Composteo Pilas Aerobias Estaticos de Panales

Composteo en pilas aerobias estáticas de pañales desechables usados
Perla Xochitl Sotelo Navarroa, Rosa María Espinosa Valdemara, Margarita Beltrán Villavicencioa, Alethia Váquez
Morillasa, Sara Ojeda Benitezb
a Tecnologías Sustentables, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco, Av. San Pablo No. 180,
Col. Reynosa Tamaulipas,
(02200),. Delegación Azcapotzalco Distrito Federal. México
[email protected]
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 m3. 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 20-30 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 0.832 kg/hab/día lo que equivale a una generación
aproximada de 95 710 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
Hacia un sistema de gestión integral de los residuos sólidos
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
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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 m3 (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 CO2 (analizador Vernier electrónico con sensor de CO2). 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.
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Figura 2. Aireación y monitoreo de las pilas estáticas
3. Resultados
Los parámetros evaluados durante el proceso (pH, CO2, 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 CO2 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 35-45 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.
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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-NADF020-AMBT-2011 que establece los requerimientos mínimos para la producción de composta.
Tabla 1. Composición del compost final
Parámetro
Humedad (%)
pH (extracto 1:9)
Materia orgánica (%
BS)
Nitrógeno (%, BS)
Relación C/N
Cenizas (%, BS)
Sin
pañal
38.27
8.99
67.84
Con
pañal
36.08
9.49
75.51
NMX-109-SCFI-2008
20-40
5.5-8.5
20-50
Proy-NADF-020-AMBT2011
25-45
6.5-8
>20
2.23
17.69
31.42
2.09
20.97
23.64
1-4
≤20
N.D.
1-3
<15
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
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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
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[11] Norma Mexicana NMX-AA-025-1984, (1984). Protección al Ambiente - Contaminación
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