Gestión y Tratamiento de Residuos: Métodos, Procesos y Tecnologías

Tratamiento de Residuos

Fase de la gestión de residuos que comprende el conjunto de operaciones dirigidas a la eliminación de los residuos, a reducir o anular su toxicidad, o a facilitar el aprovechamiento de los recursos contenidos en ellos. A veces puede existir un pretratamiento modificando alguna característica química para un mejor manejo y tratamiento.

Cómo Elegir el Mejor Método de Tratamiento

Dependiendo de:

• Grado de peligrosidad a tratar: los métodos de tratamiento de residuos peligrosos son más específicos y más agresivos que los empleados en RSU.
• Los componentes o materiales que constituyen el residuo: los tratamientos de materia orgánica difieren de los empleados en papel, vidrio, aluminio, etc.

Tratamiento Físico

• Adsorción con carbón activo/resinas: eliminación de detergentes, colorantes, centrifugación.
• Diálisis: eliminación de los iones de disoluciones coloidales.
• Electrodiálisis: eliminación de metales pesados.
• Encapsulación.
• Filtración.
• Extracción con disolventes.
• Flotación: eliminación de grasa.
• Sedimentación.
• Ultrafiltración.

Tratamiento Químico

• Oxidación química.
• Neutralización.
• Precipitación química.
• Reducción química.

Tratamiento de Residuos Urbanos/No Peligrosos

• Materia Orgánica: reciclado (compostaje), biometanización (obtención biogás), valorización (biogás, biodiésel, aditivos alimentarios).
• Papel y cartón: reciclado.
• Reutilización.
• Vidrio: reutilización, reciclado.
• Plásticos: reciclado, valorización térmica.
• Metales: reciclado, recuperación.
• Otros: aprovechamiento térmico.

Biogás

Es un combustible gaseoso generado por la biodegradación de materia orgánica (en ausencia de oxígeno) mediante la acción de microorganismos. Formado mayoritariamente por metano (CH₄) y CO₂ y algo de sulfuro de hidrógeno (SH₂).

Obtención

Proceso de fermentación bacteriana realizada en un recinto cerrado, caliente y en ausencia de O₂ (anaeróbico).

Parámetros a Controlar

• pH: 6.5-7.5.
• Temperatura: 20-60ºC.
• Nivel de nutrientes: P, N.
• Nivel de O₂.

Etapas Obtención Biogás

• Hidrólisis: las moléculas de alto peso molecular se rompen mediante enzimas. Se forman compuestos más simples que servirán de alimentos a microorganismos. Intervienen bacterias hidrogenotróficas.
• Acidificación: las bacterias descomponen la materia orgánica obteniéndose ácidos simples y ácidos acéticos. Intervienen bacterias acetotróficas.
• Metanización: las bacterias transforman el ácido acético en CH₄, CO₂ y H₂. Intervienen bacterias metilotróficas.

Planta de Nostián

• Tratamiento de orgánicos: trituración de materia orgánica.
• Nave de compostaje: se elabora compost durante 40 días.
• Edificio de administración.
• Depósito de contenedores.
• Tanque de fermentación: la materia orgánica se descompone durante 1 mes en condiciones anaeróbicas.
• Edificio de talleres y almacén.
• Biofiltración.
• Planta de triaje: separación de materia orgánica e inorgánica.

Proceso Compostaje (Factores que Influyen)

• Temperatura: varía en el proceso de fermentación (óptima entre 35-65ºC).
• Relación C/N: óptima entre 25-30/1. Si la relación C/N es elevada, disminuye la actividad biológica. Si la relación C/N es baja el exceso de N se pierde en forma de amoníaco.
• pH:
  • pH inicial: 5-7.
  • pH primeros días: <5.
  • pH fase termófila: 5-8.5.
  • pH fase enfriamiento: 7.
• Humedad: niveles óptimos entre 40-60%. Si > 60% es un proceso anaeróbico. Si < 40% > proceso más lento.
• Tamaño del material: tamaño aconsejable ≤ 5cm. Los residuos se trituran antes de la fermentación.
• Aireación: niveles óptimos 15-20% volumen. La concentración de O₂ depende de material, textura, humedad, frecuencia de volteo, presencia o no de aireación forzada.
• Población microbiana:
  • Las bacterias presentes en los RSU son suficientes.
  • Varía con la temperatura.
  • Para aumentar el número de bacterias se pueden añadir RSU parcialmente descompuestos o lodos de depuradora.

Fases del Compostaje

• Mesófila:
  • Se inicia a temperatura ambiente.
  • Se produce el crecimiento de organismos.
  • Aumenta la temperatura y desciende el pH.
• Termófila:
  • La temperatura oscila entre 40-60ºC.
  • Hongos termofílicos (40-60º) transforman nitrógeno en amoníaco.
  • Bacterias esporígenas y actinomicetos (60º) descomponen ceras, proteínas y hemicelulosa.
• Enfriamiento:
  • Hongos termófilos (60-40º) descomponen celulosa.
  • Hongos mesófilos (<40º) descienden.
• Maduración:
  • Se realiza a temperatura ambiente.
  • Su duración es de varios meses.
  • Formación de humus.

Etapas Obtención Bioetanol

Partiendo de azúcares, almidón, celulosa (biomasa azucarada, biomasa amilácea con hidrólisis enzimática, biomasa lignocelulósica con hidrólisis ácida), las etapas son:

• Fermentación.
• Destilación.
• Deshidratación.

Biodiésel

Biocombustible líquido producido a partir de aceites vegetales o grasas animales mediante un proceso de trans-esterificación (triglicéridos + alcohol + catalizador = éster + glicerina). Mezcla de ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales o grasas animales.

Etapa de Separación Biodiésel

Consiste en la separación (por decantación) de la glicerina y el biodiésel (ambos impurificados), durante un tiempo de 24h.

Etapa de Neutralización + Lavado del Biodiésel

Se mide el pH del biodiésel y si:

• pH < 7: se lava con agua.
• pH > 7: se neutraliza.
• pH = 7-8: se lava con agua ligeramente acidificada.
• pH > 8: se lava con una disolución diluida de un ácido débil, acético, fosfórico.

Durante el lavado los ácidos grasos libres reaccionan con NaOH y se obtiene jabón. El jabón formado se separa del biodiésel por decantación (48h).

Tratamientos Térmicos

• Incineración.
• Pirólisis.
• Gasificación.

Incineración

Procesamiento térmico de RSU mediante oxidación química en exceso de O₂.

Residuo + Exceso O₂ = Gases de combustión (dioxinas, furano, CO) + Rechazo sólidos (cenizas, escorias) + Vertidos líquidos (aguas residuales, aguas limpieza, aguas refrigeración).

Ventajas e Inconvenientes Incineración

• Ventajas:
  • Reducción del volumen y peso de residuos.
  • Obtención de energía.
  • Posibilidad de tratar diversos tipos de residuos.
  • Necesidad de poco terreno.
• Desventajas:
  • Altos costes.
  • Rechazo social grande.
  • Incompatibilidad con el reciclaje.
  • Elevados consumos de energía y agua.
  • Contaminación.
  • Efectos sobre la salud.
  • Existen residuos de tipo industrial que no son incinerables.

Características de un Residuo para ser Incinerable

• Poder calorífico: cantidad de energía por unidad de masa que puede desprenderse en una reacción de oxidación.
• Estado físico.
• Composición:
  • Análisis inmediato:
    • Humedad (relacionado con el poder calorífico).
    • Cenizas (relacionado con el residuo final).
    • Volátiles (con los gases generados).
    • Carbono (con el poder calorífico).
  • Análisis de compuestos tóxicos/nocivos.

Características del Proceso de Combustión

• Turbulencia (tipo de horno y del estado físico del residuo).
• Temperatura (850ºC en Residuos NO Peligrosos, 1100ºC en Residuos Peligrosos).
• Tipo de residencia.

Pirólisis

Descomposición técnica del residuo en ausencia de O₂ que da lugar a la formación de gases, líquidos y un residuo carbonoso sólido (char). Comienza en torno a los 250ºC, llegando a ser prácticamente completa a los 500ºC, aunque esto está en función del tiempo de residencia del residuo en el reactor.

Parámetros que Determinan los Productos Obtenidos

• Temperatura.
• Velocidad de calentamiento.
• Tiempo de residencia de partículas.

Gasificación

Transformación del residuo en un gas combustible (CO o H₂), mediante un conjunto complejo de reacciones en presencia de un agente gasificante (oxígeno o aire) y operando a temperaturas entre 900ºC y 1500ºC.

Parámetros de Operación más Influyentes

• Temperatura.
• Velocidad de calentamiento.
• Tamaño de partícula.
• Presión.
• Agente gasificante.

Vertederos - Eliminación

Vertederos de RSU:

• Con trituración.
• Sin trituración (mayor compactación).

Obligación de:

• Seleccionar un emplazamiento impermeable para evitar filtraciones al suelo.
• Recoger y tratar los lixiviados.
• Recoger los gases del vertedero y depurarlos para convertirlos en biogás.
• Restaurar el vertedero al final de su vida útil.

Tratamiento de Residuos Radiactivos

Aislar los residuos radiactivos de manera eficaz y detener su posible dispersión mediante 3 tipos de barrera:

• Primera barrera constituida por el residuo acondicionado y el contenedor.
• Segunda barrera integrada por las estructuras de ingeniería que alojan el residuo.
• Tercera barrera formada por el terreno natural de emplazamiento donde se asienta la instalación.