Un vertedero [a] es un lugar destinado a la disposición de materiales de desecho . Es la forma más antigua y común de eliminación 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 residuos simplemente se dejaban en montones o se arrojaban a fosas (conocidas en arqueología como basureros ).
Algunos vertederos se utilizan para fines de gestión de residuos, como almacenamiento temporal, consolidación y transferencia, o para diversas etapas de procesamiento de material de desecho, como clasificación, tratamiento o reciclaje. A menos que se estabilicen, los vertederos pueden sufrir fuertes sacudidas o licuefacción del suelo durante un terremoto . Una vez llenos, el área sobre un vertedero puede recuperarse para otros usos.
Los operadores de vertederos bien administrados para residuos no peligrosos cumplen especificaciones predefinidas mediante la aplicación de técnicas para: [1]
También pueden cubrir los residuos (normalmente a diario) con capas de tierra u otros tipos de materiales como astillas de madera y partículas finas.
Durante las operaciones de los vertederos, una báscula o puente de pesaje puede pesar los vehículos de recolección de residuos a su llegada y el personal puede inspeccionar las cargas para detectar residuos que no se ajusten a los criterios de aceptación de residuos del vertedero. [2] Posteriormente, los vehículos de recolección de residuos utilizan la red vial existente en su camino hacia el frente de descarga o de trabajo, donde descargan su contenido. Una vez depositadas las cargas, las compactadoras o excavadoras pueden esparcir y compactar los residuos en el frente de trabajo. Antes de abandonar los límites del vertedero, los vehículos de recolección de residuos pueden pasar por una instalación de limpieza de ruedas. Si es necesario, vuelven a la báscula para volver a pesarlos sin su carga. El proceso de pesaje puede recopilar estadísticas sobre el tonelaje diario de residuos entrantes, que las bases de datos pueden conservar para el mantenimiento de registros. Además de los camiones, algunos vertederos pueden tener equipos para manipular contenedores ferroviarios. El uso del "transporte ferroviario" permite que los vertederos se ubiquen en sitios más remotos, sin los problemas asociados con muchos viajes de camiones.
Por lo general, en el frente de trabajo, los residuos compactados se cubren con tierra o materiales alternativos diariamente. Los materiales alternativos para cubrir los residuos incluyen madera astillada u otros "residuos verdes", [3] varios productos de espuma rociados, biosólidos "fijados" químicamente y mantas temporales. Las mantas se pueden colocar en su lugar por la noche y luego quitarlas al día siguiente antes de la colocación de los residuos. El espacio que ocupan diariamente los residuos compactados y el material de cobertura se denomina celda diaria. La compactación de los residuos es fundamental para extender la vida útil del vertedero. Factores como la compresibilidad de los residuos, el espesor de la capa de residuos y el número de pasadas del compactador sobre los residuos afectan las densidades de los residuos.
El término vertedero es generalmente una forma abreviada de referirse a un vertedero municipal o un vertedero sanitario. Estas instalaciones se introdujeron por primera vez a principios del siglo XX, pero se generalizaron en los años 1960 y 1970, en un esfuerzo por eliminar los vertederos a cielo abierto y otras prácticas de eliminación de residuos "insalubres". El vertedero sanitario es una instalación diseñada que separa y confina los residuos. Los vertederos sanitarios están pensados como reactores biológicos ( biorreactores ) en los que los microbios descomponen los residuos orgánicos complejos en compuestos más simples y menos tóxicos con el tiempo. Estos reactores deben diseñarse y operarse de acuerdo con las normas y directrices reglamentarias (véase ingeniería ambiental ).
Por lo general, la descomposición aeróbica es la primera etapa en la que se descomponen los desechos en un vertedero. A estas le siguen 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 experimentan una transformación y volatilización como dióxido de carbono (CO 2 ) y metano (CH 4 ), y el resto de los desechos permanecen en fases 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 en el lixiviado. La conversión y estabilización exitosa de los residuos depende de qué tan bien funcionen las poblaciones microbianas en sintrofia , es decir, una interacción de diferentes poblaciones para satisfacer las necesidades nutricionales de cada una.: [4]
El ciclo de vida de un vertedero municipal pasa por cinco fases distintas: [5] [4]
A medida que los residuos se depositan en el vertedero, los espacios vacíos contienen grandes volúmenes de oxígeno molecular (O 2 ). Con la adición y compactación de residuos, el contenido de O 2 de los estratos del biorreactor del vertedero disminuye gradualmente. Las poblaciones microbianas crecen y la densidad aumenta. La biodegradación aeróbica predomina, es decir, el principal aceptor de electrones es el O 2 .
El O2 se degrada rápidamente por las poblaciones microbianas existentes. La disminución del O2 conduce a condiciones menos aeróbicas y más anaeróbicas en las capas. Los principales aceptores de electrones durante la transición son los nitratos y los sulfatos, ya que el O2 es rápidamente desplazado por el CO2 en el gas efluente.
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 aumento del contenido de ácido orgánico disminuye el pH del lixiviado de aproximadamente 7,5 a 5,6. Durante esta fase, los compuestos intermedios de descomposición como los AGV contribuyen en gran medida a la demanda química de oxígeno (DQO). Los ácidos orgánicos volátiles (AVO) de cadena larga se convierten en ácido acético (C 2 H 4 O 2 ), CO 2 y gas hidrógeno (H 2 ). Las altas concentraciones de AGV aumentan tanto la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) como las concentraciones de AVO, lo que inicia la producción de H 2 por bacterias fermentativas, que estimulan el crecimiento de bacterias oxidantes de H 2 . La fase de generación de H 2 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.
Los productos intermedios de la fase de formación de ácidos (por ejemplo, ácidos acético, propiónico y butírico) son convertidos en CH4 y CO2 por microorganismos metanogénicos. A medida que los AGV son metabolizados por los metanógenos, el pH del agua del vertedero vuelve a la neutralidad. La fuerza orgánica del lixiviado, expresada como demanda de oxígeno, disminuye a un ritmo rápido con el aumento de la producción de gas CH4 y CO2 . Esta es la fase de descomposición más larga.
La tasa de actividad microbiológica se reduce durante la última fase de descomposición de los residuos a medida 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 CH4 desaparece casi por completo, y el O2 y las especies oxidadas reaparecen gradualmente en los pozos de gas a medida que el O2 se filtra 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 gradualmente a la fase gaseosa y, a medida que la materia orgánica se composta, es decir, la materia orgánica se convierte en compuestos similares a los húmicos . [6]
Los vertederos pueden causar diversos problemas, como la alteración de la infraestructura , por ejemplo, el daño de los caminos de acceso por parte de vehículos pesados. La contaminación de los caminos y cursos de agua locales por las ruedas de los vehículos cuando salen del vertedero puede ser significativa y se puede mitigar con sistemas de lavado de ruedas . También puede producirse contaminación del medio ambiente local , como la contaminación de las aguas subterráneas o los acuíferos o la contaminación del suelo .
Cuando las precipitaciones caen sobre vertederos abiertos, el agua se filtra a través de la basura y se contamina con material suspendido y disuelto, formando lixiviados. Si no se los contiene, pueden 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, se puede tratar y evaporar. Una vez que un vertedero está lleno, se sella para evitar la entrada de precipitaciones y la formación de nuevo lixiviado. Sin embargo, los revestimientos deben tener una vida útil, ya sea de varios cientos de años o más. Con el tiempo, cualquier revestimiento de vertedero podría tener fugas, [7] por lo que el suelo alrededor de los vertederos debe analizarse para detectar lixiviados para evitar que los contaminantes contaminen las aguas subterráneas.
Los alimentos en descomposición y otros desechos orgánicos generan gases de descomposición , especialmente CO2 y CH4 a partir de la descomposición aeróbica y anaeróbica, respectivamente. Ambos procesos ocurren simultáneamente en diferentes partes de un vertedero. Además del O2 disponible , la fracción de componentes del gas variará, dependiendo de la edad del vertedero, el tipo de residuo, 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 explica estas reacciones simultáneas: [8]
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 del gas de vertedero es CH4 y un poco menos de la mitad es CO2 . El gas también contiene aproximadamente un 5% de nitrógeno molecular (N2 ) , menos de un 1% de sulfuro de hidrógeno ( H2S ) y una baja concentración de compuestos orgánicos no metánicos (NMOC) , aproximadamente 2700 ppmv . [8]
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Los gases de los vertederos pueden filtrarse desde el vertedero hacia el aire y el 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, no entra carbono nuevo en el ciclo del carbono y la concentración atmosférica de CO 2 no se ve afectada. El dióxido de carbono atrapa el calor en la atmósfera, lo que contribuye al cambio climático . [9] En los vertederos gestionados adecuadamente, el gas se recoge y se quema o se recupera para su utilización .
Los vertederos mal gestionados pueden convertirse en una molestia debido a vectores como ratas y moscas que pueden propagar enfermedades infecciosas . La aparición de estos vectores se puede mitigar mediante el uso de una cubierta diaria .
Otros problemas potenciales incluyen la alteración de la vida silvestre debido a la ocupación del hábitat [10] y la alteración de la salud animal causada por el consumo de desechos de los vertederos, [11] polvo, olores, contaminación acústica y reducción del valor de las propiedades locales.
Los gases se producen en los vertederos debido a la digestión anaeróbica por parte de microbios. En un vertedero gestionado adecuadamente, este gas se recoge y se utiliza. Sus usos van desde la simple quema hasta la utilización del gas de vertedero y la generación de electricidad . El control del gas de vertedero alerta a los trabajadores sobre la presencia de una acumulación de gases hasta un nivel nocivo. En algunos países, la recuperación de gas de vertedero es extensa; en los Estados Unidos, por ejemplo, más de 850 vertederos tienen sistemas activos de recuperación de gas de vertedero. [12]
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Un vertedero solar es un vertedero usado reutilizado que se convierte en un parque solar con paneles solares . [13]
Los vertederos en Canadá están regulados por agencias ambientales provinciales y por la legislación de protección ambiental. [14] Las instalaciones más antiguas tienden a cumplir con los estándares actuales y son monitoreadas para detectar lixiviación . [15] Algunas ubicaciones antiguas se han convertido en parques.
En la Unión Europea, cada estado está obligado a promulgar legislación para cumplir con los requisitos y obligaciones de la Directiva Europea sobre vertederos .
La mayoría de los estados miembros de la UE tienen leyes que prohíben o restringen severamente la eliminación de basura doméstica en vertederos. [16]
En la actualidad, el relleno sanitario es el principal método de eliminación de residuos municipales en la India. Además, en Deonar, Mumbai, se encuentra el vertedero más grande de Asia. [17] Sin embargo, con frecuencia surgen problemas debido a la alarmante tasa de crecimiento de los vertederos y a la mala gestión por parte de las autoridades. [18] En los últimos años, se han observado incendios en la superficie y bajo la superficie de los vertederos de la India. [17]
En los últimos años, las prácticas de vertido en el Reino Unido han tenido que cambiar para hacer frente a los desafíos de la Directiva Europea sobre Vertederos . El Reino Unido ahora impone un impuesto sobre los residuos biodegradables que se depositan en los vertederos. Además, se ha establecido el Landfill Allowance Trading Scheme (Plan de Comercio de Asignaciones para Vertederos) para que las autoridades locales negocien las cuotas de vertido en Inglaterra. En Gales funciona un sistema diferente , en el que las autoridades no pueden "negociar" entre ellas, pero tienen asignaciones conocidas como Landfill Allowance Scheme (Plan de Asignaciones para Vertederos).
Los vertederos estadounidenses están regulados por la agencia ambiental de cada estado, que establece pautas mínimas; sin embargo, ninguna de estas normas puede ser inferior a las establecidas por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). [19]
La autorización de un vertedero generalmente demora entre cinco y siete años, cuesta millones de dólares y requiere estudios rigurosos de ubicación, ingeniería y medio ambiente y demostraciones para garantizar que se satisfagan las preocupaciones ambientales y de seguridad locales. [20]
El estado de la comunidad microbiana de un vertedero puede determinar su eficiencia digestiva. [23]
Se han encontrado bacterias que digieren el plástico en vertederos. [24]
Los vertederos pueden considerarse una fuente viable y abundante de materiales y energía . En el mundo en desarrollo, los recolectores de residuos a menudo buscan materiales aún utilizables. En contextos comerciales , las empresas también han descubierto vertederos y muchas [ cuantificar ] han comenzado a recolectar materiales y energía. [25] Ejemplos bien conocidos incluyen instalaciones de recuperación de gas. [26] Otras instalaciones comerciales incluyen incineradores de residuos que tienen recuperación de material incorporada. Esta recuperación de material es posible mediante el uso de filtros ( electrofiltro , filtro de carbón activo y potasio, enfriamiento rápido, lavador de HCl, lavador de SO 2 , rejilla de ceniza de fondo , etc.).
Además de las estrategias de reducción y reciclaje de residuos , existen diversas alternativas a los vertederos, entre ellas la incineración de residuos para generar energía , la digestión anaeróbica , el compostaje , el tratamiento mecánico biológico , la pirólisis y la gasificación por arco de plasma . Dependiendo de la economía local y de los incentivos, estas alternativas pueden resultar más atractivas económicamente que los vertederos.
Algunos países, entre ellos Alemania , Austria , Suecia , [27] Dinamarca , Bélgica , los Países Bajos y Suiza , han prohibido la eliminación de residuos no tratados en vertederos. [ cita requerida ] En estos países, sólo ciertos residuos peligrosos, cenizas volantes procedentes de la incineración o la salida estabilizada de plantas de tratamiento biológico mecánico pueden todavía depositarse. [ cita requerida ]
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