Desechos Municipales - Definición

También llamados residuos urbanos, son los desperdicios generados en:

• Casas habitación• Comercios, establecimientos, industrias ligeras, edificios de

oficinas, escuelas, hospitales y edificios de gobierno asentados en la misma demarcación

• Mantenimiento y limpieza de vías y espacios públicos

Son tanto sólidos como semisólidos

• Materia biodegradable• Materiales reciclables • Materia inerte • Residuos compuestos • Residuos domésticos peligrosos y tóxicos

Se recolectan

• Vía tradicional → Servicio de Limpia delegacional, municipal: Camiones• Fracciones → Servicio de Limpia delegacional, municipal, empresas

privadas Camiones acondicionados, depósitos diferenciados

Desechos Municipales Generación Mundial per cápita (2000)

Desechos Municipales – Generación Nacional Por entidad federativa (miles de toneladas)

Desechos Municipales – NacionalGeneración, recolección y disposición final (miles

de toneladas)

(c) Acción de confinar permanentemente residuos en sitios e instalaciones cuyas características permitan prevenir su liberación al ambiente y las consecuentes afectaciones a la salud de la población y a los ecosistemas y sus elementos.

(d) Se refiere al depósito permanente de los residuos en condiciones adecuadas para evitar daños a los ecosistemas o en tiraderos a cielo abierto con impactos negativos en la salud y al medio ambiente.

(e) Son sitios que cuentan parcialmente con aplicación y vigilancia de las medidas necesarias para el cumplimiento de las disposiciones establecidas.

(f) Lugar para la disposición final de los residuos sólidos que no cuenta con la infraestructura propia de un relleno sanitario, pero donde se dan las condiciones mínimas para la compactación y cobertura diaria de los residuos.

(g) Se refiere a la basura generada no recolectada dispuesta por las diferentes fuentes de generación en tiraderos clandestinos, lotes baldíos o es quemada en los traspatios.

Desechos Municipales – Generación Nacional (miles de toneladas)

Composición relativa de los DM en MX (2009)

Residuos de comida, jardín y otros materiales orgánicos similares =

52.42%Papel, cartón y otros productos =

13.83%Plásticos, vidrios y metales = 20.20%

Otros desechos = 13.55%

Poder calorífico de los DM

Oscila entre 4.2 hasta 21.2 MJ/kg dependiendo del contenido de

humedad

Desechos Municipales - Aprovechamiento

Fracción inorgánica

Plásticos Vidrios

Metales* Papel Cartón Otros

Reutilización

Reciclaje

Fracción Orgánica

Restos de comidaResiduos dejardineríaMaterialessimilares

Biogás

Procesos

bioquími

cos

Incineración

Bio-hidrógeno

Fermentación

Oscura

Foto

fermentación

Tratamiento

térmicoPirólisis

Gasificación

Ahorra más energía dado

que evita la fabricación

Aprovechamiento - Incineración-Proceso en el que los DM son expuestos a una oxidación térmica controlada

en un ambiente rico en oxígeno-Los incineradores son hornos o cámaras refractarias en las que se queman

los DM (800 – 1000°C)

-Los objetivos de la incineración de DM son: • Reducción de volumen (-90%)• Destrucción de constituyentes peligrosos• Desinfección y reutilización• Recuperación de energía

La incineración produce: CO2

SOx

NOx

Compuestos orgánicos persistentes

Cenizas volátiles Residuos sin quemar

Aprovechamiento - IncineraciónEsquema básico de un incinerador basura-a-energía

Proceso “energy-to-waste”

Aprovechamiento - Incineración-Incinerador con recuperación de energía

estándar, en promedio el 35% del valor calorífico del residuo

La incineración requiere de una corriente de residuos con alto valor calorífico:

Plásticos Madera, papel, cartón

Los incineradores con recuperación de energía consumen más energía de la que capturan:

El valor calorífico de la mayoría de los artículos es una pequeña

fracción de la energía que tienen incorporada

Mediante la incineración de los DM se pueden generar:

250 kWh/t - Sin tratamiento previo en plantas “Mass Burn” - control rudimentario de emisiones; grandes cámaras de combustión, baja intensidad de combustión

750 kWh/t - Secada y clasificada en sistemas de “lecho fluidizado” – reducción de tamaño; separación de materiales inertes; densificación

Aprovechamiento - IncineraciónAlrededor de 750 plantas de incineración de DM en todo el mundo

EE.UU.A - En la década de los 80’s se dio un auge en la instalación de incineradores; para finales de los 90’s, la industria de la incineración se encontraba virtualmente extinta

Japón – Más emplea incineradores de residuos. Las corporaciones y el gobierno japonés están todavía basados en una fuerte inversión en la industria de la incineración

• Otros países: Dinamarca, Suecia, Suiza, Holanda, Francia, Alemania

Los incineradores más avanzados tecnológicamente son sumamente caros

Desde USD$ 500 millones hasta USD$ 800 millones (cifras del 2005) Equipamiento para controlar contaminantes Costos de operación de los incineradores

El mercado de incineración con recuperación de energía se ha contraído en el mundo:

Políticas tributarias que ya no favorece las inversiones en esta tecnología Las reglamentaciones sobre energía y medioambiente Problemas para el transporte de los residuos Aumento de las protestas ciudadanas

Aprovechamiento - Pirólisis

Descomposición termo-químico de los residuos

Elevadas temperaturas (400 – 800°C)

Sin oxígeno, de modo que No hay combustión directa

El calor requerido es proporcionado por

Combustibles tradicionales Electricidad – plasma de alta

temperatura (arco de plasma)

Productos.- Fracción orgánica

combustible H2 – CO- CH4 - CO2

Fracción inorgánica Ceniza inerte (coque

de pirólisis)

En teoría, se evita la formación de sustancias tóxicas (dioxinas, furanos) NOx, SOx y otros gases

Transformación de un sólido o líquido en una mezcla de gases combustibles

Oxidación parcial Temperaturas altas (500 –

1,000°C) Productos gaseosos.- H2 * CO* CH4 * CO2

H2O N2 Hidrocarburos superiores

* Generación de vapor, turbinas de ciclo combinado, motores de combustión interna, celdas de combustible

Comburente.- Aire - Gas pobre

CO+H2+N2 PC< 25% GN Oxígeno - Gas de síntesis

CO+H2+CH4 PC 25-40% GN

Aprovechamiento - Gasificación

Aprovechamiento

Pirólisis

Aprovechamiento

Gasificación

Aprovechamiento - Biogás

Ocurre en forma espontánea en la naturaleza por la acción de ciertas bacterias

• Gas de loa pantanos

• Gas de los yacimientos petrolíferos

• Gas producido en el tracto digestivo de animales

Bacterias

Metanogénicas

¡Biogás

¡UPPS!

Fermentación anaerobia

Aprovechamiento - Biogás

Diagrama de flujo de la producción de biogásComposición típica del biogás empleando DM como substrato

Aprovechamiento - Biogás

Composición típica

Potencial estimado de producción de metano

a partir de FORSM

Digestor → 80 – 200 m3/Ton-FORSM

Composición del biogás:

CH4 55 – 75 vol%

CO2 25 – 45 vol%

Vertedero → 0.2 m3CH4/kg-DM

Composición del biogás

CH4 50 vol%

CO2 45 vol%

N2 3 vol%

O2 1 vol%

Otros 1 vol%

PCS 22-30 MJ/Nm3

CH4 50-70%

CO2 30-50%

H2O Saturado

H2 0-2%

H2S 0-8%

NH3 Trazas

CO 0-1%

N2 0-1%

O2 0-1%

Otros Trazas

Potenciales de producción

Aprovechamiento - Biogás

Usos• Puede ser utilizado en cualquier equipo comercial diseñado para uso

con gas natural • Conectados a equipos que brindan como productos finales: calor,

electricidad y un efluente sólido para usarse como fertilizante

Cronología• 1776 – Se detecta la formación de un gas combustible sobre

pantanos, lagos y aguas estancadas• 1859 – Construcción de la primera instalación de biogás a escala real• 1890 – Gran fosa séptica, en RU, de la cual se extraía biogás para

alimentar la red de alumbrado público• 1939 – Durante la Segunda Guerra Mundial granjeros onstruyen

digestores para alimentar tractores y generar electricidad

Los países generadores de tecnología más importantes en la actualidad son: China, India, Holanda, Francia, Gran Bretaña, Suiza, Italia, EE.UU.A., Filipinas y Alemania

Aprovechamiento - Biogás

• Proyecto de energía renovable que utiliza como combustible el biogás que se forma en un relleno sanitario ubicado en el Municipio de Salinas Victoria, Nuevo León

• La composición del biogás es de aproximadamente 50% metano y 50% CO2

• Red de captación de biogás en un área del relleno sanitario equivalente a 80 has

• La capacidad neta actual de la planta es de 12 MW. Se generaran cerca de 50,000 MWh por año para abastecer el 80% del alumbrado público de Monterrey

• La energía eléctrica que se genera durante la noche es destinada al alumbrado público de 7 municipios del estado. Durante el día, la energía es suministrada al Sistema de Transporte Colectivo Metrorrey

• Se dejan de consumir el equivalente a cerca de 1 millón de toneladas métricas de carbón

Aprovechamiento – Bio-Hidrógeno

Participan microorganismos como bacterias (fermentación oscura) y algas (foto-fermentación)

En la naturaleza, los organismos consumidores de H2 coexisten con los organismos productores de H2

Bacterias extremadamente termofílicas (>70 °C) presentan el mayor rendimiento de producción

Fermentación Oscura

Foto-fermentación

Fermentación anaerobia

Aprovechamiento – Bio-HidrógenoD

iag

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Bio

-Hid

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en

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Aprovechamiento – Bio-HidrógenoTasas de producción de bio-H2 a partir de FORSM

• Fermentación OscuraCultivo mixto → 150 mL-H2/g-FORSMComposición del biogás: 60 vol% H2

30 vol% CO2

Foto-fermentaciónÁcidos orgánicos → 1.1 – 2.8 mol-H2/mol-substratoComposición del biogás: 80 - 90 vol% H2

10 - 20 vol% CO2

Usos del Bio-Hidrógeno

PC: 140.4 MJ/kg-H2 Densidad (@ 21.1 °C y 1 atm): 0.083 kg/m3

Generación de energía → celdas de combustible, turbinas de gas, motor de combustión interna, calentamiento

Aplicaciones industriales → fertilizantes, refinación de petróleo, metalurgia

Combustible → vehículos, cohetes aeroespaciales

Aprovechamiento – Bio-HidrógenoPlanta de Bio-H2 para el abastecimiento del ECOVIA – C.U.

• ECOVIA es un automóvil híbrido que funciona con baterías y celdas de combustible

• Inicialmente, la planta será capaz de procesar hasta 1 ton. de residuos orgánicos generados en cafeterías y comedores de C.U.

• Se estima que en C.U. se generan poco más de 46 Ton diarias de residuos orgánicos

• Si se aprovechan oportunamente estos desechos, se evitaría la emisión de más de 9,200 m3-CH4 equivalentes a 132 Ton métricas de CO2

Tratamiento térmico de los DM – Impacto ambiental

-Genera químicos sintéticos denominados Compuestos Orgánicos Persistentes

DIOXINAS Y FURANOSTóxicos, persistentes, bioacumulables y se biomagnifican

-Contaminación por metales pesados-Hidrocarburos halogenados, gases ácidos, SOx,, NOx,

-Emisiones líquidas y cenizas contaminadas con tóxicos-Requieren un flujo permanente de DM-Pérdida del valor existente en los DM-Fomentan la producción de bienes desechables-Se libera a la atmósfera el carbono que se encuentra en los DM CH4 y CO2; aproximadamente 1 tCO2/t-DM

“Se emiten más GEI por kW/h que los generados en las centrales termoeléctricas”

Incineración

Tratamiento térmico de los DM – Impacto ambiental

- Mínimas diferencias con la incineración convencional

- Emiten sustancias tóxicas Emisiones atmosféricas Material particulado Compuestos orgánicos volátiles Metales pesados Residuos sólidos Agua residuales Partículas ultra-finas o nanopartículas

-La eficiencia energética de estas tecnologías es reducida en promedio un 20%

-Necesitan mucha energía y deben emplear combustibles auxiliares

-Se crea una demanda constante de residuos

-Emiten CO2 y otros gases de efecto invernadero cuando se somete a combustión el syngas

Pirólisis - Gasificación

Procesos bioquímicos – Impacto ambiental

Digestores/Fermentadores Se requiere suministrar

energía adicional Agitación/mezclado Mantener la temperatura

óptima Generación de olores Gran cantidad de materia

fecal Microorganismos

infecciosos Efluentes líquidos que

requieren tratamiento especial

Rellenos sanitarios

Afectaciones a la vegetación así como a edificaciones cercanas

Grandes extensiones Generación de olores Aparición de moscas, ratas Eficacia y durabilidad de

las geo-membranas Cambios en la composición

química del suelo Rechazo social

Presencia notoria de CO2 en la composición del biogás (50% vol.)

Pueden ocurrir incendios y/o explosionesAl ser quemado el biogás, se libera CO2 al

ambiente

Fermentación anaerobia – Impacto Ambiental

El CO2 producto de la

descomposición de materia orgánica presente en los DM

proviene del carbono fijado por la masa vegetal

Balance de CO2 neutro

Referencias

Arvizu, F. J. 2005. Estimación del recurso y prospectiva energética de la basura en México. Instituto de Investigaciones Eléctricas. Morelos, México

Campos, E., Elías, X. y Flotats, X. 2005. Tratamiento y valorización energética de residuos. Editor: Elías, X. Fundación Universitaria Iberoamericana Díaz de Santos, España

de Vrije, T. y Claassen, P. 2005. Bio-Methane & Bio-Hydrogen: Status and Perspectives of Biological Methane and Hydrogen Production. Editores: Reith, J., Wijffels, R. y Barten, Hidrógeno. Dutch Biological Hydrogen Foundation. Petten, Holanda

Gasificación, pirólisis y plasma. Nuevas tecnologías para el tratamiento de los residuos sólidos urbanos: Viejos riesgos y ninguna solución. 2010. Greenpeace Argentina. Campaña contra la contaminación. Ciudad de Buenos Aires, Argentina

Juárez, H. S. 2009. Producción de hidrógeno a partir de los residuos de C.U. como biocombustible del ECOVIA. Tesis de Licenciatura. Facultad de Ingeniería, UNAM. México, D.F., México

Kapdan, I. y Kargi, F. 2006. Bio-hydrogen production from waste materials. Enzyme and Microbial Technology, 38:569-582

Lay, J., Lee, Y. y Noike, T. 1999. Feasibility of biological hydrogen production from organic fraction of municipal solid waste. Water Res., 33:2579-2586

Tangri, N. 2005. Incineración de residuos: Una tecnología muriendo. GAIA. Alianza Global para Alternativas a la Incineración. Ciudad de Quezon, Filipinas

Sitios en Internet de las siguientes empresas e instituciones:

Bioenergía de Nuevo León S.A. de C.V.

Instituto Nacional de Estadística y Geografía

OCDE - Environmental Data Compendium 2002 Eionet - European Topic Centre on Sustainable Consumption and

Production

Referencias

Elaboró: Sergio Juárez Hernández // Noviembre 2010 // México, D.F.