Estratègies per optimitzar el procés de compostatge. Desenvolupament d'un sistema de control de l'aeració i d'una nova metodologia per definir la relació de nutrients en termes de biodegradabilitat

• Autores: Belén Puyuelo
• Directores de la Tesis: Teresa Gea Leiva (dir. tes.), Antonio Sánchez Ferrer (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2012
• Idioma: catalán
• Tribunal Calificador de la Tesis: Arturo Chica Pérez (presid.), Albert Guisasola Canudas (secret.), Ramón Plana González-Sierra (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TESEO
• Resumen

  • El procés de compostatge juntament amb el de digestió anaeròbia són els principals tractaments biològics aplicats per a la gestió de residus orgànics. Tot i que aquests tractaments han estat àmpliament estudiats encara hi han certs aspectes en els que s'ha de seguir treballant per tal d'optimitzar aquests processos.

    L'estudi d'aquest treball de tesi s'ha enfocat principalment en el desenvolupament d'un nou sistema de control de l¿aeració per optimitzar el procés de compostatge. Aquesta idea es va plantejar degut a la dificultat trobada en els sistemes de control típics per definir el valor del punt de consigna de les variables mesurades (oxigen i temperatura) per optimitzar l¿activitat biològica al llarg del procés. Per tal d¿assolir aquest objectiu inicial de la tesi es van dur a terme diverses etapes experimentals prèvies. En primer lloc, va ser necessari construir una planta pilot i validar el seu funcionament per reproduir el procés de compostatge. Abans de començar amb els experiments pròpiament de compostatge, es va determinar el model de flux que descrivia la hidrodinàmica de circulació de gasos de l¿interior dels dos reactors pilot. Els resultats d¿aquest anàlisi van demostrar que el flux dels reactors es podia assimilar al comportament d¿un Reactor Continu de Flux Pistó amb dispersió axial. Aquesta dada va ser útil per realitzar un tractament correcte de les dades de composició dels gasos de sortida. Abans de definir el nou sistema de control es va estudiar detalladament la relació entre el cabal d¿aire aplicat i la mesura d¿OUR juntament amb el fenomen de transferència d¿oxigen des de la fase gas fins a la biopel¿lícula. Finalment, es va desenvolupar un nou sistema de control per regular l¿aeració del sistema. La novetat que aquest sistema presentava envers als existents fins al moment era que la regulació es basava directament en l¿evolució de la mesura de l¿activitat biològica (OUR), deixant així al marge les mancances que els sistemes de control típics presentaven. Després d¿implementar, ajustar i optimitzar degudament el sistema de control a la planta pilot i amb el doble objectiu de, per una banda, acabar d¿optimitzar el controlador i, d¿altra banda, valorant la possibilitat de desenvolupar un sistema de control predictiu-anticipatiu, es va incloure l¿algoritme de control en un model complex de compostatge. La manca d¿un model de compostatge capaç de descriure rigorosament l¿evolució de les variables de seguiment de procés va invalidar la possibilitat de continuar treballant amb el model.

    Per tal de corroborar el bon funcionament del control desenvolupat es va comparar l¿evolució de les variables de procés segons el sistema de control d¿aeració emprat. A part del nou sistema de control per OUR, els sistemes de control inclosos en aquets estudi van ser: control feedback de temperatura, control feedback d¿oxigen i control per cicles. Tant a nivell de consum energètic com d¿estabilitat del material final i de minimització d¿emissions es va observar que, en tots els aspectes, el control per OUR era una bona opció.

    Malgrat el correcte ajust de la C/N inicial del residu emprat durant l¿estudi comparatiu dels sistemes de control, els valors d¿emissió d¿amoníac obtinguts van ser força elevats en comparació amb les referències bibliogràfiques trobades. A partir d¿aquí es va pensar en la possibilitat de replantejar el càlcul de la relació C/N per tal de donar aquest paràmetre en termes de contingut biodegradable. En aquest sentit, a partir de les tècniques respiromètriques es va proposar una metodologia per calcular el contingut de Carboni Orgànic Biodegradable sota condicions aeròbies (COBAE) i anaeròbies (COBAE). Això, va permetre recalcular la relació C/N en termes de biodegradabilitat i donar uns valors comparatius per posar de manifest la diferència real existent entre la relació C/N total i la relació C/N biodegradable per a un mateix residu.