Vertedero

Un vertedero o botadero de basura es un sitio para la disposición de materiales de desecho. El relleno sanitario es la forma más antigua y común de disposición de residuos, aunque el enterramiento sistemático de los residuos con coberturas diarias, intermedias y finales recién comenzó en la década de 1940. En el pasado, los desechos simplemente se dejaban en montones o se arrojaban a pozos; en arqueología esto se conoce como basurero.

Algunos vertederos se utilizan con fines de gestión de residuos, como el almacenamiento temporal, la consolidación y la transferencia, o para diversas etapas del procesamiento de materiales de desecho, como la clasificación, el tratamiento o el reciclaje. A menos que estén estabilizados, los rellenos sanitarios pueden sufrir fuertes sacudidas o licuefacción del suelo durante un terremoto. Una vez lleno, el área sobre un vertedero puede recuperarse para otros usos.

Operaciones

Los operadores de vertederos bien gestionados para residuos no peligrosos cumplen especificaciones predefinidas mediante la aplicación de técnicas para:

1. Confinar los residuos a un área lo más pequeña posible.
2. compactar residuos para reducir volumen

También pueden cubrir los residuos (normalmente a diario) con capas de tierra u otro tipo de material como astillas de madera y partículas finas.

Durante las operaciones del vertedero, una báscula o puente de pesaje puede pesar los vehículos de recolección de desechos a su llegada y el personal puede inspeccionar las cargas en busca de desechos que no concuerden con los criterios de aceptación de desechos del vertedero.Posteriormente, los vehículos de recogida de residuos utilizan la red viaria existente para dirigirse al frente de vertido o frente de trabajo, donde descargan su contenido. Después de depositadas las cargas, los compactadores o bulldozers pueden esparcir y compactar los desechos en el frente de trabajo. Antes de salir de los límites del vertedero, los vehículos de recogida de residuos pueden pasar por una instalación de limpieza de ruedas. Si es necesario, regresan a la báscula puente para volver a pesar sin su carga. El proceso de pesaje puede recopilar estadísticas sobre el tonelaje de desechos entrantes diarios, que las bases de datos pueden conservar para el mantenimiento de registros. Además de los camiones, algunos vertederos pueden tener equipo para manipular contenedores ferroviarios. El uso de "transporte ferroviario" permite que los rellenos sanitarios se ubiquen en sitios más remotos, sin los problemas asociados con muchos viajes en camión.

Normalmente, en el frente de trabajo, los residuos compactados se cubren diariamente con tierra o materiales alternativos. Los materiales alternativos para cubrir desechos incluyen madera astillada u otros "residuos verdes", varios productos de espuma rociados, biosólidos químicamente "fijados" y mantas temporales. Las mantas pueden colocarse en su lugar por la noche y luego retirarse al día siguiente antes de colocar los desechos. El espacio que diariamente ocupan los residuos compactados y el material de cobertura se denomina celda diaria. La compactación de residuos es fundamental para prolongar la vida útil del vertedero. Factores como la compresibilidad de los desechos, el espesor de la capa de desechos y el número de pasadas del compactador sobre los desechos afectan las densidades de los desechos.

Ciclo de vida del relleno sanitario

El término vertedero suele ser una abreviatura de vertedero municipal o vertedero sanitario. Estas instalaciones se introdujeron por primera vez a principios del siglo XX, pero ganaron un amplio uso en las décadas de 1960 y 1970, en un esfuerzo por eliminar los vertederos abiertos y otras prácticas de eliminación de desechos "antihigiénicas". El relleno sanitario es una instalación de ingeniería que separa y confina los desechos. Los rellenos sanitarios están pensados ​​como reactores biológicos (biorreactores) en los que los microbios descompondrán los desechos orgánicos complejos en compuestos más simples y menos tóxicos con el tiempo. Estos reactores deben diseñarse y operarse de acuerdo con los estándares y lineamientos regulatorios (Ver ingeniería ambiental).

Por lo general, la descomposición aeróbica es la primera etapa en la que los desechos se descomponen en un vertedero. Estos son seguidos por cuatro etapas de degradación anaeróbica. Por lo general, el material orgánico sólido en fase sólida se descompone rápidamente a medida que las moléculas orgánicas más grandes se degradan en moléculas más pequeñas. Estas moléculas orgánicas más pequeñas comienzan a disolverse y pasan a la fase líquida, seguida de la hidrólisis de estas moléculas orgánicas, y los compuestos hidrolizados luego sufren transformación y volatilización como dióxido de carbono (CO ₂) y metano (CH ₄), con el resto de los desechos. quedando en fase sólida y líquida.

Durante las primeras fases, poco volumen de material llega al lixiviado, ya que la materia orgánica biodegradable de los residuos sufre una rápida disminución de volumen. Mientras tanto, la demanda química de oxígeno del lixiviado aumenta con el aumento de las concentraciones de los compuestos más recalcitrantes en comparación con los compuestos más reactivos del lixiviado. La conversión y estabilización exitosas de los desechos dependen de qué tan bien funcionen las poblaciones microbianas en la sintrofia, es decir, una interacción de diferentes poblaciones para satisfacer las necesidades nutricionales de cada una.:

El ciclo de vida de un vertedero municipal pasa por cinco fases distintas:

Ajuste inicial (Fase I)

A medida que los desechos se colocan en el vertedero, los espacios vacíos contienen altos volúmenes de oxígeno molecular (O ₂). Con los desechos agregados y compactados, el contenido de O ₂ de los estratos del biorreactor del vertedero disminuye gradualmente. Las poblaciones microbianas crecen, la densidad aumenta. Predomina la biodegradación aeróbica, es decir, el principal aceptor de electrones es el O ₂.

Transición (Fase II)

El O ₂ es rápidamente degradado por las poblaciones microbianas existentes. La disminución de O ₂ conduce a condiciones menos aeróbicas y más anaeróbicas en las ponedoras. Los principales aceptores de electrones durante la transición son nitratos y sulfatos, ya que el O ₂ es rápidamente desplazado por el CO ₂ en el gas efluente.

Formación de ácido (Fase III)

La hidrólisis de la fracción biodegradable de los residuos sólidos comienza en la fase de formación de ácido, lo que conduce a una rápida acumulación de ácidos grasos volátiles (AGV) en el lixiviado. El mayor contenido de ácidos orgánicos disminuye el pH del lixiviado de aproximadamente 7,5 a 5,6. Durante esta fase, los compuestos intermedios de descomposición como los AGV aportan mucha demanda química de oxígeno (DQO). Los ácidos orgánicos volátiles de cadena larga (VOA) se convierten en ácido acético (C ₂ H ₄ O ₂), CO ₂ e hidrógeno gaseoso (H ₂). Las altas concentraciones de AGV aumentan tanto la demanda bioquímica de oxígeno (BOD) como las concentraciones de VOA, lo que inicia la producción de H ₂ por bacterias fermentativas, lo que estimula el crecimiento de H₂ -bacterias oxidantes. _{La fase de generación de} H2 es relativamente corta porque se completa al final de la fase de formación de ácido. El aumento de la biomasa de bacterias acidogénicas aumenta la cantidad de degradación del material de desecho y el consumo de nutrientes. Los metales, que generalmente son más solubles en agua a un pH más bajo, pueden volverse más móviles durante esta fase, lo que lleva a un aumento de las concentraciones de metales en el lixiviado.

Fermentación de metano (Fase IV)

Los productos intermedios de la fase de formación de ácido (p. ej., ácidos acético, propiónico y butírico) se convierten en CH ₄ y CO ₂ por microorganismos metanogénicos. A medida que los AGV son metabolizados por los metanógenos, el pH del agua del vertedero vuelve a ser neutral. La fuerza orgánica del lixiviado, expresada como demanda de oxígeno, disminuye rápidamente con aumentos en la producción de gas CH ₄ y CO _2. Esta es la fase de descomposición más larga.

Maduración final y estabilización (Fase V)

La tasa de actividad microbiológica se ralentiza durante la última fase de descomposición de los desechos, ya que el suministro de nutrientes limita las reacciones químicas, por ejemplo, a medida que el fósforo biodisponible se vuelve cada vez más escaso. La producción de CH ₄ desaparece casi por completo, y el O ₂ y las especies oxidadas reaparecen gradualmente en los pozos de gas a medida que el O ₂ penetra hacia abajo desde la troposfera. Esto transforma el potencial de oxidación-reducción (ORP) en el lixiviado hacia procesos oxidativos. Los materiales orgánicos residuales pueden convertirse progresivamente a la fase gaseosa, ya medida que la materia orgánica se convierte en abono; es decir, la materia orgánica se convierte en compuestos de tipo húmico.

Impacto social y ambiental

Los vertederos tienen el potencial de causar una serie de problemas. Pueden producirse interrupciones en la infraestructura, como daños en las vías de acceso por parte de vehículos pesados. La contaminación de las carreteras locales y los cursos de agua por las ruedas de los vehículos cuando salen del vertedero puede ser significativa y puede mitigarse con sistemas de lavado de ruedas. También puede ocurrir la contaminación del medio ambiente local, como la contaminación de las aguas subterráneas o los acuíferos o la contaminación del suelo.

Lixiviado

Cuando la precipitación cae en vertederos abiertos, el agua se filtra a través de la basura y se contamina con material suspendido y disuelto, formando lixiviados. Si no se contiene, puede contaminar las aguas subterráneas. Todos los vertederos modernos utilizan una combinación de revestimientos impermeables de varios metros de espesor, sitios geológicamente estables y sistemas de recolección para contener y capturar este lixiviado. Luego puede ser tratado y evaporado. Una vez que un vertedero está lleno, se sella para evitar el ingreso de precipitaciones y la formación de nuevos lixiviados. Sin embargo, los revestimientos deben tener una vida útil, ya sea de varios cientos de años o más. Eventualmente, cualquier revestimiento del vertedero podría tener fugas, por lo que el suelo alrededor de los vertederos debe analizarse en busca de lixiviados para evitar que los contaminantes contaminen las aguas subterráneas.

Gases de descomposición

Los alimentos podridos y otros desechos orgánicos en descomposición generan gases de descomposición, especialmente CO ₂ y CH ₄ provenientes de la descomposición aeróbica y anaeróbica, respectivamente. Ambos procesos ocurren simultáneamente en diferentes partes de un vertedero. Además del O ₂ disponible, la fracción de los constituyentes del gas variará, según la antigüedad del vertedero, el tipo de desecho, el contenido de humedad y otros factores. Por ejemplo, la cantidad máxima de gas de vertedero producido se puede ilustrar con una reacción neta simplificada de oxalato de dietilo que representa estas reacciones simultáneas:

4 C ₆ H ₁₀ O ₄ + 6 H ₂ O → 13 CH ₄ + 11 CO ₂

En promedio, aproximadamente la mitad de la concentración volumétrica de gas de vertedero es CH ₄ y un poco menos de la mitad es CO ₂. El gas también contiene alrededor de un 5 % de nitrógeno molecular (N ₂), menos de un 1 % de sulfuro de hidrógeno (H ₂ S) y una baja concentración de compuestos orgánicos distintos del metano (NMOC), alrededor de 2700 ppmv.

Los gases del vertedero pueden filtrarse fuera del vertedero y pasar al aire y al suelo circundantes. El metano es un gas de efecto invernadero, y es inflamable y potencialmente explosivo en ciertas concentraciones, lo que lo hace perfecto para quemarlo y generar electricidad de manera limpia. Dado que la materia vegetal en descomposición y los desechos de alimentos solo liberan carbono que ha sido capturado de la atmósfera a través de la fotosíntesis, ningún carbono nuevo ingresa al ciclo del carbono y la concentración atmosférica de CO ₂ no se ve afectada. El dióxido de carbono atrapa el calor en la atmósfera, contribuyendo al cambio climático. En vertederos gestionados adecuadamente, el gas se recolecta y se quema en antorcha o se recupera para su utilización como gas de vertedero.

Vectores

Los vertederos mal administrados pueden convertirse en molestias debido a vectores como ratas y moscas que pueden propagar enfermedades infecciosas. La aparición de dichos vectores se puede mitigar mediante el uso de cobertura diaria.

Otras molestias

Otros problemas potenciales incluyen la interrupción de la vida silvestre debido a la ocupación del hábitat y la interrupción de la salud animal causada por el consumo de desechos de los vertederos, el polvo, el olor, la contaminación acústica y la reducción del valor de las propiedades locales.

Gas de vertedero

Los gases se producen en los vertederos debido a la digestión anaeróbica de los microbios. En un vertedero debidamente gestionado, este gas se recoge y utiliza. Sus usos van desde la simple quema hasta la utilización de gas de vertedero y la generación de electricidad. El monitoreo de gases de vertedero alerta a los trabajadores sobre la presencia de una acumulación de gases a un nivel nocivo. En algunos países, la recuperación de gas de vertedero es extensa; en Estados Unidos, por ejemplo, más de 850 vertederos cuentan con sistemas activos de recuperación de gases de vertedero.

Práctica regional

Canadá

Los vertederos en Canadá están regulados por las agencias ambientales provinciales y la legislación de protección ambiental. Las instalaciones más antiguas tienden a cumplir con los estándares actuales y son monitoreadas por lixiviación. Algunas ubicaciones anteriores se han convertido en zonas verdes.

Unión Europea

En la Unión Europea, los estados individuales están obligados a promulgar leyes para cumplir con los requisitos y obligaciones de la Directiva Europea sobre Rellenos Sanitarios.

La mayoría de los estados miembros de la UE tienen leyes que prohíben o restringen severamente la eliminación de basura doméstica en vertederos.

India

El vertido es actualmente el principal método de eliminación de residuos municipales en la India. India también tiene el vertedero más grande de Asia en Deonar, Mumbai. Sin embargo, con frecuencia surgen problemas debido a la alarmante tasa de crecimiento de los vertederos y la mala gestión por parte de las autoridades. Los incendios superficiales y subterráneos se han visto comúnmente en los vertederos de la India durante los últimos años.

Reino Unido

Las prácticas de vertido en el Reino Unido han tenido que cambiar en los últimos años para afrontar los retos de la Directiva europea sobre vertidos. El Reino Unido impone ahora un impuesto sobre los vertederos sobre los residuos biodegradables que se depositan en los vertederos. Además de esto, se ha establecido el Esquema de comercio de permisos para vertederos para que las autoridades locales intercambien cuotas de vertederos en Inglaterra. Un sistema diferente opera en Gales donde las autoridades no pueden 'comerciar' entre ellas, pero tienen asignaciones conocidas como Landfill Allowance Scheme.

Estados Unidos

Los vertederos de EE. UU. están regulados por la agencia ambiental de cada estado, que establece pautas mínimas; sin embargo, ninguno de estos estándares puede estar por debajo de los establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA).

Permitir un vertedero generalmente toma entre cinco y siete años, cuesta millones de dólares y requiere estudios y demostraciones rigurosos de ubicación, ingeniería y ambientales para garantizar que se satisfagan las preocupaciones ambientales y de seguridad locales.

Tipos

• Residuos sólidos urbanos: recoge residuos domiciliarios y material no peligroso. En este tipo de vertedero se incluye un Vertedero Biorreactor que degrada específicamente la materia orgánica.
• Residuos industriales: para residuos comerciales e industriales. Otros rellenos sanitarios relacionados incluyen rellenos sanitarios de escombros de construcción y demolición y rellenos sanitarios residuales de combustión de carbón.
• Residuos peligrosos o residuos de PCB: Vertederos de bifenilos policlorados (PCB) que son monitoreados en los Estados Unidos por la Ley de Control de Sustancias Tóxicas de 1976 (TSCA).

Temas microbianos

El estado de la comunidad microbiana de un vertedero puede determinar su eficiencia digestiva.

Se han encontrado bacterias que digieren plástico en los vertederos.

Recuperación de materiales

Uno puede tratar los vertederos como una fuente viable y abundante de materiales y energía. En el mundo en desarrollo, los recicladores a menudo buscan materiales aún utilizables. En contextos comerciales, las empresas también han descubierto vertederos y muchas han comenzado a recolectar materiales y energía. Ejemplos bien conocidos incluyen instalaciones de recuperación de gas. Otras instalaciones comerciales incluyen incineradores de desechos que tienen recuperación de material incorporada. Esta recuperación de material es posible mediante el uso de filtros (electrofiltro, filtro de carbón activo y potasio, quench, lavador de HCl, lavador de SO ₂, rejilla de cenizas de fondo, etc.).

Alternativas

Además de las estrategias de reducción y reciclaje de desechos, existen varias alternativas a los vertederos, incluida la incineración de desechos a energía, la digestión anaeróbica, el compostaje, el tratamiento biológico mecánico, la pirólisis y la gasificación por arco de plasma. Según la economía y los incentivos locales, estos pueden resultar más atractivos desde el punto de vista financiero que los vertederos.

Restricciones

Países como Alemania, Austria, Suecia, Dinamarca, Bélgica, los Países Bajos y Suiza han prohibido la eliminación de residuos sin tratar en vertederos. En estos países sólo se pueden depositar determinados residuos peligrosos, cenizas volantes de la incineración o la producción estabilizada de las plantas de tratamiento biológico-mecánico.