BIOLEACH

BIOLEACH es un nuevo modelo matemático de soporte a la decisión para la gestión a tiempo real de vertederos de residuos sólidos urbanos. El modelo permite realizar estimaciones conjuntas de la producción de lixiviados y biogás e incorpora la posibilidad de simular la recirculación de lixiviados, tanto en la superficie del vertedero como en el interior de la masa de residuos siendo, por tanto, adecuado también para la simulación del comportamiento de vertederos biorreactor.

El modelo BIOLEACH se ha concebido desde su origen para ser una herramienta de apoyo a la gestión del vertedero que pueda ser utilizada por el operador del mismo. Conceptualmente, el modelo se basa en una formulación particular de la ecuación de balance hídrico, como herramienta fundamental para el cálculo de la producción de lixiviados. Mediante esta formulación, el modelo evita utilizar parámetros que puedan ser complejos de obtener.

BIOLEACH utiliza datos de producción de residuos a escala mensual, lo cual le aporta flexibilidad suficiente para adaptarse a las posibles variaciones derivadas de las necesidades reales de gestión de las instalaciones de tratamiento de residuos. Asimismo, el modelo utiliza valores de los parámetros climatológicos a escala mensual obtenidos de estaciones meteorológicas locales, de forma que las simulaciones realizadas incorporen la mayor cantidad posible de información. BIOLEACH se presenta, por tanto, como una herramienta de gestión de vertederos que permite, además, justificar cuáles son los volúmenes de recirculación de lixiviado que aseguran condiciones de humedad óptimas en el interior del vertedero garantizando la máxima producción de biogás.

El modelo sirve de apoyo para la toma de decisiones en la gestión diaria del vertedero, respondiendo a las necesidades reales a las que debe enfrentarse el operador, considerando que recibe una cantidad conocida de residuos previamente caracterizados bajo unas determinadas condiciones meteorológicas y que el volumen de almacenamiento de lixiviados en la balsa es limitado.

Los resultados de BIOLEACH muestran los beneficios económicos y medioambientales derivados de la recirculación de lixiviados bajo estrategias de gestión como vertedero biorreactor. El modelo realiza, asimismo, cálculos económicos que permiten evaluar la disminución de costes asociados a la gestión externa de lixiviados.

La producción, gestión y eliminación de residuos sólidos son algunos de los aspectos medioambientales de mayor interés que vienen asociados a todas nuestras ciudades, polígonos industriales y actividades agropecuarias. Al margen de que existan otras técnicas de tratamiento y eliminación de residuos no peligrosos, en España lo más habitual es que estos sistemas estén compuestos por plantas de tratamiento mecánico-biológico con vertederos en cola para la eliminación final de los rechazos de planta. El vertedero se plantea, pues, como una instalación absolutamente necesaria sin la cual no puede concebirse el sistema de gestión de residuos sólidos urbanos (RSU). Siendo necesario, el vertedero es, sin embargo, una de las fuentes de contaminación medioambiental más importantes, pudiendo comprometer el equilibrio de los ecosistemas y la salud humana si su gestión no se lleva a cabo en las condiciones que garanticen que las emisiones de contaminantes al medio ambiente se realizan de forma adecuada y controlada.

Las emisiones de sustancias contaminantes producidas por los vertederos de RSU pueden referirse tanto a las emisiones de sustancias en fase gaseosa (biogás) como en fase líquida (lixiviados). Una gestión inadecuada del biogás y los lixiviados de vertedero puede inducir graves efectos negativos sobre la calidad del aire atmosférico y sobre la calidad del suelo y de las aguas subterráneas. Los vertederos de RSU son una de las fuentes principales de emisiones de gases efecto invernadero y pueden provocar, además, fuertes molestias por olores a las personas expuestas. Por otra parte, los lixiviados pueden afectar gravemente a la calidad del suelo y de las aguas subterráneas si no se confinan correctamente en el interior del vaso de vertido o en la balsa de almacenamiento, ya que son un concentrado de agua residual que presenta parámetros químicos de alta toxicidad. Por todo ello, resulta fundamental disponer de herramientas de análisis y modelación que permitan describir adecuadamente el comportamiento de los vertederos de RSU, cuantificando los volúmenes de lixiviados y biogás producidos en función de las condiciones reales de operación. Desafortunadamente, hasta la fecha, las herramientas de modelación numérica del comportamiento de vertederos bajo condiciones reales de operación son muy escasas.

La utilización del modelo BIOLEACH como herramienta de apoyo a la decisión en vertederos reales permite obtener los siguientes resultados:

• Disminuir los riesgos ambientales asociados a las operaciones de depósito de residuos en vertedero controlado: contaminación de suelos y aguas subterráneas y emisiones de gases efecto invernadero
• Minimizar los volúmenes de lixiviado a gestionar en estaciones de tratamiento externas
• Minimizar los tiempos necesarios para desgasificar el vertedero
• Disminuir los costes de explotación

El modelo BIOLEACH permite evaluar la producción conjunta de lixiviados y biogás como procesos acoplados en vertederos de RSU. BIOLEACH es un modelo de gestión de vertederos, concebido para ser utilizado por los operadores durante las labores diarias de explotación y permite evaluar los volúmenes de lixiviado y biogás producidos a escala mensual.

A la vista de los volúmenes realmente almacenados en la balsa y de las condiciones reales de humedad en los residuos, el modelo proporciona al operador las sugerencias de recirculación de lixiviado adecuadas para garantizar que la producción de biogás es la máxima en cada momento, atendiendo a las condiciones meteorológicas particulares del emplazamiento.

Se ha comprobado que el modelo puede ser también utilizado para simular el comportamiento del vertedero a largo plazo bajo distintos escenarios de simulación que contemplen estrategias de gestión del vertedero distintas.

El modelo puede utilizarse también en fase de proyecto para:

• • • Estudiar cuál es la forma adecuada de gestión del vertedero a la vista de las condiciones meteorológicas y las características de los residuos.
    • Definir el volumen más adecuado de la balsa de lixiviados a la vista de toda la información.

Aplicaciones de BIOLEACH

El modelo BIOLEACH ha sido utilizado hasta el momento en dos ocasiones para la simulación del comportamiento de vertederos reales. En 2019, a solicitud de TRAGSATEC, se analizó el funcionamiento del vertedero de Lorca (Murcia). Dicha aplicación práctica fue la utilizada para verificar el funcionamiento del modelo.

La segunda aplicación práctica de BIOLEACH se realizó en 2020 a solicitud de la Consejería de Medio Ambiente de la Región de Murcia. En esta ocasión, el modelo BIOLEACH fue el escogido para simular el comportamiento de cuatro vertederos localizados en la Región de Murcia (Cañada Hermosa, Cehegín, Fuente Álamo y Cartagena). Dichos trabajos han permitido actualizar las previsiones incluidas en la planificación de gestión de residuos sólidos urbanos de la región.

El desarrollo de los dos proyectos anteriores ha demostrado la aplicabilidad del modelo de BIOLEACH a casos reales y ha permitido obtener información relevante para optimizar las técnicas de gestión de los vertederos. Los resultados de los análisis realizados sobre los cinco vertederos de la Región de Murcia han permitido demostrar que la utilización del modelo BIOLEACH como herramienta de soporte a la decisión utiliza de forma óptima los volúmenes de lixiviado almacenados en las balsas y maximiza el volumen de biogás producido mediante la recirculación superficial del lixiviado con el consecuente ahorro económico por disminución de costes de gestión de lixiviado en instalaciones de depuración de aguas residuales externas.

Propiedad intelectual del software

BIOLEACH se encuentra registrado como software desarrollado por el Grupo de Hidrogeología del IIAMA:

• • • Rodrigo-Ilarri, J.; Rodrigo-Clavero, M.E. BIOLEACH: Modelo matemático para la evaluación conjunta de la producción de lixiviados y biogás en vertederos de RSU. Código de referencia ND-307-2019, Universitat Politècnica de València, 2019.

Artículos en revistas internacionales indexadas

• • • Rodrigo-Ilarri, J.; Rodrigo-Clavero, M.E; Cassiraga, E. BIOLEACH: A New Decision Support Model for the Real-Time Management of Municipal Solid Waste Bioreactor Landfills. Int. J. Environ. Res. Public Health, vol. 17, nº 5, p. 1675, 2020. https://doi.org/10.3390/ijerph17051675
    • Rodrigo-Ilarri, J.; Rodrigo-Clavero, M.E. Mathematical Modeling of the Biogas Production in MSW Landfills. Impact of the Implementation of Organic Matter and Food Waste Selective Collection Systems. Atmosphere, vol 11, nº 12, p. 1306. 2020. https://doi.org/10.3390/atmos11121306

Capítulos de libro

• • • Rodrigo-Ilarri, J.; Rodrigo-Clavero, M.E. Optimal Management of Municipal Solid Waste Landfill Leachate Using Mathematical Modeling: A Case Study on Valencia Region (Spain). En Handbook of Solid Waste Management. Sustainability through Circular Economy. Ed. Chinnappan Baskar. Springer Nature, 2021.

Comunicaciones en congresos internacionales

• • • Rodrigo-Ilarri, J; Rodrigo-Clavero, M.E. BIOLEACH: a new mathematical model for the joint evaluation of leachate and biogas production in bioreactor municipal solid waste landfills. 29th International Solid Waste Association (ISWA) World Congress, Bilbao, pp. 252-253, 2019.
    • Rodrigo-Clavero, M.E.; Rodrigo-Ilarri, J.; Hernández-Cruz, G. B. Mathematical modeling of the joint production of leachate and biogas from municipal waste landfills. Application to the Tlalnepantla landfill (Mexico). European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2019, Viena, 2019.
    • Rodrigo-Clavero, M.E.; Rodrigo-Ilarri, J. Urban solid waste landfills as a soil contamination source: effect of the solid waste composition on the evaluation of the leachate production. European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2018, Viena, 2018.
    • Rodrigo-Clavero, M.E.; Rodrigo-Ilarri, J. Impact of climate change on the leachate production of a bioreactor landfill. Congress on Groundwater and Global Change in the Western Mediterranean, Granada, pp. 219-225, 2017.
    • Rodrigo-Clavero, M.E.; Rodrigo-Ilarri, J. BIOLEACH: a mathematical model for the joint evaluation of leachate and biogas production in urban solid waste landfills. European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2017, Viena, 2017.
    • Rodrigo-Ilarri, J.; Rodrigo-Clavero, M.E. Modeling leachate production in urban solid waste landfills using a simple water balance scheme. 41st International Association of Hydrogeologists (IAH) International Congress «Groundwater: Challenges and Strategies”, Marrakesh, pp. 2117, 2014.
    • Rodrigo-Ilarri, J.; Rodrigo-Clavero, M.E. Desarrollo y aplicación de modelos de evaluación de la producción de lixiviados en vertederos de residuos sólidos urbanos. II Congreso Ibérico de las Aguas Subterráneas (CIAS 2014), Valencia, pp. 781-792, 2014.
    • Rodrigo-Ilarri, J.; Rodrigo-Clavero, M.E. Sensitivity analysis of the waste composition and water content parameters on the biogas production models on solid waste landfills. European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2014, Viena, 2014.

Si estás interesado en conocer más información sobre el software, contactar con Javier Rodrigo Ilarri: jrodrigo@upv.es