Proyecto ECOCERÁMICA – Informe LAYMAN | 1


IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN

ECOCERÁMICA es un proyecto de demostración

aprobado por la Comisión Europea en la convocatoria

LIFE MEDIO AMBIENTE 2005, promovido por la

Consejería de Medio Ambiente de Castilla-La Mancha,

cuyo principal objetivo es disminuir el impacto

medioambiental de los lodos procedentes de las

estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR),

realizando una gestión adecuada de los mismos, de

acuerdo con el Plan Nacional de Lodos de

Depuradoras y con el Plan de Gestión de los lodos

producidos en las Estaciones Depuradoras de Aguas

Residuales de Castilla-La Mancha .

Se trata de introducir un nuevo método de gestión de

los lodos de depuradora mediante su

aprovechamiento en la industria

cerámica, obteniendo una doble valorización:

reutilización de este lodo como materia prima en la fabricación de materiales cerámicos para la

construcción y ahorro energético en el proceso; así mismo se reducen las cantidades de estos

lodos depositadas en vertedero.


PPRROOYYEECCTTOO DDEE DDEEMMOOSSTTRRAACCIIÓÓNN El proyecto ECOCERÁMICA aporta como principal novedad la validación a nivel industrial, y por

tanto, en condiciones reales de fabricación, del aporte de lodos de EDAR a las composiciones

cerámicas.

MMAARRCCOO YY SSOOCCIIOOSS DDEELL PPRROOYYEECCTTOO • Marco:

Proyecto de demostración LIFE MEDIO AMBIENTE: LIFE05 ENV/E/00301.

Cofinanciado por la Comisión Europea. Presupuesto: 1.023.647 €. Contribución comunitaria: 50 % Duración: 36 meses (Dic 2005 Nov 2008).

• Socios:

• Consejería de Medio Ambiente y Desarrollo Rural. Beneficiaria del proyecto. • AITEMIN - Centro Tecnológico. • Ayuntamiento de Talavera de la Reina. • Cerámica Peño, S.L. • EURADIA S.L.

Uno de los valores añadidos de ECOCERÁMICA estriba en su gestión mediante un consorcio

público-privado en el que la Administración se encuentra representada tan-to en ámbito regional

como local.


PRODUCTOR

GESTOR AUTORIZADO

AGRICULTOR

Lodo tratado.

Datos de Producción y Analíticas

- Compostaje

- Valorización energética

- Ecocerámica

ÁÁMMBBIITTOO DDEE AACCTTUUAACCIIÓÓNN Los principales destinos de los lodos procedentes de Estaciones Depuradas de Aguas

Residuales (EDAR) Urbanas son su aplicación como fertilizante agrícola o su depósito en

vertedero; éste último conlleva una posible contaminación de acuíferos por lixiviación y

contaminación atmosférica por emisión de gases con efecto invernadero.

Las EDAR urbanas de Castilla-La Mancha generan en la actualidad del orden de unas

53.000 t/año de lodo expresadas en materia seca. La producción estimada para 2.012 está en

torno a unas 66.000 t/año m.s.

ECOCERÁMICA plantea una alternativa al vertido según se contempla en el Plan de Gestión de

los lodos producidos en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales de Castilla-La

Mancha, elaborado por la Consejería de Medio Ambiente, marco de referencia para su correcta

gestión en la región.

D e stino de los lodos producidos e n C astilla-La M ancha

Agricu ltura64,33%

V e rte de ro21,11%

Incine ra ción0,58%

V a ria b le13,98%

Incineración0,58%

Vertedero21,11%

Agricultura64,33%

Otros 13,98%


AACCCCIIOONNEESS YY RREESSUULLTTAADDOOSS DDEELL PPRROOYYEECCTTOO El proyecto Ecocerámica ha constado de 4 etapas principales:

Caracterización de fangos, arcillas y del Lodo EDAR

Se determinaron tanto la composición química como las propiedades energéticas del lodo; así como las características mineralógicas y tecnológicas de las arcillas.

Los lodos estudiados proceden de la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) de

Talavera de la Reina (Toledo), fueron muestreados el día 1 de marzo de 2006.

Igualmente se estudió el comportamiento térmico del lodo por medio del análisis térmico diferencial y calorimetría adiabática.

Uno de los factores que definirán la viabilidad técnico-económica de este proyecto es el aprovechamiento energético del lodo. En este sentido se ha determinado el Poder Calorífico Superior (PCS) del lodo, por medio de la Calorimetría Adiabática.

Igualmente, se procedió a determinar esta propiedad en otros aditivos, que si bien presentan una composición diferente al lodo, tienen como igual objeto el aporte energético a la masa cerámica. Particularmente, se ensayaron tres productos (coque, coque micronizado y orujillo) que son utilizados en la actualidad por Cerámica Peño

Producto PCS (cal/g)

Coque 8.645

Coque micronizado 8.562

Orujillo 4.995

Lodo EDAR 4.366

Tabla 2: Poderes caloríficos de aditivos


ACUMULADORUNIDAD DE

SECADO TÉRMICO

OBTENCIÓN FANGO SECO

ENTRADA FANGO HÚMEDO

CALDERA DE BIOMASA

ACUMULADORUNIDAD DE

SECADO TÉRMICO



CALDERA DE BIOMASA

Adaptación de la EDAR de Talavera de la Reina y tratamiento de fangos.

Se instaló en la EDAR una planta de secado de biomasa, constituida por un agitador industrial horizontal de palas, calefactado en su pared exterior con tuberías por las que circula agua a 80 ºC. La energía para calentar el agua es aportada por dos calderas de biomasa de 50 kW. Humedad final del lodo no superior al 20 %.

Esquema 2: EDAR de Talavera de la Reina

Caudal tratado: 34.500 m3/día

Producción de Lodo: 500 tm/mes

Contenido de humedad del Lodo: 80%

Esquema 3: Planta de secado de lodos


Pruebas de laboratorio y semi-industriales

En las pruebas de laboratorio se obtuvieron probetas con distintos porcentajes de adición de lodo a la arcilla. Las propiedades estudiadas fueron: humedad de moldeo, contracciones, temperatura óptima de cocción, resistencias mecánicas, absorción de agua y densidad.

Demostración industrial

La capacidad de producción de Cerámica Peño S.L. es de 320 t/día.

Se fabricaron 78.892 piezas del producto más habitual que comercializa Cerámica Peño S.L., el denominado “Macizo perforado del 10”, de dimensiones 235x110x99 mm., ampliamente utilizado en la construcción de viviendas, locales, cerramiento de naves, etc. Cabe destacar que no fue modificada ninguna variable de funcionamiento del proceso de producción para obtener ladrillos a partir de lodo y arcilla.


Validación Tecnológica:

Analizando globalmente las propiedades tecnológicas ensayadas se concluye que los ladrillos perforados de 235 x 110 x 99 mm, fabricados con una composición cerámica compuesta por el 99 % de arcilla y el 1 % de lodos EDAR, cumplen los estándares de calidad de otros productos de similares características, prestaciones y uso existentes en el mercado.

En particular, el ladrillo fabricado con lodos tiene unas propiedades similares al equivalente que, sin lodos, es fabricado habitualmente por Cerámica Peño, S.L., cumpliendo con la normativa de certificación de calidad aplicable al mercado.

Validación Medioambiental:

Se realizaron diferentes análisis de los gases procedentes de la chimenea del horno de cocción, y cuantificación de la emisión de gases de efecto invernadero, no habiéndose detectado variaciones importantes sobre el nivel de emisiones normal, es decir, sin adición de lodo, cumpliendo los requisitos exigidos por la legislación nacional y europea a través de la Directiva 96/61/CE y documentos asociados.

En algunos de los 16 compuestos analizados, los valores medidos se sitúan en el rango del 40-50 % del umbral límite, si bien estos valores son debidos a las características intrínsecas del proceso productivo de la industria cerámica, Cerámica Peño S.L., en la que se han realizado los trabajos.

DDIIFFIICCUULLTTAADDEESS PPAARRAA LLAA IIMMPPLLEEMMEENNTTAACCIIÓÓNN DDEE LLOOSS RREESSUULLTTAADDOOSS DDEE EECCOOCCEERRÁÁMMIICCAA

El problema principal encontrado en el proceso de fabricación industrial ha sido el olor. La mezcla arcilla-lodo se somete a temperaturas entre 80 – 120º C en las fases de extrusión y secado, que favorecen el desprendimiento de sustancias volátiles, presentes en el lodo, con un fuerte olor característico. Por tanto, recomendamos que previamente a la incorporación del lodo en el proceso cerámico, éste sea sometido a un cuidadoso tratamiento de estabilización.


BBEENNEEFFIICCIIOOSS

Los beneficios de ECOCERÁMICA para los distintos grupos de interés son:

Para las entidades municipales:

Reducción de las cantidades de lodos depositadas en vertedero. En el proyecto propone un mercado para un residuo municipal.

Para la industria cerámica:

Valorización tecnológica , en la que se aligera la pieza, pudiendo suponer esto una mejora de su aislamiento térmico.

Valorización material , mediante la utilización de lodos como materia prima, reduciendo la cantidad de arcilla necesaria en la fabricación.

Valorización energética , ya que se aprovecha la capacidad calorífica de la materia orgánica que contiene el lodo, suponiendo un ahorro energético en cocción en torno a un 5,56%.

Valorización ambiental , ya que dejan de emitirse 3,4 kg de CO2 por

tonelada de producto, derivado del ahorro del combustible principal.

Para el medio ambiente y la sociedad en general

Introduciendo en la gestión industrial y en la planificación un nuevo planteamiento ambiental: la idea de que un residuo se puede convertir en un recurso.

Es fundamental que por un lado la legislación y planificación en materia medioambiental se apoye en los resultados arrojados por este tipo de proyectos innovadores que cuentan con un fuerte desarrollo técnico, y por otro, que la industria sienta el respaldo de la Administración en iniciativas en pro del medio ambiente.

Queda demostrado con ECOCERÁMICA el empeño de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha en apoyar proyectos pioneros en pro del medio ambiente y en hacer de nuestra región la sociedad del reciclado, propiciando así un medio ambiente limpio y sano, esencial para la prosperidad y el bienestar de la comunidad.

ECOCERAMICS Project –LAYMAN Report | 1


IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN

ECOCERÁMICA is a demonstrative Project approved in 2005, developed in the European Commission LIFE Programme framework, promoted by the Regional Ministry for Environment of Castilla-La Mancha, whose main objective is to reduce the environmental impact created by the sludge which comes from the Waste Water Treatment Plants (WWTP), through a wise sludge management in accordance with both the Spanish Waste Water Treatment Plants’ Sludge Management Plan and the Regional one.

A new sludge management is suggested with a double valorisation: its re-use as raw material in the construction ceramics products making process and the energy saving along this process; furthermore, a decrease in the sludge disposals on landfills is achieved.


DDEEMMOONNSSTTRRAATTIIVVEE PPRROOJJEECCTT

A new sludge management is suggested with a double valorisation: its re-use as raw material in the construction ceramics products making process and the energy saving along this process; furthermore, a decrease in the sludge disposals on landfills is achieved

FFRRAAMMEEWWOORRKK AANNDD PPAARRTTNNEERRSSHHIIPP • Framework:

Demonstrative Project LIFE Environment: LIFE05 ENV/E/00301.

Cofinanced by the European Commission by 50% Budget: 1.023.647 €. Duration: 36 months (Dec 2005 Nov 2008).

• Partners:

Regional Ministry for Environment and Rural Development of Castilla-La Mancha: Project Beneficiary

AITEMIN – Technological Centre. Council of Talavera de la Reina. Peño Ceramics S.L. EURADIA S.L.

The added value of this partnership lies on its public-private character, with the Administration represented in two levels: both regional and local.


Producer

Authorized / Oficial Sludge Manager

Farmer

Treated Sludge

Production and Analysis

- Compost

- Energy Valorization

- Ecoceramics

- Disposal on landfill

SSCCOOPPEE

The usual end uses of the Urban WWTP sludge are both its land application as agriculture fertilizer and its landfill disposal, the latter brings the risk of aquifer pollution by lixiviation and the emission of greenhouse gases.

The Urban WWTPs of Castilla-La Mancha produce 43.000 tonnes of sludge per year (expressed in dry matter) at the moment. The estimated amount for 2012 is around 66.000 t/year dry matter.

Graph 1: End Use of the sludge produced in Castilla – La Mancha

Destino de los lodos producidos en Castilla-La Mancha

Agricultura64,33%

Vertedero21,11%

Incineración0,58%

Variable13,98%

Landsfield21,11%

Agriculture 64,33%

Other13,98%

Incineration 0,58%

End Use of the sludge produced in Castilla – La Mancha


AACCTTIIOONNSS AANNDD RREESSUULLTTSS

The ECOCERAMICS Project has been developed in 4 stages:

Sludge and clay characterisation

Both the chemical composition and the energetic properties of the sludge and the mineral and technological performance of the clay were analysed

Sludge Characterisation: The analysed sludge comes from the WWTP of Talavera de la Reina (Toledo). They were sampled on 1st March 2006.

The thermal behaviour of the sludge was also studied by differential thermal analysis and adiabatic calorimeter.

One of the determining factors of the technical-economic feasibility is the energy performance of the sludge. Therefore, it has been calculated the Gross Calorific Power (GCP) by Adiabatic Calorimetry not only in the sludge but in other additives normally used in the ceramic production process (in this case in Peño Ceramics Industry). These energy suppliers are coke, micronized coke and olive pits.

Product GCP (cal/g)

Petroleum Coke 8.645

Micronized coke 8.562

Olive pits 4.995

WWTP sludge 4.366 Table 2: Caloric Power of the different additives


ACUMULADORUNIDAD DE

SECADO TÉRMICO



CALDERA DE BIOMASA

ACUMULADORUNIDAD DE

SECADO TÉRMICO



CALDERA DE BIOMASA

Adaptation of the Waste Water Treatment Plant of Talavera de la Reina and sludge primary treatment

It was installed a Biomass Thermical Drying Plant Prototype, consisting basically of an industrial horizontal blade agitator whose external wall is heated by pipes where 80ºC water is circulating. The energy used to heat this water is supplied by two 50 KW biomass boilers. The final sludge humidity achieved is not higher than 20%

Diagram 2: WWTP of Talavera de la Reina

Treated flow: 34.500 m3/day

Sludge Production: 500 tm/month

Initial sludge Humidity: 80%

Diagram 3: Thermical Drying Plant Prototype


Laboratory and semi-industrial test.

Through the laboratory tests, test specimens with different sludge addition percentages were produced. In these test specimens, properties such as mould humidity, contractions, optima firing temperature, mechanical resistances, water absorption and density were tested. Afterwards, in the semi-industrial phase the final output was the production of real dimension bricks as a previous step to the industrial demonstration

Industrial Demonstration

The daily production capacity of the installation is around 320 t. During this demonstration, a total amount of 78.892 pieces of the most usual product commercialised by Peño Ceramics Industry (dimensions of 235x110x99 mm) was manufactured. This brick is widely used in the building sector. It has to be outlined that no production process variable needs to be altered in order to achieve bricks from sludge and clay


Technology Validation:

After having analysed and tested the technical properties, it can be concluded that the 235x110x99 mm bricks, produced with a ceramic composition of 99% clay and 1% of sludge from WWTP, fulfil the quality standards of other ceramic products with very close characteristics, services and usages in the market.

Particularly, the brick manufactured with sludge has almost the same properties than the one commonly produced and commercialised by Peño Ceramics Industry S.L.

Environmental Validation:

The gases emitted by the firing kiln chimney were analysed and the greenhouse gases were quantified. The parameters linked to the environmental performance of the production process of ceramics materials for building incorporating sludge from WWTP, under the ECOCERAMICS project conditions, fulfil the legal requirements from both the national and European legislation, see 96/61/EC Directive.

According to some of the 16 compounds analysed, the measured values only represent around 40-50% of the threshold value. This is also due to the intrinsic and clean production process of Peño Ceramics Industry, where the industrial validation has been developed.

HHAANNDDIICCAAPPSS FFOORR TTHHEE FFUULLLL IIMMPPLLEEMMEENNTTAATTIIOONN OOFF TTHHEE EECCOOCCEERRAAMMIICCSS RREESSUULLTTSS

The main problem raised during the industrial manufacture process has been the smell. The clay-sludge mixture undergoes 80-120º C Temperatures through the extrusion and drying phases, which favour the fact that certain volatile compounds existing in the sludge with a strong smell got released. This can be solved with an advanced treatment in the WWTP. Therefore, we strongly recommend a deep stabilization treatment of the sludge previously to its introduction into the ceramic process.


AADDVVAANNTTAAGGEESS

The main returns of ECOCERAMICS for the stakeholders are:

For the local Entities

Reduction of the amounts of sludge disposed into landfills. A new market for a local waste is suggested in the project.

For the Ceramic industry/business:

Technology Valorisation since the brick piece is lightened, which can improve its thermal isolation.

Material Valorisation through the reuse of the sludge as raw material, decreasing the amount of clay necessary during the brick manufacture. The economic saving would be around 0.02€ per used sludge tonne.

Energy Valorisation given that the caloric capacity of the organic matter of the sludge is used. This means an energy saving of 5.56%, equivalent to an economic saving of 44 € per Tonne of used dry sludge. .

Environmental Valorisation as long as an amount of 371 tonnes of CO2 can be prevented of being emitted to the air.

For the environment and the civil society

in view of the fact that a new environmental approach can be introduced both in the daily industrial management and in the regional policies and plans. We mean the idea that waste can be converted into a resource.

It is crucial not only that the environmental legislation and plans lie on firm results given by innovative projects as Ecoceramics, which entail a deep technical development; but the industry realise about the support shown by the Public Administration towards initiatives favouring the environment protection.

With projects as Ecoceramics, the Regional Government of Castilla-La Mancha shows its deep willingness to support and boost pioneer projects in favour of the environment, in order to transform our society into the recycle one.

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