BIO-RELLENOS METANOGÉNICOS OPCIÓN SUSTENTABLE PARA LA DISPOSICIÓN FINAL DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS. M. en I. JORGE SÁNCHEZ GÓMEZ SISTEMAS DE INGENIERÍA Y CONTROL AMBIENTAL, S.A. DE C.V. NUBIA # 52, COL. CLAVERÍA, C.P. 02080 - MÉXICO, D.F. TEL: (55) 53 99 69 22 MAIL:
[email protected] RESUMEN Independientemente de la falta de infraestructura para la disposición final de la basura que actualmente se padece, la tecnología del relleno sanitario, que es el máximo desarrollo alcanzado para tal fin; se halla rebasada totalmente, no sólo por la inquietud ciudadana que reclama tecnologías con mayor sustentabilidad, sino por el propio avance tecnológico alcanzado en la actualidad, donde el desarrollo de los procesos anaerobios permite que puedan ser aplicados convenientemente a la disposición final de los residuos, para alcanzar una gestión ambientalmente sustentable. En ese sentido, se presenta un nuevo concepto tecnológico para la disposición final de la basura, que toma en cuenta el proceso de digestión anaerobia y la recirculación de lixiviados inoculados metanogénicamente, para acelerar la estabilización de los residuos, manejar convenientemente los lixiviados y promover el aprovechamiento del biogás al incrementarse sus tasas de producción por unidad de tiempo.
1.
INTRODUCCIÓN.
La Organización Panamericana de la Salud (OPS/OMS), reporta que en la región de América Latina, habitan en los centros urbanos alrededor de 350 millones de habitantes, quienes generan unas 275,000 toneladas de basura diariamente; de las cuales sólo se recolecta un promedio del 70%, únicamente se dispone el 35% en rellenos sanitarios y se estima que laboran más de 100,000 segregadores informales. Dentro de este contexto regional, la República Mexicana, cuenta con una población cercana a los 100 millones de habitantes (35% asentados en localidades menores a 100,000 habitantes), quienes generan alrededor de unas 90,000 toneladas de basura diariamente. En términos generales, se puede decir que los servicios de aseo son proporcionados directa o indirectamente por las municipalidades, razón por la que tal vez en la mayoría de los casos sean precarios en calidad, eficiencia y cobertura, como lo demuestra el que existan no más de 15 sitios de disposición final de basura, operando como Rellenos Sanitarios, en donde se dispone solamente un 35% de los residuos generados en todo el país; aún cuando la Secretaría de Desarrollo Social
(SEDESOL), registre alrededor de 70 rellenos sanitarios, información carente de sustento, si tomamos en cuenta que un informe de reciente publicación (diciembre-2003), elaborado por la Comisión Mexicana de Infraestructura Ambiental (COMIA); denuncia que de las 112 ciudades con mayor población en la República Mexicana, sólo 49 de ellas tienen un sitio para la disposición final de los residuos aceptable (calificados con al menos 50 puntos de 100 posibles); de los cuales, únicamente 12 de ellos fueron calificados satisfactoriamente (entre 60 y 75 puntos de 100 posibles), pero ninguno de ellos, cumple a cabalidad con la actual Norma Oficial Mexicana NOM-083/SEMARNAT-2003, que establece los requisitos que deben reunir los vertederos de residuos sólidos, para ser considerados como rellenos sanitarios. Esta debilidad en materia de infraestructura para la correcta disposición de los residuos, se ha traducido en un deterioro generalizado del entorno ambiental tanto en localidades urbanas, como en los asentamientos rurales; generando también, importantes efectos sobre la salud pública y comprometiendo el bienestar de la comunidad, sobre todo de aquellos segmentos con menos oportunidades y mayores carencias; amén de generar impactantes ambientales (dioxinas, furanos, gases invernadero, etc.), que causan graves daños al planeta, ya que sus impactos rebasan los límites geopolíticos, aún cuando existen iniciativas internacionales para regularlos (Kyoto, Montreal, etc.). Esta situación de por sí grave, reviste una mayor importancia, si consideramos que esta problemática, sin duda alguna puede impactar espacios ambientalmente sensibles (zonas de recarga de acuíferos), de alta diversidad ecológica (pantanos, marismas, humedales, bosques tropicales, etc.), así como reservas ecológicas y parques nacionales. Similares efectos, se tienen en lugares turísticos y en general a todo lo largo y ancho del país, por el mal manejo que se les da a los residuos que genera el desarrollo prácticamente de cualquier actividad. Es necesario el control de estos residuos, a la par con el desarrollo de las actividades productivas del país, para propiciar que se lleven a efecto en un plano de sustentabilidad con su entorno. A lo antes mencionado, se debe agregar que los profundos cambios, que en aras de la descentralización de la gestión pública y el fortalecimiento de las instituciones municipales, se viene gestando de unos años a la fecha; implica un replanteamiento sobre los criterios y premisas empleados en la actualidad, para llevar a cabo la prestación de los servicios de aseo. Por todo lo anterior, con el fin de que las inoperantes prácticas que actualmente se utilizan para el manejo de los residuos, se lleven a efecto en forma más eficiente, con mayor sostenibilidad económica, con equidad social y con sustentabilidad ambiental; es necesario fortalecer el sector de los residuos sólidos en el país, considerando para ello, las diferentes áreas temáticas involucradas, como son la participación del Estado, la economía del sector, el marco legal, la gestión ambiental, el componente de salud, la participación de la sociedad en general; pero sobre todo la creación de infraestructura que permita dar cumplimiento a políticas ambientales orientadas a manejar eficientemente los residuos sólidos, empleando tecnologías de alta sustentabilidad acordes a nuestra realidad social y económica.
2.
PRINCIPALES TECNOLOGÍAS DISPONIBLES PARA LA DISPOSICIÓN FINAL DE LA BASURA.
RELLENO SANITARIO TRADICIONAL.
Esta tecnología consiste en el depósito de los residuos sólidos municipales, en el menos espacio práctico posible, utilizando para ello maquinaria pesada para la distribución, esparcimiento y compactación de los residuos y también para su cobertura con tierra al final del día. Esta infraestructura debe contar con algunas instalaciones básicas para su correcta operación y para el control de impactantes ambientales (biogás, lixiviados, partículas, etc.); además del equipo necesario para la realización de sus actividades diarias. Desgraciadamente, el término "relleno sanitario" se ha desvirtuado por la falta de conocimiento de su significado, nombrando de ese modo a tiraderos a cielo abierto, así como en supuestos vertederos "controlados", provocando con esto el rechazo inmediato de la población, cuando se pretende iniciar la operación de un sitio de disposición final en forma sanitaria. Una opción más simple derivada del relleno sanitario tradicional, es el relleno sanitario manual, la cual resulta ideal para el manejo de los residuos sólidos urbanos en áreas marginadas con densidades de población bajas (zonas rurales). Su aplicación es permitida según la normatividad mexicana, para la disposición final de los residuos en sitios con un ingreso diario de hasta 10 toneladas. Para su operación se emplean instrumentos de uso manual.
RELLENO SECO (PRETRATAMIENTO DE ALTA COMPACTACIÓN).
Esta tecnología, incluye la instalación de una planta para la separación semi-mecanizada de los subproductos reciclables. Posteriormente, los residuos sólidos que no son reciclables son compactados con una prensa, formando pacas que son transportadas al sitio de disposición final, donde son colocadas en pilas sobre el terreno, para después cubrirlas con material térreo. Los residuos sólidos al ser compactados, liberan según el fabricante, entre el 85 y el 90 % de su fase líquida, lo cual también según el fabricante, sugiere que pueden ser tratados como aguas residuales. Esta tecnología al parecer permite incrementar el espacio para la vida útil de un sitio determinado (aunque no hay evidencias de ello), con el inconveniente de prolongar el tiempo de descomposición de material orgánico, ya que su degradación se vuelve mucho más lenta.
PROCESO MECÁNICO-BIOLÓGICO.
El sistema realiza un pretratamiento de los RSM en dos fases fundamentales: la mecánica y la biológica. La mecánica se realiza utilizando un tambor móvil o fijo especial para homogeneización de RSM que los prepara para la fase biológica del sistema. En la etapa biológica los residuos homogenizados se conforman en pilas de descomposición aeróbica por hasta 9 meses, lo que permite la minimización y/o eliminación de los impactantes para el medio ambiente que se generan en la disposición final tradicional (biogás, lixiviados, vectores, entre otros).
El tiempo necesario de monitoreo de posclausura se reduce a máximo 5 años, y la compactación del material pretratado alcanza valores de hasta 1.2 t/m 3. En el siguiente Cuadro, se presenta un análisis comparativo de las tecnologías antes descritas: CUADRO NO. 2.1
COMPARACIÓN DE TECNOLOGÍAS DISPONIBLES PARA LA DISPOSICIÓN FINAL DE LA BASURA. TECNOLOGÍA CONSIDERADA
RELLENO
COSTOS ESTIMADOS
REQUERIMIENTOS
INVERSIÓN OPERACIÓN SUPERFICIE (1) (2) 6,000
3-6
MEDIOS
RELLENO SECO
11,000
6–9
ALTOS
PROCESO MECÁNICO BIOLÓGICO
8,000
5–8
MUY ALTOS
TRADICIONAL
(1) (2)
3.
EQUIPAMIENTO
SUSTENTABILIDAD INTEGRACIÓN RECUPERACIÓN AL AMBIENTE DE ENERGÍA
maquinaria pesada convencional maquinaria pesada convencional y equipo de alta compactación maquinaria pesada convencional y equipo de alta tecnificación para acondicionar los residuos
MEDIA
MEDIA
BAJA
BAJA
ALTA
NULA
ALORES EN $ USD/T ON DE BASURA DIARIA RECIBIDA . V ALORES EN $USD/T ON DE BASURA MANEJADA . V
CARENCIAS DEL RELLENO SANITARIO TRADICIONAL.
Según el análisis comparativo establecido en el punto anterior, el relleno sanitario tradicional, es la tecnología más accesible parta atender la disposición final de los residuos sólidos en nuestro país; sin embargo, su falta de sustentabilidad y evolución (es una propuesta que no ha variado los últimos 25 años), lo hace inapropiado para los tiempos que vivimos, resultando un concepto totalmente rebasado por la demanda ciudadana y por el desarrollo tecnológico actual. En ese sentido, es sabido que la estabilización de los residuos sólidos en condiciones anaerobias, que son las que prevalecen en mayor o menor grado en los vertederos de basura, sean estos rellenos sanitarios, rellenos sin control y tiraderos clandestinos; demanda la presencia de humedad como requerimiento básico, para que se lleven a efecto los procesos de degradación, según las siguientes reacciones bioquímicas: BASURA
HUMEDAD
n {(C6H10O5) + (H2O)} GLUCOSA
n (C6H12O6) ETANOL
B1
n (C6H12O6) BIÓX. DE C.
ETANOL
CALOR
2N(CH3CH2OH) +2n (CO2) BIÓX. DE C.
2n (CH3CH2OH) +2n (CO2) AC. ACÉTICO
GLUCOSA
B1
METANO
B2 BIÓX. DE C.
2n (CH3COOH) + n (CH4) + n (CO2)
AC. ACÉTICO
METANO
BIÓX. DE C.
2n (CH3COOH) + n (CH4) + n (CO2) B3
METANO
BIÓX. DE C.
3n (CH4) + 3n (CO2)
BASURA
HUMEDAD
n {(C6H10O5) + (H2O)} B1 B2 B3
microorganismos
METANO
BIÓX. DE C.
3n (CH4) + 3n (CO2)
Microorganismos Hidrolisantes – fermentativos Microorganismos Acidogénicos Microorganismos Metanogénicos
Al respecto, el principal motivo para que los rellenos sanitarios estén muy lejos de la tan ansiada sustentabilidad, es la falta de control en los procesos de estabilización al interior de las celdas de basura, fundamentalmente por no suministrar la humedad requerida para que se lleve a cabo la degradación de la fracción orgánica presente en los residuos, en la cantidad, oportunidad y con los dispositivos adecuados para ello. Sin duda, lo antes señalado es el reflejo de aplicar una concepción ya obsoleta sobre lo que debe ser un relleno sanitario, asemejándolo a una especie de “caja negra” con múltiples capas o barreras entre si, como si fuera una cebolla.
Drenaje d e biogá s
Geomembrana Cubierta d e suelo
Residuos sólidos
Barrera de arc illa
Drena je de lixiviados Control y monitoreo
Figura No. 3.1 .- El principio de la cebolla. De hecho, basta citar las diferentes definiciones que prevalecen en el medio para describir al relleno sanitario, para darse cuenta de la falta de sustentabilidad antes señalada.
Según la EPA (Environmental Protection Agency):
“Método de Ingeniería para la disposición de residuos sólidos, de manera que se le dé protección al ambiente mediante el esparcido de los residuos en pequeñas capas, compactándolos al menor volumen práctico y cubriéndolos con tierra al final del día de trabajo”.
Según la ASCE (American Society Civil Engineering):
“Técnica para la disposición de la basura en el suelo sin causar perjuicios al medio ambiente y sin causar molestias o peligro para la salud y seguridad pública; este método utiliza principios de ingeniería para confinar la basura en la menor área posible, reduciendo su volumen al mínimo practicable y cubriendo la basura así depositada, con una capa de tierra con la frecuencia necesaria”. Según la Norma Oficial Mexicana NOM-083/SEMARNAT-2003. “Obra de Infraestructura que involucra métodos de ingeniería para la disposición final de los residuos sólidos municipales, donde éstos se esparcen y compactan al menor volumen práctico posible, para cubrirlos con material natural y/o sintético, con el fin de controlar los impactantes ambientales”. Además de lo anterior, los obsoletos sistemas para el control de los lixiviados a través de lagunas de Evaporación-Concentración y lo que es peor, mediante sistemas de tratamiento semejantes a los empleados par el tratamiento de las aguas servidas (lo cual es totalmente desatinado por la constante variabilidad de su composición en el tiempo, por las altas cargas orgánicas presentes en ellos, entre otros factores); ha impedido resolver n problema latente en los rellenos sanitarios, que es el manejo conveniente y sustentable de un impactante ambiental de alto efecto, como son los lixiviados. Así mismo, los mecanismos empleados para la captación y recuperación del biogás, a través de estructuras verticales de captación, muchas veces habilitados después de haber rellenado los espacios con basura (práctica que además de costosa, no asegura la captación del biogás, por lo difícil que es ubicar las zonas con los mayores gradientes de flujo); resultan obsoletos e ineficientes porque en la mayoría de los casos, el biogás no cuenta con la presión suficiente para fluir verticalmente y vencer la presión atmosférica dentro de las estructuras, lo cual da por resultado que migre horizontalmente por cualquier espacio que se lo permita. Lo antes señalado, se puede constatar e las siguientes imágenes, donde se presentan indicadores de la organización Mundial de la Salud (OMS), que evidencian la ausencia de poscriterios ya descritos; que le permitan a un vertedero, alcanzar la sustentabilidad.
3% 2% 1% 8%
Operación Inversión Postclausura Clausura Estudios
86% Fuente: Landfill. OMS 2000
Figura No. 3.2.- Costos asociados a un relleno sanitario.
Imprevistos
25
Impuestos Venteo d e gas
20 15
) % (
Inspección Mo nito reo Ambiental Co ntrol ambiental
10
Mantenimiento del sitio Co mbustibles y lubricantes
5 0 Fuente: Landfill. OMS 2000
Mantenimiento y reparación de equipos Arrendamiento y compra d e equipo Salarios y sueldo s
Figura No. 3.3.- Costos de operación de un relleno sanitario. 35 30
Supe rvisión del diseño Trabajos de campo
25
Báscula Servicios en general
) 20 % ( 15
Oficinas y t aller Cerca perimetra l y refore stac ión Prepa ración del sitio Conformación del terreno (terrac erías) Control de biogas (Vent eo)
10
Control y tra ta miento de lixiviado Membra na de arc illa
5
Control de escurrimientos
0 Fuente: Land ill OMS. 2000
Figura No. 3.4.- Costos de inversión de un relleno sanitario. Si a lo anterior le agregamos que como si fuera una moda, se ha pretendido impermeabilizar cualquier sitio destinado a establecer un relleno sanitario, empleando membranas plásticas, cuando en muchos casos no es necesario; se termina por configurar un perverso esquema, que además de obstaculizar el establecimiento de rellenos sanitarios en el país por incrementarse los costos absurdamente, le ha hecho un enorme daño a la tecnología del relleno sanitario, creándole una animadversión y un potencial rechazo en muchos sectores de la Sociedad Mexicana.
Finalmente, por si todo lo antes descrito fuera poco, las fallas operativas por no aplicar los criterios que se señalan a continuación, potencializan la crisis que enfrenta actualmente la tecnología del relleno sanitario: Impermeabilizar con membranas naturales o artificiales, las paredes del relleno sanitario. Evitar al máximo, la infiltración del agua de lluvia a relleno sanitario. Operar el sitio, tratando de alcanzar en el menor tiempo posible, niveles de piso terminado, esto implica que el avance del relleno, sea preferentemente vertical más que horizontal. Evitar tener frentes de trabajo muy amplios, por lo que se recomienda en las horas pico, implementar el tiro de los residuos tanto al pie como la parte superior de la celda, con el fin de tener dos frentes de trabajo. Cuidar que la operación del relleno sanitario, se lleve a cabo de acuerdo con la planeación y calendarización establecida en el proyecto. Utilizar en el relleno sanitario, la maquinaria precisa y específica que demanden las principales actividades de la operación.
4.
LOS BIO-RELLENOS ACELERADOS.
4.1. DEFINICIÓN Y TIPOS DE BIO-REACTORES. Esta tecnología en primera instancia, suele ser muy semejante a la del relleno sanitario tradicional; diferenciándose en que conlleva como requerimiento obligatorio, la "recirculación formulada" de lixiviados crudos o previamente inoculados con agentes suplementarios, lo cual permitirá acelerar el proceso de descomposición, aumentar el tiempo de retención celular y reducir los tiempos de estabilización de los residuos; además cuando los sistemas son aerobios, es necesario inyectar aire a presión al interior de la masa de residuos. El control de la recirculación de los lixiviados con esta tecnología es fundamental, ya que deben de inyectarse a las celdas de basura, en la cantidad y en el tiempo que demande el proceso. Al término de la estabilización de los residuos, es posible abrir o minar las celdas de basura para rescatar el material degradable ya estabilizado mediante un proceso de tamizado, para volver a depositar residuos en las celdas minadas (ya vacías); con lo cual es posible incrementar a vida útil del relleno sanitario, hasta en 3 veces su vida normal, tratar eficientemente los lixiviados y acelerar la producción de biogás (cuando los sistemas son anaerobios). Esta tecnología, se aplica actualmente en varios países de este planeta, como son España, Brasil, Alemania y Estados Unidos. Según el tipo de proceso de estabilización, los bio-reactores pueden ser clasificados en: a ).
Bio-reactores Anaerobios.
Promueven y aceleran la estabilización de la materia orgánica mediante la adición de humedad en forma constante y uniforme en toda la masa de los residuos contenidos. La máxima producción de metano, ocurre cuando existe un contenido de humedad que va del 60% al 80% en peso. Se estima que la capacidad de absorción de humedad de estos sistemas, varía de 30 a 60 galones por yarda cúbica de residuos en base seca (16 al 29%). La humedad requerida, que puede ser proporcionada con los lixiviados, puede ser infiltrada mediante ductos horizontales, pozos verticales o riego superficial. Las condiciones óptimas para la producción de metano, ocurre cuando el pH es ligeramente mayor a 6. Cuando se presentan condiciones donde la relación: Ácidos grasos volátiles (AGV)–Alcalinidad, es mayor a 0.25, se inhibe la generación de biogás.
b ).
Bio-reactores Aerobios.
Estos sistemas, operan mediante la inyección controlada de humedad y aire al interior de la masa de residuos, a través de una red de tuberías horizontales y/o verticales, preparada exprofeso para ello. El proceso de degradación que se lleva a cabo al interior de los residuos, es similar o análogo al composteo por vía húmeda, en donde los materiales biodegradables ante la presencia de humedad y aire, son estabilizados rápidamente, en un ambiente donde se presenta una elevación gradual de la temperatura, característica natural de los procesos aerobios. Previo a la inyección del aire, el lixiviado es bombeado a presión para ser infiltrado dentro de la masa de residuos mediante pozos de inyección, hasta alcanzar un contenido de humedad que varía del 50% al 70% en peso. Es recomendable iniciar la inyección de aire, una vez que se han alcanzado las condiciones óptimas de humedad (masa de residuos totalmente humedecida). Las temperaturas óptimas para la degradación de los residuos, al interior del bio-relleno, varían entre 140° y 160° F. La introducción del aire al interior de los residuos, se hace en forma forzada (a presión), empleando una red de tuberías perforadas que se instalan previamente dentro del bioreactor. Las tasas de inyección de aire y humedad al interior de los residuos, son similares a las que se aplican en los sistemas aerobios de composteo tradicional. Conforme se lleva a cabo la estabilización de los residuos, la temperatura disminuye gradualmente, hasta alcanzar la etapa de "curado" o maduración de los mismos. c ).
Bio-reactores Aerobio-Anaerobios.
Son aquellos que operan en condiciones semi-aerobias, al combinar los elementos y condiciones de operación de los sistemas aerobios y anaerobios; predominando por lo regular alguno de ellos sobre el otro. Una comparación de los atributos que caracterizan tanto al relleno sanitario tradicional como a los bio-rellenos acelerados (aerobios y anaerobios), se presentan en el siguiente cuadro: CUADRO NO. 4.1 COMPARACIÓN ENTRE EL RELLENO SANITARIO TRADICIONAL Y LOS BIO-RELLENOS ACELERADOS Relleno Sanitario Bio-Reactor Bio-Reactor Atributo Tradicional Anaerobio Aerobio Asentamientos Esperados: después de 2 años: después de 10 años: Tiempo de estabilización Tasa de generación de metano Capacidad de absorción de líquidos en la masa de residuos Costos de inversión Costos de operación y mantenimiento Costos de clausura
2-5 % 15% 30-100 años Baja Indefinida
10-15 % 20-25 %
20-25 % 20-25 %
5-10 años Alta 30-60 gal/yd3
3-6 años Nula 30-60 gal/yd3
Bajo Bajo
Bajo Bajo a medio
Alto Alto
Alto
Bajo a medio
Bajo
Fuente: Adaptado de "Bioreactor Landfill", Adeleke Olukunle Francis. Shangai University. Enero - 2003.
De todo lo antes mostrado, se concluye que para el tipo de basura que se genera en nuestro país y por los beneficios que puede apartar el aprovechamiento del gas metano y por sus bajos requerimientos energéticos, se concluye que los bio-reactores o bio-rellenos acelerados de tipo anaerobio, también conocidos como bio-rellenos metanogénicos; son la mejor opción tecnológica para la disposición final sustentable de la basura.
4.2. ¿POR QUÉ UTILIZAR BIO-RELLENOS ACELERADOS? La biodegradación natural de los residuos sólidos al interior de un relleno sanitario (en condiciones anaerobias), se lleva a cabo de acuerdo al esquema virtual que se muestra en la figura No. 4.2.1. "Etapas de degradación Anaerobia en un Relleno Sanitario".
Fuente: Johannessen L. M. “Leachate Management for MSW Landfills”. Banco Mundial. 1998.
Figura no. 4.2.1 Comportamiento de la producción de biogás y de la generación de lixiviado en un RS. La duración de la fase I (Aerobia), puede ser de 2 semanas a 2 meses mientras que la fase II (Acidez), puede durar hasta 2 años. Las fases III (Metanogénica Inestable) y IV (Metanogénica Estable), por lo regular, en las condiciones en que se manejan los rellenos sanitarios en México, pueden durar en forma conjunta, incluso mas de 40 años, con tasas de producción de biogás sumamente bajas.
Así mismo, la fase V (Etapa Terminal), puede demandar varios años para su continuación, incluso décadas; si existen importantes remanentes de amoniaco dentro del relleno. Como se puede ver en la figura anterior, al igual que el biogás, la composición de los lixiviados está regida por las fases de degradación de los residuos, lo cual reafirma la incongruencia de tratar a los lixiviados con los mismos criterios y procesos empleados para las aguas negras. Reafirmando lo anterior, en el cuadro No. 4.2.1, se puede observar la gran variación entre la composición típica de un lixiviado fresco o "joven" (proveniente de la fase de acidez) y la de un lixiviado "viejo" (proveniente del final de la etapa metanogénica estable). CUADRO NO. 4.2.1
COMPOSICIÓN TÍPICA DE LOS LIXIVIADOS PRODUCIDOS EN DIFERENTES ETAPAS DEL PROCESO DE DEGRADACIÓN DE LOS RESIDUOS EN UN RELLENO.
Parámetro
Unidad
pH DQO DBO5 Hierro Zinc Cadmio Amoniaco Cloruros
mg/l mg/l mg/l mg/l ug/l mg/l mg/l
Fase Ácida (6 meses a 2 años) 5-6.5 20,000-30,000 10,000-25,000 5-20 1-5 < 30 900-1,500 1,200-3,000
Fase Metanogénica (2 a 100 + años) 7.5-9 1,500-2,000 500-1,000 <5 0.03-1 6 900-3,000 1,000-3,000
Fuente: Johannessen L. M. “Leachate Manaagement for MSW Landfills”. Banco Mundial. 1998.
Lo anterior, nos lleva a fundamentar la recirculación de los lixiviados, no solo para aportar la humedad que requiere la degradación de los residuos en condiciones anaerobias, sino para remover la carga orgánica presente en los lixiviados (donde prevalecen los ácidos grasos volátiles), aportar material celular para incrementar las tasas de población bacteriana y con todo ello, incrementar las tasas de generación de metano y acelerar la producción de biogás en el tiempo. El balance conceptual de la estabilización de los residuos al interior de un bio-reactor metanogénico, según lo antes señalado, quedará como sigue: Materia Orgánica + Agua
Biogás (CH 4 + CO2)
Materia Orgánica = DQO en Lixiviados + DQO residual en basura B
A
A1
k'1
A2 = C
B k'2
k1
D1 D2
C
Donde: A = A1 + A2 D = D1 + D2 k' > k' > k
Biogás D
Lo anterior implica que la carga orgánica a remover al interior del bio-reactor, en diferentes tiempos y con distintas constantes de degradación, será la suma de la carga orgánica presente en los lixiviados, más la carga orgánica que prevalece en la basura confiada. Esta novedosa y sustentable visión sobre como se debe enfocar el manejo de un relleno sanitario y sus impactantes ambientales, se refuerza a partir de los resultados obtenidos con recientes investigaciones realizadas en el Brasil sobre el tema, como a continuación lo demuestra el siguiente gráfico.
Figura No. 4.2.2 Resultados de la experimentación con bio-rellenos metanogénicos.
Degradación sin Recirculación de Lixiviados
Degradación con Recirculación de Lixiviados Crudos
Degradación con Recirculación de Lixiviados Inoculados con lodos de un Reactor tipo UASB
Fuente: “Evaluación de la Estabilización de los Residuos Sólidos Urbanos, mediante la Digestión Anaerobia con Recirculación de Lixiviados. Ilsa Soares Cintra. Congreso AIDIS. 2004
Además de la recirculación de los lixiviados, es necesario incrementar la carga bacteriana metanogénica presente en éstos, mediante la inoculación de lodos fluidizados con alto contenido de materia celular; de tal manera que la infiltración de líquidos percolados enriquecidos con microorganismos metanogénicos al interior de la masa de residuos, incrementará las tasas de
degradación de éstos, posibilitando que los tiempos de estabilización sean reducidos de 30 - 40 años a 3 - 5 años en promedio. Las opciones recomendables para alcanzar lo antes señalado, se ilustran a continuación: -
OPCIÓN No. 1
Proceso con una Cama Anaerobia al interior del Bio-relleno. I BM
CM LF
TM
L
RI R P
-
OPCIÓN No. 2
Proceso con Reactor de Inóculo Metanogénico Integrado. I
BM
TI
RA
TM
´R P
-
OPCIÓN No. 3 Proceso con Reactor de Inóculo Metanogénico Externo.
BM: Bio-relleno Metanogénico CM: Cama Anaerobia TM: taque de mezclado TI: Tanque de Igualación RA: Reactor Anaerobio Integrado por la producción de Inoculo Metanogénico RI: Reactor para la producción de Inoculo Metanogénico.
LF: Lodos Frescos L: Extracción de Lixiviados P: Purga de Lodos Metanogénicos I: Infiltración de Lixiviados R: Recirculación de Lodos Metanogénicos
4.3. TESTIMONIOS. •
•
•
•
•
Los Rellenos Sanitarios, seguirán siendo la columna vertebral de los Sistemas de Manejo de Residuos Sólidos en América Latina, siempre y cuando sean diseñados, construidos y operados de manera sustentable ( Conclusión del Simposium de Residuos Sólidos/XXX Congreso de la AIDIS/Agosto-2004/Puerto Rico ). En la actualidad, la digestión anaerobia de los residuos sólidos, puede ser considerada como una tecnología eficiente, probada e innovadora (RIGGLE 1998). La digestión anaerobia aplicada a los residuos sólidos, se traduce en producción de material estabilizado y generación de metano, con bajos requerimientos nutricionales (GORGATI 1993). La principal ventaja de la tecnología de la digestión anaerobia, es su alta productividad energética (PICANCO 2004). La digestión anaerobia, es una tecnología sustentable para el control de los residuos sólidos (TILCHE Y MALASPINA 1998): 1 Ton. de residuos orgánicos, requiere para su composteo 50 kw-hr.; mientras que vía la digestión anaerobia, puede generar 160 kw-hr. Los bio-rellenos son operados en el Brasil
desde hace 15 años. •
•
Actualmente la Ciudad de Madrid opera un bio-relleno para 5,000 Ton/día del cual se obtiene un aprovechamiento del biogás para generar energía eléctrica En Alemania la biotecnología de los rellenos se está explotando comercialmente
5.
CONCLUSIONES.
a)
Es indudable que el concepto del relleno sanitario tradicional, es una tecnología actualmente rebasada por la inquietud poblacional y el desarrollo tecnológico actual en materia de sistemas anaerobios.
b)
La utilización de los Bio-rellenos Metanogénicos, como tecnología para la disposición final sustentable de los residuos sólidos, es una clara tendencia a nivel mundial. Incluso se fortalece ante las iniciativas que hoy prevalecen en cuanto a instrumentar la recolección separada de estos residuos en viviendas, comercios, etc., de forma tal que su fracción orgánica biodegradable vaya directamente a los bio-reactores, pudiéndose realizar esta práctica en cualquier localidad independientemente de su tamaño.
c)
El desarrollo de los bio-reactores metanogénicos es aún insuficiente, aun cuando ya existen sistemas instalados en países como el Brasil, España y Alemania; sin embargo, existen algunos aspectos que deben tenerse muy en cuenta, de forma general, para la aplicación exitosa de estos sistemas, entre los que se destacan los siguientes:
La reducción del tamaño de las partículas sólidas a tratar es una opción que debe ser analizada. La etapa de hidrólisis que controla el proceso, deberá mejorarse para acelerar el tiempo de desarrollo de esta etapa. Deben probarse métodos sencillos y baratos de pretratamiento hidrolítico.
d)
Los sistemas que emplean la inoculación de líquidos o lodos digeridos anaeróbicamente al lixiviado para su recirculación a las celdas de basura son, hasta el presente, los más eficientes y viables de operar.
e)
Es posible que los procesos termófilos puedan mejorar el proceso de anaerobiosis.
f)
Los resultados obtenidos en la digestión anaerobia combinada (residuos sólidos con aguas negras o lodos crudos o digeridos), permiten augurar la posibilidad real de tratamiento de todos los residuos, líquidos y sólidos, generados en una comunidad, en una sola instalación.
BIBLIOGRAFÍA 1. Montalvo M.S Y Guerrero L.S. "Tratamiento Anaerobio de Residuos" Universidad Técnica Federico Santa Maria. Chile. 2003 2. Queiroz Lima L. M. "Tratamiento de Lixo". Editorial Hemus. Brasil. 1991. 3. Murray E. Haight. "Municipal Solid Waste Management – Making Decisions in the Face of Uncertainty". Institute for Risk Research. Canada. 1991. 4. Johannessen L. M. "The Emerging Approach to Landfilling of Waste". Urban Development Division, World Bank. E.U.A. 1998. 5. Johannessen L. M. "Landfill Gas Recovery". Urban Development Division, World Bank. E.U.A. 1998. 6. Adeleke O. F. "Bioreactor Landfill". Shangai University. 2003.