ESCUELA POLITECNICA NACIONAL Departamento de Medio Ambiente

MODELO DE GESTION LIMPIA PARA RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES

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ESCUELA POLITECNICA NACIONAL Departamento de Medio Ambiente

RECUPERACION DE ENERGIA DE LOS RESIDUOS ORGANICOS LIQUIDOS Y SOLIDOS Prof. Ing. Marcelo Muñoz R. M.Sc.

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INTRODUCCION:

w Los residuos orgánicos que se generan en las actividades industriales, agropecuarias, urbanas, etc.; son portadores de energía ya que estos residuos contienen materia orgánica en estado líquido y sólido, constituida principalmente por carbohidratos, proteínas, azúcares, etc., nutrientes.

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w Esta energía, en la forma como es descargada, se constituye en un contaminante para el medio ambiente ya que, siendo materia orgánica, sirve de alimento para la proliferación de microorganismos y vectores.

w Consecuentemente, en los recursos hídricos y en el suelo se genera consumo de oxígeno, llegando en medios altamente contaminados a condiciones anaerobias.

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w La materia orgánica contenida en los residuos sólidos y líquidos, adecuadamente gestionada, puede producir energía, evitándose la contaminación antes mencionada.

w Ante esta perspectiva, la digestión anaerobia constituye una alternativa tecnológica factible para transformar la materia orgánica en biogas (energía utilizable, constituida por metano y anhídrido carbónico).

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Aguas residuales domésticas e industriales

BIOGAS (CH4 + CO2) Energía utilizable

DIGESTIÓN ANAEROBIA

Lodos Biológicos

Líquido con nivel bajo de energía

(Biometanización) Residuos sólidos orgánicos urbanos e industriales CALOR Restos de cosechas en cultivos

ENERGÍA

BIORREACTOR

ENTRADA

DIGESTIÓN ANAEROBIA DE RESIDUOS

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Sólidos estabilizados (mineralizados) para composto

SALIDA

DIGESTION ANAEROBIA:

w La

materia orgánica es digerida por microorganismos, básicamente en dos etapas:

w En la primera etapa los microorganismos transforman la materia orgánica en ácidos orgánicos, a su vez, estos ácidos orgánicos son digeridos por otro grupo de microorganismos, generando biogas (CH4 + CO2) y materia sólida mineralizada.

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ETAPAS DE LA DIGESTION:

PRIMERA ETAPA

SEGUNDA ETAPA Ácidos Orgánicos

Materia Orgánica microorganismos

microorganismos

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Biogas (CH4 + CO2) y Sólidos mineralizados

w Para que este proceso sea estable, debe existir un equilibrio entre las dos fases. Con este propósito se tiene, en la tecnología de digestores anarerobios, varios tipos de reactores, tanto para líquidos como para residuos semihúmedos.

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PRODUCCION DE BIOGAS:

w La producción de biogas a través de la digestión anaerobia, depende de las características de la materia orgánica, del tipo de materia orgánica y de la cantidad de la misma.

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PRODUCCION DE BIOGAS A PARTIR DE AGUAS RESIDUALES:

w Tratándose de aguas residuales orgánicas, donde se toma como parámetro de referencia para expresar la carga orgánica a la Demanda Química de Oxígeno (DQO); se ha desarrollado una expresión para indicar la cantidad de biogas que se puede obtener de una determinada agua residual, en función de la concentración de DQO. Prof. Ing. Marcelo Muñoz R. M.Sc. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Ecuación del Ing. Marcelo Muñoz:

P = 0,0003 (DQO)

[60% Metano]

Donde: P = Producción de biogas a condiciones estándar, expresada en [m3 biogas/m3 agua residual] DQO = Demanda Química de Oxígeno, expresada en [mg/l] Prof. Ing. Marcelo Muñoz R. M.Sc. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

EJERCICIO: n

Una industria alimenticia produce 200 [m3/día] de aguas residuales, con DQO de 2000 [mg/l]. P = 0,0003 (2000) P = 0,6 m3 biogas/m3 agua residual Producción Total = 200 m3 agua residual/día * 0,6 m3 biogas/m3 agua residual Producción Total = 120 m3 biogas/día Prof. Ing. Marcelo Muñoz R. M.Sc.

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PRODUCCION DE BIOGAS A PARTIR DE RESIDUOS SOLIDOS: n

Los residuos sólidos orgánicos también pueden ser digeridos para la generación de biogas. La cantidad de biogas generado depende de la calidad de los residuos orgánicos.

n

A continuación, se presenta una tabla con valores característicos:

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TIPO DE RESIDUO

PRODUCCIÓN DE BIOGAS (60% Metano) m3/T material seco

Estiércol vacuno

330

Estiércol de gallina

500

Estiércol de cerdo

700

Desperdicios de pasto

500

Residuos sólidos urbanos (MO)

116

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EQUIVALENCIA ENERGETICA DEL BIOGAS:

n

1 m3 de biogas (60% metano) equivale a: 0,71 litros de gasolina 0,55 litros de diesel 0,45 litros de gas licuado de petróleo 1,85 kilos de leña con 10% de humedad 8,5 KWH

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TECNOLOGÍA PARA LA DIGESTIÓN ANAEROBIA DE RESIDUOS LÍQUIDOS : Los reactores más utilizados para este efecto son: n

Sistemas de flujo ascendente en manto de lodo. Este sistema se caracteriza por tener un manto biológico de alta concentración, el cual digiere la materia orgánica que se alimenta al reactor.

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n

Sistemas de película biológica: Estos sistemas utilizan un medio de soporte para el crecimiento de los microorganismos responsables de la digestión. Pueden ser: * Lechos de soporte no expandidos. * Lechos de soporte fluidificados.

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TECNOLOGÍA PARA LA DIGESTIÓN ANAEROBIA DE RESIDUOS SÓLIDOS: n

Reactor de alta concentración de sólidos: La tecnología de digestión con alta concentración de sólidos ha sido desarrollada en los últimos años. Esta tecnología trabaja con sólidos semihúmedos, de tal manera que los sólidos mineralizados que resultan después de la digestión no requieren deshidratación. Prof. Ing. Marcelo Muñoz R. M.Sc.

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Las principales características de estos sistemas son las siguientes: Concentración de sólidos

20 a 35%

Tiempo de retención

20 a 30 días

Temperaturas

28 a 30 °C 55 a 60 °C

Tasa de carga

6 a 15 kg S.V./m3 día

Producción de Biogas:

600 m3 / Ton. M.O. volátil seca

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n

Relleno Sanitario:

Se puede decir que el relleno sanitario es un reactor natural, en el que se desarrolla la digestión anaerobia. El proyecto debe involucrar la respectiva red de drenaje y captación de biogas.

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El relleno sanitario produce en torno de 130 m3/ tonelada de residuos sólidos; de los cuales, se puede captar alrededor de 85 m3/ tonelada de residuos sólidos. La diferencia entre el volumen de gas producido y el volumen de biogas captado se debe a que no es posible confinar completamente el relleno sanitario.

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USO DEL BIOGAS:

* Combustión directa. * Combutión de motores estacionarios o automotores. * Generación de energía eléctrica. * Generación de calor para producir vapor.

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INCINERACION: n

n

n

Es posible obtener energía de la incineración de los residuos sólidos, e inclusive del lodo biológico. El principal problema de esta tecnología estaría en el control de las emisiones gaseosas a la atmósfera (contaminación del aire). Sin embargo con los avances tecnológicos actuales permite aplicar la incineración con absoluta garantía para el entorno. Prof. Ing. Marcelo Muñoz R. M.Sc.

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n

En este ámbito una tecnología de punta para este propósito es la incineración con el sistema de Lecho Fluido Circulante ya que permite un perfecto control medio ambiental del proceso, especialmente a lo que ser refiere al control de la temperatura para minimizar la producción de dioxinas, furanos ,etc.

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n

Los residuos sólidos urbanos generan aproximadamente 2500 Kcal/Kg, siendo que el conjunto incinerador-caldera tiene una eficiencia del 70%, se puede decir que los residuos sólidos urbanos pueden generar en torno de 1750 Kcal/Kg.

n

Esta energía puede ser aprovechada para generar solamente vapor y vender directamente este producto ó producir para la generación de energía eléctrica por medio de una turbina.

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BIBLIOGRAFIA: • GESTION INTEGRAL DE RESIDUOS SOLIDOS; Tchobanoglous, Theisen, Vigil; MCGRAW HILL; 1994. • REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE EN MANTO DE LODO TRATANDO AGUAS SERVIDAS EN CONDICIONES DE LA SIERRA; Marcelo Muñoz R.; REVISTA POLITECNICA, Volumen XII No.3; 1987. • FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR ANAEROBIO – AEROBIO EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE CURTIEMBRES; Marcelo Muñoz, María Fernanda Herrera; EPN; 2002. • COMPOSTO ANAEROBIO EN REACTOR TIPO FLUJO PISTON, Marcelo Muñoz, Luis Herdoiza; EPN; 1998. • COMPLEJO MEDIO AMBIENTAL DE CERCEDA, RECICLAJE E INCINERADOR DE LECHO FLUIDO CIRCULANTE; Sogaza, España (800.000 Ton./año); 2001.

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FIGURA NO. 1

ELEMENTOS FUNCIONALES GENERACION DE RESIDUOS MANIPULACION Y SEPARACION ALMACENAMIENTO Y PROCESAMIENTO EN ORIGEN SEPARADA RECOLECCION

ASEO DE CALLES Y SITIOS PUBLICOS

MEZCLADA

DESTINO FINAL

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SEPARACION PROCESAMIENTO Y TRANSFORMACION DE RESIDUOS SOLIDOS

FIGURA NO. 2

INTERELACION DE ACTORES

GARANTICE LA PARTICIPACION CIUDADANA EN LA GESTION INTERNA, PAGO DEL SERVICIO, ACCION CIUDADANA

COMUNIDAD (CLIENTES) PRODUCTORA DE RESIDUOS SOLIDOS

TARIFA

PROMOCION Y CAPACITACION GARANTICE LA EFICIENCIA DE LAS ACTIVIDADES

SISTEMA DE GESTION INTEGRAL DE RESIDUOS SOLIDOS

ADMINISTRACION

SERVICIO COSTO

GARANTICE LA SUSTENTABILIDAD DEL SISTEMA EN EPOCA ACTUAL Y FUTURA DESCENTRALIZACION ADMINISTRATIVA FINANCIERA

SEA EL COSTO DE UN SISTEMA EFICIENTE

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GARANTICE LA RECUPERACION DE COSTOS DEL SERVICIO

MODELO

FIGURA NO. 3

COMUNIDAD (PRODUCTOR) ALMACENAMIENTO SEPARADO RESIDENCIAL O I

COMERCIAL O I

INDUSTRIAL O I E

HOSPITALAR O I P

BARRIDO DE CALLES M

NO PELIGROSOS

--MAYOR EFICACIA DEL RECICLAJE -- MEJOR CALIDAD DE LOS MATERIALES RECUPERADOS --MENOR COSTO EN R. SANITARIO.

RECOLECCION SEPARADA

PELIGROSOS

MUNICIPIO

100%

SEPARACION PROCESAMIENTO TRANSFORMACION

MICRO EMPRESAS

COMPOSTO RECUPERACION DE 60% MATERIALES 40% 10% 30% 50%

O-ORGANICO I-INORGANICO E-ESPECIAL P-PELIGROSOS M-MEZCLADO

10%

ADMINISTRACION DE LA GESTION DE R.S. SUPERVISICION

40%

DEMANDA DE MERCADO COMERCIALIZACION Prof. Ing. Marcelo Muñoz R. M.Sc. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

DESTINO FINAL RELLENO SANITARIO RELLENO DE SEGURIDAD

FIGURA NO. 4

COMPARACION ENTRE RELLENO SANITARIO CON RESIDUOS MEZCLADOS Y CON RESIDUOS SEPARADOS

RELLENO SANITARIO CON RESIDUOS SOLIDOS MEZCLADOS

RELLENO SANITARIO CON RESIDUOS SOLIDOS SEPARADOS

• TODOS LOS RESIDUOS Efecto Invernadero 60% Escapa, CH4, CO2, H2S

• SI LIXIVIADO (?) • POSIBILIDAD DE VECTORES

40% Recuperación

• SI BIOGAS (?) • MAS TIERRA PARA RECUBRIMIENTO

• MENOR CANTIDAD DE R.S. Aprox. 40% • NO LIXIVIADO • NO VECTORES • NO BIOGAS • MENOS TIERRA PARA RECUBRIMIENTO • MENOR COSTO DE O/M

• MAYOR COSTO O/M

• MAYOR PERIODO UTIL

• MENOR PERIODO UTIL COMBUSTION

ESCAPE DE BIOGAS

R.S.

NO

R.S. TRATAMIENTO

LIXIVIADO

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NO

PLANIFICACION FIGURA NO. 5

DECISIONES Y POLITICAS

R RE

RO ET

TR O

AL

IM

AL IM

IO AC T EN

N

NECESIDADES COMUNIDAD

RECONOCIMIENTO Y DEFINICION DEL PROBLEMA EN TA C

IO

N

PLANIFICACION

• NECESIDADES DE LA COMUNIDAD

Identificar servicios necesarios, utilización de recursos, protección ambiental entre otros • RECONOCIMIENTO Y DEFINICION DE PROBLEMAS

Los gestores detectan e interpretan las necesidades de la comunidad • PLANIFICACION

Actividades desarrolladas por consultores, funcionarios y gestores. • DECISIONES Y ACTIVIDAD POLITICA

Los gestores revisan alternativas, seleccionan la alternativa, toman desiciones financieras, operativas, políticas administrativas. Prof. Ing. Marcelo Muñoz R. M.Sc. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

CONCLUSIONES: • Es indispensable proponer modelos de gestión sencillos y de fácil aplicación.

•Para garantizar la autosustentabilidad del sistema es necesario cumplir con requerimientos mínimos como: - Sistema administrativo descentralizado y ágil. •- Sistema tarifario que recupere costos de inversión, operación y mantenimiento. •- Participación ciudadana a través de oficina de atención al cliente y veeduría. - La implantación del sistema de gestión de residuos sólidos debe ir acompañada de la capacitación del personal en los varios niveles de operación. Prof. Ing. Marcelo Muñoz R. M.Sc. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com