Los vertederos son el principal método de eliminación de residuos en muchas partes del mundo, incluidos Estados Unidos y Canadá. Se espera que los vertederos de biorreactores reduzcan la cantidad y los costos asociados con la gestión de lixiviados , aumenten la tasa de producción de metano (gas natural) para fines comerciales y reduzcan la cantidad de tierra necesaria para los vertederos. [1] [2] Los vertederos de biorreactores se monitorean y manipulan los niveles de oxígeno y humedad para aumentar la tasa de descomposición por actividad microbiana.
Los vertederos son el método más antiguo conocido de eliminación de residuos. [3] [4] Los residuos se entierran en grandes fosas excavadas (a menos que haya lugares naturales disponibles) y se cubren. Las bacterias y las arqueas descomponen los residuos durante varias décadas produciendo varios subproductos de importancia, incluido el gas metano (gas natural), lixiviado y compuestos orgánicos volátiles (como sulfuro de hidrógeno (H 2 S), N 2 O 2 , etc.).
El gas metano, un fuerte gas de efecto invernadero , puede acumularse dentro del vertedero y provocar una explosión a menos que se libere de la celda. [5] Los lixiviados son productos metabólicos fluidos de la descomposición y contienen varios tipos de toxinas e iones metálicos disueltos. [6] Si los lixiviados se escapan al agua subterránea, pueden causar problemas de salud tanto en animales como en plantas. [7] [8] Los compuestos orgánicos volátiles (COV) están asociados con la aparición de smog y lluvia ácida . [9] Con la creciente cantidad de desechos producidos, se ha vuelto difícil encontrar lugares apropiados para almacenarlos de manera segura. [10]
Existen tres tipos de biorreactores: aeróbicos , anaeróbicos y híbridos (que utilizan tanto el método aeróbico como el anaeróbico). Los tres mecanismos implican la reintroducción del lixiviado recogido complementado con agua para mantener los niveles de humedad en el vertedero. De este modo, se estimula a los microorganismos responsables de la descomposición para que se descompongan a un ritmo mayor con el fin de minimizar las emisiones nocivas. [11]
En los biorreactores aeróbicos , el aire se bombea al vertedero mediante un sistema de tuberías verticales u horizontales . La descomposición en el entorno aeróbico se acelera y la cantidad de COV, la toxicidad del lixiviado y el metano se minimizan. [12] En los biorreactores anaeróbicos con lixiviado circulante, el vertedero produce metano a un ritmo mucho más rápido y antes que los vertederos tradicionales. La alta concentración y cantidad de metano permite que se lo utilice de manera más eficiente para fines comerciales, al tiempo que reduce el tiempo que se necesita para monitorear el vertedero para la producción de metano. Los biorreactores híbridos someten las partes superiores del vertedero a ciclos aeróbicos-anaeróbicos para aumentar la tasa de descomposición, mientras que el metano se produce en las partes inferiores del vertedero. [11] Los vertederos de biorreactores producen menores cantidades de COV que los vertederos tradicionales, excepto H 2 S. Los vertederos de biorreactores producen mayores cantidades de H 2 S. La vía bioquímica exacta responsable de este aumento no está bien estudiada [1].
Los vertederos de biorreactores aceleran el proceso de descomposición. [13] A medida que avanza la descomposición, la masa de componentes biodegradables en el vertedero disminuye, creando más espacio para el vertido de basura. Se espera que los vertederos de biorreactores aumenten esta tasa de descomposición y ahorren hasta un 30% del espacio necesario para los vertederos. Con cantidades cada vez mayores de residuos sólidos producidos cada año y la escasez de espacios para vertederos, los vertederos de biorreactores pueden proporcionar una forma significativa de maximizar el espacio de los vertederos. Esto no solo es rentable, sino que, dado que se necesita menos tierra para los vertederos, también es mejor para el medio ambiente. [1]
Además, la mayoría de los vertederos se controlan durante al menos tres o cuatro décadas para garantizar que no haya fugas de lixiviados ni gases de vertedero a la comunidad que rodea el lugar del vertedero. Por el contrario, se espera que los vertederos de biorreactores se descompongan a un nivel que no requiere control en menos de una década. Por lo tanto, el terreno del vertedero se puede utilizar para otros fines, como la reforestación o la creación de parques, según la ubicación, en una fecha anterior. [14] Además, la reutilización del lixiviado para humedecer el vertedero lo filtra. Por lo tanto, se requiere menos tiempo y energía para procesar el lixiviado, lo que hace que el proceso sea más eficiente. [11]
Los vertederos de biorreactores son una tecnología relativamente nueva. En el caso de los nuevos vertederos de biorreactores, los costes iniciales de control son más elevados para garantizar que se detecten y controlen adecuadamente todos los elementos importantes, incluidos los gases, los olores y la filtración de lixiviados a la superficie del suelo.
El aumento del contenido de humedad del vertedero del biorreactor puede reducir la estabilidad estructural del vertedero al aumentar la presión del agua intersticial dentro de la masa de desechos. [15]
Dado que el objetivo de los vertederos de biorreactores es mantener un alto contenido de humedad, los sistemas de recolección de gases pueden verse afectados por el aumento del contenido de humedad de los desechos.
Los vertederos de biorreactores, al ser una tecnología novedosa, todavía se encuentran en fase de desarrollo y se están estudiando a escala de laboratorio. [16] Los proyectos piloto de vertederos de biorreactores están dando resultados prometedores y se están experimentando más en diferentes partes del mundo. A pesar de los beneficios potenciales de los vertederos de biorreactores, no existen diseños estandarizados y aprobados con directrices y procedimientos operativos. A continuación se presenta una lista de proyectos de vertederos de biorreactores que se están utilizando para recopilar datos para elaborar estas directrices y procedimientos necesarios: [17]