Optimación del compostaje de residuos sólidos urbanos en proceso de serie anaerobio-aerobio

Resumen

La combinación secuencial de los procesos de digestión anaerobia y aerobia, con vistas a la obtención de un compost de calidad a partir de distintas proporciones de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos mezcladas con lodos digeridos, ha sido el gran objetivo a alcanzar en esta Tesis. Han sido utilizadas como metodología, la digestión anaerobia de etapa única, de doble fase (1ª fase seguida de 2ª), en rango mesofílico y digestión aerobia. En la digestión de etapa única se ha arrancado con un fango de depuradora de aguas residuales en su fase metánica. El digestor, de un volumen total de 30 L, ha sido rellenado con 22 L de fango; dejándolo en período de inercia durante cuatro días para permitir la aclimatación de los microorganismos. El digestor se ha alimentado cada día con la fracción orgánica de residuos de comedor previamente seleccionados. Se ha medido la temperatura, el pH, la alcalinidad total y la acidez volátil para controlar el funcionamiento del digestor en rango metánico. Además, se han medido los sólidos totales, volátiles y fijos, para controlar el régimen de alimentación, y la materia orgánica e inorgánica como control operativo para la calidad del lodo resultante. El proceso de digestión de etapa única ha durado 53 días. En él se ha producido un total de 180,90 L de biogás, con un promedio de contenido en metano del 62,92%, y un lodo con las siguientes características: pH = 7,88; alcalinidad = 5160 mg/L; acidez volátil = 5028 mg/L; relación C/N = 0,97; humedad = 98,20%; materia seca = 1,80%, ST = 18496,70 mg/L, SV = 13096,70, SF = 5400,0; MO = 49,63 y MI = 43,97. La digestión anaerobia de 1ª fase se ha procesado en un digestor de iguales características al de etapa única. Éste ha sido rellenado con 24 litros de fango ácido procedente de la depuradora y alimentado posteriormente y a diario con una mezcla de fracción orgánica y fango ácido de la depuradora. El proceso ha durado 51 días. El fango resultante de este proceso ha servido para alimentar el digestor de 2ª fase. En este digestor ocurre la liquefacción¿hidrólisis en la fase ácida, no habiendo posibilidad de producción del biogás. Se han realizado los mismos análisis para el control de los parámetros de control, de alimentación y operativos. El fango resultante ha presentado las siguientes características: pH = 3,40; alcalinidad = 2040 mg/L; acidez volátil = 24672 mg/L; relación AV/Alcalinidad = 12,09; humedad de 90,24%; concentración de materia seca = 9,76% = sólidos totales = 98983,33mg/L; sólidos volátiles = 72358,42 mg/L; sólidos fijos = 15203,33 mg/L; materia orgánica = 72,26% y materia inorgánica = 27,74%. La digestión anaerobia de 2ª fase se ha procesado en un digestor de 60 L. En éste se han introducido inicialmente 40 L de fango metánico procedente de la depuradora de aguas residuales, dejándolo en un período de inercia, para la aclimatación de los microorganismos a las nuevas condiciones ambientales, por un tiempo de tres días. En períodos posteriores, el digestor ha sido alimentado por fangos resultantes de la digestión de la 1ª fase. El proceso ha durado 47 días. Han sido analizados los mismos parámetros para controlar el proceso. Se ha obtenido un total de 255,82 L de biogás, con un promedio de 6,40 L/día y un contenido en metano del 67,91%. La calidad del lodo ha sido la siguiente: Humedad = 97,47%; materia seca = 2,53%; sólidos totales = 26636,67 mg/L; sólidos volátiles = 19016,34 mg/L; sólidos fijos = 7620 mg/L; materia orgánica = 38,46% y materia inorgánica = 61,54%. La digestión aerobia se ha procesado en 17 digestores aerobios de PVC montados sobre una plataforma de madera. Para su aireación se han utilizado dos soplantes con fuerza de presión igual a 0,5 bar. Para este proceso se han formado 5 grupos de digestores aerobios. Cada grupo de digestor fue alimentado con una mezcla de residuos de comida del comedor, residuos de jardinería (césped fresco y seco, hojas de árboles secas) en distintas proporciones y fangos resultantes de la digestión anaerobia. Los restos de comida han sido recogidos del comedor de la ETS de ingenieros de Caminos Canales y Puerto de la Universidad Politécnica de Madrid, el césped fresco ha procedido del recorte de jardín de esta escuela y de la Facultad de Periodismo de la Universidad de Complutense de Madrid, y las hoja de árboles de los jardines pertenecientes a estas escuelas. El proceso ha ocurrido en el laboratorio, donde se ha podido también controlar la evolución de parámetros como temperatura, materia orgánica e inorgánica durante el proceso de fermentación, y parámetros de calidad del producto final del proceso, a las 8 semanas de duración del proceso. El compost obtenido por cada grupo de digestores ha presentado las siguientes valores de los parámetros analizados: Parámetros (%) Grupo I Grupo II Grupo III Grupo IV Grupo V Nitrógeno Kjeldahl 1,4¿1,5 1,3¿1,4 1,9¿2,1 1,3 1,3¿1,4 Relación C/N 18,9¿20,4 20,6¿22,4 1,9¿22,0 22,9¿24,1 23,0 P (P2O5) 0,9¿1,1 1,4¿1,6 1,8¿1,9 2,0¿2,1 1,9¿2,1 Calcio 13,2¿14,1 13,5¿14,6 14,1¿14,3 14,7¿14,8 14,6¿14,9 Magnesio 1,2¿1,4 1,3¿1,5 1,3¿1,5 1,4 1,3¿1,5 Matera orgánica 43,3¿41,8 48,0¿49,9 51,3¿52,33 49,2¿49,9 45,4¿54,7 pH 7,8¿7,9 7,6¿7,8 7,5¿7,7 7,4¿7,5 7,3¿7,5 Ácidos húmicos 2,9¿3,4 3,2¿3,4 73,5¿3,7 3,2¿3,5 3,1¿3,4 Tabla 8.1: Caracteristicas del compost resultante de la digestión aerobia de la foRSU. Ha predominado un decrecimiento del contenido de la materia orgánica y un crecimiento de la inorgánica en todos los digestores aerobios. Los resultados indican que se ha obtenido un biogas de calidad, un lodo de buena calidad y un compost de calidad muy aceptable para fines agrícolas.