Potencial de producción de biochar en España a partir de residuos de la industria papelera, de lodos de E.D.A.R., de residuos sólidos urbanos y de residuos ganaderos: Estudio de la fijación de carbono

El biochar es un material rico en carbono que se obtiene tras la pirólisis de la biomasa. Este material ha despertado en los últimos años un gran interés en la comunidad científica principalmente por su capacidad para mejorar la productividad de los suelos, influenciando las propiedades fisicoquímicas de los mismos y como medio de fijación de carbono, reduciendo, por tanto, las emisiones de CO2 a la atmósfera. Sin embargo, lo cierto es que hasta la fecha, no existen conclusiones claras o avances definitivos que permitan crear una estandarización para la comercialización del biochar, debido a la variabilidad de sus propiedades (considerando la materia prima de origen y las condiciones de reacción en la pirólisis). En este estudio, partiendo de un análisis exhaustivo de las distintas publicaciones existentes sobre la materia, se trata de dar respuesta a la pregunta sobre cuál sería el verdadero potencial de producción de biochar en España, al tiempo que se trata de cuantificar cuál sería la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera que conllevaría gestionar los residuos (industria papelera, lodos de EDAR, RSU y residuos ganaderos) a través de la pirólisis. En particular, se ha cuantificado la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera y se ha evaluado cuánto biochar se debería producir a partir de residuos papeleros, lodos de EDAR o residuos ganaderos para aumentar en un 1% la cantidad de materia orgánica en un suelo y para llevar el contenido en materia orgánica de los suelos agrícolas españoles a un 3,5%. En primer lugar, sobre la cuantificación de la reducción de las emisiones, cabe concluir que, en todos los residuos estudiados, y bajo todas las condiciones de reacción consideradas, la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera sería realmente notable, oscilando entre un 22,53% y un 96,12 %. En segundo lugar, para aumentar en un 1% el contenido medio en materia orgánica de la superficie agrícola española, sería necesario un aporte de 2,03816*108 t de materia orgánica, que supondría una demanda mínima de biochar de 255.408.361 t en el caso de la aplicación de biochar de estiércol de vacuno a Por otro lado, para llevar la materia orgánica de los suelos agrícolas a un 3,5%, la demanda de biochar variaría entre un mínimo de 158.937 t en el (Comunidad Autónoma con menor necesidad de aporte de materia orgánica) illa la Mancha (Comunidad Autónoma que, por el contrario, necesitaría mayor aporte). ABSTRACT Biochar is a carbon-rich material obtained after a biomass pyrolysis procedure. This material has aroused in recent years a great interest in the scientific community, mainly for its ability to improve the productivity of soils, influencing the physico-chemical properties of soils and as means of carbon storage, reducing emissions of CO2 into the atmosphere). Despite the interest that may raise this matter, the fact is that to date, no clear conclusions or definitive progress have been done to create a standardization for the commercialization of biochar, due to the variability of its properties (considering the raw material and the reaction conditions in the pyrolysis). This study, based on a thorough analysis of the various existing literature on the subject and, leaving other approaches that could have been taken of the interest of the subject in question, attempts to provide answers to the question about what would be the true potential production of biochar in Spain and what would be the reduction of CO2 emissions into the atmosphere, which would entail waste management through pyrolysis. In particular, this study has identified the reduction of CO2 emissions into the atmosphere and has analyzed whether the production of biochar could increase the organic matter content of Spanish agricultural soils. Firstly, regarding the quantification of emissions reductions, by referring to the values contained in the work, it can be concluded that the reduction of CO2 emissions to the atmosphere would be really remarkable, ranging from 22.53% to 96.12%. Secondly, to increase by 1% the average content of organic matter in the spanish agricultural area would require a contribution of 2.03816*108 t of organic matter, which would demand a minimum of 255.408.361 t of cattle manure biochar and a maximum demand of 1.746.494.190 t of deinking sludge pyrolyzed at 500C. On the other hand, to reach a 3.5%, the demand for biochar would vary from a minimum of 158.937 t, in case of cattle manure biochar at C applied to the Canary Islands (Autonomous Community with less need for input of organic matter), and a maximum of 694.695.081 in case of applying deinking sludge biochar at C to Castilla la Mancha (Autonomous Region, which needs the highest contribution).

Procesos secuenciales de adsorción/oxidación con H2O2 para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles

Volatile Organic Compounds (VOCs) are one of the main groups of odour causing compounds in Waste Water Treatment Plants (WWTP). Adsorption technology is already established, in recent years the interest for the optimization of the costs associated with this technique has grown significantly. In particular, there are different options, from the use of low cost adsorbents, to reducing costs associated with carbon regeneration process. In this thesis, the adsorption of the three VOCs on sewage sludge based adsorbents was studied. It was proved that adsorbents obtained by chemical activation of sewage sludge with alkaline hydroxides are comparable to commercial activated carbons (ACs). Likewise, the adsorption of multicomponent gaseous streams was also studied. Related to the ACs regeneration, it was proposed a regeneration treatment of VOC saturated ACs with H2O2 based on advanced oxidation processes (AOP). The influence of the surface chemistry of ACs in this regeneration process was also studied.

Utilización conjunta de técnicas de inmovilización y fitoextracción en la descontaminación de suelos

Se estudia la viabilidad de la combinación de dos técnicas (estabilización y fitoextracción) a partir del estudio de los lixiviados y de las tasas de fitoextracción. Como enmienda estabilizante se usó lodo de mármol (~ 97% de CaCO3) y como planta fitoextractora Brassica juncea L. El estudio se llevó a cabo en dos suelos (uno ácido y otro básico) contaminados por As, Pb y Zn. La adición de lodo de mármol disminuyo significativamente la concentración de contaminantes en los lixiviados, al tiempo que la fitoextracción de dichos contaminantes siguió siendo relativamente elevada. Por tanto, la utilización conjunta de ambas técnicas reduce significativamente el lavado y dispersión de contaminantes al tiempo que sigue posibilitando su fitoextracción.

Efecto del tamaño de los fragmentos del mármol en la fijación de contaminantes

Se estudia el efecto del tamaño del grano y la interacción de metales pesados y As en la adsorción de contaminantes por residuos de mármol de distinto tamaño. La cantidad de As, Cd y Zn precipitada, aumenta al disminuir el tamaño de grano, mientras que la de Pb es independiente del tamaño grano. La formación de carbonatos de Pb y arseniatos de Pb y As sobre las partículas de mármol indican que el mármol puede inmovilizar As y Pb cuando se presentan juntos en una misma disolución.

Inmovilización de Arsénico por lodo de mármol y biochar

Estudiamos la capacidad de adsorción de As por parte del lodo de mármol y del biochar de EDAR. El lodo de mármol adsorbe mucho más As que el biochar, aunque de forma más lábil y susceptible de ser asimilada por las plantas.

Los lodos.

Este estudio analiza los residuos producidos en las Plantas de Depuración de las Aguas Residuales Urbanas (EDAR), en particular los lodos, un tipo de residuo que no puede ser vertido a los ríos. Se recoge aquí una clasificación de estos residuos, su composición, modalidades de tratamiento, eliminación, aprovechamiento, y ventajas e inconvenientes del empleo de lodos residuales. También se pone de manifiesto cuál es la actuación de otros países, y se recogen recomendaciones para el uso agrícola de los lodos.

Disponibilidade de metais pesados em Latossolo com aplicação superficial de escória, lama cal, lodos de esgoto e calcário

O objetivo deste trabalho foi avaliar alguns atributos químicos do solo e a disponibilidade de cádmio (Cd), cromo (Cr), níquel (Ni), mercúrio (Hg), chumbo (Pb) e arsênio (As), por meio da extração pelo DTPA,em conseqüência da aplicação superficial de escória de aciaria, lama cal e lodos de esgoto centrifugados e de biodigestores, nas doses 0 (testemunha), 2, 4 e 8 Mg ha-1 e um tratamento adicional composto pela calagem superficial na dose 2 Mg ha-1. O experimento foi conduzido em delineamento de blocos ao acaso, em condições de campo, em área sob sistema plantio direto, durante 2003 e 2004. A aplicação superficial de escória de aciaria,lama cal, lodo de esgoto centrifugado e de biodigestor, até a dose 8 Mg ha-1, assim como o calcário na dose 2 Mg ha-1, não trazem problemas de disponibilidade ao ambiente, com relação aos metais pesados Cd, Cr, Hg, Pb, Ni e As, quando aplicados sobre a superfície em Latossolo Vermelho distrófico, no sistema plantio direto. A fitodisponibilidade de metais pesados às culturas da soja e aveia-preta foi nula, quando foram aplicadas doses de até 8 Mg ha-1 de lodo de esgoto, escória e lama cal sobre a superfície do solo, no sistema plantio direto

Síntesi i caracterització de polímers floculants utilitzats en la deshidratació de fangs provinents d'EDAR

El present projecte consisteix en la síntesi i caracterització de copolímers d’acrilamida d’un 40% de cationicitat i un 40% de matèria activa obtinguts per polimerització en microemulsió inversa per a la seva posterior aplicació com a floculants d’elevat rendiment en la depuració d’aigües residuals.

La depuradora de Begues: reactor biològic o aiguamolls construïts?. Estudi comparatiu dels vectors: paràmetres de l'H2O, fangs produïts, costos capitals i d'explotació, personal

L’objectiu del present estudi és comparar els vectors de paràmetres de l’aigua, producció de fangs, costos i personal entre 2 tipus d’instal·lacions EDAR al municipi de Begues; una ja existent amb tractament secundari i terciari mitjançant un reactor biològic i una potencial amb tractament secundari i terciari mitjançant aiguamolls construïts. La finalitat del projecte és determinar, gràcies a l’estudi dels principals vectors ambientals de la infraestructura i a altres estudiats per na Susana Forero Sánchez, quina de les 2 tipologies d’instal·lació s’ajusta més al territori i a les necessitats de tractament de les aigües del mateix. Els resultats de la investigació indiquen que tant els costos d’explotació com la producció de fangs i el personal donen avantatge als aiguamolls construïts, però els costos capitals i el tractament de nutrients són favorables per a la depuradora actual. Amb el projecte de Susana Forero Sánchez, les conclusions que es poden establir en referència a la decisió d’instal·lar una depuradora o una altra segons els vectors estudiats indiquen que l’EDAR sense aiguamolls té més probabilitat de ser escollida com la més adient per les necessitats del territori d’estudi.

Análisis del ciclo de vida de sistemas de tratamiento de aguas residuales: influencia de los materiales utilizados

En este proyecto se tiene como objetivo comparar una EDAR específica con otras tres, desde el punto de vista ambiental, y establecer diferentes alternativas. En particular, se ha evaluado la mejor alternativa en la obtención de energía eléctrica para la propia utilización de la planta de tratamiento de aguas residuales, a partir del biogás generado en el digestor en la línea de lodos. En este tipo de instalaciones, entre las alternativas tanto en su uso actual como en fase de desarrollo, el motor de cogeneración de electricidad y el calor es el más utilizado para obtener simultáneamente la electricidad necesaria para las instalaciones y el calor necesario para mantener el digestor de lodos a la temperatura de trabajo (36ºC aproximadamente). Las otras alternativas evaluadas en este estudio son las pilas de biogás de membrana electrolítica polimérica (en inglés Polymeric Electrolyte Membrane, PEM) y las pilas de óxidos sólidos (en inglés Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) con una turbina de gas (sistema híbrido SOFC-GT). Por otro lado, se estudian las características de los materiales que componen los dispositivos MEC (microbial electrolysis cell) y las pilas PEM y SOFC, así como las ventajas e inconvenientes de usar estas nuevas tecnologías en el tratamiento de aguas residuales, así como la evaluación del impacto ambiental de la EDAR objeto de estudio, que se ha llevado a cabo utilizando el análisis de ciclo de vida (ACV). El ACV es una herramienta que permite comparar diferentes procesos o productos que tengan la misma función, y así evaluar la alternativa que conlleve una mejora en el medio ambiental. La metodología de ACV pretende evaluar en detalle el ciclo de vida completo de un producto o proceso. Un ACV se suele definir de tipo "cradle to grave" o "desde la cuna hasta la tumba" o bien de tipo "gate to gate", o "de puerta a puerta". En el primer caso el estudio analiza el ciclo de vida completo del sistema, dese el origen hasta el final, mientras que en el segundo caso el ACV no tiene en cuenta su disposición final (vertedero, reciclaje, etc.). Un estudio de ACV del primer tipo conlleva hacer un estudio muy detallado, que en la práctica puede resultar muy largo y laborioso por la dificultad de encontrar todos los datos necesarios. Por ello, muchos estudios de ACV que se encuentran en la literatura suelen ser del tipo "gate to gate". Además, hay que esablecer las fronteras del sistema a estudiar, ya que hay procesos que tienen muy poca contribución a las categorías de impacto ambiental. En una EDAR los principales procesos considerados en el ACV llevado a cabo son el consumo de productos químicos, de electricidad, la producción de lodos y su utilización como composta, el biogás y su utilización para producir electricidad, los residuos sólidos y las distintas emisiones al medio producidas por el propio funcionamiento de la EDAR. Las operaciones relacionadas indirectamente como el transporte de los lodos, de productos químicos, de los residuos sólidos y la infraestructura con una vida media de 30 años no influyen significativamente en los resultados, por ejemplo el transporte de los lodos con un camión a 30km contribuyen en menos de 1% en todas las categorías de impacto. De acuerdo con las normativas ISO series 14040 que regulan las pautas de un ACV, se establece una unidad funcional apropiada, o sea habitante equivalente, ya que es la más apropiada por tener en cuenta la carga contaminante en el agua a tratar, parámetro imprescindible para comparar EDARs. Redefiniendo las fronteras, se realiza un ACV del depósito del biogás sin tener en cuenta el resto de la instalación y se toma como unidad funcional m3 de biogás, en el caso concreto de obtener biogás mediante un dispositivo MEC, que maximiza la cantidad de hidrógeno en detrimento de la cantidad de metano contenido en el biogás, observándose que la contribución de un biogás con un alto contenido en hidrógeno y, por tanto bajo en metano, produce una mejora ambiental. Las categorías de impacto ambiental que tienen contribución son el calentamiento global y la oxidación fotoquímica; el dispositivo MEC hace quela contribución a estas categorías de impacto sea de un orden de magnitud inferior con respecto al biogás generado en un digestor. Además, si se produce la combustión del biogás, la única categoría de impacto que tiene contribución es la de calentamiento global; para una dispositivo MEC la contribución sigue siendo un orden de magnitud inferior con respecto al biogás de un digestor de lodos.

Implantació de la digestió anaeròbia a la EDAR de Castell-Platja d’Aro

Estudi de la viabilitat tècnica i econòmica de la implantació de la digestió anaeròbia a l’EDAR de Castell-Platja d’Aro per tal de portar a terme un sistema de cogeneració. S’ha estudiant el funcionament actual amb digestió aeròbia i s’ha valorat mitjançant balanços de matèria, energia i econòmics els avantatges i desavantatges de substituir la digestió aeròbia per anaeròbia

Pharmacological stimulation of edar signaling in the adult enhances sebaceous gland size and function.

Impaired ectodysplasin A (EDA) receptor (EDAR) signaling affects ectodermally derived structures including teeth, hair follicles, and cutaneous glands. The X-linked hypohidrotic ectodermal dysplasia (XLHED), resulting from EDA deficiency, can be rescued with lifelong benefits in animal models by stimulation of ectodermal appendage development with EDAR agonists. Treatments initiated later in the developmental period restore progressively fewer of the affected structures. It is unknown whether EDAR stimulation in adults with XLHED might have beneficial effects. In adult Eda mutant mice treated for several weeks with agonist anti-EDAR antibodies, we find that sebaceous gland size and function can be restored to wild-type levels. This effect is maintained upon chronic treatment but reverses slowly upon cessation of treatment. Sebaceous glands in all skin regions respond to treatment, although to varying degrees, and this is accompanied in both Eda mutant and wild-type mice by sebum secretion to levels higher than those observed in untreated controls. Edar is expressed at the periphery of the glands, suggesting a direct homeostatic effect of Edar stimulation on the sebaceous gland. Sebaceous gland size and sebum production may serve as biomarkers for EDAR stimulation, and EDAR agonists may improve skin dryness and eczema frequently observed in XLHED.

NF-kappaB transmits Eda A1/EdaR signalling to activate Shh and cyclin D1 expression, and controls post-initiation hair placode down growth.

A novel function of NF-kappaB in the development of most ectodermal appendages, including two types of murine pelage hair follicles, was detected in a mouse model with suppressed NF-kappaB activity (c(IkappaBalphaDeltaN)). However, the developmental processes regulated by NF-kappaB in hair follicles has remained unknown. Furthermore, the similarity between the phenotypes of c(IkappaBADeltaN) mice and mice deficient in Eda A1 (tabby) or its receptor EdaR (downless) raised the issue of whether in vivo NF-kappaB regulates or is regulated by these novel TNF family members. We now demonstrate that epidermal NF-kappaB activity is first observed in placodes of primary guard hair follicles at day E14.5, and that in vivo NF-kappaB signalling is activated downstream of Eda A1 and EdaR. Importantly, ectopic signals which activate NF-kappaB can also stimulate guard hair placode formation, suggesting a crucial role for NF-kappaB in placode development. In downless and c(IkappaBalphaDeltaN) mice, placodes start to develop, but rapidly abort in the absence of EdaR/NF-kappaB signalling. We show that NF-kappaB activation is essential for induction of Shh and cyclin D1 expression and subsequent placode down growth. However, cyclin D1 induction appears to be indirectly regulated by NF-kappaB, probably via Shh and Wnt. The strongly decreased number of hair follicles observed in c(IkappaBalphaDeltaN) mice compared with tabby mice, indicates that additional signals, such as TROY, must regulate NF-kappaB activity in specific hair follicle subtypes.