Desarrollo de un procedimiento de análisis para la determinación de siloxanos en biogás. Aplicación a depósitos controlados de residuos sólidos urbanos y estaciones depuradoras de aguas residuales

Abstract

En les últimes dècades la població mundial ha pres consciència de la cura de l’entorn generant l’aparició de moviments en favor de preservar el medi ambient. Aquest compromís social ha estat acompanyat de polítiques de gestió de residus i la cerca d’energies alternatives que minimitzin els efectes adversos. En aquest context sorgeix l’oportunitat d’aprofitar deixalles per produir energia elèctrica. La coincidència d’ambdues tendències, noves energies alternatives i gestió de residus, condueix en els últims anys al desenvolupament de sistemes de producció d’energia elèctrica utilitzant biogàs com a combustible. El biogàs, producte d’alt poder calorífic, generat principalment en dipòsits controlats de residus sòlids urbans (RSU) i estacions depuradores d’aigües residuals (EDAR), conté també a nivell de traces compostos derivats del silici (siloxans) que malmeten els sistemes de conversió d’energia encarint els costos i les inversions necessàries en les instal·lacions. En aquesta Tesis Doctoral s’ha desenvolupat un mètode analític, utilitzant cromatografia de gasos d’alta resolució acoblada a espectrometria de masses, que permet determinar el contingut de siloxans en biogàs generat en abocadors i depuradores. Amb aquest mètode analític s’han estudiat diferents procediments de mostreig del biogàs, seleccionant el més adient, senzill i robust. S’han estudiat els avantatges que aporten els diversos sistemes de mostreig (bosses, impingers i adsorbents sòlids), així com diferents columnes cromatogràfiques constituïdes per diverses fases estacionàries i les seves respectives condicions cromatogràfiques fins a obtenir el mètode òptim de treball. Els millors resultats s’han obtingut combinant tubs de carbó actiu (etapa de mostreig) amb una columna de polaritat mitjana (etapa d’anàlisi). Aquest procediment permet analitzar biogàs procedent de dipòsits controlats de RSU i EDAR. Posteriorment, amb el procediment analític desenvolupat, s’ha estudiat i monitoritzat la concentració de siloxans presents en el biogàs generat en el dipòsit controlat d’origen municipal d’Orís durant deu mesos. Aquests estudis s’han realitzat en el marc d’un Projecte LIFE (“MICROPHILOX”) liderat per l’empresa CESPA i d’un Projecte R+i Alliance (“SL1001”) liderat per l’empresa CETaqua.

En las últimas décadas la población mundial ha tomado conciencia del cuidado del entorno generando la aparición de movimientos en favor de preservar el medioambiente. Este compromiso social ha ido acompañado de políticas de gestión de residuos y búsqueda de energías alternativas que minimicen los efectos adversos. En este contexto surge también la oportunidad de aprovechar productos de desecho para producir energía eléctrica. La coincidencia de ambas tendencias, nuevas energías alternativas y gestión de los residuos, conduce al desarrollo de sistemas de producción de energía eléctrica utilizando biogás como combustible. El biogás, producto de alto poder calorífico, generado principalmente en depósitos controlados de residuos sólidos urbanos y estaciones depuradoras de aguas residuales, contiene también a nivel de trazas compuestos derivados del silicio (siloxanos) que dañan los sistemas de conversión de energía encareciendo los costes y las inversiones necesarias en las instalaciones. En esta Tesis Doctoral se ha desarrollado un método analítico, utilizando cromatografía de gases de alta resolución acoplada a espectrometría de masas, que permite determinar el contenido de siloxanos en biogás generado en vertederos y depuradoras. Con este método analítico se han estudiado diferentes procedimientos de muestreo del biogás, seleccionando aquel más adecuado, sencillo y robusto. Se han estudiado las ventajas que aportan los diversos sistemas de muestreo (bolsas, impingers y adsorbentes sólidos), así como diferentes columnas cromatográficas constituidas por distintas fases estacionarias y sus respectivas condiciones cromatográficas hasta obtener el método óptimo de trabajo. Los mejores resultados se han obtenido combinando los tubos de carbón activo (etapa de muestreo) con una columna de polaridad intermedia (etapa de análisis). Este procedimiento permite analizar biogás procedente de depósitos de RSU y EDAR. Posteriormente, con el procedimiento analítico desarrollado, se ha estudiado y monitorizando la concentración de siloxanos contenidos en el biogás generado en el depósito controlado de residuos sólidos urbanos de Orís a lo largo de diez meses. Estos estudios se han realizado en el marco de un Proyecto LIFE (“MICROPHILOX”) liderado por la empresa CESPA y de un Proyecto R+i Alliance (“SL1001”) liderado por la empresa CETaqua.

In recent decades the world population has become aware of environmental care and encouraged movements in favour of preserving the environment. This social commitment has been accompanied by waste management policies and search for alternative energies that minimize adverse effects. In this context, the opportunity to exploit waste products to produce electricity also emerges. The coincidence in recent years of new alternative energies and waste management leads to the development of production systems of electricity using biogas as fuel. The biogas is a product with a high heat power value which is mainly generated in landfills and wastewater treatment plants (WWTP). It also contains trace levels of compounds derived from silicon (siloxanes) that damage the conversion energy systems and increase the operational costs and the investments required in the plants. In this Doctoral Thesis, an analytical method using high resolution gas chromatography coupled to mass spectrometry has been developed to determine the content of siloxanes in biogas generated in landfills and wastewater treatment plants. Diverse sampling procedures for biogas have been studied up to select the most suitable, simple and robust. The study was conducted with samples of biogas generated in three landfills and in two wastewater treatment plants. The advantages of sampling systems (bags, impingers and solid adsorbents) using different stationary phases in the chromatographic columns and under specific chromatographic conditions have been studied up to obtain the optimal analytical method. The best results were obtained when combining activated carbon tubes (sampling step) with a mid-polarity column (analysis step). This procedure allows analyzing efficiently biogas from landfills and WWTPs. Furthermore the analytical procedure developed has been applied to study and monitoring the siloxane concentration in biogas generated in the Orís Landfill over a period of ten months. This research has been conducted under a LIFE Project ("MICROPHILOX") led by the company CESPA and under an R+i Alliance Project ("SL1001") led by the company CETaqua.