REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA UNIVERSIDAD VERACRUZANA
Septiembre-Diciembre 2016
ALEXITIMIA

¿VERDADES HISTÓRICAS?

EL MAL DEL MUNDO MODERNO

LA CLAVE DE LA EVOUCIÓN HUMANA

LA DIVERSIDAD MICROBIANA (NECESARIA Y PELIGROSA)

BACTERIAS DEL SUELO: USO POTENCIAL EN LA BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS

EL GUSANO PRODUCTOR DE SEDA

EL BARREDOR DE LAS MILIÁCEAS (UN PROBLEMA FORESTAL)

LAS CALATOLAS EN MÉXICO

LOS ÁRBOLES AL SERVICIO DEL AMBIENTE

MÁS ALLÁ DE UNA LÍNEA DE ÁRBOLES

RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS: ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO

VERMICOMPOSTAJE EN CASA: RECICLADO DE RESIDUOS ORGÁNICOS

LA RESTITUCIÓN DE MARTINE DE BERTEREAU PIONERA DE LA GEOLOGÍA ECONÓMICA

EL MEDIO AMBIENTE: MEDALLA DE ORO EN JUEGOS OLÍMPICOS

Contenido

 
ECOLOGÍA Y CONVERSACIÓN

RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS: ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO

ALEJANDRA VELASCO PÉREZ
JOSÉ GUADALUPE VIAN PÉREZ
JOSÉ VICENTE MARTÍNEZ
LUIS ALBERTO SÁNCHEZ BAZÁN

La generación de desechos se ha disparado, propiciando la creación de mecanismos e infraestructura adecuados para su correcta disposición o confinamiento.

Ante el problema de la deficiente disposición de los residuos generados por la población, los rellenos sanitarios han sido una alternativa, la cual comienza a ser inviable debido a las grandes extensiones de terreno que requiere. Por lo anterior, se han desarrollado tecnologías para minimizar la cantidad de residuos a disponer y, de forma paralela, darles valor agregado.
Dentro de esas tecnologías de tratamiento se encuentran los métodos térmicos y los biológicos. Ambas opciones presentan beneficios como la producción de energía, siendo los térmicos los que más energía rinden: 350 kW por tonelada de residuo contra 120 kW generados mediante digestión anaerobia, aunque, cabe mencionar, los procesos biológicos emiten menos gases tóxicos a la atmósfera. Ante esto es importante realizar un análisis de la necesidad de infraestructura, así como del beneficio energético e impacto ambiental de cada tecnología, con la finalidad de determinar la más viable.
El desarrollo industrial y la urbanización de las sociedades tienen como consecuencia directa mayor demanda de materias primas para satisfacer el creciente consumo de bienes y servicios de las poblaciones. En tal contexto la generación de residuos de distintos tipos se ha incrementado de forma impresionante, propiciando la creación de mecanismos e infraestructura adecuados para su correcta disposición o confinamiento.
En un esfuerzo por lograr un manejo sustentable, se han estudiado y explorado distintas alternativas tecnológicas encaminadas a su valorización, es decir: darle valor a esos materiales que comúnmente se denominan “de desecho”, minimizando hasta donde sea posible la cantidad de residuos a disponer.

CONSECUENCIAS DE SU INADECUADA DISPOSICIÓN
Se puede afirmar que el principal problema ligado a la generación de residuos, es su disposición inadecuada. Por ejemplo, los tiraderos a cielo abierto atraen y facilitan la proliferación de insectos, aves y mamíferos que pueden transmitir enfermedades como cólera, salmonelosis, dengue y amebiasis, entre otras.
Así también, los residuos dispuestos de modo incorrecto son contaminantes de suelo, agua y aire. Durante el proceso de descomposición de los residuos se generan gases como el bióxido y monóxido de carbono (CO2 y CO, respectivamente), metano (CH4), ácido sulfhídrico (H2S) y compuestos orgánicos volátiles (como el benceno y acetona), los cuales son tóxicos, generan malos olores y contribuyen al cambio climático.
Además de gases, durante la desintegración de los residuos se generan lixiviados, que son líquidos (agua que proviene de la descomposición de los residuos y de la lluvia que se filtra a través de ellos) con alto contenido de sustancias orgánicas e inorgánicas. Estos lixiviados contaminan el suelo y el agua, constituyendo un riesgo para la salud de los seres vivos. Cabe mencionar que el grado de contaminación provocado al ambiente depende en gran medida del tipo de residuo que se disponga.
Se denomina residuo a todo aquel material (en estado sólido, líquido o gaseoso) u objeto que ha dejado de tener la función para la cual fue creado, y al no cumplir su propósito original es eliminado. De acuerdo con sus características y origen, los residuos pueden clasificarse en: a) residuos sólidos urbanos (RSU), aquellos que se generan en las casas-habitación o como resultado de las actividades económicas o cualquier otra actividad desarrollada dentro de establecimientos o en la vía pública, y que tienen características domiciliarias; b) residuos peligrosos (RP), aquellos que poseen características de corrosividad, reactividad, explosividad, toxicidad, inflamabilidad o agentes infecciosos, así como los envases o embalajes contaminados con ellos; y c) residuos de manejo especial (RME), los que no reúnen las características para ser considerados RSU o RP. La mayor cantidad de residuos generados corresponde a RSU.

EL CASO DE MÉXICO
En México, 70% de los residuos generados corresponde a sólidos urbanos, cuya producción asciende a 42 106 035 toneladas anuales, equivalentes a 115 359 toneladas diarias y 0.99 kg/habitante/día, siendo las metrópolis las zonas con mayor aportación. En cuanto a la composición de los rsu, se advierte que los países en vías de desarrollo generan mayor cantidad de residuos orgánicos (de comida, jardín y similares) en comparación con países desarrollados. Así, en 1950, cuando comenzó la transición económica de México, el porcentaje de residuos orgánicos generados correspondía a 70%, en la actualidad dicha fracción ha descendido hasta un valor de 52%.
Por lo anterior, es importante realizar acciones encaminadas a evitar la presencia de estos restos en el ambiente, y para lograrlo deben ser confinados en sitios especiales. En nuestro país existen tres tipos de sitios de disposición: rellenos sanitarios, sitios controlados y tiraderos a cielo abierto. El relleno sanitario constituye la mejor alternativa para la disposición de los rsu. En este tipo de infraestructura los residuos son compactados y recubiertos con capas de tierra, además se controla la fuga de lixiviados y del biogás generado (metano, bióxido de carbono y otros), minimizando al máximo los efectos nocivos de la basura. Desafortunadamente, esta opción requiere grandes extensiones de tierra, por lo cual comienza a ser inviable.
Los sitios controlados son similares, en infraestructura y operación, a los rellenos sanitarios, sin embargo, en ellos no se controla el flujo de los lixiviados generados, suponiendo graves efectos ambientales. Los tiraderos a cielo abierto son sitios en donde los residuos son depositados sin separación ni control alguno. En la república mexicana operan 196 rellenos sanitarios, donde se disponen 71.9% de los residuos generados, el resto es depositado en tiraderos a cielo abierto u otros sitios.
Por otro lado, es importante señalar que el manejo integrado de los residuos involucra las operaciones de: recolección, selección, reciclaje, tratamiento y disposición final. Las actividades de selección y reciclaje minimizan la cantidad de rsu a disponer, permitiendo también la recuperación de materiales (como metales y plásticos). Así, las prácticas de reducción y reúso se fomentan como medidas para disminuir la generación de residuos.
Después de las actividades de reciclaje, reducción y reúso, se encuentran las diversas alternativas de tratamiento para la reducción del volumen de residuos a confinar. Mediante ese tratamiento se reduce considerablemente el potencial contaminante de los residuos y se obtienen productos útiles, como combustibles y energía, logrando la valorización de los mismos.

Como ya se mencionó, el manejo de los residuos puede llevarse a cabo mediante tecnologías de tratamiento térmicas (por adición de calor) o biológicas (mediante empleo de microorganismos).

TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Son procesos químicos en los que se lleva a cabo la degradación de los residuos mediante adición de energía térmica. Los residuos que no pueden ser separados o tratados por otro método son procesados vía conversión térmica, extrayendo energía y recuperando metales. La energía producida puede ser convertida en vapor de proceso para la industria o en electricidad. En conjunto, las tecnologías térmicas son referidas como WTE (por su acrónimo en inglés waste to energy), y engloban la combustión, la pirólisis y la gasificación. Mediante estos procesos los residuos se reducen, en promedio, 75% en su masa y 90% en su volumen.
La combustión (o incineración) es una tecnología eficaz, ya que disminuye la cantidad de residuos en 95%. Mediante ella los residuos se queman con temperaturas que llegan a 1 200 ºC, por lo que requiere gran cantidad de oxígeno –el cual es suministrado por el aire–, generando principalmente bióxido de carbono, agua y cenizas. La energía producida con el calor liberado es de 685 kW·h (kilovatio por hora) por tonelada de residuo, empleando 339 kW·h durante el proceso.
En el caso de la pirólisis se favorece la transformación de los residuos en gases como metano (CH4), hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) en condiciones de ausencia de oxígeno. El proceso se lleva a cabo con presiones mayores a la atmosférica y temperaturas de hasta 700 ºC. Al utilizar los gases combustibles se puede generar 544 kW·h por tonelada de energía y el proceso sólo consume 78 kilovatios por hora.
Mediante el proceso de gasificación se busca la conversión de los residuos en gases combustibles (metano e hidrógeno, principalmente), por lo que se someten a una incineración parcial, requiriendo menor cantidad de aire (oxígeno) que una total. El proceso opera a temperaturas de hasta 1 100 ºC. Al combustionar el metano e hidrógeno generado se producen hasta 685 kW·h por tonelada de residuo y se requiere la misma cantidad de energía que para un proceso de combustión.
Al aplicar cualquiera de los tres métodos térmicos se producen cenizas, de las cuales se pueden recuperar metales, y en el caso de la gasificación, estas cenizas pueden utilizarse como material para la construcción, por su naturaleza vítrea. En cuestiones energéticas, la pirólisis representa mayor rendimiento, ya que ofrece una ganancia neta de energía de 466 kW·h por tonelada de residuo, en cambio la combustión y gasificación tienen ganancias netas de 345 kW·h por tonelada. En cuestiones de impacto ambiental, las tres tecnologías generan gases nocivos para la atmósfera y la salud humana, como el ácido clorhídrico (HCI), sulfuro de hidrógeno (H2S), amoniaco (NH3), cianuro de hidrógeno (HCN) y óxidos de nitrógeno. Por ello conviene evaluar todos los criterios antes de elegir la tecnología a emplear.

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS
Los tratamientos biológicos explotan el metabolismo microbiano, es decir, son los microorganismos quienes se encargan de transformar los residuos en otros productos útiles y estabilizados. Por lo anterior, están orientados a residuos orgánicos, planteando la necesidad de separar los residuos desde los hogares o en la industria. Dentro de esta clase de tecnologías se encuentra el composteo y la digestión anaerobia.
Composteo es el mecanismo a través del cual los microorganismos transforman la materia orgánica presente en los residuos, bajo condiciones aerobias (presencia de oxígeno). El principal producto de este proceso es la composta, que puede ser utilizada como acondicionador o mejorador del suelo, ya que le aporta materia orgánica con contenido idóneo de nutrientes como nitrógeno y fosforo, aumenta su capacidad de retención de agua y reduce la necesidad de emplear fertilizantes químicos.
La digestión anaerobia consiste en la degradación biológica de la materia orgánica en condiciones de ausencia de oxígeno. Los procesos de digestión anaerobia ocurren normalmente en la naturaleza, siendo los nichos de estos procesos el fondo de los ríos, lagos y mares, las ciénagas y el tracto intestinal de los animales, donde la concentración de oxígeno es nula o mínima. Entonces, la aplicación de este método al tratamiento de residuos es una intensificación tecnológica de los procesos que ocurren de manera natural.
El principal producto de la digestión anaerobia es un biogás compuesto por metano (>60%) y bióxido de carbono (<40%), con trazas de sulfuro de hidrógeno, amoníaco, hidrógeno y nitrógeno. Debido a la composición del gas, puede ser utilizado para generar energía eléctrica o energía en forma de calor. En adición, la combustión de ese gas libera dióxido de carbono neutral, es decir, sin efecto nocivo como el de otros gases de efecto invernadero.

DESARROLLO DE TECNOLOGÍAS
Después de conocer y analizar las diversas opciones, se puede establecer una jerarquía que tome en cuenta los impactos ambientales. Bajo esta premisa, en orden de prioridad se encuentran las actividades de reúso, reciclaje y recuperación de materiales, seguidas de las tecnologías tendientes a la recuperación de energía: digestión anaerobia, composteo y tratamientos térmicos. Los puntos a favor de la digestión anaerobia sobre el proceso biológico de composteo y tratamientos térmicos son que se recupera energía (alrededor de 120 kW·h por tonelada de residuo), la combustión del biogás genera CO2 neutral y rinde también un producto benéfico para la tierra, lo cual supone beneficios ambientales y económicos.
Con base en lo anterior se puede concluir que uno de los principales efectos adversos del desarrollo económico de las sociedades es el incremento en la generación de residuos, provocando severos daños a los ecosistemas y con ello a la salud de los seres vivos. Por esta razón, el desarrollo de tecnologías para el tratamiento y valorización energética de los desechos ofrece tanto ventajas como desventajas que conviene analizar con la finalidad de elegir la más viable, dependiendo del caso que se trate. Por ejemplo, el proceso de digestión anaerobia es ambientalmente recomendable y ofrece beneficios energéticos, sin embargo, requiere la separación de los residuos, haciendo prioritaria la difusión de ese hábito y la creación de la infraestructura necesaria para materializar y mantener esas acciones.
Finalmente, cabe resaltar que en países en vías de desarrollo lo que limita de forma considerable la implementación de los métodos descritos son los costos de transferencia tecnológica, ya que representan hasta 60% de la inversión económica inicial. Entonces, es tarea de los centros de investigación y escuelas de educación superior de nuestro país seguir en la búsqueda de técnicas que puedan implementarse a bajos costos.