Hay dos tipos de tratamientos biológicos de residuos sólidos según se utilicen procesos aeróbicos o anaeróbicos:

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1 133 UNIDAD X: DEGRADACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS La acumulación de residuos de origen doméstico, agrícola e industrial es uno de los más graves problemas ambientales de la actualidad debido a que la tasa de degradación natural siempre es inferior a la tasa de generación de residuos. Además, esta acumulación se ve agravada en mayor medida por el hecho de que una gran proporción de residuos son productos sintéticos (plásticos y otros polímeros) que no se degradan naturalmente. Los tratamientos de residuos persiguen la aceleración de los procesos de degradación natural con la finalidad de reducir la masa de residuo, eliminar contaminantes y alternativamente producir energía (biogás) y otros compuestos de interés (por ej. abonos orgánicos). Los tratamientos de residuos involucran procesos físicos, químicos y/o biológicos. Estos últimos se utilizan en la degradación de residuos orgánicos y consisten en la aplicación controlada de procesos microbianos. Los residuos generados en establecimientos agrícolas (tambos, criaderos de cerdos, aves, etc.) y en industrias agroalimentarias tienen alto contenido de restos orgánicos lo que favorece la utilización de mecanismos de degradación microbiana. TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS Hay dos tipos de tratamientos biológicos de residuos sólidos según se utilicen procesos aeróbicos o anaeróbicos: Tratamientos aeróbicos de residuos sólidos 1. Compostaje: consiste en manejar un proceso aeróbico-termófilo de degradación microbiana con la finalidad de: reducir el residuo en un 50-80% del material original degradar sin producir olor ni gases de fermentación obtener un abono estable, con alto contenido de materia orgánica humificada y nutrientes disponibles eliminar los microorganismos patógenos que pudiera tener el material de origen Generalmente el compostaje se realiza en pilas al aire libre manejadas con riego y ventilación. Las pilas deben tener dimensiones aproximadas de 30 m de largo x 1.5m de alto y 2m de ancho (no pueden ser más grandes para no generar condiciones anaeróbicas que provoquen fermentaciones, olores y gases). El proceso puede requerir entre 3 a 6 meses de tiempo. Menos común es la obtención de compost dentro de reactores cerrados con un control estricto de aireación, humedad y temperatura. En estos sistemas el proceso demora solo 5 a 7 días.

2 134 Durante el compostaje se produce una sucesión microbiana en la cual actúan hongos, bacterias y actinomycetes de metabolismo respiratorio que degradan los compuestos lábiles del residuo. En la práctica se establecen dos fases en la sucesión microbiana: a. fase hidrolítica: en la cual hay alta actividad microbiana (metabolismo de respiración aeróbica) que provoca aumento de temperatura (puede llegar hasta 75 C). Esta elevación de la temperatura hace que la degradación continúe solo mediante organismos termófilos provocando la muerte de los organismos patógenos propios de los residuos. La fase finaliza cuando se agotan los compuestos lábiles y solo sobreviven bacterias esporuladas. b. fase de maduración: consiste en la recolonización del compost por organismos mesófilos del ambiente que degradan muy lentamente la materia orgánica recalcitrante lo que favorece la formación de humus. En la actualidad, existen inoculantes formulados con bacterias termófilas que se incorporan a los compost para acelerar y controlar el proceso. Sin embargo se menciona que los resultados son poco evidentes. El control más eficiente de la producción de compost se logra mediante la regulación de las condiciones ambientales. Manejo de la pila de compostaje Al hacer la pila, generalmente se realizan mezclas de diferentes tipos de residuos, con la finalidad de obtener un proceso más uniforme. En las mezclas se busca que exista un balance entre compuestos lábiles y recalcitrantes y suficiente cantidad de N (C/N = 30). Las mezclas más comunes incluyen residuos de cosecha (paja), virutas de aserraderos, estiércol y orín de diferentes animales, orujos de industrias frutícolas, etc. También se suele mezclar tierra arcillosa cuando la C/N es muy baja para que el exceso de NH4 + sea retenido en las arcillas y no se volatilice como NH3. Otros factores que se controlan en el proceso de compostaje son: a) tamaño del material (las mezclas se muelen), b) ph, c) humedad y d) temperatura. Si el ph es muy bajo (menor a 6) suele agregarse cal pero cuidando que no supere ph 8. Mientras que la humedad óptima debe estar entre 50% y 60 % del peso del material al iniciar el compostaje y el 30% en la etapa de maduración. Para lograr estos valores la pila se riega si falta humedad y se remueve para que evapore si tiene humedad en exceso. Además, al remover la pila se incorpora O2 que favorece la respiración microbiana en la primera fase del compostaje. El control de temperatura es muy importante porque indica la eficiencia del proceso: si las temperaturas son bajas indica que hay poca actividad microbiana y si se eleva mucho hay riesgo que se arruine el compost debido a la coagulación de proteínas. En esos casos hay que ventilar la pila. Utilización de los compost Los compost se utilizan mayoritariamente como abono en cultivos intensivos (hortícolas) porque deben colocarse altas dosis por ha para obtener

3 135 resultados evidentes, lo cual hace que sea muy dificultoso la movilización del material en cultivos extensivos. También es muy utilizado en suelos pobres con la finalidad de aumentar el contenido de materia orgánica y en cultivos orgánicos en reemplazo de los fertilizantes químicos. Debido a las normativas que se aplican para cultivos orgánicos, existen normas de calidad de compost que incluyen mayoritariamente aspectos químicos (contenido de nutrientes, humedad, ph, presencia de metales pesados, etc.). Los requisitos de calidad microbiológica se refieren exclusivamente a aspectos de carácter sanitario (presencia de coliformes y salmonelas), sin especificar las características y abundancia de los microorganismos responsables de la fertilidad y estabilidad del compost. 2. Vermicompostaje: es una variación de la tecnología de compostaje donde se utilizan lombrices para acelerar la degradación de los residuos en condiciones mesófilas. La lombriz realiza importantes procesos físicos sobre los residuos (tritura, mezcla, humedece, lubrica con mucus, incorpora sus excreciones urinarias e intestinales formando agregados de partículas: coprolitos, etc.) que favorecen la actividad microbiana y la retención de la humedad en el abono. En general el vermicompost es un abono de mejor calidad que el compost y se obtiene en menor tiempo, sin embargo requiere mayor cantidad de mano de obra debido a que se debe controlar permanentemente que no aumente la temperatura para evitar la muerte de las lombrices. En contraposición a los fertilizantes químicos, el compost y el vermicompost actúan como fertilizantes de liberación lenta y de acción prolongada, lo cual favorece la sincronización con los requerimientos de los cultivos. Tratamientos anaeróbicos de residuos sólidos Producción de biogás: consiste en la degradación de los compuestos orgánicos en digestores herméticos sin aire y sin luz con la finalidad de obtener metano.los biodigestores poseen un conducto para la entrada de material fresco y otro para la salida del residuo digerido con dispositivos de hermeticidad para impedir la entrada de aire y una campana captadora del gas para facilitar la salida del metano producido. El biogás se produce por la actividad de microorganismos QOH y QLA en dos etapas. En la primera etapa actúan QOH de fermentación butírica y ácido mixta. En la segunda etapa los productos de dichas fermentaciones (CO2 y H2) son utilizados por bacterias QLA oxidadoras de H2 (metanogénicas) produciendo metano (gas). El metano es una alternativa energética útil y barata particularmente en establecimientos rurales donde se produce gran cantidad de estiércol (por ej. tambos, feedlots, etc.) y que no disponen de fuentes de combustibles accesibles. De esta manera se soluciona la eliminación de los residuos y a la vez se utiliza la

4 136 energía del biogás para calefaccionar y calentar el agua de lavado del tambo. Además, en la mayoría de los casos el material digerido (barros) es utilizado como abono en las pasturas del ganado. TRATAMIENTOS DE EFLUENTES LÍQUIDOS Los residuos líquidos con alta carga de compuestos orgánicos provienen del uso domiciliario (efluentes cloacales) y agroindustrias. Los tratamientos aplicados a este tipo de efluentes persiguen la eliminación de riesgos sanitarios y la recuperación de la calidad original del agua para que pueda ser reutilizada o vertida a causes superficiales o subterráneos. Para ello los tratamientos deben reducir el contenido de materia orgánica y nutrientes a un nivel tal que impida el crecimiento bacteriano. Se utilizan diferentes tipos de sistemas de tratamiento que suelen llamarse primario, secundario y terciario. Un tratamiento altamente eficiente debe tener los tres tipos de sistemas: Sistema primario: consiste solo en un tratamiento físico del efluente ya que mediante filtración y decantación se elimina el material grueso y pesado (lagunas de estabilización). No se produce reducción del contenido de nutrientes ni de materia orgánica en solución, ni disminuye la carga de microorganismos de riesgo sanitario. El volcamiento a diferentes cursos de agua de este tipo de tratamiento no está permitido en las normativas ambientales. Sistema secundario: consiste en la degradación aeróbica de la materia orgánica del efluente mediante mecanismos de aireación forzada para favorecer la respiración microbiana. No elimina los nutrientes minerales.

5 137 Después de la aireación, el efluente se decanta para depositar el material en suspensión (barros) que contiene alta cantidad de bacterias floculadas. Una cierta proporción de estos barros se reincorpora a la pileta de aireación (como inóculo) para acelerar el proceso, mientras que el resto se lo trata como residuo sólido para la obtención de biogás y/o compost o se coloca a secar en piletas con fondo de grava y arena. El volcamiento del agua de salida del sistema secundario solo se autoriza si recibe un tratamiento de Cl para eliminar todos los microorganismos y oxidar los restos de materia orgánica soluble que pudieran haber persistido. En las normas de calidad de efluentes suele controlarse la cantidad de Cl residual que indica si se ha realizado la cloración. Como el Cl se consume según la cantidad de compuestos orgánicos oxidados, en el volcamiento siempre debe quedar un excedente para garantizar la eliminación total de los microorganismos. Sistema terciario: es el proceso menos difundido en nuestro país porque son sistemas caros y complejos. Sin embargo solo mediante este sistema se logra eliminar los nutrientes del agua y se evita el crecimiento de organismos vivos. Básicamente hay dos mecanismos dentro del sistema terciario: el que somete al agua a condiciones estrictamente anaeróbicas para favorecer la volatilización de los nutrientes (denitrificación y desulfatación) y el que utiliza los llamados biofilms. Los biofilms son

6 138 partículas (plásticas o grava) recubiertas por microorganismos autótrofos (cianobacterias unicelulares) por donde se hace pasar el efluente. Las cianobacterias producen gran cantidad de biomasa (debido a la alta carga de nutrientes) y cuando todas las partículas están cubiertas por biomasa se retiran, se lavan y las bacterias son secadas y utilizadas como abono orgánico. Biorremediación Los sistemas convencionales de tratamiento de efluentes implican infraestructura, procesos costosos y descarga a acuíferos o cursos de agua superficial. En los últimos años se han desarrollado tecnologías alternativas para el tratamiento de efluentes, conocidas como biorremediación. Mediante este tipo de tratamientos no quedan barros ni agua residual que requieran ser retratados o volcados en cursos superficiales o subterráneos. Asimismo, se mejora considerablemente el valor paisajístico del lugar debido a que no hay ningún signo visible de que sea una planta depuradora de efluentes. La biorremediación es el uso deliberado de la capacidad de organismos vivos para eliminar contaminantes. Las prácticas de biorremediación más difundidas son la incorporación de bacterias degradadoras y la fitorremediación. Con la incorporación de bacterias altamente seleccionadas y/o mejoradas genéticamente se pretende aumentar la velocidad de degradación del contaminante. Mientras que la fitorremediación consiste en utilizar vegetales como filtros depuradores teniendo en cuenta la capacidad de las plantas para remover nutrientes. El fundamento de la biorremediación es utilizar la actividad de bacterias aeróbicas y anaeróbicas del agua, el suelo y la rizósfera de las plantas, para eliminar la materia orgánica y los nutrientes del efluente. Además, se aprovecha la capacidad del humus y las arcillas para neutralizar compuestos tóxicos como los metales pesados. El éxito de los tratamientos de biorremediación depende no solo de la introducción de especies (bacterias o plantas) sino también del manejo integrado del ecosistema. Por tal motivo las metodologías deben adaptarse a las condiciones ecológicas de cada ambiente en particular manejando las especies, el nicho ecológico y el estado fenológico de las plantas. Generalmente los sistemas de biorremediación incluyen lagunas y canteros de inundación rodeados de vegetación palustre y ribereña por donde circula el agua del efluente. Por tales motivos se adapta muy bien para al tratamiento de efluentes de establecimientos rurales debido a que utiliza prácticas agrícolas para la instalación del sistema (siembras, borduras, etc.) y el manejo de las condiciones de aireación del suelo (laboreos). Los sistemas de biorremediación tienen las siguientes limitaciones: a) se requiere una amplia superficie de terreno, b) se debe esperar un cierto tiempo para que funcionen a pleno, c) son poco adecuados para tratar grandes volúmenes de efluentes y d) no pueden ser utilizado en lugares con condiciones climáticas adversas (particularmente bajas temperaturas).

7 139 Sistema de biorremediación de efluentes en una fábrica de electrodomésticos en Luque Provincia de Córdoba.