Reciclaje biológico en la gestión de residuos industriales

Los tratamientos biológicos son operaciones de tratamiento por biodegradación de materia orgánica.

Compostaje

El tratamiento biológico más utilizado es el compostaje:

Concepto de compostaje

  • El compostaje es un proceso biológico aerobio (con presencia de oxígeno) que, bajo condiciones de ventilación, humedad y temperatura controladas, transforma los residuos orgánicos degradables en un material estable e higienizado llamado compost, que se puede utilizar como enmienda orgánica.
  • El proceso de descomposición se basa en la actividad de microrganismoss como los hongos y las bacterias y su duración puede oscilar, dependiendo de distintos factores (sistema, tecnología, disponibilidad de espacio, etc.), entre 10 y 16 semanas.
El proceso de compostaje imita la transformación de la materia orgánica en la naturaleza, y permite homogeneizar los materiales, reducir su masa y el volumen e higienizarlos. Este tratamiento favorece el retorno de la materia orgánica al suelo y su reinserción en los ciclos naturales.

Fases: descomposición y maduración

El proceso de compostaje se desarrolla en dos fases: descomposición y maduración.

DESCOMPOSICIÓN: desaparecen las moléculas más fácilmente degradables liberando energía (se alcanzan temperatura de 60-70°C), agua, anhídrido carbónico y amoníaco. Los biopolímeros como la celulosa y la lignina quedan parcialmente alterados y pasan a ser, en la posterior fase de maduración, las estructuras básicas de las macromoléculas que incluirán parte del nitrógeno contenido en los materiales iniciales dando lugar a materia orgánica parecida a las sustancias húmicas del suelo. La duración de esta primera fase suele ser de 4-6 semanas, aunque si se lleva a cabo de forma intensiva (recintos cerrados y aireación forzada) puede reducirse a 2-4 semanas.

MADURACIÓN: el residuo se estabiliza y madura. Para ello se requiere de 6-10 semanas, y finalmente se obtiene un producto, el compost, con distinta estabilidad, según la duración de esta fase.

En el proceso es importante conseguir una higienización del material resultante. El incremento de la temperatura alcanzado durante el proceso de compostaje, especialmente en su fase de descomposición, unido a la competencia y el antagonismo entre los grupos de microorganismos y la formación de antibióticos de la fase de maduración son elementos que minimizan el número de agentes patógenos animales y vegetales en el producto final.
Si se tratan cantidades importantes de residuos y dependiendo de las características de los materiales, se necesitan etapas de pre y post tratamiento, las primeras para adecuar los materiales a la transformación biológica, y las segundas para ajustar el producto a sus destinos.

Pre-tratamiento

En el pretratamiento, la fracción orgánica, por su elevado contenido en humedad, materia orgánica fermentable y nitrógeno, necesita ser mezclada con otro tipo de residuos como restos vegetales (poda), que incrementan la porosidad, equilibran los contenidos aire/agua, y permiten adecuar la proporción en biopolímeros y la relación C/N.
Las mezclas acostumbran a realizarse con una proporción en volumen de restos vegetales que puede estar entre el 25 y el 60 %, dependiendo del tipo de fracción orgánica y el sistema de compostaje utilizado en las distintas instalaciones.

Post-tratamiento

Las etapas de post-tratamiento pueden tener distintas finalidades:

  • Fraccionar según granulometría
  • Separar según posibles usos
  • Mezclar con otros productos para mejorar alguna de sus características.

En el caso del tratamiento de la fracción orgánica normalmente se instalan para eliminar impurezas derivadas de los impropios iniciales no separados y recuperar la parte de restos vegetales más gruesa y menos transformada (recirculado vegetal).

Biosecado

Otro tipo de tratamiento biológico que se puede aplicar a los residuos orgánicos es el biosecado.

Concepto de biosecado

El biosecado consiste en la evaporación de parte de la humedad contenida en los residuos y en su estabilización.
Se lleva a cabo mediante la circulación de una corriente de aire forzada, a través de las pilas formadas con los residuos triturados. El aire aplicado y el calor producido en las reacciones de degradación aeróbica de la materia orgánica favorecen la evaporación del agua contenida en el residuo, de manera que se elimina una parte importante de la humedad y de los patógenos, así como una parte de la materia orgánica contenida en los residuos.

Utilidad

Puede ser utilizado:
  • Con fracciones mezcladas sin tratamiento mecánico de selección previo.
  • Para conseguir cierta estabilización de los rechazos con contenido orgánico y de la materia orgánica no recogida separadamente.

La reducción del grado de humedad por debajo del 20 % del peso, genera un material de alto PCI que podría llegar a ser valorizado como combustible.

Biometanización

El tratamiento biológico de biometanización consiste en:

Concepto de biometanización

La biometanización o digestión anaerobia es un proceso biológico que, en ausencia de oxígeno 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.

Biogás

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).

Etapas

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.

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.

Tipo de sustrato utilizado

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.

Tecnología utilizada (tipos de digestión)

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). El contenido en materia seca del residuo está por debajo del 20 %, generalmente entre el 3-15%.
  • Digestión anaerobia vía seca (el movimiento del residuo dentro del digestor por con acción mecánica o mediante la recirculación del propio biogás). El contenido en materia seca del residuo 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.

Inconvenientes

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.