Tema 4. Impacte ambiental de l'activitat tecnològica i l'explotació de recursos. Tècniques de tractament i reciclatge de residus

1. Guió de desenvolupament

  1. Introducció: metabolisme tecnològic i límits.
  2. Recursos, reserves i explotació.
  3. Impactes sobre atmosfera, aigua, sòl i biodiversitat.
  4. Prevenció, avaluació ambiental i millors tècniques disponibles.
  5. Anàlisi de cicle de vida i ecodisseny.
  6. Concepte, classificació i jerarquia de residus.
  7. Recollida, caracterització i separació.
  8. Tractaments mecànics i fisicoquímics.
  9. Tractaments biològics.
  10. Tractaments tèrmics i valorització energètica.
  11. Dipòsit controlat i sòls contaminats.
  12. Reciclatge de fluxos específics.
  13. Economia circular, responsabilitat ampliada i simbiosi.
  14. Seguretat, control, traçabilitat i indicadors.
  15. Projecció curricular i situació d'aprenentatge.
  16. Conclusions.
  17. Problemes resolts, repàs i bibliografia.

Criteri d'ús. En una prova de dues hores convé seguir la jerarquia: prevenir abans de tractar, i tractar abans d'eliminar. El detall tècnic ha de relacionar propietat del residu, operació unitària, productes, emissions i destí final. «Reciclable» no vol dir reciclat ni circular si no hi ha recollida, qualitat, mercat i balanç ambiental.

2. Introducció: metabolisme tecnològic

La tecnologia transforma matèria, energia i informació per prestar serveis. Cada producte mobilitza recursos i genera emissions des de l'extracció fins al final de vida. El model lineal extreure-fabricar-usar-eliminar externalitza costos cap a ecosistemes, persones i generacions futures. La resposta tècnica no pot començar al contenidor: prevenció, durabilitat, reparació i ús eficient determinen gran part de l'impacte abans que aparegui el residu.

Un sistema tecnològic o territorial compleix un balanç de massa:

\[ Entrades-Sortides=Acumulació. \]

En règim estacionari, tota entrada material acaba com a producte, subproducte, emissió o residu. El tractament redistribueix i transforma fluxos, però no fa desaparèixer matèria. L'energia es conserva i perd qualitat; separar mescles disperses exigeix energia i infraestructura. Aquesta base física impedeix interpretar l'economia circular com un cicle perfecte.

Cal diferenciar:

El marc DPSIR ordena forces motrius, pressions, estat, impactes i respostes. No substitueix mesures ni causalitat, però evita reduir el problema a una sola emissió.

3. Recursos i explotació

3.1. Recurs, reserva i criticitat

Un recurs és una concentració potencialment aprofitable; una reserva és la part identificada que pot explotar-se amb tecnologia, economia i regulació del moment. Les reserves canvien amb preu, coneixement i tecnologia. Escassetat geològica, concentració de producció, substituïbilitat i importància econòmica formen la criticitat.

Per materials dispersos, la llei del mineral disminueix i augmenten massa excavada, energia, aigua i estèrils per unitat de producte. L'energia específica de trituració creix en reduir mida. Per tant, una transició baixa en carboni pot reduir combustible i augmentar demanda d'alguns metalls: cal disseny material, reciclatge i diversificació, no negar el nou impacte.

3.2. Mineria i transformació primària

Una explotació comprèn retirada de recobriment, perforació o extracció, càrrega, transport, trituració, mòlta, concentració i metal·lúrgia. Impactes: ocupació, fragmentació, pols, vibració, soroll, drenatge, estèrils i basses.

El drenatge àcid pot aparèixer quan sulfurs s'oxiden i generen acidesa que mobilitza metalls. La prevenció limita oxigen i aigua, separa materials generadors, recull drenatges i tracta. Una neutralització idealitzada amb calç és:

\[ \mathrm{Ca(OH)_2+2H^+\rightarrow Ca^{2+}+2H_2O}. \]

Elevar pH precipita molts hidròxids metàl·lics, però produeix fangs que cal gestionar. Tancament i garanties han de considerar dècades, no només operació.

3.3. Aigua, sòl, bosc i pesca

Renovable no vol dir il·limitat. Una captació d'aigua és sostenible si respecta recàrrega, cabal ecològic i qualitat; el sòl es forma lentament i pot perdre's per erosió i segellament; biomassa exigeix regeneració, nutrients i biodiversitat; pesca necessita taxa d'extracció compatible amb poblacions. L'empremta hídrica o de sòl és útil només si incorpora ubicació i escassetat.

4. Impactes per medi

4.1. Atmosfera

Les emissions primàries surten de la font; contaminants secundaris es formen a l'atmosfera. Cal distingir:

La concentració en un receptor depèn d'emissió, dispersió, química i meteorologia. Una xemeneia alta no elimina contaminació, la dispersa. Control: evitar substància, tancar procés, optimitzar combustió, captar a origen i tractar. Ciclons separen partícules gruixudes per inèrcia; filtres de mànigues retenen pols; precipitadors electroestàtics carreguen partícules; rentadors absorbeixen gasos; desulfuració, reducció catalítica i oxidació tracten compostos específics.

L'eficiència d'un captador és:

\[ \eta_c=1-\frac{C_{sort}Q_{sort}}{C_{ent}Q_{ent}}. \]

No basta comparar concentracions si canvia el cabal.

4.2. Aigua

Un abocament pot aportar sòlids, matèria orgànica, nutrients, metalls, sal, temperatura o tòxics. La demanda bioquímica d'oxigen estima oxigen consumit per biodegradació; la demanda química inclou fracció oxidable més àmplia. Excés de nitrogen i fòsfor pot eutrofitzar.

Càrrega contaminant:

\[ L=QC, \]

amb unitats coherents. Diluir redueix concentració però no càrrega, i no substitueix tractament. Prevenció a procés, segregació de corrents i recirculació eviten barrejar cabals nets i bruts.

4.3. Sòl, biodiversitat i impactes físics

El sòl acumula contaminants i pot transferir-los a aigua, aire, cultius i persones. Mobilitat depèn de pH, potencial redox, matèria orgànica i granulometria. Soroll, vibració, llum nocturna, calor, barreres i ocupació també són impactes tecnològics.

La biodiversitat no es resumeix en hectàrees. Importen hàbitat, connectivitat, mortalitat, espècies, temporalitat i efectes acumulatius. La jerarquia de mitigació és evitar, minimitzar, restaurar i, com a últim recurs, compensar pèrdues residuals. Compensar no fa acceptable qualsevol projecte.

5. Prevenció i avaluació ambiental

5.1. Avaluació de projectes

L'avaluació d'impacte ambiental identifica alternatives i efectes abans d'autoritzar. Fases: cribratge, abast, inventari, predicció, comparació d'alternatives, mesures, participació, decisió i vigilància. L'alternativa zero revela conseqüències de no executar. Impactes acumulatius i sinèrgics exigeixen mirar més enllà del recinte.

Una matriu causa-receptor ajuda a no ometre efectes. La significació combina magnitud, extensió, durada, reversibilitat, probabilitat, vulnerabilitat i valor del receptor. Assignar punts no elimina judici; s'ha de mostrar sensibilitat als pesos.

5.2. Emissions industrials i MTD

La prevenció i control integrats consideren aire, aigua, sòl, residus, energia i accidents conjuntament per evitar traslladar contaminació. Les millors tècniques disponibles combinen eficàcia ambiental, viabilitat tècnica i aplicabilitat sectorial. Els documents BREF i les conclusions MTD de la UE informen permisos i nivells associats. «Millor» no significa un equip únic independent del procés.

Producció més neta segueix: canvi de producte, substitució de substància, modificació de procés, control, recirculació interna i, només després, tractament final.

5.3. Anàlisi de cicle de vida

ISO 14040 i ISO 14044 estructuren l'ACV en:

  1. objectiu i abast;
  2. inventari d'entrades i sortides;
  3. avaluació d'impactes;
  4. interpretació.

La unitat funcional defineix servei comparable, per exemple «transportar una persona 100 km», no «un vehicle». La frontera pot ser del bressol a porta, a tomba o circular. L'assignació reparteix càrregues entre coproductes; jeràrquicament convé evitar-la, subdividir o ampliar sistema i, si cal, usar criteri físic o econòmic justificat.

Inventari:

\[ I_j=\sum_i a_i e_{ij}, \]

on \(a_i\) és activitat i \(e_{ij}\) factor del flux \(j\). En caracterització climàtica:

\[ GWP=\sum_j m_j CF_j, \]

amb horitzó i font dels factors. L'ACV no és una auditoria absoluta: resultats depenen de dades, frontera, multifuncionalitat i escenari de final de vida. Anàlisi de sensibilitat i incertesa són obligades en decisions ajustades.

5.4. Ecodisseny

Estratègies: menys material, substàncies segures, durabilitat, modularitat, reparació, actualització, desmuntatge, monomaterials compatibles, contingut reciclat i informació. Reduir massa pot empitjorar reparació; biobasat no garanteix biodegradabilitat; compostable només té valor amb condicions i recollida adequades. Cal evitar trasllat entre fases i categories.

6. Residus: definició, classificació i jerarquia

La Directiva marc 2008/98/CE i, a Espanya, la Llei 7/2022, de residus i sòls contaminats per a una economia circular, estableixen conceptes i jerarquia. Residu és qualsevol substància o objecte que el posseïdor rebutja o té intenció o obligació de rebutjar. No depèn només de si conserva valor.

Un subproducte compleix condicions legals perquè el seu ús ulterior sigui segur, cert, directe i part d'un procés; la fi de condició de residu arriba després d'una valorització si compleix criteris i mercat. Aquestes figures no s'autodeclaren per evitar controls.

Classificacions útils:

La caracterització de perillositat considera propietats explosives, comburents, inflamables, irritants, tòxiques, cancerígenes, corrosives, infeccioses o ecotòxiques, entre altres categories legals vigents. El codi no substitueix mostreig representatiu.

Jerarquia:

  1. prevenció;
  2. preparació per a la reutilització;
  3. reciclatge;
  4. altra valorització, inclosa energètica;
  5. eliminació.

Es pot apartar de la jerarquia només amb justificació de cicle de vida. Reutilització ocorre abans que l'objecte sigui residu; preparació per a reutilització opera sobre residus. Reciclatge reprocessa materials, no inclou combustible ni rebliment segons la definició aplicable. Qui contamina paga, proximitat, autosuficiència i responsabilitat ampliada orienten gestió.

7. Recollida, mostreig i separació

La qualitat del reciclatge es decideix a la recollida. Separar bioresidus, paper, vidre, envasos, tèxtil, oli, piles i RAEE redueix contaminació creuada. Porta a porta, contenidor, dipòsit-retorn i deixalleria tenen prestacions diferents segons densitat, participació i control.

Un mostreig ha de representar heterogeneïtat temporal i espacial. La composició gravimètrica és:

\[ x_i=\frac{m_i}{m_{total}},\qquad \sum x_i=1. \]

Humitat en base humida:

\[ X_h=\frac{m_{humida}-m_{seca}}{m_{humida}}. \]

Poder calorífic, granulometria, densitat, cendres, relació C/N, contaminants i lixiviabilitat guien tractament. Confondre base seca i humida causa grans errors.

Operacions de preparació:

El balanç d'una separació binària és:

\[ F=P+R,\qquad Fx_F=Px_P+Rx_R. \]

Recuperació del component desitjat:

\[ Rec=\frac{Px_P}{Fx_F}; \]

puresa: \(x_P\). Augmentar recuperació pot baixar puresa; cal optimitzar segons procés posterior i mercat.

8. Tractaments mecànics i fisicoquímics

8.1. Reducció de mida i classificació

Trituradores de cisalla, impacte o compressió alliberen components i adeqüen mida. Consumeixen energia, generen pols i poden propagar bateries o contaminants. Garbells separen per mida; hidrociclons i classificadors, per mida/densitat; taules densimètriques, per resposta al flux.

La comminució no recicla per si sola. Generar una mescla fina pot dificultar separació. El disseny per desmuntatge conserva components i valor abans de triturar.

8.2. Aigües i residus líquids

Una línia fisicoquímica pot incloure equalització, ajust de pH, coagulació, floculació, sedimentació o flotació, filtració, adsorció, intercanvi i membranes.

La sedimentació ideal de partícula esfèrica petita en règim de Stokes és:

\[ v_s=\frac{(\rho_p-\rho_f)gd^2}{18\mu}. \]

És una aproximació: formes irregulars, concentració i turbulència la limiten. Coagulació desestabilitza col·loides; floculació crea agregats; flotació per aire dissolt els eleva.

Precipitació de metall:

\[ \mathrm{M^{2+}+2OH^-\rightleftharpoons M(OH)_2(s)}. \]

El pH òptim depèn de solubilitat i complexants. Adsorció en carbó actiu transfereix contaminants a un sòlid que cal regenerar o gestionar. Membranes separen i creen un concentrat; «aigua neta» implica corrent residual més concentrat.

8.3. Estabilització i solidificació

Estabilitzar redueix mobilitat química; solidificar millora propietats físiques i encapsula. Ciment, calç o lligants reaccionen amb residus, però augmenten volum. L'eficàcia es comprova amb resistència, permeabilitat i assaigs de lixiviació, no amb aparença.

9. Tractaments biològics

9.1. Compostatge aerobi

Microorganismes oxiden matèria biodegradable amb oxigen:

\[ Matèria\ orgànica+O_2\rightarrow CO_2+H_2O+biomassa+calor. \]

Fases mesòfila, termòfila, refredament i maduració. Variables: humitat, oxigen, temperatura, porositat, mida, pH i C/N. Massa aigua ocupa porus i causa anaerobiosi; poca atura activitat. Volteig o aireació controlen oxigen i calor. Temperatura higienitza si temps i distribució compleixen requisits, però excés inhibeix.

Entrades netes produeixen compost de qualitat; bioresidu mesclat acumula vidre, plàstic i metalls. El balanç inclou compost, evaporació, \(CO_2\), lixiviat i rebuig.

9.2. Digestió anaeròbia

Sense oxigen, hidròlisi, acidogènesi, acetogènesi i metanogènesi transformen orgànics en biogàs i digestat. Reacció representativa de glucosa:

\[ \mathrm{C_6H_{12}O_6\rightarrow3CO_2+3CH_4}. \]

El temps de retenció hidràulica és:

\[ TRH=V/Q. \]

La càrrega orgànica volumètrica és \(COV=Q S_0/V\). Temperatura, pH, alcalinitat, amoníac, sulfurs i tòxics controlen estabilitat. El biogàs es dessulfura i s'usa en caldera, cogeneració o s'actualitza a biometà. Fuites de metà poden anul·lar beneficis. El digestat només és producte útil si nutrients, contaminants, higiene i aplicació agronòmica són adequats.

9.3. Tractament mecànic-biològic

El TMB separa materials i estabilitza fracció orgànica de residu mesclat. Pot reduir fermentabilitat abans d'abocador i recuperar metalls, però el material orgànic contaminat no equival a compost de recollida selectiva. No substitueix prevenció ni separació en origen.

10. Tractaments tèrmics

10.1. Incineració

La incineració oxida residus amb excés d'aire, redueix volum i pot recuperar calor. El balanç inclou residu i aire d'entrada, gas, escòria, cendres volants, reactius, efluents i energia. Les tres T -temperatura, temps i turbulència- afavoreixen combustió, però control complet exigeix alimentació homogènia i oxigen.

Recuperació en caldera produeix vapor, electricitat i/o calor. Eficiència elèctrica és limitada per corrosió i temperatura del vapor; cogeneració amb demanda tèrmica millora aprofitament. Valorització energètica és inferior al reciclatge en jerarquia i no converteix plàstic fòssil en renovable.

Tractament de gasos combina:

Cendres volants i residus de depuració solen concentrar contaminants i requereixen gestió específica. Escòries poden recuperar metalls i, si compleixen criteris, tenir usos; no desapareixen.

10.2. Piròlisi i gasificació

Piròlisi escalfa sense oxigen i produeix gas, líquid i sòlid carbonós. Gasificació usa oxidant limitat per obtenir gas amb CO i \(H_2\). La composició depèn de temperatura, temps, agent i aliment. Residus heterogenis i clorats compliquen neteja i qualitat. Un procés químicament possible no és reciclatge comercial si productes es cremen o no compleixen especificació.

10.3. Balanç energètic

Energia neta:

\[ E_{neta}=E_{exportada}-E_{auxiliars}-E_{combustible\ suport}. \]

Comparar tractaments requereix crèdits coherents per electricitat, calor, material substituït i emissions evitades, amb sensibilitat. No es pot sumar calor no utilitzada com a benefici.

11. Dipòsit controlat i sòls contaminats

Un dipòsit modern selecciona emplaçament, impermeabilitza, drena lixiviats, recull biogàs, cobreix residu, controla aigües i vigila després del tancament. La barrera combina geologia, argila compactada i geomembrana segons disseny. Cap barrera és infal·lible; drenatge redueix càrrega hidràulica.

La precipitació efectiva travessa el residu i produeix lixiviat amb orgànics, amoni, sals i metalls. Es recull i tracta per processos biològics, membranes, oxidació o combinacions. El biogàs conté principalment metà i \(CO_2\), varia amb degradació i es capta per energia o torxa. Oxidar-lo a \(CO_2\) redueix risc climàtic respecte d'emetre metà, però no és impacte zero.

Estabilitat geotècnica, assentament, incendi subsuperficial, olors, aus i dispersió exigeixen operació. El dipòsit és última opció perquè ocupa sòl i trasllada vigilància al futur.

En sòls contaminats, la seqüència és investigació històrica, mostreig, model conceptual font-via-receptor, avaluació de risc, remediació i comprovació. Tècniques:

La remediació basada en risc talla font o via fins a ús compatible; no sempre elimina tot contaminant. Canviar l'ús futur canvia els receptors i criteris.

12. Reciclatge de fluxos específics

12.1. Paper, cartró i vidre

Paper: classificació, desfibratge, depuració, destintatge quan cal, espessiment i nova pasta. Les fibres s'escurcen i es perden; adhesius i humitat baixen qualitat. El reciclatge necessita aportació de fibra verge en el sistema global.

Vidre d'envàs: separació per color i contaminant, trituració a calcina i fusió. La calcina redueix matèria primera i energia, però ceràmica, pedres i vidres de composició diferent causen defectes. Reutilitzar envàs pot superar reciclar si logística, rentatge i rotacions són favorables.

12.2. Metalls

Ferrosos es separen magnèticament; alumini i altres no ferrosos, per Foucault, densitat i sensors. Després, preparació i fusió. Reciclar metalls sol evitar extracció i processament primari importants, però aliatges barrejats degraden qualitat. Espectrometria i disseny d'aliatges milloren bucles tancats.

Rendiment metal·lúrgic:

\[ \eta_m=\frac{massa\ de\ metall\ recuperat}{massa\ de\ metall\ a\ l'aliment}. \]

Cal separar recuperació en planta de contingut final i puresa.

12.3. Plàstics

Identificació per polímer, color, additius i ús és crítica. Reciclatge mecànic: separar, triturar, rentar, assecar, extruir i granular. Degradació tèrmica, contaminants i incompatibilitat limiten cicles. Compatibilitzants poden millorar mescles, però no converteixen qualsevol barreja en material equivalent.

Reciclatge químic inclou despolimerització, dissolució selectiva, piròlisi o gasificació. Pot tractar alguns fluxos difícils, amb consum, rendiment i productes que s'han de demostrar. Si el producte final és combustible, no és reciclatge material segons la jerarquia.

12.4. RAEE

Primer: descontaminació segura -bateries, refrigerants, mercuri, condensadors o tòners-. Després: reutilització de components, desmuntatge, trituració i separació de metalls, plàstics i vidre. Plaques concentren coure i metalls preciosos, però també substàncies perilloses. Tractament informal crema o lixivia sense control i transfereix risc a treballadors i medi.

La preparació per reutilització d'un equip funcional conserva més valor que recuperar materials. Esborrat segur de dades és part del procés.

12.5. Piles i bateries

Químiques diferents requereixen identificació. En ions de liti: descàrrega segura, desmuntatge o trituració controlada, separació de «massa negra» i recuperació per pirometal·lúrgia, hidrometal·lúrgia o ruta directa. Risc de curtcircuit i fuga tèrmica obliga a gestionar càrrega, transport, atmosfera i incendi. La recuperació de cobalt o níquel no garanteix la de liti, grafit o electròlit; cal indicar element i rendiment.

12.6. Construcció i demolició

Auditoria prèvia i demolició selectiva separen perillosos, fusta, metalls, guix, vidre i àrids. Formigó triturat pot substituir àrid en usos adequats; guix separat pot reciclar-se, però barrejat genera sulfats. «Reblert» és valorització diferent del reciclatge. Reutilitzar elements i rehabilitar conserva energia i geometria incorporades.

12.7. Tèxtils i bioresidus

Tèxtils es classifiquen per reutilització, fibra, color i composició. Mescles, elastà i acabats dificulten reciclatge fibra-a-fibra. Tallar per draps o aïllament és sovint downcycling. Bioresidu net és base de compost o digestió; bosses i impropis determinen qualitat.

13. Economia circular i responsabilitat ampliada

L'economia circular busca mantenir valor mitjançant manteniment, reutilització, reparació, remanufactura i reciclatge. Els bucles curts solen conservar més funció, però s'han de comprovar logística i consum. Indicadors:

\[ Taxa\ de\ recollida=\frac{m_{recollida}}{m_{generada\ o\ posada\ al\ mercat}}, \]

\[ Taxa\ de\ reciclatge=\frac{m_{efectivament\ reciclada}}{m_{residu\ generat}}, \]

amb punts de mesura legals. Entrada a planta no equival a reciclatge perquè hi ha rebuig i humitat.

La responsabilitat ampliada del productor trasllada responsabilitats financeres o organitzatives al productor i pot modular quotes segons durabilitat, reparabilitat o reciclabilitat. Dipòsit, devolució i retorn incentiva recuperar envasos o productes. Compra pública crea demanda per productes durables i reciclats.

La simbiosi industrial usa el residu o calor d'una activitat com a recurs d'una altra. Requereix composició estable, quantitat, proximitat, contracte, continuïtat i compliment. Si una planta depèn d'un residu, pot crear incentiu a generar-lo; la prevenció continua per damunt.

14. Seguretat, control i traçabilitat

Abans de tractar s'identifiquen composició, incompatibilitats i propietats. Àcids amb bases generen calor; oxidants amb orgànics, incendi; cianurs o sulfurs amb àcid, gasos tòxics; aigua amb certs reactius, reacció violenta. Segregació, etiquetatge, cubetes, ventilació, detecció i pla d'emergència precedeixen EPI.

Atmosferes amb pols o vapors poden ser explosives. Cal evitar núvol combustible, font d'ignició i confinament, i aplicar posada a terra, aspiració, equips adequats, alleujament o supressió. Els incendis de bateries exigeixen detecció primerenca, sectorització i estratègia específica.

Traçabilitat registra productor, codi, quantitat, transportista, operació, instal·lació i destí. Bàscules, mostreig, cadena de custòdia i balanços eviten «reciclatge» declarat sense sortida. Balanç de planta:

\[ M_{entrada}=M_{productes}+M_{residus\ secundaris}+M_{emissions}+\Delta M. \]

Un rendiment incompatible amb aquest balanç és un senyal d'error o frau. Control inclou emissions canalitzades i difuses, aigües, soroll, sòl, consum, accidents i queixes, amb calibratge i incertesa.

15. Projecció curricular a Catalunya

El Decret 175/2022, de 27 de setembre, ordena l'educació bàsica. A Tecnologia i Digitalització, el tema s'associa a:

Criteris especialment vinculats: 1.2, analitzar productes i sistemes; 2.3, aplicar sostenibilitat al cicle de vida; 7.1, valorar aportacions i repercussions; 7.3, «Valorar l'economia circular com una aportació tecnològica i social a la sostenibilitat per reduir la necessitat de matèries primeres i aconseguir la reducció de residus».

Els sabers inclouen aplicació de tecnologia sostenible i valoració de l'energia, eficiència, consum responsable i renovables. A Tecnologia de quart d'ESO, el projecte pot aprofundir en ecodisseny i fabricació. Al batxillerat, el Decret 171/2022 i Tecnologia i Enginyeria I i II permeten analitzar materials, sistemes productius, impacte i eficiència.

15.1. Situació d'aprenentatge: redissenyar un producte del centre

Repte. El centre compra un objecte d'ús freqüent -retolador, lluminària, cadira o dispositiu-. L'alumnat ha de comparar l'actual amb una alternativa reparable o reutilitzable i proposar compra i final de vida.

Seqüència.

  1. Definir unitat funcional, per exemple «1.000 hores de llum útil».
  2. Desmuntar de forma segura i elaborar llista de materials i unions.
  3. Fer inventari simplificat de massa, energia, transport, ús i residu.
  4. Aplicar jerarquia i matriu de desmuntatge, reparació i toxicitat.
  5. Prototipar una millora modular o sistema de retorn.
  6. Assajar funció, durabilitat o separació.
  7. Calcular residu evitat, recuperació i incertesa.
  8. Defensar una compra amb criteris tècnics i socials.

Evidències. Quadern, diagrama de desmuntatge, balanç de masses, ACV simplificada, prototip, instruccions de reparació i defensa. La rúbrica valora fonts, unitat funcional, jerarquia, seguretat, dades, viabilitat, cicle de vida i comunicació.

Inclusió i seguretat. Peces grans o simulades quan hi ha risc; eines adaptades; rols diversos; informació visual, tàctil i textual; alternativa digital al desmuntatge. Piles, refrigerants, condensadors i pols no es manipulen sense procediment i equip adequats.

16. Conclusions

L'impacte ambiental no és un efecte lateral que es corregeix al final. Neix de decisions sobre servei, material, energia, procés, vida útil i model de propietat. El balanç de massa obliga a reconèixer totes les sortides; l'ACV evita desplaçar impactes; la jerarquia prioritza prevenció i conservació de valor.

Cada tractament resol un problema i crea corrents nous. Compostar produeix emissions, lixiviat i rebuig; digerir produeix biogàs i digestat; incinerar, gas, escòria i cendres; membranes, un concentrat; abocadors, lixiviat i biogàs. L'enginyeria rigorosa identifica aquests corrents, els mesura i assigna un destí segur.

L'economia circular té sentit com a reducció de fluxos verges i conservació de funció, no com a etiqueta. Productes durables, reparables i desmuntables, recollida neta, processos eficients, responsabilitat del productor i mercats de qualitat són parts del mateix sistema. Allò que no es pot recuperar amb seguretat s'ha de reduir i eliminar de manera controlada.

17. Problemes resolts

Problema 1. Balanç d'una planta de triatge

Entren 20 t/h amb 30% de plàstic objectiu. La línia obté 7 t/h de producte al 78% de puresa. Calcular recuperació i plàstic perdut.

Plàstic d'entrada:

\[ M_Fx_F=20\cdot0,30=6,0\ \mathrm{t/h}. \]

Plàstic al producte:

\[ M_Px_P=7\cdot0,78=5,46\ \mathrm{t/h}. \]

\[ Rec=5,46/6,0=0,91=91\%. \]

Es perden 0,54 t/h de plàstic objectiu al rebuig. El producte també conté \(7-5,46=1,54\) t/h d'impropis. Alta recuperació no implica alta puresa.

Problema 2. Càrrega d'un abocament

Un efluent de 350 m³/d té DQO de 1.200 mg/L. Càrrega:

\[ L=350\frac{m^3}{d}\cdot1200\frac{g}{m^3}=420000\ \mathrm{g/d}=420\ \mathrm{kg/d}. \]

Si es dilueix al doble de cabal amb aigua neta, la concentració baixa a 600 mg/L, però la càrrega continua 420 kg/d. Dilució no és depuració.

Problema 3. Sedimentació ideal

Partícula esfèrica de \(d=50\ \mu m\), densitat 2.650 kg/m³, en aigua de 1.000 kg/m³ i \(\mu=1,0\cdot10^{-3}\ \mathrm{Pa\,s}\):

\[ v_s=\frac{(2650-1000)9,81(50\cdot10^{-6})^2}{18\cdot10^{-3}} =2,25\cdot10^{-3}\ \mathrm{m/s}. \]

En un decantador ideal d'1,5 m, el temps seria \(1,5/v_s=667\ s\), uns 11,1 min. Cal verificar règim de Stokes i corregir per floculació, turbulència i concentració.

Problema 4. Digestor

Un digestor de 3.000 m³ rep 150 m³/d amb 45 kg DQO/m³.

\[ TRH=3000/150=20\ d. \]

\[ COV=\frac{150\cdot45}{3000}=2,25\ \mathrm{kg\ DQO/(m^3d)}. \]

Si s'elimina 70% i el rendiment és 0,30 Nm³ \(CH_4\)/kg DQO eliminada:

\[ V_{CH_4}=150\cdot45\cdot0,70\cdot0,30=1417,5\ \mathrm{Nm^3/d}. \]

És una estimació basada en dades donades, no una constant universal de tots els substrats.

Problema 5. Recuperació energètica

Una planta tracta 12 t/h de residu amb PCI 9 MJ/kg. Exporta electricitat amb 18% del contingut i calor útil amb 25%; auxiliars elèctrics són 1,5 MW.

\[ P_{tèrmica}=12000\cdot9/3600=30\ \mathrm{MW}. \]

Generació elèctrica bruta: \(30\cdot0,18=5,4\) MW; exportació neta: \(5,4-1,5=3,9\) MW. Calor útil: \(7,5\) MW. Si no hi ha demanda de calor, no es pot comptar com a exportació útil.

Problema 6. Captació de partícules

Entren 50.000 Nm³/h amb 2,0 g/Nm³ de pols i surten amb 20 mg/Nm³, al mateix cabal.

\[ \eta=1-\frac{0,020}{2,0}=0,99=99\%. \]

Massa captada:

\[ (2,0-0,020)\cdot50000=99000\ \mathrm{g/h}=99\ \mathrm{kg/h}. \]

Aquests 99 kg/h no desapareixen: passen a un residu sòlid que s'ha de caracteritzar.

Problema 7. Carboni de biogàs fugit

Una instal·lació produeix 1.000 Nm³/d de biogàs al 60% de metà i en perd 2% sense cremar. Fuita:

\[ V_{CH_4}=1000\cdot0,60\cdot0,02=12\ \mathrm{Nm^3/d}. \]

Amb densitat donada de 0,716 kg/Nm³:

\[ m=8,59\ \mathrm{kg\ CH_4/d}. \]

Per convertir a \(CO_2\)-equivalent cal un potencial d'escalfament amb horitzó i font explícits; no s'inventa en l'exercici.

Problema 8. Comparació d'envasos per unitat funcional

Un envàs reutilitzable pesa 400 g i suporta 40 usos; cada rentat perd 2% d'unitats. Un d'un sol ús pesa 20 g. Sense incloure transport ni rentatge, massa fabricada inicial per 1.000 serveis:

Amb supervivència geomètrica i màxim 40 usos, el nombre esperat d'usos per envàs és:

\[ N=\sum_{k=0}^{39}0,98^k=\frac{1-0,98^{40}}{0,02}=27,72. \]

Massa: \(1000/27,72\cdot0,4=14,43\) kg. Encara és menor en massa, però una conclusió ambiental necessita rentatge, retorn, material i final de vida.

18. Esquema de repàs i autoavaluació

SERVEI → PREVENCIÓ → REUTILITZACIÓ/REPARACIÓ → RECICLATGE
                                                │
RESIDU → caracteritzar → separar → tractar ─────┤
                                                ├→ producte secundari
                                                ├→ emissió/efluent
                                                └→ rebuig segur

Jerarquia: prevenir > preparar reutilització > reciclar
           > altra valorització > eliminar

Relacions clau:

\[ Entrada=Producte+Emissions+Residus+Acumulació. \]

\[ Recuperació=\frac{massa\ objectiu\ al\ producte}{massa\ objectiu\ a\ l'entrada}; \quad Puresa=\frac{massa\ objectiu}{massa\ producte}. \]

\[ L=QC;\quad TRH=V/Q;\quad COV=QS_0/V. \]

Qüestions.

  1. Diferencieu aspecte, impacte, pressió, estat i risc.
  2. Per què reserva no és sinònim de recurs geològic?
  3. Expliqueu el drenatge àcid i dues mesures preventives.
  4. Per què diluir un efluent no redueix càrrega?
  5. Descriviu les fases d'una ACV i la unitat funcional.
  6. Diferencieu subproducte, residu i fi de condició de residu.
  7. Apliqueu la jerarquia a un telèfon encara reparable.
  8. Compareu recuperació i puresa en triatge.
  9. Quan és vàlida la llei de Stokes?
  10. Compareu compostatge i digestió, productes i controls.
  11. Expliqueu línia de gasos d'una incineradora i residus secundaris.
  12. Per què piròlisi no és sempre reciclatge?
  13. Dissenyeu barreres i drenatge d'un dipòsit.
  14. Ordeneu tractament d'un RAEE abans de triturar.
  15. Compareu reciclatge mecànic i químic de plàstics.
  16. Què aporta responsabilitat ampliada al disseny?
  17. Com es prova traçabilitat amb balanç de masses?
  18. Quina unitat funcional usaríeu en el projecte escolar?

Errors que cal evitar.

19. Bibliografia i fonts de contrast

Manuals universitaris

Fonts oficials i normes

Nota de rigor

Codis de residu, propietats de perill, límits d'emissió, objectius, punts de càlcul i criteris de fi de residu són normatius i evolucionen. Abans d'aplicar-los cal consultar el text consolidat i el permís de la instal·lació. Les dades dels problemes són didàctiques i no substitueixen caracterització ni projecte.