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Equation Chapter 1 Section 1
Trabajo Fin de Máster
Máster de Ingeniería Ambiental
Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos
Industriales
Autor: Emilio Jarre Castro
Tutor: Emilia Otal Salaverri
Dep. de Ingeniería Química y Ambiental
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2015
iii
Trabajo Fin de Máster
Máster de Ingeniería Ambiental
Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos
Industriales
Autor:
Emilio Jarre Castro
Tutor:
Emilia Otal Salaverri
Profesor titular
Dep. de Ingeniería Química y Ambiental
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2015
v
Trabajo Fin de Máster: Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Autor: Emilio Jarre Castro
Tutor: Emilia Otal Salaverri
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:
Presidente:
Vocales:
Secretario:
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Sevilla, 2015
El Secretario del Tribunal
vii
A mi familia
A mis compañeros de máster
ix
AGRADECIMIENTOS
Uno de los sentimientos y valores morales presentes en el ser humano es sin duda la gratitud, y a la vez es
evidencia de que el aprendizaje obtenido ha sido logrado con esfuerzo y dedicación; en virtud de lo manifestado debo expresar mi agradecimiento a los siguientes:
A Dios por ser guía y dirección en mi vida.
A la universidad de Sevilla por permitirme culminar una meta más en mi camino profesional.
A mi tutora de trabajo de fin de máster, la Profesora Emilia Otal Salaverri por su esfuerzo y dedicación, quien
con sus conocimientos, experiencia, paciencia y motivación ha logrado que este trabajo llegue con éxito a su
final.
A mis compañeros del máster con quien he compartido aprendizajes que permitieron afianzar lazos de amistad
que con toda seguridad trascenderán en el tiempo.
Y a todas aquellas personas que de una u otra manera hicieron posible este éxito.
Emilio Jarre Castro
Estudiante de Máster de Ingeniería Ambiental
Sevilla, 2015
xi
RESUMEN
La gran cantidad de materia orgánica encontrada en los RSU, junto con su potencial de valorización en suelos
agrícolas, da lugar al diseño e implantación de una planta de compostaje situada en la Facultad de Ingeniería
Agrícola de la Universidad Técnica de Manabí (Ecuador) para el aprovechamiento de la fracción orgánica de
los RSU generados en la propia Universidad. La planta de compostaje, con un sistema abierto de pilas
volteadas, tratará una mezcla de residuos de (1) poda, (2) cáscaras de cítricos producidos por una empresa
agoindustrial de la provincia, y (3) la fracción orgánica de los RSU recogida selectivamente. Las cáscaras de
cítricos se someterán a un pretratamiento previo en un túnel de compostaje para facilitar su incorporación a las
pilas. La planta contará, además, con una balsa para la recogida de lixiviados y una zona para el afino del
compost producido antes de su paso a la etapa de maduración. Los resultados obtenidos indican que la planta
debe presentar una zona de compostaje de pilas de 435 m2, una zona de maduración con un sistema de pilas
sin volteo de 35 m2 y una balsa de lixiviados de 6,25 m3. El presupuesto total para la construcción y
adquisición de las instalaciones y equipos asciende a $ 117.606,92.
xiii
ABSTRACT
The large amount of organic matter found in MSW, with its recovery potential in agricultural soils, results in
the design and implementation of a composting plant at the Faculty of Agricultural Engineering at the
Technical University of Manabi (Ecuador) for the use of organic fraction of MSW generated in the University.
The composting plant, with an open system of flipped batteries, will treat a mixture of residues of (1) pruning,
(2) citrus peels produced by an agro industrial company in the province, and (3) the organic fraction of MSW
collected selectively. Citrus peels will be subjected to a previous pretreatment into composting tunnels to
facilitate its incorporation to the batteries. The plant also will feature a raft for leachate collection and an area
for the refining of compost produced before passing to the stage of maturation. The obtained results indicate
that the plant must submit a composting area of 435 m2 batteries, an area of maturation with a system of
batteries without turning of 35 m2 and a leachate pond of 6.25 m3. The total budget for the construction and
acquisition of facilities and equipment amounted to $ 117,606.92.
xv
ÍNDICE
ÍNDICE DE CONTENIDOS
1. Objetivos y Alcance................................................................................................................ 1
2. Memoria Descriptiva .............................................................................................................. 3
2.1 Introducción ............................................................................................................. 3
2.2 Definición de residuo sólido .................................................................................... 5
2.3 Procesos de tratamiento de residuos sólidos ............................................................ 5
2.4 Descripción de una planta típica de RSU ................................................................. 6
2.5 Proceso de compostaje ............................................................................................. 9
2.5.1 Compostaje de residuos cítricos .................................................... 9
2.5.2 Microbiología y bioquímica del compostaje ............................... 10
2.6 Materias primas........................................................................................................ 17
2.7 Factores que afectan al proceso de compostaje........................................................ 18
2.8 Criterios de calidad .................................................................................................. 21
2.8.1 Evaluación de la calidad del compost .......................................... 21
2.8.2 Indicadores de la estabilidad del compost ................................... 22
2.9 Ingeniería del proceso de compostaje ...................................................................... 24
2.9.1 Aspectos técnicos en el pretratamiento ........................................ 24
2.9.2 Clasificación de las tecnologías de compostaje ........................... 25
2.9.3 Tecnologías de compostaje .......................................................... 26
2.10 Marco legal aplicable .............................................................................................. 28
2.10.1 Marco legal de la Unión Europea ................................................ 28
2.10.2 Marco legal de España ................................................................. 29
2.10.3 Marco legal de Andalucía ............................................................ 29
2.10.4 Marco legal de Ecuador ............................................................... 30
3. Memoria de Cálculo ............................................................................................................. 33
3.1 Ubicación de la planta de compostaje ...................................................................... 33
3.2 Descripción de las materias primas .......................................................................... 33
3.3 Diseño y cálculo de la planta de compostaje ........................................................... 35
3.3.1 Descripción y cálculo de la zona de recepción ............................... 36
3.3.2 Cálculo del sistema de pretratamiento de los residuos de cítricos. .. 36
3.3.3 Cálculo del sistema de pilas ............................................................ 36
3.3.4 Cálculo del sistema de humificación de pilas, tuberías y bomba ........ 39
3.3.5 Descripción y cálculo de la zona de maduración ................................ 41
3.3.6 Descripción y cálculo de la zona de afino ........................................... 42
3.3.7 Descripción y cálculo de la balsa de lixiviados ................................... 42
3.3.8 Maquinaria y equipo empleados ......................................................... 43
4. Presupuestos de las instalaciones de la planta ........................................................................... 47
5. Referencias bibliográficas ......................................................................................................... 49
xvii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Tiempo y temperatura de inactivación de patógenos y parásitos (Campos et al., 2012). ......... 14
Tabla 2: Posibles fermentaciones anaeróbicas de la glucosa (Haug, 1993)............................................ 15
Tabla 3: Calor de combustión y requerimiento de oxígeno para algunos compuestos (Campos et al., 2012).
................................................................................................................................................................ 16
Tabla 4: Límites de concentración final de metales con respecto a la calidad final del compost. .......... 21
Tabla 5: Grados de estabilidad para el test de autocalentamiento (Brinton y col., 1995). ...................... 22
Tabla 6: Descripción de las Materias Primas (Fuente: Universidad Técnica de Manabí). ..................... 34
xix
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Mapa de niveles socioeconómicos Ecuador: A: Alto, B: Medio Alto, C+: Medio, C-: Medio Bajo, D:
Bajo. Fuente: Castillo (2012). ................................................................................................................. 4
Figura 2: Recepción de Residuos no recogidos selectivamente. ............................................................ 7
Figura 3: Envases PET prensados y embalados. .................................................................................... 7
Figura 4: Triaje Manual Secundario en una Planta de RSU. .................................................................. 8
Figura 5: Electroimán en una Planta de RSU. ........................................................................................ 8
Figura 6: Balsa exterior de Lixiviados. ................................................................................................... 8
Figura 7: Planta de Refino del Compost producido (Planta de Estepa). ................................................. 9
Figura 8: Esquema de un proceso de compostaje (Mohedo, 2002). ....................................................... 10
Figura 9: Etapas de catabolismo y anabolismo en la oxidación de la materia orgánica (Teijón y Garrido, 2009).
................................................................................................................................................................ 11
Figura 10: Representación de la evolución de la materia orgánica durante el compostaje (Sharma et al., 2006). ................................................................................................................................................................ 12
Figura 11: Sucesión microbiana en el proceso de compostaje (Moreno y Moral, 2008). ...................... 13
Figura 12: Influencia de la Temperatura en la Eliminación de Patógenos (Rosal, 2007). ...................... 19
Figura 13: Evolución de la Temperatura y el pH durante el proceso (Rosal, 2007). .............................. 20
Figura 14: Equipo para el Test de Autocalentamiento (Rosal, 2007). .................................................... 23
Figura 15: Sistema de Respirometria VECO (Rosal, 2007). .................................................................. 23
Figura 16: Evolución de la VECO máx (Rosal, 2007). .......................................................................... 23
Figura 17: Criba rotatoria en una Planta de RSU. .................................................................................. 24
Figura 18: Apilamiento con Volteo (Planta de Estepa). ......................................................................... 26
Figura 19: Túnel Estático de Aireación Forzada (Planta de Estepa). ..................................................... 27
Figura 20: Tambor Rotatorio para el proceso de Compostaje. ............................................................... 28
Figura 21: Localización de la Planta de Compostaje. ............................................................................. 33
Figura 22: Producción de RSU en la Universidad Técnica de Manabí. ................................................. 34
Figura 23: Caracterización de RSU de la Universidad Técnica de Manabí. .......................................... 34
Figure 24: Diagrama de flujo de la planta de compostaje en la Universidad Técnica de Manabí................................... 35
Figura 15: Dimensiones del Túnel de Compostaje de Residuos de Cítricos. ......................................... 37
xxi
Figura 26: Dimensiones de cada Pila de Compostaje. ........................................................................... 38
Figura 27: Curvas y Datos de Prestaciones de Bombas Centrífugas...................................................... 41
Figura 28: Dimensiones de la Balsa de Lixiviados. ............................................................................... 43
Figura 29: Biotrituradora BIO 510. ........................................................................................................ 45
Figura 30: Biotrituradora BOMATIC B600-V. ..................................................................................... 45
Figura 31: BOBCAT S70. ...................................................................................................................... 46
1
1 OBJETIVO Y ALCANCE
1.1 Objetivo General
El objetivo principal de este estudio es diseñar una planta de compostaje de residuos sólidos urbanos (RSU)
situada en la Facultad de Ingeniería Agrícola de la Universidad Técnica de Manabí (Ecuador) para producir un
compost de calidad aceptable para su aprovechamiento en los cultivos e invernaderos pertenecientes a esta
Facultad. Los RSU que procesará la planta provienen de las cafeterías de la Universidad Técnica de Manabí
mezclados con residuos cítricos producidos en una empresa agroindustrial de Ecuador.
1.2 Objetivos Específicos
Entre los objetivos específicos de este estudio destaca:
Minimización de la cantidad de residuos, principalmente de la fracción orgánica, destinada a
vertedero, dado que esta fracción de los residuos sólidos es la que tiene mayor potencial de
valorización y reciclaje.
Producción de compost a partir de la materia orgánica en el proceso de compostaje para su utilización
en cultivos y regeneración de suelos degradados como enmienda orgánica.
Aprovechamiento de las instalaciones de la planta de compostaje para labores de docencia e
investigación por parte del personal de la Facultad.
1.3 Alcance del estudio
El trabajo contempla el cálculo de todas las instalaciones necesarias para la ejecución y funcionamiento del
proceso de compostaje de una planta de residuos sólidos urbanos. El tipo compostaje elegido para la
valorización de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos es un sistema abierto de pilas volteadas
mediante palas cargadoras, por ser la forma más económica de producir compost a partir de las cantidades de
residuos existentes y el espacio disponible.
El proceso de compostaje en la planta, que se describe a lo largo del estudio, consta de:
- Acondicionamiento del residuo mediante trituración para aumentar el rendimiento del proceso.
- Transporte del residuo en el interior de la planta, es decir, entre los distintos equipos y zonas en los
que se desarrolla el proceso.
- Tecnología de compostaje utilizada, en este caso pilas volteadas.
- Equipos y maquinaria empleados.
- Presupuestos de las instalaciones y equipos.
Objetivo y Alcance
2
Este estudio tan sólo detalla los aspectos preliminares más importantes en el estudio del diseño de una planta
de compostaje desde la recepción del residuo a tratar hasta la producción de compost. Por lo que no contempla
lo siguiente:
- Gestión, valorización y tratamiento de los residuos y subproductos del proceso de compostaje.
- Métodos de recogida y obtención de las materias primas.
- Conservación, transporte y método de aplicación del compost sobre el suelo y los cultivos.
3
2 MEMORIA DESCRIPTIVA
2.1 Introducción
La producción de residuos es inherente a la actividad humana. Sin embargo, mientras que en otro tiempo el
volumen y características de los residuos permitían su asimilación por la naturaleza, actualmente, el aumento
en la cantidad de residuos producidos y la modificación de sus características se han convertido en grave
problema de eliminación para la sociedad y para la conservación del medio ambiente.
En la actualidad, la producción y tipo de residuos depende del tamaño de la población, de manera que, las
grandes sociedades de consumo de países desarrollados generan mayor cantidad de residuos que las
sociedades de países subdesarrollados, por lo que, cualquier sociedad en vías de desarrollo económico y
poblacional va a incrementar su producción de residuos y, por lo tanto, va a necesitar nuevos planes de gestión
y tratamiento eficaces.
En Ecuador, existe una gestión deficiente del servicio para la recogida de residuos sólidos. Desde el año 2002
a 2010, la situación nacional no había variado significativamente, puesto que de un total de 221 municipios,
160 disponían sus residuos en vertederos de cielo abierto, provocando serios problemas medioambientales en
importantes recursos como el agua, el suelo, el aire o el paisaje. El resto de municipios, disponían de
insuficientes infraestructuras técnicas para llevar a cabo la gestión de sus residuos en vertederos parcialmente
controlados (Figura 1).
Memoria Descriptiva
4
Figura 1: Mapa de niveles socioeconómicos Ecuador: A: Alto, B: Medio Alto, C+: Medio, C-: Medio Bajo, D: Bajo. Fuente:
Castillo (2012).
En la actualidad, tan sólo el 84% de los residuos sólidos son recogidos en las grandes ciudades, siendo del
54% para las zonas rurales, por lo que la fracción no recolectada contribuye a la formación de pequeños
vertederos incontrolados. Además, sólo el 28% de los residuos generados son dispuestos en vertederos
controlados. El resto, 72%, acaba en terrenos baldíos o cuerpos de agua, con graves problemas de salud y
medio ambiente para la población de la zona.
Actualmente en el país, la producción de residuos sólidos es de 4,14 millones de toneladas al año, con una
producción per cápita de 0,73 kg/ha. De tales residuos, la fracción mayoritaria corresponde a la materia
orgánica (61%), seguida de plástico (11%) y papel/cartón (9%), mientras que las fracciones menores
corresponden a vidrio (3%) y metal (2%).
5 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Por lo tanto, los residuos sólidos producidos en Ecuador presentan un gran potencial de reciclaje y valorización
mediante tratamiento biológico por su alta carga de materia orgánica. Es por eso que este proyecto se
fundamenta generalmente en los diferentes tratamientos biológicos de la fracción orgánica de los residuos
sólidos, y en particular, sobre el tratamiento de compostaje que veremos detalladamente a lo largo de este
estudio.
2.2 Definición de residuos sólidos
Según la Ley 22/2011, de 28 de Julio, de residuos y suelos contaminados (España) define:
Residuo “es cualquier sustancia u objeto que su poseedor deseche o tenga la intención o la obligación
de desechar”, de acuerdo con la Lista Europea de Residuos (L.E.R.).
Los residuos domésticos comprenden los residuos generados en los hogares por las actividades
domésticas, y los residuos producidos en servicios e industrias similares a los anteriores. También
pertenecen a esta categoría los residuos procedentes de la limpieza urbana, zonas verdes, áreas
recreativas y playas, animales domésticos muertos y vehículos abandonados.
Los residuos comerciales son los “residuos producidos por la actividad comercial, al por mayor o al
por menor, de los servicios de restauración y bares, de las oficinas y de los mercados, así como el
resto del sector servicios”.
Biorresiduo como un “residuo biodegradable de parques y jardines, residuos alimenticios y de cocina
procedente de hogares, restaurantes, servicios de restauración colectiva y establecimientos de venta al
por menor”. Los biorresiduos conformarían la fracción orgánica de los residuos urbanos.
Compost es una “enmienda orgánica obtenida a partir del tratamiento biológico aerobio y termófilo de
residuos biodegradables recogidos separadamente. No se considerará compost el material orgánico
obtenido de las plantas de tratamiento mecánico biológico de residuos mezclados, que se denominará
material bioestabilizado”.
2.3 Procesos de Tratamiento de Residuos Sólidos
Actualmente existen diferentes métodos de tratamiento físico, térmico y biológico de residuos sólidos, bien
para su aprovechamiento energético y/o agrario, o por el contrario, para depositarlos en zonas habilitadas.
Entre estos podemos destacar:
Deposición en vertedero
La deposición en vertedero es la colocación controlada de los residuos compactados sobre un área de terreno
habilitada para ello, depositándolos en capas de poco espesor. Cada capa se recubre de suelo para evitar la
contaminación y favorecer la fermentación de la materia orgánica (Arcos et al., 2008).
Se definen 3 tipos de vertederos o celdas independientes dentro de un mismo vertedero:
Memoria Descriptiva
6
a) Residuos peligrosos. Sólo contendrán residuos peligrosos.
b) Residuos inertes. Admitirán materiales de construcción y residuos industriales no peligrosos.
c) Residuos no peligrosos. Contendrán residuos sólidos urbanos, residuos no peligrosos que cumplan
criterio de admisión, y residuos peligrosos estabilizados.
Incineración
La incineración es un proceso térmico de oxidación química de los residuos sólidos que se utiliza,
principalmente, para la reducción en volumen y la recuperación energética. Los residuos sólidos son
transformados en productos finales gaseosos y sólidos con la simultánea producción de energía calorífica.
Entre los productos finales de la incineración destacan, los gases de combustión, compuestos de nitrógeno,
dióxido de carbono y vapor de agua, y los sólidos (cenizas). Su principal desventaja es la posible emisión de
los gases de combustión a la atmósfera.
Biometanización
La biometanización o digestión anaerobia es un proceso biológico de degradación de los residuos orgánicos en
ausencia de oxígeno. Los productos finales de la biometanización son el biogás, compuesto principalmente por
metano (50%-70%) y dióxido de carbono (30%-40%), y un producto sólido altamente fertilizante.
Aunque puedan utilizarse la fracción orgánica de RSU para llevar a cabo este proceso, es más común la
aplicación de residuos agrícolas y lodos de depuradora. Su principal desventaja es la posible emisión de
metano a la atmósfera si el material no ha sido digerido en su totalidad.
Compostaje
El compostaje es el proceso biológico aerobio más utilizado en la degradación de la fracción orgánica de RSU.
El producto final del compostaje es un material húmico higienizado y estabilizado denominado compost. El
compostaje se puede llevar a cabo también mezclando RSU y poda, o RSU y lodos de depuradora.
2.4 Descripción de una planta típica de RSU
Las plantas de compostaje disponen de varias líneas de tratamiento de residuos según el sistema de recogida y
clasificación urbana, basura no seleccionada o residuos de recogida selectiva. La fracción orgánica, por lo
general, procede de la basura no seleccionada (Figura 2).
7 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Figura 2: Recepción de Residuos no recogidos selectivamente.
La primera etapa de una planta de compostaje es la descarga de los residuos urbanos, envases, papel-cartón,
vidrio y basura no recogida selectivamente, en sus respectivas líneas de tratamiento. Los residuos procedentes
de la recogida selectiva pasan por un triaje manual en el cual se separan las distintas fracciones anteriormente
mencionadas. A continuación, cada una de las fracciones son prensadas y, recicladas o depositadas en el
vertedero (Figura 3).
Figura 3: Envases PET prensados y embalados.
Los residuos orgánicos, que proceden generalmente de la basura no selectiva, pasan por un triaje primario en
el cual son extraídas las fracciones voluminosas. Luego pasan por una criba rotatoria (trómmel) de 150 mm de
luz dotada en su interior de ganchos para la rotura de las bolsas. Las fracciones mayores de 150 mm pasan a
través de un triaje secundario manual para separar los envases para su empaquetamiento y reciclado.
Memoria Descriptiva
8
Figura 4: Triaje Manual Secundario en una Planta de RSU.
El material cribado es conducido al electroimán y a las corrientes de Foucault para separar los metales férricos
y no férricos respectivamente, y el resto pasa al sistema de compostaje. Durante la fase de compostaje, los
lixiviados que puedan aparecer son recogidos en una balsa exterior. Una vez el material ha terminado de
compostar, pasa a la planta de refino.
En ésta, el material es introducido en un trómmel de separación de 10 mm de luz, y el cernido es conducido a
una mesa densimétrica, con un fondo inclinado y vibratorio, para su separación en función de la densidad y el
tamaño. La fracción más gruesa es rechazada y el compost resultante es trasladado a una zona final de
maduración (Figura 5).
Figura 5: Electroimán en una Planta de RSU. Figura 6: Balsa exterior de Lixiviados.
9 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Figura 7: Planta de Refino del Compost producido (Planta de Estepa).
2.5 Proceso de Compostaje
El compostaje es un proceso biológico, aerobio, dinámico y, por lo tanto, termófilo, que para llevarse a cabo se
precisa: materia orgánica, microorganismos y unas condiciones ambientales óptimas para que este proceso de
desarrollo con una elevada eficiencia. Las condiciones ambientales en las que se desarrolla el proceso están en
constante cambio, como resultado de la acumulación de subproductos de la misma actividad.
Un proceso de compostaje bien controlado y aplicado a los materiales adecuados, permite reducir la humedad,
el peso y el volumen de los residuos tratados. Además, produce compost, un producto estabilizado,
almacenable y utilizable en suelos agrícolas para mejorar la infiltración y retención de agua, disminuir las
diferencias de temperatura, reducir la erosión y aportar nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas.
El compostaje comienza con la entrada de residuos orgánicos, todos ellos colonizados por microorganismos
que al tener las condiciones ambientales adecuadas se reproducen y favorecen la aparición de nuevas
comunidades microbianas. A partir del incremento de la actividad biológica, aumenta la temperatura del
material, provocando la higienización del compost final. La higienización cumple tres objetivos básicos:
prevenir el crecimiento de patógenos durante el proceso, destruir los existentes, y evitar la recolonización por
los mismos. Sin embargo, una excesiva temperatura podría limitar la actividad microbiana. Por eso, la
aireación tiene la función, además de aportar oxígeno, de reducir la temperatura del material.
2.5.1 Compostaje de residuos cítricos
Los residuos de cítricos son residuos orgánicos susceptibles de biodegradarse en cualquier proceso de
compostaje. Sin embargo, conviene que el pH de la materia prima sea lo más neutro posible puesto que los
microorganismos responsables de la degradación de la materia orgánica no toleran valores muy alejados del 7.
Si esto se produce, el proceso se detendría o se ralentizaría notablemente.
Por lo general, los residuos de cítricos suelen aportar valores bajos de pH al ser ricos en ácidos orgánicos, de
manera que se ponen en riesgo las condiciones óptimas de trabajo de los microorganismos que descomponen
Memoria Descriptiva
10
los restos orgánicos. Por lo que para compensar esta acidez, tales residuos se suelen mezclar con residuos de
pH complementario o se someten a un proceso de pretratamiento. No obstante, los ácidos orgánicos favorecen
la lixiviación de metales pesados (Rosal, 2007), y son una excelente fuente de fósforo y potasio.
Por otra parte, la descomposición de la lignina en un ambiente ácido es un proceso complicado sólo realizado
por microorganismos específicos del género penicillium sp. Estos microorganismos son capaces de degradar la
lignina tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas, a la vez que van consumiendo gran parte de los
ácidos orgánicos neutralizando levemente el pH. Sin embargo, la mayoría de estas especies producen una
sustancia antibiótica durante el proceso de colonización, por lo que es recomendable iniciar el proceso de
compostaje en lugar apartado y luego mezclarlos con el resto de los residuos.
2.5.2 Microbiología y bioquímica en el compostaje
El material a compostar constituye un ecosistema donde las diversas poblaciones microbianas formadas por
bacterias, hongos y actinomicetos, degradan la materia orgánica en presencia de oxígeno generando un
compost estable e higienizado junto con gases, agua y calor como subproductos de metabolismo celular.
El tipo de microorganismo existente en la pila de compostaje variará en función del estado en el que se
encuentre el proceso, es decir, dependerá de las condiciones nutricionales y ambientales generadas a partir de
sus propias actividades (Figura 8).
Figura 8: Esquema de un proceso de compostaje (Mohedo, 2002).
Microorganismos beneficiosos durante el compostaje
Durante la producción de compost, los microorganismos quimioheterótrofos utilizan la materia orgánica como
fuente de carbono y energía en presencia de oxígeno, a través de rutas metabólicas, para generar grandes
cantidades de poder reductor y energía en forma de ATP. Parte de esta energía generada se disipa en forma de
calor, por lo que es importante que el material tenga una estructura apilada y una cantidad mínima de sustrato.
En las Figuras 9 y 10 se observa las distintas etapas de la respiración aeróbica llevada a cabo por los
microorganismos y la evolución de la materia orgánica a lo largo del compostaje.
11 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Figura 9: Etapas de catabolismo y anabolismo en la oxidación de la materia orgánica (Teijón y Garrido, 2009).
Memoria Descriptiva
12
La reacción global se muestra en la ecuación 1.
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O ΔG = -667 kcal/mol. (1)
Figura 10: Representación de la evolución de la materia orgánica durante el compostaje (Sharma et al., 2006).
A consecuencia de estas condiciones, parte del calor queda retenido por el material y se produce un efecto de
retroalimentación, es decir, la temperatura va incrementándose dentro de ciertos niveles que aceleran las
actividades metabólicas de los microorganismos, favoreciendo la producción de más calor. La temperatura
seguirá aumentando hasta alcanzar niveles térmicos perjudiciales para la viabilidad de la mayoría
microorganismos, lo cual ocurre a una temperatura aproximada de 60 ºC.
En esta temperatura sólo sobreviven algunos microorganismos cuya actividad biológica no puede sustentar los
niveles de temperatura y, por lo tanto, comienza la fase de enfriamiento (Moreno y Moral, 2008).
La alta variación de la temperatura durante el compostaje favorecen la sucesión de las poblaciones
13 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
microbianas, permiten eliminar microorganismos patógenos, y modifican las propiedades fisicoquímicas del
sustrato. En relación a estos cambios de temperatura y las actividades metabólicas predominantes, en el
proceso de compostaje se pueden observar cuatro fases: fase mesófila (10-42 ºC), fase termófila (45-70 ºC),
fase de enfriamiento y fase de maduración. En la Figura 11 se puede observar las distintas poblaciones
microbianas a lo largo de las cuatro fases que componen el proceso de compostaje.
Figura 11: Sucesión microbiana en el proceso de compostaje (Moreno y Moral, 2008).
Microorganismos perjudiciales durante el compostaje
Durante el compostaje los malos olores son producidos por la generación de compuestos orgánicos volátiles
(COV) y amoniacales. Ambos son productos del metabolismo microbiano, y son indicadores de rutas
biológicas microbianas no deseadas como consecuencia de fallos de operación o de preparación del sustrato
(Tabla 1).
Memoria Descriptiva
14
Tabla 1: Tiempo y temperatura de inactivación de patógenos y parásitos (Campos et al., 2012).
Los COV son productos procedentes de diferentes rutas metabólicas microbianas y pueden ser residuales o
sustancias señal. Normalmente se producen en condiciones anaerobias durante las primeras fases del
compostaje, donde el consumo de oxígeno es más alto. Las bacterias son las principales organismos que
generan estos compuestos, en especial las bacterias productoras de ácido láctico (Lactobacillus lactis y L.
citreum), aunque existen hongos que también pueden estar implicados.
La producción de amoníaco está más relacionada con un exceso de compuestos nitrogenados en el material de
sustrato que a procesos anaerobios. Las transformaciones químicas que sufre el N durante el compostaje
vienen dadas por reacciones de amonificación (2), nitrificación (3) y (4), y desnitrificación (5).
R-NH2 + H2O NH3 + R-OH (2)
2NH4+ + 3O2 NO2
- + 2H2O + 2H+ (3)
2NO2- + O2 2NO3
- (4)
2NO3- + 10e- + 12H+ N2 + 6H2O (5)
15 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Una baja relación C/N favorece la emisión de amoníaco tanto en condiciones aerobias como anaerobias,
principalmente durante la fase termófila. El amoníaco emitido en esta fase es producido mediante reacciones
catabólicas de compuestos nitrogenados y a partir de la proteólisis llevada a cabo por bacterias Bacillus
circulans (Moreno y Moral, 2008).
Si se producen condiciones anaerobias, la oxidación de la materia orgánica tiene lugar mediante otros
compuestos inorgánicos que llevan a cabo el papel de aceptores de electrones tales como SO42-, NO3
-, NO2- y
CO2.
C6H12O6 + SO42- + 6H+
6CO2 + 6H2O + 3H2S (6)
C6H12O6 3CH4 + 3CO2 (7)
Tabla 2: Posibles fermentaciones anaeróbicas de la glucosa (Haug, 1993).
Por otro lado, muchos materiales de partida utilizados para producir compost pueden presentar virus, bacterias
y hongos patógenos como parte de la microbiota natural. La mayor parte de estos patógenos son eliminados a
lo largo del proceso de compostaje, mediante complejas interacciones microbianas entre las que destacan:
- Las altas temperaturas alcanzadas durante la fase termófila.
- La producción de compuestos fenólicos durante la degradación de los materiales lignocelulósicos, y
que actúan como compuestos antimicrobianos.
- La actividad lítica de determinadas enzimas producida por algunos microorganismos.
- La producción de antibióticos microbianos por determinados microorganismos.
- La competencia existente entre los patógenos y los microorganismos por los nutrientes del medio.
La materia orgánica contenida en el material de partida es transformada en condiciones aerobias, mediante
reacciones catalizadas por enzimas microbianas, a moléculas orgánicas e inorgánicas más sencillas. La
descomposición de la materia orgánica produce calor, CO2, H2O y humus, compuesto formado por
macromoléculas formadas a partir de la degradación de los compuestos orgánicos y cuya característica
principal es su resistencia a la descomposición.
Memoria Descriptiva
16
La humificación es un proceso básico para el desarrollo y producción de compost, y a medida que pasa el
tiempo la concentración de sustancias húmicas aumenta, por lo que los parámetros asociados a la humificación
son utilizados para determinar el grado de madurez y estabilidad.
Requerimientos nutricionales y biotransformación
A causa de la gran diversidad microbiana cualquier compuesto que exista en la naturaleza, puede ser utilizado
como nutriente por algún microorganismo determinado, por lo que cualquier producto natural puede ser
transformado durante el proceso de compostaje. En la Tabla 3 se pueden apreciar algunos compuestos
orgánicos susceptibles de ser oxidados, junto con el calor de combustión y requerimiento de oxígeno para tal
fin.
Tabla 3: Calor de combustión y requerimiento de oxígeno para algunos compuestos (Campos et al., 2012).
La mayor parte de los microorganismos metabolizan una serie de micro y macronutrientes en formas químicas
sencillas, para que puedan atravesar la membrana celular mediante algún mecanismo de transporte. Estos
nutrientes esenciales para el crecimiento microbiano y la producción de energía son metabolizados por
enzimas intracelulares presentes en un gran número de microorganismos. Sin embargo, cuando las fuentes de
nutrientes provienen de polímeros de origen vegetal o animal, es necesaria su degradación a monómeros
básicos mediante enzimas hidrolíticas extracelulares (Ecuaciones 8 y 9), que son producidas sólo por
determinadas especies de microorganismos, para que así puedan ser utilizadas por las restantes comunidades
microbianas.
C12H22O11 + H2O + invertasa C6H12O6 + C6H12O6 (8)
(C6H10O5)2n + H2O + endo ó exoglucanasas 2n (C6H12O6) (9)
La descomposición de la celulosa, uno de los polímeros más abundantes en la naturaleza, está catalizada por
las celulasas, que catalizan diversas reacciones durante la hidrólisis del polímero. Las celulasas, que
constituyen un sistema enzimático complejo, se pueden diferenciar en tres tipos: endoglucanasas,
exoglucanasas y β-glucosidasas. Las primeras en actuar son las endoglucanasas, cortando internamente las
cadenas de celulosa para producir oligosacáridos de diferentes tamaños. Las exoglucanasas producen glucosa
o celobiosa a partir de la celulosa o de los oligosacáridos de mayor tamaño. Por último, las β-glucosidasas
catalizan la degradación de la celobiosa y de los oligosacáridos de menor tamaño a glucosa.
17 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Sin embargo, para que se produzca una correcta degradación de la celulosa y hemicelulosa, polímero
estructuralmente diferente a la celulosa pero cuya degradación ocurre de manera similar, es necesaria la
descomposición de la lignina. La degradación de la lignina es un proceso de oxidación complejo e indirecto, y
en el caso de Phanerochaete chrysosporum, se generan agentes oxidantes para romper los enlaces de las
diferentes unidades de fenilpropano constituyentes de la lignina. La despolimerización de la lignina produce
un gran número de fenoles, ácidos y alcoholes aromáticos, algunos de los cuales se mineralizan y otros son el
origen de los compuestos húmicos, como es el caso de los compuestos fenólicos. Otros polímeros vegetales
como ceras o almidones son degradados más fácilmente por enzimas extracelulares.
Las proteínas son transformadas por proteasas y peptidasas que cortan los diferentes enlaces peptídicos
produciendo aminoácidos, que pueden ser utilizados por los microorganismos junto con los nitratos y el
amonio como fuente esencial de compuestos nitrogenados.
2.6 Materias primas
Residuos agrícolas
La mayor parte de los residuos procedentes de estos cultivos corresponden a los restos de cosecha de los
cereales mayoritarios (trigo, arroz y maíz), o en menor medida de los generados por el procesado de estos
productos agrícolas.
Los residuos de cereales se usan con frecuencia en ganadería para la alimentación de los animales, así como
también para la elaboración de la cama para el ganado. También se utiliza para la producción de compost
mediante co-compostaje con otros residuos. A menudo, los residuos de cosecha son quemados en el campo e
incorporados al suelo para aportar una cantidad materia orgánica, aunque su alta relación C/N puede provocar
deficiencias de nitrógeno.
Residuos ganaderos
El aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos ganaderos, tanto la materia orgánica como los
nutrientes, necesita la elaboración de planes adecuados de fertilización, basados en los requerimientos
nutricionales de los cultivos, evitando así la acumulación excesiva de estos materiales en el suelo con el
correspondiente riesgo de contaminación de aguas y suelo.
Los residuos ganaderos, estiércoles y purines, presentan una relación C/N baja, de manera que es posible
producir compost mediante co-compostaje de residuos agrícolas y ganaderos, aumentando así la
biodegradabilidad de los residuos procedentes de los cultivos, y evitando la posible contaminación de
estiércoles y purines.
Memoria Descriptiva
18
Lodos de depuradora
La reutilización de estos lodos es controvertida puesto que si bien poseen un gran potencial fertilizante para
suelos agrícolas, también presentan concentraciones elevadas de metales pesados, compuestos orgánicos
difícilmente degradables y patógenos.
Para poder utilizar el gran poder fertilizante contenido en este residuo, después de la digestión anaerobia, se
somete al proceso de compostaje para producir un material totalmente estabilizado e higienizado, listo para su
aplicación en la agricultura.
Residuos sólidos urbanos
El aprovechamiento de los residuos sólidos urbanos presenta un principal inconveniente, su heterogeneidad.
Sin embargo, la materia orgánica es, en casi todos los casos, el componente mayoritario, por lo que es posible
llevar a cabo el compostaje de estos residuos.
La gran cantidad de materiales de diferente composición dentro de los residuos sólidos urbanos provoca que,
actualmente, sea muy difícil su transformación a compost y su utilización en la agricultura, debido a la elevada
cantidad de metales pesados y compuestos de cloro que pueden llegar a presentar. También hay que destacar la
gran producción de fracción de rechazo que se origina a lo largo de todo el proceso, por lo que el rendimiento
final es bastante reducido.
Sin embargo, y a diferencia de los anteriores residuos, los residuos sólidos urbanos presentan un gran potencial
de reciclaje. La separación de los residuos en origen y la recogida selectiva proporcionarían un alto
rendimiento final en el proceso y una calidad de compost aceptable para su uso en los suelos agrícolas.
2.7 Factores que afectan al proceso de compostaje
Al tratarse de un proceso microbiológico es fundamental controlar los factores más importantes que afectan a
la vida de los microorganismos y al proceso de compostaje. Las variables del proceso son las siguientes:
Humedad
La humedad es fundamental para el desarrollo microbiano y, por consiguiente, para el proceso de compostaje,
ya que es el medio de transporte de las sustancias solubles que sirven de alimento para los microorganismos y
de los productos de desecho de las reacciones que tienen lugar durante el proceso. El valor óptimo de humedad
está entre el 40%-60%. Un valor por debajo del 30% reduce la actividad de los microorganismos, y un valor
por encima del 70% indica el desplazamiento del oxígeno por el agua, donde pueden aparecer condiciones
anaerobias. El exceso de humedad puede reducirse aumentando la aireación.
19 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Aireación
El oxígeno es un factor importante en el compostaje al tratarse de un proceso aerobio. Si el suministro de
oxígeno no es suficiente, aparecen condiciones anaerobias, produciendo sustancias causantes de malos olores y
disminuyendo la velocidad de descomposición. Por otro lado, una aireación excesiva puede causar una bajada
de temperatura y una pérdida de humedad. Durante la fase de maduración no se debe aportar aire, puesto que
un exceso de aireación puede dar lugar a la descomposición de los compuestos húmicos.
Temperatura
El proceso de compostaje es un proceso exotérmico, gracias al calor desprendido por los microorganismos que
hace aumentar la temperatura del material. Si las temperaturas son muy bajas, la actividad microbiana se verá
reducida y, si es demasiado alta, la actividad enzimática disminuye al igual que la solubilidad del oxígeno.
Durante el compostaje existen 4 fases en función de la temperatura alcanzada: Mesófila, Termófila,
Enfriamiento y Maduración. En la fase termófila, la actividad microbiana es máxima y, por tanto, tiene lugar la
eliminación de patógenos para animales y plantas. En la Figura 12, se puede ver la influencia de la temperatura
en la eliminación de patógenos, y el tiempo necesario para cada temperatura.
Figura 12: Influencia de la Temperatura en la Eliminación de Patógenos (Rosal, 2007).
pH
El pH es un factor determinante en la solubilidad y disponibilidad de los nutrientes para los microorganismos,
y en solubilidad de los metales pesados. De manera general, el pH variará a lo largo del proceso, entre los
valores 6-8’5, interviniendo en la capacidad máxima de degradación de cada especie de microorganismo.
Durante la primera etapa del proceso, el pH es ligeramente ácido por la presencia de ácidos orgánicos
procedentes de los hidratos de carbono. A lo largo del proceso, va aumentando por la presencia de los procesos
amonificantes, aunque para disminuir las pérdidas de nitrógeno, el pH no debería sobrepasar un valor de 8,5.
Memoria Descriptiva
20
En la Figura 13 se puede ver la evolución de la temperatura y el pH a lo largo del proceso, diferenciándose las
4 etapas del compostaje y los acontecimientos que en cada una de ellas tienen lugar.
Figura 13: Evolución de la Temperatura y el pH durante el proceso (Rosal, 2007).
Conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica depende en gran medida de la salinidad presente en los materiales de partida. Esta
salinidad puede provocar toxicidad en las plantas y, por lo tanto, debería controlarse para que el valor no
supere los 2000 µS/cm (Arcos et al., 2008).
La conductividad eléctrica normalmente aumenta a lo largo del proceso de compostaje debido a la
mineralización de la materia orgánica, hecho que produce un incremento en la concentración final de
nutrientes. Sin embargo, también puede tender a disminuir, si la humectación del material es excesiva, a causa
de los fenómenos de lixiviación.
Relación C/N
Los microorganismos utilizan normalmente 30 partes de C por cada parte de N para llevar a cabo una
adecuada actividad biológica. Por eso, se considera que la relación C/N óptima para el proceso de compostaje
es de 25-35.
La relación C/N influye de manera importante en la velocidad del proceso y en la pérdida de amoníaco durante
el compostaje, por lo que si la relación C/N es mayor de 40 la actividad microbiana disminuye debido a la
deficiencia en la disponibilidad de N para la síntesis proteica.
21 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Si por el contrario, la relación C/N es muy baja el compostaje es más rápido pero el exceso de N se desprende
en forma amoniacal, produciéndose una autorregulación en el intervalo C/N. Para un compost totalmente
maduro, la relación C/N es de 10-15.
2.8 Criterios de Calidad
La Ley 22/2011 define el compost como “enmienda orgánica obtenida a partir del tratamiento biológico
aerobio y termófilo de residuos biodegradables recogidos separadamente. No se considerará compost el
material orgánico obtenido a partir de las plantas de tratamiento mecánico y biológico de residuos mezclados,
que se denominará material bioestabilizado”.
El Compost es el resultado de la fase de maduración del proceso de compostaje dando lugar a un producto
estabilizado y semejante al humus. También debe ser un material inocuo, que pueda ser aplicado al suelo y los
cultivos sin ningún riesgo de daño, y nutritivo, pues presenta grandes beneficios como fertilizante (Delgado,
2012).
2.8.1 Evaluación de la calidad del compost
De acuerdo al Real Decreto 506/2013, sobre productos fertilizantes, las características principales de un
compost maduro deben ser las siguientes: Materia orgánica (35%), humedad (30%-40%), C/N (<20) y el 90%
del material debe pasar por una malla de 10 mm. Además establece el límite máximo de microorganismos para
salmonella (ausente en 25 g de producto) y Escherichia coli (<1000 NMP por gramo de producto).
Otra característica de calidad fundamental es el contenido en metales pesados que distingue el compost en 3
clases, A, B y C. En la Tabla 4 se pueden observar los valores límite para cada uno de los metales pesados en
función de la clase de compost que se desea obtener.
Tabla 4: Límites de concentración final de metales con respecto a la calidad final del compost.
Metal
Pesado
Límites de concentración
mg/kg de materia seca
Clase A Clase B Clase C
Cadmio 0,7 2 3
Cobre 70 300 400
Níquel 25 90 100
Plomo 45 150 200
Zinc 200 500 1000
Mercurio 0,4 1,5 2,5
Cromo 70 250 300
Cromo (VI) 0 0 0
Memoria Descriptiva
22
2.8.2 Indicadores de la estabilidad del compost
La estabilidad y madurez son otros indicadores para determinar la calidad del compost. La madurez está
relacionada con el potencial de crecimiento de las plantas, y la estabilidad está relacionada con la
biodisponibilidad de la materia orgánica y la actividad microbiana. Por lo que ambos son utilizados para
describir si un compost está preparado para su aplicación en el suelo sin que aquél pueda repercutir sobre las
características previas del medio (Rosal A., 2007).
La estabilidad de un compost puede averiguarse, generalmente, mediante respirometría o test de
autocalentamiento. Ambos miden la actividad microbiológica de la pila. En el test de autocalentamiento con
vaso Dewar (ver Figura 7), cuando la fase de maduración finaliza, la temperatura máxima del compost debería
alcanzar temperaturas cercanas a las ambientales.
Brinton y col. (1995), establecen 5 grados de estabilidad según el incremento de temperatura entre la
temperatura máxima de autocalentamiento y la temperatura ambiental. Los grados I y II corresponden a un
compost estable, los grados III y IV, a un compost activo, y el grado V corresponde a un compost fresco
(Tabla 5).
Tabla 5: Grados de estabilidad para el test de autocalentamiento (Brinton y col., 1995).
Incremento de la temperatura Grado de estabilidad
0-10ºC I
10-20ºC II
20-30ºC III
30-40ºC IV
> 40ºC V
Si un material inmaduro no presenta temperaturas elevadas posiblemente sea por: un exceso o falta de
humedad, o poca cantidad de material orgánico. Al aplicarse a muestras inmaduras puede dar lugar a
resultados erróneos, puesto que si la temperatura no aumenta puede que se deba a las condiciones anaeróbicas
que aparecen rápidamente dentro del vaso Dewar (Soliva y López, 2004). Los resultados pueden obtenerse al
cabo de 2 a 9 días de experimento (López y col., 2009). En la figura 14 se pueden apreciar cada una de las
partes del equipo utilizado en test de autocalentamiento.
23 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Figura 14: Equipo para el Test de Autocalentamiento (Rosal, 2007).
Por otro lado, las técnicas respirométricas más aceptadas en la actualidad para la medida de la estabilidad,
consisten en la medida de la respiración aerobia del O2 consumido durante la incubación de una muestra
sólida. Una de las técnicas utilizadas es el método VECO-SOUR (Velocidad Específica del Consumo de
Oxígeno), para el cual se establece un valor máximo de 1 mg O2/g SV · h, dispuesto por la comunidad
científica europea, para considerar el material totalmente estable (Dios, 2008). En las Figuras 15 y 16 se
pueden ver el equipo empleado para el método respirométrico VECO-SOUR y la evolución de la VECO máx
respectivamente.
Figura 15: Sistema de Respirometria VECO (Rosal, 2007).
Figura 16: Evolución de la VECO máx (Rosal, 2007).
Memoria Descriptiva
24
2.9 Ingeniería del proceso de compostaje
Una instalación de compostaje es un conjunto de diferentes operaciones que producen compost y una serie de
subproductos a partir de distintos materiales de partida. Por lo que, para conseguir un producto final en el
menor tiempo posible, es necesario controlar las variables que afectan al proceso de compostaje mediante un
sistema de compostaje acoplado en una instalación. El sistema de compostaje, ya sea abierto o cerrado, es sólo
una parte del conjunto, aunque sea la principal operación de la instalación.
2.9.1 Aspectos técnicos en el pretratamiento
El principal objetivo de este tratamiento es separar las distintas fracciones del material de entrada que
constituye el residuo a tratar para facilitar la reutilización, reciclaje o valorización de la materia orgánica. Por
lo tanto, la calidad del producto final depende en gran medida del grado de separación de cada una de las
fracciones.
Para llevar a cabo la retirada de las impurezas inorgánicas, áridos y metales que pueda arrastrar el flujo de
materia orgánica se utiliza una maquinaria específica combinada en la mayoría de las instalaciones con una
etapa de triaje o selección manual. Para la separación de las distintas fracciones, los tipos de sistemas de
cribado más utilizados en las plantas de compostaje son las cribas rotatorias. El residuo de entrada, al pasar por
la criba rotatoria, se separa en dos fracciones según el tamaño de los materiales presentes. La fracción de
rechazo se somete a un triaje manual clasificando los distintos materiales en plástico, vidrio, papel/cartón y
envases para facilitar su posterior reciclaje, y el cribado se expone a los equipos de separación de metales,
electroimán y corrientes de Foucault, antes de pasar al sistema de compostaje.
Figura 17: Criba rotatoria en una Planta de RSU.
Con posterioridad al tratamiento de compostaje, el material nuevamente atraviesa una criba rotatoria y/o mesa
densimétrica para separar los elementos inorgánicos que quedan, los cuales finalmente se destinan a vertedero.
25 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
2.9.2 Clasificación de las tecnologías de compostaje
Sistemas abiertos
Los sistemas abiertos son sistemas de baja inversión y tecnologías sencillas cuya principal característica es que
el material a compostar es apilado al aire libre, preferiblemente en suelos de hormigón con pendiente para la
recogida de lixiviados. El apilamiento al aire libre presenta el inconveniente de estar a merced de las
condiciones meteorológicas del momento, por lo que es más difícil controlar los factores y parámetros del
proceso de compostaje (Arcos et al., 2008).
Los sistemas abiertos pueden clasificarse en función del control del parámetro de aireación, en apilamiento con
volteo o apilamiento estático con aireación activa/pasiva. En el apilamiento con volteo, la aireación del
sustrato se realiza mecánicamente con una pala cargadora o una máquina volteadora. El apilamiento estático
no necesita volteo, salvo en caso de homogenización del material. La aireación pasiva consiste en la aireación
natural del material mediante el flujo de aire exterior proporcionado por el viento. La aireación activa consiste
en disponer el material en una plataforma con agujeros para insuflar aire al interior de la pila (Arcos et al.,
2008).
Sistemas cerrados
Los sistemas cerrados poseen sistemas de una mayor inversión y tecnologías más modernas para que el
material a compostar no esté nunca en contacto directo con el exterior. Los sistemas cerrados ofrecen un
control total sobre los parámetros del proceso de compostaje, sobre todo en la emisión de malos olores,
produciendo una descomposición más rápida y completa de la materia orgánica, que además las condiciones
meteorológicas y ambientales no pueden alterar.
Los sistemas cerrados pueden ser continuos (reactores verticales/horizontales, túneles, tambores-cilindros
rotatorios) donde el sustrato a compostar entra continuamente, o discontinuos (túneles estáticos, hileras) donde
el material entra una vez vaciado el reactor. La aireación siempre es forzada y el aire absorbido puede ser
recirculado en función de la concentración de oxígeno. Si no es así, pasa por un filtro antes de ser expulsado.
También se realiza la recogida de lixiviados hacia una balsa exterior.
Sistemas mixtos
Los sistemas mixtos combinan los sistemas abiertos y los sistemas cerrados. Normalmente, las primeras fases
del proceso de compostaje tienen lugar en sistemas cerrados para así acelerar la degradación de la materia
orgánica, y la fase de maduración tiene lugar en sistemas abiertos, generalmente en pilas o hileras volteadas.
Memoria Descriptiva
26
2.9.3 Tecnologías de compostaje
Pilas o hileras volteadas
Esta tecnología es la más simple y económica, y es la más utilizada, sobre todo, para la fase de maduración.
Los materiales se colocan en hileras o pilas de sección trapezoidal o triangular, cuya base debe ser de 3-4
metros y la altura de 2-2,5 metros.
Esta tecnología necesita de un programa regular y optimizado de volteos y riegos para asegurar las condiciones
óptimas de humedad, temperatura, aireación y homogeneización del material, garantizando así una correcta
fermentación e higienización de los residuos orgánicos. Por lo que, las máquinas volteadoras diseñadas
específicamente para tal fin, son preferibles al uso de palas cargadoras.
Sin embargo, al ser un sistema discontinuo, con continuas oscilaciones en los parámetros de humedad,
temperatura y aireación, no es el más adecuado para el desarrollo de las reacciones de descomposición de la
materia orgánica. De ahí que este proceso sea muy lento y aún con un adecuado programa de volteos y riegos
periódicos se necesite de 100-120 días para conseguir un compost totalmente estabilizado.
Figura 18: Apilamiento con Volteo (Planta de Estepa).
Pilas estáticas aireadas
En esta tecnología, el material se coloca sobre un conjunto de tubos perforados conectados a un sistema que
insufla aire a través de la pila. La aireación forzada suministra oxígeno al interior de la pila, enfriándola y
eliminado el vapor de agua, el CO2, y otros subproductos de la degradación biológica.
La altura media de las pilas oscila entre los 3-4 metros, aunque la altura y la anchura son muy variables en
función del equipo que forma las pilas, el peso y la estructura de los materiales utilizados para evitar la
compactación sobre los tubos perforados, por lo que, normalmente, se utilizan materiales homogéneos. El uso
de este tipo de residuo también se debe a la falta de homogeneización del material.
27 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
La humedad se debe mantener en unos niveles óptimos para el proceso de compostaje regulando el suministro
de aire si fuera necesario.
Aunque, por otro lado, los buenos controles de oxígeno y temperatura facilitan la rápida transformación
biológica de la materia orgánica en compost, el uso más eficiente del espacio y unos escasos requerimientos de
personal (Moreno y Moral, 2008).
Túneles estáticos
Este tipo de sistema implica la construcción de una serie de habitáculos de hormigón de unos 3 metros de
altura, 4-5 metros de ancho y 20-30 metros de fondo. Estos contenedores están dotados de sistemas de
aireación forzada, de sondas de temperatura, de humedad y nivel de oxígeno, recogida de lixiviados y gases, y
sistema de riego.
El tiempo de residencia que se le da a los residuos en este tipo de tecnología es de 2-6 semanas. Una vez
pasado este tiempo el producto se mantiene en maduración controlada durante 2-3 meses, con un programa
adecuado de riegos y volteos. Este sistema presenta numerosas ventajas, debido a que permite controlar de
manera exhaustiva las variables críticas del proceso de compostaje, así como controlar los gases que causan
los malos olores y recoger el lixiviado para su utilización en el riego dependiendo de la concentración de
metales pesados del mismo (Moreno y Moral, 2008).
Figura 19: Túnel Estático de Aireación Forzada (Planta de Estepa).
Tambores/cilindros rotatorios
El sistema de tambores utiliza reactores cilíndricos rotatorios de unos 3 metros de diámetro y de hasta 50 de
metros de longitud que giran lentamente a lo largo de su eje principal. El tambor rota, de forma continua,
volteando y agitando el material en su interior. Por un extremo se introduce el residuo a compostar, y por el
otro se recoge el material ya fermentado por gravedad.
Al igual que en los túneles estáticos, el control de las variables del proceso es total, pero en este caso la
garantía de higienización del material es superior debido al continuo volteo que sufre el residuo en el interior
de los tambores rotatorios. Los tiempos de tratamiento en este tipo de reactores suelen ser de 1-4 semanas,
Memoria Descriptiva
28
seguido de un tiempo de maduración para la estabilización final del producto. Sin embargo, su mayor
desventaja es su alto coste de inversión inicial en comparación a las tecnologías anteriormente descritas.
Figura 20: Tambor Rotatorio para el proceso de Compostaje.
2.10 Marco legal aplicable
2.10.1 Marco legal de la Unión Europea
El artículo 22 de la Directiva Marco de Residuos (2008/98/CE) establece expresamente a la Comisión “llevar a
cabo una evaluación sobre la gestión de los biorresiduos con vistas a realizar una propuesta legislativa si fuera
apropiado", y analizar “la oportunidad de establecer requerimientos mínimos para la gestión de los bio-
residuos y criterios de calidad para el compost y el digestato".
El deseo de la Comisión es establecer estándares mínimos de calidad para los biorresiduos y lodos destinados a
los suelos agrícolas, de acuerdo con la indicación de la Estrategia Temática de Suelos “de asegurar que se
obtiene el máximo beneficio de la recuperación de nutrientes a la vez que se limita la aportación de sustancias
peligrosas al suelo”.
Más allá de los objetivos, no vinculantes para los biorresiduos, del marco normativo vigente, el nuevo
mecanismo “Fin de Residuo” derivado de la Directiva Marco proveerá “una herramienta legislativa para
vincular los estándares de la UE sobre gestión de residuos, los procesos de tratamiento y la calidad de los
materiales reciclados, incluyendo el compost”.
29 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
2.10.2 Marco legal de España
La Ley 22/2011, de 28 de Julio, de residuos y suelos contaminados, declara que para obtener la autorización de
instalaciones de tratamiento de residuos no peligrosos se deben cumplir una serie de requisitos mínimos, entre
los que destacan:
- “Ser personas o entidades, públicas o privadas, titulares de la instalación en que se pretenda
realizar cualquiera de las operaciones que componen la gestión de los residuos, definidas en los
anexos I y II de la Ley 22/2011”.
- “Suscribir un seguro para cubrir las indemnizaciones debidas por muerte, lesión o enfermedad de las
personas, por daños en las cosas y los costes de reparación y recuperación del medio ambiente
alterado, en los términos definidos en el artículo 20.4 de la ley 22/2011”.
- “En el caso de que una instalación de gestión de residuos no supere los umbrales establecidos en
el apartado 5 del Anexo I de la Ley 16/2002, y por tanto no estén sometidos a trámite de
Autorización Ambiental Integrada (AAI), la instalación queda sometida al régimen de
autorización conforme al artículo 27 de la Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos
contaminados”.
“Además, la instalación requiere la obtención de la Licencia de Actividad municipal que debe
gestionarse ante el Ayuntamiento del término municipal en el que se emplaza la instalación”.
Los proyectos de instalaciones de tratamiento de residuos incluidos en los anexos I y II de la Ley 21/2013, 9 de
diciembre, de evaluación ambiental, deberán someterse a una evaluación ambiental o a una evaluación
ambiental simplificada con carácter previo a la autorización del mismo. Para ello deberán presentar el estudio
de impacto ambiental o el documento ambiental junto con el resto de documentación necesaria para la
tramitación de la autorización.
2.10.3 Marco legal de Andalucía
El Decreto 73/2012, de 22 de marzo, por el que se aprueba el Reglamento de Residuos de Andalucía, aclara de
manera más efectiva el concepto de residuo urbano. Según el Decreto 73/2012 tendrán la consideración de
residuos urbanos:
Los residuos domésticos generados en los hogares.
Los residuos domésticos derivados de las actividades comerciales y del resto de actividades del sector
servicios.
Los residuos procedentes de la limpieza urbana, zonas verdes, áreas recreativas y playas, los animales
domésticos muertos y los vehículos abandonados.
Los residuos domésticos derivados de las actividades industriales y los comerciales no peligrosos.
Por lo tanto, quedan excluidos del carácter de residuo urbano:
Memoria Descriptiva
30
Los residuos industriales.
Los residuos agrícolas.
Los residuos comerciales peligrosos.
Los residuos de construcción y demolición (RCD).
Los neumáticos fuera de uso (NFU).
Los lodos residuales de depuración.
Los vehículos al final de su vida útil (VFVU).
Los residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE) no domésticos.
Los residuos sanitarios de los grupos III, IV y V
Los residuos procedentes de explotaciones agrícolas y en particular, los plásticos agrícolas.
Las autorizaciones de tratamiento de residuos se integrarán en los procedimientos de autorización ambiental
integrada o autorización ambiental unificada, en los casos en que dichas actividades estén sujetas a dichos
procedimientos de prevención ambiental, de acuerdo con lo establecido en la Ley 7/2007, de 9 de julio, de
gestión integrada de la calidad ambiental, en su Anexo I, y en la Ley 22/2011.
2.10.4 Marco legal del Ecuador
El Decreto Nº 3.516 – Norma de Calidad ambiental para el manejo y disposición final de desechos sólidos no
peligrosos (Anexo 6 del Libro VI: De la Calidad Ambiental, del Texto Unificado de la Legislación Secundaria
del Ministerio del Ambiente), expone que un residuo es una “denominación genérica de cualquier tipo de
productos residuales, restos, residuos o basuras no peligrosas, originados por personas naturales o jurídicas,
públicas o privadas, que pueden ser sólidos o semi-sólidos, putrescibles o no putrescibles”.
El mismo Decreto especifica la diferencia entre residuo sólido y semi-sólido, aclarando que “se entiende por
desecho sólido todo sólido no peligroso, putrescible o no putrescible, con excepción de excretas de origen
humano o animal. Se comprende en la misma definición los desperdicios, cenizas, elementos del barrido de
calles, desechos industriales, de establecimientos hospitalarios no contaminantes, plazas de mercado, ferias
populares, playas, escombros, entre otros”. Mientras que el desecho semi-sólido “es aquél que en su
composición contiene un 30% de sólidos y un 70% de líquidos”.
Los desechos sólidos se pueden clasificar, según su procedencia, en:
Desechos sólidos domiciliarios.
Desechos sólidos comerciales.
Desechos sólidos de demolición.
Desechos sólidos de barrido de calles.
Desechos sólidos de limpieza de parques y jardines.
Desechos sólidos hospitalarios.
31 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Desechos sólidos institucionales.
Desechos sólidos industriales.
Desechos sólidos especiales.
Según el Plan Nacional de Gestión Integral de Desechos Sólidos (PNGIDS), uno de sus objetivos es clasificar
los residuos en dos tipos: Residuos Sólidos Urbanos, compuestos por los desechos sólidos domiciliarios,
comerciales, institucionales, industriales, de barrido de calles y de limpieza de parques y jardines, y Residuos
Sólidos Especiales, compuestos por los desechos sólidos de demolición, hospitalarios y peligrosos.
33
3 MEMORIA DE CÁLCULO
3.1 Ubicación de la planta de compostaje
La planta se ubicará dentro de los límites del terreno la Facultad de Ingeniería Agrícola de la Universidad
Técnica de Manabí. Dicha Facultad está localizada en la parroquia de Lodana, perteneciente al cantón de Santa
Ana, en la provincia de Manabí (Ecuador), al oeste de la República del Ecuador.
El terreno elegido, de 0,27 ha de extensión, se encuentra en la zona al norte de la Facultad de Ingeniería
Agrícola. Dicho terreno no se utiliza como suelo agrícola y está disponible para la implantación de cualquier
tipo de instalación. Junto a los terrenos transcurre un canal de agua para uso agrícola, el cual se puede emplear
para el riego de las pilas (Figura 21).
Figura 21: Localización de la Planta de Compostaje.
3.2 Descripción de las materias primas
Los residuos que se utilizarán en la fase de explotación de la planta de tratamiento serán residuos orgánicos
recogidos selectivamente procedentes de las cafeterías y bares de la Universidad Técnica de Manabí, residuos
de poda producidos por el mantenimiento de parques, jardines e invernaderos de dicha Universidad, y residuos
de cáscaras de cítricos generados en una industria agroalimentaria de producción de zumos.
Según los datos recogidos en la Universidad Técnica de Manabí, se producen aproximadamente 1.720
kg/semana de RSU, aproximadamente. La fracción orgánica corresponde a un 58% del total, por lo que se
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dispondrá de una masa total de 998 kg/semana de materia orgánica.
En la Figura 22 se muestran las cantidades de RSU generadas en la Universidad a lo largo de la semana,
mientras que en la Figura 23 se presenta la distribución de cada una de las fracciones contenidas en los
anteriores RSU.
Figura 22: Producción de RSU en la Universidad Técnica de Manabí.
Figura 23: Caracterización de RSU de la Universidad Técnica de Manabí.
Por otro lado, la Universidad también genera una cantidad aproximada de 2.500 kg de residuos de poda al
mes. La tercera fuente de RSU consiste en las cáscaras de cítricos provenientes de una industria
agroalimentaria que produce una cantidad cercana a los 22.000 kg/año. La caracterización de las materias
primas que se utilizarán en la planta se muestra en la Tabla 6. Los datos se han obtenido mediante análisis
fisicoquímicos en colaboración con el Laboratorio de Suelos de la Universidad Técnica de Manabí por tanto,
tienen las siguientes características:
Tabla 6: Descripción de las Materias Primas (Fuente: Universidad Técnica de Manabí).
Materia Prima Densidad (kg/m3) Humedad (%) pH C/N
Residuos orgánicos 840 70 6,32 15-20
Residuos de poda 310 25 6,27 30-150
Residuos de cítricos 570 60 4,1 20-25
0
100
200
300
400
500
Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes
kg d
e R
SU
Día de la Semana
5815
19
8
Materia orgánica
Papel/Cartón
Plásticos
Inertes
35 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Los residuos de poda presentan una relación C/N muy variable en función de su origen, por lo que para
optimizar el proceso de compostaje se utilizarán principalmente aquellos residuos de poda verdes, es decir,
hojas y tallos no leñosos, puesto que poseen la relación C/N más baja dentro del rango.
Además, estos residuos cumplirán la función de agente estructurante para proporcionar la porosidad necesaria
y, por consiguiente, una adecuada aireación de la pila.
3.3. Cálculo de instalaciones de la planta de compostaje
En la Figura 24 se presenta el diagrama de flujo de la planta de compostaje.
La base de cálculo empleada en este proyecto ha sido:
- RSU: 998 kg.
- Poda: 428 kg.
- Cáscaras de cítricos: 634 kg.
A estas cantidades se le ha añadido un 20% más, por seguridad y posibles ampliaciones de la Universidad
Figure 24: Diagrama de flujo de la planta de compostaje en la Universidad Técnica de Manabí.
El inicio del proceso comienza con la recepción de cada uno de los residuos transportados por camiones y
dispuestos en tolvas separadas. A continuación, son triturados y colocados en la era de compostaje en forma de
pilas. Los residuos de cítricos son pretratados en un tambor rotativo durante 24 horas antes de unirse a los
demás residuos en las pilas.
Cada pila de residuo es regada y volteada una vez por semana, depositándola en el lugar contiguo al que estaba
anteriormente. Una vez transcurrido el período de compostaje de 120 días, el material se introduce en una
criba rotatoria generando una corriente de compost junto con una fracción de rechazo. El compost se dispone
en la era de maduración durante 7 u 8 semanas hasta su completa humificación. El agua del riego de las pilas
es recogida en una balsa exterior de lixiviados y gestionada por una empresa ajena como residuo peligroso.
Memoria de Cálculo
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3.3.1 Descripción y cálculo de la zona de recepción
Los residuos deben tener un lugar de almacenamiento a la espera de entrar al proceso de compostaje. La forma
más económica es una nave, pues la carga a la línea del proceso se realiza mediante pala. Sin embargo, antes
deben someterse a un proceso de trituración, situado en la zona de recepción.
La nave de recepción debe tener capacidad para albergar cada uno de los residuos, teniendo en cuenta que son
apilados y, por lo tanto, la superficie utilizada es pequeña. El volumen ocupado por cada uno de los residuos
en función de la densidad expuesta en el apartado anterior es el siguiente:
- Espacio mínimo ocupado por residuos orgánicos: 1,44 m3.
- Espacio mínimo ocupado por residuos de poda: 1,9 m3.
- Espacio mínimo ocupado por residuos de cáscaras de cítricos: 1,44 m3.
3.3.2 Cálculo del sistema de pretratamiento de los residuos de cítricos
A causa del bajo pH de los residuos cítricos, éstos deben ser previamente sometidos a un pretratamiento para
neutralizar la acidez y acelerar su descomposición. En primer lugar, son introducidos en un túnel de aireación
estático durante 6 semanas para favorecer el crecimiento y desarrollo de hongos del género penicillium sp.,
capaces de sobrevivir en un ambiente ácido y eliminar la lignina de la cáscara de los cítricos, Todo ello en
condiciones óptimas de aireación y temperatura. A continuación son tratados con Ca(OH)2 para que la acidez
de estos residuos no interfieran en el proceso de fermentación afectando a los microorganismos. Se les añaden
concretamente 15 kg de Ca(OH)2 por m3 de residuo (Heerden et al., 2001), es decir, que por cada lote de
entrada de residuos de cáscaras de cítricos se tiene que añadir 21,6 kg de Ca(OH)2, teniendo en cuenta el
volumen que ocupan.
El túnel (Figura 25) debe tener una capacidad mínima de 8 m3, y en función de las tareas a realizar dentro del
túnel éste debe tener mayores dimensiones:
- Altura: 2m.
- Anchura 1,2 m.
- Longitud: 6 m.
37 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Figura 25: Dimensiones del Túnel de Compostaje de Residuos de Cítricos.
Se dispondrá de dos equipos de trituración, una biotrituradora de alimentación hidráulica para los residuos de
poda (BIO 510), y una biotrituradora de carga superior mediante tolva para los residuos tanto orgánicos como
cítricos (B600-V).
3.3.3 Cálculo del sistema de pilas
El sistema de pilas volteadas es la tecnología de compostaje que se utiliza durante la fase de ejecución de la
planta, debido a su menor complejidad y bajos costes. Cada pila contiene los residuos anteriormente
mencionados en las siguientes proporciones:
- 48% de residuos orgánicos.
- 21% de residuos de poda.
- 31% de residuos de cítricos.
Cada semana se utilizan 998 kg de residuos orgánicos, 428 kg de residuos de poda y 634 kg de residuos de
cáscaras de cítricos. A partir de estos residuos, se forma una pila de 2.060 kg aproximadamente.
El tiempo de compostaje está estimado en 120 días, lo que equivale a 17 semanas, según los datos expuestos
en el apartado de “Tecnologías del compostaje”. Cada pila se voltea y riega una vez por semana, una
frecuencia apta para llevar a cabo este tipo de compostaje (Rosal, 2007). Las pilas se desplazan a un lado para
dejar paso a la siguiente. Esto quiere decir que durante la fase estacionaria del proceso, la era de compostaje
contiene 17 pilas. Cada una de las pilas (Figura 26), cuya estructura corresponde a una pirámide de tronco
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rectangular, tiene las siguientes dimensiones:
- Altura: 1,5 m.
- Base menor: 1 m2.
- Base mayor: 5,5 m2.
- Volumen total: 3,85 m3.
Figura 26: Dimensiones de cada Pila de Compostaje.
El volumen total corresponde al espacio que ocupan cada uno de los residuos en función de su densidad. Las
bases mayor y menor se calculan a partir de la ecuación del volumen de pirámide de tronco rectangular
(Ecuación 10),
V=h/3 (M + m + √𝑀 · 𝑚) (10)
Donde:
- h = altura de la pila.
- M = base mayor.
- m = base menor.
La altura idónea para las pilas volteadas está entre 1,2-2 m (Haug, 1993).
39 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
De acuerdo con las dimensiones de las pilas y el espacio entre cada una de ellas de 2,5 m para el adecuado
trabajo de las palas, la nave de compostaje ocupa una superficie de 435 m2. Esta era de compostaje está
formada por una superficie lisa de suelo cemento con una inclinación del 10% para favorecer la recogida de
los lixiviados después de cada riego.
3.3.4 Cálculo del sistema de humificación de pilas, tuberías y bomba
Para el riego de las pilas se utiliza el agua procedente de un canal habilitado para ello. La humedad de las pilas
se debe mantener en torno a 55%, de acuerdo a las condiciones óptimas del proceso según la bibliografía. Los
residuos de entrada poseen una humedad inicial de 58%, con lo cual no es necesario humectarlos.
Según diversos autores (Mohedo, 2002 y Rosal, 2007), la humedad de sus pilas de RSU antes de cada
humectación estaba alrededor de 35-40%. Sin embargo, cada pila tiene unas necesidades específicas de agua
atendiendo al peso de cada una de ellas. Las pérdidas de biomasa por volatilización de la materia orgánica
(CO2, H2O, NH3, H2S, COV, etc.) están en torno a 70% al final del proceso de fermentación (Huerta et al.,
2008).
Por lo tanto, de acuerdo a la humedad inicial de los residuos y la humedad que podemos encontrar en cada
una de las pilas al cabo de una semana, el volumen de agua vertido en el riego es de 1,8 m3.
El agua se impulsa a través de una tubería de acero comercial con las siguientes características:
- Longitud equivalente = 113,375 m.
- 4 codos de 90º de radio medio con una longitud equivalente de 3,81 m.
- Tubería de una 1” Sch 40.
La velocidad del agua a través de la tubería se establece mediante:
𝑣 =𝑄
𝑆 (11)
Donde:
- Q = caudal volumétrico.
- S = sección de la tubería.
La velocidad del agua es de 0,88 m/s. A continuación, se calcula la pérdida de carga por fricción mediante la
ecuación siguiente:
∑𝐹 = 𝐿 + 4𝑓𝐿𝑒
𝐷
𝑣2
2 (12)
Donde:
- 4f = coeficiente de rozamiento
- L = Longitud equivalente de la tubería
- Le = Longitud equivalente de codos
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- D = diámetro de la tubería
- v = velocidad del agua
Para calcular el coeficiente 4f, previamente se calcula el número de Reynolds:
ℜ =𝜌𝑣𝐷
𝜇 (13)
Donde:
- 𝜌 = densidad del agua.
- 𝜇 = viscosidad dinámica del agua.
El número de Reynolds, según las características de la tubería, es de 22352. A continuación, y con la ayuda del
ábaco de Moody, se establece el coeficiente de rozamiento 4f en 0,036. La pérdida de carga por fricción a lo
largo de la tubería es de 53,33 J/kg.
El trabajo realizado por la bomba se calcula a partir de:
𝑊 =𝑣2
2+ 𝑔(∆𝑧) + ∑𝐹 (14)
Donde:
- g = gravedad.
- Δz = diferencia de altura alcanzada por el agua.
El trabajo de la bomba es de 100,72 J/kg.
Por último, la altura manométrica de la bomba se calcula mediante:
𝐻 =𝑊
𝑔 (15)
La altura de la bomba es de 10,28 m.
A partir de los datos anteriores se puede escoger la bomba más adecuada para el proceso de humectación,
mediante la Figura 27.
41 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Figura 27: Curvas y Datos de Prestaciones de Bombas Centrífugas.
Para ello se emplea una bomba (PQ-60), capaz de transportar 40 L/min, hasta los orificios de salida situados en
el techo de la nave de compostaje a 4 m de altura. En total se disponen 15 orificios de riego situados entre las
pilas separados 4,5 m entre sí, aunque la última pila no se humecta por que se somete al proceso de afino.
Puesto que cada pila tiene unas necesidades de riego diferente, el primer orificio de salida expulsa 309 L, y el
último expulsa 92 L.
3.3.5 Descripción y cálculo de la zona de maduración
La etapa de maduración dura unas 7-8 semanas, en la cual el material apilado no debe voltearse y la humedad
debe controlarse para que sólo oscile entre 30-40%. El rendimiento final para un proceso de compostaje en el
que los residuos han sido recogidos selectivamente suele estar alrededor de 20-22% (Huerta et al., 2008).
Con lo cual, al final del proceso de fermentación se producen 618 kg de compost sin refinar cada semana, de
acuerdo a la pérdida de material orgánico. La densidad para cualquier tipo de compost suele estar entre 400-
700 kg/m3 (Huerta et al., 2008). Por lo que, en relación a los datos anteriores, cada semana se originan 1,85 m3
de compost listo para su fase final de maduración.
El volumen de compost durante la fase de maduración, es decir al cabo de 7-8 semanas, alcanza un valor
máximo de 14,9 m3. Atendiendo a la ecuación para el diseño de las pilas del sistema de compostaje, cada pila
de maduración presenta las siguientes dimensiones:
- Altura: 1,2 m.
- Base menor: 1 m2.
- Base mayor: 2,5 m2.
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La era de maduración está formada por un máximo de 8 pilas, y ocupa una superficie de 35 m2, con una
separación entre pilas de 1 m, puesto que durante esta etapa no es necesario llevar a cabo el volteo de las
mismas.
3.3.6 Descripción y cálculo de la zona de afino
Después de la etapa de maduración, el compost ya está listo para ser utilizado, pero antes se tienen que
establecer unas propiedades adecuadas. La línea de afino está compuesta por una pequeña tolva conectada a un
tambor móvil de cribación de 10 mm de luz de paso, según las exigencias de calidad del producto final. En
esta zona se generan dos corrientes, una en forma de compost listo para su uso en agricultura, y otra de
rechazo.
La cantidad de material de rechazo representa el 8-10% del total. (Huerta et al., 2008). Esto supone una
pérdida total de 78-80% del material de entrada. Por lo que, teniendo en cuenta la fracción que puede
representar el material de rechazo, la cantidad de compost refinado debe ser de 433 kg.
3.3.7 Descripción y cálculo de la balsa de lixiviados
En la nave de compostaje se recoge el lixiviado de las pilas a través de una bomba conectada a una tubería que
desemboca en la balsa exterior de una capacidad mínima de 6,25 m3, valor que supone el máximo volumen de
riego en cada mes. La balsa de lixiviados (Figura 28) está situada en el exterior para favorecer la evaporación
y, por consiguiente, la concentración del lixiviado facilitando su posterior gestión y tratamiento. Las
dimensiones de la balsa son las siguientes:
- Profundidad: 1 m.
- Ancho: 2,5 m.
- Largo: 2,5 m.
43 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Figura 28: Dimensiones de la Balsa de Lixiviados.
3.3.8 Maquinaria y Equipo empleados
Cinta transportadora
La zona de afino dispone una cinta transportadora de rodillos en V que conecta el trómel de afino con la zona
de maduración. La cinta transportadora está diseñada siguiendo la norma DIN 22101 sobre fundamentos de
diseño de correas transportadoras.
La velocidad y ancho de banda se establecen a priori de acuerdo a la densidad, abrasión y tamaño de las
partículas del material. Los residuos orgánicos presentan una baja densidad y abrasión, y su tamaño ha sido
reducido mediante las biotrituradoras, por lo que la velocidad de la correa transportadora es de 2,62 m/s (valor
normalizado de velocidad según la norma DIN) y el ancho de banda es de 300 mm.
El largo (L) y la altura (H) son parámetros que dependen de la cota y distancia a superar por el material. En
este caso la altura es de 2 m y la distancia es de 10 m.
El ángulo de inclinación se calcula mediante la ecuación 16:
𝜑 = 𝑠𝑖𝑛−1 (𝐻
𝐿) (16)
El ángulo de inclinación correspondiente es de 7,66º.
El cálculo de la sección transversal del material sobre la banda permite calcular el caudal volumétrico que la
cinta transportadora puede asumir, y se averigua a partir de:
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𝐴 = 0,25 · tan(𝛽)(𝑙 + (𝑏 − 𝑙) · cos 𝜃)2 (17)
Donde:
- β = ángulo de sobrecarga del material sobre la cinta.
- l = longitud de los rodillos, que para este ancho de banda se establece en 200 mm cada uno.
- b = factor que relaciona la longitud de la cinta cuando está al 90% de su capacidad.
Para este caso la sección transversal es de 0,04 m2, cuando está funcionando a plena carga. Con todo esto se
puede calcular el caudal volumétrico (Ecuación 18):
𝑄 = 3600 · 𝑣 · 𝐴 · 𝑘 (18)
Donde:
- v = velocidad de la correa.
- k = factor de reducción de capacidad por inclinación. Para 7,66º, k = 0,97.
El caudal total equivale a 360 m3/h, aunque puede funcionar perfectamente a media carga transportando 183
m3/h.
Biotrituradoras
En la zona de recepción se dispone de dos biotrituradoras, una para los residuos de poda, y otra para los
residuos orgánicos y residuos de cítricos.
Para los residuos de poda, el equipo elegido es la biotrituradora de alimentación hidráulica BIO 510, con una
capacidad de trabajo de 7 m3/h (Figura 29).
Para los residuos orgánicos y de cítricos, el equipo elegido es la biotrituradora BOMATIC B 600-V, con una
capacidad de trabajo de 3 m3/h (Figura 30).
Figura 29: Biotrituradora BIO 510.
45 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
Figura 30: Biotrituradora BOMATIC B600-V.
Palas cargadoras
Para el correcto funcionamiento de la planta se utilizan dos palas cargadoras tipo BOBCAT S70 para el volteo
y manejo de las pilas (Figura 31). Cada pala cargadora tiene una capacidad nominal estipulada de 343 kg de
carga.
Figura 31: BOBCAT S70.
4 Presupuestos
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4 PRESUPUESTOS
4. 1 Presupuesto de las instalaciones y equipos de la planta
CAPÍTULO 01 MAQUINARIA Y EQUIPOS
01. Cantidad Recepción
01.01 1,000 u Biotrituradora con Tolva Honda BIO 510 8.395 $ Capacidad de trabajo de 7 m3/h
CV: 11,7
Autonomía de 1,7 h
01.02 1,000 u Biotrituradora con Tova Bomatic B600-V 6.195 $
Capacidad de trabajo de 4 m3/h CV: 10,1
Autonomía de 1,2 h
01.03 1,000 u Pala cargadora Bobcat S70 21.350 $
Caudal hidráulico de 37 L/min
01.04 1,000 u Trómel con Tolva 4.995 $
Diámetro de 10 mm
TOTAL ............................. 40.935 $
CAPÍTULO 02 SOLERAS Y ESTRUCTURAS
02. Cantidad Recepción
02.01 435,000 m2 Suelo de hormigón 7.651,65 $
Zona de compostaje de 435 m2
Inclinación 10% Arqueta para recogida de lixiviados
02.02 35,000 m2 Suelo de hormigón 615,65 $ Zona de maduración de 35 m2
Inclinación 10%
02.03 1,000 u Túnel de hormigón armado 3.475 $
Rampa de acceso inclinada
Doble puerta de tool
02.04 1,000 u Tejado metálico para zona de compostaje 32.625 $
Chapa galvanizada
TOTAL .......................... 44.367,3 $
47 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
CAPÍTULO 03 DEPÓSITOS
03. Cantidad Recepción
03.01 1,000 u Balsa de Lixiviados 195,60 $
Socavón de 6,25 m3
Cubierta de plástico negro de 26,5 m2
TOTAL ............................. 195,60 $
CAPÍTULO 04 CONDUCCIONES 04. Cantidad Recepción
04.01 113,375 m Tubería de Acero Comercial 430,55 $
Acero inoxidable
Tubería de 1” Sch 40
04.02 1,000 u Cinta transportadora de Rodillos en 2.995 $
Longitud de 10,2 m
Anchura de 300 mm
Capacidad de carga máxima de
04.03 6,000 u Codos de 90º 4,90 $
Acero comercial
Longitud equivalente de 5,715 m
TOTAL .......................... 3.430,45 $
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CAPÍTULO 05 BOMBAS Y ACCESORIOS
05. Cantidad Recepción
05.01 2,000 u Bomba centrífuga 88,15 $
CV: 0,5
Caudal máximo de 40 L/min
Altura máxima de aspiración de 8 m
Altura manométrica máxima de 40 m
05.02 1,000 u Válvula de pie con tamiz 44,20 $
Criba para la retención de sólidos
05.03 1,000 u Manómetro 5,95 $
05.04 1,000 u Electroválvula de seguridad 29,50 $
TOTAL ............................ 167,80 $
- Impuestos: 12%
- Honorarios del Ingeniero: 20%
TOTAL PRESUPUESTO DE LAS INSTALACIONES Y EQUIPOS .......................... 117.606,92 $
49 Planta de Compostaje de RSU y Residuos Cítricos Industriales
5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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alta eficiencia. Ed. UNIA.
II Plan Nacional Integrado de Residuos (2008-2015). BOE nº 49, 2009.
Ley 22/2011, de 28 de Julio, de residuos y suelos contaminados. BOE nº 66, 2011.
RD 506/2013, de 28 de Junio, sobre productos fertilizantes. BOE nº 164, 2013.
RD 865/2010, de 2 de Julio, sobre substratos de cultivo. BOE nº 170, 2010.
Decreto 72/2012, de 22 de Marzo, por el que se aprueba el Reglamento de Residuos de Andalucía. BOJA nº
66, 2012.
Decreto 397/2010, de 2 de Noviembre, por el que se aprueba el Plan Director Territorial de Gestión de
Residuos No Peligrosos (2010-2019). BOJA nº 231, 2010.
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compost self-heating. BioCycle, 36, p64.
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minimizar la emisión de compuestos orgánicos volátiles. Ed. UNIA.
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proceso, rendimiento y calidad del producto. Universitat Politècnica de Catalunya.
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