BIOLAND3 - Metodología para el dimensionamiento, gestión y control ambiental de vertederos de residuos sólidos urbanos

Abstract

[ES] El depósito en vertedero es actualmente la técnica de eliminación de residuos sólidos urbanos (RSU) más utilizada: se estima que alrededor del 40-45% de los RSU generados se depositan en vertedero, tras su paso por una planta de tratamiento. El control ambiental de un vertedero es fundamental para garantizar el equilibrio de los ecosistemas y la protección del medio ambiente. Desde esta perspectiva, los vertederos representan una de las mayores fuentes potenciales de contaminación medioambiental. Un mal diseño y gestión de estas infraestructuras puede comprometer la calidad del suelo y del agua subterránea debido a posibles fugas de lixiviados y emisión de gases, así como efectos indirectos sobre el territorio que lo rodea. La selección del área de emplazamiento de un vertedero y su dimensionamiento representan un importante problema a tratar por las autoridades encargadas de su gestión, debido a que, en muchas ocasiones, los vertederos existentes se encuentran cerca de su capacidad máxima. Como consecuencia, en los últimos años se ha observado un incremento en la demanda de sitios adecuados para el emplazamiento de vertederos. Otro aspecto importante a considerar acerca de los vertederos, es la producción y captación del biogás resultante de la descomposición anaerobia de la materia orgánica presente en los residuos. Los componentes mayoritarios del biogás son el metano y el dióxido de carbono. En función de la riqueza en metano del biogás, este se puede considerar de alto valor y utilidad para la producción eléctrica, pudiendo constituir una nueva fuente de energía renovable, gracias a su alto poder calorífico. Por todo lo anterior, es de suma importancia que estos emplazamientos tengan un diseño acorde a las necesidades de la población, siempre respetando el medio ambiente. En la fase de diseño de un nuevo vertedero, resulta fundamental disponer de herramientas de análisis y modelación que permitan conocer con exactitud la cantidad de residuos que un vertedero recibirá y las condiciones físicas a las que los residuos estarán sometidos a lo largo de su vida útil. El objetivo del presente Trabajo Fin de Máster es establecer una metodología (BIOLAND3) que permita optimizar el diseño y la operación de vertederos de RSU. Dicha metodología deberá de ser capaz de lograr lo siguiente: 1. Estimar la cantidad de residuos que se producirán durante el periodo de operación del vertedero, en función de la población a la que dé servicio la infraestructura. 2. Calcular la máxima producción de biogás en condiciones óptimas de operación. 3. Llevar a cabo un monitoreo constante del estado ambiental del territorio donde se lleve a cabo la construcción del vertedero. La primera parte de la metodología BIOLAND3 corresponde al cálculo de la producción de residuos futura, el cual se realizará a través de la combinación de tres elementos: (i) el concepto de "carga de población", el cual engloba en un único parámetro los tres factores principales que definen la carga demográfica real de un territorio y que afectan a la producción de residuos (la población fija, la población no residente y la población asociada al turismo); (ii) una simulación estadística de la población que residirá en el área de estudio en los próximos años, basada en el método clásico de componentes y (iii) la proyección futura de la a tasa unitaria de generación de residuos. La segunda parte de la metodología corresponde a la aplicación del modelo BIOLEACH, un modelo de gestión para vertederos de tipo biorreactor que permite estimar la producción conjunta de lixiviados y biogás en base a una adaptación de la ecuación de balance hídrico. En la tercera parte, se utiliza el índice ambiental WEI que permite realizar un análisis ambiental de los usos de suelo del territorio basado en información que pueda ser integrada en un sistema de información geográfica, con el objetivo de determinar el impacto ambiental de medidas, acciones o políticas implementadas sobre el

[EN] Landfilling is currently the most widely used municipal solid waste (MSW) disposal technique: it is estimated that around 40-45% of generated MSW is landfilled after passing through a treatment plant. An adequate environmental control of a landfill is essential to guarantee the integrity of the ecosystems and the protection of the environment. From this perspective, landfills represent one of the largest potential sources of environmental pollution. A poor design and management strategy of these infrastructures can compromise the quality of the soil and groundwater that surround it due to possible leachate leaks and gas emissions, as well as indirect effects on the surrounding territory. Finding suitable MSW disposal sites of adequate size represents an important problem to be managed by the authorities in charge of its management, due to the fact that, on many occasions, the existing landfills are close to their maximum capacity. As a consequence, in recent years there has been an increase in the demand of suitable sites for the emplacement of landfills. Another important aspect to consider about MSW landfills, is the production and collection of biogas resulting from the anaerobic decomposition of organic matter present in the waste. The main components of biogas are methane and carbon dioxide. Based on the methane richness of the biogas, this gas can be considered to be of high value and utility for electricity production, which may constitute a new source of renewable energy thanks to its high calorific value. For all of the above, it is extremely important for these sites to be designed based on the needs of the population and the environment. In the design phase of a new landfill, it is essential for the designers to have the analysis and modeling tools that them know exactly the amount of waste that a landfill will receive and the physical conditions to which the waste will be subjected throughout its operational phase. The objective of this Master's Thesis is to establish a methodology (BIOLAND3) for optimizing the design and operation of MSW landfills. This methodology must be able to achieve the following: 1. Estimate the amount of waste that will be produced during the landfill's operational phase, based on the population served by the infrastructure. 2. Calculate the maximum production of biogas in optimal operating conditions. 3. Carry out constant monitoring of the environmental status of the area where the construction of the landfill is carried out. The first part of the BIOLAND3 methodology corresponds to the calculation of future waste production, which will be carried out through the combination of three elements: (i) the concept of "population load", which encompasses in a single parameter the three main factors that define the real demographic load of a territory and that affect the production of waste (the fixed population, the non-resident population and the population associated with tourism); (ii) a statistical simulation of the population that will reside in the study area in the coming years, based on the classical cohort-component method and (iii) the future projection of the waste generation rate per individual. The second part of the methodology corresponds to the application of the BIOLEACH model, a management model for bioreactor-type landfills that allows estimating the joint production of leachate and biogas based on an adaptation of the water balance equation. In the third part, the weighted environmental index is used, which allows the user to make an environmental analysis of the land use cover of the territory based on information that can be integrated into a geographic information system, with the aim of determining the environmental impact of measures, actions or policies implemented on the territory, in this case the construction and management of a MSW landfill.