Tratamiento de Residuos Cómo eliminar y valorizar los residuos de mataderos R. Pons Ballbé Director Área de Tecnología Servicios de Gestión Tecnológica, S.A. 1. Introducción A la problemática de los residuos sólidos urbanos, lodos de depuradora y residuos agropecuarios, entre otros tipos de residuos, se añade hoy la de los subproductos animales y los materiales especificados de riesgo originados en mataderos, que deben eliminarse o tratarse según las prescripciones de la regulación comunitaria dictada para garantía de la erradicación de las encefalopatías espongiformes transmisibles. La normativa comunitaria define subproductos animales (SPA’s), como cuerpos enteros o partes de animales o productos de origen animales no destinados al consumo humano [1], y materiales especificados de riesgo (MER’s), como aquellos materiales definidos por la Regulación (EC) 999/2001, listados en su anexo V [2], que pudiendo afectar a la salud de los consumidores deben ser retirados de la cadena alimentaria y eliminados. Los SPA’s y los MER’s se clasifican de acuerdo a las categorías 1, 2 ó 3. Las categorías 1 y 2 incluyen los subproductos y materiales no destinados al consumo humano, con la salvedad de que, por su mayor riesgo, los de la categoría 1 de- ben ser completamente destruidos; la categoría 3 incluye los subproductos y materiales no destinados al consumo humano recogidos como residuos en mataderos y en empresas del sector alimentario y con un nivel de riesgo menor. Los tratamientos aceptados reglamentariamente para la eliminación de tales subproductos y materiales se indican resumidamente en la Tabla I. 2. Subproductos animales de la categoría 1 2.1. Procedimientos de eliminación y valoración ––––––––––––––––––––––––––––––– El artículo 4 del Reglamento (EC) 1774/2002 lista como SPA’s de categoría 1 los siguientes grupos principales: Tabla I. Procedimientos aceptados para la eliminación de los SPA’s Se presentan oportunidades para la eliminación, tratamiento y valorización de los citados subproductos y materiales animales, sin menoscabo de compatibilizar su gestión integral con el creciente número de disposiciones que orientan hacia la reducción de materia orgánica en vertederos, hacia las restricciones para la aplicación de materia orgánica, compost o resultados de la digestión en suelos de cultivo y hacia la demanda de garantías de higienización para los productos obtenidos de los tratamientos de transformación y valorización. Ingeniería Química www.alcion.es Procedimiento Incineración “Rendering” (o cocción) e incineración “Rendering”, esterilización (133ºC, 3bar, 20min) y deposición en vertedero autorizado Combustión grasas animales separadas en los procesos de “rendering” “Rendering”, esterilización (133ºC, 3bar, 20min) y aplicación al campo como fertilizante “Rendering”, esterilización (133ºC, 3bar, 20 min) y valorización como biogás o compost Producción derivados grasas para usos técnicos “Rendering”, higienización (12mm, 70ºC, 1 h) y valorización como biogás o compost Producción de derivados de grasas Producción de “petfood” Cat. 1 Cat. 2 Cat. 3 Sí Sí Sí Sí Sí Sí Sí Sí Sí Si 850ºC/2sg No Si Si Sí Sí No Sí Sí No No Sí No Sí Sí No No No No Sí Sí junio 04 201 INGENIERIA QUIMICA - Animales sospechosos de estar infectados por encefalopatías espongiformes transmisibles (EET’s). - MER’s y animales muertos que contengan MER’s. - Materiales de origen animal, recogidos al depurar las aguas residuales de plantas de transformación de material de categoría 1 y de otros locales en los que se retiren MER’s. El esquema de tratamiento presentado puede incluir también después de la cocción (o como parte de la propia cocción) una etapa que evidencie la esterilización satisfactoria de los SPA’s a 133 ºC y 3 bar durante 20 minutos, de tal forma que en este caso las harinas animales, si no desean valorizarse, puedan depositarse en vertedero autorizado a coste elevado. Los materiales de categoría 1, como indica la Tabla I, se pueden tratar directamente (sin tratamiento previo) como residuos, por incineración. No obstante, en la práctica, es un tratamiento que queda limitado a hornos de cremación de cadáveres animales de carga individual y que exige estrictas garantías de ausencia de inquemados. En definitiva, es un tratamiento cuya implantación presenta, obviamente, dificultades y costes elevados en función de su pequeña capacidad. 2.2. Combustión de harinas y de grasas animales ––––––––––––––––––––––––––––––– Por lo general, los materiales de categoría 1 se transforman mediante un procedimiento definido y autorizado de cocción (o “rendering” o, también, de “digestión”) a temperatura y presión, en continuo o en discontinuo, para posteriormente valorizar energéticamente los materiales obtenidos (harinas y grasas animales) mediante su combustión, produciendo vapor o electricidad en una turbina de vapor. Este procedimiento es el que se está realizando actualmente en Europa para la eliminación de los SPA’s. En la figura 1 se presenta una ilustración simplificada de una planta de transformación y valoración. Figura 1. Proceso para una planta de transformación y valoración de SPA’s ETAR: Estación de tratamiento de aguas residuales 202 La combustión de las harinas y de las grasas animales no se realiza conjuntamente, porque la aglomeración de ambos productos en la cocción daría lugar a una carbonización externa sin haber alcanzado la necesaria combustión completa interna, con lo que no se dispondría de la garantía de destrucción del prión causante de las EET’s. Una temperatura de 850ºC o superior en el corazón más interno del producto a quemar y durante un tiempo mínimo de dos segundos es el valor que se considera como condición necesaria para alcanzar el objetivo de la total destrucción del prión. Así, a este respecto, es razonable pensar que la combustión de las harinas y de las grasas, de forma separada y no conjunta, podrá técnicamente colaborar en mejores condiciones a su más óptima combustión. Tradicionalmente, las grasas animales se han quemado en calderas convencionales que incorporan que- madores del tipo de copa rotativa, sin haber presentado nunca ningún tipo de problemática especial. Las grasas animales tienen un poder calorífico aproximado de 39 MJ/kg PCS y son, por tanto, un buen combustible, que, además, se puede presentar limpio, con bajo contenido en azufre y rinden un bajo porcentaje en cenizas. Por tanto, representan un producto de cualidades óptimas para valorizarlo energéticamente. En la actualidad, las calderas de combustión para grasas animales, denominadas termodestructores, se diseñan con la incorporación de una cámara de combustión que aporte un volumen suficiente para alcanzar un tiempo de residencia del combustible igual o superior a dos segundos. Recientemente, no obstante, la European Food Safety Authority (EFSA) ha hecho pública [3], en consideración a la documentación complementaria aportada por la European Fat Processors and Renderes Association (EFPRA), una opinión favorable en base a la cual se considera igualmente segura para la eliminación de las grasas animales de categoría 1, tanto la condición inicialmente adoptada de 850ºC/2 segundos, como la propuesta por EFPRA de 1.100ºC/0,2 segundos. Las harinas animales, por otra parte, se pueden quemar (con un poder calorífico aproximado de 21 MJ/kg PCS) de varias formas, entre las cuales, se destacan las siguientes. 1. Incineración en hornos de combustión específicamente diseñados para la incineración de harinas, con tecnologías de base probadas, evidenciando un estricto cumplimiento de la normativa medioambiental. 2. Incineración en hornos para producción de cemento donde las cenizas se funden en el propio cemento. 3. Co-incineración en centrales térmicas de carbón que requieren una alimentación con un tamaño y distribución de partícula determinado. 4. Co-incineración en hornos de combustión de residuos sólidos urbanos. Tratamiento de Residuos Entre estas opciones, técnicamente todas ellas posibles con sus limitaciones normales, no parece que las dos últimas puedan paliar hoy en España la problemática de la producción actual de SPA’s (y, por tanto, de las harinas animales). Por otra parte, nos abstenemos en comentar las posibilidades de incineración en hornos para la producción de cemento, puesto que, si bien es práctica habitual, por ejemplo, en Francia en la actualidad, no disponemos de suficientes datos como para evaluar su idoneidad técnica y medioambiental. Por lo que se refiere a la incineración en hornos de combustión específicamente diseñados, tampoco pretendemos en este artículo hacer un comparativo de los diversos tipos potencialmente disponibles. Hay que resaltar la utilización en el Reino Unido por parte de PDM (Prosper De Mulder) de hornos basados en la tecnología del lecho fluido burbujeante [4)], que son hoy una opción tecnológica probada a nivel de operación y explotación y, por tanto, suficientemente madura, solvente y pertinente a los efectos de nuevas y necesarias inversiones. La implantación de instalaciones para la eliminación de los SPA’s por incineración, en justa dimensión a la cantidad de residuos producidos territorialmente en el país y localizadas estratégicamente para optimizar los costes de transporte y de explotación, permitiría alcanzar, como mínimo, los siguientes objetivos: 1. Poder contar con la disponibilidad de infraestructuras expresamente orientadas a la función que se pretende y que, por tanto, garanticen la estricta idoneidad de su función. 2. Cumplir y evidenciar la especificación de control en tiempo real de todos los parámetros medioambientales y, particularmente, los de la reglamentación 2000/ 76/EC [5], así como los de orden sanitario (en cuanto, por ejemplo, al contenido de proteína total en cenizas, no recomendado superar 5 mg por cada 100 mg). 3. Facilitar un más amplio control y seguimiento sanitario de parte de la Administración. 4. Proporcionar a los ganaderos y a los sectores afectados costes inferiores que los actuales de recogida y tratamiento de los SPA’s. 2.3. Otros métodos de eliminación ––––––––––––––––––––––––––––––– En definitiva, la única ruta que hoy presenta un alcance industrial para la eliminación de los SPA’s de categoría 1, contando con un reconocimiento legal, es la incineración previa la instrumentación de un procedimiento de transformación por rendering. Esta ruta permite, naturalmente, la valoración energética de los gases de combustión y obtener recursos económicos que optimicen el coste de la eliminación. Otros procedimientos alternativos a la incineración, sometidos a opinión del SSC [6] o de la ESFA, presentan el estado de situación tentativo y provisional que se indica en la Tabla II [7], no habiendo aún sido recogidos en disposición legal alguna complementaria de la (EC) 1774/2002. Posiblemente, las reservas para un más decidido impulso de estos procedimientos se justifican por las imprevisibles consecuencias que pudieran acontecer de modificar unas condiciones de referencia (combustión a 850ºC y dos segundos) que se entienden seguras en términos científicos de ausencia de riesgo para la presencia de agentes microbiológicos transmisores de las EET’s. 3. Subproductos animales de las categorías 2 y 3 3.1. Procedimientos de eliminación y valoración ––––––––––––––––––––––––––––––– Los subproductos y materiales de las categorías 2 y 3, como se indica en la Tabla I, se pueden tratar por cualquiera de los procedimientos explicados al introducir los materiales de la categoría 1 más algunos adicionales y específicos como son, por ejemplo, la aplicación a tierras de cultivo en calidad de fertilizante (si otras normas no lo impiden), o la valorización energética mediante la producción de biogás, o la producción de compost. No obstante, siempre en cualquiera de los tres procedimientos indicados, será precisa una previa etapa de esterilización (133ºC/3bar/20min). Las grasas animales correspondientes producidas podrán siempre valorizarse térmicamente, pero, además, también procesarse en plantas de transformación para destinarse a usos técnicos diversos. Los materiales de la categoría 3, además de los usos indicados anteriormente, pueden, en particular, someterse a procesos de valoración energética para la producción de biogás; en este caso no precisan una esterilización, sino que es suficiente una higienización o pasteurización (12 mm de tamaño, a 70ºC durante una hora). Las harinas animales se pueden destinar a la fabricación de “petfoods” y las grasas animales, a una amplia gama de derivados. 3.2. Digestión anaeróbica de SPA’s: generalidades ––––––––––––––––––––––––––––––– La producción de la energía renovable del biogás procedente de la digestión anaeróbica de la biomasa animal (materiales de categorías 2 y 3) puede constituir una oportunidad de valorización energética y, por tanto, de reducción de los costes de operación de los mataderos. En la actualidad, el debate relativo a la producción de las EE.RR. transciende el ámbito científicotécnico. No obstante, ello no es suficiente y lo que ciertamente es preciso es la adopción de medidas económicas efectivas desde la Administración, que, manteniendo el crecimiento de la energía solar y eólica, lancen (o impulsen), particular y definitivamente, la energía renovable del biogás y de la biomasa a los niveles que se pueden fácilmente apreciar en Alemania, Austria, Dinamarca y Suecia, entre otros países de la CE. Los citados países, de alguna forma, han consolidado un modelo junio 04 203 INGENIERIA QUIMICA Tabla II. Procedimientos con opinión por el SCC y/o ESFA para la eliminación de los SPA’s Solicitante Procedimiento Opinión Notas “Bio-reducer” D.J.Westron / Reading Agriculture Consultants No es un método seguro para la deposición de SPA’s High Pressure Hydrolysis (220ºC/25bar/20min) Biogas Process ATZ-EVUS Entwicklungs-zentrum für Verfahrens-technik (FRG) En base a un proceso cerrado, es Con monitorización técnica por un método seguro para SPA’s cat. 2 años. 1, 2 y3 Con restricciones. High Pressure High Temperature Alkaline (NaOH o KOH) Hydrolysis Biosphere Refinery Corp. Es un método seguro para SPA’s Con restricciones bajo determinacat. 1,2 y 3 das circunstancias Biodiesel Production Saria Bio-Industries, GmbH & C0 KG Es un método probablemente Pendiente datos seguro para la deposición de del solicitante para opinión cateSPA’s cat. 2 y 3 goría 1 Brookes gasification (small scale incineration) Valley Industrial Supplies Ltd. Es un método probablemente Pendiente datos seguro para la deposición de del solicitante para opinión cateSPA’s cat. 2 y 3 goría 1 Combustion of Tallow in a Thermal Boiler EFPRA (European Fat Processors & Renderers Association) Es un método seguro para SPA’s Confirmado por la EFSA-Q-2003cat. 1, 2 y 3 234, 22 Abril 2003 [3] de gestión integral de sus residuos orgánicos por vía de la producción de biogás. Alemania, por ejemplo, dispone de un número importante de instalaciones individuales de co-digestión de excedentes ganaderos (purines de cerdo) y cultivos energéticos con una producción media eléctrica de unos 300 kW. La digestión anaeróbica es un proceso biológico ampliamente conocido que puede aplicarse con provecho para la gestión de SPA’s y de materiales transformados de SPA’s, como son las harinas cárnicas. Las principales ventajas de una digestión anaeróbica con SPS’s pueden describirse en atención a los puntos siguientes: - Problemas de estabilidad de operación por sobrecarga orgánica. - Necesidad de un diseño con tiempo de retención hidráulico alto que supone un volumen grande para el/los digestor/es. - Necesidad de pretratamiento para adecuación e higienización de los sustratos. Dinamarca, en cambio, ha promocionado un modelo de gestión centralizada en lugar de individual para la co-digestión de purines y otros sustratos, entre ellos residuos de mataderos y de pescado, con capacidades de tratamiento entre 25.000 y 80.000 ton/año de producto tratado y con valoración del biogás en instalaciones de “district heating” o de producción eléctrica. Suecia aporta un modelo de gestión semejante pero más orientado a la valorización del biogás, con técnicas de mejora de su calidad, para posibilitar la introducción del mismo en la red de pública de distribución de gas natural o para facilitar su consumo en automoción y buscando, además también, un valor añadido para el digestado como fertilizante orgánico con etiqueta ecológica (según acontece en las instalaciones de Laholm y Linköping). - Balance energético global positivo. - Producción de una fuente de energía renovable que supone una reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera. - Posibilidad de combinación con otros procesos unitarios para recuperación de nutrientes. - Estabilización de la materia orgánica para destino como fertilizante. - Alto potencial de producción de metano que permite presumir rentabilidades adecuadas. En relación con el alto potencial de producción de metano, destacado como ventaja en los procesos de digestión anaeróbica de SPA’s, se incluyen, a efectos ilustrativos, los datos de la Tabla III. Para ampliación de la información deberá acudirse a las fuentes originales indicadas en la bibliografía [8]. 204 Los factores que deben considerarse en una instalación de digestión anaeróbica de SPA’s y que, eventualmente, puede evaluarse como potenciales inconvenientes son los siguientes: - Posibilidad de inhibición por amonio y/o ácidos grasos de cadena larga. 3.3. Un ejemplo de instalación para tratamiento de SPA’s de matadero ––––––––––––––––––––––––––––––– En el Cuadro 1 se ofrecen, las principales magnitudes de una potencial instalación de digestión anaeróbica para residuos de matadero con indicación de los resultados de su rendimiento técnico y económico. Tratamiento de Residuos Tabla III. Producción de metano en digestión anaeróbica Sustrato Contenido intestinal bovino y aguas de proceso SPA’s de origen avícola Rumen y sangre de bovino Grasa de ovino Animales muertos (avícola) SPA’s y restos comida SPA’s Harinas de carne SPA’s de origen avícola Carga orgánica Producción CH4 Referencia 0,36 Kg DQO/m3*d 0,8 Kg SV/m3 *d 3,6 Kg ST/ m3 *d 5-20 g/l 2 g DQO/l*d 1-5 No indica EB EB 0,18 m3/Kg DQO 0,54 m3/Kg SV 0,27 m3/Kg ST No indica 0,2 m3/Kg 0,8 m3/Kg SV 0,31-0,76 m3/Kg SV 0,34 m3/Kg substrato 0,1 m3/Kg substrato Banks (94) Salminen et al. (02) Banks et al. (99) Brougthon et al. (98) Chen y Shyu (98) Edström et al (03) Edström et al (03) UdL (particular) UdL (particular) Nomenclatura: SV, sólidos volátiles; ST, sólidos totales; EB, ensayo de biodegradabilidad; UdL, Universidad Lleida (Laboratori Enginyeria Ambiental) Fuente: Universidad de Lleida (elaboración propia) 4. Conclusiones En beneficio de la brevedad, se indica: a) El reglamento comunitario (EC) 1774/2002 ha impuesto una problemática nueva y determinada para la eliminación de los SPA’s y los MER’s de matadero. Ello debe volcarse en nuevas oportunidades para colaborar a la preservación medioambiental y a la inocuidad alimenticia y asimismo a nuevas oportunidades de negocio. Cuadro 1. Instalación para tratamiento de 15.000 ton/año SPA’s y MER’s matadero - Datos para la instalación Capacidad matadero Coste eliminación actual residuos Productos a tratar SPA’s + MER`s Fangos de flotación (ETAR) Residuos ganaderos (purines) Total entrada (alimento al 11% ST) 1.750.000 animales por año Incluido en estudio económico (como ingresos) - Datos principales resultantes del diseño técnico de la instalación Capacidad volumétrica en digestores Biogás producido (65% CH4) Rendimiento transformación en biogás Potencia eléctrica instalada Categoría y grupo en el REPE (RD 436/2004 de 12.03) Energía eléctrica susceptible de exportar a red (neta) Calor útil susceptible de aprovechar (neto) Digestado después separación fracción sólida (2,5 ST) 15.000 35.000 30.000 80.000 Ton/año Ton/año Ton/año Ton/año 7.600 14.500 65 2.500 b, b7 18.000 17.050 75.000 m3 m3/día m3/Ton alimento kWe - Datos principales resultantes del estudio económico de la instalación Inversión total 7.500 Horizonte del plan de negocio 15 Incremento IPC (anual) 2,5 Project Finance (apalancamiento) 30/70 TIR accionista 20-25 Ratio cobertura al servicio de la deuda 2,1 MWeh/a MWth/a Ton/año miles EUR años % % % b) Para los productos de riesgo más elevado a nivel de su probabilidad de transmisión de las EET’s, como son los subproductos y materiales incluidos dentro la categoría 1, la normativa específica como única vía de tratamiento la incineración. A efectos prácticos se entiende que ello exige una cocción (rendering) previa de tales SPA’s y una combustión separada de las grasas de las harinas animales. Este artículo propugna la tecnología de lecho fluido burbujeante como tecnología probada para la combustión de las harinas y la utilización de termodestructores a 850ºC y dos segundos para la combustión de las grasas. c) Para los productos de menor riesgo, es decir, los subproductos y materiales incluidos dentro las categorías 2 y 3, la normativa especifica varios métodos alternativos adicionales a la incineración, entre los cuales se destaca la digestión anaeróbica para la producción de la energía renovable del biogás. La digestión anaeróbica de residuos de matadero puede situarse dentro del marco de una gestión integral de residuos, al aceptar incluir en la misma varios otros tipos de residuos como, por ejemplo, excedentes de residuos agropecuarios, en particular los ganaderos, lodos de depuradoras, etc., y aplicar técnicas de codigestión para el conjunto de las mezclas. Ello representa, en definitiva y en virtud junio 04 205 INGENIERIA QUIMICA de sus buenos rendimientos en términos de la conversión o degradación biológica, una oportunidad para la reducción de costes de explotación y para la sostenibilidad ambiental en virtud de las emisiones de CO2 evitadas. 5. Bibliografía [1] Reglamento (CE) Nº 1774/2002 del Parlamento Europeo y del Consejo de 3 de octubre de 2002, por el que se establecen normas sanitarias aplicables a los subproductos animales no destinados al consumo humano, y disposiciones posteriores relacionadas. [2] Reglamento (CE) Nº 999/2001 del Parlamento Europeo y del Consejo de 22 de mayo de 2001, por el que se establecen disposiciones para la prevención, el control y la erradicación de determinadas EET’s, y disposiciones posteriores relacionadas. [3] The EFSA Journal (2004) 58, 1-4, “Combustion of Tallow in a thermal boiler process as a method for safe disposal of category 1 Animal by-Products (ABP) not intended for human consumption”. Question Nº EFSA-Q-2003234 de 22 April 2004 (http://www.efsa.eu.int) [4] 3r Curs d’Enginyeria Ambiental: Aprofitament energètic de residus orgànics. Universitat de Lleida, “Tecnologías de Combustión: Combustión en lecho fluidizado”, J. Otero, et al., CIEMAT (Madrid). Oct. (1997). [5] Directiva 2000/76/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 4 de diciembre de 2000, relativa a la incineración de residuos. [6] Nota del Autor: el SSC (Scientifc Steering Committee, dependiente del Health & Consumer Protection Directorate-General de la EC) se creó en 1997 para asesorar en relación a las EET’s. Sus miembros atienden criterios de independencia, transparencia y excelencia científica. En enero de 2002 la UE creó la EFSA (European Food Safety Authority) y el SSC se integró en la misma a partir de su última sesión de Abril de 2003. El trabajo del SSC ha alcanzado 279 opiniones y ha dado lugar a 32 propuestas legislativas. [7] The EFSA Journal (2003) 11, 1-4, “The process of High Pressure Hydrolysis (HPHB) As a method for safe disposal of category 1 Animal byProducts (ABP) not intended for human consumption”. Question Nº EFSA-Q-2003-028 de 26 November 2003. [8] - Salminen, E.A. y Rintala, J.A: Semi-continuous anaerobic digestion of solid poultry slaughterhouse waste: effect of hydraulic retention time and loading. Water Research, 36, 3175-3182 (2002). - Banks, C.J. y Wanmg, Z. “Development of a two phase anaerobic digester for the treatment of mixed abattoir wastes”. Water Science and Technology, 40(1), 69-76. (1999). - Wang, Z., Banks y C.J. “Evaluation of a two stage anaerobic digester for the treatment of mixed abattoir wastes”. Process Biochemistry, 38, 12671273 (2003). - Broughton, M.J., Thiele, J., H., Birch, E.J. y Cohen, A. “Anaerobic batch digestion of sheep tallow”. Water Research, 32 (5), 1423-1428 (1998). - Chen, T.H., Shyu y W.H. “Chemical characterization of anaerobic digestion treatment of poultry mortalities”. Bioresource technology, 63, 37-48 (1998). - Edström, M., Nordberg, A. y Thyselius, L. “Anaerobic treatment of animal by-products from slaughterhouses in laboratory and pilot scale”. Applied Biochemistry and Biotechnology, 109 (13), 127-138 (2003).
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