TUTORIAL 3

RESIDUOS SOLIDOS ORGANICOS

Los residuos sólidos municipales comprenden los domésticos, comerciales e institucionales, las basuras de la calle, los escombros de la construcción y los residuos generados en las diferentes actividades productivas de bienes y servicios, en sectores tales como el industrial, agropecuario, de servicios y mineros.

 Estos residuos sólidos pueden ser peligrosos o no peligrosos, de acuerdo con las características presentes en su composición, y a su vez, en cada una de estas dos grandes categorías, se dividen en aprovechables o no aprovechables. Como se aprecia en la Figura 3, considerando las diferencias que existen tanto en las características, como en las condiciones de manejo, los residuos aprovechables y no aprovechables tendrán cada uno un esquema diferente de gestión, de tal forma que se aumente la cantidad de residuos aprovechables y se disminuya la cantidad de no aprovechables (Ministerio del Medio Ambiente, 1997).

Se entiende por residuo peligroso o RESPEL “aquel que por sus características corrosivas, reactivas, explosivas, tóxicas, inflamables, infecciosas o radiactivas puede causar riesgo o daño para la salud humana y el ambiente. Así mismo, se considera residuo o desecho peligroso los envases, empaques y embalajes que hayan estado en contacto con ellos” (Decreto 4741/05, Art. 3); de lo anterior se deduce entonces que todos aquellos desechos que no entren en ninguna de estas condiciones se considerarán como no peligrosos o convencionales. Si bien es cierto que la primera fuente de producción de RESPEL es el sector productivo y dentro de este el industrial, también se genera este tipo de materiales en los domicilios, por lo que no debe desligarse su gestión del contexto municipal.

Figura 3. Gestión de Residuos (Aprovechables y No Aprovechables).

Fuente. Adaptado de (Ministerio del Medio Ambiente, 1997).

Para realizar una Gestión integral de Residuos Sólidos es necesario identificar y clasificar los residuos sólidos generados según su potencial de aprovechamiento dos categorías:

• Residuos Sólidos NO Aprovechables: acorde con la normatividad ambiental colombiana (Decreto 1713 de 2002, Art.1) se definen: como “todo. material o sustancia sólida o semisólida de origen orgánico e inorgánico, putrescible o no, proveniente de actividades domésticas, industriales, comerciales, institucionales, de servicios, que no ofrece ninguna posibilidad de aprovechamiento, reutilización o reincorporación en un proceso productivo. Son residuos sólidos que no tienen ningún valor comercial, requieren tratamiento y disposición final y por lo tanto generan costos de disposición”

• Residuos Sólidos Aprovechables: para los propósitos de este cuso se integran las definiciones planteadas por la normatividad tanto de residuos convencionales como peligrosos, para incluir en esta categoría cualquier material, objeto, sustancia o elemento en estado sólido, semisólido o líquido que ha sido descartado por la actividad que lo generó, pero que es susceptible de recuperar su valor remanente a través de su recuperación, reutilización, transformación, reciclado o regeneración (Decreto 1713/2002, Decreto 4741 de 2005).

Los residuos aprovechables pueden clasificarse de distintas maneras; la más genérica incluye:

Residuos Biodegradables u Orgánicos: dentro de este tipo de residuos encontramos aquellos que pueden ser transformados por microorganismos como bacterias, hongos y otros agentes biológicos. Se incluyen restos vegetales, frutas, residuos de comidas, verduras, restos de podas y residuos de jardinería.

Residuos Reciclables: son aquellos tipos de residuos que después de haber sido utilizados pueden ser la materia prima o parte de esta para la fabricación de nuevos elementos. Dentro de estos tenemos el papel, cartón, vidrio, plástico, aluminio, textiles y aceites usados.

En cuanto a los residuos de origen orgánico según su naturaleza y/o característica física pueden clasificarse en (Jaramillo & Zapata, 2008):

• Residuos de alimentos: principalmente son restos de alimento que provienen de fuentes como restaurantes, comedores comunitarios, hogares y diferentes lugares de expendio de alimentos.
• Estiércol: provenientes de las heces de los animales, generalmente son aprovechadas en bio-abono o generación de biogás
• Restos vegetales: provenientes de podas o jardines, también se consideran algunos residuos de cocina que no han sido sometidos a cocción como los son las cascaras de frutas y las legumbres.
• Cuero: derivados de artículos de cuero en desuso.
• Papel y cartón: son residuos con un gran potencial para su reciclaje, estos son considerados dentro de los residuos orgánicos ya que son fabricados a partir de compuestos orgánicos.

Por otro lado, los residuos reciclables se clasifican según su fuente de generación en: (Tchobanoglous, Theisen, & Vigil, 1994)

• Domésticos y comerciales: provenientes de los hogares y actividades comerciales dentro de estos se tienen papel, cartón, plástico, textiles, madera, vidrio, aluminio, otros metales, baterías. Aceites, neumáticos entre otros.
• Institucionales: provenientes de escuelas, cárceles y centros gubernamentales. Los residuos son similares a los domésticos y comerciales.
• Construcción y demolición: provienen de lugares nuevos de construcción, reparación y remodelación, dentro de los que se tiene madera, hormigón, etc.
• Industriales: provenientes de las diferentes industrias. Dentro de estos se encuentran metales, plásticos, aceites, resinas, vidrios, tejidos y chatarra.

Finalmente en lo que tiene que ver con los residuos peligrosos potencialmente aprovechables estos entrarían en la clasificación general como reutilizables o reciclables; no obstante es importante tener en consideración aquellas particularidades que les confieren dicha denominación y que en determinado momento definirán la viabilidad y tecnología para su recuperación, a continuación algunas de ellas (Suarez, 2009):

• Características de peligrosidad: Conocidas con la sigla CRETIP: Corrosividad, Reactividad, Explosividad, Toxicidad, Inflamabilidad, Patogenicidad, con la cual se refieren las propiedades de los residuos. La característica de cada RESPEL sirve su clasificación en la fuente de generación y para identificar los residuos a lo largo de la cadena de gestión. En general y para efectos de este curso se excluyen los residuos patógenos o infecciosos de los análisis y cadenas de aprovechamiento, en atención a sus implicaciones sobre la salud pública y la regulación específica que sobre ellos existe en Colombia (ver Decreto 2620 de 2000).

• Manejo de Riesgos: Los RESPEL deben manipularse con las precauciones definidas por su composición y nivel de riesgo. Existen parámetros para el manejo del riesgo implícito en estos residuos, como la clasificación de las Naciones Unidas o la de la National Fire Protection Asociation (NFPA). Estas son utilizadas para el almacenamiento o el transporte, sin embargo es importante mantener esta clasificación en todos los elementos de gestión puesto que en el manejo de RESPEL existe en todo momento el riesgo, y es responsabilidad de todos los actores involucrados.

• La fuente generadora del residuo y contenido de contaminantes-la composición del residuo: esencialmente se utilizan listados como el del convenio de Basilea, el del Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS) o el catalogo Europeo de Residuos(CER), estos catálogos son más adecuados para clasificar RESPEL en los procesos de aprovechamiento y tratamiento, ya que están ligados tanto a la fuente generadora como al contenido del contaminante o a su composición; facilitando de esta manera el sistema de gestión. La clasificación del CEPIS aporta un atributo más y es la opción de manejo o aprovechamiento.

Las 4R’s (reducir, reutilizar, recuperar y reciclar

El aprovechamiento de residuos se plantea en el marco de una gestión integral de residuos, lo cual contribuye al logro de objetivos locales, regionales e internacionales sobre modelos que apuntan a la sostenibilidad del desarrollo, tal ha quedado planteado desde la Cumbre de la Tierra (Rio de Janeiro-Brasil, 1992), a través de los cuales se espera uso eficiente y equitativo de los bienes naturales (Dominguez, 2007).

Una de las estrategias más difundidas en el mundo, en lo que a manejo de residuos se denomina las cuatro erres y se utiliza de forma amplia para concienciar a los actores involucrados y para la planificación de programas municipales de reciclaje. Por ser estas acciones objeto directo del presente curso, los conceptos e importancia de cada componente deben ser apropiados por los estudiantes.

Reducir: Es una iniciativa para prevenir la generación de residuos, puesto que minimiza realmente la cantidad de materiales, sus impactos ambientales y los costos asociados a su manipulación (Alcaldía Mayor de Bogotá et al., 2007); es una contribución muy importante al manejo integral de residuos sólidos, debido a que constituye una verdadera reducción de la cantidad de materiales desechados, en cuanto los evita (Ine, 1999). La reducción involcra análisis de las características de diseño, compras selectivas, consumo responsable, entre otros.

La manera más efectiva de no producir desechos sólidos es no generarlos; con la reducción los consumidores y las industrias pueden contribuir a preservar recursos naturales, en tanto se minimiza la peligrosidad de los residuos y las necesidades de disposición. Es importante puntualizar que esta disminución debe ser evaluada cuidadosamente analizando el ciclo de vida de cada producto para prevenir que los problemas solo cambien de lugar y cerciorarse que se está reduciendo la producción sin comprometer un mayor uso de recursos. Como ejemplo, se podría citar la reducción en empaques de alimentos de la cual se podría generar una mayor cantidad de comida desperdiciada o un mayor requerimiento de embalaje para su transporte.

La industria juega un papel muy importante, ya que ayuda a reducir los residuos extendiendo la vida de los productos, de tal manera que se retrasa el punto en el que los productos se convierten en residuos; como por ejemplo, creando productos fáciles de reparar o mejorar.

En un manejo de residuos sólidos exitosos, se quiere que los miembros de la sociedad que están involucrados directamente en el flujo de residuos adquieran sus responsabilidades. Como por ejemplo, productores de materias primas, fabricantes, distribuidores, comerciantes, consumidores y autoridades deben responsabilizarse por los residuos que generan; de esta manera se obliga a la minimización de residuos sólidos.

Reutilizar: acorde con el Decreto 1713 de 2002, se refiere a la prolongación y adecuación de la vida útil de los residuos sólidos recuperados y que mediante procesos, operaciones o técnicas devuelven a los materiales su posibilidad de utilización en su función original o en alguna relacionada, sin que para ello requieran procesos adicionales de transformación.

Junto con la reducción, la reutilización se considera una etapa compleja, en tanto que implica creatividad e investigación. La reducción requiere conciencia, decisión y actitud, a su vez la reutilización además de esto necesita de mayor definición, cuidado y adecuación del objeto y del empaque.

Para la reutilización se requiere una mayor capacitación e información a los ciudadanos y empresarios sobre las formas, principios, procesos, ventajas y complicaciones de reutilizar objetos y empaques, como por ejemplo la transformación de llantas usadas, el empleo de envases plásticos como materas o artesanías y dar uso máximo a las bolsas plásticas(Lara, 2008). Como se tratará en lecciones posteriores, los residuos industriales tienen una capacidad de reutilización, más allá de los domésticos, e incluso pueden intercambiarse según necesidades de los procesos productivos.

Recuperar: en general, incluye toda acción que permita seleccionar y retirar los residuos sólidos que pueden someterse a un nuevo proceso de aprovechamiento, para convertirlos en materia prima útil en la fabricación de nuevos productos( Decreto 1713 de 2002).

Este término describe la extracción y utilización tanto de materiales como de energía a partir de un flujo de residuos para su reutilización o reciclaje; se incluyen actividades como la separación en la fuente, recolección selectiva, segregación en centros de acopio o plantas de tratamiento, reciclaje en planta, entre otros. Mientras los materiales son acondicionados o tratados para incorporarse a nuevos procesos productivos, la energía puede recuperarse utilizando los componentes de los residuos como combustible o alimentación, para la conversión térmica o biológica a algún tipo de carburante o vapor (Lund, 1996).

En la industria es importante y necesario que los residuos que se obtienen como resultado de los procesos productivos pasen a ser parte de la materia prima de nuevos procesos, generando así menos residuos para ser tratados (CONDESAN, 2002).

Reciclar: se define como el proceso para aprovechar y transformar los residuos sólidos recuperados y devolver a los materiales su potencialidad de reincorporación como materia prima para la fabricación de nuevos productos (Decreto 1713 de 2002).

El proceso de reciclaje involucra un amplio rango de actividades industriales y no industriales, a su vez, involucra muchos materiales y productos. Se basa en un principio simple: los residuos deben ser tratados como un recurso para reducir la demanda de bienes naturales y la cantidad de material que requiere disposición final (Pardave & Gutierrez, 2007).

Se entiende que el reciclaje no es un fin en sí mismo, tiene como objetivos primordiales mejorar la eficiencia económica, reducir la contaminación y reducir el volumen de residuos. Debido a que en la actualidad existen diversos materiales reciclables el proceso es diferente para cada flujo de residuo (como residuos industriales o residuos post-consumo papel, plástico) y a su vez cada proceso debe estar adaptado a cada región; es decir que el proceso de reciclaje en los países en desarrollo es diferente al utilizado en los países desarrollados. En términos generales el reciclaje es un proceso de tres etapas: Recolección y procesamiento de materiales secundarios, fabricación de productos con contenido reciclado y la compra de productos recicladoscreando un círculo queasegurael éxito y el valor del reciclaje.

Como se mencionó al inicio de la lección, la finalidad del principio de las erres es que la sociedad reduzca al máximo el consumo de recursos naturales y la generación de residuos y disposición final de éstos como basura; el enfoque implica entonces la minimización de residuos generados, la prolongación de la vida útil de los materiales y el aprovechamiento de cada uno de los residuos generados, tal como se observa en la Figura 4.

Principios de biotransformación de residuos orgánicos

Entre los residuos sólidos urbanos, los orgánicos son tal vez los residuos que más problemas ambientales ocasionan, tanto por su volumen, ya que constituyen el componente más importante en la caracterización de residuos, como por las características de sus procesos naturales de descomposición(Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial; epam s.a.e.s.p, 2008).

Debido a esto la importancia de las técnicas de tratamiento para los residuos orgánicos, antes de considerar los procesos específicos empleados en la conversión biológica de los residuos, es necesario conocer: 1. Las necesidades nutricionales de los microorganismos que se actúan en la conversión de los residuos, 2. El tipo de metabolismo de los microorganismos, según las necesidades de oxígeno, 3. Los tipos de microorganismos importantes en la conversión de residuos, 4. Los requisitos ambientales y las 5. Transformaciones aeróbicas o anaeróbicas para finalmente seleccionar el proceso(Tchobanoglous, Theisen, & Vigil, Volumen II, 1994).

1. Necesidades nutricionales de los microorganismos:

Para reproducirse y funcionar correctamente , los organismos necesitan:

Fuentes de energía y carbono: (síntesis de nuevos tejidos celulares). Dos de las fuentes más comunes de carbono para el tejido celular son: El proveniente de carbono orgánico (organismos heterótrofos) y el proveniente del dióxido de carbono (organismos            autótrofos).
La energía para la síntesis celular puede ser suministrada con la luz (organismos fototrofos como bacterias fotositetizantes y algas (autotroficas) o con una reacción química de oxidación (organismos quimiotrofos como por ejemplo las bacterias nitrificantes).

Necesidades de nutrientes y factores de crecimiento: En muchas ocasiones son el material limitante para la síntesis y el crecimiento celular microbiano. Los principales nutrientes inorgánicos son: nitrógeno (N), Azufre (S), Fosforo (P), potasio (k), magnesio (Mg), Calcio (Ca), Hierro (Fe), Sodio (Na) y Cloro (Cl). Como nutrientes menores se tienen: Zinc (Zn), Manganeso (Mn), Molibdeno (Mo), Selenio (Se), Cobalto (Co), Cobre (Cu) y Niquel (Ni).

2. Tipo de metabolismo microbiano:

Respiración aerobia: son los organismos que dependen de la respiración aerobia para conseguir su necesidad energética y solo pueden existir cuando hay un suministro de oxígeno. (Aerobios obligatorios).

Anaerobios: organismos que generan energía mediante fermentación y que solo existen en un ambiente que está libre de oxigeno (Anaerobios obligatorios).

Anaerobios Facultativos: son microorganismos que tiene la capacidad de crecer en presencia o ausencia de oxígeno.

3.Tipo de      microorganismos:

Las bacterias (grupos procarioticos) son de una importancia primordial dentro de la conversión biológica de la fracción orgánica de los residuos sólidos; a su vez existen hongos, levaduras y actinomicetos (eucariontes) que contribuyen con los procesos de degradación.

Bacterias: Normalmente son unicelulares: esferas (coco), barras (bacilos) o espirales (espirilos). Son de naturaleza ubicua y se pueden encontrar en ambientes aerobios (presencia oxigeno) o anaerobios (ausencia oxigeno). Debido a la amplia variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos que las bacterias pueden usar para su crecimiento, se utilizan las bacterias para extensamente en diversas operaciones industriales para acumular productos intermedios y finales de metabolismo y en transformación de residuos sólidos.

Hogos:Son protistas multicelulares, no fotosintéticos, heterotróficos, tiene la capacidad de crecer en condiciones de baja humedad, que no favorece el crecimiento de las bacterias. Además pueden tolerar valores de pH relativamente bajos (5,6 en algunas ocasiones hasta 2). El metabolismo es esencialmenteaeróbico.

Levadura: Son hongos que no pueden formar filamentos y por lo tanto son unicelulares. En términos de operaciones industrialesde procesamiento, se pueden clasificar las levaduras como naturales y cultivadas. Por ejemplo las levaduras naturales son de poco valor, pero las levaduras cultivas son utilizadas extensamente.

Actinomicetos: Son un grupo de organismos con propiedades intermedias entre bacterias y hongos.

4. Requisitos Ambientales:

Los principales requisitos ambientales a considerar son la temperatura y el pH ya que tienen un importante efecto sobre la supervivencia y sobre el crecimiento de los microorganismos, por lo general el crecimiento óptimo se produce dentro de una gama de temperaturas y de valores de pH bastante estrecha.

Según la gama de temperatura en que funcionen mejor, las bacterias pueden clasificarse como Psicrofilas (-10 – 30 ◦C), Mesofilas (20-50 ◦C) o termofilas (45-75◦C). Por otro lado, en lo referente a la concentración en iones de hidrogeno (pH), generalmente el pH óptimo para el crecimiento bacteriano queda entre 6,5 y 7,5.

Finalmente el contenido de humedad, es otro requisito ambiental esencial para el crecimiento de microorganismos. Es importante saber el contenido de humedad de los residuos que se van a aprovechar, especialmente cuando sevan a utilizar en procesos secos como el compostaje. En muchos casos de compostaje, es necesario añadir agua para obtener una óptima actividad bacteriana. En los procesos anaeróbicos la adición de agua depende de las características de los residuos orgánicos y del tipo de procesos que se va a utilizar.

5. Transformaciones aeróbicas o anaeróbicas:

Aerobia:

La transformación aerobia de la materia orgánica consiste en su degradación en presencia de oxigeno por medio de bacterias produciendo principalmente dióxido de carbono, agua y otros componentes y se puede describir con la siguiente ecuación:

Existen cuatro fases durante el proceso de transformación de la materia orgánica:

Mesofila: primera fase y se caracteriza por la presencia de bacterias y hongos, en el cual los microorganismos se multiplican y consumen los carbohidratos, produciendo un aumento en la temperatura desde la del ambiente a más o menos 40◦C.

Termófila: en esta etapa la temperatura sube de 40 a 60 ◦C, desapareciendo los organismos mesofilos, mueren las malas hierbas e inician la degradación los organismos termófilos. En esta etapa se degradan ceras, proteínas y hemicelulosas y se desarrollan numerosas bacterias formadoras de esporas y actinomicetos.

Enfriamiento: la temperatura disminuye desde la más alta alcanzada durante el proceso hasta llegar a la temperatura ambiente, se va consumiendo el materialmente fácilmente degradable, desaparecen los hongos termófilos y el proceso sigue gracias a los organismos esporulados y actinomicetos. Al inicio de esta etapa, los hongos termófilos que resistieron en las zonas menos calientes realizan la degradación de la celulosa.

Maduración: es el complemento final de la fase que ocurre durante el proceso de fermentación disminuyendo la actividad metabólica(Jaramillo & Zapata, 2008).

Anaerobia:

Consiste en la degradación en ausencia de oxigeno por medio de bacterias, produciendo biogás (metano), la cual se produce en tres pasos: El primer paso implica la transformación mediada por enzimas (hidrolisis), de compuestos de masas moleculares más altas a compuestos aptos para usar como fuentes de energía y tejido celular. El segundo paso implica la conversión bacteriana de los compuestos resultantes de la primera etapa a compuestos intermedios identificables de masa molecular más baja. El último paso implica la conversión bacteriana de los compuestos intermedios aproductos finales como los son el metano y dióxido de carbono.

Los dos procesos aerobios o anaerobios son utilizados en el aprovechamiento de los residuos; en general los procesos anaerobios son más complejos y requieren de mayor control.

Los procesos anaerobios tienen la ventaja de la recuperación de energía en forma de metano y por lo tanto so productores netos de energía, por otra parte, los procesos aerobios son consumidores netos de energía debido a que hay que suministrar oxígeno para la conversión de residuos, sin embargo ofrecen la ventaja de un funcionamiento sencillo(Tchobanoglous, Theisen, & Vigil, Gestion Integral de Residuos Solidos Volumen II, 1994).

ACTIVIDAD

1. PREPARAR DEBATE SOBRE LAS 4 R 

2. PRINCIPIOS DE BIOTRANSFORMACION DE RESIDUOS SÓLIDOS

REFLEXIONA SOBRE EL SIGUIENTE VIDEO