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- Dataset of socio-economic and waste collection indicators for Portugal at municipal levelPublication . Oliveira, Verónica; Sousa, Vitor; Ferreira, CéliaThis data article presents demographic, socio-economic and wasterelated data at municipal level for Portugal. The dataset includes raw data collected from 4 main sources: (i) the annual reports of waste management companies; (ii) the database of the Portuguese water, sanitation and waste regulatory entity; (iii) the Portuguese Environmental Agency; and (iv) national statistical data. Relevant indicators for waste generation and for the separate collection of waste are proposed and calculated using the raw data. The dataset comprises municipalities with high, medium and low separate collection yields, providing socio-economic and waste infrastructures data that can be used for benchmarking. The dataset can also be used to define a baseline against which the progress of the collection of packaging waste can be assessed over time, or else serve as input to mathematical models predicting waste generation and collection. Moreover, data can serve as the base to calculate new waste-related indicators. In addition to being a valuable input to the waste topic, the dataset can also be used in a large range of other topics where demographic and socio-economic parameters are relevant. The data presented herein are associated with the research articles “Model for the separate collection of packaging waste in Portuguese low-performing recycling regions” [1] and “Artificial neural network modelling of the amount of separatelycollected household packaging waste” [2].
- Estudo para o desenvolvimento do sistema de recolha de biorresíduos no município de São João da Madeira: relatório finalPublication . Ferreira, Célia; Oliveira, Verónica; Vaz, João Miguel; Jacquinet, MarcO presente relatório foi realizado no âmbito do Programa de Apoio à Elaboração de Estudos Municipais para o Desenvolvimento de Sistemas de Recolha de Biorresíduos ou de Compostagem doméstica e comunitária, financiado pelo Fundo Ambiental, e tem como principal objetivo a definição de um plano de ação e de investimento para a operacionalização das melhores opções de gestão para os biorresíduos. O desenvolvimento deste estudo envolveu várias fases i) a caracterização da situação geográfica e sociodemográfica do município, ii) o levantamento da situação atual relativa à gestão de biorresíduos no município, iii) a análise comparativa de várias soluções de recolha e valorização de biorresíduos, iv) a análise detalhada da estratégia proposta. O município de São João da Madeira pertence ao distrito de Aveiro e está localizado na subregião da Área Metropolitana do Porto. Tem 8 km2 e é composto por 1 freguesia urbana. Tem 21 860 habitantes e uma densidade populacional de 2738 habitante/km2 e apresenta um índice de envelhecimento de 160 idosos por cada 100 jovens, o que evidencia uma população tendencialmente envelhecida, como no resto do país. Este fator deve ser tomado em consideração numa análise de produção de resíduos alimentares em lares e centros dia, que possivelmente terá tendência a aumentar. O município é bastante industrializado, o que gera muitos postos de trabalho, existindo também um movimento pendular (isto é, o balanço entre a população residente que saí e entra no concelho diariamente) relevante, que se deve a deslocações diárias para o trabalho e para a escola. Estas deslocações devem ser tomadas em consideração no âmbito do Plano de biorresíduos, aumentando a produção de resíduos alimentares em cantinas, refeitórios e restaurantes. Os resíduos urbanos indiferenciados produzidos no município de São João da Madeira são recolhidos pela SUMA S.A. (prestação de serviços) que assegura a sua recolha e posterior encaminhamento para a entidade gestora em alta, a ERSUC – Resíduos Sólidos do Centro S.A. O potencial de biorresíduos produzidos no município é estimado em 3 388 t anuais, das quais 2655 t são resíduos alimentares e 732 t são resíduos verdes (ano de referência: 2019). O município dispõe de um serviço de recolha dos resíduos verdes semanalmente, que é também efetuado pela SUMA S.A., e mediante marcação prévia. Atualmente está a ser implementado no município um projeto de recolha seletiva porta-a-porta de resíduos alimentares no setor doméstico e não doméstico. Este projeto visa a distribuição de 1600 baldes pelo setor doméstico e 219 contentores pelo setor não doméstico. Para além disto, o município também está a implementar gradualmente o sistema PAYT, que irá beneficiar os munícipes que separem os seus biorresíduos. Recentemente, o município também distribuiu gratuitamente 236 compostores pelo setor doméstico, como forma de promover a reciclagem dos biorresíduos através de compostagem. O composto produzido através da compostagem doméstica é utilizado como corretivo de solos na horta, canteiros e jardins dos próprios munícipes, enquanto o composto resultante do tratamento dos biorresíduos pela entidade em alta é utilizado como corretivo agrícola orgânico. Neste estudo foram desenvolvidos dois cenários para avaliar quais as melhores soluções técnicas a implementar em São João da Madeira para a recolha e valorização na origem de biorresíduos. Ambos os cenários contemplam soluções mistas de recolha seletiva porta-a-porta e reciclagem na origem de resíduos alimentares e resíduos verdes, através de compostagem doméstica e compostagem comunitária, e dão continuidade ao trabalho já iniciado pelo município na implementação de sistemas de recolha e valorização de biorresíduos. Os cenários caraterizam-se pela recolha seletiva porta-a-porta de resíduos alimentares aos utilizadores do sistema (domésticos e não domésticos). No cenário 1 prevê-se que 10% dos utilizadores domésticos irão aderir à compostagem doméstica (em moradias com jardim) ou comunitária (nos restantes casos) e no cenário 2 considera-se que a compostagem doméstica irá ser realizada em todas as moradias com jardim, sendo retirada a recolha porta-a-porta nestes casos. A compostagem comunitária será também promovida, instalando módulos de compostagem comunitária em locais estratégicos do município, que servirão, além dos prédios, também pequenas hortas urbanas, IPSSs e escolas. Estes compostores comunitários serão acompanhados com regularidade por um técnico do município. A todos os utilizadores domésticos será distribuído um pequeno balde de 10L com tampa para deposição temporária dos resíduos alimentares, incentivando desde logo a separação na fonte dos resíduos alimentares. Para os verdes a solução é baseada na recolha porta-a-porta nas moradias que não praticam compostagem (usando big-bags) e na deposição em ecocentro para os moradores dos prédios e para o setor não doméstico. Estes resíduos verdes podem ainda ser colocados nos compostores comunitários. Em ambos os cenários estão previstas campanhas de sensibilização. A análise custo-eficácia dos dois cenários realizada através de indicadores de desempenho mostra que a emissão de dióxido de carbono é semelhante em ambos os cenários, mas que o cenário 1 é o mais vantajoso em termos técnicos e económicos, pelo que são as soluções que o constituem aquelas que são propostas na presente estratégia do Município de São João da Madeira. A quantidade potencial de biorresíduos no município diminui ligeiramente ao longo do tempo (2022-2030), fruto do decréscimo da população previsto para a região Norte do país, cifrando-se em 3342 t em 2030. A população abrangida e o número de produtores não domésticos servidos com recolha seletiva e/ou valorização de biorresíduos na origem atinge os 100% a partir de 2023. A solução proposta permitirá recolher/valorizar na origem cerca de 1958 t/ano de resíduos alimentares e 458 t/ano de resíduos verdes em 2030. Os biorresíduos desviados para a compostagem doméstica ou comunitária atingem 176 t/ano em 2030, dos quais cerca de dois terços são resíduos alimentares e um terço são resíduos verdes. No seu total, os biorresíduos recolhidos seletivamente ou reciclados na origem atingirão 2416 t/ano em 2030, o que representa uma taxa de captura de 72%. Este cenário contribui em 23% para a meta da taxa de preparação para reutilização e reciclagem em 2030. Os custos de investimento (CAPEX) associados à solução proposta poderão atingir os 844 530€. A maior fatia deste investimento (59%) será relativa à aquisição de contentores e compostores (498 261€), aproximadamente 30% para aquisição de viaturas e o restante será para aquisição de outros equipamentos. Os gastos de exploração poderão ascender aos 1 203 943€ (OPEX) no período em análise e dizem respeito a gastos com campanhas de sensibilização, com a contratação do serviço de recolha de biorresíduos em outsourcing, com outros custos (eletricidade, seguros, IUC, e manutenção) e com recursos humanos para o acompanhamento dos compostores comunitários. A partir de 2029 prevê-se que o investimento tenha sido recuperado, o que irá permitir ao município reduzir as tarifas aplicadas aos utilizadores do sistema que pratiquem compostagem doméstica ou comunitária, permitindo desta forma a implementação de instrumentos diferenciadores da tarifa aplicada aos utilizadores, como o PAYT (Pay As You Throw), em linha com o estabelecido no atual Regime Geral de Gestão de Resíduos. A implementação da estratégia proposta permite implementar, até 31 de dezembro de 2023, soluções de recolha seletiva ou reciclagem na origem de biorresíduos, dando assim cumprimento às obrigações impostas. No seu conjunto, a estratégia para os biorresíduos proposta irá levar a mudanças expectáveis de comportamento dos utilizadores do sistema no que respeita à produção e descarte de resíduos, promovendo novas práticas de separação na origem e de valorização local destes resíduos através de compostagem doméstica e comunitária. É expectável que a maior sensibilização para os resíduos em geral induza de uma forma mais generalizada a adoção de práticas de prevenção de resíduos e uma melhor separação na origem de outros fluxos, como os resíduos de embalagem, melhorando as taxas de captura e reciclabilidade destes, com impacto positivo na recuperação de materiais recicláveis (papel/cartão, embalagens e vidro).
- Prediction performance of separate collection of packaging waste yields using support vector machinesPublication . Sousa, Vítor; Meireles, I.; Oliveira, Verónica; Ferreira, CéliaUnderstanding the drivers underlying waste production in general, and source-segregated waste in particular, is of utmost importance for waste managers. This work aims at evaluating the performance of support vector machines (SVM) models in the prediction of separate collection yields for packaging waste at municipal level. Two SVM models were developed for a case study of 42 municipalities simultaneously serviced by separate collection of packaging waste and by unsorted waste collection. The “SVM-fxed” model used a fxed set of 5 variables to predict collection yields, whereas the “SVM-optimal” model chose from a pool of 14 variables those that optimized performance, using a genetic algorithm. These SVM models were compared with 3 traditional regression models: the ordinary least square linear (OLS-L), the ordinary least square non-linear (OLS-NL) and robust regression. The robust regression model was further compared against the other regression models in order to assess the infuence of the dataset outliers on the model performance. The coefcient of determination, R2 , was used to evaluate the performance of these models. The highest performance was attained by the SVM-optimal model (R2=0.918), compared to the SVM-fxed model (R2=0.670). The performance of the SVM-optimal model was 42% higher than the best performing regression model, the OLS-NL model (R2=0.646). The diferences in performance among the 3 regression models are small (circa 3%), whereas the exclusion of outliers improved their performance by 13%, indicating that outliers impacted more on performance than the type of traditional regression technique used. The results demonstrate that SVM model can be a viable alternative for prediction of separate collection of packaging waste yields and that there are nine important drivers that all together explain roughly 92% (R2=0.918) of the variability in the separate collection yields data.
- A novel approach for nutrients recovery from municipal waste as biofertilizers by combining electrodialytic and gas permeable membrane technologiesPublication . Oliveira, Verónica; Ferreira, Célia; González-García, Isabel; Labrincha, João; Horta, Carmo; García-González, María CruzThe recovery of valuable materials from waste fits the principle of circular economy and sustainable use of resources, but contaminants in the waste are still a major obstacle. This works proposes a novel approach to recover high-purity phosphorus (P) and nitrogen (N) from digestate of municipal solid waste based on the combination of two independent membrane processes: electrodialytic (ED) process to extract P, and gas permeable membranes (GPM) for N extraction. A laboratory ED cell was adapted to accommodate a GPM. The length of waste compartment (10 cm; 15 cm), current intensity (50 mA; 75 mA) and operation time (9 days; 12 days) were the variables tested. 81% of P in the waste was successfully extracted to the anolyte when an electric current of 75 mA was applied for 9 days, and 74% of NH4 + was extracted into an acid-trapping solution. The two purified nutrient solutions were subsequently used in the synthesis of a biofertilizer (secondary struvite) through precipitation, achieving an efficiency of 99.5%. The properties of the secondary struvite synthesized using N and P recovered from the waste were similar to secondary struvite formed using synthetic chemicals but the costs were higher due to the need to neutralize the acid-trapping solution, highlighting the need to further tune the process and make it economically more competitive. The high recycling rates of P and N achieved are encouraging and widen the possibility of replacing synthetic fertilizers, manufactured from finite sources, by secondary biofertilizers produced using nutrients extracted from wastes.
- Two-phase nutrient recovery from livestock wastewaters combining novel membrane technologiesPublication . González-García, Isabel; Oliveira, Verónica; Molinuevo-Salces, Beatriz; García-González, María Cruz; Ferreira, Célia; Riaño, BertaThe application of new technologies in the agro-industrial sector is needed to close the loop of the nutrient cycle in the food chain. The aim of this work is to study the feasibility of the combination of two nutrient recovery technologies. In a first step, the novel gas-permeable membrane technology recovers N from the wastewater as an ammonium sulfate solution (a bio-based fertilizer). Secondly, the electrodialytic process recovers P, as an electrolyte solution, from which P can then be precipitated as struvite (a slow-release fertilizer). The process was tested in two different livestock wastewaters: swine manure (SM) and anaerobically digested SM (digestate). Recovery efficiencies for N were 53% for SM and 92% for digestate; for P the efficiencies were 100% and 74% for SM and digestate, respectively. The results showed a great potential of combining these novel membrane technologies in livestock wastewaters, promoting the sustainability of the sector in the realm of the bioeconomy.
- Improving the energy efficiency of an electrodialytic process to extract phosphorus from municipal solid waste digestate through different strategiesPublication . Oliveira, Verónica; Kirklund, G.; Horta, Carmo; Labrincha, João; Ferreira, Célia; Kirkelund, Gunvor M.This work assesses the possibility of energy optimisation during the electrodialytic extraction of phosphorus from the municipal solid waste digestate. Strategies tested for energy optimisation consisted in (i) using a dualstage extraction approach; (ii) replacement of continuous stirring by pulse stirring and; (iii) utilisation of pulse electric current as an alternative to a constant current. Experiments were carried out using different stirring profiles (continuous stirring, pulsed stirring, manual stirring and no stirring) and different profiles for generating the electric field (continuous current and pulsed current). Dual-stage approach decreased the energy consumption by 30%. Energy was mainly used in the stirring operation (80%). Applying this strategy caused a faster acidification of the waste suspension and reduced the time required for the extraction. As for the second strategy, use of pulse stirring, it is possible to save energy by operating the stirrer 25% of the time, without compromising the phosphorus extraction values, which are close to 90%. Corresponding energy savings reached 70%. The third strategy tested, use of pulse current, had as side-effect a significant decrease of the phosphorus extracted, so the implementation of pulse current is not recommended. Overall, the energy efficiency of the electrodialytic extraction of phosphorus can be improved by 80% through the use of the dual-stage approach and the use of stirring for 25% of the time. There is also a potential in further reducing the energy use by further improving the stirring system.
- Synthesis of PPy-ZnO composite used as photocatalyst for the degradation of diclofenac under simulated solar irradiationPublication . Silvestri, Siara; Ferreira, Célia; Oliveira, Verónica; Varejão, Jorge M. T. B.; Labrincha, João; Tobaldi, David Maria
- Caracterização físico-química de solos e de água de rega em explorações agropecuárias do Baixo-Mondego, Portugal. Projeto SYMBIOSISPublication . Rocha, Joana; Oliveira, Verónica; Ferreira, CéliaEste relatório teve como objetivo caracterizar os solos e as águas de rega das explorações agropecuárias mais representativas da região Centro de Portugal. Os resultados apresentados neste relatório estão incluídos na tarefa 2 da Atividade 1.2 Estudo diagnóstico e auditorias personalizadas do projeto Symbiosis. Sete explorações agropecuárias, que cooperaram no desenvolvimento desta tarefa, foram caracterizadas de uma forma breve para apresentar o contexto do sector na zona do BaixoMondego (Região Centro Litoral - Portugal). Durante segundo semestre de 2018 e o ano de 2019 foram recolhidas uma amostra composta de solo e uma amostra de água de rega em cada exploração agropecuária participante. As amostras de solos foram analisadas no laboratório de solos da Escola Superior Agrária de Coimbra (ESAC) quanto aos parâmetros físico-químicos tais como a classe de textura, concentração de macronutrientes, concentração de metais pesados, entre outros. Quanto às amostras de água de rega, os parâmetros físico-químicos analisados foram o pH, condutividade elétrica, concentração de azoto, fósforo, metais pesados, entre outros. De um modo geral, podemos concluir que as explorações agropecuárias apresentam solos com uma classe de fertilidade baixa e teores muito variáveis de matéria orgânica que refletem o impacte das práticas de gestão de solos. As águas de rega recolhidas em todas as explorações apresentam uma boa qualidade, estando todos os parâmetros analisados estão abaixo dos limites impostos pelo DL n°236/98, de 1 agosto no anexo XVI.
- Caracterização físico-química de resíduos orgânicos em explorações agropecuárias do Baixo-Mondego, Portugal. Projeto SYMBIOSISPublication . Rocha, Joana; Oliveira, Verónica; Ferreira, CéliaEste relatório teve como objetivo caracterizar os resíduos orgânicos das explorações agropecuárias mais representativas da região Centro de Portugal. Os resultados apresentados neste relatório estão incluídos na tarefa 1 da Atividade 1.2 Estudo diagnóstico e auditorias personalizadas do projeto Symbiosis. Sete explorações agropecuárias, que cooperaram no desenvolvimento desta tarefa, foram caracterizadas de uma forma breve para apresentar o contexto do sector na zona do BaixoMondego (Região Centro Litoral - Portugal). Durante o segundo semestre do ano de 2018 e o ano de 2019 foi recolhida uma amostra de resíduos orgânicos sólidos e líquidos em cada exploração agropecuária participante. Adicionalmente foi analisada uma amostra de digerido de uma exploração de suínos da região de Castilha e León em Espanha. As amostras de resíduos orgânicos sólidos foram analisadas no laboratório da Escola Agrária de Coimbra (ESAC) quanto aos parâmetros físico-químicos tais como a humidade, matéria orgânica, azoto kjeldhal e amoniacal e fósforo total. Quanto às amostras de resíduos orgânicos líquidos, os parâmetros físico-químicos analisados foram o pH, condutividade elétrica, concentração de azoto kjeldahl e amoniacal e fósforo total. Os resíduos orgânicos sólidos apresentam um teor de matéria orgânica (13-38%) essencial ao melhoramento da qualidade dos solos analisado na primeira parte (caracterização físico-química de solos e água de rega) desta mesma atividade. Com os resultados da caracterização físicoquímica dos resíduos agropecuários podemos observar que nesta área de estudo os planos de gestão de resíduos a nível de exploração influenciam a composição final dos resíduos. Adicionalmente a composição dos resíduos é semelhante entre planos de gestão semelhantes.
- Evaluation of a phosphorus fertiliser produced from anaerobically digested organic fraction of municipal solid wastePublication . Oliveira, Verónica; Horta, Carmo; Ferreira, CéliaWhen urban waste is not separately collected its phosphorus content cannot be recovered. The production of phosphorus-based fertilisers from urban waste could generate phosphorus added-value products, reduce environmental impacts from waste disposal and lower the consumption of virgin raw materials in the fertiliser industry. The main objective of this work was to evaluate the short-term agronomic value of a phosphorus fertiliser, which has the same chemical composition and mineralogical structure as struvite, but is artificially produced using phosphorus recovered from the anaerobically digested organic fraction of municipal solid waste (herein referred to as “secondary struvite”). To evaluate the release of phosphorus forms over time a 30 d incubation experiment was performed. Then the cultivation of rye (Secale cereale L.) was done in pot scale during 45 d to assess the phosphorus phytoavailability and the agronomic potential of secondary struvite, when compared with the commercial mineral fertiliser, single superphosphate. This work contributes to fill a knowledge gap about the effects of this secondary struvite as a source of phosphorus on soil phosphorus forms as well as on phosphorus’ soil and plant availability. At the end of the incubation experiment, a similar distribution of phosphorus forms in soil for both secondary struvite and single superphosphate was observed; however, the soil Olsen phosphorus was significantly higher in the soils fertilised using secondary struvite than in those fertilised by single superphosphate, which indicates that secondary struvite provided a higher amount of immediately phytoavailable phosphorus. The shoot biomass production (1.7 g dry-matter kg 1 soil) and the agronomic efficiency (66 g drymatter g 1 phosphorus) were similar for both fertilisers. But the crop's phosphorus uptake and the apparent phosphorus recovery were higher (5.9 mg phosphorus kg 1 soil and 45%) in the secondary struvite treatment than in the single superphosphate treatment (4.7 mg phosphorus kg 1 soil and 36%). The results suggest that the secondary struvite can be used as a phosphorus fertiliser and lower rates of the secondary struvite are required to achieve the same agronomic efficiency as the single superphosphate.