Sistemas de tratamiento

VALORIZACIÓN Y RECICLAJE MATERIAL

1.2. Tratamientos biológicos

Los tratamientos biológicos son operaciones de tratamiento por biodegradación de materia orgánica tanto recogida de forma separada (FORS) como de la presentes en la fracción resto donde no hay dicha recogida separada, combinándose en este último caso con tratamientos mecánicos complementarios.

Biometanización

La biometanización o digestión anaerobia es un proceso biológico que, en ausencia de oxigeno y a lo largo de varias etapas en las que intervienen una población heterogénea de microorganismos, permite transformar la fracción más degradable de la materia orgánica en biogás, una mezcla de gases formada principalmente por metano y dióxido de carbono y por otros gases en menor proporción (vapor de agua, CO, N2, H2, H2S,…).

El biogás es una fuente de energía secundaria ya que es un gas combustible de elevada capacidad calorífica (5.750 Kcal/m3), lo que le confiere características combustibles ideales para su aprovechamiento energético en motores de cogeneración, calderas y turbinas (generando electricidad, calor o biocarburante) (Mata, 2002; UE 2006; varios autores 2010).

La digestión anaerobia se desarrolla en múltiples etapas, donde las fases principales son una primera hidrolítica fermentativa y una final metanogénica. En esta última, se transforman los productos finales de la misma en metano y dióxido de carbono, mediante las bacterias metanogénicas que son anaeróbicas estrictas.

El tipo de sustrato a digerir influye en gran medida en el rendimiento y en la composición del biogás obtenido. Para una producción máxima es preferible utilizar sustratos ricos en grasas, proteínas e hidratos de carbono ya que su degradación conlleva la formación de cantidades importantes de ácidos grasos volátiles, precursores del metano. Por ello, es aconsejable que se trate la materia orgánica procedente de recogida separada para evitar muchos de los problemas producidos por la acumulación de impropios o evitar colmataciones de ciertas partes del circuito de digestión. Y es necesario además optimizar la mezcla de materiales a digerir para aumentar el rendimiento en metano.

Las tecnologías de biometanización se clasifican en dos grandes grupos atendiendo al contenido en sólidos en el proceso: digestión anaerobia vía húmeda (se prepara una suspensión añadiendo agua previamente a la digestión) y digestión anaerobia vía seca (el movimiento del residuo dentro del digestor por con acción mecánica o mediante la recirculación del propio biogás). En el primer caso, el contenido en materia seca del residuo está por debajo del 20%, generalmente entre el 3-15% y, en el segundo, el contenido está entre el 20% y el 40%. Ambas tecnologías, disponen de referencias para el tratamiento de la materia orgánica, tanto si se trata de recogida separadamente como no.

Los diagramas de flujo de las instalaciones de biometanización de los residuos de competencia municipal presentan fundamentalmente las etapas de:

1. Selección más o menos compleja según el origen de los residuos y el tipo de recogida establecido y que coincide con la realizada en las instalaciones de compostaje.

2. Acondicionamiento del material para su digestión (reducción de su granulometría, ajuste del contenido en sólidos totales, mezcla con efluente recirculado, …).

3. Digestión anaerobia.

4. Deshidratación, separación de fases líquida/sólida.

5. Tratamiento de la fracción líquida del digestato y de otras aguas residuales generadas.

6. Estabilización aerobia de la fracción sólida del digestato.

7. Recogida y aprovechamiento del biogás producido, que puede ser utilizado para la cogeneración de calor y electricidad, además de poderse purificar e inyectar en la red de distribución de gas o ser utilizado en vehículos.

Si el material orgánico a tratar no procede de recogida separada en origen, o la calidad del material separado no es adecuada por su alto contenido en materiales no solicitados (impropios) las instalaciones de biometanización se encuentran con graves problemas y con rendimientos que no justifican su coste ni su instalación (Huerta et al, 2010b).

En instalaciones de tratamiento de residuos de competencia municipal de mayor capacidad se combinan tratamientos anaerobios con los aerobios con la finalidad de aprovechar las ventajas energéticas del biogás generado en la fase anaerobia y facilitar que al tratamiento aerobio (compostaje) llegue un material que haya reducido tanto la masa como la problemática y pueda ser estabilizado con mayor facilidad.

Comparativa de las distintas etapas en que se desarrollan los dos tratamientos biológicos:

	Biometanización	Compostaje

Recepción del material en las instalaciones y separación impropios	Los dos tratamientos coinciden en la necesidad de gestionar bien el transporte y la llegada de los materiales y que estos presenten el mínimo de impropios.
Adecuación materiales/Mezclas	Necesita bajo contenido en materia seca y elevado contenido en MO biodegradable.	Necesita añadir materiales complementarios que aporten porosidad, equilibren humedad y proporción C/N. Muy adecuados los restos vegetales de jardinería y poda.
Adecuación materiales/Mezclas	Mezclas adecuadas mejoran el proceso y los rendimientos. En compostaje cuanto más completo es el proceso menor es la cantidad de compost producido. En los procesos anaerobios el rendimiento debe valorarse a partir de la producción de biogás. En ambos casos al valorar los rendimientos no debe olvidarse la cuantificación del rechazo generado.
Otros pre-tratamientos	Puede ser necesario un triturado previo, macerado o incluso algún tipo de tratamiento térmico. En estas etapas pueden producirse distintos tipos de rechazo que, aparte de complicar la gestión, generan pérdidas de MO.
Digestión/fase descomposición	Se puede considera cierta similitud entre la digestión y la fase de descomposición del compostaje. En ambos se produce una disminución importante de la MO más biodegradable.
Digestión/fase descomposición	Genera biogás/energía y un digestato con elevada carga orgánica que en pocas situaciones puede ser aplicado directamente y que es necesario separar en fracción líquida y sólida.	Necesita aireación, consume energía.
Rasgos generales de los materiales obtenidos	Fracción Líquida digestato: pH básico, CE muy elevada, elevado contenido en N-NH4 y DQO. Puede arrastrar muchos contaminantes solubles.	Material inmaduro: pH neutro, CE mediana, Humedad 40%, moderado contenido en N-NH4,niveles importantes de MO medio estabilizada
Rasgos generales de los materiales obtenidos	La FS de la digestión y el material aerobio medio estabilizado pueden tener ciertas similitudes pero dependen mucho del tipo de instalaciones y de su gestión
Maduración	La FS presenta elevada densidad aparente, es muy pastosa poco estabilizada y tiene contenidos elevados de N amoniacal; para estabilizar en condiciones aerobias es necesario complementar con materiales que corrijan estas características.	Producto de final de la descomposición necesita finalizar la estabilización durante una fase en que hay reconstrucción de moléculas de elevado peso molecular y fijación de N en sus estructuras.

FS: Fracción sólida FL: Fracción Líquida CE: Conductividad Eléctrica MO: Materia Orgánica

Fuente: M. Soliva 2011. Guía para la recogida separada y gestión de la fracción orgánica.