestión de residuos, pero en muy pocos casos se llega a niveles satisfactorios. Es por ello que las tendencias actuales se centran en actuaciones de mejora de los pretratamiento y los tratamientos que se les da a los residuos en los vertederos de manera que se reduzca el porcentaje de residuos (rechazo) que van a vertedero.

A continuación se exponen de forma somera las principales técnicas empleadas en las diferentes etapas en que se puede dividir la valorización de R.S.U. La figura adjunta representa de forma gráfica los diferentes procesos desde la recepción de los R.S.U. hasta la retirada a  vertedero del residuo del residuo.

 

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Figura 1

PRETRATAMIENTO

La materia que llega a la planta o centro de tratamiento es manipulada y tratada para adecuarla al tipo de tratamiento que se le va a dar. Hay que abrir y romper las bolsas para extraer los residuos, separarlos y clasificarlos y adecuarlos para finalmente conducirlos al área de recepción previa al tratamiento que se vaya a dar a ese tipo de residuo.

El rechazo de estos residuos puede pasar a otros tratamientos como son incineración o gasificación de los plásticos.

La materia orgánica saliente separada del resto de productos debe ser tratada mediante fermentación aerobia (compostaje) o anaerobia (biometanización) y así conseguir subproductos que se pueden emplear para diferentes usos.

La materia orgánica que se ha obtenido después del pretratamiento  puede someterse a varios tratamientos que se desarrollan en los siguientes apartados.

BIOMETANIZACIÓN

El proceso de biometanización, o digestión anaerobia, es aquel al que se somete la materia orgánica después de ser separada de la fracción resto en el área de pretratamiento.

Entre los procesos de metanización se distinguen tres tipos:

•  Metanización de vía seca con concentraciones de materia seca de más de 15-18%.

•  Metanización de vía húmeda con concentraciones de materia seca de menos de 15%.

•  Procesos de percolación con producción de un agua de proceso cargado con orgánicos con la metanización en un paso distinto (materia seca entre 2 y 4%).

En estos procesos de biometanización lo que se obtiene es por un lado un biogás con unas características determinadas y un producto líquido denominado digesto que debe ser tratado para obtener un compost de calidad.

Las plantas de tratamiento de residuos pueden ser construidas según las exigencias de cada lugar y proceso de forma mesofílica (trabajando en temperaturas entre 33º y 37 ºC) o termofílica (trabajando en temperaturas entre 55 º y 59 ºC), así como de uno o dos pasos.

Los sustratos fermentables consisten en hidratos de carbono, albuminas y grasas. Además, algunos residuos podrían contener alcoholes, aromas y ·ácidos orgánicos. Los procesos industrialmente aprovechados tienen como límite tecnológico las descomposiciones que son posibles a largo plazo y pendientes de  la  concentración.  Así,  bajo  un  esfuerzo  tecnológico  razonable,  casi  no  se descomponen celulosa y grasas. Como fuente de carbono fuerte necesitan una mezcla con otros nutrientes. La pura metanización de albuminas es frenada por los tóxicos librados por el proceso de digestión como amoníaco o sulfhídrico.

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Figura 2.

BIOGAS

El biogás representa una fuente de energía renovable, cuyo componente principal es el metano (CH4). Se genera a través de la descomposición microbiológica de la materia orgánica – fracción orgánica de residuos municipales, residuos ganaderos, residuos biodegradables procedentes de instalaciones industriales, lodos de depuración de aguas residuales urbanas, etc. - en un entorno húmedo y anaerobio a través de la actividad bacteriológica.

El biogás se puede producir por procesos naturales - desgasificación de vertedero - o se puede generar controladamente mediante la digestión anaerobia.

La producción de biogás, en función de la temperatura, presenta dos máximos, que corresponden a las zonas mesófila y termófila. La producción de biogás es mayor en la zona termófila, con menos márgenes de variación de temperatura que en la zona mesófila.

La depuración del biogás va encaminada a eliminar el vapor de agua, el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrogeno.

La eliminación del vapor de agua se realiza para evitar los inconvenientes que su condensación produciría en las tuberías de conducción del biogás, en el gasómetro (si se considera necesario recurrir a este tipo de almacenamiento) y en el sistema de aprovechamiento energético (motor, turbina de gas o caldera).

El CO2 no impide la combustión del CH4 pero a veces puede compensar económicamente su eliminación para elevar el poder calorífico inferior del biogás (PCI) o simplemente para disminuir el volumen de almacenamiento en el gasómetro.

La eliminación del H2S debe realizarse por los problemas de corrosión que puede acarrear.

La  producción  total  de  gas  se  estima,  en  general,  a  partir  de  la  carga  de sólidos orgánicos volátiles (SOV). Los valores típicos teóricos según la bibliografía van desde 0,5 a 0,75 m³/kg SOV añadidos y de 0,75 a 1,12 m³/kg SOV destruidos. La producción de biogás puede fluctuar ampliamente según la actividad biológica del digestor por lo que los valores anteriores deben ser corregidos con el rendimiento de la gasificación del digestor en cuestión.

GASIFICACIÓN

La gasificación es un proceso químico de conversión a alta temperatura y en condiciones reductoras (a diferencia de la combustión). Transforma materias primas hidrocarbonadas en gas de síntesis, principalmente monóxido de carbono e hidrógeno (CO, H), que puede usarse como combustible (sustituto del gas natural) en unidades como la turbina de gas o el motor de combustión interna generando electricidad y en caldera generando calor. En la gasificación la mayoría del carbono contenido en la alimentación se convierte en productos gaseosos, dejando un residuo inerte (cenizas).

La gasificación es una tecnología empleada para la recuperación y tratamiento entre otros de residuos plásticos. El material a tratar consiste principalmente de plásticos film aunque también pueden ser otros productos.

La diferencia entre la incineración y la gasificación radica en la presencia de oxígeno. En la incineración, el proceso es de combustión completa en presencia de oxígeno, mientras que en la gasificación, la reducción se realiza en ausencia de oxígeno.

El rendimiento del proceso de gasificación varía dependiendo de la tecnología, el combustible y el agente gasificante  que se utilice, en el rango del 70-80%. El resto de la energía introducida en el combustible se invierte en las reacciones endotérmicas, en las perdidas de calor de los reactores, en el enfriamiento del gas, necesario para su secado (eliminación de vapor de agua) y filtración, y en el lavado (cuando es necesario eliminar los alquitranes).

Además de sustituir a combustibles ligeros de origen fósil, la gasificación permite obtener altos rendimientos eléctricos a partir de biomasa y residuos sólidos urbanos, cuestión ésta muy difícil mediante combustión directa para generación de vapor y posterior expansión de éste en un turbo alternador. Mediante la gasificación se pueden obtener rendimientos eléctricos de hasta un 30-32% mediante el uso de motogeneradores accionados por el gas de síntesis obtenido, mientras que con un ciclo de Rankine convencional simple las fracciones rondan un 22% de rendimiento eléctrico.

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Figura 3.

INCINERACIÓN

La incineración da lugar a la generación de dos tipos fundamentales de corrientes residuales como son las escorias que se depositan en la parte baja del horno de incineración y la corriente gaseosa generada por la combustión de los R.S.U. en el horno. Las escorias, denominadas en la terminología inglesa como “bottom ash” constituyen el residuo que más se genera en el proceso y puede oscilar entre el 25 y el 30% del peso inicial de R.S.U. En cuanto a las emisiones gaseosas, los gases generados en el proceso de incineración son procesados en la línea de tratamiento de gases que elimina las partículas y compuestos químicos orgánicos e inorgánicos, quedando el conjunto de elementos contaminantes finalmente retenidos en un filtro donde se retienen las denominadas cenizas.

La utilización de esta tecnología permite reducir  en gran medida el peso (75%) y el volumen (90%) de los residuos a tratar y, además, obtener energía. Son precisamente el poder calorífico del material a incinerar y el potencial contaminante de las emisiones dos motivos que han hecho evolucionar los sistemas de incineración hacia procedimientos capaces de alcanzar mayores rendimientos en la combustión y mayor eficacia en la eliminación de contaminantes.

La incineración ha sido objeto de críticas desde el punto de vista medioambiental debido a la formación de sustancias muy tóxicas, dioxinas y furanos,  que junto a diferentes metales pesados pueden ser emitidos por estas instalaciones. Las disposiciones y normas legales que limitan las emisiones de las incineradoras son cada vez más estrictos de modo que para conseguir su cumplimiento ha sido necesario desarrollar nuevas tecnologías para el sistema de combustión y para el sistema de depuración de gases.

Actualmente la incineración debe contemplarse como una de los posibles elementos que configuran los sistemas de gestión integrada de  los residuos sólidos. En estos sistemas debe procederse a la reducción de la generación de  residuos, a la recuperación de los materiales reciclables y finalmente al tratamiento y eliminación de los residuos inevitables y no reciclables. Es en esta última etapa donde la incineración compite con otros procesos térmicos o biológicos como tratamiento previo al vertido de los residuos no reciclables en el terreno.

TRATAMIENTOS SECUNDARIOS
VITRIFICACIÓN

Esta tecnología representa un valor añadido en el tratamiento de los productos secundarios de otros procesos como son los producidos en gasificación e incineración.

La valorización de residuos mediante esta tecnología consiste básicamente en someter un caudal de residuos a una corriente de gas producido por un potente arco eléctrico, alcanzado temperaturas muy elevadas. En estas condiciones, el gas se encuentra en el estado de plasma, o cuarto estado de la materia, en el que coexisten los núcleos atómicos envueltos en una nube de electrones, rompiéndose los enlaces que configuran la estructura atómica y molecular del gas.

El plasma es un gas en el que una proporción apreciable de sus átomos componentes se hallan ionizados, es decir, despojados de parte o de la totalidad de sus electrones envolventes y mezclados con esos electrones libres. Puede obtenerse por varios procedimientos eléctricos. En el caso de tecnologías para medio ambiente, se calienta el gas por un arco eléctrico: además de ionizarlo, eleva en miles de grados su temperatura y le transfiere gran cantidad de energía. Estas propiedades, junto con las de ser un buen conductor eléctrico y reactivo químico, se utilizan para las aplicaciones medioambientales.

En el interior del reactor de plasma, el plasma ascendente se encuentra con los residuos que descienden a contracorriente, teniendo lugar los siguientes efectos:

•  Disociación térmica (atomización) completa de las moléculas orgánicas, oxidación parcial de los elementos simples resultantes de la disociación y recomposición y formación de los compuestos parciales resultantes del proceso. Estos constituyen el gas de síntesis.

•  Disociación y fusión de los compuestos  inorgánicos no volatilizables, que a la temperatura a la que tiene lugar el proceso se transforman en una lava de tipo volcánico que se recoge en el fondo del reactor de plasma y que solidifica en el exterior en una estructura cristalina similar al basalto.

La instalación de valorización de residuos y fabricación de productos vitrocerámicos mediante plasma, consta de las siguientes fases:

•  Recepción y almacenamiento de los residuos.

•  Manipulación y acondicionamiento.

•  Procesado.

•  Extracción y tratamiento de la vitrocerámica.

•  Posible aprovechamiento energético del gas de síntesis y del calor generado durante el proceso.

 

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Figura 5.

TRATAMIENTO DE VERTIDOS Y LIXIVIADOS

Otro de los productos secundarios de la incineración y de la gasificación es el agua de desecho generada, esta agua debe ser tratada, con el fin de eliminar todo riesgo de daño al medio ambiente.

Para ello se utilizan diferentes técnicas dependiendo de las características de estos lixiviados:

  • Depuradoras biológicas: corrientes que poseen una alta carga de materia orgánica y compuestos nitrogenados que se reducen considerablemente en la depuradora biológica.
  • Depuradoras físico-químicas: el resto de efluentes. Tras el tratamiento los efluentes son aptos para su vertido a cauce.
COMPOSTAJE

El compostaje, proceso aerobio para obtener un material denominado de forma genérica compost a partir de la materia orgánica procedente de las etapas de pretratamiento y digestión anaerobia, es una tecnología muy versátil y adecuada para el tratamiento de residuos en distintos entornos socioeconómicos y en distintas ubicaciones geográficas. Es un proceso de descomposición aerobia termofílica de los constituyentes orgánicos de un determinado substrato. Los principales parámetros que intervienen en el proceso son los siguientes:

  • Aireación: sustitución del CO2 producido durante la fermentación por oxígeno del aire. Es importante mantener el nivel de oxígeno por encima de un mínimo para impedir que se frene el proceso.
  • Humedad: Es necesario mantener una humedad  mínima para que se realice la descomposición de la materia orgánica.
  • Temperatura: Dependiendo de en qué fase del periodo de fermentación se encuentre el proceso, la temperatura del mismo se verá modificada.

El compostaje es un proceso aerobio, que significa que ocurre en presencia de oxígeno, que se provee de diversas formas:

  • Por volteos de la pila, ya sea manual o mecánicamente.
  • Por una correcta construcción de la pila, que permita al aire difundirse hasta el centro.
  • Mediante un sistema que aspira o insufla aire a través de la pila.

Cuando una pila no tiene suficiente oxígeno, el proceso se transforma en anaerobio y se producen olores ofensivos. La muerte por asfixia de los microorganismos detiene el proceso e inicia la putrefacción de los residuos.

La gama de potenciales contaminantes incluye los metales pesados, productos químicos orgánicos industriales tóxicos, así como también muchos productos químicos domésticos peligrosos. Materiales inertes, tales como vidrio o residuos plásticos, pueden comprometer seriamente el valor de mercado del compost producido. No obstante el compost obtenido puede utilizarse para reforestación, combatir la desertización y la erosión.

Se aconseja contar con diferentes residuos en la propia planta, para que puedan añadirse en el proceso de fermentación para obtener un compost lo más regular posible y que alcance buenas características al final de la maduración. Con esto se consigue también una granulometría más adecuada para su aplicación mediante un sistema de distribución mecanizado.

La maduración puede considerarse como el complemento final del proceso de fermentación, disminuyendo la actividad metabólica, con lo cual cesa la demanda de oxígeno. Permite alcanzar en el seno de la masa de materia orgánica el equilibrio biológico deseado.

El tratamiento de los residuos sólidos urbanos (RSU) (II). Estado del arte de las tecnologías.