Estudi dels factors que influeixen en la producció i composició del biogàs d’abocador .

1. Estudi dels factors que influeixen en la producció i composició del biogàs d’abocador. Estudi comparatiu dels casos del Garraf, Hostalets de Pierola i Vacarisses. • Autor: Marta Llorens Pérez • Tutor: Xavier Font Cisteró • Departament de Geoquímica, • Petrologia i Prospecció geològica • Septembre 2010

2. Abreviatures:matèriaorgànica ( MO), Gasosd’efectehivernacle ( GEH) Metodologia: Objectius: • Determinar quins factors hipotèticament influeixen en la generació de biogàs d’abocador, la seva extracció i en la seva composició. Estudi de cada factor per tres casos diferenciats. • Determinar quins són els casos més crítics. • Discussió dels resultats de volum de biogàs i composició obtinguts intentant explicar a què es deuen les diferències entre cada cas. • Estudi de cada factor per a cada cas mitjançant dades facilitades per els gestors i visita a cada abocador. • Solicitud de dades meterològiques al METEOCAT. • El·laboració d’un petit estudi de la degradabilitat dels R.S.U mitjançant dades del ARC. • Estudi estadístic amb software statgraphics de variables climàtiques per determinar quines tenen més influència en el volum de biogàs. • Eliminació de valors anòmals.

3. Introducció • Biogàs barreja de gasos: CH4 (60%) I CO2 (40%) • Es genera per degradació anaeròbica de la MO de les deixalles • Elevat contingut en CH4: • Contribució efecte hivernacle • Risc explosió • Elevat poder calorífic: susceptible per a ús energètic • Directiva 1999/31/CE relativa a l’abocament de residus: • Transposició a l’ordenament jurídic estatal • RD 1481/2001 i autonòmic Decret 1/1997 Aprofitament energètic: flota interna vehicles Vacarisses

4. Biogàsd’abocador • Composició variable : • Naturalesa del residu • Cond. climàtiques • Variacions espai i temps Definició de l’article 2 Directiva 1999/31/CE “tots els gasos que es generen a partir dels residus continguts en els abocadors”. Pou desgassificació Garraf

5. Generació del biogàs 1. Fase Aeròbica 2. Fase Anaeròbica

6. Etapes de la degradacióanaeròbica Matèria orgànica + aigua metà+diòxid de carboni+altres gasos+matèria orgànica degradada Fase àcida HIDRÒLISI: Bàcteries fermentatives Compostos orgànics simples Compostos orgànics complexes (Ac.grassos, alcohols, Aminoàcids, sucres simples)+H2 i CO2 pH lixiviat disminueix ACETOGÈNESI: Bàcteries acetogèniques àcid acètic, H2iCO2 Compostos orgànics simples pH lixiviat <5 METANOGÈNESI: Bactèries metanogèniques Àcid acètic, CO2, H2 CH4,MO parcialment degradada i refractària pH lixiviat 6,8-8 2 tipus de metanogèniques: acetogenofíliques+ hidrogenofíliques Mesos o anys

7. Canvis en el temps: I: degradació aeròbica II: Trascició III: inici degradació anaeròbica IV: metanogènesi V: Maduració

8. Comportament del flux de biogàs en l’interior de l’abocador • Interessa saber el comportament del flux per a la seva posterior extracció: determinarà la facilitat amb la que s’extreu. • Medi molt heterogeni: capes de diferent permeabilitat i porositat: • Flux afectat per convecció. • Reaccions : adsorció en sòlids, reaccions biològiques i químiques amb el lixiviat. Medi heterogeni El biogàs flueix en sentit ascendent des de les capes més profundes fins a la superfície per la trajectòria de menor resistència

9. Producció de biogàsamb el temps Corba de producció de biogàs vs corba de biogàsextret Corba de producció de biogàs Al principi creix exponencialment, arriba a un màxim i decreix No tot el biogàs que es produeix, es pot extreure: eficiència sist de captació, fuites... En la clausura mentre s’instal-la cobertura baixa el volum de biogàs extret: no tots el pous estan funcionant. Desprès de la cobertura incrementa ( s’eviten fuites).

10. ESTUDI DELS FACTORS QUE AFECTEN AL VOLUM I COMPOSICIÓ DEL BIOGÀS D’ABOCADOR EN CADA CAS Zona de valorització energètica Garraf

11. clausurat En explotació Pendent de clausura Garraf ( Valld’en Joan) nº 10 Hostalets de Pierola ( Can Mata) nº 11 Vacarisses (CollCardús) nº 30

12. Factors que afecten en el potencial de generació de biogàs FACTORS RELACIONATS AMB EL SUBSTRAT FACTORS CLIMÀTICS FACTORS RELACIONATS AMB L’ACTIVITAT MICROBIANA

13. Volum de residudipositat + 1.Garraf A + volum de residus més producció de biogàs cal esperar 2.Vacarisses 3.Hostalets - Tn de residu acumulat en cada cas

14. Composició del residu • Residus amb major percentatge de MO i relacions C/N pròximes a 20-30 tenen potencials de degradabilitat superiors. • També els residus amb un cert contingut d’humitat ( 40-60%) i certa compactació són més biodegradables. • Quan més biodegradables siguin major producció de biogàs cal esperar. • No s’han detectat diferències importants per cada cas, en el cas del Garraf ja estàn més degradats per això cal esperar menor potencial de generació de biogàs.

15. Pretractament Les proves pilot amb Bales de rebuig • Compactació: disminueix l’humitat del residu però alhora disminueix l’aire intersticial atrapat en les porositats del residu • Trituració: disminueix el tamany de les partícules de forma que la superfície exposada a l’acció de les bactèries incrementa. • En cap cas hi ha trituració • La compactaciódisminueix la humitatperò no és un factor críticdegut a la infiltraciód’aigüespluvials. • En elsúltimsanys es van dipositarresidusaltamentcompactats i amb menor percentatge de MO • ( BALES) aixòpodria afectar en la producció de biogàs en elsdarrersanys? Compactació dels residus

17. Edat del residu • Quan el residu és més antic el cabal de biogàs generat i la seva riquesa en metà disminueixen. • Les fases més antigues són les que menys biogàs i metà produeixen. -metà i cabal +metà i cabal

18. Producció per fases de l’abocador d’Hostalets Problema de succió dels pous en l’Ampliació Acumulació aigua en nivells impermeables Pous de biogàs Per a la resta de casos també s’ha de veure que en fases mésantigues la producció de biogàs i metàés inferior a la de les més noves. Residus compactats Lixiviat al fons del vas

19. Fase II Fase I Fase III Fase IV Vista aèria abocador Hostalets any 2006 font: Cespa Gestión de residuos S.A

20. Factorsclimàtics TEMPERATURA HUMITAT PRESSIÓ ATMOSFÈRICA PRECIPITACIÓ

21. Temperatura: facilita la degradació , a més temperatura millor, peròamb un rangdeterminat ( 10-60ºC). • Humitat:facilita la degradació, a mésmillor. Tant la delsresiduscoml’ambiental. La humitat en el residupermet diluir substànciestòxiques i conté nutrientsdissolts. • Pressióatmosfèrica: no afecta al volum de biogàs que es pot generar sinó al que es potextreure, influeix en el tema de fuites. A majorpressiós’evitenfuitessuperficials.

22. ESTUDI CLIMÀTIC DELS CASOS ANALITZATS • ÀNALISI ESTADÍSTIC • Variables estudiades: Temp, PPT, HR, Patm, Vol_biogàsextret • ANÀLISI MULTIVARIANT DE FACTORS: Per determinar coms’interrelacionen les variables entre si. • 2.REGRESSIÓ MÚLTIPLE: Per veure quina variable afecta més en el volum de biogàs. Conclusions regressió múltiple: relació variables amb volum de biogàs Hi han difèrencies entre abocadors però: En tots dos casos la humitat és la variable que més influeix ( més significativa) en el volum de biogàs extret i en sentit positiu. • Hostaletsclimàticamentés el més desfavorable. • A méshumitat les argil-les del terra de cubricióestàncohesionades i no s’esquerden, per tant no hi han fuites.

24. Factorsrelacionatsambl’activitat microbiana INHIBIDORS I EFECTE COMBINAT DEL pH NUTRIENTS PRESÈNCIA D’OXIGEN

25. Inhibidors i efectecombinat del pH • Hi ha substàncies presents en el residu que poden afectar negativament en les bactèries responsables de la degradació anaeròbica. Ex. metalls • El pH determina la mobilitat d’aquestes substàncies. • A valors de pH baixos moltes sals i metalls tòxics continguts en els residus es dissolen en el lixiviat. En cap cas s’aboquenresidusambcomposiciótòxica. Si es dónainhibicióés per elsmetallscontinguts en elsresidusdomèstics. Només a hostalets es van abocar guixos: problema ambsulfurs

26. Nutrients • Es necessiten, però en una relació determinada N i P( 20-30) • Han d’estar biodisponibles, és a dir en forma soluble: el pH determina la biodisponibilitat d’aquests • A pH baix es dissolen en el lixiviat però poden interaccionar amb els metalls que també es dissolen i formar complexos que els limiten: cas Al-P • També poden interaccionar amb els materials del sòl: argil-les-P • Limitació de nutrients: per formació de complexes amb metalls, interacció amb materials del sòl o bé perquè el pròpi residu no els conté. Casos estudiats: en principielsresiduscontenentotselsnutrientsnecessaris, si es dónalimitació de nutrientsés per interaccióambmetalls, falta d’humitat, i efecte pH

27. Presènciad’oxigen • Afecta negativament en elsbactèrismetanogènics. Sónanaeròbicsestrictes! • En el procés de captació del gas es produeix de forma accidental difussiód’aire, per això en les analítiques del biogàssurt un cert % de O2 • Concentracionsnormalssón del 1% • Si sónsuperiors al 1% és per alguna d’aquestes causes: Observacions • Mal cobriment dels residus • Manca de compactació dels residus • Mal funcionament del sistema de captació • Sobreaspiració • Desgassificació simultània a l’explotació del’abocador Garraf:concentracionsbastantelevades Hostalets: cas més desfavorable Vacarisses:és el cas que presenta menysoxigen en el biogàsextret

28. Factors que afecten en el volum de biogàsextret Elements relacionats amb l’eficiència del sistema de captació RENDIMENT DEL SISTEMA D’EXTRACCIÓ FUITES GEOLOGIA TOPOGRAFIA GRUIX DE RESIDUS

29. Garraf: en zonesantiguesonnoméshi ha argila compactada, també hi han fuites del fons i laterals del vas. Hostalets: Fuitessuperficials en les zones en explotació i en zonesafectades per l’antiga normativa. Vacarisses: igual que hostalets. Fuites: es produeixen quan l’abocador encara no està segellat en superfície (ja que està en fase d’explotació). També si el segellat és defectuós I la geologia també influeix Geologia: estretament lligada al tema de les fuites. Si un abocador està ben segellat en laterals i fons no ha de suposar cap risc. Garraf: majorrisc, terrenycàrstic Hostalets: riscmoderat, argil-les Vacarisses: menor risc, terreny de pissarres Topografia: els abocadors situats en vall són més productius que els de zones planeres Garraf: tipusvalllandfill, és el mésprofund Hostalets: tipusaltiplà, landraising Vacarisses: tipusvalllandfill Gruix residus acumulat: a més gruix sembla que la producció de biogàs és major Garraf: MAJOR GRUIX Hostalets: MENOR GRUIX Vacarisses: GRUIX MODERAT Rendiment sistema captació

30. Cel-la omplerta Landraising Hostalets Cota màxima residus Cota original Landfill Garraf Cota original Cell-la per omplir Cota màxima residus Impermeabilització dels laterals de la celda amb polietilè Hostalets

31. Factors que afecten en al composició

32. Composicióresidu: quanmajorcàrregaorgànica presenten mésmetà cal esperar en el biogàs, també elscomponentstraça del biogàsdepenen de la composició del residu No s’handetectatdiferències en la composiciódelsresidus en cada cas, per tant no esperemdiferències en al composició del biogàs per cada cas, nomésdifereixensignificativament en riquesa de metà i oxigen. Condicionsclimàtques: afecten només per aquellscomponents del biogàs que procedeixen de la degradació de la MO, quanmés favorables siguin cal esperar majorriquesa en metà. Hostaletsés el pitjor cas, poca precipitació i humitat. Garraf i Vacarisses: Elevada humitat i precipitació Fase d’explotació:quanmésantiga, mésanticés el residu i per tantmenys cabal de biogàs i menor riquesa en metà. Vacarisses: menor contingutd’oxigen Hostalets:majorcontingut Garraf: concentració moderada Disfussiód’aire: fa que incrementil’oxigen i disminueixi el metà del biogàsextret.

33. RESULTATS VOLUM DE BIOGÀS EXTRET Garraf: majorvolum de biogàsextretcom era d’esperar. Hostalets:volum de biogàsextret superior al de Vacarissesmalgrat reunir condicionsméscrítiques. Compot ser? Vacarisses: es recupera moltpoc cabal de biogàs en canvi de metàés el que més. Compot ser?

34. RESULTATS: COMPOSICIÓ Vacarisses:biogàsmésric en metà Garraf: el que menys Hostalets: Intermitg Vacarisses: disminució amb els darrers anys de la riquesa en CH4: indica que s’està aspirant amb més intensitat Garraf: disminució també del CH4, abocador clausurat, residus parcialment degradats. Hostalets: increment de la riquesa del CH4, en els darrers anys s’ha baixat la pressió d’aspiració

35. Conclusions • Garraf: s’enextreumésbiogàscom era d’esperar : abocadormés gran, mésanys en funcionament, mésresidusdipositats. Concentracionsmésbaixes de CH4 perquè no hi han noves entrades de MO. Residuparcialmentdegradat. • Elsgràfics de volum de biogàsextret no ensreflexenvolum de biogàsgenerat. Ex.Hostalets. • Hostalets: • És el que produeixmenysbiogàs de tots tres perquè acumula mésfactorscrítics. • si s’extreumésbiogàs que Vacarissesésperquès’utilitza una pressiód’aspiraciómés elevada que en la resta de casos: es deconeix el perquè. • Per tants’injectamésoxigen del normal • Es capta més aire que biogàs • Captaciópoceficient: la pressiód’aspiració no s’ajusta al volum de biogàs disponible. • Vacarisses: • Delsabocadors en actiués el que produeixmésbiogàs: reuneixcondicionsmés favorables. • segonsgràficss’extreumenysbiogàs que Hostalets, no voldir que produeiximenys, sino que s’aspira a pressió inferior. • Per tantpocoxigen i mésmetà • Es capta mésbiogàs que aire Hostalets treballa a 250 mbaquan el Garraf no arriben als 200.

36. FIGràcies per la sevaatenció