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-