Composteo en pilas aerobias estáticas de pañales desechables usados

Transcripción

1 Composteo en pilas aerobias estáticas de pañales desechables usados Perla Xochitl Sotelo Navarro a, Rosa María Espinosa Valdemar a, Margarita Beltrán Villavicencio a, Alethia Váquez Morillas a, Sara Ojeda Benitez b a Tecnologías Sustentables, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco, Av. San Pablo No. 180, Col. Reynosa Tamaulipas, (02200),. Delegación Azcapotzalco Distrito Federal. México al @correo.azc.uam.mx b Instituto de Ingeniería UABC, Universidad Autónoma de Baja California Campus Mexicali, Blvd. Benito Juárez y Calle de la Normal S/N Insurgentes Este (21280), Mexicali. B C. México Resumen. Los pañales desechables usados constituyen en México alrededor del 6.5% de los residuos sólidos urbanos, y actualmente se envian a rellenos sanitarios con el resto de los residuos. En este proyecto se evaluó la factibilidad de su tratamiento por composteo con residuos de jardinería, en pilas aerobias de 1 m 3. Se montaron 2 pilas con 30% en peso de pañales y 2 testigos sin pañales. El proceso duró 3 meses, en los cuales la aireación se realizó manualmente mediante volteos y se monitoreó tempertatura, humedad, ph, nitrógeno y materia orgánica, C/N, reducción de peso y reducción de volumen. El composteo no se vio afectado por la presencia de los pañales, las pilas alcanzaron 70ºC en la etapa termofílica, y se estabilizaron al final del proceso entre ºC, garantizando con el incremento inicial la eliminación de patogénos. Los demás parámetros presentaron valores esperados para un buen proceso de composteo. Los pañales redujeron su volumen en más del 50%, al degradarse de manera eficiente su contenido celulósico, y los plásticos se separaron al final del proceso por tamizado. Los resultados mostraron la viabilidad del proceso, que podría aplicarse en el tratamiento de este complejo residuo para el cual no existen actualmente alternativas de tratamiento en el país. Palabras Clave: Pilas estáticas, composteo, pañales desechables. 1. Introducción En los últimos años la cantidad de residuos sólidos urbanos producidos por los seres humanos ha alcanzado cifras sin precedentes a nivel mundial, provocando daños al ambiente y deteriorando la calidad de vida de sus habitantes, es por ello que la mayoría de las economías desarrolladas y muchos países en vías de desarrollo persiguen el objetivo de mejorar la gestión de sus residuos. En México de acuerdo a cifras de la SEMARNAT en 2012 la generación per cápita de residuos sólidos urbanos fue de kg/hab/día lo que equivale a una generación aproximada de ton/día. Los pañales desechables usados son una fracción de los residuos municipales a la que se presta generalmente poca atención. Debido a su composición heterogénea, el reciclaje de pañales desechables es actualmente inviable en el país, por lo que constituyen una fracción importante de los residuos que llegan a los sitios de disposición final, constituyendo un 6.52% de la generación de residuos sólidos urbanos, lo que se traduce en una producción de 6240 ton/día [1]. Los residuos de jardinería también se producen en grandes cantidades y constituyen alrededor del 9.38% de la generación de residuos, equivalentes a 8977 ton/día [1], y de estos sólo una pequeña fracción se somete al proceso de composteo, el cual consiste en la descomposición biológica de materiales sólidos o semisólidos por los microorganismos, durante un periodo prolongado dando como resultado la degradación del contenido orgánico del material y una reducción importante de su volumen y cuyo producto final se denomina composta. La composta obtenida representa una recuperación de recursos, por esta razón, se ha visto favorablemente por los grupos que propician la conservación de los mismos. Generalmente la composta es usada

2 como un acondicionador o mejorador de suelo. El producto seco terminado, contiene nitrógeno orgánico, material carbonoso, fósforo, microorganismos benéficos, micronutrientes esenciales y entre 10 y 15% de humedad [2]. En un estudio reciente Colón y colaboradores, 2010 [3] evaluó el composteo de los pañales desechables como una tecnología prometedora conjuntamente con la fracción orgánica de los residuos sólidos municipales (FORM), los experimentos demostraron que el proceso de composteo presenta tendencias similares en términos de evolución de los parámetros (temperatura, contenido de oxígeno, la humedad y el contenido de materia orgánica) y la actividad biológica (medido como la respiración index). En relación con la calidad de ambos compost, concluye que ambos materiales eran idénticos en términos de estabilidad, madurez y fitotoxicidad y no mostraron la presencia de microorganismos patógenos. Sin embargo, el compost procedente de FORM con un 3% de los pañales desechables presentó un nivel ligeramente más alto de zinc, lo que puede limitar el uso de grandes cantidades de pañales mezclados con FORM. Algunos autores han estudiado diferentes opciones de tratamiento para este residuo ya sea a todo el pañal o a parte de los componentes que lo forma como Stegman, y colaboradores,1993 [4] cuyo trabajo consistió en evaluar el comportamiento del súper absorbente (SAP) del pañal hidratado en vertederos y el proceso de composteo, con el cual concluye que éste no representa un impedimento para el proceso de degradación y queda retenido con la materia orgánica, por otra parte Cook y su grupo, 1997 [5] estudiaron el proceso de composteo del SAP juntamente con residuos municipales y determina que sólo se degradan las partículas de bajo peso molecular (un 8% del total), que son las que presentan mayor movilidad y el resto conserva su estructura molecular al final del proceso. Espinosa y colaboradores, 2003 [6], estudió la bioegradabilidad de los pañales en condiciones aerobias a temperaturas de más de 60 ºC y ph inferiores a 5.8 observó que en estas condiciones la materia orgánica disminuye un 56% y la concentración de nitrógeno aumentó un 48%. Y en el 2011 evaluaron la viabilidad de la degradación de los pañales desechables, por la actividad del hongo Pleurotus ostreatus, también conocido como hongo ostra, debido a que éste se ha utilizado ampliamente para degradar materiales celulósicos de fuentes agroindustriales, utilizando las técnicas in situ. Su capacidad de degradación fue ensayada para reducir la masa y el volumen de los pañales desechables obteniendo valores superiores al 70 % [7]. Dada la problemática que estos residuos representan y la poca información disponible en el tema, en este trabajo se pretende identificar, desarrollar y ensayar los mejores parámetros de tratamiento mediante una tecnología prometedora de composteo aerobio de los pañales desechables, en pila estática, que conduzcan a una metodología técnica y económicamente aceptable para la minimización de los residuos. 2. Desarrollo 2.1 Preparación de los sustratos a) En esta investigación se utilizaron pañales que contenían únicamente residuos líquidos, por ser los que se generan en mayor proporción. Los pañales desechables utilizados fueron recolectados en guarderías del IMSS (Instituto Méxicano del Seguro Social) y del ISSSTE (Instituto de Seguridad y Servicios Sociales de los Trabajadores del Estado) del D. F. y área metropolitana, Estos fueron sometidos a molienda en una trituradora Vermeer BC 1000 para aumentar el área de contacto con los microorganismos y hacer más factible el composteo. b) Los residuos de jardinería utilizados fueron hojas verdes, hojas secas, poda de pasto y mulch y se obtuvieron de los generados en la Unidad Azcapotzalco de la Universidad Autónoma Metropolitana, con la finalidad de determinar la mejor proporción de los

3 materiales que fueron sometidos al proceso de composteo se llevó a cabo la caracterización de los residuos de jardinería, a través de la determinación de los parámetros de nitrógeno total [8], materia orgánica [9] y relación C/N [10]. Posteriormente, mediante balances de masa, se determinó la proporción de cada componente en la mezcla de sustratos. 2.2 Montaje y monitoreo Se montaron 4 pilas estáticas de 1 m 3 (Figura 1), las cuales contenían los residuos perfectamente mezclados, con una composición determinada por la caracterización fisicoquímica de los materiales consistente en: 55% pasto suelto, 10% hojas frescas, 5% de hoja seca y 30% de mulch. Se procedió a realizar una mezcla general para las cuatro pilas a partir de la que se tomaron dos porciones para los testigos y a las otras dos porciones se les agregó un 30% de pañal usado triturado. Las pilas fueron envueltas en plástico negro de calibre 60 mm con la finalidad de mantener aislada cada pila y propiciar el aumento de la temperatura, el plástico fue retirado a la cuarta semana del proceso, a partir de ahí sólo se utilizó para cubrir las pilas. La duración de la prueba fue de 3 meses. Figura 1. Pilas estáticas a la izquierda sin pañal, a la derecha con pañal. Para garantizar que el proceso se llevara a cabo en las mejores condiciones de oxigenación y homogeneización, las cuatro pilas fueron volteadas y aireadas manualmente, (Figura 2). El proceso fue monitoreado mediante los siguientes parámetros: ph [11], temperatura (medidor de vástago marca TFA, con rango de medición de 10 a 90 C y una precisión de ±2 C), humedad (por medio de un vástago marca LincoIn Soil Moisture Meters, con un intervalo de medición de 0-100% y una precisión de ±2%) y CO 2 (analizador Vernier electrónico con sensor de CO 2 ). El desarrollo del composteo se evaluó al inicio, a los siete días y posteriormente cada 15 días y al final del proceso, mediante la determinación de ph, nitrógeno total, materia orgánica, relación C/N, reducción de peso y reducción de volumen.

4 Figura 2. Aireación y monitoreo de las pilas estáticas 3. Resultados Los parámetros evaluados durante el proceso (ph, CO 2, nitrógeno, materia orgánica, relación C/N, humedad y temperatura) en todas las pilas, tanto las que contenían pañal como los testigos, mostraron un comportamiento típico de un proceso convencional de composteo. El ph osciló alrededor de 8.5 durante todo el proceso, la producción de CO 2 se encontró en un 10% al inicio y 2% al final, el contenido de nitrógeno aumentó de 1.25 a 2.15%, la materia orgánica disminuyó un 15% encontrándose en 85% al inicio del proceso y 70 % al final, con una relación C/N alrededor de 20% al final del proceso. Sin embargo se puede apreciar que la humedad en las pilas con pañal muestra valores por debajo del 60%, resultó complicado mantener ese parámetro estable por los pañales que retienen la humedad en su interior debido a la presencia del súper adsorbente. Otro aspecto importante a destacar es el comportamiento de la temperatura a lo largo del proceso, la cual muestra las características teóricas esperadas en las que se observa la fase termofilíca al inicio del proceso. Esto es un reflejo de la actividad microbiana la cual produce calor y garantiza la eliminación de microorganismos patógenos (que pueden provenir de la presencia de los pañales desechables usados) al incrementarse por encima de los 70 ºC, seguida de la fase mesofilíca alrededor de los ºC y la posterior estabilización alrededor de los 25 ºC (Figura 3). Figura 3. Perfil de temperatura y humedad durante el proceso. En la Figura 4, se observa el comportamiento respecto a la pérdida de volumen de las pilas, se aprecia que en las pilas con pañal y sin pañal es similar alcanzando una reducción de volumen de 60% y del 55% respectivamente, siendo ligeramente mayor en las pilas con pañal. A pesar que este resultado es muy alentador pudieron apreciarse algunos pañales enteros o poco degradados al final del mismo lo que habla de que la molienda debe mejorarse ya que varios pañales no están fragmentados y durante el proceso quedaban en la superficie de las pilas y no estaban completamente expuestos a las condiciones adecuadas de humedad y temperatura para su degradación completa, tal como lo muestra la Figura 5, una mejor molienda puede incrementar la reducción del volumen al tener mayor superficie de contacto. En la reducción de peso se tuvo un pérdida de alrededor de 65%, para ambos procesos con y sin pañal.

5 Figura 4. Pérdida de volumen en las pilas. En el producto final obtenido con residuos de pañal, después del cribado, pudo observarse polipropileno, polietileno, gomas y adhesivos, propios de la composición de estos, sin embargo, como ya se mencionó algunos pañales aún estaban casi completos, tal como lo muestra la Figura 5. Sin embargo, los plásticos de aquellos pañales que sí lograron degradarse pueden separarse fácilmente y ser sometidos al proceso de reciclaje o reutilizarse, por ejemplo, en procesos hidropónicos donde podrían funcionar como soporte de las plantas (sustrato plástico). Figura 5. Pañal después del proceso a la izquierda y fragmentos de pañal degradado a la derecha. En la Tabla 1 se presenta la caracterización final de la composta obtenida en las pilas después de ser cribadas, las propiedades generales son adecuadas para una composta, con un elevado contenido de materia orgánica y presencia de nitrógeno, la relación C/N es adecuada. Destaca un valor de ph alcalino, lo que podría deberse a los materiales utilizados en la experimentación. Dichos parámetros son evaluados con respecto a la NMX-FF-109-SCFI-2008 que es la norma que regula la elaboración de lombricomposta en México, y al proyecto de norma PROY-NADF- 020-AMBT-2011 que establece los requerimientos mínimos para la producción de composta. Tabla 1. Composición del compost final Parámetro Sin pañal Con pañal NMX-109-SCFI-2008 Proy-NADF-020-AMBT Humedad (%) ph (extracto 1:9) Materia orgánica (% >20 BS) Nitrógeno (%, BS) Relación C/N <15 Cenizas (%, BS) N.D. N.D. Como puede observarse, la mayor parte de los valores se encuentran dentro de los rangos establecidos por ambas normas, lo que habla de la buena calidad del producto obtenido, además

6 se debe considerar que los análisis se realizaron recién concluido el composteo, por lo que faltaría considerar que un tiempo más largo de maduración podría ayudar a regular el ph y a reducir la relación C/N. Considerando que la eficiencia de degradación de pañales, medida como la reducción de peso fue mayor al 65 % y la buena calidad de la composta obtenida, este proceso se perfila como una buena alternativa de tratamiento para este residuo. 4. Conclusiones Los resultados obtenidos en el proceso de composteo por medio de pilas estáticas mostraron que la calidad del producto final es buena, ligeramente afectada por el ph que mostró ser alcalino, dicho parámetro puede evaluarse con pruebas de ecotoxicidad para establecer si afecta o no el crecimiento de especies vegetales. Esta investigación ha permitido establecer que la incorporación de pañales desechables usados en el composteo de residuos orgánicos no altera las condiciones generales del proceso, tales como el perfil de temperatura del mismo o la reducción de volumen que tiene lugar. Se verificó además que la celulosa presente en los pañales puede ser degradada mediante este tratamiento. Con ello se sientan las bases para un aprovechamiento de este tipo de residuos a través del reciclaje biológico de su componente principal y de la recuperación de los plásticos que lo componen, contribuyendo a la gestión integral de los residuos sólidos urbanos. Agradecimientos Esta investigación fue desarrollada gracias al apoyo del Instituto de Ciencia y Tecnología del Distrito federal (ICyTDF) y la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM). Referencias Bibliográficas [1] SEMARNAT (2012). Diagnóstico Básico para la Gestión Integral de los Residuos. In: INECC & SEMARNAT (eds.). [2] Tchobanouglos, G., Theisen, H. & Vigil, S. A Gestión integral de residuos sólidos, Madrid, España, Mc. Graw Hill. [3] Colón, J., Ruggieri, L., Sánchez, A., Gnzález, A. & Puig, I Possibilities of composting disposable diapers with municipal solid wastes. Waste Management & Research, 29, [4] Stegmann, R., Lotter, S., King, L. & Hopping, W. D Fate of an absorbent gelling material for hygiene paper products in landfill and composting. Waste Management & Research, 11, [5] Cook, B. D. Bloom, P. R. & Halbach, T. R. (1997). Fate of a Polyacrilate Polymer during Composting of Simulated Municipal Solid Waste. Journal of Enviromental Quality, 26, [6] Espinosa, R. M., Delfín, I., Turpin, S. & Contreras, J. L Kinetic Study of Batch Biodegradation of Diapers. International Journal of Chemical Reactor Enginnering, 1. [7] Espinosa, V. R. M., Turpin, M. S., Delfín, A. I. & Vázquez, M. A Disposable diapers biodegradation by the fungus Pleurotus ostreatus. Waste Management, 31, [8] Fernández, L. L. C.; Rojas, A. N. G; Roldán, C. T. G.; Ramírez, I. M. E.; Zegarra, M. H. G.; Uribe, H. R.; Reyes, A. R. J.; Flores, H. D.; Arce, O. J. M. (2006). Manual de técnicas de análisis de suelos aplicadas a la remediación de sitios contaminados. Instituto Mexicano del Petróleo. Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Instituto Nacional de Ecología. México, D. F. pp [9] Espinosa, V. R. M. (2006). Manual de Prácticas de Taller IV. Análisis Fisicoquímicos de Residuos Sólidos Municipales. División de Ciencias Básicas. Ingeniería Ambiental. Universidad Autónoma Metropolitana.

7 [10] Norma Mexicana NMX-AA , (1985). Protección al Ambiente-Contaminación del Suelo-Residuos Sólidos Municipales-Determinación de la relación carbono / nitrógeno. [11] Norma Mexicana NMX-AA , (1984). Protección al Ambiente - Contaminación del Suelo-Residuos Sólidos - Determinación del -ph-método Potenciométrico.