HONDAKIN SOLIDOAK. DIGESTIOaldizkari-txikia.elhuyar.eus/pdf/Elhuyar-45-04.pdf · HONDAKIN SOLIDOAK. DIGESTIO ANAEROBIO ANGEL IRAT!IEN, PEDRO Zuh%O eta IS\7ACULADA ORT17, Kimika Tekntkoko

HONDAKIN SOLIDOAK.

DIGESTIO ANAEROBIO

ANGEL IRAT!IEN, PEDRO Zuh%O eta IS\7ACULADA ORT17, Kimika Tekntkoko Depanamentua. ZienUi Fakultatea. Euskal Hcrriko Unibertsitatea.

P.K. 644. 480RO Bilbo.

A B S T R A C T

A general explanaition o f the main problems reIated to the solid dispusal are discussed. Tbe anaerobic digestion process

l o r the tretncnt of the ferrnentable organic materia from sludge salids in arder to abtain methahe is basicslly described.

The main characteristics ot the digestors and the op~raition conditions are retated. Einally dhe mathernatical

rnodelling of such systems, taking into account Zhe three

S A R R E R A

Espainiako Industria eta Energiaren Mi- nistrari tzak hondakin solidwtarako bartu duen definiziok hauxe da: '"S residuos S&

lidos son el conjunto de bienes maieriales y p d u c t o s que no poseen en la$ condiciones de t i e m p y lugar de prcduccibn, ni el valor comercial, ni estado suficiente para una valoraci6n eventual, teniendo en cuenta los condicionarnienios tkcnicos y ecnnbmicos del momento" ' (t 1.

Nomalean, hondakin solidmn partenk handíena berrerabil daiteke. prozesu indris- vial espezifikoetaiik datozen solido ioxiko edota kafkgarri batzuk sal bu. Azken sotido hauek rrammendu termiko berezi bat behar du te besaien desbukziorako.

Hondar solidoen saiikapenerako, hiterio baauk sonu dira:

t . Jatoniaren mota desberdinak (nekazaritza. oihana, rneahzaritza, industria. etab.).

2. Produkzioaren gunea (hifikoiak, klinika edo aspitaletatikoak etab.)

3. Maieriaten ezaliganiak (pla~tikoak. pa- peralkanoia neurnatikoak. ehb.).

Lehen irudian hondakin solidoen pro- du kzio-gunearen araverda sailkapena =al- tzen &:

Lchen mstlake scktorca nckazaria

- nekaaaritzs mcatzaria

- ind. estraktiboa abel mina

inguru naturala Bigarrcn mailako sektorea

- transformaziozko ind. industrialak

Konuumoa hirikoiak

Hondakin solidoek ingumgiroan dauka- ten eraginak eta kraien aatamendurako dau- den posibilitate*. solido hauek desegitera bulkatzen dutie.

Ingunigiroan daukan eragina aztettuz, gaur egun dagwn ieknologia hobemz hiru tratarnendu desberdin indanu behar direla ondoriozta daiteke. Hauek dira ualarnen- duak:

Honela, hondak tn solidoen Watarnen- duetan bi abantaila ikus daitezke: lehen eta behin, ingumgiroarekiko eragina txikiago- ken dela, emkuperazioa mtala den ka~uetan desagertuz, eta bigarren, balio ekonomiko handia daukaten birsortunko produktu ba- tzuenaako lehengaiak ekoizten disela.

Lehen taulan bitlorturiko solidwn p r - aentaiak eta beraien berrerabilktarako al ter- natibak azaltzen dira (2).

BirSomriko materia arganikoa, (erreku- perazioa, %3Sekoa baino otikiagoa izanik) bes te tratarnendu balera eraman behas da. Horretarako him bide desbw$in &u&:

- kalitate handiko compost-en fabri- kazíoa

- digestio anaerobioa, metanoa ekoiztuz, eta

- anirnali elikagaientzako proteinen pro- dukzioa.

Hondakin solido organikoak. kantitaie handitan ekoizteagatik isurketa-zona 'ba- tzuetan metatu izan dira, bmko zonetan deskonpositio anaerobioaren prozesu batzuk sortuz. Prozel;u hauetan formatzen den me- tanoaren errekuperaziorako, sistema baizu ipintzen mi dira.

Pmduktuak Konposi t ioa Probetxamcndua Biriortzeko Etabilpen- produktuak -sektorea

%70 paperlkartoia papcrgintza lcunak %14 plastikoak paperaren lorpena. paperíirea zentral ter. (%15-2s tlik) % 5 ehuna Energiaren torpe- energia bemkuntza cta

%lO bakuk na. ur-ind. bcroa

magnctikoak %30 gaitu eztain. eztainua dcscthnadu- < 65 mm %10 burdina eztaiauaren altzainiak ind. Siderurgia

l

I

I

(%3-5th k) %lo ezmagnct. errekuperazioa

magnetikoak %S0 bot. iturriak id. id. id. < 65 mm W0 burdina

(%l-2 elik) %1Q barzuk

organikoak %90 organiko har- c l S mm tzigamiak

(w0-60 rlik) 4b 5 plastikoak hartridura cornpost oekatariiza i

% 5 batzuk aerobioe prod. energt- cnergia hartz. anaer, tikomk abeltzantza

organikoak %95 organiko 115 mm hartzigarriak animalien proteinak

(15-20 el&) % 5 plastikoak janaria

tzorganikeak %50 beim beirarcn errck. beira beira-ind. c 1 5 m m %lo rnetalak metalen errek. rnctalak metalurgia

(%3-6 elik) W0 errauuak, zc- eragintzaraka adreiluak craginlza raaika eta batzuk rnateridak aurrcfabrikatuak

errausgamak , %20 plasrikaak 4 5 m %30 paptra cta

(%1 Q- 15 elik) kartola cncrgiaren tnergia zentral tcr. 810 chuna lorpeni kalefazioa e ta WO battuk ur-lnd. bcroa (goma, lama, zura ehb.) metalurgia

Hondmeko materia organikoa gutxitren duen eta erregai gasak somen dituen delako degradazio anaerobio hau, digestio anaerobío izenez izendatzen da, berau hondarreko ma- teria organikoaren mtamenduraka prozesu espetifike bilaka daitekeelarik.

DIGESTTO ANAERORIOAREN CPINARRl AK

Materia organiko hamigama daukaien

Nahiz eta tratarnendu anawobioek apli- kazio anirt eduki, sarrienik hondakin-uren vafamendulik dalozen basena da.

Digeslio anaerobioan, mikroiraki ba- tzuk parte hartzen dutenean, mekanismo globalaren eskema hauxe da:

enlzima hidrnlitiko materia azidoak sort7xn

organiko -b organiko SolugaiQli kanpozelulamn bi- d iso lbagmia

dczko urnapena

C q sorrizen duten L azido hegazkorrak - cq +cq +

+ COZ+ 3 bakttrioen bidezko zelula baktcrianoak ( 3 ) gasifikazioa

Lehen etapa, materia organikoa bakteria batzuk sintetizatzen dituzten enuima kan- pozelulmen bidez disolbatzen edo bmeia- tzen da. Digestore anaerobiotan etabiltzen diren entzirnarik garrantzitsuenak hauexek dira: proteolitikoak, l ipoliOkoak eta zelu- titikoak. Solidoak ez dira konttenvatzen digestore maerobimtan. Homgatik disolba- gamimun-erreakziiaak abiadura handiz gem- ven dira eta ondorioz e t dira prozesto glo- baíaren etapa-rnugatzaiIe.

Digestio anaerobioaren materia orga- niko drsolbagmlrik sortzen diren kate Ia- burrezka azido begazkorren sinksi b'akteria- nomn bigarren etapa-¡ buruz egindako iker-

kuntzek, etapa hau abiadun handiz gertatzen deIa erakusten dute. Transformazio hauek egiten dituzten organismoek, "acid fomen" itenekoak, mikroizaki heterotrofo fakulia- tiboak izaten dira eta beraien pH oprimoa ''4.0-6.5"-eka tartean dago. Etapa honetako produktu nagusia azido azetikoa da, baina honekin batera era kantitate nabarrnenetan azido propionikoa eta burtirikoa sortzen di- ra .

Azido azetikoa azkeneko erreaktioaren s u b s ~ a z u nagusia da; ekoizten den meranoa- rrn %70a osagai honetaLik dator. Gasifika- ziozko etapa hau, metanoa produzitzen du- ten bakiesicien Paguntzaz gertarzen da. bak te-

rio bauek anaerobio esmkmak direlarik. Ka- su honeian pH optimoaren tartea Eehen ka- s u b a bains estuagoa da; "3.0-7.8" mekoa. Nahiz em izaki hauen zuku pumetatiko iso- lamendua zaiIa izan, digestore anaerobiotan dauden zuku nahastuctan arin hazten dira. Egindake estudioetan, azido hegazkorrak metano eta anhidrido karboniko bihurketa- ren etapa mugatzailea d h l a frogatu izan da.

2. inidian digestio anaerobioaren unitaie bat azaltzen da (8). Axidoeo konuienwazio altuei ekidiieko, Iortu behar den nahasleak oso garrantzi handia dauka "acid formers" delako substantziei eta metanoa prduzitzen duten bakterioei dagozkien baldintzak xehaz- teko, digestoretan pH 7x1 ikertu behar da.

Digestorearen kanpoan hozkera-akonda- ra baz ezanzen da banuko zenperatura kons- tante nanientzeko. NormaIean tenperaiura tarte mesofilikoaren barnean kokatzen da, digestio-abiadura m a x f i z a dezan; kmpera- tura hau "32'C-38'Cnko tartean dago. Hala eta guzt iz ere, ikerkeia batzuk digestiorik arinena farte temofilíkoaren batnean eta 5S0C-tan Fortzen dela atpirnarraiu duce. Bai- na baldintza hauetan lantzeak desabantaiia batzuk dauzka; kostu mergetiko altua adibi-

dez. Horregatik normalean. tane rnesofili- koa aukeratzen da. Digestorearen bamean, solidoen egoitza-denbora delakoa baldintza hatiekin 1 O egunetik 30 egunesainokoa da.

Beste aldetik, digestio anaerobioaren prozesuan f i e l bai sortzen d a kostu energe- tikwn parte bat konpentsatux. Kasu balzu- tan. lartutako meianoa bero eta potentzia lomeko erabiltzen da. Digestio anaerobioan lortzen den nahaste gaqeosoan, uni tatearen goiko pmetik jasotzen denaren, metanoaren edukia %65-70ekoa da, gainontzeko gehiena COZ izanik.

Sulfatoak erreduritzen dituzten bakkriis en bidez lortzen den azido sulfidrikoa, kmti- taie txikitan agenzen da; hidrogenaa cta CO-a beralaxe. lneerako gasaren potentzía kalorifikoa 650-750 ~ t u t f t ~ k o a da eta bere etekina 12-1 8 ft3koa deskonpasatutaks rna- leria organikoaren li'brako. Gas honen balio kalorifikoa txikia da gas naturalarekin kon- parazuz, Horregatik, gas naturala kantitate handitan dagwn kasuetan, digestro anaero- 'biotik datomen gas& ez du garrantzi handi- rik. Kostu energetikoak handiagotzen dire- nez, lortulako fuelak, MsS-a eliminatu on- doren, gero eta balio handiagoa d a d a

Frakzioa hasicrako%-a amaierako %-a

eterrctaa disalbagania 34.4 8.2

urctan d iso lbagha 9.5 5.5

alkah~letan diselbagarria 2.5 1.6

hemize!ulosa 3.2 1.6

zelulosa 3.8 0.6

lignina 5.8 8.4

protcinak 27.1 19.7

crrautsak 24.1 56.0

2. taulan, materia organikoan digestio anaerobioaren arabera genatzen den konpo- sizioaren aldaketa azalmn da.

Genatutako aldaketen kausaz, hasierako handakína lonuiakoa baino ustelagoa da, ,ukeneko honeran uraren kentzea errazagoa izanik. Ura kendu eta gero (dmbor biragmi batean, huts iragazketaz gertatzen da hau). hondakina lehoriu egiten da eta azkenean him posibilitate daude bere erabilpeneraka: o n g d bezala hartzea, isumea edo erraus- tea.

D I C E S T O R E ANAERORIOEN ANALTST, MODECATZE ETA KONTROLA

Digestio anaerobioaren prozesu an, mi- kroizaki-populazio natural nahasruek har- tzen dute parte, berauek sisteman gertatzen diren fenomenoen deskripzio maiematikoa eu kontrola oztopamn dutelarik.

Digestore anaerobioen problemarik ohizkoenak, hidraulikoak, organikoak cdo roxikoen gainkargarenak dira. Lehen ka- suan, diluzio-abiadwa mihirakien ugaike-

ta-abidura baino handiago d3. eta horregatik, rnikroizaki hauek unitatetik kanpora abia- ken dha. Besie aldetik substrtitu organikwn kontzenuazio handiek azido hegazkomn for- mazioa bortxatzen dute, metnnoa produzi- tzen duten bakteriaak inhibitu egiten dira eta pH-a jaitsi egiien da. Digesterean me- ianoa produzitzen dlrten bakterioetarako substantzia toxikoak kantitate nabarrnenetan s m e n direnean, prozesu globala alda daite- ke.

Tratarnendu anaerobioaren prozesuetan, unitatearen ezaugani dinamikoek eta kontro- lak oso garrantzi handia dute. Honen kausaz esrudio anitz ageriu da digestio anaerobioa- ren rnodelatzeari buruz; Gaaef eta Andrews- -ek egindakoa adibidez (4). Garatuiako ere- duan, Injinerutza Klasikoaren teknika ba- ttuk Biologimn oinarrizko ezagumeodu ba- tzurekin erabiltzen dra.

Azido hegazkorrak, azido azetikoz eme- presentatuz eña rnetanoa produzitzen duzen b&terioek C5H3N02 delako formula dau-

katela supsatuz. Graef eta Andrews-ek ho- nelako esiekiomema azaltzen dute gasifika- ziozko erreakzionko:

Erreakzio honén subsuatu mugauailea azido hegazkarren forma ionizarua da. h r - ma ez-ionizatuaren kontzenttazloa. HS, eta kantzentrazio rotala, S. desberdinak dira. ondoke ionizaziozko emakzioaren kausaz:

S - , substratuaren forma ionizalua izanik. Digesitorean lantzan den pH-aren balioa 6

deoer eta -log k,spk,=4.5 izanik, azido- mkantitate osoa forma ionizatuan dagmla ondoriozta daiteke:

eta (hS) e - S w S

k a

[ t o x 1 J : ' . n.y i F - ( [ t o x j - ~~~x ' !

V 1 .; 1 !h '

,? -.

. ..-

P a s e i r 2 : i > . i

- r S" ." ..u J

3 l a 4

:1 11 Y .; [::r>- ; = 7, 4 5 - - - : > . - z ) d : ' I J

T~ = k . a( [m:?'

u - 3 - l l ' - j , l b )

- . -F;w<.1_ !

-[Y:? 1 [ C 3 , '1 [ 171;. 1, - x_;.-,.

o 1 L . . . _ 2 3

Subszratuaren kontzentrazio handrak da- kaman efektu inhibitzaileak ereduan s m e - ko, Mond-ek emandko espresioa hazkun- de-abiadura espezifikorako Graef eta An- drewsek aldatu zukn:

Hazkunde-abiadutan, hiikeia-abiadura sartzen da ondoko espresioaren bides:

Beste aldetik. dgesrorean fase biologi- koaz gain beste bi fase daudela kontutan

hanu behar da. FIauek, fase Iikidoa eia fase gawosoa dira. Horregatik, eredu globalaren fase baknitzean dauden espezie guzriak snriu behrir dira; hala nola, beraien joera eta inte- sakzioaren dzskripzio rnatematikoak.

3. irudian digestore anaembio bati dagw kion rnateri balantzeak eta espresie zineti- koak azaltzen dira.

Eredu honen batiagarri tasuna frogatze- ko, kasu batzuren simulazioak egin dita. Lortutako ondorioek, digestore anaerobio baten diseinurako eredua egokia deIa fro- gatzen dure. a

RIB LIOGRAFIA

1 .- "Residuos Sdlidos en España4', Ministerio de Industria y Energía; Dfrecci6n General de Innovación Industrial y TecnoIogla, Madrid, 198 1.

2.- "Medio Ambiente en Espluia", Tnforme General; Subs~rem'a de Planificacion. Presi- dencia del Gobiesno, 1977.

3.- B U Y , J.E. eta DE. OLLIS "Biochemical Engineering Fundamentals", McGraw-HiI1 ed., N. York, 1977.

4.- GRAEF SP. eta ANDREWS, JF. Mafhemnlicol Modelling and Control at Amerobic Digeslion. CEP Symp. Ser. 136 70, 101-127. 1974,

5.- GRAEH, S.P, eia ANDREWS, CEP Symp. Ser., 136 70, 130, 1974,

6,- ANDREWS, J.F.: Review Paper: Dynams'c Models and Canlrol Srraregies for IVm~eworer Treaimenr Processes, Water Res., R: 261-289. 1974.

7.- BUSBY, J.B. eta N R E W S , J.F.: A Dynamic Mode? atid Control Strategies for dctivoied Sludge Process. J. Walter PoUut. Control Fed. 47, 1055, 1975.

9.- ATWNSON, B. "Biochemical Reactors"' p.24, Pion Ltd,, bndon, 1974.

10.- ABSON, J.W. &a TODHUNTER, K.H. wBiochemical and BioIogicol Engineering Sciencie" Vol. 1, 334, Academic Press, London, 1967.