ciclo integral de tratamiento de residuos sólidos de pañal

CICLO INTEGRAL DE TRATAMIENTO
DE RESIDUOS SÓLIDOS DE PAÑAL
Ramírez, G.R; Andrade, E.T.; Espinosa, V.R.M.; Delfín*, A.I.; Turpin, M.S.
Universidad Autónoma Metropolitana- Azcapotzalco. * ENEP Iztacala /UNAM
Av. San Pablo 180 Col, Reynosa Tamaulipas 02200 México D.F.
[email protected]
INTRODUCCIÓN
La generación mundial de residuos sólidos se mantiene en constante incremento.
En 1993, se producía diariamente un promedio de 80 746 toneladas de “basura”
en México, de ellas, 26.71 toneladas eran de pañales desechables. En la Zona
Metropolitana de la Ciudad de México la generación de desechos de pañal fue de
0.51 ton / día [INE, 1994].
El pañal desechable es actualmente un producto de uso común en todo el mundo,
por lo que la disposición de sus desechos representa un problema, sobre todo en
las sociedades urbanas. El pañal está constituído por una serie de capas
superpuestas: hay una capa protectora hecha de polietileno, sobre la que está el
núcleo o cama absorbente, recubierto a su vez por una capa de tela suave de
algodón(no tejida), que es la que está en contacto con la piel del bebé. El pañal
tiene cantidades minoritarias de otros materiales, como son las cintas adhesivas y
los resortes que facilitan el ajuste de la prenda al cuerpo del bebé.
El núcleo contiene un polímero superabsorbente que puede retener hasta 300
veces su peso seco de agua o de una solución acuosa, como puede considerarse
a la orina.
No se ha encontrado información relacionada con alguna forma de tratamiento de
este residuo, lo que indica que forma parte de los materiales “no recuperables” de
la basura,
Universidad
simplemente se acumula en los sitios de disposición final. En la
Autónoma
Metropolitana
-
Azcapotzalco
se
han
realizado
investigaciones en búsqueda de una alternativa a la disposición final de estos
residuos, dentro de esa línea de investigación, en este trabajo se propone un “ciclo
integral de tratamiento”. El tratamiento consiste en varias etapas, la primera
consiste en someter el material a un proceso de transformación biotecnológica que
representa una posibilidad de aprovecharlo como sustrato (soporte, fuente de
nutrientes y energía) para el cultivo de hongos comestibles (setas). Este
tratamiento ofrece un doble beneficio: 1) reducción del volumen del residuo y 2)
producción de un recurso comestible de alta calidad.
En una etapa posterior, el residuo de dicho proceso de biotransformación, mínimo
en comparación con el volumen inicial, debe ser sometido a un procedimiento que
conduzca a la separación y recuperación de otros materiales: plástico, polímero
superabsorbente, residuo orgánico no digerido (cutina).
La primera etapa del tratamiento biológico de los pañales desechables usados se
inicia con la preparación y acondicionamiento del residuo como sustrato para el
hongo Pleurotus ostreatus. En esta etapa, un paso fundamental es la eliminación
de los organismos (patógenos) que pudieran estar presentes, debido a que por su
origen, los pañales pueden contener detritos humanos contaminados con
microorganismos entéricos. Además de los microorganismos patógenos, también
son objetables otros organismos ambientales, entre ellos, hongos como Penicillum
y Staphylococcus que podrían “competir” con el hongo Pleurotus por los
nutrimentos disponibles.
Como parte de este proyecto se ensayó el uso de la radiación ultravioleta, como
técnica de desinfección del sustrato sólido, identificando los parámetros
involucrados en el proceso, mismos que fueron modificados de manera de mejorar
la eficiencia del tratamiento. La radiación ultravioleta se ha utilizado con buenos
resultados en procesos de esterilización de materiales líquidos pero no hay
reportes de su empleo en materiales sólidos.
La luz ultravioleta (UV) es una parte del espectro electromagnético cuya longitud
de onda (100 a 400 nm) corresponde a la región situada entre los rayos X y la luz
visible. El número de células dañadas por la radiación depende de la dosis de
energía absorbida por los microorganismos y de su resistencia específica a dicha
longitud de onda particular. La siguiente fórmula expresa la manera de obtener la
dosis de UV requerida para un organismo particular [Berson, 1996]:
Dosis de UV = Intensidad x Tiempo
La desinfección de los sustratos, en este caso con luz UV, es el tratamiento previo
necesario para que los pañales desechables usados puedan ser utilizados para el
cultivo de hongos comestibles. El paso siguiente es la inoculación del hongo, en
un “sustrato muy conveniente” dado que el principal componente de los pañales es
la celulosa, y se sabe que el hongo Pleurotus posee enzimas específicas capaces
de degradarla y metabolizarla (Espinosa, 1993).
Al finalizar el proceso de biotransformación, es decir, una vez obtenida la cosecha
de setas, se separan los materiales residuales, que se canalizan a un proceso de
reciclaje adecuado a cada una de las distintas clases de componentes
recuperados. Con estos pasos se cierra el ciclo de tratamiento.
METODOLOGÍA
• Recepción de pañal: El residuo sólido de pañal se recibió preseleccionado
(sólo el que contenía residuos líquidos) de la manera usual en que se desecha.
• Preparación del pañal como sustrato: Se desmenuzó manualmente y se
pesaron muestras de 100 g de pañal. A la mitad de los sustratos se les adicionó
orujo de uva como aporte de lignina. Se armaron cuatro series de sustrato,
montando unidades por duplicado de cada una de las series. El sustrato-testigo
fue paja de trigo
Cuadro1. Nomenclatura de los sustratos.
Clave
Sustrato
SPD
Pañal sin plástico desmenuzado
CPD
Pañal con plástico desmenuzado
SPDU
Pañal sin plástico desmenuzado + uva
CPDU
Pañal con plástico desmenuzado + uva
• Desinfección (esterilización) del sustrato con luz UV: La mitad de los sustratos
acondicionados como se indicó, se colocó en bolsas de polipapel y se esterilizó
en autoclave, los datos obtenidos en esta serie sirvieron como control del
procedimiento de desinfección. El resto de los sustratos se desinfectó
sometiéndolo a la luz UV.
El tratamiento con luz UV se aplicó mediante una lámpara que emite longitud de
onda de 254 nm. El sustrato se colocó en un recipiente de aluminio equipado
con aspas movidas por un motor de 6 r.p.m., sistema que lo mantuvo en
agitación durante todo el tiempo que duró la exposición, con el propósito de
tener mayor superficie de irradiación. Como protección para el investigador, el
equipo mencionado, irradiación y “volteo”, fue colocado en una caja forrada de
asbesto, de 70 cm ancho x 50 cm profundidad x 70 cm de altura.
La irradiación del sustrato se realizó en dos líneas de prueba, una de
pretratamiento (sustrato antes de cultivo) y otra de postratamiento (sustrato
después de cultivo). Las mejores condiciones, encontradas experimentalmente
para una desinfección eficaz por irradiación del sustrato, se muestran en el
cuadro 2:
Cuadro 2. Condiciones de irradiación
Parámetro
Pretratamiento
Postratamiento
Tiempo de exposición
15 min
15 min
Distancia de la fuente luminosa
20 cm
20 cm
Agitación
Constante
Constante
o
Temperatura
Promedio (21 C)
Promedio (21oC)
Humedad
70 %
60%
Peso
100 g pañal
10 g pañal
La eficiencia de la desinfección en la línea de pretratamiento se evaluó a través de
la no-contaminación del cultivo, que se puede interpretar como la ausencia de
organismos que pudieran competir con el hongo durante su desarrollo.
• Cultivo de hongos comestibles: Se utilizaron dos cepas, la más comercial,
Pleurotus ostreatus y la cepa de invasión rápida, P. djamor.
a) Siembra: Se realizó manualmente bajo condiciones asépticas, por especie y
tipo de sustrato (desinfectado).
b) Invasión del sustrato: Consiste en una fase obscura de aproximadamente 16
días, tiempo en que el micelio del hongo invadió en su totalidad el sustrato
(pañal). Después se permitió el desarrollo del hongo en una fase luminosa; para
ello los sustratos fueron llevados a la cámara de cultivo. La cámara de cultivo
se cubre con un plástico transparente, que permite el paso de luz y evita la
infestación por insectos. Las variables de cultivo en la fase luminosa fueron:
temperatura (24-280C), humedad ambiente (90%) y ventilación.
c) Fructificación y cosecha: Aproximadamente una semana después de mantener
el cultivo en la fase luminosa comenzó la fructificación y desarrollo del hongo.
La cosecha se realizó cuando el hongo estaba maduro, las setas se retiraron
manualmente, con ayuda de un bisturí previamente desinfectado con alcohol. El
corte se hizo aproximadamente a 5 mm de la base del estípite.
• Determinaciones analíticas: El producto de la cosecha se pesó y se calculó la
eficiencia biológica por cepa y por sustrato.
• Análisis microbiológico: A los hongos cosechados se les realizaron pruebas de
calidad microbiológica para la detección y cuantificación de: mohos y levaduras,
coliformes totales y fecales, Salmonella y Shigella.
• Sustrato residual: Cuando finalizó el cultivo, el sustrato residual se dejó secar a
temperatura ambiente y se desinfectó con luz UV. La eficiencia de la
desinfección fue evaluada a través de los resultados obtenidos en el análisis
microbiológico.
• Separación y recuperación de materiales: El sustrato residual se pasó a un
tamiz donde de le hizo pasar una corriente de agua. El agua hizo que el
polímero aumentara su volumen y se gelatinizara, lo que permitió su separación
del resto de los materiales. Al final quedan: plástico, tela de algodón, restos de
materia orgánica del hongo, grano de trigo y orujo de uva, que fueron retirados
manualmente y pesados individualmente.
• Disposición final: La materia orgánica se agregó junto con el polímero a
muestras de suelo “árido” (arena) en que se hicieron germinar semillas de frijol.
Este material desempeñó el papel de composta que además de enriquecer el
suelo favorece la retención de agua. El plástico no recibió un tratamiento
específico ya que está clasificado como un residuo sólido reciclable.
RESULTADOS
La producción neta de hongos frescos por sustrato fue la siguiente:
Cuadro 3. Peso de setas obtenidas en cada sustrato
Hongos frescos obtenidos en el cultivo
Desinfectado con luz UV
Esterilizado con autoclave
P. djamor
P. ostreatus
P.djamor
P. ostreatus
peso (g)
peso (g)
peso (g)
peso (g)
peso total (g)
PAJA
28
14
42
12
96
SPD
26
10
64
0
100
CPD
60
0
92
12
164
SPDU
14
10
82
28
134
CPDU
74
0
116
32
222
SUSTRATO
Producción neta (g):
716
El porcentaje de eficiencia biológica (E.B) se calculó por la siguiente ecuación:
E.B. (%) = (peso fresco de hongos producidos / peso seco del sustrato) x 100
La eficiencia biológica promedio que se obtuvo en desechos de pañal fue de
19.37%. La mayor eficiencia biológica (27.75%) correspondió el sustrato CPDU
(pañal con plástico, desmenuzado + uva) seguida de 20.5% encontrada para el
sustrato CPD (pañal con plástico, desmenuzado). Dado el alto porcentaje de
humedad en el sustrato se puede suponer que el plástico presente en estas
muestras desempeñó una función estructural ayudando a mantener la
consistencia en dichos bloques y de esa manera evitó su resquebrajamiento.
En el cuadro 4 se presentan los resultados del análisis microbiológico
correspondientes a los sustratos de postratamiento que fueron sometidos a
desinfección con radiación UV. El cuadro 5 muestra
microbiológica de las setas obtenidas.
los datos de calidad
Cuadro 4. Análisis microbiológico de sustratos desinfectados con UV
Prueba
Resultado.
Mohos y levaduras
10-80 colonias/placa por dilución (en promedio).
Coliformes totales
< 3 Negativo
Coliformes fecales
Ausente
Salmonella y Shigella
Negativo.
Cuadro 5. Análisis microbiológico de los hongos cosechados
Prueba
Mohos y Levaduras
Resultado
30-110 colonias/placa por dilución (en promedio)
Coliformes totales
< 3 Negativo
Coliformes fecales
Ausente.
Salmonella y Shigella
Negativo.
El cuadro 6 muestra la proporción relativa de los materiales en los sustratos
residuales, mismos que fueron separados manualmente. El porcentaje se refiere al
peso, en base seca, del residuo sólido total que se logró separar.
Cuadro 6. Porcentaje de material residual recuperado
Material residual
Porcentaje
Plástico
9.5%
Tela de algodón
9.3%
Polímero
20.0%
Materia orgánica
18.2%
otros
42.0%
El tipo de materiales recuperados permite identificar algunas posibles alternativas
de disposición, como se indica en el cuadro 7.
Cuadro 7. Alternativas de disposición de los materiales recuperados
Material residual
Disposición
Plástico
Reciclaje
Tela de algodón
Reciclaje
Polímero
Materia orgánica
Mejorador de suelos al retener humedad.
Inducción de la germinación
Enriquecedor de suelos
Como resultado de la aplicación de la mezcla polímero - materia orgánica a un
“suelo pobre” (arena) se tuvo un 100 % de eficiencia de germinación de semillas
de frijol. El crecimiento de las plántulas fue muy lento. La aplicación de este
material parece ser una buena alternativa para el mejoramiento de suelos con
pobre retención de humedad, pero podría requerir la adición de algún fertilizante
porque quizá es bajo el aporte de nutrimentos vegetales.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos durante el desarrollo experimental del
proyecto tenemos:
1. La eficiencia biológica promedio que se obtuvo en pañal fue de 19.37% , este
valor refuerza la posibilidad de tratar los residuos de pañal por medio de un
cultivo de hongos comestibles
2. La producción neta de hongo en fresco fue de 716 g a partir de 3680 g de peso
seco de pañal. Considerando una producción diaria de 0.5 ton de residuos de
pañal generados en la ZMVM, si fueran tratados por este método se obtendrían
920 kg del hongo. Esa posibilidad es alentadora y pone de manifiesto la
conveniencia de continuar con la investigación del proceso, tratando de
mejorar las condiciones del cultivo para lograr una mayor degradación del
sustrato y una eficiencia biológica más alta
3. Los resultados indican que no hay diferencia significativa entre los métodos de
desinfección utilizados (autoclave y UV). La desinfección por medio de UV es
una técnica más sencilla que la esterilización en autoclave, por lo que su
aplicación como paso previo a la inoculación, sería ventajosa. Sin embargo, se
requieren más estudios utilizando muestras más grandes para determinar las
condiciones de trabajo para manejar volúmenes mayores de desecho.
4. Los resultados de reducción de peso (77%) y de volumen (50%) debidos a la
degradación de la celulosa y su aprovechamiento para la obtención de
biomasa, por el hongo comestible, corroboran la viabilidad del cultivo en pañal
e indican que este tratamiento de minimización es una alternativa potencial
para los residuos en cuestión.
5. La eficiencia del proceso de desinfección en las muestras de sustratos se midió
indirectamente a través de la eficiencia biológica de producción de hongos. A
tal efecto se asumió que si la desinfección había sido eficiente no habría
competidores en el sustrato y el crecimiento del hongo sería normal.
La
eficiencia biológica encontrada para los sustratos desinfectados con luz UV es
de 5.9%, cifra que es aproximadamente la mitad de la eficiencia obtenida en
sustratos esterilizados con autoclave (12%) Se sugiere poner atención en la
técnica que se debe emplear para desinfectar estos desechos sólidos en
grandes cantidades:
•
Se recomienda que el contenedor metálico para la irradiación sea fabricado de
un material más rígido y con mayor superficie, disminuyendo su profundidad
tanto como lo permita el movimiento de las aspas sin que haya derrame de
muestra.
•
Es conveniente que el motor usado para agitación esté dotado con un
regulador de velocidad, considerando que velocidades mayores de 6 r.p.m.
pueden conducir a que la irradiación de la muestra sea más homogénea.
6. Cuando la muestra es de menor masa la irradiación es más eficiente en el
mismo tiempo de exposición, ésto fue comprobado por el análisis
microbiológico realizado a las muestras de postratamiento, en donde todas las
pruebas resultaron negativas.
7. La desinfección con UV se presenta como una buena alternativa para el
tratamiento de pañales, aunque debe mejorarse la técnica.
8. El hongo cosechado tiene buena calidad sanitaria, encontrándose pruebas
negativas para mohos y levaduras, coliformes fecales, Salmonella y Shigella.
9. Los hongos de la especie P. djamor (cepa de invasión rápida) fueron de mayor
tamaño y mejor consistencia que los correspondientes a P. ostreatus. La
producción neta de la cepa de invasión rápida fue de 528 g (85.2% de la
producción total), la producción de P. ostreatus sólo alcanza el 14.8% de la
producción total con 92 g de hongo fresco cosechado. Estos datos sugieren
utilizar la especie de invasión rápida dadas las ventajas de gran producción en
poco tiempo.
10. La separación final de los materiales residuales arroja resultados satisfactorios,
pudiendo obtener plástico y tela de algodón completamente limpios. El plástico
no se degrada durante el proceso, por lo que se propone su reciclaje.
11. La materia orgánica constituye un buen aporte de carbono, lo que la hace
componente conveniente para enriquecer al suelo. El polímero, dada su
propiedad de retención de agua, también se puede considerar un posible
mejorador de los suelos áridos.
12. La alta eficiencia de germinación de la mezcla polímero residual - arena
sugiere que la mezcla puede ser utilizada como inductor de germinación. Sería
conveniente evaluar mezclas de diferentes tipos de suelo con dicho polímero
BIBLIOGRAFÍA
• Espinosa, V.R.M. (1993). Tratamiento de Pañales Desechables. Reporte de
Investigación. Universidad Autónoma Metropolitana - Azcapotzalco. México.
• Berson, et. al. (1996). Berson UV - Technik B.V .
• Wilson, B. (1992) Coliphage MS-2 as UV water disinfection efficacy. Test
surrogate for bacterial and viral pathogens. WQT Conference by AWWA.
• Castañeda, B.M.T. (1998). Manual de laboratorio del curso de microbiología
aplicada. Universidad Autónoma Metropolitana - Azcapotzalco.
• SECOFI, Normas Oficiales Mexicanas. NOM-111-SSA1-1994.
SSA1-1994.
NOM-114-SSA1-1994.
NOM-112-