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

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(1)UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS. TESIS DOCTORAL OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO DE SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. AUTOR ANTÓNIO INÁCIO COMANDO SULUDA (Licenciado en Química) Universidad de Röstock Alemania. MADRID (ESPAÑA), 2006.

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(3) UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS DEPARTAMENTO DE ORDENACIÓN DEL TERRITORIO, URBANISMO Y MEDIO AMBIENTE CÁTEDRA DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL. TESIS DOCTORAL OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO DE SERIE ANAEROBIO–AEROBIO AUTOR ANTÓNIO INÁCIO COMANDO SULUDA. DIRECTOR AURELIO HERNÁNDEZ MUÑOZ TUTOR AURELIO HERNÁNDEZ LEHMAN MADRID (ESPAÑA), 2006.

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(5) Tribunal nombrado por el Magnífico y Excelentísimo Señor Rector de la Universidad Politécnica de Madrid, el día …………………. de …................................ de 2006. Presidente. …………………………………………………………………. Vocal. …………………………………………………………………. Vocal. …………………………………………………………………. Vocal. …………………………………………………………………. Secretario. …………………………………………………………………. Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día …………………. de …................................ de 2006, en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid. Calificación …………………………………………………………………... PRESIDENTE. VOCAL. VOCAL. VOCAL. SECRETARIO.

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(7) DEDICATORIA. A Madalena, mi madre, cuyo espíritu vive en mí.

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(9) AGRADECIMIENTOS. Agradezco a mis padres que me dieran la vida y el don de ser, y que me explicaran que la vida hay que lucharla para vivirla y ser merecedor de ella. Recuerdo con cariño inmenso las ganas de mi padre de hacer de mí un buen pescador. Hoy lo soy, pero de otros mares y otro ríos. Gracias por ello, papá. A mis abuelos, que me dieron el nombre y me hicieron así, les ofrezco su mirada en la mía. A ti, Memuna, hermosa esposa que ha sabido perdonar mi ausencia en momentos imprescindibles. Has estado siempre a mi lado con tu comprensión y amor. A mis hijos, por los que este esfuerzo vale la pena. Quiero ser mejor cada día por ustedes: Helio, Aila y Enia. Los nombro en el orden en que llegaron a mi vida. Sin ustedes, ésta no tendría continuidad ni presente. Gracias por sus llamadas, que me han dado la fuerza para vivir, estudiar y trabajar. A todos mis hermanos y a cada uno de los que forman parte de mi hermosa familia, para que podamos seguir entendiéndonos desde la madurez y el cariño. A D. Aurelio Hernández Muñoz, por su noble dirección en esta etapa de mi vida. Él no sólo me recibió y orientó a lo largo de todo el estudio, sino que en todo momento me dispensó su atención y afecto. Por eso, mi eterno agradecimiento. A D. Aurelio Hernández Lehman, gracias por aceptar ser mi tutor y guiarme a través del estudio. A la Agencia Española de Cooperación Internacional (AECI), gracias por su confianza y apoyo, plasmado en la beca de estudio que me ha concedido. A la Universidad Pedagógica de Mozambique, gracias por su confianza y por el soporte financiero que me ha prestado para la realización de esta Tesis. A la Universidad Politécnica de Madrid y en concreto a la Cátedra de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, por la buena acogida y disponibilidad material para la realización de los estudios de doctorado. A D. Manuel Gil, por sus sabios consejos y franca disponibilidad. A Dña. Isabel del Castillo, el agradecimiento por su apoyo desinteresado y amabilidad. A Dña. Julia, D. Iñaki y D. Enrique, mis agradecimientos por el apoyo que me han dado..

(10) A Doña Julia Medina y a D. Oswaldo, sin cuya ayuda en el transporte y montaje no habría podido iniciarse este trabajo. A mis alumnos, en quienes mañana se reflejará el trabajo de hoy. A mis profesores y a todos los que contribuyeron a mi formación, de distintas hablas y culturas, por enriquecerme con sus conocimientos y experiencias. A Dña. María Luz y D. Vasco Francisco, en cuya casa he vivido y redactado todas estas páginas. Gracias por su afecto y acogida. Mucho agradeceré su amistad, y siempre he de recordar en esta etapa de mi vida en España a: A Dña. Rocío y D. Aníbal, que me dieron su afecto y compartieron conmigo su alegría. A Dña. María Luisa Martín, quien me ha ayudado en la corrección de estilo de este texto, orientándome en los giros y en la presentación más adecuada en el idioma español. Por ello, pensar en España, evocará en mi mente muchos de los buenos momentos vividos. A mis amigos de Mozambique que, gracias a la vida, son muchos, y por no querer omitir ninguno, cuando lean estas líneas sabrán que son ellos a quienes me refiero. Gracias por su amistad..

(11) ÍNDICE.

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(13) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. ÍNDICE GENERAL Página 1. ANTECEDENTES 1.1. Presentación …………………………………………………………… 1.2. Aprobación del proyecto de Tesis Doctoral …………………………. 3 6. 2. INTRODUCCIÓN Y OBJETO………………………………………………. 11. 3. SITUACIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.1. Generalidades sobre residuos sólidos urbanos (RSU) ……… 3.1.1. Los residuos y los ciudadanos ……………………………….. 3.1.2. Constituyentes de los RSU ……………………………………. 3.1.3. Problemas de los residuos ……………………………………. 3.2. Operaciones unitarias en la gestión de RSU y problemas emergentes ……………………………………………………………. 3.2.1. Presentación ……………………………………………………. 3.2.2. Depósito en contenedor ……………………………………….. 3.2.3. Recogida y transporte …………………………………………. 3.3. Tratamiento de RSU en Mozambique …………………………….. 3.4. Producción de residuos en la Unión Europea …………………. 3.5. Normativa sobre residuos y compost ……………………………. 3.6. Lodos de depuradoras de aguas residuales ……………………. 3.6.1. Problemas generados por los lodos …………………………. 3.6.2. Aplicación de los lodos y su impacto ………………………… 3.7. Tratamiento de RSU …………………………………………………. 3.8. Situación actual de la digestión anaerobia de residuos .....….. 3.8.1. Digestión anerobia de sólidos …………………………...….… 3.8.2. Importancia de la digestión anaerobia ……………………….. 3.8.3. Factores que influyen en la digestión anaerobia ………….... 3.8.4. Tipos de digestión anaerobia según la concentración de fracción orgánica ……………………………………………..…... 3.8.5. Métodos de digestión anaerobia ......…………………………. 3.9. Uso de biodigestores anaerobios en el tratamiento de RSU fluidificado ………………………………………………. 3.10. Desarrollo bacteriano en sólidos y ciclo biológico ……...... 3.11. Compostaje aerobio de RSU …………………………………… 3.11.1. Ventajas del compostaje aerobio .....………………………. 3.11.2. Desventajas del compostaje aerobio .....………………….. 3.11.3. Aspectos condicionantes del compostaje aerobio .……… 3.11.4. Tipos de compostaje ............ …………………………........ 3.11.5. Proceso de fabricación de compost …..…………………… 3.11.6. Factores que influyen en el compostaje aerobio ………… 3.11.7. Evolución térmica del compostaje aerobio …………….…. 3.11.8. Características del compost ………………………………... 3.11.9. Compost como abono y acondicionador de suelos ……… 3.11.10. Usos del compost en UE y España………………………… 3.12. Frontera de conocimiento y líneas de investigación............. ÍNDICE —XI—. 17 17 18 19 26 26 26 27 31 33 36 39 39 40 43 44 44 45 46 49 52 56 60 66 67 68 66 69 70 72 77 78 81 83 85.

(14) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. 3.12.1. 3.12.2.. Aspectos por resolver e hipótesis planteadas ……………. Objetivos definitivos de la innvestigación ………………..... 85 85. 4. METODOLOGÍA 4.1. Métodos de digestión y sus parámetros de control …………... 4.1.1. Digestión anerobia ………………...…………………………… 4.1.2. Digestión aerobia ………………..……………………………... 4.2. Descripción de los digestores …………………………………….. 4.2.1. Digestor anerobio de etapa única …………………….……… 4.2.2. Digestor anerobio de primera fase …………………….……... 4.2.3. Digestor anerobio de segunda fase …………………….…..... 4.2.4. Digestores aerobios ……………………………….…………... 4.3. Material de laboratorio ………………………...……………………. 4.4. Técnicas analíticas ………………………………………..…………. 4.4.1. Caracterización de los residuosy la calidad de la materia prima………………………………………………………………... 4.4.2. Análisis físico–químico de las muestras …………….………. 4.5. Descripción de los ensayos ……………………………………….. 4.5.1. Ensayo de digestión anerobia de etapa única mesofílica …. 4.5.2. Ensayo de digestión anerobia de primera fase mesofílica ... 4.5.3. Ensayo de digestión anerobia de segunda fase mesofílica .. 4.5.4. Ensayo de compostaje aerobio …………...…………………... 100 104 119 119 125 129 134. 5. RESULTADOS 5.1. Digestión anaerobia de etapa única mesofílica …………...…… 5.2. Digestión anaerobia de primera fase mesofílica………………... 5.3. Digestión anaerobia de segunda fase mesofílica………………. 5.4. Digestión aerobia ………....…………………………………………. 5.4.1. Influencia de la insuflación del aire ………………...………… 5.4.2. Grupo I …………………………………………………………... 5.4.3. Grupo II …………………………………..……………………... 5.4.4. Grupo III ……………………………………….………………... 5.4.5. Grupo IV …………………………………….…………………... 5.4.6. Grupo V ……………..………………………………………….... 144 160 175 191 191 196 208 220 232 238. 6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 6.1. Digestión anaerobia de etapa única mesofílica ………………… 6.2. Digestión anaerobia de primera fase mesofílica ……………….. 6.3. Digestión anaerobia de segunda fase mesofílica ………....…… 6.4. Digestión aerobia …………………………………………………….. 6.4.1. Influencia de la insuflación del aire …………………………... 6.4.2. Grupo I …………………………………………………………... 6.4.3. Grupo II …………………………………..……………………... 6.4.4. Grupo III ……………………………………….………………... 6.4.5. Grupo IV …………………………………….…………………... 6.4.6. Grupo V ……………..………………………………………….... 251 262 272 284 284 288 298 307 316 321. 7. CONCLUSIONES. ÍNDICE —XII—. 91 91 92 94 94 94 94 95 98 100.

(15) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. 7.1. Respecto a la digestión anaerobia …………………………..…….... 7.1.1. Digestión anaerobia de etapa única ..…………..……………. 7.1.2. Digestión anaerobia de 1ª fase ..………………..…..………... 7.1.3. Digestión anaerobia de 2ª fase ..……………………..…..…... 7.1.4. Comparación de los tres procesos de digestión anaerobia .. 7.2. Respecto a la digestión aerobia ……….……………………..…….... 7.3. Conclusiones generales ……………………………………………….. 332 332 333 334 336 337 340. 8. RESUMEN Y RECOMENDACIONES ………………………...………….. 342. 9. BIBLIOGRAFÍA ……………………………………………………………... 349. 10. ANEXOS ……………………………………………………………………... 358. ÍNDICE —XIII—.

(16) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. ÍNDICE DE TABLAS Página SITUACIÓN BIBLIOGRÁFICA Tabla 3.1 Principales virus y sus correspondientes enfermedades …............................................... 23. Tabla 3.2 Principales bacterias y sus correspondientes enfermedades …..…………. 24. Tabla 3.3 Tipos de protozoos y sus correspondientes enfermedades ……………….. 24. Tabla 3.4 Tipos de helmintos y sus correspondientes enfermedades ...……………... 24. Tabla 3.5 Rendimiento del proceso de digestión anaerobia de RSU seleccionados por diferentes métodos ...............................................................………….. 30. Tabla 3.6 Los impactos ambientales que provocan los diversos métodos de tratamiento de los residuos en el medios ……………………………………. 34. Tabla 3.7 Generación de residuos sólidos urbanos en España 1990–2002 ……….... 35. Tabla 3.8: Principales microorganismos patógenos presentes en lodos ………………….……... 40. Tabla 3.9 Contaminantes orgánicos en compost….…………………………..………... 42. Tabla 3.10 Solución a adoptar y alternativa de tratamiento …………………...………………….... 42. Tabla 3.11 Procesos de transformación utilizados en gestión de RSU ……………..…. 43. Tabla 3.12 Rangos de temperatura en fermentación anaeróbica .....……………….... 47. Tabla 3.13 Efectos del pH en la producción de biogás ………………………………….. 49. Tabla 3.14. ÍNDICE —XIV—.

(17) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Consideraciones en el diseño de la digestión anaerobia húmeda de RSU ….................................................................................................... 51. Tabla 3.15 Consideraciones en el diseño de la digestión anaerobia seca de RSU ….. 52. Tabla 3.16: Principales reacciones de la metanogénesis ……..………....... 55. Tabla 3.17 Nutrientes en los residuos de algunos cultivos ….………………………….. 67. Tabla 3.18 Proceso general de producción de compost ……………………………...…. 69. Tabla 3.19 Porcentaje de Nitrógeno y relación C/N en distintos componentes de residuos ………………………………………………………………………….. 76. Tabla 3.20 Características y clasificación del compost de RSU ………………………... 79. Tabla 3.21 Plantas de compostaje en España ………………………………………….... 84. METODOLOGÍA Tabla 4.1 Aparatos e instrumentos para análisis laboratoriales ………………………. 98. Tabla 4.2 Características de la fracción orgánica de residuos de comedor …………. 103. Tabla 4.3 Parámetros analizados en la digestión anaerobia y el compostaje aerobio …………………………………………….…………………………….. 104. Tabla 4.4 Valores límites en la digestión anaerobia …………………………………..... 119. Tabla 4.5 Alimentación del digestor de etapa única (1A) ...……………………………. 124. Tabla 4.6 Alimentación del digestor de 1ª fase (1B) …………………………………... 128. Tabla 4.7 Alimentación del digestor de 2ª fase (2B) ……………………………………. 133. ÍNDICE —XV—.

(18) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Tabla 4.8 Componentes del Grupo I ……………………………………………………... 137. Tabla 4.9 Componentes del Grupo II …………………………………………………….. 138. Tabla 4.10 Componentes del Grupo III ……………………………………………………. 139. Tabla 4.11 Componentes del Grupo IV ……………………………………………………. 139. Tabla 4.12 Componentes del Grupo V …………………………………………………….. 140. RESULTADOS Tabla 5.1 Determinación de temperatura y pH ………………………………………….. 144. Tabla 5.2 Determinación de acidez volátil, alcalinidad y relación AV/Alc ……………. 146. Tabla 5.3 Determinación de humedad, materia seca y sólidos totales, volátiles y fijos en el influente del digestor de etapa única ……………………………... 148. Tabla 5.4 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el influente del digestor de etapa única ………………………………………………………... 150. Tabla 5.5 Determinación de humedad, materia seca y sólidos totales, volátiles y fijos en el efluente del digestor de etapa única ……………………………... 153. Tabla 5.6 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el efluente del digestor de etapa única ………………………………………………………... 155. Tabla: 5.7 Valores acumulados y eliminados de sólidos volátiles del digestor de etapa única …………………………………………………………………... 158. Tabla 5.8: Producción de biogás en el digestor de etapa única ……………………….. 159. Tabla 5.9 Determinación de temperatura y pH en el digestor de 1ª fase ……………. 160. ÍNDICE —XVI—.

(19) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Tabla 5.10 Determinación de acidez volátil, alcalinidad y relación AV/Alc en el efluente del digestor de 1ª fase ……………………………………………….. 162. Tabla 5.11 Determinación de humedad, materia seca y sólidos totales, volátiles y fijos en el influente del digestor de 1ª fase …………………………………... 164. Tabla 5.12 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el influente del digestor de 1ª fase ……………………………………………………………... 166. Tabla 5.13 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el efluente del digestor de 1ª fase ……………………………………………………………... 168. Tabla 5.14 Determinación de humedad, materia seca y sólidos totales, volátiles y fijos en el efluente del digestor de 1ª fase ………………………………….... 171. Tabla 5.15 Valores acumulados y eliminacidos de sólidos volátiles del digestor de 1ª fase …………………………………………………………………………... 174. Tabla 5.16 Determinación de temperatura y pH en el digestor de 2ª fase ………..…... 175. Tabla 5.17 Determinación de acidez volátil, alcalinidad y relación AV/Alc en el digestor de 2ª fase ……..………………………………………………………. 177. Tabla 5.18 Determinación de humedad, materia seca y sólidos totales, volátiles y fijos en el influente del digestor de 2ª fase …………………….…………….. 179. Tabla 5.19 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el influente del digestor de 2ª fase ……………………………………………………………... 181. Tabla 5.20 Determinación de humedad, materia seca y sólidos totales, volátiles y fijos en el efluente del digestor de 2ª fase ………………………………….... 184. Tabla 5.21 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el efluente del digestor de 2ª fase ……………………………………………………………... 186. ÍNDICE —XVII—.

(20) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Tabla 5.22 Valores acumulados y eliminados de sólidos volátiles del digestor de 2ª fase ………………………………………………………….………………... 189. Tabla 5.23 Producción de biogás en el digestor de 2ª fase …………………………….. 190. Tabla 5.24 Determinación del cambio de temperatura en el digestor aerobio 1 .....….. 191. Tabla 5.25 Determinación del cambio de temperatura en el digestor aerobio 6 ……... 192. Tabla 5.26 Determinación del cambio de temperatura en el digestor aerobio 9 ……... 193. Tabla 5.27 Determinación del cambio de temperatura en el digestor aerobio 16 …..... 194. Tabla 5.28 Determinación del cambio de temperatura en el digestor aerobio 17 ……. 195. Tabla 5.29 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 1 …………………... 196. Tabla 5.30 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 1 ......... 197. Tabla 5.31 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 1…………………………………………………………….. 198. Tabla 5.32 Composición del compost en el digestor aerobio 1…………………………. 198. Tabla 5.33 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 2 …….……………... 199. Tabla 5.34 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 2 …….. 200. Tabla 5.35 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 2 ……………………………………………………………. 200. Tabla 5.36 Composición del compost en el digestor aerobio 2 ………………...………. 201. ÍNDICE —XVIII—.

(21) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Tabla 5.37 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 3 ………………….... 202. Tabla 5.38: Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 3 …….. 203. Tabla 5.39: Evolución de la materia orgánica en el digestor aerobio 3 ….. 203 Tabla 5.40 Composición del compost en el digestor aerobio 3 …………………........... 204. Tabla 5.41 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 4 ………………….... 205. Tabla 5.42 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 4 …….. 206. Tabla 5.43 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 4 ……………………………………………………………. 206. Tabla 5.44 Composición del compost en el digestor aerobio 4 …………………........... 207. Tabla 5.45 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 5 ………………….... 208. Tabla 5.46 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 5 ….…. 209. Tabla 5.47 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 5 ……………………………………………………………. 209. Tabla 5.48 Composición del compost en el digestor aerobio 5 ….………………….….. 210. Tabla 5.49 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 6 ………………...…. 211. Tabla 5.50 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 6 ….…. 212. Tabla 5.51 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 6 ….………………………………………………………... 212. ÍNDICE —XIX—.

(22) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Tabla 5.52 Composición del compost en el digestor aerobio 6 ….……………………... 213. Tabla 5.53 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 7 ….………………... 214. Tabla 5.54 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 7 ….…. 215. Tabla 5.55 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 7 ….………………………………………………………... 215. Tabla 5.56: Composición del compost en el digestor aerobio 7 ….……….. 216. Tabla 5.57 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 8 ….………….…..... 217. Tabla 5.58 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 8 …….. 218. Tabla 5.59 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 8 ….………………………………………....……………... 218. Tabla 5.60 Composición del compost en el digestor aerobio 8 ………..……………….. 219. Tabla 5.61 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 9 ………………..….. 220. Tabla 5.62 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 9 …….. 221. Tabla 5.63 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 9 ………………………………………………………..….. 221. Tabla 5.64: Composición del compost en el digestor aerobio 9 ………………..……….. 222. Tabla 5.65 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 10 ……………..….. 223. Tabla 5.66 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 10 ….. 224. ÍNDICE —XX—.

(23) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Tabla 5.67 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 10 ……………………………………………………..….. 224. Tabla 5.68 Composición del compost en el digestor aerobio 10 ……………..……….. 225. Tabla 5.69 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 11 ………………….. 226. Tabla 5.70 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 11 ....... 227. Tabla 5.71 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 11 .................................................................................. 227. Tabla 5.72 Composición del compost en el digestor aerobio 11 .................................. 228. Tabla 5.73 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 12 ........................... 229. Tabla 5.74 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 12 ....... 230. Tabla 5.75 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 12 ………………………………………………………….. 230. Tabla 5.76 Composición del compost en el digestor aerobio 12 ……………………….. 231. Tabla 5.77 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 13 ………………….. 232. Tabla 5.78 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 13 …... 233. Tabla 5.79 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 13 ………………………………………………………….. 233. Tabla 5.80 Composición del compost en el digestor aerobio 13 ……………………….. 234. Tabla 5.81 Determinación de la temperatura en el digestor aerobio 14 ……………..... 235. ÍNDICE —XXI—.

(24) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Tabla 5.82 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 14 ....... 236. Tabla 5.83 Determinación de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 14 ………………………………………………………….. 236. Tabla 5.84 Composición del compost en el digestor aerobio 14 ……………................ 237. Tabla 5.85 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 15 ………………..... 238. Tabla 5.86 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 15 .….. 239. Tabla 5.87 Determinación de lmateria orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 15 .……. 239. Tabla 5.88 Composición del compost en el digestor aerobio 15 .………………………. 240. Tabla 5.89 Determinación de la temperatura en el digestor aerobio 16 .…………….... 241. Tabla 5.90 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 16 .….. 242. Tabla 5.91 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 16 .…………………………………………………….….... 242. Tabla 5.92 Composición del compost en el digestor aerobio 16 .……………............... 243. Tabla 5.93 Determinación de temperatura en el digestor aerobio 17 .……………….... 244. Tabla 5.94 Determinación de humedad y materia seca en el digestor aerobio 17 ....... 245. Tabla 5.95 Determinación de materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 17 .…………………………………………………….….... 245. Tabla 5.96 Composición del compost en el digestor aerobio 17 ………………..…….... 246. ÍNDICE —XXII—.

(25) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Tabla 6.1 Resultados de la digestión anaerobia de etapa única …………………….... 261. Tabla 6.2 Resultados de la digestión anaerobia de 1ª fase ……………………..…….. 272. Tabla 6.3 Resultados en la digestión anaerobia de 2ª fase ……......................……... 283. Tabla 6.4 Parámetros de control de los digestores aerobios del grupo I ………….…. 296. Tabla 6.5 Composición del compost de los digestores aerobios del grupo I ………...…. 297. Tabla 6.6 Parámetros de control de los digestores aerobios del grupo II ………..….. 306. Tabla 6.7 Composición del compost de los digestores aerobios del grupo II ……….. 307. Tabla 6.8 Parámetros de control de los digestores aerobios del grupo III …………... 315. Tabla 6.9 Composición del compost de los digestores aerobios del grupo III ………. 315. Tabla 6.10 Parámetros de control de los de los digestores aerobios del grupo IV …………. 320. Tabla 6.11 Composición del compost de los digestores aerobios del grupo IV ………. 320. Tabla 6.12 Parámetros de control de los digestores aerobios del grupo V ………...…. 327. Tabla 6.13 Composición del compost de los digestores aerobios del grupo V ……….. 327. ÍNDICE —XXIII—.

(26) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. CONCLUSIONES Tabla 7.1 Nitrógeno Total y relación C/N de los residuos compostados …………….. 337. Tabla 7.2 Proporción de las mezclas para cada grupo de digestores aerobios …...... 337. Tabla 7.3 Calidad del compost obtenido en la digestión aerobia ……………………... 338. RESUMEN Y RECOMENDACIONES Tabla 8.1 Caracteristicas del compost resultante de la digestión aerobia de la foRSU ……………………………………………………………. ÍNDICE —XXIV—. 346.

(27) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. ÍNDICE DE GRÁFICOS Página SITUACIÓN BIBLIOGRÁFICA Gráfico 3.1 Evolución de la generación de RSU 1990–2002 ...……………………...….. 35. Gráfico 3.2 Curva típica de crecimiento bacteriano ......………………………………….. 63. Gráfico 3.3 Crecimiento relativo de microorganismos en el curso de la estabilización de un residuo orgánico en medio liquido ...…………………………………... 63. RESULTADOS Gráfico 5.1 Evolución de humedad y materia seca en el influente (1Ai) del digestor anaerobio de etapa única …………………………………………………….... 148. Gráfico 5.2 Evolución de los ST, SV y SF en el influente (1Ai) del digestor anaerobio de etapa única ...………………………………...…………………………….... 149. Gráfico 5.3 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el influente (1Ai) del digestor anaerobio de etapa única ………………………...………….…….. 151. Gráfico 5.4 Evolución de la humedad y materia seca en el efluente (1Ae) del digestor anaerobio de etapa única ………..………………………………….. 153. Gráfico 5.5 Evolución de los ST, SV y SF en el efluente (1Ae) del digestor anaerobio de etapa única ..…………………………………………………...................... 154. Gráfico 5.6 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el efluente (1Ae) del digestor anaerobio de etapa única …………………………………...……..... 156. Gráfico 5.7 Evolución de la humedad y materia seca en el influente (1Bi) del digestor anaerobio de 1ª fase …………………………..………………………………. 164. Gráfico 5.8 Evolución de los ST, SV y SF en el influente (1Bi) del digestor anaerobio de 1ª fase ………………………………………………………………………... 165. ÍNDICE —XXV—.

(28) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Gráfico 5.9 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el influente (1Bi) del digestor anaerobio de 1ª fase …………………………………………………. 167. Gráfico 5.10 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el efluente del digestor de la 1ª fase ……………………………………………………………………... 169. Gráfico 5.11 Evolución de la humedad y materia seca en el efluente (1Be) del digestor anaerobio de 1ª fase …………………………………………………. 171. Gráfico 5.12 Evolución de los ST, SV y SF en el efluente (1Be) del digestor anaerobio de 1ª fase ………………………………………………………………………. 172. Gráfico 5.13 Evolución de la humedad y materia seca en el influente (2Bi) del digestor anaerobio de 2ª fase …………………………………………….……………... 179. Gráfico 5.14 Evolución de los ST, SV y SF en el influente (2Bi) del digestor anaerobio de 2ª fase …………………….………………………………………………….. 180. Gráfico 5.15 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el influente (2Bi) del digestor anaerobio de 2ª fase ……………………………………..………….. 182. Gráfico 5.16 Evolución de la humedad y materia seca en el efluente (2Be) del digestor anaerobio de 2ª fase …………………………………...................... 184. Gráfico 5.17 Evolución de los ST, SV y SF en el efluente (2Be) del digestor anaerobio de 2ª fase ………………………………………………………………………. 185. Gráfico 5.18 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el efluente (2Be) del digestor anaerobio de 2ª fase …………………………………………………. 187. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Gráfico 6.1 Evolución de la temperatura y el pH en el digestor anaerobio de etapa única ………………………………..……………………………………...……. ÍNDICE —XXVI—. 252.

(29) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Gráfico 6.2 Evolución de la acidez volátil, alcalinidad y relación AV/Alc en el digestor anaerobio de etapa única ……………………………………………. 253. Gráfico 6.3 Evolución de la humedad en influente y efluente en el digestor anaerobio de etapa única ………………………………………………………................. 254. Gráfico 6.4 Evolución de la materia seca en influente y efluente en el digestor anaerobio de etapa única …………………………………………………….... 254. Gáfico 6.5 Evolución de los sólidos totales en influente y efluente en el digestor anaerobio de etapa única …………………………………………………..….. 255. Gráfico 6.6 Evolución de los sólidos volátiles en influente y efluente en el digestor anaerobio de etapa única …………………………………………………….... 256. Gráfico 6.7 Evolución de los sólidos volátiles en influente y efluente, y sólidos volátiles eliminados (R+i–e) en el digestor anaerobio de etapa única ........ 257. Gráfico 6.8 Kg/L/día de sólidos volátiles acumulados en la eliminación en el digestor anaerobio de etapa única ………………………………………..…………….. 257. Gráfico 6.9 Evolución de los sólidos fijos en influente y efluente en el digestor anaerobio de etapa única …….................................................................... 258. Gráfico 6.10 Evolución de la materia orgánica en influente y efluente en el digestor anaerobio de etapa única …………………………………………………….... 259. Gráfico 6.11 Evolución de la materia inorgánica en influente y efluente en el digestor anaerobio de etapa única …………………………………………………….... 259. Gráfico 6.12 Producción de biogás en el digestor anaerobio de etapa única ……..……. 260. Gráfico 6.13 Composición del biogás en el digestor anaerobio de etapa única ……..…. 261. Gráfico 6.14 Evolución de la temperatura y el pH en el digestor anaerobio de 1ª fase ... 262. ÍNDICE —XXVII—.

(30) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Gráfico 6.15 Evolución de la acidez volátil, alcalinidad y relación AV/Alc en el digestor anaerobio de 1ª fase ………………………………….………………………... 263. Gráfico 6.16 Evolución de la humedad en influente y efluente en el digestor anaerobio de 1ª fase ………………………………...…………………………...………... 264. Gráfico 6.17 Evolución de materia seca en influente y efluente en el digestor anaerobio de 1ª fase ………………………………….………………………... 265. Gráfico 6.18 Evolución de los sólidos totales en influente y efluente en el digestor anaerobio de 1ª fase ………………………………….………………………... 266. Gráfico 6.19 Evolución de los sólidos volátiles en influente y efluente en el digestor anaerobio de 1ª fase ………………………………….………………………... 267. Gráfico 6.20 Evolución de los sólidos volátiles en influente y efluente, y sólidos volátiles eliminados (R+i–e) en el digestor anaerobio de 1ª fase ………..... 267. Gráfico: 6.21 Kg/L/día de sólidos volátiles acumulados en la eliminación en el digestor anaerobio de 1ª fase ……………………………………………..…………….. 268. Gráfico 6.22 Evolución de los sólidos fijos en influente y efluente en el digestor anaerobio de 1ª fase ……………………………………………..…………….. 269. Gráfico 6.23 Evolución de la materia orgánica en influente y efluente en el digestor anaerobio de 1ª fase ……………………………………………..…………….. 270. Gráfico 6.24 Evolución de la materia inorgánica en influente y efluente en el digestor anaerobio de 1ª fase ……………………………………………..…………….. 271. Gráfico 6.25 Evolución de la temperatura y del pH en el digestor anaerobio de 2ª fase ………………………………………………………………………... 272. Gráfico 6.26 Evolución de la acidez volátil, alcalinidad y relación AV/Alc en el digestor anaerobio de 2ª fase …………………………………………………..………. 274. ÍNDICE —XXVIII—.

(31) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Gráfico 6.27 Evolución de la humedad en influente y efluente en el digestor anaerobio de 2ª fase ……………………………..…………………………………………. 275. Gráfico 6.28 Evolución de la materia seca en influente y efluente en el digestor anaerobio de 2ª fase …………………………………………………...………. 275. Gráfico 6.29 Evolución de los sólidos totales en influente y efluente en el digestor anaerobio de 2ª fase ……………………………………………..……………. 276. Gráfico 6.30 Evolución de los sólidos volátiles en influente y efluente en el digestor anaerobio de 2ª fase ……………………………………..……………………. 277. Gráfico 6.31 Evolución de los sólidos volátiles en influente y efluente, y sólidos volátiles eliminados (R+i–e) en el digestor anaerobio de 2ª fase ………..... 278. Gráfico 6.32 Kg/L/día de sólidos volátiles acumulados en la eliminación en el digestor anaerobio de 2ª fase ……………………………………………..…………….. 278. Gráfico 6.33 Evolución de los sólidos fijos en el influente y efluente en el digestor anaerobio de 2ª fase ……………………………………………..…………….. 279. Gráfico 6.34 Evolución de la materia orgánica en influente y efluente en el digestor anaerobio de 2ª fase ……………………………………………………..……. 280. Gráfico 6.35 Evolución de la materia inorgánica en influente y efluente en el digestor anaerobio de 2ª fase ………………………………………………...…………. 281. Gráfico 6.36: Producción de biogás en el digestor anaerobio de 2ª fase ……………….... 282. Gráfico 6.37 Composición del biogás en el digestor anaerobio de 2ª fase ………..….... 283. Gráfico 6.38 Influencia de la aireación en la temperatura en el digestor aerobio 1 ...…. 285. ÍNDICE —XXIX—.

(32) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Gráfico 6.39 Influencia de la aireación en la temperatura en el digestor aerobio 6 ..….. 285. Gráfico 6.40 Influencia de la aireación en la temperatura en el digestor aerobio 9 ……. 286. Gráfico 6.41 Influencia de la aireación en la temperatura en el digestor aerobio 16 …... 286. Gráfico 6.42 Influencia de la aireación en la temperatura en el digestor aerobio 17 …... 287. Gráfico 6.43 Evolución de la temperatura del digestor aerobio 1. 288. Gráfico 6.44: Evolución de la humedad y de materia seca en el digestor aerobio 1 ……. 289. Gráfico 6.45 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 1 ..... 290. Gráfico 6.46 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 2 ………...……………. 290. Gráfico 6.47 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 2 ……….. 292. Gráfico 6.48 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 2 ..... 292. Gráfico 6.49 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 3 …………...…………. 292. Gráfico 6.50: Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 3 ……….. 293. Gráfico 6.51 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 3 ..... 294. Gráfico 6.52: Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 4 …………...…………. 294. Gráfico 6.53 Evolución de la humedad y materia en el digestor aerobio 4 ……...…….... 295. Gráfico 6.54 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 4 ..... 296. ÍNDICE —XXX—.

(33) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Gráfico 6.55 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 5 ……………………. 298. Gráfico 6.56 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 5 ……….. 299. Gráfico 6.57 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 5 …. 300. Gráfico 6.58 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 6 …………..…………. 300. Gráfico 6.59 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 6 ……….. 301. Gráfico 6.60 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 6 ..... 302. Gráfico 6.61 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 7 ……………...………. 302. Gráfico 6.62 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 7 ……….. 303. Gráfico 6.63 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 7 ..... 304. Gráfico 6.64 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 8 …………………...…. 304. Gráfico 6.65: Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 8 ……….. 305. Gráfico 6.66 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 8 …. 306. Gráfico 6.67 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 9 …………………........ 307. Gráfico 6.68 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 9 ……….. 308. Gráfico 6.69 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 9 ..... 309. Gráfico 6.70 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 10 …………………….. 309. ÍNDICE —XXXI—.

(34) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Gráfico 6.71 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 10 …….... 310. Gráfico 6.72 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 10 ... 310. Gráfico 6.73 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 11 ………………..….... 311. Gráfico 6.74 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 11 ....…... 312. Gráfico 6.75 Evolución de la materia orgánica en el digestor aerobio 11 ……………….. 312. Gráfico 6.76 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 12 ………………..….... 313. Gráfico 6.77 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 12 …….... 314. Gráfico 6.78 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 12 ... 314. Gráfico 6.79 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 13 ………………..….... 316. Gráfico 6.80 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 13 …….... 317. Gráfico 6.81 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 13 ... 317. Gráfico 6.82 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 14 ………………..….... 318. Gráfico 6.83 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 14 …...…. 319. Gráfico 6.84 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 14 ... 319. Gráfico 6.85 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 15 ……………….……. 321. Gráfico 6.86 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 15 …….... 322. ÍNDICE —XXXII—.

(35) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Gráfico 6.87 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 15 ... 322. Gráfico 6.88 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 16 …………….………. 323. Gráfico 6.89 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 16 …….... 324. Gráfico 6.90 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 16 ... 324. Gráfico 6.91 Evolución de la temperatura en el digestor aerobio 17 …………….………. 325. Gráfico 6.92 Evolución de la humedad y materia seca en el digestor aerobio 17 …….... 326. Gráfico 6.93 Evolución de la materia orgánica e inorgánica en el digestor aerobio 17 ... 326. ÍNDICE —XXXIII—.

(36) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. ÍNDICE DE FIGURAS Página SITUACIÓN BIBLIOGRÁFICA Figura 3.1 Reacciones de descomposición de la materia orgánica de RSU que genera olores malolientes ……………………………………………………... 22. Figura 3.2 Camión compactador de carga trasera para la recogida de RSU ………... 27. Figura 3.3 Diferentes tipos de contenedores de RSU …………………………………... 28. Figura 3.4 Vertedero de Munhava Matope en Beira (Mozambique). Vista 1 …………. 31. Figura 3.5 Vertedero de Munhava Matope en Beira (Mozambique). Vista 2 …………. 32. Figura 3.5 Ciclo aerobio en la descomposición de la materia orgánica ……………….. 64. Figura 3.6 Ciclo anaerobio en la descomposición de la materia orgánica ……………. 65. METODOLOGÍA Figura 4.1 Esquema del digestor anaerobio de etapa única mesofílica ………………. 94. Figura 4.2 Esquema del digestor anaerobio de 2ª fase mesofílica …………………….. 95. Figura 4.3 Conjunto de digestores utilizados en la digestión anaerobia ………………. 95. Figura 4.4 Conexión entre soplantes y tubos conductores del aire ……………………. 96. Figura 4.5 Soplantes de aire para los digestores aerobios ……………………………... 97. Figura 4.6 Conjunto de digestores aerobios …………………………………………….... 97. ÍNDICE —XXXIV—.

(37) OPTIMACIÓN DEL COMPOSTAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN PROCESO EN SERIE ANAEROBIO–AEROBIO. Figura 4.7 pHmetro utilizado ……………………………………………………………….. 99. Figura 4.8 Residuos de comedor antes de la separación de las fracciones ………….. 100. Figura 4.9 Fracción orgánica de residuos después de la separación …………………. 100. Figura 4.10 Trituradora y proceso de trituración de residuos ……………………………. 101. Figura 4.11 Tamiz de 0,5 cm para la separación de partículas de residuos triturados…………………………………………………………….………….... 101. Figura 4.12 Balanza para pesar residuos ………………………………………………….. 102. Figura 4.13 Residuos procedentes de comedor destinados al compostaje ……………. 136. Figura 4.14 Césped fresco procedente de jardín destinado al compostaje …………….. 136. Figura 4.15 Césped seco, obtenido a partir del fresco, destinado al compostaje ……... 136. Figura 4.16 Hojas de árboles secas destinadas al compostaje ………………………….. 137. Figura 4.17 Multímetro digital con cable conductor de termopar tipo K ……………….... 134. Figura 4.18 Esquema de los componentes de la instalación de los digestores aerobios …................................................................................................... 135. ÍNDICE —XXXV—.

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(39) CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES.

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