Estudi del compostatge de residus sòlids orgànics. Optimització de la mescla inicial i seguiment de paràmetres d'activitat biològica del procés

Abstract

La tesi doctoral, presentada com a compendi de publicacions, inclou 6 articles on es presenten diferents aspectes de l'estudi de les tècniques de compostatge i co-compostatge i és el primer pas en la posada en marxa d'una nova linia de recerca en aquest camp a l'Escola Universitària Politècnica del Medi Ambient (EUPMA).<br/>Amb l'objectiu d'estudiar la viabilitat de les tècniques de compostatge i co-compostatge aplicades com eines de tractament i estabilització de residus orgànics, s'ha dissenyat, construït i validat un sistema de compostatge a escala laboratori i una planta pilot en els laboratoris de l'EUPMA. <br/>S'ha desenvolupat i implementat una metodologia, basada en el disseny d'experiments, per a l'estudi sistemàtic del procés, aplicable a l'estudi de la compostabilitat i co-compostabilitat de diferents residus i especialment útil per determinar la barreja òptima inicial en els estudis de co-compostabilitat. Aquesta metodologia també ha permés obtenir la descripció del procés en funció de diferents paràmetres físics estudiats. En aquest sentit és especialment rellevant la relació descrita entre la mida de partícula de l'agent estructurant i la relació volumètrica d'estructurant a afegir al residu orgànic i la provada interrelació entre aquests dos paràmetres.<br/>El treball experimental realitzat s'ha centrat principalment en l'estudi del compostatge de fangs d'estació depuradora (urbana i industrial) i també inclou estudis amb altres residus orgànics: residus de la indústria vinícola, paperera i alimentària. <br/>S'ha determinat amb èxit la viabilitat del co-compostatge de dos residus generats a la indústria vinícola, fang i rapa, amb l'obtenció d'un producte final estable i de qualitat aplicable a les vinyes. Així, es presenta aquest procés com una eina de gestió sostenible d'aquests residus orgànics, tancant el cicle de la matèria orgànica dins la mateixa empresa. L'estudi inclou una experiència a escala industrial com a pas final en la validació del procés. <br/>S'ha realitzat un estudi complet on es determina la compostabilitat i co-compostabilitat de diferents fangs generats a la indústria paperera, biològics i físico-químics. <br/>Finalment, destacar un ampli estudi sobre la biodegradabilitat de greixos en el procés de compostatge que ha permès determinar l'efecte en el procés de la presència de residus amb elevat contingut en greixos. En aquest darrer estudi s'han utilitzat tècniques bioquímiques i assajos enzimàtics per una millor descripció del procés. <br/>Paral·lelament als estudis de compostabilitat de residus s'han utilitzat i analitzat diferents paràmetres com eines de seguiment de l'activitat biològica del procés, concloent que l'Índex Respiromètric Dinàmic és el paràmetre més adient per aquesta finalitat i implementant la utilització d'aquest paràmetre en els laboratoris de l'EUPMA.

The PhD Thesis presented is conformed by 6 publications where different aspects of composting and co-composting studies are presented. This is the first PhD Thesis of a new research line developed in the Escola Universitària Politècnica del Medi Ambient (EUPMA, Mollet del Vallès, Barcelona, Spain).<br/>With the aim of study the viability of the composting and co-composting techniques for the treatment and stabilization of organic wastes, a laboratory scale composting system and a composting pilot plant were design, built and validated in the Escola Universitària Politècnica del Medi Ambient installations.<br/>A methodology based on experimental design was developed and implemented for the systematic study of the process. This methodology can be applied to the study of the compostability and co-compostability of different organic wastes and it is useful in the determination of the optimal mixture in co-compostability studies. This methodology also allowed to obtain a description of the process in terms of different physical parameters studied. In this sense is of special relevance the findings about the relationship between bulking agent particle size and bulking agent volumetric ratio added to organic waste.<br/>The experimental work focused on the composting of sludges from waste water treatment plants and also included studies with other organic wastes from wine, paper and alimentary industries.<br/>Co-composting of wastes generated in the wine industry, sludge and stalk, was successfully studied and a stable and high quality final product was obtained, suitable for its application on vineyard crops. Co-composting those two wastes was presented as a sustainable waste management alternative in the wine industry, closing the organic matter cycle in the company where wastes are generated. The study included experimental trials at industrial scale as the final step for validation of the process.<br/>A complete study was carried out with different biological and physico-chemical sludges produced in the paper industry, and their compostability and the co-compostability of different mixtures were determined. <br/>Co-composting of sewage sludge and animal fat mixtures was studied in order to determine the possibility of using this technology to recycle fat-enriched wastes. A study of fats biodegradability in the composting process was carried out which allowed to determine the effect of the presence of wastes with a high fat content on the development of the composting process. In this work, biochemical and enzyme techniques were used for a better description of the process.<br/>In the development of those studies, different parameters were used and analyzed to study their suitability to monitor the biological activity of the composting process. Among the indexes tested Dynamic Respirometric Index provided the most reliable values of microbial activity in a compost environment.