Resumen de Estudi de les emissions i la biofiltració dels gasos emesos en el procés de compostatge de diferents residus orgànics
Estel·la Pagans Miró
Els processos de compostatge estan sovint relacionats amb la generació de males olors degut a les emissions de compostos nitrogenats, principalment amoníac, de compostos sulfurosos, i de compostos orgànics volàtils (COVs). Actualment, un procés de compostatge modern cal que es disseny i operi de manera que minimitzi les emissions i tracti eficaçment els gasos i olors generats. En aquest sentit, la biofiltració és una alternativa simple, econòmica i eficient a lhora de reduir les emissions oloroses originades en processos de tractament de residus.
Lobjectiu daquesta tesi és lestudi de les emissions damoníac i de COVs, així com la seva posterior biofiltració en processos de compostatge de residus orgànics de composició i propietats diferents (fracció orgànica de residus municipals (FORM), fangs destació depuradora daigües residuals digerits anaeròbiament i sense digerir, residus carnis i residus de pèl). A la vegada, sha dissenyat i construït un aparell per caracteritzar el comportament dun suport orgànic de rebliment per biofiltrar amoníac en termes de degradació biològica, capacitat dadsorció i capacitat dabsorció damoníac.
Els resultats han mostrat com la quantitat damoníac volatilitzada en tots el processos de compostatge estudiats està directament influenciada per la relació C/N de la mescla a compostar. A la vegada, sha observat que les emissions damoníac augmenten exponencialment durant la fase termòfila del procés de compostatge, mentre que durant la fase final les emissions i la temperatura semblen estar relacionades de manera lineal. En el cas de lestudi de les emissions de COVs, les màximes concentracions shan detectat durant les primeres 48 hores de procés i sha apreciat un augment de les emissions a lafegir una major quantitat destructurant a la mescla inicial a compostar.
En el lestudi de la biofiltració de les emissions damoníac sha constatat que la biofiltració emprant compost com a medi de rebliment elimina gran part de les emissions damoníac derivades del compostaje de FORM i fangs digerits amb eficàcies superiors al 95%. No obstant, sha observat una eliminació parcial de lamoníac durant el compostaje de residus carnis degut a les elevades concentracions damoníac emeses i a possibles fenòmens dinhibició de lactivitat biològica del biofiltre. Pel que fa a la biofiltració de COVs originats en processos de compostatge, sha observat que aquesta és altament dependent de la composició de la mescla de COVs volatilitzada i per tant assoleix diferents eficàcies deliminació en funció del residu a compostar, obtenint-se les majors eficàcies durant el compostatge de fangs frescos. Sha constatat que el propi compost com a material de rebliment emet COVs en una concentració aproximadament de 50 mg C·m-3.
Finalment, en lestudi dels mecanismes de biofiltració damoníac, shan considerat adequats els models de Freundlich i de Langmuir per descriure els equilibris dels processos dadsorció damoníac dels materials de rebliment estudiats. Sha observat que labsorció damoníac es pot representar mitjançant el model lineal regit per la llei de Henry, amb valors de la constant de partició significativament superiors a la constant de Henry quan lamoníac es dissol en aigua pura, i sha comprovat que labsorció té un pes important com a mecanisme deliminació damoníac en el rang dhumitat òptim dels biofiltres. Finalment, les velocitats de biodegradació damoníac obtingudes han estat considerablement baixes si es comparen amb les dels mecanismes fisicoquímics deliminació damoníac. Aquest manifesta la importància de controlar les càrregues damoníac subministrades als biofiltres que operen en plantes de compostatge, per exemple mitjançant un pretractament emprant un rentador àcid, si es vol garantir un funcionament adequat del sistema a llarg termini.
Composting processes are frequently related to bad odours generation due to the emissions of nitrogen compounds, mainly ammonia, sulphur compounds and volatile organic compounds (VOCs). Currently, modern composting processes have to be designed and operated minimising emissions and treating gases and odours efficiently. In this sense, biofiltration can be adapted to reduce emissions from composting processes. It is also considered a suitable technology in terms of waste recycling, emission reduction and low construction and operating costs.
The aim of this thesis is the study of ammonia and VOCs emissions generated during the composting of different organic wastes (organic fraction of municipal solid wastes (OFMSW)), raw sludge, anaerobically digested sludge, animal by-products and hydrolysed hair). The abatement of the ammonia and VOCs generated during the waste composting using the biofiltration technology is also studied. Moreover, a new specific apparatus to characterise organic support media in terms of ammonia biological degradation, adsorption and absorption capacity, has been designed and constructed.
Results have shown that the total amount of ammonia emitted during the composting process was directly related to the C/N ratio. Ammonia emissions revealed a strong dependence on temperature, with a distinct pattern in the thermophilic first stage of composting than that of the mesophilic final stage. VOCs emissions were higher during the beginning of the composting process.
Biofiltration technology using compost as a biofilter media can effectively remove most of the ammonia content from the composting process of OFMSW and digested sludge, achieving removal efficiencies over 95%. However, in the case of animal by-products, only a partial removal of ammonia was obtained due to the high ammonia emissions. VOCs biofiltration from exhausted gases of composting processes can be performed achieving different efficiencies depending on the waste composted. More sustained removal efficiencies were obtained in the composting of raw sludge. Compost biofilters are emitters of VOCs themselves. Approximately basal emission of 50 mg C·m-3 was measured.
Regarding the ammonia biofiltration mechanisms study, adsorption data were successfully fitted to Langmuir and Freundlich isotherms. The results also show that absorption could be represented by a Henrys law linear equation, with values of the Henry coefficient higher than that of pure water. Finally, ammonia biodegradation rates are considerably lower than absorption and adsorption rates. This fact shows the importance of controlling ammonia loading rates supplied to biofilters in composting plants in order to achieve a high efficiency in long term operation.
