TESIS MAESTRÍA EN INGENIERÍA - · PDF filede tesis Al personal del laboratorio del área de Ciencias de la Tierra de la Facultad de Ingeniería de la UASLP, por darme un espacio

Efecto de la Recirculación de Lixiviadosen la Velocidad de Composteo

Title Efecto de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad deComposteo

Issue Date 01/05/1996

Publisher Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Discipline Ingeniería y Ciencias Aplicadas / Engineering & Applied Sciences

Item Type Tesis de maestría

Downloaded 01/05/2018 03:34:17

Link to Item http://hdl.handle.net/11285/572035

http://hdl.handle.net/11285/572035

EFECTO DE LA RECIRCULACION DE LIXIVIADOS EN LAVELOCIDAD DE COMPOSTEO

TESIS

MAESTRÍA EN INGENIERÍA

ESPECIALIDAD EN INGENIERÍA AMBIENTAL

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DEESTUDIOS SUPERIORES DE

MONTERREY

POR

ROCIÓ DEL PILAR HERNÁNDEZ SIERRA

MAYO DE 1996

EFECTO DE LA RECIRCULACION DE LIXIVIADOS EN SISTEMAS DECOMPOSTEO

POR

ROCIÓ DEL PILAR HERNÁNDEZ SIERRA

TESIS

Presentada a la División de Graduados e Investigación

Este Trabajo es Requisito Parcial para Obtener el Título de

Maestro en Ingeniería

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DEMONTERREY

MAYO DE 1996

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREYCAMPUS SAN LUIS POTOSÍ

DIVISIÓN DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN

PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA

Los miembros del comité de tesis recomendamos que la presente tesis de laIng. Rocío del Pilar Hernández Sierra sea aceptada como requisito parcial

para obtener el grado académico de Maestro en Ingeniería con especialidaden:

INGENIERÍA AMBIENTAL

Comité de tesis

Daniel González MontañoMA, MScASESOR

Enrique Vogel Martínez

Ph. DSINODAL

Isaac Ruiz LópezMIQ

SINODAL

APROBADO

Miguel Ángel Bravo Castillo, MllDirector de la Universidad Virtual

ITESM- SLP

Mayo de 1996

A DiosPor la vida.

A mis padresJuan Francisco y Martha MargaritaPor su amor yconstante aliento

A mis hermanos"Kiko" y "Lupita"Por su ejemplo.

A mis sobrinos"Kikito" y "Carlex"por la alegría queproduce el ser niño.

A FernandoPor su compañía, cariño yapoyo sin límite.

A Paty, Norma, AdrianaFina, Pupsi, Sofía y SuePor más de dos décadasde amistad incondicional.

AGRADECIMIENTOS

Primeramente GRACIAS al Ing. Miguel Ángel Bravo por darme laoportunidad de estar en el ITESM

Al Ing. Daniel González, por su apoyo y dedicación en la elaboración deesta tesis.

Al Dr. Enrique Vogel. y al Ing. Isaac Ruiz por haber creído en mí.

A Ceci. Ma. Esther. Silvia. Juan. Graciela. Lilia. Dany, Bertha. Mely y Paty.pilares fundamentales de las actividades de la Universidad Virtual.

A Humberto Urbina, un gran amigo, por su apoyo en todo momento.

A mis maestros, por sus enseñanzas.

A mis compañeros de maestría, un gran equipo de trabajo

Al Ing. Jaime García Manríquez, por tener siempre una solución a lamano.

Al Ing. Jaime Martínez Bañuelos, por la información sobre el estado deltiempo.

Al Ing. Rodolfo Torres Miranda, por darme una alternativa para mi trabajode tesis

Al personal del laboratorio del área de Ciencias de la Tierra de la Facultadde Ingeniería de la UASLP, por darme un espacio y sus conocimientospara la realización de los análisis.

A Ignacio Castellanos y Jorge Oros por su ayuda en cuestionescomputacionales

Al Restaurante "La Parroquia", por obsequiarme la materia prima de estainvestigación.

"GRACIAS A USTEDES ESTE SUEÑO ES AHORA UNA REALIDAD"

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en Sistemas de Composteo.

índice general

Página

Capítulo 1 Introducción

1.1 Introducción

1.2 Algo de historia

Capítulo 2 Definición del problema

2.1 Justificación

2.2 Hipótesis

2.3 Objetivo general

2.4 Objetivos específicos

Capítulo 3 Generalidades

3.1 Residuos Sólidos

3.2 Rellenos Sanitarios

3.3 Manejo de los Residuos Sólidos

3.4 Lixiviados. Problemática de los Rellenos Sanitarios

3.5 Composta

3.5.1 Fundamentos del tratamiento bacteriológico

3.5.2 Ventajas y desventajas del proceso de composteo

3.5.3 Clasificación de los métodos de composteo

3.5.3.1 Nivel de aireación

3.5.3.2 Temperatura

3.5.3.3 Tecnología

3.6 Principales grupos microbiologicos y sus roles

3.7 Fases en el proceso de composteo

3.8 Factores ambientales y condiciones físicas que afectan el

proceso

3 8.1 Nutrientes y sustrato

1

2

2

6

7

7

7

8

9

101112

14

15

17

18

19

19

20

21

21

23

26

26

Efecto de la Racirculación de Lixiviados en Sistemas de Composteo

3.8.1.1 Elementos químicos

3.8.1.2 Disponibilidad de nutrientes

3.8.1.3 Relación Carbono/Nitrógeno

3.8.2 Tamaño de partícula

3.8.3 Demanda de oxígeno

3.8.4 Grado de compactación

3.8.5 Porosidad

3.8.6 Permeabilidad

3.8.7 Temperatura

3.8.8 Precipitación pluvial

3.8.9 Contenido de humedad

3.8.10 pH

3.9 Método del balance de agua

3.10 Determinación del punto final del proceso

3.11 El valor del producto final de! tratamiento bacteriológico

3.12 Marco legal sobre la basura

Capítulo 4 Metodología

4.1 Metodología general

4.2 Ubicación

4.3 Recipientes de experimentación

4.4 Materia prima

4.5 Tamaño de partícula

4.6 Parámetros de control

4.6.1 Temperatura

4.6.2 pH4.6.3. Humedad

4.6.4 Aireación

4.6.5 Recircuiación de lixiviados

4.6.6 Porcentaje de materia orgánica

4.6.7 Determinación de! punto fina!

4.7 Parámetros ambientales

4.3. Método del balance de agua

Página

27

28

30

32

33

34

35

35

35

37

37

39

39

41

41

45

47

48

50

50

50

54

54

54

55

55

56

56

58

61

61

62


Página

Capítulo 5 Presentación de resultados 64

5.1 Peso y volumen de las muestras 66

5.2 Materia orgánica 67

5.3 Humedad 68

5.4 Temperatura 69

5.5 pH 70

5.6 Condiciones climáticas de San Luis Potosí 71

Capítulo 6 Análisis de resultados 72

6.1 Reducción en peso y volumen 73

6.2 Materia orgánica 74

6.3 Humedad 79

6.4 Temperatura 61

6.5 pH 85

6.6 Relación Temperatura-pH 90

6.7 Método del balance de agua 93

Capítulo 7 Conclusiones 96

Capítulo 8 Recomendaciones y proyectos futuros 98

Bibliografía 102

Efecto de la Peorculación de Lixiviados en Sistemas de Composteo.

Índice de tablas

Página

3.1 Composición, porcentual de los residuos urbanos 123.2 Composición ideal de la composta 1633 Rangos de temperatura para bacterias 213.4 Porcentaje de N, C/N y humedad de algunos materiales 323.5 Segundad de las pruebas para determinar el grado de 42

proceso en el tratamiento de basuras3.6 Porcentaje de humedad, materia orgánica, elementos 44

nutritivos y oligoelementos necesarios para el desarroliode la vida vegetal

4.1 Composición del agua de garrafón JUNGHANNS 574.2 Porcentaje inicial de recirculación de lixiviados 584.3 Segunda dilución para los lixiviados 58

5.1 Peso y volumen de las muestras 665.2 Reducción de materia orgánica (Etapa de exploración) 675.3 Reducción de materia orgánica (Etapa de comprobación) 675.4 Humedad de las muestras durante la etapa de exploración 685.5 Humedad de las muestras durante la etapa de 68

comprobación5.6 Variación de la temperatura en la etapa de exploración 695.7 Variación de la temperatura en la etapa de comprobación 695.8 Variación del pH en la etapa exploratoria 705.9 Variación del pH en la etapa comprobatoria 705.10 Condiciones climáticas durante la etapa de exploración 715.11 Condiciones climáticas durante la etapa de comprobación 71

6.1 Porcentajes de reducción en peso y volumen 736.2 Cantidad de lixiviados generados a partir de la materia 73

prima6.3 Reducción de materia orgánica en las fases 84

correspondientes a la temperatura ( etapa exploratoria )6.4 Reducción de materia orgánica en las fases 84

correspondientes a la temperatura ( etapa comprobatoria )6.5 Reducción en las fases correspondientes al pH 886.6 Volumen esperado de lixiviados ( etapa exploratoria ) 946.7 Volumen esperado de lixiviados ( etapa comprobatoria ) 94


índice de figuras

Página

3.1. Proceso de producción y disposición de basura3.2. Crecimiento microbiano3.3 Ciclo del carbono3.4 Ciclo del nitrógeno

4.1 Hoja de datos4.2 Diseño del recipiente de experimentación4.3 Diseño del recipiente de experimentación ( Vista frontal)4.4 Diseño de! recipiente de experimentación ( Vista superior)4.5 Relación de la materia orgánica con el tiempo4.6 Diagrama del balance de agua

6.1 Relación materia orgánica vs tiempo (etapa exploratoria)6.2 Relación materia orgánica vs tiempo (etapa comprobatoria)6.3 Correlación de los datos de las dos etapas6.4 Porcentaje de humedad de las muestras (etapa

exploratoria)6.5 Porcentaje de humedad de las muestras (etapa

comprobatoria)6.6 Variación de la temperatura durante el proceso (etapa

exploratoria)6.7 Variación de la temperatura durante el proceso (etapa

comprobatoria)6.8 Fases del proceso de biodegradación. en relación con la

temperatura de la composta (etapa exploratoria)6.9 Fases del proceso de bicdegradación en relación con la

temperatura de la composta (etapa comprobatoria)6.10 Variación del pH (etapa exploratoria)6.11 Variación del pH (etapa comprobatoria)6.12 Relación materia orgánica-pH (etapa exploratoria)6.13 Relación materia orgánica-pH (etapa comprobatoria)6.14 Relación temperatura/pH-materia orgánica para la fase

exploratoria6.15 Relación temperatura/pH-materia orgánica para la fase

comprobatoria

13242830

495152535962

74747680

80

81

81

82

83

8586878991

92

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

Capítulo 1

Introducción

-1-

Electo de la Recireulaáón de Lixiviado» en la Veloadad de Composteo

1.1 Introducción

En la historia de nuestro mundo, nc es la primera vez que se sufre lacontaminación. Ésto ha sucedido en varias épocas, desde la edad de lascavernas hasta nuestros días.La contaminación que actualmente padecemos en el mundo y más ennuestro país, no es otra cosa que lo mismo de aquellas épocas, perodesgraciadamente cada vez son más graves los daños, t15!Un importante tipo de contaminación es la generación de basura,entendiendo por ésta cualquier artículo que pierde su valor o completa suvida útil. Estos desechos forman una corriente continua que proviene de loshogares, oficinas, comercios, prestadores de servicios, fábricas y demásinstituciones.I161Se sabe que las causas por las cuales se produce basura son: incultura,hábito, flojera e irresponsabilidad. Además se conoce que la única soluciónpara evitar este tipo de contaminación es el cambio de mentalidad respectoal manejo de nuestros desechos sólidos!15]. Una vez producida la basura, nose puede desaparecer, esconder, ni deshacerla. La única solución real a esteproblema es reducir la producción de basura paulatinamente y aumentar lareutilización de desperdicios.Al ser reutilizados los desperdicios para volver a elaborar materia prima oempleándolos de alguna otra forma, estaremos ahorrando recursosnaturales, estaremos disminuyendo los porcentajes de contaminación en losprocesos de fabricación, estaremos ahorrando económicamente y lo másimportante, " ESTAREMOS REDUCIENDO LA GENERACIÓN DE BASURAY DEJANDO DE GENERAR CONTAMINACIÓN " por lo que tendremos quebuscar menos lugares en dónde "esconderla".!20]En este contexto, se entiende por contaminación la adición de cualquiersustancia al medio ambiente en suficiente cantidad, que cause efectos sobrelos seres humanos, los animales, la vegetación o los materiales y que sepresente en cantidades que sobrepasen los niveles normales en los que seencuentran en la naturaleza Í3°l

1.2 Algo de historia...

La influencia del hombre sobre el equilibrio ecológico data desde su apariciónsobre la tierra y ha supuesto una regresión de los sistemas naturales, enrelación con el estado que se podría suponer más probable si la especiehumana no hubiera existido o no hubiera estado presente en la biosferaterrestre.

-2-

Efecto cié :a Rscircuiacion de Lixiviados en !a Velocidad de Composteo.

En un análisis histórico de !a interacción entre el hombre y el resto de labiosfera cabe distinguir las etapas en las cuales se puede observar lainfluencia sobre el ecosistema en términos de basura.

a) El hombre primitivo: En esta etapa el hombre ejerció una reducidainfluencia sobre e! medio ambiente, limitándose a ejercer dicha influenciasobre el ecosistema mediante el fuego, cuyo uso estaba destinado alsuministro de calor, protección y cocción de sus alimentos. Su alimentaciónse basaba en el consumo de alimentos blandos y jugoso tales como frutos,raíces, tubérculos, insectos y carne entre otros, por lo que su forma de vidaera totalmente dependiente de la naturaleza y sin provocar en ellacontaminación.La explotación de la masa de basura como un sólido en estado defermentación tiene una larga historia, pues desde 1900 a.C., la ciudad deKnossos en Minean, Creta usó agujeros circulares (kouloura) comobioreactores para fermentación y composteo de la basura.

b) La Revolución Industrial: A partir de esta época se introducen en elproceso de producción, máquinas accionadas mediante nuevas fuentes deenergía, producida a partir de combustible sólido y cuyo consumo aumentaconstantemente. Al aumentar la producción humana de materiales, lasconsecuencias del no reciclaje de muchas sustancias se hacen cada vezmás notables en ia naturaleza.Además es necesario agregar los efectos del fenómeno urbano. Con laRevolución Industria! se inicia e! proceso de emigración del campo a laciudad, necesario para promocionar la fuerza de trabajo esencial a laindustrialización y como consecuencia se crea un medio industrial propio delas grandes urbes.

c) México y su historia: A partir de la llegada de los españoles se empezó amanejar en México los desechos sólidos, pero de manera muy arbitraria, porlo que se complicaban las posibilidades de reutilización o reciclaje, y secrearon problemas de salud pública, de contaminación ambiental, deeconomía y de disgusto e inconformidad en la sociedad.En la época Prehispánica bajo el gobierno de Moctezuma Xocoyotzin, nohabía en las ciudades una sola tienda de comercio, no se podía vender nicomprar fuera de los mercados y, por lo tanto, nadie comía en las calles, nitiraban cascaras ni otros despojos y había más de mil personas que recorríanla ciudad recogiendo la basura. Los servicios urbanos de limpia y recolecciónde basura estaban mejor organizados que ahora y el suelo no ensuciaba elpie desnudo, además de que los habitantes estaban habituados a no tirarnada en la calle.En cambio, en 1787, las calles de México eran intransitables por el desaseo yla falta de limpieza; había basura y los caños estaban llenos de lodos

-3-

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en la Valociaad de Composteo.

pestilentes; en casi todas las calles se veían muladares o basureros ya quela basura se arrojaba en la vía pública y no había quién la recogiera.En consecuencia de ésto, el Virrey de Reviliagigedo hizo reglamentacionesmunicipales para barrer y regar las calles, estableciendo que la basura fuerarecogida por carros tirados por muías, con lo cual se evitó que los basureroscontinuaran en las calles.Treinta y cinco años después, en 1824, las medidas dictadas por el Virreyhabían dejado de aplicarse, por lo que e! Coronel Melchor Múzquiz, jefesuperior político de su provincia, establece nuevas reglamentaciones. Estereglamento fue el primero que estableció multas para las personas quetiraran basura.En el año de 1884, el servicio de limpia contaba con 83 carros, 43 pipas y136 muías, distribuidos entre las ocho inspecciones de policía. De estamanera, por primera vez el servicio se descentraliza en virtud de que erasumamente imperfecto, porque la ciudad era ya muy grande y los carros nopodían recorrerla eficientemente, con la agravante de que el tiradero estabaen uno de los extremos de la ciudad.Para 1936, el servicio de limpia contaba con 2,500 empleados. Dos añosantes se había formado el sindicato de limpia y transporte y el equipo con elque contaba se componía ya de camiones tubulares, carros de volteo de 7 y20 toneladas. Los carros tirados con muías cubrían los servicios de laperiferia de la ciudad.En 1940, se hablaba de reciclar o industrializar la basura, de los problemasde contaminación del suelo, aire y agua, y de la necesidad de que lostiraderos quedaran lo más apartado posible de la ciudad. En 1941, sepromulgó el primer reglamento de limpia.A principios de los sesentas, se creó la Dirección General de ServiciosUrbanos del Distrito Federal, de la que depende la oficina de Recolección deDesechos Sólidos. Al final de esta década, desapareció la mencionadaDirección General para surgir nuevamente a principios de los ochentas.En la actualidad, en México, el problema se ha ¡do agudizando a medida quese desarrollan o crean nuevos tiraderos y sitios para Rellenos Sanitarios y deesta forma, la eliminación de la basura se ha hecho un verdadero problema.

En base a lo anterior y como se puede observar, el planeta está sufriendocambios muy drásticos en sus funciones biológicas, el aumento desmedidode la población humana, la mala o nula planificación de los recursosnaturales y las nuevas tecnologías que han derivado un sinnúmero deproductos que tardan hasta cientos de años para su destrucción hancomenzado a cuestionar la viabilidad del sostenimiento de la situación actual.Gobiernos de todo el mundo están tratando de concientizar a suspoblaciones acerca de los peligros que una actitud anti-ecológica puedeacarrear. Es por ésto que se deben crear planes que van desde los más

-4-

simples, que involucran a cada uno de los ciudadanos desde sus propiascasas, hasta los más complejos y que involucran a las empresas que crean ydesechan productos tóxicos, en mayor o menor medida, y que ocasionan conésto un deterioro del ecosistema a tal grado que pone en peligro lasupervivencia del ser humano y todo lo que lo rodea.

-5-

Efecto de la R&circulaáón de Lixiviados en la Veloadad de Composteo

Capítulo 2

Definición del problema

-6-

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

2.1 Justificación

La presente investigación se justifica ampliamente, ya que se deben plantearestrategias que nos lleven a resolver el problema de la basura, no de maneratemporal, sino dando soluciones inmediatas y a mediano plazo que apoyenlas soluciones y estrategias a largo plazo.

La producción de lixiviados a partir de la materia orgánica, constituye uno delos principales problemas en los tiraderos de desechos. La oportunidad quese pretende explotar en el transcurso de esta investigación, es responder a iapregunta: ¿ Podemos darle un uso a dichos lixiviados para acelerar ladegradación de la materia orgánica? Si ésto es cierto, se podrán obtener dossoluciones: a) impedir que se contaminen los mantos acuíferos, y b) obtenerun producto útil ( composta ), rápidamente, y a cualquier nivel ( industrial,municipal y doméstico ) cuya aplicación será reducir el consumo defertilizantes para áreas verdes, lo cual es la meta de la presenteinvestigación.

2.2 Hipótesis

Dado que el lixiviado proveniente del proceso de composteo contienemicroorganismos y nutrientes apropiados para su desarrollo, se define lahipótesis como:

"Un proceso de composteo con recirculación de lixiviados se lleva a cabomás rápidamente que un proceso en el cual no se realice dicharecirculación".

2.3 Objetivo general

Determinar, mediante experimentación, si existe un incremento en lavelocidad de formación de composta cuando se recircula el lixiviadoproveniente de ésta, en un sistema aeróbico.

-7-

Efecto de ia Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

2.4 Objetivos específicos

2.4.1 Determinar la velocidad de biodegradación, mediante el análisis demateria orgánica, de muestras de desechos orgánicos a diferenteconcentración de lixiviados recirculados.

2.4.2 En base al objetivo anterior, determinar el incremento en la velocidadde biodegradación que se cree que existe a! recircular los lixiviadosprovenientes de las mismas muestras

2.4.3 Determinar la humedad presente en las muestras como factor decontrol del proceso.

2.4.4 Determinar la temperatura y el nivel de pH de las muestras comométodo indirecto de medición del avance de la biodegradación.

2.4.5 Realizar un balance de agua para comprobar si realmente, bajo lascondiciones climáticas de San Luis Potosí, existe una producción delixiviados a nivel "Relleno Sanitario".

2.4.6 Establecer las condiciones óptimas para realizar el proceso dadas lascondiciones climáticas de San Luis Potosí

2.4.7 Proponer una alternativa sustentabie de aprovechamiento de ioslixiviados producidos en los Rellenos Sanitarios.

-8-

Efecto de !a Racirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

Capítulo 3

-9-

Efecto de !a Recireulación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

3.1 Residuos Sólidos.

Las definiciones más sencillas, encontradas en el diccionario, dicen que labasura es la inmundicia y polvo que se recoge barriendo ( DiccionarioLarousse. 1994 ), o bien, todo objeto que ya no tiene uso, lo que presuponeun deseo de eliminarlo ya que no se le atribuye ningún valor paraconservarlo.Es posible que estas definiciones sean ciertas, pero resulta increíble queaparezcan en los diccionarios de 1994 dado que ya no explican a cienciacierta lo lejos que ha llegado este problema, el cual ha crecido por la falta deatención, planeación y educación por parte de la población en general. Espor ésto que se ha creado una definición un tanto más moralista, perotambién más adecuada a la situación actual en materia de basura. Estadefinición dice que "la basura es una enfermedad totalmente curable,provocada por e! mal hábito del hombre, basado en el desecho de elementosorgánicos e inorgánicos que, al combinarse, producen ácidos, olores fétidos,focos de infección y hasta muerte de seres vivos que deterioran al ambiente"(Juan Carlos Abarca, en la presentación " Problemática de la Basura",realizada en mayo de 1995 por los alumnos de la materia de Ecología yDesarrollo Sostenible-). Un problema que, con cierta educación y actitud,debería de convertirse en fuente de empleos, fuente de ingresos, y enescuela para generaciones venideras.Por otro lado, existe una definición de carácter más formal basada en laOrganización de Cooperación y Desarrollo Económico ( OCDE ), la cualespecifica que, a la materia depositada en los Rellenos Sanitarios se ledenomina Residuos Sólidos, es decir, aquellas materias primas generadasen las actividades de producción y consumo, que no han alcanzado un valoreconómico en el contexto en el que son producidas.!20]

Históricamente, el primer problema planteado por los Residuos Sólidos hasido e! de su eliminación. No debe sorprender que los mayores esfuerzos sehayan centrado sobre la eliminación de los Residuos Sólidos urbanos.Aunque su porcentaje en el total de Residuos Sólidos sea inferior al 10%[1°1,su presencia resulta más aparente y su proximidad más molesta pues gravitasobre cerca del 80% de la poblaciónn°], que hoy en día se concentra en losnúcleos urbanos.A decir verdad, nuestra sociedad - la misma cuya tecnología ha sido capazde enviar a los primeros hombres a la Luna y con ellos de situar también losprimeros Residuos Sólidos en nuestro satélite - ha dado, por el contrario, enla Tierra, una solución casi general al problema de eliminación que podemoscalificar de muy primitiva tecnológicamente: quitarse de la vista el problema,arrojando los residuos en las afueras de las ciudades, o bien, ocultarlo,enterrándolos.

-10-

Efecto de la Recireulaci6n de Lixiviados en la Velocidad d« Composteo

La circunstancia de que, debido a la concentración de la población y alaumento de los residuos, cada día resultará más difícil y más costoso apartarla vista de este problema, ha sido fundamentalmente la causa de que secontemplaran otras alternativas: la reducción previa de volumen portrituración o compactación y el aprovechamiento, cuya primera manifestaciónha sido la "composta".El segundo problema que ha afectado a los Residuos Sólidos ha sido el quese deriva de su posible efecto sobre el medio ambiente. Desde este punto devista, la diferencia fundamental entre los Residuos Sólidos y los otrosefluentes, líquidos o gaseosos, es lo que se podría denominar su irritantepermanencia en el lugar donde se depositan. De poco sirve esperarpasivamente a que el agua y el aire los dispersen. Para liberarse de ellos,habrá que adoptar una posición activa, una desición sobre la forma deeliminarlos.Allá donde los Residuos Sólidos se concentren, si no se toman medidas muyespecíficas de control, constituirán un foco de contaminación del aire, agua ysuelos - una auténtica sobrecarga ecológica - de carácter permanente eirreversible.

Es importante observar que la producción de residuos urbanos por habitanteaumenta exponencialmente con e! incremento del nivel de vida y que deacuerdo con el grado de desarrollo difieren en contenido: los países conmenor grado de desarollo tienen basuras más ricas en materias fermentablesy más pobres en materias comubustibles, metales y vidrio.Lo anterior se ejemplifica en la tabla 3.1

3.2 Rellenos Sanitarios

Enterrar la basura tomando en cuenta la preservación y bienestar del serhumano, ha llevado al mismo, a la implementación de una serie de criteriospara realizar dicha labor. Es así como se han denominado con e! nombretécnico de Rellenos Sanitarios, a aquellos lugares que reúnen ciertascaracterísticas geohidrológicas y operacionales para disponer la basura.Un Relleno Sanitario de Residuos Sólidos, desde el punto de vista de labiodegradación de sus componentes, puede ser considerado como unreactor heterogéneo por lotes, en varios estados de descomposición. Dada lanaturaleza heterogénea, se puede considerar un ecosistema en el cual lasespecies de asociaciones microbianas actúan sobre sustratos mezcladosmás que sobre sustratos aislados.I

-11-


Material

Metales

Vidrio

Ti o r rus ycenizasMateriasinertesMateriasfermentablesPapel y cartón

Trapos

Plásticos

Varios

Materiascombustibles

España

3.6

3.6

6.3

13.5

49.4

24.5

3.0

6.3

3.3

37.1

Inglaterra

10.7

10.6

19.7

41.0

19.5

32.9

2.7

1.3

2.6

39.5

Francia

4.2

5.1

33.3

42.6

15.0

33.0

4.0

1.7

3.7

42.4

EstadosUnidos

7.0

8.0

5.0

10.0

15.5

51.5

4.0

1.9

3.1

60.5

Canadá

9.5

9.9

22.5

31.9

0.4

50.7

3.9

0.3

13.2

68.1

Tabla 3.1 Composición porcentual de los residuos urbanos t1°l

3.3 Manejo de los Residuos Sólidos

La basura se compone hoy en día de papel, cartón, vidrio, plástico, metal,materia orgánica, control sanitario y varios. Todos estos materiales seencuentran mezclados afectándose unos a otros por sus características yreacciones químicas.La figura 3.1 muestra un esquema derivado de la consideración de loselementos que intervienen en el proceso de la producción y disposición de labasura.Este esquema muestra el ciclo tradicional que sigue la basura desde suproducción, principalmente en hogares, oficinas, comercios e industrias,entre otros, hasta su disposición final en tiraderos ya sea municipales oclandestinos. Es interesante observar la introducción adecuada que semuestra, de centros de acopio para el posterior reciclaje de desechos, cosaque en la Ciudad se hace en poca medida.

-12-

Efecto de la Recirculación de Lixiviados an la Velocidad de Composteo.

IProductores de Desechos

Reciclables ( Sistema de SeparacioiProductores de basura

MARCO

LEGAL

1r

t iRecolectores de Basura |

i r

1 Disposición Finai de 1la basura E

11 Pepenadores 1

'

\

Centros de Acopio

¡Acopladores mayoristas• 1 e Industriales

< Familia ( Ama de Casa)

Otros productores

Contenedores

Camiones

Camionetas de la Unión

Camionetas "Piratas"

Pepena Callejera

Pepenadores

Tiraderos Clandestinos

Tiradero Municipal

I

Acopladores

Industriales

IMPACTO ECONÓMICO

Figura 3.1 Proceso de producción y disposición de basura. Elaborado por e! Ing. Daniel

González Montano. Centro de Estudios Estratégicos, ITESM Campus San Luis Potosí.

-13-

Efecto de ia Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

3.4 Lixiviados. Problemática de ios Rellenos Sanitarios

Cuando la basura se desecha, depositada en la vía pública o entregada a lostrabajadores de limpia, pasará por varias manos y terminará siendorecuperada o simplemente enterrada. Los desechos que se reintroducen, a iaesfera de la producción como materia prima, son aquellos que por la vía de laseparación, acumulación y distribución son reciclados.Sin embargo, cuando la basura se dispone sin las debidas precauciones deseguridad, sus componentes inician un ciclo de transformaciones físicas,químicas y biológicas que resulta, a mediano y largo plazo, en contaminaciónambiental. Sustancias tóxicas que antes se encontraban en los desechos, sedisuelven en agua - ya sea de los mismos desechos tóxicos o de lluvia - y seconvierten en un flujo acuoso.Los Rellenos Sanitarios son el depósito de basura donde e! agua acidificada -por los procesos químicos, físicos y biológicos - se perecía a través de losdesechos disolviendo y arrastrando elementos y compuestos de los residuospara formar esta solución altamente contaminante conocida como lixiviado olechada. Estos lixiviados son generados como resultado de la percolación deagua u otro líquido a través de un desecho; es un líquido contaminado quecontiene materiales suspendidos o disueltos. En desechos municipales,metano, bióxido de carbono, amoniaco y ácido sulfúrico se disuelven en elagua y algunos reaccionan con ésta o con sustancias disueltas. Comoejemplo se muestra la siguiente reacción:

CO2 + H20 -> HC03

El ácido carbónico producido disolverá minerales de algunos desechos.

Otro tipo de reacciones son:

2 Na + 2 H2O -> 2 NaOH + H2 + calor

2 SO2 + O2 + 2 H2O -> H2S04

Aunque no se percole agua en el desecho, se espera generación de unpequeño volumen de líquido contaminado debido a las reacciones químicas ybiológicas. La concentraciones de los contaminantes en tal líquido es muyalta. La descomposición de desechos putrescibles puede descargar hasta 0.5in agua / ft de desecho. PlMás adelante, en la vida del Relleno Sanitario, se desarrollarán condicionesalcalinas que continuarán el mismo proceso. Cuando este líquido rebasa la

-14-

Electo de la Racirculagón de Lixiviados en la Velocidad d« Cofnposteo

capacidad del Relleno Sanitario, se escapa al ambiente en cantidades,concentraciones y direcciones impredecibles.Es importante destacar que la calidad y cantidad de lixiviado producido varíasegún las condiciones climáticas de la región, tales como humedad,precipitación pluvial, proximidad a los acuíferos, etc.La ruta de filtración de sustancias tóxicas, tiene efectos potencialmentedevastadores en ciertas áreas del planeta, sobre todo aquellas ubicadas enlos países en desarrollo debido a la carencia de un sistema de monitoreo ycontrol de éstas. Cuando falta un monitoreo adecuado y acciones preventivasy correctivas oportunas, la contaminación alcanza suelos utilizados para laproducción de alimentos o fuentes de agua potable, incorporándose al nuevociclo de consumo humano. Esto trae el consecuente aumento deenfermedades y mortalidad de la población. Este es el ciclo de la basura quese debe evitar a toda costa.El Relleno Sanitario contemporáneo requiere de un estudio detallado de suubicación, la instalación de una capa protectora impermeabilizante, tanto enel fondo del sitio como en la parte superior de él, así como un sistema derecolección y tratamiento de lechadas tóxicas, además de contar con uncontrol estricto de los desechos que entran para que los residuos industrialespeligrosos no tengan cabida bajo ninguna circustancia. Llevar a cabo loanterior es costoso y requiere de grandes inversiones.Los especialistas en la materia consideraban que es necesario diversificar lasestrategias de disposición permanente de los desechos, puesindependientemente del riesgo de contaminación implícito en los basureros,el espacio y la capacidad disponibles son limitados.La recirculación de lixiviados se promueve como tratamiento de los mismos.A través de la recirculación se reduce el DBO y DQO debido a laconcentración de la población microbiana capaz de biodegradar la materiaorgánica a tratar, mientras que la concentración de metales y cloro seincrementa. La recirculación reducirá el volumen de lixiviados debido a quese incrementará la evaporación y la absorción en el desecho.^

3.5 Composta.

La composta es el producto de la degradación microbiana de la materiaorgánica, generándose de esta manera una tierra negra, de olor a humedadcon nutrientes como: Ca, N, P, K, S, etc. I141De esta manera, el composteo puede ser definido como un método detratamiento de desechos sólidos, en el cual, los componentes orgánicos sonbiológicamente descompuestos, sobre condiciones controladas, a un estadoen el cual pueden ser manejados, almacenados y/o aplicados a la tierra sinefectos adversos al ambiente. Como materia orgánica se define a aquella

°\ 7 í> °! '"'U i ht ií ^>

-15-

Efecto de la Recircuiación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

cuyo origen es estrictamente biológico y es suceptible a ia degradaciónbiológica, [?]El término de descomposición biológica, distingue al composteo de otrostratamientos de desechos sólidos como pueden ser incineración, RellenosSanitarios, pirólisis, etc. Se entiende por tratamiento biológico ladescomposición rápida, pero parcial, de las materias orgánicas sólidashúmedas, mediante la acción de microorganismos aerobios o anaerobios encondiciones controladas.!1] Además, el composteo se distingue de los otrosmétodos, por la capacidad de reciclar los elementos naturales a lanaturaleza.!7]

Los principales objetivos del tratamiento bacteriológico son:MI

1. Estabilizar las materias orgánicas putrescibles.

2. Destruir todos los gérmenes patógenos y nocivos.

3. Conservar el nitrógeno, fósforo, potasa y materias orgánicas resistentesque se encuentran en las materias primas.

4. Conseguir un producto final uniforme y relativamente seco, libre de objetosmolestos y perjudiciales.

5. Realizar el proceso de forma higiénica, sin insectos, roedores ni olores ydel modo más barato y seguro posible.

La tabla 3.2 muestra la composición recomendada para utilizar la compostacomo abono

Parámetro

Materia orgánicaNitrógeno totalFósforo totalPotasa totalCal totalMagnesio totalOligoelementosHumedad máximapH

Composición porcentual

36.00 %0.550%0.300%0.240%7.000%0.015%diversos

30%6.8 %

Tabla 3.2 Composición ideal de la composta

-16-


3.5.1 Fundamentos del tratamiento bacteriológico M

El moderno tratamiento bacteriológico es un proceso bioquímico termofílicoque, mediante la aplicación de equipos y controles mecánicos, se realiza enmenos tiempo y con mayor eficacia que los antiguos procesos mesofíiicosanaerobios, relativamente lentos. La estabilización de las materias orgánicasen el moderno proceso de tratamiento bacteriológico lo realizan bacterias yotros microorganismos que consumen grandes volúmenes de oxígeno yproducen cantidades considerables de calor.Con relativa facilidad se mantienen temperaturas de cerca de 70 °C, quepueden destruir los gérmenes patógenos. Para la eficacia del tratamientoaerobio se han encontrado convenientes las siguientes condiciones:

1. Las materias primas deben tener una relación carbono-nitrógeno de 20-1aproximadamente, no deben tener deficiencia grave de elementosalimenticios fundamentales y deben de encontrarse dentro de unos valoresde pH normales ( de 5.5 a 8 ).

2. Los materiales se tienen que triturar y mezclar ( una trituración fina para eltratamiento bacteriológico mecánico y media o gruesa para el tratamientoen montones o sobre superficies ).

3. Durante todo el proceso hay que mantener la humedad en un 40 a 60 %

4. Hay que difundir aire en toda la masa del material sometido a tratamientopara que quede un exceso de oxígeno.

En el proceso básico de composteo, los organismos rompen la estructura dela materia orgánica biodegradable a otros componentes orgánicos mássimples y estables y dióxido de carbono. Estos organismos por sí mismosgeneran calor, mismo que si no es controlado puede inhibir el proceso.!5]El composteo de desechos sólidos municipales da como resultado unareducción de hasta el 50% en volumen y se consume cerca del 50% de masaorgánica, tomando como base el peso seco, con descargas de CO2 y aguaprincipalmente.La versatilidad del proceso de composteo se debe a la compleja microfauna,asociada originalmente con la materia prima, la cual prolifera durante elcomposteo, en un sistema metabólicamente diverso, capaz de degradartodos los materiales orgánicos. Por tanto, es más conveniente composteardos o más desechos diferentes mezclados, para así compensar losnutrientes necesarios para el crecimiento y reproducción de la microfauna.MComo todo proceso biológico, es escencial una población demicroorganismos para su funcionamiento. Así, la cantidad y composición de

-17-

Efecto de la Recirciilación de Lixiviados en !a Velocidad de Composteo.

población microbiana determina la velocidad y extensión de la actividad. Lapoblación microbiana debe consistir en microorganismos capaces de usarcomo nutriente e! material a ser composteado, de otra forma, el material debede ser de un tipo que sea asimilable por los microbios.t?lDebido a la naturaleza del proceso, las condiciones ambientales que afectancualquier acitividad biológica también lo afectan ayudándolo o retardándolo.Por ésto es que la tecnología aplicada debe favorecer estos factores.Sin embargo no siempre puede ser factible, económicamente hablando, eluso del equipo y procedimientos necesarios para proveer las condicionesóptimas.

3.5.2 Ventajas y desventajas del proceso de composteo !1i

Saber exactamente cuáles son las ventajas e inconvenientes de un métodode tratamiento que posee un considerable potencial no es sencillo, sinembargo, se ha valorado la experiencia con recientes investigaciones enEuropa y Estados Unidos y se han determinado las siguientes:

Ventajas:

1. El tratamiento bacteriológico es la única técnica operativa actual quepermite reutilizar los residuos orgánicos.

2. El tratamiento bacteriológico se puede usar para eliminar muchosresiduos industriales como ios de las fábricas de productos cárnicos,de las fábricas de papel, de las serrerías, de las fábricas de curtidos,de las ganaderías y de las fábricas de conservas, entre otros.

3. La separación de desechos orgánicos permite la recuperación demateriales reciclables como vidrio, cartón, aluminio, etc.

4. Una estación de tratamiento bacteriológico bien localizada, puedereducir los gastos de transporte de los residuos hasta el punto detratamiento.

5. El clima no afecta fuertemente las estaciones de tratamientobacteriológico, a excepción de las regiones en las que la precipitaciónpluvial es excesiva, pues las grandes lluvias sí perjudican a la mayoríade los tratamientos de esta clase que se realizan al aire libre.

6. El costo es más bajo que la mayoría de los sistemas físico-químicos.

-18-

Efecto de la Recireulaaón de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

7. Genera menos subproductos indeseables.

8. Se obtiene un producto potencialmente útil y de fácil venta.

Desventajas:

1. Aparentemente los gastos de instalación y explotación sonrelativamente elevados.

2. No está claro todavía si el producto final tiene salida y el empleoestacional de este producto puede exigir procedimientos especialespara su comercialización o almacenamiento al aire libre.

3. No es fácil encontrar personal preparado para trabajar en estaciones detratamiento bacteriológico.

4. Es necesario efectuar una separación previa de los materiales que noson degradables, debido a que sólo el material orgánico es apto,trabajo que hasta ahora poca gente hace.

5. Se tiene el paradigma que las instalaciones de tratamiento de residuosde cualquier tipo causan molestias.

6. El proceso es más lento en comparación con los sistemas físico-químicos.

3.5.3 Clasificación de los métodos de composteo

Existen tres clasificaciones de los métodos de composteo dependiendo delas condiciones de:

a) Nivel de aireaciónb) Temperaturac) Tecnología.

3.5.3.1 Nivel de aireación I1!

Son dos los tipos generales de descomposición biológica de acuerdo al nivelde aireación:

-19-

Electo de la Recireulacion de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

Descomposición aerobia: Es aquel proceso en el cual la descomposición seefectúa en presencia de oxígeno ( aire ). Es eficaz y rápida. Las materiasorgánicas se oxidan, convirtiéndose principalmente en minerales, humus,anhídrido carbónico y agua. El proceso aerobio no produce malos oloresdebido a que los intermediarios formados se oxidan. Además, requiere unconsiderable espacio, sin embargo es el tratamiento más empleadoactualmente. La reacción que se ¡leva a cabo es la siguiente:

CHoO + O, HoO + CO5

Descomposición anaerobia: Es el proceso en el cual se prescinde deloxígeno para la descomposición. Es menos eficaz y más lenta. Las materiasorgánicas se reducen y se convierten en minerales, humus, metano yanhídrido carbónico. Este proceso es similar a la digestión de fangos en eltratamiento de aguas negras, y si no se controla bien produce oloresdesagradables por e! desprendimiento de sulfures y mercaptanos. El manejoy espacio requerido son menores que en el proceso aeróbico. La reaccióninvolucrada e el proceso es la siguiente:

2 ¡CH2O } -> CO2 + CH4

No existe diferencia entre los productos obtenidos por medio de ambas. En elcomposteo, los desechos se mantienen en estado sólido y en ambas seobtiene un producto estable.

3.5.3.2 Temperatura I11

La base para la clasificación es, que la energía calorífica responsable para laelevación de la temperatura puede ser alterada por procesos externos. Enbase a la temperatura se distinguen tres tipos de descomposición:

Mesofíl/co: Es el término usado para describir a aquellos organismos paralos cuales la temperatura óptima se encuentra en el rango de 8 a 50 DC. Ladescomposición mesofílica se produce abundantemente en la naturaleza. Enella se libera el calor por descomposición aerobia y oxidante.

Termofílico: Es el término usado para describir a aquellos organismos paralos cuales la temperatura óptima se encuentra de los 50 °C en adelante. Esproducida por la acción de microorganismos "amigos dei calor " comobacterias, actinomicetos y hongos. La energía producida por el tratamientobacteriológico aerobio es suficiente, si las condiciones son correctas, paracalentar la masa de residuos a las altas temperaturas requeridas.

-20-

Electo de la Recirculacion de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

Psicrófilo: Es el término usado para describir a aquellos organismos para loscuales la temperatura óptima se encuentra por debajo de los 8 °C.

La tabla 3.3 muestra las temperaturas mínimas, óptimas y máximas para lasbacterias termofílicas, mesófilicas y psicrofílicas.

Bacterias

Termofílicas

Mesófilicas

Psicrofílicas

Mínimo

25-45 °C77-11 3 °F15-25 °C59-77 °F

0°C32 °F

Óptimo

50-55 °C122-131 °F25-40 °C77-1 04 °F4-10 °C39-50 °F

Máximo

85 °C185°43 °C109°F30 °C86 °F

Tabla 3.3 Rangos de temperatura de actividad bacteriana

Una razón importante para la sucesión normal de mesofílico a termofílico esque la temperatura, en un composteo aeróbico, inevitablemente alcanza elnivel termofílico a menos que se tomen las medidas preventivas para evitarlo.

3.5.3.3 Tecnología Hl

En base al manejo que se le dan a los residuos se tienen dos gruposclasificados como:

Composteo mecánico: Involucra el uso de unidades mecánicas, cerradas,que proveen el control de los parámetros ambientales

Composteo abierto: Implica que la materia prima se amontone en pilas enlas cuales se lleva a cabo el proceso.

3.6 Principales grupos microbiológicos y sus roles.

Muchos residuos, como por ejemplo las basuras, los fangos de alcantarillas,el estiércol y los residuos vegetales mixtos, contienen normalmente muchostipos de bacterias, actinomicetos y hongos. Las investigaciones realizadas

-21-

Eteclo de la ñecireulacton de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

indican que ningún cultivo puro de microorganismos se puede comparar conun cultivo mixto en el tratamiento bacteriológico aerobio de residuosorgánicos. Se cree que en éste intervienen muchos tipos demicroorganismos, los cuales se multiplican rápidamente si encuentran unmedio ambiente adecuado para ellos. La temperatura, la humedad, laaireación, el pH y el tipo de alimento tienen que encontrarse dentro de loslímites adecuados para que el medio sea el más favorable para que losmicroorganismos se multipliquen.Los estudios realizados indican que no son necesarios "iniciadores", ya quelos microorganismos, por sí mismos, efectúan la degradación completa de lamateria orgánica y que si las condiciones no son buenas, losmicroorganismos no se desarrollan ni multiplican.A continuación se da una breve explicación de la acción de losmicroorganismos principales ( bacterias, actinomicetos y hongos ) sobre ladescomposición de la materia orgánica.

Las bacterias son responsables del 80 a 90 % del proceso del composteo.Son las responsables del rompimiento inicial de la materia orgánica y,durante el proceso, de gran parte de la energía calorífica descargada en lamasa composteada. También una amplia variedad de componentes sondegradados por bacterias; proteínas complejas y carbohidratos son reducidosa azúcares simples y aminoácidos.Se ha encontrado que en basuras domésticas, aguas cloacales yexcrementos contienen naturalmente un gran número de bacterias. Labasura doméstica contiene aproximadamente 103 - 105 bacterias por gramo.[19]

Los actinomicetos se han clasificado como "altas" formas de energía. Sinembargo, de acuerdo con Hesseltine t7! se clasifican como un tipo separadodebido a que tienen las suficientes características propias que los diferenciande las bacterias y hongos.

En tanto es cierto que algunas clases de hongos y actinomicetoscolectivamente pueden utilizar gran cantidad de sustratos, éstos no aparecenen número visiblemente aparente hasta que el proceso está muy avanzado.Especies de actinomicetos como Micromonospra, Streptomyces yActinomyces, pueden ser encontrados regularmente en el material orgánico.La presencia de actinomicetos puede ser rápidamente detectada por el olor yapariencia de la composta. En condiciones favorables, el material empieza aadquirir un olor a tierra; este olor empieza a ser más fuerte con el tiempo. Esprobable, también, que aparezca un olor a pescado mientras el proceso seencuentre en fase mesofílica.La evidencia visual de la presencia de actinomicetos se presenta hasta elfinal del proceso. Aparecen unos filamentos de color de azul-gris a verde

-22-

Electo de la Recireulaaon <te lixiviado» »n la Velocidad de Composteo.

claro en las capas superiores de la composta ( 10 a 15 cm ). Sin embargo,esta zona no está constituida únicamente por actinomicetos, también tieneuna mayor o menor concentración de hongos alternados con los primeros.Obviamente, la evidencia visual de la presencia de actinomicetos no ocurreen el método mecánico debido a la acción del mezclado en el digestor.Los actinomicetos ejercen su gran efecto en la celulosa y los componenteslignáceos de la materia. Así, el papel, el cual ha sido afectado muy pocopreviamente, es rápidamente desintegrado. Consecuentemente, comofuentes de energía utilizan ácidos orgánicos, azúcares, almidones,hemicelulosas, celulosa, proteínas, polipéptidos, aminoácidos y un grannúmero de componentes orgánicos. De acuerdo con Waksman í7!, algunasespecies pueden descomponer lignina y taninos, entre otros.La presencia de hongos comienza a ser obvia al mismo tiempo que losactinomicetos, y en la misma zona. Los principales tipos encontrados en laliteratura son Chaetomium thermophile, Humicola languinosa, Talarmycesdupontii, Aspergillus fumigatus, Mycogone nigra, Botryosporium sp., yStactybotrys sp. El efecto de la actividad por hongos en la composta es muyparecida a la de los actinomicetos ya que tienen la misma versatilidad conrespecto a la utilización de fuentes de nutrientes.La similitud entre ambos (utilización del sustrato, fase de aparición y tamaño),dificultan su estudio por separado.

Existen dos factores limitantes para el desarrollo apropiado de todas estasformas de vida: una excesivamente alta temperatura y una inadecuadaaireación.Una alta temperatura provoca que los actinomicetos y los hongos mueran, yla falta de oxígeno en las capas inferiores de la pila no permite la apariciónde éstos, debido a que son organismos totalmente aeróbicos.

3.7 Fases en e! proceso de composteo t1°l

El composteo es una sucesión de poblaciones microbianas invariablementepresentes en los desechos orgánicos. La sucesión comienza con losmicroorganismos "residentes" capaces de utilzar nutrientes e inmediatamentecomenzar a proliferarse. Debido a la actividad de este grupo, las condicionesse vuelven favorables para otro tipo de microorganismos.Graficando el efecto de la sucesión del contenido total de bacterias resultauna gráfica semejante a la curva del crecimiento microbiano ( Figura 3.2 ).

Juzgando por el comportamiento de la curva, el composteo se puede dividiren tres etapas llamadas: A) Fase inicial (LAG), B) y C) Fase activa(exponencial y Plateau) y D) Fase de maduración ( declinación ). En la

-23-

Efecto de la Recireuladon de Lixiviado» en la Vetoodad de Composteo.

práctica, esta progresión de fases se manifiesta por una elevación y caídade temperatura en la masa.El curso del proceso en todos sus aspectos y las características de susproductos son determinadas por factores ambientales a los cuales estáexpuesto, por parámetros operacionales y por la tecnología empleada. Unadesviación abrupta en cualquier fase se puede traducir en un malfuncionamiento.

05*t_O)o03JD

0)-aov_Q)E

•ooE"^03D)O

t

D

Tiempo

Figura 3.2 Crecimiento microbiano 11°]

A continuación se detalla cada una de las tres fases:

1) Fase inicial:

La fase inicial comienza tan pronto las condiciones del proceso sonestablecidas. Es un periodo de adaptación de los microbioscaracterísticamente presentes en el desecho. Los microbios comienzan aproliferarse utilizando azúcares, almidones, celulosas simples yaminoácidos presentes ( compuestos de bajo peso molecular). Comienzael rompimiento de materia a sustancias más simples. Se ha identificadoespecies de pseudomonas principalmente entre numerosos tipos debacterias.

-24-

Electo de la Recirculaaon de Lixiviados en la Vekxadad de Composteo.

El periodo inicial es muy breve cuando se encuentran involucradosmateriales altamente putrescibles y/o hierbas y un poco más largo cuandose mezclan desechos sólidos municipales con madera.Las reacciones exotérmicas asociadas a esta actividad metabólicaprovocan que la temperatura aumente del valor ambiental a 40-45 °C.

2) Fase activa:

La transición de la fase inicial a la activa es marcada por un crecimientoexponencial en la población microbiana y correspode a un incremento enla actividad. Esta actividad se manifiesta por una precipitada eininterrumpida elevación de la temperatura en la masa composteada. Laelevación continua hasta que la concentración de materia de fácildescomposición es suficiente para soportar la expansión microbiana y laintensa actividad. Se ha observado que la temperatura puede alcanzarvalores de 70 °C ó más.La actividad permanece en este nivel hasta que los nutrientes de fácildescomposición empiezan a escasear. Este periodo corresponde a la fasePlateau del crecimiento microbiano y puede ser tan breve que dure 5 ó 6días o, si la concentración de material resistente es alta, tan larga que durede 2 a 5 semanas.La duración de la fase completa ( crecimiento exponencial y fase Plateau )varía con el sustrato y con las condiciones ambientales y de operación.De igual manera que en la fase inicial, cualquier desviación no prevista enla temperatura requiere de atención inmediata. Estas desviaciones puedendeberse a un suministro insuficiente de oxígeno o exceso de humedad,pero en cuanto la temperatura disminuye ocurre una reinvasiónmicrobiana.

c) Fase de maduración:

laEventualmente, la materia de fácil descomposición se agota, ymaduración comienza.En la fase de maduración, la proporción del material resistente y lapoblación microbiana correspondiente decrece. La temperatura tambiéndecrece hasta alcanzar la temperatura ambiente. El tiempo involucrado enla maduración es una función del sustrato y las condiciones ambientales yoperacionales y puede ser tan breve como unas semanas o tan largocomo un año o dos.

-25-


3.8 Factores ambientales y condiciones físicas que afectan ei proceso.

Los factores ambientales pueden ser agrupados en cuatro clases: físicos,químicos, biológicos y nutricionales. Algunos pueden ser una combinación dedos clases; como ejemplo, el sustrato puede ser clasificado como químico ynutricional.Entre éstos podemos encontrar el sustrato, el tamaño de partícula, ladisponibilidad de oxígeno, el contenido de humedad, la temperatura, el nivelde pH, la porosidad, la permeabilidad, los factores climáticos ehidrogeológicos y la precipitación pluvial.En esta sección se pretende dar una amplia explicación de estos factores enel desarrollo de las poblaciones microbianas y por tanto, en el proceso decomposteo.

3.8.1 Nutrientes y sustrato

El composteo es un proceso de conversión de desechos extremadamenteversátil al cual pueden ser adaptados una amplia gama de desechos sólidoso semisólidos. El proceso, por si mismo, debe su versatilidad en gran medidaa !a compleja microfauna, originalmente asociada con ia fuente de material,la cual prolifera durante el composteo en un sistema metabólicamentediverso y capaz de biodegradar los materiales orgánicos.WLos términos "sustrato" y "suministro de nutrientes" son sinónimos debido aque el sustrato es la fuente de nutrientes.En el composteo de desechos municipales, la fracción orgánica ( originadabiológicamente ) del desecho constituye el sustrato. Si se hace laespecificación "originada biológicamente" se puede eliminar los desechossintéticos, lo cual tiene un significado muy práctico pues se descartanmuchos tipos de plásticos. Los desechos de origen biológico difieren de losdesechos orgánicos sintéticos por sus estructura y arreglo molecular. Comoejemplos de desechos orgánicos de origen biológico, se tiene la madera, elpapel y los desechos alimenticios. Los plásticos, son un ejemplo demateriales orgánicos sintéticos.^10]El sustrato puede ser tratado como un factor ambiental debido a que esextrínseco a la población microbiana e influye en la extensión y velocidad dela actividad microbiana.Existen dos factores importantes en la determinación del balance adecuadode nutrientes: (1) La composición elemental de la masa celular microbiana y(2) el metabolismo microbiano. Para que los microorganismos crezcan y sereproduzcan deben tener acceso a un suministro de elementos los cualescomponen su materia celular. Se requiere además de otros elementos los

-26-


cuales participan en las actividades metabólicas de los microorganismospues sirven de fuente de energía o como constituyente enzimático, pero nonecesariamente incrementan ia masa celular. La velocidad de producción decomposta queda determinada por la facilidad que tengan losmicroorganismos de obtener los nutrientes necesarios para su desarrollo.!7]En la idealidad, los desechos contienen todos los nutrientes necesarios, sinembargo, en la práctica, muchas veces es necesario añadir un nutrientequímico para remediar alguna deficiencia nutricional.

3.8.1.1 Elementos químicos:

La mayor aportación de nutrientes se debe a la presencia de carbón (C).nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K), por ésto, estos elementos sonllamados macronutrientes y se encuentran en cantidades de gramos omiligramos por litro. Cerca del 50% de la masa celular consiste en carbono ydel 2 ó 3 a 8 % es nitrógeno. El potasio se encuentra presente en sólo unafracción del porcentaje. El porcentaje restante de la masa celular loconstituyen el hidrógeno y el oxígeno en forma de agua. La mayor parte de laestructura de la masa celular tiene la fórmula básica CH2O Í7l. Entre loselementos usados en menores cantidades ( micronutrientes o trazas ) seencuentran el cobalto (Co), manganeso (Mn), magnesio (Mg) y cobre (Cu) ypueden ser medidos en cantidades de microgramos por litro. El calcio (Ca) sepuede clasificar como macro y micronutriente.

Macronu trien tes:

1. Carbón: El carbón es oxidado (respirado) para producir energía ymetabolizado para sintetizar los componentes celulares. La figura 3.3muestra el ciclo que sigue el carbono. En él los desechos estánrepresentados por los compuestos orgánicos complejos.

2. Nitrógeno: El nitrógeno es un componente importante del protoplasma,proteínas y aminoácidos. Un organismo no es capaz de crecer ymultiplicarse en ausencia de nitrógeno en una forma accesible para él.Aunque los microorganismos pueden continuar su actividad sin unafuente de nitrógeno, la actividad disminuye con el crecimiento y por últimomueren. La figura 3.4 muestra el ciclo del nitrógeno

3. Fósforo: Se encuentra involucrado en el almacenaje de energía y en lasíntesis del protoplasma.

4. Calcio: El principal uso del calcio es como amortiguador del pH.

-27-

Efecto de la Recireulaaon de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

Metabolismo

Anaerobio

Figura 3.3 Ciclo del carbono.

Las respectivas cantidades de elementos requeridas varían una de otra conuna razón constante, en otras palabras, se requiere de un balance. Estebalance se convierte en factor limitante cuando uno o más elementosnutrientes están presentes en menor concentración que la necesaria para undesarrollo adecuado de los microorganismos.

3.8.1.2 Disponibilidad de nutrientes

Un aspecto de la nutrición es que la mera presencia de un elemento nutrienteen un sustrato no basta. Para ser utilizado, el elemento debe encontrarse enuna forma que pueda ser asimilada por el microorganismo. En otraspalabras, el elemento debe ser "disponible" para eí organismo. Este conceptose aplica a azúcares y almidones, los cuales son rápidamentedescompuestos,La disponibilidad para un microorganismo es función de la capacidadenzimática de éste. Así, miembros de ciertos grupos de microbios tienen unacapacidad enzimática compleja que los permite atacar, degradar y utilizar lamateria orgánica presente en el desecho. Los grupos que carecen de estacapacidad, pueden utilizar como fuente de nutrientes solamente los

-28-


productos de descomposición ( intermediarios ) producidos por losorganismos dotados enzimáticamente. Esta restricción hace que exista unasucesión de grupos de microorganismos. En esta sucesión, los primerosgrupos "preparan" el camino para su sucesor. En este contexto, la sucesiónno necesariamente implica que los organismos "aparezcan y desaparezcan"en series, por el contrario, la mayoría de los grupos persisten durante elproceso. Sin embargo, algunos grupos persistentes pueden ser menospredominantes en la actividad general.Ciertas sustancias orgánicas no son fácilmente descompuestas por losmicroorganismos que tienen la capacidad enzimáíica compleja.Estos materiales resistentes son degradados lentamente aún y cuando semantengan las condiciones óptimas. Ejemplos de estas sustancias son lalignina y chitina. La lignina es el principa! componente de la madera y lachitina es un constituyente importante de plumas de aves y esqueletos depescado.El nitrógeno se encuentra fácilmente disponible cuando está en forma deproteínas, péptidos y aminoácidos. De otra manera, debido a la resistencia alataque de las moléculas de chitina y lignina, las pequeñas cantidades denitrógeno en ellas es descargada muy lentamente.

-29-

Eteclo de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

Nitrógeno

(atmosférico )

Desnitrificación

Reducción de nitratos a nitrógenogaseoso por bacterias, como

Pseudomonas)

Formación de nitratos

l nrtnlicacion \

Los nitritos se oxidan a nitratos porNitrobacter

El nitrato sirve de alimento alas plantas

Formación de nitritos

El amoniaco es oxidado a nitrito porlas Nitrosomonas

Formación de amoniaco

( amonificacion )

Desanimación de aminoácidoscausada por muchos

microrganismos: el amoniaco esuno de los productos finales de

este proceso

Muchas espeoesheterotrolas reajcennitratos a amoniacopasando por minios

Los microorganismos utilizanamoniaco como tuente de

nitrógeno y sintetizan proteínascelulares

Fijación del nitrógeno

El nitrógeno atmosférico lo lijanmuhos microorganismos como

Rhizobium, Clostndium.Azolobacter. etc

Formación de nitrógenoorgánico

El nitrógeno "fi|o" usado por lasplantas convierte en proteínas

vegetales las plantas consumidaspor los animales se transforman en

proteínas animales etc

INitrógeno orgánico del

suelo.

Los productos de excreción animal.animales muertos y tejidos

vegetales, son depositados en elsuelo

( Basura )

iDegradación del nitrógeno

orgánico

Las proteínas, ácidos nucleicos.etc.. son atacados por gran vanedad

de microorganismos, ladegradación completa produce

mezclas de aminoácidos

Figura 3.4 Ciclo del nitrógeno I

3.8.1.3 Relación carbono-nitrógeno

La razón carbono-nitrógeno (C/N) es el factor nutricional más importante detodos. La experiencia muestra que la mayoría de los desechos orgánicoscontienen los nutrientes restantes en cantidades suficientes para llevar acabo el composteo. Los organismos vivientes requieren de carbonodisponible como fuente de energía y necesitan nitrógeno para sintetizar el

-30-

Electo de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

protoplasma. Se considera que dos tercios del carbón consumido seconvierten en CO2 mientras el otro tercio se combina con el nitrógeno comonutriente I7!. Sin embargo, si el exceso de carbono sobre el nitrógeno es muygrande, la actividad biológica disminuye.En el proceso de composteo esta descompensación se puede manifestar porun tiempo excesivamente largo para completar el proceso, pues se requierenalgunos ciclos de vida para reducir la razón C/N a un nivel estable. Con lamuerte de los microbios, el nitrógeno y carbono fijados se convierten enelementos disponibles, pero su utilización requiere, una vez más, de quemaruna fracción a CO2. Así la cantidad de carbono es reducida por unaconversión parcial a CO2 mientras el nitrógeno es únicamente reciclado.Por otro lado, el exceso de nitrógeno puede ser eliminado en forma deamoniaco en tanto exista la cantidad de carbono suficiente para proveer deenergía al proceso de síntesis de protoplasma. [211 Si el exceso de nitrógenoes demasiado grande. ( baja relación C/N ) se puede formar amoniaco encantidades suficientes para causar toxicidad a las poblaciones microbianas.Si el material ha sido dispuesto debajo del suelo, el exceso de amoniaco estóxico para raíces y plantas grandes con las cuales está en contacto. Encondiciones anaeróbicas, un exceso de carbón puede promover la formaciónde ácidos y eventualmente matar a los microorganismos, pero en esteproceso son menos dramáticos los resultados manifestándose como unainhibición de la actividad microbiana. La formación de amoniaco es elresultado de la falla de los microorganismos para utilizar el nitrógenodescargado por el rompimiento de componentes nitrogenados en la síntesisde nuevo material celular. Un exceso de nitrógeno en forma de NH4+ o NH3

puede ser incorporado al metabolismo de proteínas. Las proteínas soncolecciones de aminoácidos con el grupo amirio —NH4. Generalmente losaminoácidos son sujetos a reacciones bioquímicas por las cuales losmicroorganismos los asimilan.El valor ideal de la razón C/N es de 20 a 25 partes de carbono disponible a 1de nitrógeno ( 20/1 o simplemente 20 ). Si los desechos tienen granporcentaje de papel o madera se permite un valor de 35 a 40. La tabla 3.4muestra los valores para algunos tipos de materia orgánica.Es importante resaltar que los valores numéricos de esta tabla no sonconstantes, es decir, materiales de la misma fuente varían en composicióndía con día. Por ejemplo, la relación C/N del abono es una función de la dietadel animal del cual se obtuvo, de igual manera los lodos provenientes deltratamiento de aguas pueden variar de región a región en tamaño ynaturaleza.Una relación C/N más grande que 30/1 puede disminuir la velocidad delproceso. Una relación C/N que es más baja de 15/1 se traduce en pérdidasde nitrógeno como NH4-N teniendo como consecuencia una elevación en latemperatura o pH por encima de 7 (8 ó 9 comúnmente). En el primer caso esconveniente adicionar un desecho rico en nitrógeno para compensar el valor

-31-

Electo do la Rocirculaaón de Lixiviados en la Velocidad de Compostoo.

de C/N y en el segundo caso se debe adicionar un desecho rico en carbono.Algunos ejemplos de materiales ricos en nitrógeno son la hierba, vegetaciónverde, desechos alimenticios, lodos y fertilizantes químicos. Ejemplos dedesechos ricos en carbono son el heno, hojas secas, papel y huesos decarne, pero estas fuentes pueden contribuir solamente en una extensiónlimitada debido a que el carbono de ellas es degradado lentamente.

Material

MaízFrutasCascara de arrozVegetalesAves (asadas)Abono de ganadoAbono de caballoBasura orgánicaPapelHojasHierbaLodos

% nitrógeno(peso seco)

0.4-0.80.9-2.60.0-0.42.5-4.01.6-3.91.5-4.21.4-2.31.9-2.9

0.2-0.250.5-1.32.0-6.02.0-6.9

C/N( peso/peso)

56-12320-49

113-112011-1312-1511-3022-5014-16

127-17840-809-255-16

% humedad(peso húmedo)

9-1862-887-12

*

22-4667-8759-79

6918-20

*

*

72-84

Tabla 3.4 Porcentaje de N, C/N, y humedad de algunos materiales I10)* Datos no reportados

3.8.2 Tamaño de partícula

Los residuos que se recogen en las ciudades son demasiado gruesos eirregulares para responder bien al tratamiento bacteriológico, por lo que setienen que triturar por lo menos una vez, tal vez dos. Con la trituración seconsiguen varias cosas:1. Aumentar la superficie disponible para el ataque de los miroorganismos.2. Mezclar los residuos para que formen una masa más homogénea.3. Destruir la estructura celular, dejar ubres los fluidos y, en general,

predisponer más los materiales a la descomposición.

Sin embargo, la trituración disminuye la permeabilidad de ¡a masa, queresulta más difícil de airear mientras más fina es la trituración. La finura detrituración de los materiales depende del tipo de proceso de descomposición

-32-

Efecto da la Recirculación de Lixiviados en la Vekxadad de Composteo

microbiológica que se utilice. Para tratamientos mecanizados con agitaciónconstante o intermitente se recomienda una trituración fina; si se utiliza aire apresión se recomienda una trituración media, y para el tratamiento enmontones o en recipientes se recomienda una trituración gruesa, si no seutiliza aire a presión y solamente depende de la ventilación natural o devoltear los residuos para airearlos. Incluso con una trituración gruesa, ladifusión natural del oxígeno en los montones es mucho más lenta de lo quelos microorganismos necesitan, por lo que la velocidad de descomposicióndisminuye. I1)Teóricamente a un menor tamaño de partícula es más rápido el ataquemicrobiano. En la práctica, sin embargo, existe un tamaño mínimo por debajodel cual es excesivamente difícil mantener una porosidad adecuada en unamasa composteada y con el cual se tiene la mayor actividad biológica ymayor habilidad para la retención de humedad ( DeWalle, et al., 1978;Fungaroli 1979). Sin embargo, Buivid ( 1980) reportó resultados contrarios. Amedida que la relación área superficial a masa es más alta, se tiene máselevada velocidad de descomposición. Esta relación es importante en el casode Residuos Sólidos municipales, más no en el caso de residuos altamenteputrescibles o residuos alimenticios I231. Sin embargo, ninguno de losresultados de estos estudios son claramente concisos, debido, en primerainstancia al gran número de variables involucradas en las mismasinvestigaciones !24LEl tamaño óptimo es una función de la naturaleza física del material dedesecho; con materiales rígidos o difícilmente compactables tales comodesechos fibrosos, huesos animales y huesos de frutas, el tamaño adecuadoes de 1/2 in ( 13 mm ) a 2 in ( 50 mm); el tamaño de partícula de las partesmás grandes de plantas verdes frescas tales como desechos vegetales,frutas y césped no deberá ser menor de 2 in ( 50 mm ). I1°]

3.8.3 Demanda de oxígeno

El oxígeno es un elemento clave en la respiración y actividad metabólica delos microorganismos. Si se interrumpe el suministro de oxígeno, el procesose volverá anaeróbico y se producirán intermediarios reducidos, los cualesgeneran malos olores.Los microbios involucrados en el proceso del composteo obtienen el oxígenodel aire con el cual están en contacto. Consecuentemente, el aire debe serreemplazado continuamente.Por conveniencia, la cantidad de oxígeno requerido por los microbios esllamado "demanda de oxígeno".Se han hecho intentos para establecer un valor numérico aplicable para lavelocidad de suministro de oxígeno y poder usarlo como un parámetro de

-33-

Efecto de ia Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

diseño, pero estos intentos han fracasado. La razón de este fracaso es lavariabilidad de los factores clave que influencian la demanda de oxígeno,factores tales como la temperatura, humedad, tamaño de la poblaciónbacteriana y disponibilidad de nutrientes. Por ésto, la determinación de lacantidad de aireación que llevaría a una demanda específica añade otro nivelde complejidad al proceso.La variabilidad de la demanda de oxígeno se demuestra por los diversosresultados reportados en la literatura. Uno de los reportes más antiguosreporta una demanda de 1 mg/g de materia volátil a 30 °C a 5 mg/g a 63 °Cen un material dentro de un sistema cerrado en un reactor; se midió elinfluente y efluente de oxígeno [27] Más tarde, en otro estudio, Chrometskat26!, observó que los requerimentos de oxígeno iban de 9 mm3/g h (paracomposta madura) a 284 mm3/g h (en materia prima). La composta de 7 díasdemandó 176 mm3/g h. Lossin t28! reportó que la demanda de oxígenopromedio estaba en el rango de casi 900 mg/g en el primer día, y cerca delos 325 mg/g después de 24 días. En una revisión de la descomposicón de lacelulosa, Regan y Jeris t29! observaron que la demanda de oxígeno era lamínima ( 1.0 mg oxígeno/ g materia volátil por hora ) cuando la temperaturade la masa era de 30 °C y la humedad de 45% y máxima ( 13.6 mg/g demateria volátil por hora ) cuando la temperatura era de 45 °C y la humedaddel 56%.Para obtener una estimación aproximada de la cantidad de oxígenonecesario, se sugiere hacer un análisis de carbón total y hacer el cálculorespectivo considerando un exceso de aire.Un método efectivo para controlar la demanda de oxígeno es la detección deolores. La emanación de olores putrefactos de una composta es un indicadorde que está pasando al estado anaeróbico. La intensidad de los olores esuna extensión de la anaerobiosis. Los olores desaparecen cuando seincrementa el flujo de aire en un digestor o se hace un volteo en !a pila. Sinembargo, éste es un método posterior a la condición anaeróbica t7L

3.8.4 Grado de compactación J19)

Con un aumento en la compactación disminuye el espacio poroso dentro delas capas de residuos y disminuye la permeabilidad de los fluidos presentes.Una elevada compactación evita la entrada de aire, favoreciendo lascondiciones anaerobias. Como la compactación afecta las propiedadesestructurales del medio, también lo hace en el transporte de la masa y en lassuperficies de contacto.La elevada compactación inicial o posterior, puede restringir el movimiento dehumedad y nutrientes a través de la masa de residuos, es decir, incrementar

-34-

Eteclo de la Recirculaaón de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

la densidad del material decrementa la disponibilidad de humedad enalgunas partes reduciendo la velocidad de bioconversión.

3.8.5 Porosidad Í191

La porosidad es un factor que se ve afectado por la compactación.Proporciona una idea de la cantidad de oxígeno presente y afecta las rutasque seguirá la humedad y los gases.El volumen interespacial es determinado por el tamaño de las partículasindividuales, la configuración de estas partículas y la distancia a la cual laspartículas mantienen su respectiva configuración.El mantenimiento de la configuración depende de la fuerza estructural decada partícula, por ejemplo, la resistencia a la deformación.En los residuos se conserva cierta porosidad natural o inherente a loscomponentes que el efecto de la compactación no logra modificar. El arreglo,forma y tamaño de los residuos afecta la porosidad. Es de especial interés laporosidad cercana a las estructuras biodegradables de tal manera que lepermitan satisfacer a los microorganismos, sus requerimientos vitales paraefectuar el proceso de biodegradación.

3.8.6 Permeabilidad!19]

La permeabilidad afecta el transporte de fluidos y disminuye con lacompactación, por lo que es un parámetro importante para la biodegradación.La permeabilidad se ve afectada por el tamaño de partícula y el tipo decubierta. Cuando existe elevada entrada de aire se favorecen las condicionesaerobias. Se ha comprobado que la entrada de aire en periodos de altapresión atmosférica es menor a 1 m de profundidad en Rellenos Sanitariosbien compactados. Í25l

3.8.7 Temperatura

Los experimentos realizados anteriormente I1] indican que en las fasesiniciales o acidas de la descomposición en las que los hidratos de carbonosencillos como azúcares y almidones se descomponen, la temperaturaóptima es de unos 95 °F (unos 35 °C ), pero si se calienta artificialmente lamasa de residuos en tratamiento por encima de esta temperatura, lavelocidad de digestión disminuye. Esta fase puede durar de medio día a undía completo en el tratamiento mecanizado rápido. En la descomposición

-35-


más lenta en montones, la digestión puede durar de dos a siete días, segúne! grado de control de oxígeno, humedad y temperatura.Durante el proceso de composteo, la temperatura en la masa se elevacuando la velocidad de producción de calor por la actividad aeróbica de losmicroorganismos excede a la velocidad de pérdida al ambiente externo, y latemperatura cae cuando ocurre lo opuesto.Las temperaturas óptimas de las fases activa y de maduración del proceso,en las que las proteínas y otras materias nitrogenadas se descomponen, sonde 140 a 150 ° F ( de 60 a 65 ° C ) y hasta que no bajan estas temperaturas yno acaba el proceso activo, e! número de actinomicetos y hongos noaumenta, y representa un papel eficaz en la descomposición de los hidratosde carbono más complejos, como la celulosa, por ejemplo.Para entender los factores que gobiernan los cambios de temperatura en lacomposta, también es necesario entender el rol de los factores físicos talescomo la energía solar y los mecanismos de calentamiento artificial,incluyendo la importancia de la ventilación y agitación. Las propiedades delsustrato tales como la porosidad, la cual afecta el potencial de aireación, y e!contenido de humedad, afectan los cambios de temperatura, combinados conlos fenómenos físicos y biológicos. El contenido de humedad, además deinfluir en el crecimiento microbiano y el metabolismo, afecta la capacidadtermal del sustrato e! cual determina el potencial de calentamiento. Labiodegradabilidad del sustrato es también un factor clave el cual afecta lahabilidad para la generación de calor.

Algunos investigadores han defendido el calentamiento para acelerar lasfases iniciales del tratamiento bacteriológico, aunque las pruebas realizadasen la Universidad del Estado de Michigan indican que puede resultarcontraproducente I1LLas temperaturas se deben mantener suficientemente altas durante el tiemponecesario para conseguir tres objetivos: 1. Destruir los gérmenes patógenos;2 Destruir los gérmenes nocivos y vegetales, y 3. Destruir los huevos y larvasde insectos.

Es necesario prestar particular atención a la relación que existe entre laaireación y la temperatura. La aireación provee el oxígeno necesario para laproducción meíabólica de calor, y en sistemas aireados mecánicamente,actúa como el mecanismo dominante para la remoción de calor.La interacción de estos dos factores na sido ampliamente discutida. Finsteiny colegas W determinaron que el proceso de composteo es óptimo si losmicroorganismos termofílicos se protegen de la inactivación porexcesivamente altas temperaturas ( más de 60 °C ). El proceso es menoseficiente a altas temperaturas debido a la formación de esporas; cuando losmicrobios se encuentran en forma de espora la actividad disminuyeprácticamente a cero y por tanto la velocidad del proceso decrece (7L

-36-


También determinaron que ei exceso de aire contribuye, además desatisfacer la demanda de oxígeno, a dispersar el calor generado. Si sesuministra únicamente el oxígeno demandado por los microorganismos parasu desarrollo, el sistema acumula un exceso de calor y la temperatura puedeelevarse por encima de los 60°C.

3.8.8 Precipitación pluvial.

Las lluvias proveen el medio de transporte para los lixiviados y la migraciónde contaminantes en un Relleno Sanitario y proporcionan la humedadadicional necesaria para la actividad biológica.En climas húmedos y calientes, la producción de lixiviados pudiera sermáxima comparada con la que se genera en los climas áridos y calientes.Altos niveles de lluvias y suelos porosos crean grandes cantidades delixiviados y, por el contrario, las concentraciones de lixiviados pueden sermás bajas que en áreas con escasez de lluvias. La evapotranspiración juegaun rol significativo en el balance global de agua, particularmente en climascalientes y regiones áridas.

3.8.9 Contenido de humedad

La mayoría de los Residuos de un Relleno son sólidos por naturaleza. Losresiduos de alimento, jardinería, cosechas y restos de animales representanuna gran proporción de los compuestos orgánicos. Sin embargo, loscompuestos orgánicos también provienen de lodos o ciertos residuosindustriales, los cuales contribuyen con la humedad necesaria para laformación de lixiviados I19L

En el composteo y otras reacciones biológicas, teóricamente la humedadideal sería del 100% en donde el exceso sería desechado por escurrimiento.De este modo, el contenido de humedad no es un factor limitante. En lapráctica, sin embargo, esta teoría no es aplicable. El contenido de humedadóptimo de los desechos es aquel que permite que la materia orgánica puedaser aireada suficientemente para satisfacer la demanda de oxígenorequerida.Debido a que el aire atrapado en los espacios entre partículas es la fuenteprincipal de oxígeno para el crecimiento de las poblaciones microbianas, elvolumen entre estos espacios es un factor decisivo. De aquí que la porosidades una consideración clave Í6L

-37-

Electo de la Recirculaáon do Lixiviados en ia Velocidad de Composteo.

Los experimentos de la Universidad de California indican que la humedadóptima para el tratamiento bacteriológico aerobio de residuos triturados enpartículas gruesas, en montones o recipientes abiertos, que se airean porvolteo o por ventilación natural solamente, es del 40 al 60% (calculando esteporcentaje con los residuos húmedos y secándolos al horno). Experimentossimilares realizados por el laboratorio del Servicio de Sanidad de los EstadosUnidos de Savannah (Georgia) en las instalaciones mecanizadas y conaireación continua de los residuos indican que la humedad óptima es del 55al 69%. No obstante, en la estación de San Diego se encontró que el 60%era demasiada humedad. t1lExisten algunos factores que influyen en el contenido óptimo de humedad:

1. En la velocidad de digestión influye la adecuación del suministro de airepor ventilación natural, sobre el cual influye desfavorablemente, a su vez,la finura de trituración de los materiales

2. La aireación se dificulta al llenarse los espacios libres de toda clase delíquidos, no sólo agua.

3. Las escorias y las materias minerales no absorben el agua tan bien comola materia orgánica.

4. Los lípidos (aceites y grasas) son líquidos a las temperaturas normales deltratamiento bacteriológico, y las basuras los contienen en cantidadesconsiderables.

5. La trituración fina pone en libertad más líquidos que la trituración gruesa, loque dificulta más la circulación de aire a través del material.

La poca humedad retarda o interrumpe la acción microbiana, pero, aunquealgunos autores establecen el límite inferior de humedad para el tratamientobacteriológico en el 40%, se ha observado actividad biológica en monotes deresiduos a la temperatura de 68°C con un contenido de humedad de sólo el24.5% MI.

En vista de todos estos factores, la conclusión es que el contenido dehumedad máximo permisible depende del espacio libre entre partículas quepuede llenarse con agua y dejar todavía suficiente espacio para contenersuficiente aire determinado por las necesidades de los microbios. Si losespacios se llenan totalmente de agua, el proceso se vuelve anaerobio.

-38-

Electo de la Recireulacián de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

3.8.10 pH

La intensidad relativa de acidez y alcalinidad de los materiales, medida enpH, es un método cómodo y rápido ( aunque indirecto ) de medir la digestión.Pero como es una medida indirecta, sólo es seguro para cualquier materialdespués de que se ha establecido el esquema evolutivo del material yproceso de digestión utilizados. Los residuos y basuras sin tratar tienen unavalor de pH de 7, casi neutro, cuando son recientes, y un poco ácido ( 5 a 6 )después de uno o dos días W. Los residuos y basuras empiezan ya adescomponerse en el cesto en el que se guardan en las casas.La descomposición inicial aerobia origina un descenso de pH a un valorcomprendido entre 4.5 y 5 cuando se inicia la fase acida, pero generalmentevuelve a subir después de uno a cuatro días, a lo que sigue de cerca unaelevación de temperatura a los valores termofílicos. Esta baja de pH se debea que las bacterias deshacen los compuestos complejos de carbono (polisacáridos y celulosa ) y los convierten a ácidos orgánicos intermediarios.Cuando se alcanza la temperatura máxima, la reacción es alcalina por logeneral (pH de 8 a 9 ). En esta etapa comienza el desarrollo de losmicroorganismos los cuales utilizan los ácidos como sustrato haciendo pasarde un medio ácido a uno alcalino. Í6l Resulta incierto saber si como resultadode esta etapa o por coincidencia, los actinomicetos y hongos empiezan adesarrollarse en gran escala, hasta ser visibles I7L En esta etapa se produceamoniaco por medio de la deaminación oxidativa de aminoácidos ( la mayorparte del nitrógeno sintetizado se encuentra como proteína )Posteriormente la velocidad del proceso disminuye y el pH alcanza un valorde 7.En relación con las razones económicas para no utilizar algún tipo de aditivo,un aspecto importante para no tratar de ajustar el pH durante el periodo deformación acida está relacionada con una pérdida potencial de nitrógeno.En experimentos en la Universidad de California í7! en los cuáles se utilizó calpara prevenir la caída inicial de pH, la pérdida de nitrógeno fue siempre másgrande en pilas en las cuales se agregó cal ( Ca(OH)2 ) para elevar el pH ( elcalcio actúa como amortiguador del pH ). La pérdida de nitrógeno seincrementó, por la elevación del nivel de pH en fases tempranas, en aquellaspilas a las cuales se les agregó cal. Esta pérdida se debe, probablemente, aque el pH ligeramente básico favorece la formación de amoniaco.

3.9 Método del balance de agua.

Los factores principales que afectan la producción de lixiviados son:precipitación pluvial, tipo de suelo y su inclinación, desagüe de la superficie,

-39-

Eleclo de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

vegetación, temperatura del aire y humedad, contenido inicial de humedad delas basuras y localización y salida de aguas subterráneas, tamaño departícula, homogeneidad y compactación de la basura.En términos simples la ecuación del balance de agua puede ser escritacomo:

L'v = P - ET - R - (-AS)

en donde:

L'v = Volumen esperado de lixiviadosP = Volumen de precipitaciónET = Volumen perdido por evapotranspiraciónR = Volumen de escurrentías-AS = Pérdidas de humedad de la composta

Precipitación: La cantidad de lluvia y nieve que cae influye significativamenteen la cantidad de lixiviado producido. La precipitación depende de lalocalización geográfica y de la temporada. Cuando cae una parte corre por lasuperficie del depósito, otra parte es usada por la vegetación ( ET ). La parterestante se infiltra en la tierra, pero una parte de ésta se queda en el suelo(AS). El método del balance de agua es aplicable sólo en rellenos en loscuales se usa como cubierta final una capa de suelo altamente permeable.Se infiltraría menor cantidad de agua si el depósito de la composta se cubrecon una capa de arcilla de baja permeabilidad o con una membrana sintética.

Evapotranspiración : Este término combina la evaporación y la transpiración.La evaporación es la pérdida de agua que ocurre en la superficie de! suelo.La transpiración, por otro lado, es la pérdida de agua debido a la absorciónde plantas y su consecuente descarga a la atmósfera. Debido a lasdificultades para medir los dos parámetros por separado, se ha evaluadoesta cantidad mediante el término evapotranspiración.

Escurrentías: Este término no será discutido en la presente investigación, yaque las condiciones en las cuales se realiza no presentan este problema enespecífico. Para más información se puede consultar Bagchi, (1990 )

-40-

Efecto de la Reclreulacián de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

Humedad de la composta: Parte del agua que se infiltra será almacenada enel depósito que contiene la composta y en mayor o menor grado seráabsorbida por ésta. Depende del tipo de desecho, el grado de compactacióny el espesor de la cubierta.

3.10 Determinación del punto final del proceso

Los que llevan mucho tiempo trabajando en el tratamiento bacteriológico deresiduos, tenían que fiarse del aspecto, olor y tacto del producto final paradeterminar si estaba bien tratado. Es fundamental, por tanto, poder disponerde modelos de comparación más científicos, ya que no es conveniente dejarque el tratamiento vaya demasidado lejos, pues en ese caso habría menosmateria orgánica disponible para enriquecer el suelo. No obstante, esconveniente estabilizar el material cuando el proceso ha alcanzado un puntoque, aunque se vuelva a humedecer o apilar el material, no se recaliente,pierda nitrógeno de forma apreciable, produzca malos olores o dé origen aproblemas de higiene. Es difícil determinar el punto exacto del proceso dedigestión en que se cumplen estas condiciones, y, a causa de la ampliavariedad de la naturaleza de los materiales tratados, es posible que no sepueda emplear un solo modelo de comparación para todos los residuosorgánicos.En la tabla 3.5 se presentan los criterios que generalmente se utilizan paramedir el grado de progreso del tratamiento.

Otras pruebas menos científicas, pero de uso más común, son el aspecto,olor y calor generado. Durante el tratamiento bacteriológico el material pasade color pardo a negro, y de aspecto terroso. El olor de las basuras sin tratarvaría entre rancio y pútrido, mientras que el material bien estabilizado tieneun ligero olor a tierra y a veces a moho. El calor generado es un criterio pocoseguro que depende de factores tales como la cantidad de oxígenodisponible, el porcentaje de humedad, el pH, el tiempo y la temperaturaambiente.

3.11 El valor del producto final del tratamiento bacteriológico.

Existen datos seguros que prueban que los campesinos han trabajado elsuelo en los Estados Unidos hasta el punto de agotar la materia orgánica quecontenía, por lo que su productividad ha bajado en el 50 %. A veces se hanañadido fertilizantes químicos al suelo, pero los científicos indican que, a la

-41-

Electo de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

larga, ésto puede ser más perjudicial que beneficioso, y dicen que la soluciónes reponer al suelo la materia orgánica que ha perdido Hl

De esta manera, se pueden añadir abonos orgánicos o estiércol animal, peroesta estrategia consitituye un gasto económico fuerte.La adición de materia orgánica proveniente del producto de degradación deun tratamiento biológico, constituye una manera más económica y degrandes beneficios.

Prueba

pH

Materia orgánica

DQO

OxígenoconsumidoOrgánica total(100%-% ceniza)

Transmitancia

Almidón

Residuos sin tratar

5-6

Producto final

8-9

Reducción al 36%

Reducción del 85%

Reducción del 25%

80 - 90 %

70%

60 - 70 %

10%

Reducción del 75%

Seguridad

Prueba indirecta; sóloes segura después dehaberse establecido elesquema evolutivo.Este valor da comoresultado una compostade buena calidad t21!Buena

Regular

Buena. pero lasmuestras tienen que sergrandes y bientrituradas.Prueba indirecta; sóloes segura después dehaberse establecido elesquema evolutivo.Depende del grado dedigestión de un soloingrediente.

Tabla 3.5 Seguridad de las pruebas para determinar el grado de proceso del tratamiento debasuras t1!

La adición de materia orgánica en el suelo tiene varias ventajas:

1. Mejora notablemente las propiedades físicas del suelo, haciéndole másfácil de labrar, más poroso y más fácil de matener aireado, y le ayuda aabsorber las precipitaciones ( la materia orgánica retiene el agua comouna esponja; hasta el 300% en peso MI), por lo que en periodos de sequía

-42-


los campos que contienen grandes cantidades de materia orgánicapueden ser productivos, mientras que los campos que no la contienen soninfructíferos. La materia orgánica sirve también de alimento a las lombricesde tierra, las cuales a su vez mantienen el suelo poroso y mejoran laaireación. Además, los agujeros que hacen las lombrices en el sueloaumentan la percolación en tiempo de lluvias abundantes, lo quedisminuye la escorrentía y la erosión del suelo.

2. De acuerdo con pruebas realizadas en California, la materia orgánica delsuelo disminuye la cantidad de fertilizantes químicos utilizados.!1]

3. Los experimentos realizados por los científicos indican que la presencia demateria orgánica es un requisito previo para una buena actividad biológicadel suelo, que estimula el crecimiento vegetal, especialmente de lasraíces. Se han reportado casos en que las raíces han crecido ocho vecesmás de prisa en terrenos en que había mucha materia orgánica que en losque había poca o ninguna, t1!

4. La buena acción biológica es importante también para la descomposiciónde los compuestos minerales insoiubles, como los fosfatos, que sonnecesarios para el crecimiento vegetal.

5. El nitrógeno soluble que se utiliza como fertilizante puede desaparecerfácilmente por lixiviación. No obstante, en presencia de materia orgánica ygracias a la acción biológica, una parte de este nitrógeno soluble seconvierte en nitrógeno orgánico en el cuerpo de los microorganismos, ycuando éstos mueren el nitrógeno queda de nuevo disponible para lasraíces de las plantas, y mientras tanto es menos probable que se pierdapor lixiviación o como amoniaco en el aire.

6. El mismo fenómeno ocurre con el fósforo. El 95% de fósforo soluble sepuede convertir en cuerpos orgánicos y protoplasma vivo e ir quedandopaulatinamente libre para las plantas como compuestos orgánicos,reduciéndose de este modo la pérdida por lixiviación.

7. Un suelo carente de fauna microbiana es un suelo inerte y por tanto no estierra de cultivo. La base de la fertilidad la constituye una activa fauna,compuesta por microorganismos beneficiosos para los procesos del suelo(bacterias, hongos microscópicos, actinomicetos, etc.). La materiaorgánica aporta el sustrato adecuado para una intensa y prolongada vidamicrobiana.

Además de las ventajas del uso de materia orgánica como fertilizante naturalde suelos, se han encontrado ventajas del uso de la composta sobre el

-43-

Efecto de la Recirculación de Lixiviados sn la Velocidad de Composteo.

estiércol que la hacen ser el sustituto ideal. Dichas ventajas se presentan enla tabla 3.6

Se ha afirmado que, en circunstancias favorables, el tratamientobacteriológico de residuos orgánicos puede competir com métodos deincineración y vertederos sanitarios, incluso regalando el producto final M.Sin embargo, la economía real del tratamiento bacteriológico se consigue siel producto final se puede vender a un precio justo.

Parámetro

HumedadMateria orgánicaNitrógenoP20B

K2OHierroMagnesioManganesoCobalto

Com posta

3032-35

0.950.500.721.200.250.23

0.0005

Estiércol

7018

0.500.300.600.060.200.004

0.00004

Tabla 3.6 Porcentaje de humedad, materia orgánica, elementos nutritivos y oligoelementosnecesarios para el desarrollo de la vida vegetal

Hasta que los agricultores, personal de jardinería y grupos en general(industriales, restauranteros, domésticos, etc.) no tengan experienciapersonal con un producto, lo más probable es que no estén dispuestos apagar mucho por él, y se requiere tiempo para que los compradores enpotencia se familiaricen con el producto final del tratamiento bacteriológico,determinen la utilidad que tiene en cualquier región y puedan crear unademanda para éste. No es lógico pensar que el fertilizante, producto deltratamiento bacteriológico, se va a poder vender a precios altos desde elprincipio, o que se va a vender en pequeñas cantidades para su uso enhuertas y jardines. Al principio será necesario quizá, hacerlo en grandescantidades a los agricultores casi al costo de producción.De esta misma manera, el tratamiento doméstico de desechos alimenticiospuede disminuir los costos por fertilización de jardines interioresrepercutiendo en un beneficio para la economía familiar.

-44-


3.12 Marco legal sobre la basura

La Consititución Política de los Estados Unidos Mexicanos, como nuestramáxima ley, especifica varias cuestiones de donde emana el maco legal, querige en cuestiones de protección al ambiente.

El artículo 45, párrafo 35 en la fracción XVI, se especifica que toda personadentro del territorio nacional, tiene derecho a la protección de su salud. Comoconsecuencia de ésto se promulgó la Ley General de Salud, que más queotra cosa, tratándose de protecciones al medio ambiente, regula encuestiones técnicas sobre productos y substancias que en determinadomomento pueden ser dañinos para la salud humana específicamente.

Por otra parte, en el artículo 27°, se expresa la ncesidad del aprovechamientoracional de los recuses naturales, asegurando en su utilización, el equilibrioecológico. Del mismo modo en el artículo 73-, fracción XXIX-G, se otorgan aiCongreso de la Unión, atribuciones para legislar en materia de contaminaciónambiental, al tiempo de dar atribuciones para las distintas secretarías queregularán todas las cuestiones sobre contaminación y medio ambiente.

Dada la complejidad de los asuntos en materia de protección del medioambiente, se vio en la necesidad de crear reglamentos más específicos yparticulares para regular en rubros que provocan áreas de interés endiversas materias de cuestión ecológica. De esta la Ley General delEquilibrio Ecológico ( promulgada el 1Q de mayo de 1985 ), emana elReglamento a la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección alAmbiente, en Materia de Residuos Peligrosos, promulgado en noviembre de1988; en este rubro entran muchos de los desechos que se consideran comobasura, que sin embargo, pueden tener algún grado de toxicidad, sobre todoen lo que se refiere a desechos industriales.Este código regula principalmente cuestiones sobre el manejo, confinamientoy destino final de estos desechos, así como cuestiones sobre la penalizacióny sanciones para aquellos que infrinjan en la generación no controlada deeste tipo de desechos.

Para el caso del Estado de San Luis Potosí, se analizó el Código Urbano yEcológico del Estado de San Luis Potosí, que finalmente desembocó en laLey de Ecología para el Estado Libre y Soberano de San Luis Potosí, el 3 dejulio de 1990.Como parte de las acciones derivadas dei creciente interés por lascuestiones ecológicas se desarrolló el Programa Estatal de protección alMedio Ambiente que entró en vigor en enero de 1993, y cuya finalidad eshacer valer la ley esatal y dictar medidas que ayuden a la prevención, control

-45-

Electo de la Recirculaaón de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

y corrección de la contaminación en todos sus aspectos, incluyendo lascuestiones de la generación y control de basura.

Finalmente, después de las diversas leyes estatales, se promulgaronCódigos Municipales Específicos, que a su vez regulan los casos específicospara cada una de estas entidades. En cuestiones de manejo, confinamiento yregulación sobre cuestiones de desechos y basura, la mayoría de éstasestán fuertemente basadas en la Ley Orgánica del Departamento del DistritoFederal, para el aseo público. En el caso de San Luis Potosí, existe elReglamento de Aseo Público del Municipio Libre de San Luis Potosí, queprincipalmente regula en cuestiones tales como la orgaización de losservicios de aseo, los centros de acopio, los tiraderos definitivos, laobligación ciudadana, entre otros.

-46-

Electo de la Recireulaáon de Lixiviado» en la Velocidad de Composteo.

Capítulo 4

Metodología

-47-

Efecto de la Recirculaoón de Lixiviado» en la Velocidad de Composteo.

4.1 Metodología general

La metodología general es la siguiente:

1. Obtener los residuos alimenticios, depositarlos en los recipientesdescritos en el punto 4.3 y cubrirlos con una capa de tierra para evitar lafauna nociva. Se deberán tomar los datos de volumen y peso inicial.

2. Realizar el análisis de materia orgánica, humedad, temperatura y pH de lamateria inicial y de DQO del lixiviado inicial. ( La metodología para larealización de los análisis se muestra más adelante ).

3. Realizar análisis de humedad hasta que ésta tenga un valor entre 40 y60%.

4. Cuando el valor de la humedad baje hasta los límites antes descritos,hacer la recirculación de lixiviados como se describe en el punto 4.6.5.

5. Realizar los análisis de materia orgánica, humedad, temperatura y pH dela materia orgánica y de DQO del lixiviado cuando sea requerido.

6. Airear las muestras como se explica en el punto 4.6.4.

7. El punto final quedará determinado por una reducción al 36 % de materiaorgánica en cada muestra.

8. Obtener el peso y volumen final

9. Realizar el balance de agua con los datos de humedad obtenidos y lascondiciones ambientales previamente investigadas.

La figura 4.1 muestra la hoja que se ocupará para la recopilación de datosexperimentales y parámetros ambientales

-48-


HOJA DE REGISTRO

FECHA

Parámetro

Materia orgánica(%)

DQO lixiviados,mg/l

% Humedad

Temperatura,(°C

pH

Aireación ( si/no)

Recirculaciónlixiviados (si/no)

Olor

Color

Textura

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

Temperatura ambiente:Humedad Relativa:Precipitación pluvial:Evaporación:

Observaciones

mmmm

Figura 4.1 Hoja de datos

-49-


4.2 Ubicación

La fase experimental será realizada en la Ciudad de San Luis Potosí y losanálisis se harán en el laboratorio del Área de Ciencias de la Tierra de laFacultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí.

4.3 Recipientes de experimentación

Como recipientes se utilizarán cuatro botes de plástico, los cuales estaránperforados en el fondo. El diámetro de estas perforaciones será de 1 cmaproximadamente. Ésto es para permitir, por un lado, el libre escurrimientode lixiviados y, por otro lado, el acceso de aire a la materia en proceso. Pordebajo de cada uno de estos recipientes se colocará una bandeja plásticapara la colección de lixiviados. La figura 4.2 muestra un esquema del sistemade contención de materia y lixiviados.

4.4 Materia prima

La materia prima ( constituida por desechos orgánicos ) debe contar con losnutrientes necesarios para la actividad eficiente de los microorganismos.Estos nutrientes son:

Macronutrientes

Micronutrientes

CarbonoNitrógenoFósforoPotasioCalcio

CobaltoManganesoMagnesioCobreCalcio

Como se mencionó anteriormente es más conveniente compostear dos omás desechos diferentes mezclados para compensar el contenido de losdiferentes nutrientes. Es necesario, por tanto, contar con proteínas ( H.C, O,

-50-

Electo de la Recirculaoón de Lixiviados en la Vekxadad de Cornpoateo.

S, P y N en un 15 a 19 % ), grasas ( H, C, O ), hidratos de carbono yminerales t2).

Vista Frontal

Contenedor

Soporte

Recolector de lixiviados

Vista Superior

Figura 4.2 Diseño del recipiente de experimentación.

-51-

Electo de la Racireulaaón de Lixiviados en la Velocidad de Compoateo

;wi &^m

^'íft-^^^^^üf^.-:-"- ~*^%

;?P% r *<^

Figura 4.3 Diseño del recipiente de experimentación. ( Vista frontal

-52-

Electo de la Recirculaoón de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

Figura 4.4 Diseño del recipiente de experimentación. ( Vista superior)

-53-

Efecto de la Recireulaqon de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

A pesar de que el método óptimo de composteo tiene requerimentos básicosde nutrientes, se busca que el experimento sea real. Es por ésto que lamateria prima será obtenida de los desechos alimenticios de un restaurantede prestigio en la Ciudad. El restaurante elegido fue "La Parroquia", ubicadoen la Avenida Venustiano Carranza. En éste, se sirven alimentos durante 18horas, incluyendo desayunos ejecutivos, comidas corridas y bufettesocasionales. La generación de desechos es de aproximadamente 720 It pordía en promedio.La muestra obtenida se considera representativa de la generación deresiduos alimenticios promedio provenientes de la Ciudad debido a que elRestaurante del cual se obtuvo no se especializa en cierto tipo de comida,sino que abarca menús variados comunes en la población, es decir,desayunos ejecutivos en paquete, comidas corridas etc.

Es necesario realizar una selección del material orgánico pues por lo comúnno se hace una separación exahustiva dentro de las instalaciones y los botescon desperdicio orgánico vienen mezclados con servilletas, colillas decigarro, envolturas de mantequilla, popotes y envases de crema para café.

4.5 Tamaño de partícula

Existe un tamaño mínimo por debajo del cual es difícil mantener unaporosidad adecuada. Para el tratamiento en montones o superficies seaconseja una trituración media o gruesa. Es por ésto que el tamaño departícula será de 50 mm aproximadamente. Esta trituración será sólonecesaria en cascaras, frutas y verduras y pedazos de pan, ya que el restodel material se encuentra en estado semisólido.

4.6 Parámetros de control

A continuación se detalla la metodología, frecuencia y algunos puntos clavepara la realización de los análisis.

4.6.1 Temperatura

La temperatura será medida directamente en las tinas con un termómetro demercurio de escala de O a 100 'C. Este parámetro está muy ligado a lafrecuencia de la agitación y la temperatura ambiente por lo que, en caso deque la temperatura alcance valores de 70 °C, se realizará una agitación extra

-54-

Electo de la Recirculacián de Lixiviados on la Velocidad de Composleo

para que exista una dispersión de calor y un consecuente descenso detemperatura.

4.6.2 pH

El pH será medido directamente de la muestra orgánica, previamentedisuelta en un poco de agua destilada. Se utilizará papel indicador dado queeste tipo de indicador proporciona la exactitud requerida. Este parámetro esútil solamente para verificar el avance en el proceso de composteo, aunquede manera no muy precisa.Se espera un descenso de 7 a 4-5 durante la fase inicial o acida, un aumentoposterior a 8-9 durante la fase activa y un segundo descenso a 7 durante laetapa final o de maduración.

4.6.3 Humedad

Dado que la humedad óptima para el tratamiento bacteriológico aerobio deresiduos triturados en partículas gruesas, en montones o recipientes abiertos,que se airean por volteo o por ventilación natural solamente, es de 40 al 60%(calculando este porcentaje con los residuos húmedos y secándolos al horno)se mantendrá en este rango mediante la adición de líquido ( de composiciónde acuerdo al porcentaje de recirculación de lixiviados ). Se debe tomar encuenta que la descomposición de desechos putrescibles puede descargaragua por sí misma, por lo que en los primeros días no se recirculará lixiviadohasta que la humedad haya descendido a los valores óptimos. Al realizar elmovimiento de la composta necesario para la aireación se espera que elagua en exceso contenida en los espacios libres entre partículas escurrahacia el fondo para su colección en los recipientes anteriormente descritos ysu posterior recirculación.La humedad será calculada con la siguiente metodología:

1. Llevar crisoles a peso constante. Para este paso se tomará el peso inicialde los crisoles. Se secarán en la estufa previamente estabilizada en 110°C durante, 15 min. Se enfriarán en el desecador durante 10 min y setomará el peso final. El proceso continúa hasta que dos pesos seguidoscoincidan.

2. Pesar aproximadamente 5 gramos de muestra y registrar este peso comopeso húmedo ( descontando el peso del crisol)

-55-

Efecto de la Racirculaaón de Lixiviados en la Velocidad de Composleo

3. Secar durante 2 horas a una temperatura de 110 °C .

4. Enfriar dentro del desecador durante 15 minutos.

5. Pesar nuevamente y registrar este peso como peso seco ( descontando elpeso del crisol)

6. Emplear la fórmula:

% humedad = ( peso húmedo-peso seco)/ peso húmedo x 100

4.6.4 Aireación

Este factor tiene dos funciones importantes:

1. Suministrar oxígeno para mantener la respiración aeróbica suficiente paraproducir las reacciones necesarias.

2. Disipar el calor producido por las reacciones exotérmicas.

El potencial de aireación está directamente ligado al espacio libre con aire enla composta, e indirectamente relacionado con el tamaño de partícula yhumedad. Para mantener condiciones aeróbicas se realizará un movimientodiario de la composta mediante el uso de una pala de madera. El movimientoserá realizado por las mañanas.Además existen otras dos situaciones en las cuales se hará un movimientoextra: cuando la temperatura alcance los 70 °C o la humedad exceda al 60%. En lo que se refiere al tamaño de partícula, ya se ha especificado lacondición óptima.

4.6.5 Recirculación de lixiviados

Existen dos funciones específicas al recircular el lixiviado. En primer lugar ellixiviado contribuirá a mantener la humedad en un nivel óptimo y en segundolugar, a través de la recirculación de lixiviados se reduce el contenido demateria orgánica y por tanto el DBO y el DQO y la concentración de metalesy cloro se incrementa. Se espera que este efecto se reproduzcaincrementando las concentraciones de nutrientes y organismos. Para evitar lainterferencia por cloro, el agua utilizada para la dilución de los lixiviados será

-56-


agua de garrafón de marca JUNGHANNS. El análisis químico de esta aguase muestra en la tabla 4.1

Al lixiviado obtenido en cada muestra se le hará un análisis de DQO paracuantücar la cantidad de materia oxidable presente.El lixiviado obtenido cada vez, se recirculará diariamente en las cantidadesque muestra la tabla 4.2

ParámetroOlor

SaborColor

TurbiedadPH

Alcalinidad ( mg / 1 CaCO3 )Aluminio ( mg/ 1 )Arsénico ( mg / 1 )

Bario ( mg / 1 )Cadmio ( mg/ 1 )Cianuro ( mg/ 1 )

Cloro residual ( mg / 1 )Cloruros como Cl'

Cobre ( mg / 1 )Cromo ( mg / 1 )Fierro ( mg / 1 )Flúor ( mg/ 1 )

Manganeso ( mg / 1 )Mercurio ( mg/ 1 )Nitratos ( mg / 1 )

Nitrógeno como amoniaco ( mg / 1 )Nitrógeno orgánico total ( mg / 1 )

Plata ( m g / l )Plomo ( mg/ 1 )

Sólidos disueltos ( mg / 1 )Sulfatos ( mg / 1 )

Zinc ( mg / 1 )

ResultadoInoloroInsípido

5.00.397.6591.570.0250.010.022N.DN.DN.D

10.540.010.0090.040.51N.DN.D1.66N.DN.D

0.005N.D26012

0.005

Tabla 4.1 Composición del agua de garrafón JUNGHANNS ( Obtenida del Certificado deConformidad 010/APE/1996)

-57-


Este porcentaje de recirculación se mantendrá mientras el porcentaje demateria orgánica descienda; es posible que llegue un momento en el cual, lacantidad de materia orgánica contenida en el lixiviado, sea excesiva para lamuestra correspondiente. En este caso, es necesario diluir más el lixiviado.La tabla 4.3 muestra los porcentajes de esta segunda dilución

La cantidad a recircular quedará determinada por los requerimentos dehumedad de la muestra. Como es sabido, la materia orgánica desprendeagua por sí misma durante los primeros días de descomposición. Se tomarácomo base, para recirculaciones posteriores, la cantidad de líquido que secolecte en esta fase. La cantidad deberá ser la suficiente para mantener lahumedad de la materia y para poder colectar la cantidad suficiente para lasiguiente recirculación.La recirculación de lixiviados se hará cada vez que la humedad de la muestrabaje del rango óptimo.

Muestra

Porcentaje derecirculación

Muestra 1

0%

Muestra 2

50%

Muestra 3

100%

Tabla 4.2 Porcentaje inicial de recirculación de lixiviados

Muestra

Porcentaje derecirculación

Muestra 1

0%

Muestra 2

25%

Muestra 3

50%

Tabla 4.3 Segunda dilución para los lixiviados

A la muestra 4 no se le añadirá líquido.

4.6.6 Porcentaje de materia orgánica

En cuanto al porcentaje de materia orgánica, se espera una caídapronunciada durante las fases inicial y activa y un descenso más lento

-58-


durante la fase de maduración. En general el comportamiento esperado semuestra en la figura 4.3

t03O'c-03O)t_O03'i_0)

03

Tiempo

Figura 4.5 Relación de la materia orgánica con e! tiempo

En un principio, cuando la caída de DQO sea brusca, se hará un análisisdiario de las muestras y posteriormente, cuando el descenso sea menospronunciado se hará un análisis cada tercer día o más, si el descenso esdemasiado lento.Para la determinación del porcentaje de materia orgánica se utilizará elmétodo de oxidación por dicromato de potasio.

• Oxidación por dicromato de potasio: Básicamente, los pasos a seguiren el método son:

1. Pesar 0.1 g aproximadamente de muestra previamente secada,homogeneizada y pulverizada ó 0.2 mi en el caso de los lixiviados.

2. Añadir 15 mi de solución 1N de K2Cr2O7 y agitar suavemente.

3. Añadir 30 mi de H2SO4 concentrado y agitar vigorosamente durante unminuto.

4. Preparar un blanco añadiendo las mismas cantidades de dicromato depotasio y ácido sulfúrico.

-59-

Electo de la Recireulaaón de Lixiviados en la Vekxadad d> Composteo

5. Dejar reaccionar sobre una bandeja de agua fría durante 30 minutos.

6. Añadir 50 mi de agua destilada a las muestras y blanco en el mismoorden en el cual fue añadido el ácido sulfúrico.

7. Filtrar las muestras.

8. Titular el blanco y las muestras con solución 0.5 N de FeS04 eindicador de ferroín. El cambio de coloración es de verde a café rojizopasando por varias tonalidades de verde. La reacción para cuando seañade el agua, por lo tanto, el tiempo entre el filtrado y la medición noes crítico.

La materia presente en una muestra de materia orgánica, se oxidamediante el ion Cr2O7'2 activándose la reacción por el calor que se liberaal mezclar dos volúmenes de H2SO4 con un volumen de la solución deK2Cr2O7 1 N. El carbón presente en la materia orgánica es oxidado a CO2

con una reducción paralela de Cr +6 a Cr +3 y un cambio de color denaranja a verde. La intensidad del color verde es proporcional a laconcentración de cromo trivalente.La reacción involucrada en el proceso es la siguiente:

CnHaOb + cCr2O7 -2 + 8cH+ -> nCO2 + { (9+8c)/2 } H2O 2cCr2+

3

La temperatura más elevada lograda por el calor de reacción al agregar elácido sulfúrico en este procedimiento, es de aproximadamente 120 °C quees suficiente para oxidar las formas orgánicas activas del carbono de lamateria, pero no para aquellas formas inertes del carbono presentes por loque la materia cuantificada es estrictamente de origen orgánico.

El exceso de dicromato se determina titulándolo con una solución deFeSO4 amoniacal valorada y la cantidad de materia orgánica se calificapor el Cr2O7 ~2 reducido. La reacción involucrada en el proceso es lasiguiente:

6 Fe+2+ Cr2O7 '2 + 14 H+ -> 6 Fe+3 + 2 Cr+3 + 7 H2O

Para cuantificar la materia orgánica presente, se emplea la fórmula:

(Vol. teCrsO?* N KaCtoO) - (Vol. FeSO 4 *

% Materia orgánica =NFeSO4)J

* 0.69peso de la muestra

-60-

Electo de la Recireutaaón de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

En donde 0.69 es un factor de conversión de miliequivalentes aporcentaje.

Las interferencias del método son causadas por cloruros, fierro ferroso,nitrato y altos óxidos de magnesio.El cloro compite con el carbono orgánico para reducir el cromohexavalente, un m¡(¡equivalente de cloro es igual a 3.5 mg de carbón en sucapacidad reductora.El error del cloro es normalmente bajo, suficiente para ignorar, pues un 1%de cloro en la muestra equivaldría a un error de 0.1 %.Durante la aireación de la muestra, el fierro ferroso es oxidado a la formaférrica eliminando el error de la forma ferrosa.Nitrato y manganeso son tan bajos a tal nivel, que cualquier interferenciaes ignorable.Para la filtración se debe utilizar filtro de fibra de vidrio ya que los filtros decelulosa han mostrado causar valores altos de porcentaje, pues tambiénreaccionan. Para compensar se puede filtrar el blanco, pero aún así sonmejores los de fibra de vidrio.

Los análisis se realizarán por quintuplicado, ya que, sobre todo en unprincipio, la materia orgánica presente es muy heterogénea y los valores delporcentaje de materia orgánica son muy variantes de un punto de muestreo aotro. Estos porcentajes serán promediados para obtener el valor que segraficará posteriormente.Las muestras se tomarán al azar en cinco puntos diferentes de la pila.

4.6.7 Determinación del punto final

El punto final de la composta, se deteminará cuando se logre una reducciónal 36 % de materia orgánica en las muestras. Además la composta deberáser de color café obscuro, no se deberá reconocer ningún constituyenteinicial como cascaras y deberá tener olor a suelo natural. El pH deberá estarcerca del valor neutro y la temperatura deberá ser la ambiental.

4.7 Parámetros ambientales

Durante la fase experimental son necesarios los valores de la temperaturaambiental, humedad relativa, evaporación y precipitación para el posteriorbalance de agua. Los valores de estos parámetros serán proporcionados porel sistema meteorológicos de la Industrial Minera México, S. A.

-61-

Etocto d« la R«ciTCulaoi6n d> Lixiviado» «n la V»tocidad d» Comport>o.

4.8 Método del balance de agua.

Para la realización del balance de agua y con ésto poder predecir si existe elproblema de lixiviación dadas las condiciones climáticas de San Luis Potosí,es necesario conocer los siguientes parámetros:

P = Volumen de precipitación o recirculación de lixiviadosET = Volumen perdido por evapotranspiraciónR = Volumen de escurrentías-AS = Pérdidas de humedad de la composta

En el capítulo 3 se hizo referencia a la fórmula establecida para dichobalance la cual se presenta a continuación

LV = P - E T - R - ( - A S )

en donde:

L'v = Volumen esperado de lixiviados

Como se mencionó anteriormente no se considerará el término deescorrentías debido a que en la manera en que se realiza el experimento noes posible conocerlo.

La figura 4.4 muestra el esquema de! cual se obtiene el balance de agua.

Volumen dePrecipitación o

volumen recirculado(P) Volumen de

Evaporación ( ET)

F

Composta

Pérdia de humedad( -AS)

Volumen delixiviados ( L'v )

Figura 4.6 Diagrama del balance de agua

-62-


A continuación se define la forma en que se considerará cada parámetro,

a) Precipitación pluvial ( P ):

El pluviómetro consta de un depósito cilindrico en cuyo interior se aloja unrecipiente del mismo material, el cual se llama vaso medidor, porque en él semide la cantidad de lluvia caida. La tapa del cilindro está formada por unembudo receptor, terminando en una arista viva, por su parte superior, y enuna pequeña abertura por la parte inferior, que descarga en el vaso medidor,en la que está colocado el tapón cuyo objeto es impedir la entrada decuerpos extraños al interior de dicho vaso.

El vaso medidor tiene un diámetro de 70 mm y una altura de 20 cm ( 769.69m!). Si se calculan las áreas de las bocas del embudo y del vaso medidor, seve que esta última es 10 veces menor que la primera. Ésto ocasiona quecada milímetro de altura real de precipitación se simplifique que, en el vasomedidor, sea de una altura diez veces mayor, es decir, que cada centímetrode altura en el vaso medidor representa un milímetro de altura deprecipitación real, pudiéndose, por lo tanto, apreciar con facilidad los décimosde milímetro al hacer las lecturas.

b) Evapotranspiración ( ET ):

El evaporímetro utilizado para la medición, consta escencialmente de dospartes. Un depósito donde se dispone el agua y un dispositivo para la medidade las variaciones de la altura del agua en el depósito. El depósito es untanque de forma cilindrica de 122 cm de diámetro y 26 cm de altura ( 303.936It).

Para estimar el volumen perdido por evaporación, se considerará el área delcontenedor de desechos ( 706.86 cm 2 ) y con ésta se obtendrá el volumenevaporado, mediante la relación del área expuesta del evaporímetro y el áreadel contenedor.

c) Pérdida de humedad ( - AS ):

La humedad determinada en el laboratorio está representada comoporcentaje en peso de agua contenido en una muestra. Para simplificar la conversión de peso a volumen setomará la densidad del agua como 1 Kg/l.

Para realizar el cálculo de -AS, se considerarán las pérdidas de humedad deun tiempo al siguiente.

-63-

Electo de la Raarculación de Lixiviado» en la Velocidad de Composteo.

Capítulo 5

Presentación de Resultados

-64-

Electo de la Rearculactán de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

El experimento se realizó en dos etapas para comprobar la hipótesis. Estasetapas son:

1. Etapa exploratoria: en la cual se observó el comportamiento en generalde las muestras al recircular los lixiviados.

2. Etapa comprobatoria: en la que se verificó que el comportamiento de lasmuestras con recirculación de lixiviados, fuera el mismo que en la etapaanterior.

En cada una de las etapas anteriores se trabajó con muestras referidas de lasiguiente manera:

• Muestra 1: Se añadió únicamente agua.

• Muestra 2: La adición de lixiviados inicial fue del 50 % en volumen, sinembargo, en los periodos en los cuales el porcentaje de materia orgánicase mantenía estable, se redujo a la mitad.

• Muestra 3 : La adición inicial de lixiviados fue del 100 % en volumen. Aligual que en la muestra 2, en los periodos en los cuales el porcentaje demateria orgánica se mantenía estable, se redujo la concentración a lamitad.

• Muestra 4 : No se añadió líquido.

Durante estas etapas de experimentación, la metodología a seguir fue lamisma, a excepción de la introducción de la muestra 4 en la etapacomprobatoria. Ésto es debido a que en la etapa exploratoria se pretendióúnicamente trabajar en la recirculación de lixiviados, y en la etapacomprobatoria, además de este punto, se verificó la posible existencia de losmismos.

A partir de dos lotes de desperdicio alimenticio ( uno para la fase exploratoriay uno para la fase comprobatoria ), se realizó la separación en muestras deigual peso.

Los lotes tuvieron el mismo origen; se contó con desperdicios procedentesdel desayuno que en su mayoría contenían pan, huevo, tortilla, fruta ( con ysin cascara ), y verdura ( cebolla, jitomate, chile )

A continuación se presentan los resultados obtenidos de ambas etapas.

-65-

Efecto de la Rearculaoón de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

5.1 Peso y volumen de las muestras

Fase

Exploración

Comprobación

Parámetro

Peso inicial ( Kg )Peso final ( Kg )Volumen inicial ( H )Volumen final ( It )Peso inicial ( Kg )Peso final ( Kg )Volumen inicial ( It )Volumen final ( It )

Muestra 1

5.52.87.4

2.8

4.0

2.0

5.9

2.5

Muestra 2

5.53.07.83.1

4.0

1.8

6.22.8

Muestra 3

5.52.6

7.52.6

4.0

1.96.1

2.7

Muestra 4

----

4.0-

Tabla 5.1 Peso y volumen inicial y final de las muestras

-66-


5.2 Materia orgánica

DÍA

1

9

12

14

16

20

23

27

30

33

37

Muestra 1

84,67

81,34

55.03

62,58

49.34

46,31

43,09

39,86

38.45

36,94

35,78

Muestra 2

84,67

81,34

34,17

30.31

34,70

29,91

32,05

32,28

33.09

32,05

33,22

Muestra 3

84,67

81,34

60,13

54,15

59,73

55,51

51,96

42,74

41,80

39,46

36,35

Tabla 5.2 Reducción de materia orgánica ( Etapa de exploración )

DÍA

1

3

5

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

Muestra 1

884085.6068.3169.75684264.6461.6760.25586557.3655.2354.3651.2050.2448.4246.2340.2139.2737.4336.7836.02

Muestra 2

88.4062.8758.78

55.4641.8638.5936.4437.0036.41

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Muestra 3

88.4068.5563.5561.8759.4655.8749.8748.9845.9943.7639.7638.2536.5835.78

-

-

-

-

-

-

-

Muestra 4

88.4087.5377.3978.5977.3680.3276.72752369.4168.1069.2466.1759.4162.4658.76

55.1851.2853.4550.7849.5646.21

Tabla 53 Reducción de materia orgánica ( Etapa de comprobación

-67-

Efecto de la Recircutacióg de Lixiviados en la Velocidad de Composteo.

5.3 Humedad

DÍA

1

9

12

14

16

20

23

27

30

33

37

Muestra 1

69.98

48,22

36,31

52,94

52,02

57,13

42,50

49,05

45,92

42,78

48,90

Muestra 2

69.98

48,12

39,35

44,34

41,97

45,92

39,84

44,26

51,58

50,84

50,89

Muestra 3

69.98

48,50

50,13

47,67

53,23

53,10

55,37

55,36

53,90

51,98

50,45

Tabla 5.4 Humedad de las muestras durante la etapa de exploración

DÍA

1

3

5

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

Muestra 1

71.0256.4848.9034.4146.7242,9755.3952.1256.2145.7439.1246.8955.2460.5858.4555.9557.3248.53

54.6449.5650.66

Muestra 2

71.0259.9256.9848.4651.1842,2946.7350.8753.93

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Muestra 3

71.0258.0955.3442.6138.2241,6953.1450.1252.3449.5650.37559252.6154.43

-

-

-

-

-

-

-

Muestra 4

71.0257.9053.8422.7418.7216.8914.3610.8911.5310.879.99894

753

7.486.987.067.016.86

6.44632

6.10

Tabla 5.5 Humedad de las muestras durante la etapa de comprobación

-68-


5.4 Temperatura

DÍA

1

9

12

14

16

20

23

27

30

33

37

Muestra 115.0020.0021.0021.0022.0022.0021.0019.0019.0018.0018.00

Muestra 215.0021.0021.0022.0022.0022.0019.0019.0018.0018.0018.00

Muestra 315.0020.0020.0021.0021.0022.0022.0022.0021.0021.0019.00

5.6 Variación de la temperatura en la etapa de exploración

DÍA

1

3

5

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

Muestra 1

20.0020.0021.0021.0021.0022.0022.0022.0022.0022.0023.0023.0024.0024.0025.0025.0025.0023.0023.0022.0022.00

Muestra 2

20.0021.0022.0024.0025.0023.0023.0021.0021.00

Muestra 3

20.0021.0021.0021.0022.0022.0024.0024.0023.0022.0021.0021.0021.0020.00

Muestra 4

20.0020.0020.00

21.0021.0021.00

22.0022.0022.0022.0023.0022.0022.0023.0023.0023.0024.0025.0026.0025.0025.00

5.5 pH57 Variación de la temperatura en la etapa de comprobación

-69-

Electo de la Rearcuiactón de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

DÍA

19

12

14

16

20

23

27

30

33

37

Muestra 1

6.003.003.003.005.005.006.007.007.00

8.008.00

Muestra 2

6.003.003.003.005.006.007.008.008.007.007.00

Muestra 3

6.003.003.003.005.005.006.007.007.00

8.008.00

5.8 Variación del pH en la etapa exploratoria

DÍA

1

3

5

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

Muestra 17.006.005.005.004.004.004.003.005.005.006.006.006.007.008.008.008.007.007.007.007.00

Muestra 27.005.004.003.005.005.007.008.008.00

Muestra 37.00

5.005.004.004.004.003.005.006.006.007.008.008.007.00

Muestra 47.007.006.006.006.006.006.006.006.006.005.005.004.004.003.003.004.005.005.006.006.00

5.9 Variación del pH en la etapa comprobatoria

-70-

Eiecio oe la Heoreuiacion oe Lixiviados an la Velocidad de Composteo

5.6 Condiciones climáticas de San Luis Potosí ( Datos de la estaciónmeteorológica de la empresa Industrial Minera México S. A . )

DÍA

1

9

12

14

16

20

23

27

30

33

37

Temperatura( e C)8,88

19,88

21,83

21,79

21,83

20,96

21.58

4,7117,08

22,38

15.83

Humedad relativa(%)69

49

70

89

70

41

39

73

51

30

39

Evaporación( mm)7.35

7,34

8,57

8.17

5.93

7,93

10.97

3.7

7.24

10.93

8,54

Tabla 5.10 Condiciones climáticas durante la etapa exploración

DÍA

1

3

5

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

Temperatura( 6 C)19.50

21.79

21.83

12.50

13.79

16.67

21.58

21.13

14.58

4.71

4.92

7.17

12.21

17.08

18.42

21.54

22.38

21.67

19.75

15.83

15.64

Humedad relativa( % )69

49

51

50

100

97.5

96

54

44

71

87

92.5

97.5

85.5

89

83

38

39

55

67

68

Evaporación( mm )7.51

8.17

5.93

4.73

5.85

7.86

6.23

11.52

9.46

8.43

6.23

5.95

3.78

7.46

8.95

10.58

11.89

8.95

12.85

12.78

7.56

Tabla 5.11 Condiciones climáticas durante la etapa de comprobación

-71-

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Comoosteo

Capítulo 6

Análisis de Resultados

-72-

Efecto de la Recirculaoon de Lixiviados en la Velocidad de Comoostao

En esta sección se hace el análisis de los resultados obtenidos durante lafase de experimentación.

6.1 Reducción en peso y volumen

Al registrar el peso y volumen final se determinaron los porcentajes dereducción en ambos parámetros, los cuales se encuentran en la tabla 6.1

Fase

Exploratoria

Comprobatoria

Reducción( % )Peso

VolumenPeso

Volumen

Muestra 1

15.9762.1614.8757.62

Muestra 2

10.7760.2516.2654.83

Muestra 3

19.5365.3316.6855.73

Tabla 6.1 Porcentajes de reducción en peso y volumen

El porcentaje de reducción en peso fue calculado a partir del peso húmedo yel porcentaje de humedad correspondiente, obteniéndose así el peso seco.Como se puede observar, la reducción en peso no es tan significativa comola reducción en volumen, pero para fines prácticos el porcentaje dereducción más relevante es el del volumen, pues es un factor importantepara establecer las condiciones de almacenamiento requeridas. En cuanto ala reducción en peso, es conveniente que sea la mínima para, de estamanera, contar con la cantidad máxima de composta para su uso comofertilizante.En ambas fases se obtiene una reducción que va del 54 al 65 % en volumen.El porcentaje de reducción de volumen se ve influido en gran parte por ladescarga inicial de líquido procedente de la materia orgánica en su faseinicial de descomposicióny cuyo volumen queda determinado por lanaturaleza de la materia orgánica en proceso-. Este volumen fue deaproximadamente 1.5 It por muestra para la fase exploratoria y de 1.3 It pormuestra en la fase comprobatoria.Obteniendo la razón de volumen de lixiviados a peso de la muestra seobtienen las siguientes cantidades descargadas:

Fase

ExploratoriaComprobatoria

Cantidad de lixiviados generados( It / Kg )

0.2730.375

Tabla 6.2 Cantidad de lixiviados generados a partir de la materia prima

-73-


6.2 Materia orgánica

Las figuras 6.1 y 6.2 muestran las curvas que siguen cada una de lasmuestras en el proceso de degradación.

o'a"

'§> 40.00

20.00

0.00ve o— ts

m<N

r-(N

ommf>

.Muestra 1

.Muestra 2

.Muestra 3

r-r^t

Tiempo (días )

o.2'uu*rtas

Figura 6.1 Relación materia orgánica vs tiempo ( etapa exploratoria )

Tiempo (días)

. Muestra 1

. Muestra 2

. Muestra 3

. Muestra 4

Figura 6.2 Relación materia orgánica vs tiempo (etapa comprobatoria )

-74-

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Comoosteo.

En la etapa exploratoria se dejaron pasar 7 días para realizar la primerarecirculación, ya que la humedad de la materia orgánica tardó este periodopara descender al rango óptimo. Durante estos siete días, la temperaturaambiental fluctuó entre los 9 y 15 °C, con humedad ambiental de 60 - 70 %,por lo que durante este periodo el descenso en la humedad de la compostafue muy lento.Tras la primer recirculación, la muestra número 2 desciende abruptamenteen el porcentaje de materia orgánica. Aún y cuando el valor reportado a losnueve días es el necesario para obtener una composta de buena calidad, eraevidente la presencia de cascaras indeseables. Como se mencionó en lametodología del proceso, las pruebas se realizaron por quintuplicado, y eneste caso el rango de valores obtenido alcanzó desde el 75.76 % ( encascaras ) hasta un 25.49 % ( en materia ya degradada ). Por esta razón seesperó a que los porcentajes obtenidos en el análisis fueran máshomogéneos, y el porcentaje promedio proporcionara un mejor estimado delavance de la degradación. El nivel de homogeneidad requerido sucedió eldía 16. En este caso, a partir de este día la composta se consideró de buenacalidad.El descenso en las otras dos muestras fue más paulatino, aún y cuandoexistió el mismo comportamiento que para la muestra 2 ( al promediar elporcentaje de materia orgánica ). El término de la degradación se verifica a!día 33 en la muestra 1 y el 37 en la muestra 3.Por otro lado, la presencia de actinomicetos y hongos se dio a conocer haciael día 27 en la muestra 1, el 14 en la muestra 2 y 33 en la muestra 3.Como se estableció en e! capítulo de metodología, la aireación se efectuódiariamente en las tres muestras; además se llevó a cabo una segundaaireación por día durante los primeros 7 días pues se presentó el olorcaracterístico de la anaerobiosis debido a que la humedad sobrepasaba loslímites permisibles para el proceso aeróbico.En cuanto a la textura de las muestras, éstas fueron cambiando en aspecto,de semisólido a terroso el cual se hizo evidente al final del proceso, junto conla aparición de actinomicetos y hongos. El color inicialmente era el originaldel desecho alimenticio en cuestión, sin embargo, en los primeros días elcolor cambió a café obscuro en las tres muestras.

En cuanto a la etapa comprobatoria, la humedad bajó al tercer día al valoróptimo dadas las condiciones climáticas de la Ciudad durante el periodo deexperimentación, por lo que en ese día se hizo la primer recirculación

La reducción de la materia orgánica en esta etapa fue de manera másregular a la primera. Sin embargo, se confirma que la muestra 2 es laprimera en alcanzar los valores indicados para una composta de buenacalidad.

-75-


A simple vista se observa el orden en velocidad de reducción que siguieronlas muestras: En primer lugar la muestra 2 con 18 días, en segundo lugar lamuestra 3 con 28 días, en tercer lugar la muestra 3 con 42 días y por últimola muestra 4 la cual al día 42 le restaba aún un 10 % de reducción.

En esta etapa de experimentación, la presencia de actinomicetos y hongosse dio a conocer hacia el día 36 en la muestra 1, el 12 en la muestra 2, el 22en la muestra 3 y en la muestra 4 aún no aparecían.

En cuanto a la textura y color de las muestras, el cambio fue idéntico a laetapa anterior.

*

Para verificar la similitud del comportamiento ( porcentaje de materiaorgánica en el tiempo ) en ambas etapas de experimentación se muestra lafigura 6.3. A cada gráfico le acompaña la ecuación que correlaciona losdatos respectivos.

Muestra 1

f

90 -i

80 -

60 •

50 -

40

30

o Confirmación

• imploración

10 20 30 40 50

Tltmpo ( di» )

-76-

Efecto de la Recirculacián de Lixiviados en la Velocidad de Comoosteo

90

80 -

70 -

60 -

50 •

40 -

30 -

20

Muestra 2

Y - 8 4 538' 10"(-1.0662e-2x)

10 20

Tiempo (días)

a Confirmación• Exploración

30 40

c-nS>O

90

80 -

70 •

60 -

80 •

40 •

Muestra 3

30

Y = 78.395* 10A(-1.0174e-2x)

10 20 30

Tiempo ( días )

O Confirmación

• Exploración

40

-77-


Mutitri 4

90

80 -

70 -

60 -

50 -

40 -

30

Y - 84.998 * 10"(-8.9031e-3x)

10 20 30 40

Tiempo (día*)

50

Figura 6.3 Correlación de los datos de las dos etapas

Como se puede observar para cada muestra, la tendencia de la degradaciónes similar en las dos etapas.

Para estimar la reducción del porcentaje de materia orgánica a lo largo deltiempo, se realizó la correlación de los datos. El modelo de ajuste de datosfue de Iforma exponencial decreciente obteniéndose las siguientesecuaciones:

Muestra 1 => Y = 83.659*10A (-9.7817e-3x)Muestra 2 => Y = 84.536*10A(-1.06626-2*)Muestra 3 => Y = 78.395*10A(-1.0174e-2x)Muestra 4 => Y = 84.998*10A(-8.9031 e-3")

En donde:

Y = Porcentaje de materia orgánicaX = Tiempo ( días )

Mediante el análisis de las ecuaciones obtenidas, se puede observar que elexponente del número e en las muestras 2 y 3 es menor, lo cual produce unvalor mayor al de la muestra 1, además de que, al ser multiplicado por el

-78-

Efecto de la Recírculacién de Lixiviados en la Velocidad de Comoosteo.

valor que lo acompaña, se produce un valor menor para la muestra 1 encomparación con los dos restantes. De esta manera al ser multiplicado elfactor mAx por el factor b, el descenso es más lento en la muestra 1 que enlas dos restantes. En cuanto a la muestra 4, los valores obtenidos en laecuación son muy similares a los de la muestra 1, sin embargo en elmomento de graficar los datos la diferencia entre ambas es notoria, siendomás lenta la muestra 4.

Según la teoría reportada [7] un desequilibrio en la relación C/N producealteraciones en el comportamiento de la materia orgánica. Una baja relaciónC/N se traduce en pérdidas de nitrógeno como amoniaco teniendo comoconsecuencia una elevación repentina en el pH a niveles alcalinos, y una altarelación C/N disminuye la velocidad del proceso.Dado que en ningún momento el pH tuvo alteraciones con respecto alcomportamiento normal, se observa que, al recircular los lixiviados en unaconcentración mayor a la necesaria, se está elevando la relación C/N y conésto la velocidad de degradación es menor. Por otra parte, al recircular el 50% de lixiviados y el 50 % de agua, el oxígeno presente en esta últimatambién contribuye a la aceleración en la velocidad del proceso.Para cuantificar este incremento se tomó como base el tiempo que tardó lamuestra 1 ( 0 % de lixiviados ) en alcanzar su punto final. Se observa que elincremento en la muestra 2 es de un 119.8 % y en la muestra 3 de un 19.6%.

6.3 Humedad

Las condiciones óptimas de humedad en la etapa de exploración, seestablecieron el día 8 dadas las condiciones climáticas de la Ciudad y en laetapa de confirmación se establecieron al tercer día. Para verificar lascondiciones ambientales, se pueden consultar las tablas 5.10 y 5.11Pasados estos días se efectuó la primer recirculación, siendo ésta de 2 litros( cada tercer día ) en la etapa de exploración y de 1 litro ( diariamente ) en lade confirmación, con lo cual se mantuvo el nivel de humedad de lasmuestras dentro de los límites óptimos.Hubo algunas caldas por debajo del 40 %; en esle cuso se hizo unarecirculación más para recuperar las condiciones óptimas.En el caso de la muestra 4 ( etapa comprobatoria ), se puede observar unrápido descenso durante los primeros ocho días, un descenso más lento enlos siguientes 18 días y el resto del tiempo, la humedad de la materiaorgánica entraó en equilibrio con la humedad atmosférica. Aproximadamentea un 6 % de humedad, ésta se equilibra con el ambiente.

-79-

Efecto de la Reclrculación de Lixiviados en la Velocidad de Comoosteo.

Las figuras 6.4 y 6.5 muestran el comportamiento de la humedad conrespecto al tiempo.

Muestra 1

. Muestra 2

. Muestra 3

0.00

Tiempo (días)

Figura 6.4 Porcentaje de humedad de las muestras ( etapa exploratoria )

. Muestra 1

.Muestra 2

. Muestra 3

. Muestra 4

f) fl Tfr

lleinpo (días )

Figura 6.5 Porcentaje de humedad de las muestras ( etapa comprobatoria )

Mediante el mantenimiento del porcentaje de humedad entre los límitesreportados como óptimos ( 4 0 - 6 0 % ) [1], se logran condiciones aeróbicassuficientes para que el proceso se desarrolle según el patrón normal.De la misma manera se observa que si la humedad de la composta cae pordebajo de estos limites, la velocidad de degradación disminuye.

-80-


6.4 Temperatura

Para observar el comportamiento de la temperatura durante el proceso, sepresentan las figuras 6.6 y 6.7.

30.00

25.00

. Muestra 1

. Muestra 2

. Muestra 3

10.00

llempo (días )

Figura 6.6 Variación de la temperatura durante el proceso ( etapa exploratoria )

30.00. Muestra 1

.Muestra 2

. Muestra 3

. Muestra 4

llempo ( días )

Figura 6.7 Variación de la temperatura durante el proceso ( etapa comprobatoria )

La temperatura varió solamente en pocos grados en ambas etapas. El AT seencuentra entre 5 y 7 °C, y el proceso se desarrolla en el rango de actividadmesofllica debido a la alta dispersión de calor que trae consigo la aireacióndiaria.

-81-


Para verificar el aumento de temperatura acorde con el nivel de degradaciónse muestran las figuras 6.8 y 6.9, en las cuales se pueden observar las fasesdel proceso en relación con este parámetro: un aumento durante la faseinicial ( a ), un periodo estable durante la fase activa ( b ) y por último, undescenso durante la fase de maduración ( c).

30.00

s—*

<¿ 25.00*w

3 20.00

C

| 15.00

£10.00 H 1 1 1 1 1 1 1 r-

- Muestra 1

••* ro oo í* ^-§

Degradación de Materia Orgánica ( % )

.10.00

25.00

20.00 • -

8. 15.00 • -

10.00

-Muestrai 2


30.00

23

z£BH

25.00 • •

20.00 • -

15.00 •<•

10.00 H 1 1 h H 1-

L=Muestra 3

t^-o


Figura 6.8 Fases del proceso de biodegradación en relación con la temperatura de lacomposta ( etapa exploratoria )

-82-


30.00

Dcgr«il«ción de Materia Orgánica ( % )

.1000


.10.00

U 25.00 • •

20.00

i5

15.00 • -

10.00

Degradación de Materia Orgánica ( V. )

3000

Degradación de Materia Orgánica ( '/• )

-Muestra I

-Muestra 2

- Muestra 3

I 1 1 1 1 1 1 1 1

Figura 6.9 Fases del proceso de biodegradación en relación con la temperatura de lacomposta ( etapa comprobatoria )

-83-


Existen algunas variaciones entre muestras en relación con el grado deavance del proceso. Las tablas 6.3 y 6.4 muestran el porcentaje de materiaorgánica degradada en cada fase. Estas cantidades fueron calculadas enbase al gráfico.

Fase del proceso

IncialActivaMaduraciónReducción total

Muestra 1

30%12%13%55%

Muestra 2

4 %51 %

( - )55%

Muestra 3

4 %42%3%

49%

Tabla 6.3 Reducción de materia orgánica en las fases correspondientes a la temperatura(etapa exploratoria)

Fase delproceso

IncialActivaMaduraciónReduccióntotal

Muestra 1

18%24%10%52%

Muestra 2

29%21%6%56%

Muestra 3

26%15%11%

52%

Muestra 4

10%28%

-~

Tabla 6.4 Reducción de materia orgánica en las fases correspondientes a la temperatura(etapa comprobatoria)

En la fase activa, la temperatura se mantuvo en su valor máximo ( 22 Cpara la etapa exploratoria y 25 ° C en la etapa comprobatoria ).En todos los casos la aparición de actinomicetos y hongos coincide con lafase de maduración de los sistemas.Aquí se puede observar con claridad el efecto de la recirculación delixiviados. Las muestras 2 y 3, se perturban de la condición normal dedegradación al incrementar la concentración de sustrato y microorganismos ycon ésto se obtuvo una aceleración en el proceso. Esta situación fue másevidente en la muestra 2 que en la 3.

En general, la recirculación de lixiviados no altera el patrón normal delcomportamiento con respecto a la fase de degradación durante el proceso,obteniéndose las tres variaciones reportadas en la literatura [4] para lasfases incial, activa y de maduración.

-84-


6.5 pH

En cuanto a este parámetro, al recircular los lixiviados se presenta el patrónde comportamiento normal correspondiente al nivel de degradación en cadainstante: un descenso a valores ácidos y un posterior aumento a valoresalcalinos.

La figura 6.10 y 6.11 presentan la variación de éste parámetro en relacióncon el tiempo. Estos cambios variaron de acuerdo al nivel de degradación decada muestra.

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Tiempo (días )

Figura 6.10 Variación del pH ( etapa exploratoria )

Como se observa en la figura anterior, la variación de pH fue la misma paralas tres muestras hasta el día 16 en el que la muestra 2 se despega de lasdos restantes y alcanza el nivel alcalino más rápidamente. Elcomportamiento de las muestras 1 y 3 es el mismo en todo el periodo. Lamuestra 2 además baja al nivel neutro en un periodo corto ( 3 días ). Coneste nivel se puede asegurar una composta de buena calidad.

-85-

Efecto de la Reclrculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

10.00

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 4

Tiempo ( días )

Figura 6.11 Variación del pH ( etapa comprobatoria )

A diferencia de los valores obtenidos en la fase exploratoria, en este caso elpH varía de forma más homogénea de acuerdo al nivel de degradación decada muestra. Se pueden observar curvas de elevaciones uniformes a lolargo del periodo de descomposición por microorganismos.Con este parámetro se puede medir ( indirectamente ) el grado de avancedel proceso. En las figuras 6.12 y 6.13 se presentan, para cada muestra, larelación materia orgánica-pH que se mantuvo durante el proceso.

En estas gráficas se señalan las fases del proceso con una correspondenciaa la gráfica de temperatura-materia orgánica presentada anteriormente.

Etapa exploratoria

En la muestra 1 la fase acida ( i ) abarca una reducción de materia orgánicadel 44 % aproximadamente, lo cual incluye la fase inicial, activa y una partede la fase de maduración ( a, b y c respectivamente ) de las marcadas en elanálisis temperatura-materia orgánica. El pH desciende a un valor de 3durante la fase inicial y posteriormente aumenta a 5 durante la fase activa ycontinúa este aumento a 7 en parte de la fase de maduración. En la fasealcalina (ii), el pH alcanza un valor de 8 que corresponde a la última partede la fase de maduración y a una reducción del 9 % aproximadamente, enmateria orgánica.La muestra 2, en su fase acida, logra una reducción del 55 % y de igualmanera descience a un valor de 3 en pH durante la fase inicial, aumenta a 6en la fase activa y a 7 en parte de la fase de maduración. Durante la fase

-86-

Efecto de la Reclrculaclán de Lixiviado» en la Velocidad de Comoosteo

alcalina, solamente se homogeiniza la muestra pues, tomando en cuenta elvalor promedio del porcentaje de materia orgánica ( 30 % ), la reducción deéste es nulo.

Por su parte, la muestra 3 reduce su porcentaje de materia orgánica en un42 % durante la fase acida, con un descenso a 3 durante la fase inicial, peroa diferencia de las otras dos muestras ésta alcanza la neutralidad duranteuna parte de la fase activa y no toma parte de la fase de maduración. A lafase alcalina le corresponde una reducción del 8 % en materia orgánica,consiguiendo asi el porcentaje requerido para una composta de calidad. Aesta fase le corresponde una parte de la fase activa del proceso (alcanzandoun pH de 8 ) y la fase de maduración en su totalidad ( manteniendo el pH de8).

Los porcentajes de reducción en cada fase se encuentran resumidos en latabla 6.5

10.00

Q.

2.00

r- i- m oo\O n o >/"> 5 S

Muestra 1

t — > o < N & > v o m O \ o o * oo o o o v " > * f > ' » t 1 t t m r « - > r « i

Degradación (Ir Malcría Orgánica ( % )

Xa.

10.00

800

6.00

4.00

2.00 -\ 1 1 1 1 1 1 1 h

00 00

DcEraclacIrtn dr Malcría Orgánica ( % )

-Mm-slni 7

-87-


~

a0.

in nn

8.00 •

6.00 •

4.00 •

2.00 •

||<; ^>

e •* j^ r

- X"\ / — ~ °\ 1 /a — -i

1 tt * t •» 1

r— T t m w i f ) — ' \o *t O *£> <r\>O m — — t-~ >r> ov t— oo ** m

S — O *» <7* «I — fS — O ^ Oo o ^ » o » n v - i « o < * t < ( f r m m

l)r|>rmliiririii (Ir MMlrrU <)r|>4nlc« ( % )

Figura 6.12 Relación materia orgánica-pH ( etapa exploratoria )

Etapa comprobatoria

En las muestras 2 y 3 la fase acida abarca las fases inicial, activa y parte demaduración, a diferencia de la muestra 1, en la cual el aumento detemperatura no corresponde a estas mismas fases pues sólo abarca la faseincial y parte de la fase activa, dejando el resto a la fase alcalina. Para lamuestra 4 toda la reducción medida se lleva a cabo dentro de parte de lafase acida, sin embargo la tendencia indica que en poco tiempo se pasará ala fase alcalina.La tabla 6.5 incluye también los porcentajes de reducción de esta etapa.

Etapa

Exploratoria

Comprobatoria

Fase delproceso

AcidaAlcalinaReducción totalAcidaAlcalinaReducción total

Muestra 1

44%9%53%42%6%

48%

Muestra 2

55%-

55%52%

-52%

Muestra 3

42%8%50%49%3%52%

Tabla 6.5 Reducción en las fases correspondientes al pH

-88-

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Comnosteo

Haciendo una comparación entre ambas etapas, se observa que losporcentajes de reducción correspondientes a cada fase son muy similares.En la fase acida de la etapa exploratoria, la muestra 1 reduce el 44 % y en laetapa comprobatoria el 42% dejando el 9 y 6 % respectivamente a la fasealcalina. En la muestra 2 toda la materia orgánica se reduce en la fase acidapara ambas etapas. En la muestra 3 los porcentajes de la fase acida van del55 al 49 % dejando el resto para la fase alcalina. La muestra 4 de la etapacomprobatoria, reduce su materia orgánica en un 38 %, cantidad medidahasta el término del experimento.

10.00

8.00 • •

Degradación dr Materia Orgánica ( * / • )

10(10

8.00 • •

6.00 • •

4.00 • -

2.00

-Miifilni 2


-89-

Efecto de la Reclrculación de Lixiviados en laVelocidad de Comoosteo

10.00

8 00 • •

-~ 600•a4.UO

200

• • a

vO«t


-Muestra 3

t

aso.

1000 T--

8.00 •

f. nn .

4.00 •

"> on .

*r ' >

A.

S r1

^/ =*t o\ rs o — oo oood "1 "~: —,-*.—. '-;oo oo t£> OO ON >o O

r^ r~ ^o vt wt "->


1 M - '•( A \\ "C 1

Figura 6.13 Relación materia orgánica-pH ( etapa comprobatoria )

6.6 Relación temperatura-pH

A continuación so muestra oí comportamiento dol pH y temperaturasimultáneos, para verificar similitudes o diferencias entre ambos. ( Figura6.14y6.15)

En estas figuras se observa la relación que guarda la temperatura con el pHen todas las muestras.

En los periodos en los que la temperatura aumenta, el pH desciende yvisceversa, es decir, durante la fase acida la temperatura aumenta y al pasara la fase alcalina existe un descenso de temperatura.

-90-


I:C2.

30.00

Z. _ 20.00 • •

10.00 • -

0.00 ——I—————

Muestra 1

-Temperatura

-pH

Degradación dt Materia Orgánica ( % )

Tem

pera

tura

( o

C )

pH

(-)

•5Q nn

20.00 •• / — * ^

m nn

'S^HH

• * <L

^>-*- —

Muestra 2

»

i —•—Temperatura

-»-pHu.uu | • i" 'i | "" l i l i

i-- t^ o m o>tO i- f- p O

3 (*> (O CO fO

Degradación dt Malrrlv Orgánica ( % )

30.00

U

í. _ 20.00 • •C '

10.00 • -

000


Muestra 3

-Temperatura

-pH

Figura 6.14 Relación temperatura/pH-matoria orgánica para la fase exploratoria

-91-

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Comnosteo

30.00 -,

o 20.00 <

c j,f 1. 10.00 •

1 'K- 0.00 •

<*

g

^^^fcjfc-^^l^

^ v»^^**^ >*>*

• ••••***••*'mmmmmwfm

10 h- <o o en roK co n CM <N »OÍ W h-i ^ «o NÍ(O (O IO IO * CO

Muestra 1

l — * — Temperatura

-•-pll

Degradación de Miterii Orginica ( '/. )

3000

O

¿ 20.00 <

|j1 a 10.00 -

H o.oo -cX

r

-*-~^«— --»— *^ ^^"^—^

1»___JL J| • '

^»~*-ir -* ^

3 h - 0 0 < p ( O O ) « O r• O O h - . * O O l O V C ) ^j c N i t b i o W e ó c o r ^ aí t D u í i o ^ - r o c o c o f

cgradiclén de Mltcrli Orjínlcí ( % )

Muestra 2

' — •— Temperatura

-»-pH

•

!

30.00 •

0 20.00 .O

C ¿.

f x 10.00a- I

&

i o.oo •5

J*-+***^ _*s^ ^^*-A_j^~^^~^^^^^^J ^^«•• t_^ - bi

L _»-»-4H* ~1^»*»** -**? in <p h- o> <o co

10 ^ oo o t^ 10

Muestra 3

— •— Temperatura1

-»-pH

S eo o> oi «o o> cb(D VI •* •< CO CO

Degradación de Materia Orgánica ( '/. )

30.00

R ? 5 2 S- f; ÍS S8 g S SDrir.d.clón ür M.lrrll Orgínlci ( % )

Figura 6.15 Relación temperatura/pH-materia orgánica para la fase comprobatoria.

-92-


El pH se encuentra relacionado con la temperatura de manera inversa. Entanto el trabajo de degradación es desarrollado por las bacterias latemperatura va en aumento debido a que la velocidad de producción de calorpor la actividad aeróbica de estos microorganismos excede a la velocidad depérdida al ambiente externo, y se estabiliza en el punto en el cual el sustratocon posibilidades de ser degradado por los mismos comienza a escasear. Aeste aumento le corresponde un descenso en el nivel de pH debido a que lasbacterias deshacen los compuestos complejos de carbono y los convierten aácidos orgánicos intermediarios. Cuando estos mateiales comienzan aescasear, el pH aumenta paulatinamente y las bacterias dejan paso a laactividad de los hongos y actinomicetos. Cuando estos últimos aparecen yutilizan los ácidos como sustrato el medio pasa de ácido a alcalino y latemperatura que se mantuvo durante el periodo de actividad bacterianodisminuye dejando las condiciones apropiadas para el desarrollo deactinomicetos y hongos. Esta relación se verifica durante la fase deexperimentación a diferentes tiempos según el porcentaje de materiaorgánica degradado, por lo cual se comprueba que la recirculación delixiviados provoca un incremento en la velocidad de degradación sin alterarel patrón normal de comportamiento.

6.7 Método del balance de agua

Debido a que el peso de la muestra no fue medido durante el transcurso delexperimento, sólo al inicio y al final, se hizo una regresión de estos pares dedatos y se obtuvo una recta para cada muestra, cuyas fórmulas son:

Etapa exploratoria

Muestra 1 => Peso de la muestra ( Kg) = 5.5750-0.075* tiempo ( días )Muestra 2 => Peso de la muestra ( Kg) = 5.5694-0.069* tiempo ( días )Muestra 3 => Peso de la muestra ( Kg) = 5.5805-0.081* tiempo ( días )

Etapa comprobatoria

Muestra 1 => Peso de la muestra ( Kg) = 4.0488-0.0488* tiempo ( días )Muestra 2 => Peso de la muestra ( Kg) = 4.1294-0.1294* tiempo ( días )Muestra 3 => Peso de la muestra ( Kg) = 4.0777-0.0777* tiempo ( días )

De esta manera se obtuvo el peso de las muestras para cada día delexperimento y posteriormente se convirtió a volumen de agua.

-93-

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en la Velocidad de Cómaoste

Las tablas 6.6 y 6.7 muestran la cantidad esperada de lixiviados para cadamuestra.

Día

1-99-12

12-1414-1616-2020-2323-2727-3030-3333-37

Muestra 1

2.8922.5111.1771.9651.7372.4491.6262.0621.9971.626

Muestra 2

2.9032.3661.7092.0311.7822.1181.6981.6911.9211.805

Muestra 3

2.8721.8642.0531.6811.9581.7821.8682.0031.9541.849

Tabla 6.6 Volumen esperado de lixiviados (etapa exploratoria )

Dia

1-33-55-88-1010-1212-1414-1616-1818-2020-2222-2424-2626-2828-3030-3232-3434-3636-3838-4040-42

Muestra 1

1.5141.2211.4740.4921.0870.5281.0390.7811.2361.1460.7290.7200.8191.0000.9980.8921.1110.7731.0130.874

Muestra 2

1.3691.0351.2130.8561.1950.8430.8400.854

-

-

-

-

-

-

--

-

---

Muestra 3

1.4461.0331.3881.0850.8430.6011.0180.8520.9810.9260.8291.0270.929

-

--

-

---

Tabla 6.7 Volumen esperado de lixiviados ( etapa comprobatoria )

-94-

Efecto de la Reclrculación de Lixiviados en la Velocidad de Comoosteo.

Haciendo la relación de los 2 litros agregados a la materia orgánica seencuentra que equivale a una precipitación de 565 mm, o bien de 287.5 mmpara el caso de un litro, haciendo la relación del área expuesta delcontenedor al área expuesta del pluviómetro.

Como se puede observar en las tablas anteriores, existe una variación demuestra a muestra en cuanto a la cantidad de lixiviados obtenidos, es decir,en tanto en alguna(s) muestra(s) aumenta de un periodo de tiempo alsiguiente, en otra(s) disminuye. Dado que la evaporación ambiental para lastres muestras es la misma, se atribuye esta diferencia a la variación en elgrado de compactación de una muestra a otra resultante de la aireaciónmanual efectuada, quedando espacios más compactados en una muestra enlos cuales el liquido recirculado no penetró, o bien espacios menoscompactados en los cuales hubo una retención de líquido.Otro factor importante en este sentido es la capacidad de absorción de lamateria. Esta varió de más a menos en el transcurso del tiempo a causa deuna disminución en el porcentaje de materia orgánica. Se observa que haciael final del proceso la cantidad de lixiviados es casi constante lo cual seatribuye a que en este punto la capacidad de absorción es menor que en uninicio.Como último criterio contemplado, se observa que el comportamiento no esregular, es decir, en ciertos periodos de tiempo aumenta y en otrosdisminuye. Ésto debido a que la evaporación ambiental varia de un día alsiguiente en varios milímetros.

En cuanto a la concentración de los lixiviados, ésta fue variando con eltiempo. En un principio en los lixiviados obtenidos se encontraba una granconcentración de materia orgánica, misma que fue disminuyendo al paso deltiempo. A pesar de que no se efectuó un análisis químico de laconcentración de materia orgánica en los lixiviados fue posible apreciar lavariación mediante un análisis organoléptico. Al inicio se contó con un fluidosemiespeso, de color cafó-nnrnnjn y do consistencia grnsosn y conformo oítiempo transcurrió, este aspecto varió a un fluido más transparente, sinconsistencia grasosa y más ligero.

-95-


Capítulo 7

Conclusiones

-ÜU-


Las conclusiones que se presentan a continuación han sido generadas através del análisis de los resultados procedentes de la fase experimental ysu comparación con la teoría obtenida de la literatura.

Las conclusiones son las siguientes:

1. La velocidad de degradación es mayor en una muestra a la cual serecirculan los lixiviados que una a la cual no se realice dicharecirculación. Ésto confirma la hipótesis establecida al inicio de lainvestigación.

2. La velocidad de degradación es mayor al recircular un volumendeterminado con un 100 % de lixiviados comparado con unarecirculación de 0% de éstos, sin embargo la velocidad es aún mayorcuando el volumen recirculado contiene un 50 % de lixiviados, por lotanto, no necesariamente, a una mayor concentración en los lixiviadosse obtiene una mayor velocidad de degradación. Deberá existir unaconcentración óptima a la cual el incremento en la velocidad es elmáximo.

3. La recirculación de lixiviados no altera el patrón de comportamientonormal para la temperatura y el pH.

4. En climas secos donde la precipitación pluvial es baja o nula y laevaporación juega un papel significativo, tal como se presentó en ellugar en el cual se desarrolló la presente investigación, la humedaddentro de la composta, se abate a un nivel en el cual disminuyefuertemente la actividad microbiana. En regiones geográficas con climassimilares, los sistemas de composteo no presentan fuertes cantidadesde generación de lixiviados, a excepción del periodo inicial dedescomposición en el cual la materia orgánica por sí misma genera unacantidad de lixivaidos suficiente para que éstos fluyan hacia fuera de lacomposta misma.

Efecto de la Recirculación de Lixiviados en Sistemas de Composteo

Capítulo 8

Aplicaciones y proyectos futuros

-98-


Dentro de este capítulo se discutirá la extensión de la presente investigacióna posibles aplicaciones en un Relleno Sanitario e investigaciones futuras.

El primer punto necesario para ampliar los resultados obtenidos es hacer unacomparación entre las ventajas que proporciona un sistema aeróbico contrauno anaeróbico. Básicamente la principal ventaja que existe está en funcióndel tiempo de proceso. Un proceso aeróbico se lleva a cabo en un periodo detiempo más corto que uno anaeróbico. Este decremento en tiempo setraduce en una aceleración de la estabilización de la materia orgánica, yaque se obtiene un pH neutro en un periodo de tiempo más corto. Por otrolado, como se mencionó anteriormente, la reducción en volumen es grandepor lo cual se alarga la vida útil del Relleno en cuestión. Aunque estareducción en volumen también se logra en un proceso anaeróbico, el factortiempo es el que marca la diferencia.

Se sabe que en el Estado de México existe un Relleno Sanitario en el cual serecolectan los lixiviados procedentes de la degradación y se les da untratamiento anaeróbico para producir metano. Si bien es cierto que el metanogenerado en este proceso resulta útil como fuente alterna de energía, escuestionable el costo del equipo requerido para el manejo de este gas, esdecir, el sistema de distribución hacia algún lugar en específico y es en estepunto donde surge la pregunta: ¿ Porqué no utilizar estos lixiviados paraacelerar la degradación de la materia orgánica ?. Como se mencionóanteriomente, el proceso aeróbico tiene ciertas ventajas sobre el procesoanaeróbico; además de éstas se incluye ahora el factor costo el cual esmenor si se considera la vida útil del Relleno Sanitario y el impacto que éstoocasiona al ambiente.

Si se considera esta última alternativa, será necesario definir variosparámetros de control. En primer lugar se requerirá de una separación previade los residuos para que el Relleno Sanitario contenga residuosestrictamente biodegradables. Posteriormente se necesitará realizar unatrituración previa al tratamiento; el tamaño de partícula deberá ser de 50 mmcomo máximo.En cuanto a la frecuencia de la aireación, será necesario hacer un volteodiario, sin embargo existen tres situaciones en las cuales será necesariohacer un volteo más:

1. Una temperatura por encima de los 60 °C2. Una humedad de la materia orgánica por encima del 60 %3. La presencia de olores característicos de la anaerobiosis.

Para el monitoreo de la temperatura, será conveniente instalar medidores detemperatura en varios puntos del Relleno y de esta manera contar con un

-99-

Efecto de la Recírculación de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

control constante para evitar sobrepasar la temperatura de 60 °C medianteun volteo oportuno.Para determinar la frecuencia de la recirculación de lixiviados será necesariorealizar análisis de humedad al menos cada tercer día. Como se observó enel transcurso de este documento, las condiciones ambientales propias de unclima seco, como es el caso de San Luis Potosí, demandan una recirculacióncada tercer día de un volumen de al menos 0.25 litros de lixiviado por Kg demateria orgánica, sin embargo, la diferencia de estas condiciones de región aregión hacen necesario un estudio de humedad en la región en la cual seimplemente el proceso. Este estudio no es costoso y puede ser simultáneo ala implantación del proceso.En referencia la pH será oportuno realizar un análisis ocasional solamentepara verificar que la materia orgánica se está comportando según oí patrónnormal mencionado en la teoría y comprobado en esta investigación.En cuanto a los análisis de materia orgánica, que en este caso afectarían loscostos de operación, no serán frecuentes. En esta investigación se realizaroncon cierta frecuencia para determinar el incremento en la velocidad dedegradación la cual resultó ser mayor al recircular un 50 % de lixiviados delvolumen total de líquido agregado. Es en este punto en el cual surge un temapara posteriores investigaciones. Durante el transcurso de esta investigaciónse verificó que existe un incremento de la velocidad de degradación cuandose recircula el 50 % en volumen de lixiviados, sin embargo, puede existir unporcentaje intermedio al cual la velocidad de degradación sea aún mayor. Enla investigación recomendada se probará con una variedad mayor deporcentajes de recirculación para obtener aquel porcentaje al cual lavelocidad es la máxima.Para determinar el punto final de la composta si será necesario realizar unanálisis de materia orgánica cuando ésta presente las características decolor, textura, apariencia, pH y temperatura propias del producto final. Éstocon el fin de asegurar que el porcentaje de materia orgánica final sea dealrededor de un 36 % y con ésto obtener un producto de buena calidad parasu uso como mejorador de suelos. Un factor de ayuda para determinar laproximidad del punto final es el desarrollo evidente de actinomicetos yhongos.

En la figura 8.1 se muestra un esquema del equipo en el cual se recircularánlos lixiviados procedentes de la degradación de la materia orgánica para lafabricación de composta.

100-


1.- Contenedor de residuos orgánicos2.- Aspas giratorias3.- Malla4.- Cono5.- Bomba6.- Entrada de agua7.- Aspersor8.- Medidores de temperatura9.- Válvula de seguridad

Según este diseño, el material orgánico quedará contenido en el recipientemarcado con el número 1 y será aireado mediante el uso de las aspasgiratorias, en las cuales el sentido de giro es contrario. El movimiento de lasaspas puede ser manual o mecánico y tendrá una frecuencia de unmovimiento de al menos 5 minutos diariamente. La materia orgánica esretenida por la malla señalada con el número 3, la cual debe tener unaabertura mínima de 1 cm para evitar que esta materia escurra junto con loslixiviados. Dado que el fondo del contenedor tiene forma de cono elescurrimiento de los lixiviados será continuo. Para la salida de éstos setienen dos alternativas:

-101-


a) Recircularlos mediante ayuda de la bomba y previamente diluidos enagua, la cual entra en cantidades controladas.

b) Si la cantidad de lixiviados excede la capacidad de la bomba, se podráabrir la válvula de segundad.

Por último, se cuenta con algunos medidores de temperatura para controlareste parámetro y que no vaya más allá de los 60 °C, como se ha mencionadoen ocasiones anteriores.

-102-


Bibliografía

-103-


[I] Institute for solid waste of american public works association.Tratamiento de los residuos urbanos. Capítulo 9. Madrid, 1976

[2] Monroy H., Osear, Viniegra G., Gustavo. Biotecnología para elaprovechamiento de los desperdicios orgánicos. AGT Editor S. A.México, 1981

[3] Bagchi, Amalendy. Design Costruction and monitoring of SanitaryLandfill. Capítulo 3. John Wiley and Sons, 1990.

[4] Eric Sénior Editor. Microbiology of Landfill Sites. Capítulo 3. CRC, PressInc. Florida 1990.

[5] Robinson, William D. The solid waste handbook. A practical guide.Capítulo 19. John Wiley and Sons, 1986.

[6] Kreith, Frank. Handbook of solid waste managment. Capítulo 10. Me.Graw Hill, Inc. U.S.A., 1994.

[7] The biocycle guide to the art and science of composting. Edited by thestaff of biocycle. Journal of waste recycling. J. G. Press, Inc.Pennsylvania, 1991.

[8] Benedict, Arthur H., Epstein Eliot and Alpert Joel. Composting municipalsludge. A technology evaluation. Noyes Data Corporation. U. S. A.,1987.

[9] Ramalho, R. S. Tratamiento de aguas residuales. 2a. edición. EditorialReverte, S. A. Espa;a, 1993.

[10] López Garrido Jaime, Pereira Martínez José, Rodríguez AcostaRolando. Eliminación de los Residuos Sólidos urbanos. Editorestécnicos asociados. Espa;a, 1980.

[II] Stock, Molly. A practical guide to gradúate research. Me. Graw Hill,1985.

[12] Maystre L.Y. and Viret, F. A goal-oriented characterization of urbanwaste. Waste Managment & Research, 13, pp. 207-218. USA, 1995.

[13] Avezzu F., Collivignarelli, C. and Ghirardim A. Volphi. Behavior ofheavy metáis in activated sludge biological treatment of landfill leachate.Waste Managment & Research, 1995.

-104-


[14] Martínez Flores Hilario R., Leyva Torres c J., Morales C. Ana.Fabricación de Composta con Fermentación Acelerada. RevistaCalidad Ambiental. Vol II, NUM 7.

[15] Memorias XIV Congreso Regional IMIQ Zona Norte. La basuradoméstica e industrial. Problemas, producción, solución y reciclamiento.

[16] Cardona Patricia. La contaminación de la tierra. Colección La tierra,un planeta joven. México.

[17] DR7 2000 spectrophotometer. INSTRUMENT MANUAL For UseWith Software Versión 3. Heach Company, 1991.

[18] Instruction Manual. Digesdahl Digestión Apparatus . Hach Company,1991.

[19] Perspectivas de aprovechamiento del metano generado en elRelleno Sanitario de Salinas Victoria. Tesis de maestría.

[20] Centro de Estudios Estratégicos. Estudio DELPHI. InstitutoTecnológico y de Estudios Superiores, Campus San Luis Potosí.

[21] Deffis Caso, Armando. La basura es la solución. Editorial Concepto,2a. reimpresión. México, 1989.

[22] Pelczar, M.J., R.R. Reid y E.C.S. Chan. Microbiología. Me Graw Hill.4a. edición en español. 1982.

[23] Díaz L. et al. Composting and recycling Municipal Solid Waste. LewisPublishers. pp. 221-265. USA, 1993.

[24] Pohland F. and Stephen R. Critical Review and Summary ofI eachate nnd Gas Prodtiction from Lnndfills. EPA / 600 / 12-86 / 073.1995

[25] Antonopoulos A. Biotechnological Advances in Processing MunicipalWastes for Fuels and Chemicals. Noyes Data Corporation. USA, 1987.

[26] Chrometska, P. Determination of the Oxygen Requements ofMaturing Composts. International Research Group on Refuse Disponsal.Information Bulletin 33, Agosto, 1968

-105-

Efecto de la Recirculaclón de Lixiviados en la Velocidad de Composteo

[27] Schulze, K.F. Rate of Oxygen Consumption and Respiratory RateWuotients during the Aerobio Composting of Synthetic Garbage.Compost Science, vol. 1, no. 36. Primavera 1960

[28] Lossin, R. D. Compost Studies, Part II. Compost Science, vol 12, no.1, pp. 12-13. Enero-Febrero, 1971.

[29] Regan, R. W., y J. S. Jeris. A Review of the Descomposition ofCellulose and Refuse. Compost Science, vol 11, no. 17. Enero-Febrero,1970/

[30] Dirección de PEMEX. Breviario de términos y conceptos sobreecología y protección ambiental. Segunda edición. México, 1991.

[31] Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos

[32] Ley General de la Salud

[33] Ley General de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente

[34] Reglamento de la LGEEPA en Materia de Residuos Peligrosos

[35] Código Urbano y Ecología del Estado de San Luis Potosí

[36] Ley Orgánica del DDF

[37] Reglamento de Aseo Público del Municipio de San Luis Potosí.

[38] Trejo.R. 1987. La disposición de desechos sólidos urbanos. Ciencia yDesarrollo. 8 (74):79-89

Direcciones de Internet utilizadas para la cosulta:

[39] http://www.gov.nb.ca/environiTi/comucate/compost/qacorn.htrn

[40] http://www.oldgrowth.org/compost/compost.htmWdecomposition

[41 ] http://www.oldgrowth.org/compost/sludge.html

[42] http://www.cals.cornell.edu/dept/compost/Fact.sheets/FSIntro.html

[43] http://www.cals.cornell.edu/dept/compost/Fact.sheets/FS( 1-10).html

[44] http://www.whitehawk.com/dirtdoctor/recipes.html

-106-


[45] http://www.pan.ci.seattle.wa.us/seattle/engr/compostg.htm

[46] http://www.usit.net/hp/bionet/composting.htmltt2

[47] http://www.morgansci.com/lit.htm

[48] http://www.morgansci.com/compost.htm

[49] http://hammock.ifas.ufl.edu/txt/fairs/he/8003.html

[50] http://net.indra.com/~topsoil/Compost_Menu.html

[51] http://aggie-horticulture.tamu.edu/PLANTanswers/misc/compost.html

[52] http://www.cityfarmer.org/wormcomp61 .html

[53] http://www.cfe.cornell.edu/compost/science.html

[54] http://www.cfe.cornell.edu/compost/why.html

[55] http://www.globalff.org/globpub.html

[56] http://www.webslingers.com/tumblebug/

[57] http://dell.ieco.conacyt.mx/ta/tag.htm

-107-

Documents

TESIS MAESTRÍA EN INGENIERÍA - · PDF filede tesis Al personal del laboratorio del área de Ciencias de la Tierra de la Facultad de Ingeniería de la UASLP, por darme un espacio