15.2: Estrategias de Manejo de Residuos
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La jerarquía reconocida desde hace mucho tiempo en el manejo de los desechos, en orden de preferencia, consiste en la prevención, minimización, reciclaje y reutilización, tratamiento biológico, incineración y eliminación de vertederos (ver Figura a continuación).
Prevención de Residuos
La alternativa ideal para el manejo de residuos es prevenir la generación de residuos en primer lugar. De ahí que la prevención de residuos sea un objetivo básico de todas las estrategias de gestión de residuos. Se pueden emplear numerosas tecnologías a lo largo de las partes de fabricación, uso o post-uso de los ciclos de vida del producto para eliminar los desechos y, a su vez, reducir o prevenir la contaminación. Algunas estrategias representativas incluyen métodos de fabricación conscientes del medio ambiente que incorporan materiales menos peligrosos o dañinos, el uso de modernos sistemas de detección de fugas para el almacenamiento de materiales, técnicas innovadoras de neutralización química para reducir la reactividad o tecnologías de ahorro de agua que reducir la necesidad de insumos de agua dulce.
Minimización de Residuos
En muchos casos, los desechos no pueden eliminarse completamente de una variedad de procesos. Sin embargo, se pueden implementar numerosas estrategias para reducir o minimizar la generación de desechos. La minimización de residuos, o reducción de fuentes, se refiere a las estrategias colectivas de diseño y fabricación de productos o servicios que minimizan la cantidad de desechos generados y/o reducen la toxicidad de los desechos resultantes. A menudo estos esfuerzos provienen de tendencias identificadas o productos específicos que pueden estar causando problemas en el flujo de desechos y las medidas posteriores tomadas para detener estos problemas. En la industria, los desechos se pueden reducir reutilizando materiales, utilizando materiales sustitutos menos peligrosos o modificando componentes de diseño y procesamiento. Muchos beneficios se pueden lograr mediante la minimización de desechos o la reducción de fuentes, incluida la reducción del uso de los recursos naturales y la reducción de la toxicidad de los desechos.
Las estrategias de minimización de residuos son extremadamente comunes en las aplicaciones de fabricación; el ahorro en el uso de materiales preserva los recursos pero también ahorra costos significativos relacionados con la fabricación. Los avances en el empaque simplificado reducen el uso de materiales, la mayor eficiencia de distribución reduce el consumo de combustible y las emisiones al aire resultantes Además, los materiales de construcción diseñados a menudo se pueden diseñar con propiedades favorables específicas que, cuando se tienen en cuenta en el diseño estructural general, pueden reducir en gran medida la masa total y el peso del material necesario para una estructura dada. Esto reduce la necesidad de exceso de material y reduce los residuos asociados con la fabricación de componentes.
La industria de la limpieza en seco proporciona un excelente ejemplo de sustitución de productos para reducir la generación de desechos tóxicos. Durante décadas, las tintorerías utilizaron tetracloroetileno, o “perc” como disolvente para limpieza en seco. Aunque efectivo, el tetracloroetileno es un compuesto relativamente tóxico. Adicionalmente, se introduce fácilmente en el ambiente, donde es altamente recalcitrante debido a sus propiedades físicas. Además, cuando se produce su degradación, los productos secundarios intermedios generados son más tóxicos para la salud humana y el medio ambiente.
Debido a su toxicidad e impacto en el medio ambiente, la industria de la limpieza en seco ha adoptado nuevas prácticas y cada vez más utiliza productos de reemplazo menos tóxicos, incluidos los compuestos a base de petróleo. Además, las nuevas tecnologías emergentes están incorporando dióxido de carbono y otros compuestos relativamente inofensivos. Si bien estos productos sustitutos en muchos casos han sido ordenados por la regulación gubernamental, también han sido adoptados en respuesta a las demandas de los consumidores y otras fuerzas basadas en el mercado.
Reciclaje y reutilización
El reciclaje se refiere a la recuperación de materiales útiles como vidrio, papel, plásticos, madera y metales de la corriente de desechos para que puedan incorporarse a la fabricación de nuevos productos. Con una mayor incorporación de materiales reciclados, se reduce el uso requerido de materias primas para aplicaciones idénticas. El reciclaje reduce la necesidad de explotación de recursos naturales para las materias primas, pero también permite que los materiales de desecho sean recuperados y utilizados como materiales de recursos valiosos. El reciclaje de desechos conserva directamente los recursos naturales, reduce el consumo de energía y las emisiones generadas por la extracción de materiales vírgenes y su posterior fabricación en productos terminados, reduce el consumo general de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático global, y reduce la incineración o relleno sanitario de los materiales que han sido reciclados. Además, el reciclaje genera varios beneficios económicos, incluido el potencial de crear mercados de trabajo e impulsar el crecimiento.
Los materiales reciclados comunes incluyen papel, plásticos, vidrio, aluminio, acero y madera. Además, se pueden reutilizar muchos materiales de construcción, incluyendo concreto, materiales asfálticos, mampostería y acero de refuerzo. Los desechos vegetales “verdes” a menudo se recuperan y se reutilizan inmediatamente para aplicaciones de mantillo o fertilizantes. Muchas industrias también recuperan diversos subproductos y/o refinan y “regeneran” solventes para su reutilización. Los ejemplos incluyen la recuperación de cobre y níquel a partir de procesos de acabado de metales; la recuperación de aceites, grasas y plastificantes mediante extracción con disolvente de medios filtrantes tales como carbón activado y arcillas; y recuperación de ácido por tostado por pulverización, intercambio iónico o cristalización. Además, una gama de aceites usados a base de alimentos se están recuperando y utilizando en aplicaciones de “biodiesel”.
Todos los días se encuentran numerosos ejemplos de esfuerzos exitosos de reciclaje y reutilización. En algunos casos, los materiales reciclados se utilizan como materiales de entrada y se procesan en gran medida en productos finales. Los ejemplos comunes incluyen el uso de papel de desecho para la fabricación de papel nuevo, o el procesamiento de latas viejas de aluminio en nuevos productos de aluminio. En otros casos, los materiales recuperados se someten a poco o ningún procesamiento previo a su reutilización.
Algunos ejemplos comunes incluyen el uso de desechos de árboles como astillas de madera, o el uso de ladrillos y otros accesorios en nuevas construcciones estructurales. En cualquier caso, el éxito del reciclaje depende de la recolección y procesamiento efectivos de los reciclables, los mercados para su reutilización (por ejemplo, la fabricación y/o aplicaciones que utilizan materiales reciclados) y la aceptación pública y promoción de productos reciclados y aplicaciones que utilizan materiales reciclados.
Tratamiento Biológico
La eliminación en vertederos de desechos que contienen fracciones orgánicas significativas es cada vez más desalentada en muchos países, incluido Estados Unidos. Tales prácticas de eliminación están incluso prohibidas en varios países europeos. Dado que el relleno sanitario no brinda una opción de manejo atractiva, se han identificado otras técnicas. Una opción es tratar los desechos para que los materiales biodegradables se degraden y la fracción de desechos inorgánicos restante (conocida como residuos) pueda ser posteriormente desechada o utilizada para un propósito beneficioso.
La biodegradación de los desechos se puede lograr mediante el uso de métodos de compostaje aeróbico, digestión anaeróbica o tratamiento biológico mecánico (MBT). Si la fracción orgánica se puede separar del material inorgánico, se puede utilizar el compostaje aeróbico o la digestión anaeróbica para degradar los desechos y convertirlos en compost utilizable. Por ejemplo, los desechos orgánicos como los desechos de alimentos, los desechos de jardín y el estiércol animal que consisten en bacterias que se degradan naturalmente se pueden convertir en compost bajo condiciones controladas, que luego se pueden utilizar como fertilizante natural. El compostaje aeróbico se logra colocando proporciones seleccionadas de desechos orgánicos en pilas, hileras o recipientes, ya sea en condiciones abiertas o dentro de edificios cerrados equipados con sistemas de recolección y tratamiento de gas. Durante el proceso, se agregan agentes de carga como astillas de madera al material de desecho para mejorar la degradación aeróbica de los materiales orgánicos. Finalmente, se permite que el material se estabilice y madure durante un proceso de curado donde los patógenos son destruidos simultáneamente. Los productos finales del proceso de compostaje incluyen dióxido de carbono, agua y el material de compost utilizable.
El material de compost se puede usar en una variedad de aplicaciones. Además de su uso como enmienda de suelo para el cultivo de plantas, el compost puede ser utilizado para remediar suelos, agua subterránea y aguas pluviales. El compostaje puede ser intensivo en mano de obra y la calidad del compost depende en gran medida del control adecuado del proceso de compostaje. Un control inadecuado de las condiciones de operación puede resultar en compost que no es adecuado para aplicaciones benéficas. Sin embargo, el compostaje es cada vez más popular; el compostaje desvió 82 millones de toneladas de material de desecho de la corriente de desechos de los vertederos en 2009, aumentó de 15 millones de toneladas en 1980. Este desvío también impidió la liberación de aproximadamente 178 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono en 2009, cantidad equivalente a las emisiones anuales de dióxido de carbono de 33 millones de automóviles.
En algunos casos, los procesos aeróbicos no son factibles. Como alternativa, se pueden utilizar procesos anaeróbicos. La digestión anaeróbica consiste en degradar los desechos orgánicos mezclados o clasificados en recipientes bajo condiciones anaeróbicas. El proceso de degradación anaeróbica produce una combinación de metano y dióxido de carbono (biogás) y residuos (biosólidos). El biogás se puede utilizar para calefacción y producción de electricidad, mientras que los residuos pueden ser utilizados como fertilizantes y enmiendas del suelo. La digestión anaeróbica es una degradación preferida para los desechos húmedos en comparación con la preferencia del compostaje para los desechos secos. La ventaja de la digestión anaeróbica es la recolección de biogás; esta recolección y posterior utilización beneficiosa la convierten en una alternativa preferida a la eliminación de desechos en vertederos. Además, los desechos se degradan más rápido a través de la digestión anaeróbica en comparación con la eliminación de vertederos
Otra alternativa de tratamiento de residuos, el tratamiento biológico mecánico (MBT), no es común en Estados Unidos. Sin embargo, esta alternativa es ampliamente utilizada en Europa. Durante la implementación de este método, el material de desecho es sometido a una combinación de operaciones mecánicas y biológicas que reducen el volumen a través de la degradación de fracciones orgánicas en los desechos. Las operaciones mecánicas como la clasificación, trituración y trituración preparan los desechos para su posterior tratamiento biológico, consistente en compostaje aeróbico o digestión anaeróbica. Siguiendo los procesos biológicos, la masa residual reducida puede ser sometida a incineración.
Incineración
La degradación de los desechos no solo produce productos finales sólidos útiles (como el compost), sino que los subproductos de degradación también pueden ser utilizados como una fuente de energía beneficiosa. Como se discutió anteriormente, la digestión anaeróbica de los desechos puede generar biogás, el cual puede ser capturado e incorporado a la generación de electricidad. Alternativamente, los desechos pueden ser incinerados directamente para producir energía. La incineración consiste en la combustión de residuos a temperaturas muy altas para producir energía eléctrica. El subproducto de la incineración es la ceniza, la cual requiere una caracterización adecuada antes de su eliminación, o en algunos casos, reutilización beneficiosa. Es ampliamente utilizado en los países desarrollados debido a las limitaciones de espacio de relleno sanitario. Se estima que anualmente se queman alrededor de 130 millones de toneladas de desechos en más de 600 plantas en 35 países. Además, la incineración se usa a menudo para mitigar eficazmente desechos peligrosos como hidrocarburos clorados, aceites, solventes, desechos médicos y pesticidas.
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Pros de Incineradores |
Contras de Incineradores |
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Los desechos incinerados se convierten en energía. |
La ceniza volante (partículas transportadas por el aire) tiene altos niveles de químicos tóxicos, incluyendo dioxina, cadmio y plomo. |
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Se reduce el volumen de residuos. |
Los costos iniciales de construcción son altos. |
A pesar de las ventajas, la incineración a menudo se ve negativamente debido a los altos costos iniciales de construcción, y a las emisiones de ceniza, que es tóxica (ver Tabla anterior). Actualmente, se están investigando y desarrollando muchos sistemas de 'próxima generación”, y la USEPA está desarrollando nuevas regulaciones para monitorear cuidadosamente las emisiones al aire de los incineradores bajo la Ley de Aire Limpio.
Eliminación de Vertederos
A pesar de los avances en la reutilización y el reciclaje, la eliminación de vertederos sigue siendo el método principal de eliminación de desechos en Estados Unidos. Como se mencionó anteriormente, la tasa de generación de RSU sigue aumentando, pero la capacidad general de relleno sanitario está disminuyendo. Las nuevas regulaciones sobre la correcta eliminación de desechos y el uso de sistemas innovadores de revestimiento para minimizar el potencial de contaminación de las aguas subterráneas por la infiltración y migración de lixiviados han dado como resultado un aumento sustancial en los costos de eliminación de vertederos. Además, la oposición pública a los rellenos sanitarios continúa creciendo, parcialmente inspirada en recuerdos de prácticas históricas de vertimiento incontroladas, los efectos secundarios indeseables resultantes de vectores incontrolados, aguas subterráneas contaminadas, olores no mitigados y posterior disminución del valor de las propiedades.
Los vertederos se pueden diseñar y permitir que acepten desechos peligrosos de acuerdo con las regulaciones del Subtítulo C de la RCRA, o pueden diseñarse y aceptarse desechos sólidos municipales de acuerdo con las regulaciones del Subtítulo D de la RCRA. Independientemente de su designación de desechos, los vertederos son estructuras diseñadas que consisten en sistemas de revestimiento inferior y lateral, sistemas de recolección y eliminación de lixiviados, sistemas de cobertura final, sistemas de recolección y extracción de gas y sistemas de monitoreo de aguas subterráneas. Se requiere un extenso proceso de permisos para ubicar, diseñar y operar vertederos. El monitoreo posterior al cierre de los vertederos también se requiere normalmente durante al menos 30 años. Debido a su diseño, los desechos dentro de los vertederos se degradan anaeróbicamente. Durante la degradación, se produce y recolecta biogás. Los sistemas de recolección evitan la migración incontrolada de gas subsuperficial y reducen el potencial de una condición explosiva. El gas capturado se utiliza a menudo en instalaciones de cogeneración para calefacción o generación de electricidad. Además, tras el cierre, muchos vertederos se someten a “reciclaje de tierras” y se redesarrollan como campos de golf, parques recreativos y otros usos beneficiosos.
Los desechos suelen existir en condiciones secas dentro de los vertederos y, como resultado, la tasa de degradación de los desechos suele ser muy lenta. Estas bajas tasas de degradación se combinan con tasas lentas de asentamiento inducidas por degradación, lo que a su vez puede complicar o reducir el potencial de reutilización beneficiosa de la tierra en la superficie. Recientemente, ha surgido el concepto de rellenos sanitarios de biorreactores, que implica la recirculación de lixiviados y/o inyección de líquidos seleccionados para aumentar la humedad en los desechos, lo que a su vez induce una rápida degradación. El aumento de las tasas de degradación aumenta la tasa de producción de biogás, lo que aumenta el potencial de producción de energía beneficiosa a partir de la captura y utilización de biogás.