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Tratamiento de residuos sólidos orgánicos: ¿estrategias sustentables?

2013
Inicio

Los residuos sólidos urbanos (RSU, mejor conocidos simplemente como basura) se conforman de materia orgánica e inorgánica, y son generados por comercios, industria y casas habitación, entre otras fuentes. En la actualidad, el problema de su tratamiento es una gran preocupación para las sociedades en general, pero en nuestro país, los métodos para su disposición, transformación y aprovechamiento han resultado ineficientes e insuficientes, lo que provoca contaminación del medio ambiente.

El problema de los RSU en México es muy grande: como parte del Programa Nacional para la Prevención y Gestión Integral de Residuos (PNPGIR) 2009-2012 se reportó la generación de 94,800 toneladas diarias de RSU, lo que significa 34.6 millones de toneladas anuales, cuya composición aproximada es: 53% de residuos orgánicos y 47% de inorgánicos; de estos últimos, 28% es potencialmente reciclable y 19% corresponde a residuos no aprovechables. Se estima que, para 2015, se generará 22% más de RSU, sin considerar el aumento poblacional.Los materiales que se reciclan son, generalmente, inorgánicos, como plástico, aluminio, fierro y vidrio, entre los cuales encontramos el papel —el principal material que se recicla, de acuerdo con el reporte del PNPGIR (Semarnat 2012)—.1

El PNPGIR menciona que se recolecta 87% de los residuos generados, de los cuales, 64% se envía a 88 rellenos sanitarios y 21% a sitios controlados; el resto se deposita en tiraderos a cielo abierto o en sitios sin control.1Para el depósito de los RSU en México, existen tres tipos de instalaciones: 1) relleno de tierra controlado, el cual cuenta parcialmente con inspección, vigilancia y aplicación de las medidas necesarias para el cumplimiento de las especificaciones establecidas; 2) relleno de tierra no controlado, donde son vertidos y mezclados diversos tipos de RSU, absolutamente sin control ni protección al ambiente, y 3) el relleno sanitario, que se diseña y opera para minimizar los impactos en la salud pública y el medio ambiente. No obstante, la NORMA Oficial Mexicana —NOM-083-Semarnat-2003—2 establece las especificaciones de protección ambiental para un sitio de disposición final de RSU y de manejo especial.
Por otro lado, para resolver el problema de la basura orgánica, la cual representa más de 50% del total, hay alternativas biológicas conocidas en nuestro país que, aun cuando a veces se aplican en forma empírica, son estrategias que, implementadas correctamente, ayudarían a mitigar en gran medida esta problemática y a dar un valor agregado a la basura; de ahí la importancia de desarrollarlas en nuestra sociedad, con lo que lograríamos disminuir la contaminación y aprovechar la basura como materia prima para la generación de diferentes productos.
Tratamiento aerobio

La parte orgánica de la basura se descompone mediante dos procesos biológicos: digestión aerobia y digestión anaerobia. El tratamiento aerobio —llamado así porque requiere oxígeno— es un proceso exotérmico, por generar cierta cantidad de calor, además de producir dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua. En este proceso está implicado un diverso conjunto de bacterias, hongos y microfauna, que conduce a dos tipos de tratamiento: la composta (también llamada compost o compostaje) y la lombricomposta (conocida también como vermicomposta o vermicompostaje). La digestión anaerobia es el procedimiento por el cual algunos microorganismos descomponen material biodegradable, sin presencia de oxígeno.
Composta
Ésta es utilizada como un acondicionador y recuperador de suelos por su alto contenido en nutrientes, que mejora las propiedades físicas del suelo.3 El composteo es el proceso aerobio más utilizado para la descomposición biológica de residuos orgánicos en material húmico (el que tiene origen animal y vegetal), llamado compost, durante el cual, los microorganismos aerobios se alimentan de su materia y crecen a partir de carbono, nitrógeno, fósforo y otros nutrientes presentes en los residuos mencionados; además, parte del carbono, que es fuente de energía para los organismos, va hacia la producción de dióxido de carbono4 (cuadros 1 y 2).

Lombricomposta o vermicomposta

Es el proceso de bioxidación y estabilización de la materia orgánica que aprovecha las capacidades biológicas de la lombriz, como son: alta voracidad, capacidad reproductiva, adaptación a condiciones adversas y fácil manejo; características que le permiten degradar los desechos orgánicos en su intestino. Las especies más utilizadas son Eisenia foetida (coqueta roja) y Eisenia andrei (lombriz roja de California), cuya digestión produce humus; incluso con la propia lombriz se puede obtener harina de lombriz, que es rica en proteínas y contiene más de 60% en base secas5(figura 3). Los factores principales en la formación de la lombricomposta son:
◂Temperatura óptima. 25 °C, para las lombrices.
◂Potencial de Hidrógeno (pH).* En el rango de 6.5 a 7.5.
◂Humedad. Lo más recomendable es mantenerla entre 40-50%; lo que se considera necesario para permitir la movilidad de la lombriz entre los desechos, propiciar su fragmentación y posibilitar su respiración.
◂Relación Carbono-Nitrógeno (C/N).** Conviene que, en la etapa inicial, sea 25-30, y en la final 12-20.
La vermicomposta se utiliza como abono, ya que aumenta flora y fauna del suelo, favorece la retención de agua y mejora las características fisicoquímicas del suelo.
Biogás, fuente de energía

La digestión anaerobia se lleva a cabo en un biorreactor —también llamado digestor anaerobio— que proporciona las condiciones adecuadas para el crecimiento de las bacterias involucradas en el proceso (figura 4). Tres generaciones de digestores anaerobios son reconocidas:
◂ Los de la primera, los tradicionales, generalmente construidos con cemento e instalados en el subsuelo o sobre la superficie del terreno, son simples y baratos, pero resultan ineficientes para producir biogás.
◂ Los de segunda y tercera generación están construidos con gran variedad de materiales, presentan mayor capacidad, tecnología e infraestructura, y van desde reactores de flujo ascendente hasta reactores con biofilm (la biopelícula está constituida por una comunidad de microorganismos —principalmente bacterias— embebidos en una matriz, los cuales crecen adheridos a una superficie inerte). Estos últimos son modernos y muy eficientes, pero de elevado precio.
Tradicionalmente, la digestión anaerobia ha sido aplicada para el tratamiento de efluentes provenientes de plantas de depuración de aguas residuales, pues se observó que la materia orgánica presente en los efluentes era transformada en biogás.
Para mejorar la producción de biogás, también se ha recurrido a la adición de nutrientes que favorezcan el proceso. Con base en las experiencias obtenidas en las plantas depuradoras, se planteó la adición de residuos orgánicos para aumentar la producción de biogás, teniendo en cuenta que son una fuente rica en nutrientes. Los residuos orgánicos susceptibles de ser tratados en la digestión anaerobia pueden ser efluentes de industrias de alimentos, residuos de jardinería, alimentos, vegetales, papel, estiércol, entre otros.
El biogás obtenido por digestión anaerobia puede utilizarse directamente como combustible o en la generación de energía eléctrica, en conjunción con la energía calorífica. En años recientes, se ha desarrollado diferentes dispositivos para producir energía eléctrica a partir de biogás (turbinas, motores, etc.), entre éstos destacan las microturbinas, con una eficiencia de generación eléctrica de 26 a 28%, valor relativamente bajo aunque han tenido éxito como calentadores de agua para fines industriales; sin embargo, es una tecnología importada a nuestro país, que resulta muy cara.
Uno de los grandes retos en el manejo del biogás es poder conectarlo a una red de distribución, para lo cual debe producirse en suficiente cantidad y tener alta pureza, característica que suele incrementar los costos.6 Lo anterior indica que es necesario realizar investigación y desarrollo en México, para el tratamiento anaerobio (cuadro 3) y los dispositivos de transformación del biogás, con el fin de generar bases científicas sólidas que conlleven a establecer plantas eficientes para producir biogás en mayor cantidad y de excelente calidad.


Tecnología con participación social


Las tecnologías de tratamientos biológicos para residuos orgánicos deben involucrar a todos los sectores de la sociedad.
La separación de materia orgánica en las fuentes de generación es primordial para llevar a cabo los procesos biológicos descritos, por lo que, en un futuro muy cercano, estos procesos deberán ser implementados para la obtención de fertilizantes y, sobre todo, de energía, lo cual daría sustentabilidad ambiental y aseguraría la generación de productos y servicios para el ser humano (cuadro 4). Las tecnologías de tratamientos biológicos para los residuos orgánicos deben involucrar todos los sectores de la sociedad: gobierno, investigadores, público en general.


Referencias
1. Semarnat. Programa Nacional para la Prevención y Gestión Integral de Residuos 2009-2012, PNPGIR. Consultado en enero de 2012. Página electrónica: www.semarnat.gob.mx/programas/
Documents/PNPGIR.pdf.
2. NORMA Oficial Mexicana NOM-083-Semarnat-2003, Especificaciones de protección ambiental para la selección del sitio, diseño, construcción, operación, monitoreo, clausura y obras complementarias de un sitio de disposición final de residuos sólidos urbanos y de manejo especial. Diario oficial, miércoles 20 de octubre de 2004, Primera Sección. Consultado en enero de 2012. Página electrónica: http://www.profepa.gob.mx/innovaportal/
file/1306/1/nom-083-semarnat-2003.pdf
3. G. M. Masters, W. P. Ela. Introducción a la Ingeniería Ambiental. España: Ed. Pearson Educación, 2008.
4. G. Tchobanoglous, H. Theisen, S. A. Vigil. Gestión integral de residuos sólidos. Madrid: Ed. McGraw-Hill, 1994, p. 755-783.
5. R. Vielma Rondón, J. F. Ovalles Durán, A. León Leal, A. Medina. “Nutritional Value of Earthworm Flour (Eisenia foetida) as a Source of Amino Acids and its Quantitative Estimation through Reversed Phase Chromatography (HPLC) and Pre-Column Derivation with O Phthalaldehyde (OPA)”. Ars Pharmaceutica, 44, 1, (2003): 43-58.
6. A. Wellinger. “Biogas Production and Utilisation”. IEA Bioenergy, t. 37, (2005): 01.
7. C. J. Moreno, B. S. Mormeneo. “Microbiología y bioquímica del proceso de compostaje”, en J. Moreno Casco, R. Moral Herrero, (eds.). Compostaje. Madrid: Ediciones Mundi-Prensa, 2007, pp. 112-140.
8. G. Lissens, P. Vandevivere, L. De Baere, E. M. Bley, W. Verstraete. “Solid Waste Digesters: Process Performance and Practice for Municipal Solid Waste Digestion”. Water Science Technology, 44, 8, (2001): 91-102.
9. J. Leggett, R. E. Graves, L. E. Lanyon. Anaerobic Digestion: Biogas Production and Odor Reduction from Manure. Department of Agricultural and Biological Engineering. Penn State University, 2006, www.builditsolar.com.

Autores
María Leticia Ramírez Castillo es ingeniera bioquímica por la ENCB-IPN, Maestra en Biotecnología por la Facultad de Química-UNAM y Doctora en Biotecnología y Microbiología por el Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (INSA-T), Francia. Es Representante del Cuerpo Académico de Biotecnología de la UP-Puebla. Ha realizado una estancia posdoctoral en el IIB UNAM. Es autora de publicaciones nacionales e internacionales y ha participado en numerosos congresos.
Gerardo Cuatutle Tecanhuey es ingeniero en biotecnología por la UP-Puebla y estudiante de la Maestría en Ingeniería, opción Diseño de Bioprocesos, perteneciente al PNPC, de la UP-Puebla. Ha participado en congresos y proyectos de investigación.
Leticia Méndez Amaro es Ingeniera Bioquímica por el ITSAtlixco en Puebla y es estudiante de la Maestría en Ingeniería opción Diseño de Bioprocesos, perteneciente al PNPC, de la UP-Puebla.
Leticia Méndez Amaro es Ingeniera Química por la FES-Zaragoza- UNAM, Maestra en Química por la UAM–I y doctora en biotecnología por el CINVESTAV-IPN. Ha sido docente en varias instituciones y ha participado en numerosos congresos nacionales e internacionales. Actualmente, es Profesor Investigador en la Universidad Politécnica de Puebla. Ha realizado 2 estancias postdoctorales en la Universidad de Cádiz en España. Tiene publicaciones nacionales e internacionales.

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