DESECHOS SÓLIDOS
PRINCIPIOS DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN
Por
George Tchobanoglous
Hilary Theissen
Rolf Eliassen
Serie: Ambiente y los
Recursos Naturales Renovables
AR-16
TRADUCCION: Armando Cubillos
Mérida - Venezuela 1982
INDICE
PRIMERA PARTE
Pág.
PERSPECTIVAS
1.
2.
3.
...................................................................................
1
DESECHOS SOLIDOS: UNA CONSECUENCIA DE LA VIDA ............
3
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
Los Impactos de la Producción de Desechos Sólidos
............
Producción de Desechos en una Sociedad Tecnificada
............
Cantidades de Desechos
...........................................................
Proyecciones para el Futuro ...........................................................
Retos y Oportunidades Futuras
................................................
Tópicos para Discusión
...........................................................
Referencias ...................................................................................
5
6
8
13
15
17
18
LA EVOLUCION EN EL MANEJO DE LOS DESECHOS
SOLIDOS
...............................................................................................
19
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
Desarrollo Histórico .......................................................................
Elementos Funcionales
...........................................................
Sistemas de Manejo de Desechos Sólidos ....................................
Planificación del Manejo de los Desechos Sólidos ........................
Temas de Discusión .......................................................................
Referencias ...................................................................................
19
26
35
42
46
48
LEGISLACION Y AGENCIAS GUBERNAMENTALES ........................
49
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
49
54
59
61
Legislación ....................................................................................
Agencias Gubernamentales ............................................................
Temas de Discusión .......................................................................
Referencias ...................................................................................
PRINCIPIOS DE INGENIERIA
4.
PRODUCCION DE DESECHOS SOLIDOS
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
5.
...........................................................
....................................
63
Fuentes y Tipos de Desechos Sólidos
....................................
Composición de los Desechos Sólidos Municipales ........................
Tasas de Producción .......................................................................
Discusión de Tópicos y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
63
67
82
96
101
MANEJO, ALMACENAMIENTO Y PROCESADO IN SITU
5.1.
62
Salud Pública y Estética
............
103
...........................................................
104
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
Manejo en el Origen o In Situ
................................................
Almacenamiento en el Origen o In Situ
....................................
Procesado de Desechos Sólidos en el Origen o In Situ
............
Temas de Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
104
110
119
133
135
6 . RECOLECCION DE DESECHOS SOLIDOS ................................................
137
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
6.6.
6.7.
7.
Servicios de Recolección
...........................................................
Sistemas de Recolección, Necesidades de Equipo y Mano
de Obra
...................................................................................
Análisis de Sistemas de Recolección
....................................
Rutas de Recolección
...........................................................
Técnicas Avanzadas de Análisis
................................................
Tópicos de Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
TRANSFERENCIA Y TRANSPORTE
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
137
147
159
189
106
211
218
................................................
221
La Necesidad de Operaciones de Transferencia
........................
Estaciones de Transferencia ...........................................................
Medios y Métodos de Transporte ................................................
Localización de Estaciones de Transferencia
........................
Tópicos para Discusión y Problemas
....................................
Referencias ...................................................................................
221
226
241
252
261
273
SEGUNDA PARTE
8.
EQUIPO Y TECNICAS DE PROCESADO
....................................
275
Propósitos del Procesado
...........................................................
Reducción Mecánica del Volumen ................................................
Reducción Química del Volumen ................................................
Reducción Mecánica del Tamaño ................................................
Separación de Componentes ...........................................................
Secado y Extracción de Agua
................................................
Tópicos de Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
276
277
287
301
309
339
343
345
RECUPERACION DE RECURSOS, CONVERSION DE PRODUCTOS,
Y ENERGIA ...............................................................................................
347
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
8.5.
8.6.
8.7.
8.8.
9.
9.1.
9.2.
9.3.
9.4.
9.5.
Sistemas de Procesado y Recuperación de Materiales
Recuperación de Productos de Conversión Química
Recuperación de Productos de Conversión Biológica
Recuperación de Energía de Productos de Conversión
Diagramas de Flujo de Recuperación de Materiales
............
............
............
............
348
360
382
401
y Energía
...................................................................................
Temas de Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
409
421
428
DISPOSICION DE DESECHOS SOLIDOS Y MATERIA
RESIDUAL ...............................................................................................
431
9.6.
9.7.
10.
11.
10.1. Selección del Sitio .......................................................................
10.2. Métodos y Operación del Relleno Sanitario ....................................
10.3. Reacciones que Ocurren en Rellenos Sanitarios
Terminados ...................................................................................
10.4. Movimiento y Control del Gas y Lixiviado ....................................
10.5. Diseño de Rellenos Sanitarios
................................................
10.6. Disposición de Desechos Sólidos en el Océano
........................
10.7. Temas de Discusión y Problemas ................................................
10.8. Referencias ...................................................................................
433
439
DESECHOS PELIGROSOS ........................................................................
515
11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
11.5.
11.6.
11.7.
11.8.
11.9.
11.10.
11.11.
11.12.
515
518
520
525
527
530
532
533
537
539
540
542
Identificación de Desechos Peligrosos
....................................
Clasificación de Desechos Peligrosos
....................................
Reglamentaciones
.......................................................................
Producción ...................................................................................
Almacenamiento In Situ
...........................................................
Recolección ...................................................................................
Transferencia y Transporte ...........................................................
Procesado
...................................................................................
Disposición ...................................................................................
Planificación ...................................................................................
Temas para Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
446
455
471
503
504
511
PRIMERA PARTE
PERSPECTIVAS
¿Qué son desechos sólidos? ¿Cuáles son los impactos de la producción de desechos
sólidos? ¿Cuál es la magnitud del problema? ¿Qué se espera en el futuro con relación a la
producción de desechos? ¿Cuáles son los retos y oportunidades de cambio en el futuro?
¿Cómo evolucionó el manejo de los desechos sólidos? ¿Cómo se identifican las distintas
actividades asociadas con la producción, almacenamiento in situ, recolección, transferencia
y transporte, procesado y recuperación, y disposición de desechos como elementos
funcionales? ¿Cuáles son las responsabilidades rutinarias de una agencia en operación?
¿Qué se quiere decir con el término planificación integral aplicada al manejo de desechos
sólidos? ¿Cuál legislación a nivel federal ha afectado el manejo de los desechos sólidos?
¿Cuáles agencias gubernamentales son responsables de administrar la legislación aplicable?
y ¿Cuáles son los impactos a nivel local?.
Las respuestas a estas preguntas se discuten en la primera parte. También son la esencia de
una comprensión introductoria del manejo de los desechos sólidos la historia de la primera
parte es la historia del progreso en este campo desde el uso de carretas tiradas por caballos
hasta vehículos especialmente diseñados con motor de tracción. También es la historia del
avance desde botaderos a campo abierto (que se convertían en peligros para la salud pública
y sitios donde tuvo lugar la quema y horrenda polución del aire) hasta el desarrollo de
métodos mecanizados de relleno para el control de vectores de enfermedades y la
reclamación de tierras, seguido de practicas más sofisticadas de manejo de desechos sólidos
y recuperación de materiales que son usadas hoy día.
1.
DESECHOS SOLIDOS UNA CONSECUENCIA DE LA VIDA
Los desechos sólidos son todos los desechos que proceden de actividades humanas y de
animales que son normalmente sólidos y que se desechan como inútiles o indeseados. El
término, como se usa en este texto, incluye todo, y abarca las masas heterogéneas de
desechos de comunidades urbanas lo mismo que acumulaciones más homogéneas de
desechos agrícolas, industriales y minerales. En un ambiente urbano, la acumulación de
desechos sólidos es una consecuencia directa de la vida. De esta consecuencia ha
evolucionado lo que hoy en día (1976) es en los Estados Unidos una actividad asociada con
el manejo de los desechos sólidos de 3 billones a 4 billones de dólares por año.
Para introducir al lector en el campo del manejo de los desechos sólidos, en este capitulo se
presenta un resumen de los siguientes tópicos: 1) impactos sobre la salud pública y
ecológicos de los desechos sólidos, 2) producción de desechos sólidos en una sociedad
tecnificada, 3) la magnitud del problema de los desechos sólidos en términos de las
cantidades producidas, 4) proyecciones para el futuro, y 5) retos y oportunidades futuras
con respecto al manejo de los desechos sólidos.
1.1.
LOS IMPACTOS DE LA PRODUCCION DE DESECHOS SOLIDOS
El hombre y los animales han usado los recursos de la tierra para sustentar la vida y
disponer desechos desde tiempos ancestrales. En tiempos antiguos, la disposición de
desechos humanos y de otra naturaleza no presentaron un problema significativo, debido a
que la población era pequeña y la cantidad de tierra disponible para la asimilación de
desechos era grande. Hoy día hablamos de reusar el valor energético y fertilizante de los
desechos sólidos, pero el agricultor de los tiempos antiguos probablemente hizo un intento
más audaz de esto. Todavía se pueden ver indicaciones de reuso en las prácticas agrícolas
primitivas, aún sensibles, en muchas naciones en desarrollo donde los granjeros recirculan
desechos sólidos por su valor combustible o fertilizante.
Los problemas con la disposición de desechos sólidos pueden ser encontrados desde el
tiempo en que los seres humanos empezaron a congregarse en tribus, poblaciones y
comunidades y la acumulación de desechos se convirtió en una consecuencia de la vida
(vea la Fig. 1.1). la dispersión de alimentos y otros desechos sólidos en ciudades
medioevales - la práctica de botar desechos en calles sin pavimentar, carreteras y terrenos
desocupados condujo a procreación de ratas, con su compañía de pulgas acarreando
gérmenes de enfermedades, y la erupción epidémica de la peste. La falta de planes para el
manejo de los desechos sólidos condujo a la epidemia de peste, la Muerte Negra, que mató
a la mitad de los europeos en el siglo catorce y ocasionó muchas epidemias subsiguientes y
un elevado tributo de muertes. No fue hasta el siglo diez y nueve que las medidas de control
de salud pública se convirtieron en una consideración vital de los funcionarios públicos,
quienes empezaron a darse cuenta de que los desechos de alimentos se debían recolectar y
disponer en forma sanitaria para controlar vectores de enfermedades.
La relación entre salud pública y el almacenamiento, recolección y disposición inadecuados
de desechos sólidos es muy clara. Autoridades de Salud Pública han demostrado que las
ratas, moscas y otros vectores de enfermedades procrean en botaderos a campo abierto, lo
mismo que en viviendas pobremente construidas o mantenidas, en instalaciones de
almacenamiento de alimentos, y en muchos otros lugares donde hay alimento y albergue
disponible para las ratas y los insectos asociados con ellas. El Servicio de Salud Pública de
los Estados Unidos (USPHS) ha publicado los resultados de un estudio (3) que señala la
relación de 22 enfermedades humanas al manejo impropio de desechos sólidos. También
hay datos disponibles para mostrar que la tasa de enfermedad- accidente para trabajadores
empleados en la recolección y disposición de desechos sólidos es varias veces mayor que
para empleados de industrias (3).
Los impactos ecológicos, tales como polución del agua y el aire, también han sido
atribuidos a manejo impropio de los desechos sólidos. Por ejemplo, líquido de botaderos y
rellenos pobremente diseñados y operados han contaminado aguas superficiales y
subterráneas. En áreas mineras el líquido lixiviado de los botaderos de desechos puede
contener elementos tóxicos, tales como cobre, arsénico y uranio, o pueden contaminar
abastecimientos de agua con sales indeseadas de calcio y magnesio. Mientras la capacidad
de la naturaleza para diluir, dispersar, degradar, absorber, o disponer de otra manera de sus
residuos indeseados en la atmósfera, en los cursos de agua, y sobre el suelo es bien
conocida, los seres humanos no pueden exceder esta capacidad natural para la disposición
de sus desechos indeseables o se impondrá un desequilibrio ecológico sobre la biósfera.
1.2.
PRODUCCION DE DESECHOS EN UNA SOCIEDAD TECNIFICADA
Se pueden encontrar señales de desarrollo de una sociedad tecnológica en los Estados
Unidos a principios de la Revolución Industrial en Europa; desafortunadamente, de esta
manera se produce un aumento de los problemas de disposición de los desechos sólidos.
En realidad, en la última parte del siglo diez y nueve, las condiciones urbanas en Inglaterra
eran tan lamentables que en 1888 se aprobó una ley prohibiendo botar desechos sólidos en
canales, ríos y aguas. Esta precedió en unos 11 años a la promulgación de la ley de Ríos y
Puertos de 1899 en los Estados Unidos, que intentaba reglamentar la descarga de desechos
en las aguas navegables y terrenos adyacentes.
Entonces, junto con los beneficios de la tecnología también han venido los problemas
asociados con los desechos resultantes. Para comprender la naturaleza de estos problemas,
será útil examinar el flujo de materiales y la producción asociada de desechos en una
sociedad tecnificada y considerar el impacto directo de los avances tecnológicos sobre el
diseño de las instalaciones para desechos sólidos.
Fig. 1.1.- Los problemas de Desechos Sólidos no son nuevos.
(A:C: con el permiso de Johnn Hart y Field Enterprises, Inc.)
Flujo de Materiales y Producción de Desechos
Una indicación de cómo y cuándo se producen desechos sólidos en nuestra sociedad
tecnológica se muestra en un flujo simplificado de materiales del diagrama presentado en la
Figura 1.2. Los desechos sólidos (desperdicios) se producen al iniciar el proceso,
empezando con la extracción de materias primas (6). Los desperdicios dejados de
operaciones de minería a campo abierto, por ejemplo, son bien conocidos. De allí en
adelante, se producen desechos sólidos en cada etapa del procesado a medida que las
materias primas son transformadas en productos para el consumo.
De la Figura 1.2 se desprende que una de las mejores maneras de reducir la cantidad de
desechos sólidos a ser dispuestos es limitar el consumo de materias primas y aumentar la
tasa de recuperación y reuso de materiales de desecho. Aunque el concepto es simple, se ha
encontrado extremadamente difícil efectuar este cambio en una sociedad tecnológica. Este
tema es considerado con mayor detalle en la última sección de este capitulo.
Fig. 1.2. Flujo de materiales y producción de desechos sólidos en una sociedad
tecnológica.
El efecto de los Avances Tecnológicos
Los avances tecnológicos modernos en empacado de bienes crean un conjunto de
parámetros que cambian continuamente para el diseñador de instalaciones de desechos
sólidos. De particular importancia son el uso creciente de plásticos y el uso de alimentos
congelados, que reducen las cantidades de desechos de alimentos en las viviendas pero
aumentan las cantidades en plantas de procesado de productos agrícolas. La aceptación de
las llamadas comidas TV, por ejemplo, resulta en casi ningún desecho en las viviendas a
excepción de los materiales de empaque (1). Estos cambios continuos ofrecen problemas al
diseñador de instalaciones debido a que las estructuras para el procesado de los desechos
sólidos involucran grandes inversiones de capital y se deben diseñar para que sean
funcionales durante un período de aproximadamente 25 años. Entonces, los ingenieros
responsables del diseño de instalaciones para desechos sólidos deben estar conscientes de
las tendencias, aunque no puedan ser clarividentes en la predicción de los cambios en la
tecnología que afectarán las características de los desechos sólidos en los próximos 25 años.
Por otro lado, se debe usar toda técnica posible de predicción en esta sociedad tecnológica
cambiante de manera que se incluyan en el diseño de las instalaciones la flexibilidad y
utilización. Idealmente, una instalación debe ser funcional y eficiente durante su vida útil,
que debe coincidir con la madurez de los bonos que se emitieron para financiarías. Pero
surgen preguntas importantes: ¿Cuáles elementos de la sociedad producen las mayores
cantidades de desechos sólidos y cuál es la naturaleza de estos desechos? También,
¿Cómo se pueden minimizar esas cantidades? ¿Cuál es el papel de la recuperación de
recursos?
1.3.
CANTIDADES DE DESECHOS
Cada uno de nosotros está familiarizado con los desechos sólidos, especialmente los
producidos en municipalidades, tales como desechos de alimentos y desperdicios, vehículos
abandonados, desechos de demolición y construcción, barrido de calles y desechos de
jardines. Sin embargo, resultan cantidades mucho mayores de fuentes agrícolas, industriales
y mineras.
Cantidades Estimadas Totales y Per Cápita
Aunque los datos varían, estimativos recientes indican que en los Estados Unidos se
producen 4.4 billones de toneladas cortas de desechos cada año. De este total, los desechos
municipales representan aproximadamente 230 millones de toneladas; los desechos
industriales, 140 millones de toneladas; y los desechos agrícolas, 640 millones de
toneladas. La mayor cantidad de desechos sólidos proviene de minas y minerales y de
desechos de animales, cada uno con un promedio de 1.7 billones de ton/año. La cantidad
total a ser producida en el año 2000 se puede aproximar a 12 billones de ton/año.
Observando sólo a los desechos urbanos e industriales, la tasa de producción en los Estados
Unidos es de aproximadamente 3.600 lb/cápita/año. En comparación, otros países
industrializados tienen tasas más bajas, aunque afrontan problemas similares. En base a
estimativos aproximados, Japón es el más cercano a los Estados Unidos con un promedio
de 800 lb. La tasa en Holanda está sobre las 600 lb; en Alemania Occidental es de alrededor
de 500 lb. De estas cifras se puede concluir que en esos países la tasa de consumo de bienes
es menor o se hace un mayor esfuerzo para recuperar y reusar desechos.
Datos de Estudios Recientes
Se han hecho muchos estudios para municipalidades y autoridades regionales sobre la
producción de desechos sólidos por intermedio de ingenieros consultores y planificadores.
Agencias Estadales y Federales, particularmente el Servicio de Salud Pública de los
Estados Unidos (USPHS) y la Agencia para la Protección Ambiental (EPA) , también han
sido activas en esta área. Hay tantos valores reportados que no se puede alegar ninguno en
particular debido al ya mencionado impacto de los desarrollos tecnológicos, el mercado de
los productos al consumidor y su empaque, y las prácticas comerciales e industriales. Por
ejemplo, instituciones que tienen grandes computadoras, con sus largas impresiones han
tenido un impacto apreciable en la producción de desechos de papel en ciertas
comunidades. Por estas razones es imperativo hacer estudios para una municipalidad
específica o región para determinar los rangos de valores de desechos sólidos producidos de
fuentes municipales e industriales.
Datos de Servicio de Salud Publica de los Estados Unidos. En 1968 el USPHS publicó
datos obtenidos en su National Survey of Community Solid Waste Practices (4). En la
Tabla 1.1 se muestran las tasas promedio de producción para fuentes urbanas en los Estados
Unidos.
Se debe hacer énfasis en que estos son promedios anuales y que las tasas reales de
producción para una ciudad dada varían con las estaciones (recortes de jardín, hojas, papel
de Navidad y recipientes para regalos, etc., se discute más adelante en este capítulo). Las
cantidades exactas para una ciudad dada pueden estar muy por encima del promedio, tal es
el caso de la gran cantidad de papel desechado en Washington, D.C., las capitales de
estado, y los grandes centros comerciales e industriales. Nuevamente, cuidado con los
promedios en el diseño de instalaciones, pero guíese por ellas en el análisis de resultados
para un lugar específico!. En el Capitulo 4 se presentan valores detallados de la producción
de desechos sólidos.
TABLA 1.1. CANTIDADES PROMEDIO PER CÁPITA DE DESECHOS SÓLIDOS
RECOLECTADOS DE FUENTES URBANAS EN LOS ESTADOS UNIDOS, 1968*.
Fuente
Combinado residencial y comercial
Industrial
Institucional
Demolición y construcción
Limpieza de calles y avenidas
Árboles y paisajismo
Parques y playas
Cuenca de captación
Sólidos de plantas de tratamiento de aguas residuales
Total
Lb/cápita/día
4,29
1,90
0,16
0,72
0,25
0,18
0,15
0,04
0,50
8,19+
*
Adaptado de la Ref. 4
Como se reporta en la Tabla 4.12, las cantidades totales correspondientes per cápita
para todas las áreas (7,92 lb/cap/día) son algo más bajas que aquellas para áreas urbanas.
+
NOTA:
lb/cápita/día x 0,4536 = kg/cápita/día.
Agencia para la Protección Ambiental. La EPA ha continuado los estudios del USPHS y en
1971 publicó un informe (5) al Congreso que contiene los estimativos de la producción
presente y futura de desechos sólidos. El estimativo de la producción de desechos en los
Estados Unidos por componentes se muestra en la Tabla 1.2. Nótese que las cantidades que
se muestran como dispuestas son mayores que las que se muestran como producidas. La
diferencia se atribuye a aumento del contenido de humedad en los desechos dispuestos y a
la medida de los desechos producidos en base seca. En esta tabla se excluyen los lodos de
plantas de tratamiento, desechos de demolición y construcción, y desechos especiales tales
como automóviles abandonados.
TABLA 1.2. COMPONENTES DE DESECHOS SOLIDOS MUNICIPALES
PRODUCIDOS EN LOS ESTADOS UNIDOS, 1971*.
Componente
Papel
Vidrio
Metal
Ferroso
Aluminio
Otros no ferrosos
Plástico
Caucho y cuero
Textiles
Madera
Alimentos
Subtotal
Desechos de patios
Inorgánicos misceláneos
Total
Total producido
Toneladas
%
millones
39,1
31,3
12,1
9,7
11,9
9,5
10,6
8,5
0,8
0,6
0,5
0,4
4,2
3,4
3,3
2,6
1,8
1,4
4,6
3,7
22,0
17,6
99,0
79,2
24,1
19,3
1,9
1,5
125,0
100,0
Total dispuesto
Toneladas
%
millones
47,3
37,8
12,5
10,0
12,6
10,1
4,7
3,8
3,4
2,7
2,0
1,6
4,6
3,7
17,7
14,2
104,8
83,9
18,2
14,6
2,0
1,5
125,0
100,0
Variaciones Mensuales y Estacionales
Los desechos sólidos de fuentes residenciales- potencialmente uno de los principales
problemas de salud pública en cualquier comunidad- varían considerablemente en
composición y cantidad. Los autores han encontrado variaciones importantes, dependiendo
del estatus económico, la composición étnica, y los hábitos sociales del vecindario
(ejemplo, quema de papel y hojas en el patio). Las cantidades también varían con las
estaciones, las selecciones de horticultura de los vecindarios, las características geográficas
de la tierra, la precipitación, el clima, y los hábitos de la gente que comen, beben y el
empaque de lo que ellos compran. La lista es virtualmente interminable.
Estos datos son importantes en el diseño y la operación de cualquier instalación para
desechos sólidos. Los datos que se muestran en la Figura 1-3, obtenidos en 1940 en un
estudio completo (2) en la ciudad de Nueva York, son útiles para ilustrar la variación en la
composición de los desechos producidos en base mensual y estacional. Como se muestra,
estos datos estuvieron influenciados en gran parte por el uso de carbón para la calefacción
residencial en 1940, una condición que puede volver a ocurrir a medida que la importación
de petróleo y propano líquido se vuelva más restrictiva y se utilicen los recursos abundantes
de carbón de los Estados Unidos.
Para el diseño de cualquier operación de desechos sólidos se deben obtener da tos
semejantes a los que se muestran en la Figura 1-3, de manera que todos sus componentes
puedan ser suficientemente flexibles para compensar con las cargas permanentemente
variables de desechos descartados por los residentes, lo mismo que por la producción
comercial e industrial. Los componentes de los desechos sólidos producidos en Nueva York
en 1940, no son indicativos de los componentes a ser esperados en 1976, lo mismo que
aquellos del año 2000 lo fueran de los de hoy día; sin embargo, se puede predecir el futuro
en base al pasado.
1.4.
PROYECCIONES PARA EL FUTURO
Si los valores del USPHS de la Tabla 1.1 o los valores de la EPA en la Tabla 1.2 son
usados para hacer proyecciones para el futuro, las cifras se basan necesariamente en tasas
anuales supuestas de crecimiento de la población y en el consumo humano y disposición de
productos desechados. La EPA ha supuesto que habrá un aumento en alimentos preparados
industrialmente (con los desechos sólidos producidos en la categoría agrícola o industrial en
lugares remotos) y un aumento en desechos de empaques. De otro lado, los desechos de
patios, que alcanzan al 14,6 por ciento de los desechos dispuestos (Tabla 1.2), no
aumentarán tan rápidamente en el futuro debido a que se espera que los tipos de vivienda
cambien de casas unifamiliares a edificios de apartamentos.
Fig. 1.3. Distribución mensual de los componentes de los desechos sólidos que llegan a
un relleno sanitario en Nueva York, 1940 (2)
En vista de los muchos factores que influencian las predicciones para el futuro, se deben
usar rangos. Debido a que los estimativos para el futuro son necesarios en el diseño de
instalaciones de procesado y disposición de desechos sólidos, el ingeniero de diseño debe
intentar la predicción del uso de la instalación para un mínimo de 25 años con el fin de
justificar los gastos de capital involucrados. EPA ha desarrollado la Tabla 1.3 para ayudar
al ingeniero en las proyecciones de diseño, suponiendo tres tasas diferentes de crecimiento
de la producción de desechos sólidos.
De la experiencia obtenida durante los años 1960, se podría esperar que la producción de
desechos sólidos aumente a una tasa del 4,5 por ciento anual. Una cifra más razonable, en
base a un mejor conocimiento del público con respecto a la recuperación y reuso de
recursos, podría ser del 3,5 por ciento. Si fueran efectivos los mayores esfuerzos en la
recuperación y recirculación de recursos, la tasa de aumento podría ser tan baja como el 2,5
por ciento.
El impacto económico de los costos de manejo de desechos sólidos se puede proyectar
usando los valores contenidos en la Tabla 1.3 y aplicando algún promedio nacional
estimado de costos unitarios de recolección y disposición desarrollados por la EPA. Datos
de estudios de la EPA, junto con estimativos para 1980 y 1985, se presentan en la Tabla
1.4. Así, se espera que el manejo de desechos sólidos se convierta en una industria de US$4
billones a US$5 billones para 1985 (en base a dólares de 1971). Dependiendo de la tasa de
inflación estos valores podrían cambiar apreciablemente.
TABLA 1.3
CANTIDADES PROYECTADAS DE DESECHOS
SÓLIDOS, 1980 A 1990*,+
Toneladas, millones
Crecimiento compuesto
anual, supuesto, porcentaje
1980
1985
2,5 (bajo)
155
175
3,5 (medio)
170
200
4,5 (alto)
185
230
•
1971 base= 125 millones de toneladas cortas (vea la Tabla 1.2)
+
De la Ref. 5
NOTA:
1.5.
1990
200
230
290
ton x 907,2 = kg.
RETOS Y OPORTUNIDADES FUTURAS
La industria multimillonaria del manejo de los desechos sólidos sólo puede ser costeada por
el público responsable de la producción de las inmensas cantidades de desechos - alrededor
de 200 millones de toneladas por año, como se muestra en la Tabla 1.4. Se deben estimular
nuevas actitudes públicas en un intento para reducir la carga económica impuesta sobre la
sociedad. La preocupación nacional debe trascender el concepto de que el público pueda
aportar el pago y no puede insistir en reducir la carga económica ya sea mediante acciones
individuales o sociales necesarias.
Desafortunadamente, el nivel de vida en los Estados Unidos está inevitablemente vinculado
a la producción de desechos sólidos- el despilfarro de recursos naturales en este país y en el
exterior, el uso de materiales de muchos tipos por una sola vez, y la filosofía del
desperdicio y la rápida obsolescencia de los productos. Es razonable presumir que el
abandono de esta filosofía del desperdicio pudiera reducir el tonelaje de desechos a ser
manejados. Este concepto inevitablemente conduce a la necesidad de recuperar recursos y a
recircular los materiales recuperados a la corriente principal de la industria. Además, los
hábitos de la gente deben cambiar por su propia voluntad, guiados por grupos
TABLA 1.4
COSTOS DE RECOLECCIÓN Y DISPOSICIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS EN LOS ESTADOS UNIDOS,
1971 A 1985*
1971
(ESTIMADO)
120
1980 (PROYECTADO)
Bajo
Medio
Alto
150
160
175
Desechos recolectado (ton, millones)+
Costos unitarios ($/ton)
Recolección
18
18
18
18
Disposición
4
5
5
5
23
23
23
Total
22
Total de costos nacionales, millones de dólares
(1971)
Recolección
2.160
2.700
2.880
3.150
750
800
875
Disposición
480
Total
2.640
3.450
3.680
4.025
*
Adaptado de la Ref. 5
+
Se supones que el 95 por ciento de los desechos producidos (Tabla 1.3) son recolectados.
NOTA:
ton x 0,0011 = $/kg
1985 (PROYECTADO)
Bajo
Medio
Alto
165
190
220
18
5
23
18
5
23
18
5
23
3.150
875
4.025
3.410
950
4.370
3.960
1.100
5.060
conservacionistas, y producir información disponible a través de agencias industriales y
gubernamentales. Se deben hacer esfuerzos para reducir la cantidad de materiales usados en
empaques y mercancías obsoletas, y empezar procesos de recirculación en la fuente - la
casa, la oficina, o la fábrica - de manera que muchos materiales no se conviertan en parte de
los desechos a ser dispuestos de una ciudad. Esta es una alternativa que conservará recursos
y tendrá también viabilidad económica.
Otra alternativa es continuar las prácticas de desperdicio de la sociedad industrial moderna
y pagar la sanción pecuniaria. Como se muestra en la Tabla 1.4, la diferencia entre las
cifras máximas y mínimas para 1985 podría ser de $1 billón. Podría ser todavía mayor si la
conservación llegara a ser una manera de vida de los ciudadanos, el comercio y la industria.
Otra alternativa es continuar las prácticas pobres de manejo de desechos sólidos que
prevalecen en muchas lugares del país. Esta alternativa implica una severa sanción
pecuniaria en el abuso de la tierra y el uso derrochador de los recursos cada vez más
escasos de materiales, energía, fuerza de trabajo y dinero. Esto no es aceptable para la
sociedad. Su contraparte consiste en el manejo progresista de los desechos sólidos y es el
tema de todos los capítulos de este libro.
1.6.
TÓPICOS PARA DISCUSIÓN
1.1.
Discuta los diferentes factores que pueden tomarse en cuenta para las grandes
diferencias en la producción de sólidos en municipalidades de varias naciones
industrializadas de la tierra.
1.2.
¿Como líder de la comunidad, qué acciones pudiera tomar o cuáles consejos daría
para reducir el impacto económico de la producción de desechos en su ciudad?
1.3.
¿El gas y el petróleo se están convirtiendo en bienes caros y escasos, aunque son
combustibles limpios que no producen desechos sólidos. Qué otras fuentes de
energía podría sugerir para la calefacción de las casas para dos regiones diferentes
(tales como Nueva Inglaterra y Texas o Arizona) y todavía minimizar la producción
de desechos sólidos?
1.4.
¿Cuál sería el impacto de la variación mensual en la composición de los desechos
sólidos, que se muestra en la Figura 1.2, sobre la operación del sistema de manejo
de desechos sólidos?
1.5.
Discuta los factores más importantes que han influenciado los cambios que han
tenido lugar en la composición de los desechos sólidos desde principios de siglo.
¿Cree usted que los cambios en la composición de los desechos sólidos serán
importantes en los próximos 10, 25 o 50 años? Explíquese.
1.6.
¿Cuál es su concepto actual de la recuperación de recursos? ¿Cómo puede afectar
los costos de disposición de desechos sólidos?
1.7.
¿Qué se está haciendo en su comunidad para la recirculación de botellas, latas y
papel? En su opinión ¿el programa es un éxito? ¿Cómo se puede mejorar y cuál
agencia debiera tomar el liderazgo en esta mejora?.
1.8.
¿Cuál es su opinión del plan de Oregón (Todos los recipientes de refrescos y
cerveza deben ser reusables)? ¿Piensa que tal plan trabajará en su estado?
(Referencia: The Wall Street Journal, Friday, January 9, 1976).
1.7.
REFERENCIAS
1.
Darnay. A. and W. E. Franklin: The Role of Packaging in Solid Waste
Management 1966 to 1976, U.S. Department of Health. Education, and Welfare,
Public Health Service, Publication SW-5c. Rockville, Md. 1969.
Eliassen, R.: Decomposition of Landfills, American Journal of Public Health, vol.
32, no 3,1942.
2.
3.
Hanks, T.G.: Solid Waste/Disease Relationships, U.S. Department of Health,
Education and Welfare, Solid Wastes Program, Publication SW-1c, Cincinnati,
Ohio, 1967.
4.
Muhich, A.J., A. J. Klee, and P.W. Britton: Preliminary Data Analysis, 1968
National Survey of Community Solid Waste Practices, U.S. Department of Health,
Education and Welfare, Public Health Service, Publication 1867, Washington, D.C.
1968.
5.
Resource Recovery and Source Reduction, Second Report to Congress. U.S.
Environmental Protection Agency, Publication SW-122, Washington, D.C. 1974.
6.
Surface Mining and Our Environment, A Special Report to the Nation, U.S.
Department of the Interior, Washington, D.C. 1967.
2.
LA EVOLUCIÓN EN EL MANEJO DE LOS DESECHOS SÓLIDOS
El manejo de los desechos sólidos se puede definir como una disciplina asociada con el
control de la producción, almacenamiento, recolección, transferencia y transporte,
procesado y disposición de desechos sólidos en una forma tal que esté de acuerdo con los
mejores principios de salud pública, economía, ingeniería, conservación, estética y otras
consideraciones ambientales, y que también es sensible a las actitudes del público. Dentro
de este contexto, el manejo de los desechos sólidos incluye todas las funciones
administrativas, financieras, legales, de planificación e ingeniería involucradas en el
espectro de soluciones a problemas de desechos sólidos que afectan a la comunidad por sus
habitantes. Las soluciones pueden involucrar relaciones interdisciplinarias complejas tales
como campos tan políticos como ciencias políticas, planificación urbana y regional,
geografía, economía, salud pública, sociología, demografía, comunicaciones y
conservación, lo mismo que ingeniería y ciencia de materiales.
El propósito de este capitulo es doble: proveer una introducción general al campo del
manejo de los desechos sólidos y servir como base para la comprensión de las
interrelaciones entre los principios de ingeniería que se presentan en la Parte II y los
aspectos administrativos que se presentan en la Parte III. La información que se presenta en
las cuatro secciones cubre: 1) una historia breve de la evolución y desarrollo de esta
disciplina, 2) una descripción de los elementos funcionales de los sistemas de manejo de
desechos sólidos, 3) una discusión breve del financiamiento y otros aspectos de sistemas de
manejo de desechos sólidos que no se analizan en detalle en este libro, y 4) una discusión
breve de la planificación del manejo de desechos sólidos.
2.1.
DESARROLLO HISTORICO
“Para describir las características de las diferentes clases de desechos, y dirigir la atención
al hecho de que, se pudiera mantener un método uniforme de nomenclatura y registro de las
cantidades manejadas por diferentes ciudades, entonces los datos obtenidos y la
información así acumulada sería un avance material hacia la disposición sanitaria de los
desechos. Tal uniformidad no acarrearía gastos sobre las ciudades, y se podrían hacer
comparaciones y conclusiones correctas para el beneficio de otros. (9)".
Esta formulación de objetivos en sí misma no parece demasiado insólita, hasta que se
reconoce que fue escrita en 1906 por H. de B. Parsons en su libro titulado "La Disposición
de Desecho Municipal" (9). Revisando este libro, que pudo ser el primero en tratar
únicamente con el tema de los desechos sólidos desde el punto de vista riguroso de la
ingeniería, notamos que muchos de los principios básicos y métodos que cubren lo que hoy
día se conoce como el campo del manejo de los desechos sólidos, no son nuevos y eran
bien conocidos aún entonces. Por ejemplo, aunque el automotor ha reemplazado a la
carroza halada por un caballo (vea la Figura 2.1), los métodos básicos de recolección de
desechos sólidos continúan siendo los mismos; continúan siendo esencialmente intensivos
en mano de obra. El desarrollo de datos uniformes para propósitos de comparación todavía
continúan siendo una necesidad importante.
(a)
Fig. 2.1 Evolución de los vehículos usados para la recolección de desechos sólidos. (a)
Carroza halada por caballo, alrededor de 1900 (9).
Primeras Prácticas de Disposición
Los métodos más comúnmente reconocidos para la disposición final de desechos sólidos a
principios de siglo eran: 1) arrojar sobre el suelo, 2) arrojar en el agua, 3) enterrar con arado
en el suelo, 4) alimento para porcinos, 5) reducción, y 6) incineración (9,10). No todos
estos métodos eran aplicables a todos los tipos de desechos. Enterrar con arado en el suelo
se usaba para desechos de alimentos y barrido de calles. Alimento para porcinos y la
reducción se usaron específicamente para desechos de alimentos (9).
(b)
(c)
Fig. 2.1. (b) Camión a motor de neumáticos sólidos, alrededor de 1925 (7). (c)
Vehículo moderno de recolección equipado con mecanismos de compactación, 1976.
Arrojar Sobre el Suelo. Debido a que era una tarea simple acarrear los desechos sólidos
hasta los extramuros de la población y arrojarlos allí, los botaderos a campo abierto se
convirtieron en un método común de disposición para comunidades urbanas, y la quema de
estos botaderos fue una práctica común (vea la Figura 2.2). Los botaderos a campo abierto
también atrajeron moscas y ratas que diseminaron enfermedades. Esta disposición peligrosa
se convirtió en un tema de gran preocupación para las autoridades de salud pública a
quienes se les dio la responsabilidad para controlar los desechos sólidos.
A través de los años, las divisiones de control de vectores del departamento de salud estatal
y el USPHS lograron éxitos sobresalientes en el control de enfermedades transmitidas por
vectores mediante el desarrollo, la promoción y la imposición de prácticas sanitarias en
rellenos, lo mismo que el almacenamiento, la recolección y el transporte de desechos
sólidos.
Arrojar en el Agua. Aunque este método fue usado por algunas ciudades costaneras, no fue
favorecido debido a que las consecuencias de la polución fueron bien reconocidas. La
desfiguración de la playa de Coney Island en la ciudad de Nueva York se convirtió en un
caso oportuno (9). Sin embargo, la práctica continuó hasta 1933 cuando fue prohibido,
finalmente, por la Corte Suprema de los Estados Unidos.
Enterrar con Arado en el Suelo. Como ya se mencionó, este método de disposición
mediante entierro con arado en el suelo fue usado para desechos de alimentos y barrido de
calles. Debido a la necesidad de grandes áreas de terreno y al hecho de que los desechos de
alimentos debían ser separados de otros desechos, este método no se usó extensivamente,
pero volvió a tener interés en los años 1970.
Alimento para Porcinos. Con frecuencia, los desechos de alimentos fueron dados a cerdos
en granjas cercanas a áreas urbanas, tales como las del Condado de Los Angeles y en las
planicies enlodadas de Nueva Jersey. Los desechos de alimentos de la ciudad de Nueva
York fueron dados a cerdos en las granjas malolientes al pasar el río en Secaucus, Nueva
Jersey. Desafortunadamente, debido a esta práctica se extendió la triquinosis cuando se
dieron pedazos de cerdo contaminado en la recirculación de desechos de alimentos, los que
reinfectaron a otros cerdos y a la gente que consumió su carne. Hasta un 16 por ciento de la
población de los Estados Unidos fue infectada al comer cerdo, sin cocer, alimentados con
desechos de alimentos en el primer tercio de este siglo. No obstante, esta práctica continuó
los años 50 y todavía se usa en algunas áreas aisladas de los Estados Unidos, bajo
condiciones controladas de cocción y racionamiento.
Reducción. La reducción de desechos de alimentos, un método que ya no se usa, era un
proceso de extracción de la grasa mediante el cual los desechos se trataban para separar las
partes sólida y líquida y recuperar la grasa contenida en una o ambas porciones (10). La
parte sólida era conocida como "fertilizante orgánico". Se desarrollaron y usaron varios
procesos (9). La grasa recuperada se usó para hacer pomadas y los grados más baratos de
perfumería, lo mismo que como grasa para vagones.
Fig. 2.2 Quemado en botaderos a campo abierto. (a) Botadero ubicado en una
hondonada; (b) Botadero ubicado en un área plana. (California Department of Public
Health, Bureau of Vector Control).
Incineración. Aunque la incineración fue considerada como un método de disposición final
a principios de siglo, ahora es considerada como un proceso de reducción de volumen o un
proceso de conversión de energía. Debido a que ha habido poco cambio en la aplicación de
este proceso, se remite al lector a los Capítulos 8 y 9 para una discusión más detallada.
Los Comienzos del Manejo de los Desechos Sólidos
Los comienzos del manejo de los desechos sólidos se pueden hallar en la antigüedad y en la
práctica de recircular desechos producidos por el hombre. Uno de los primeros intentos de
manejo de los desechos sólidos en los Estados Unidos tuvo lugar a principios de siglo
cuando la ciudad de Nueva York construyó un dique de madera alrededor de la isla Rikers
en el río Este y llenó el área detrás de los pantanos con cenizas, desperdicios y barrido de
calles (9). Los desechos fueron transferidos de vagones a lanchones en la ciudad de Nueva
York, remolcados a la isla, descargados mediante dragas de almeja a un transportador o a
carros sobre rieles, y distribuidos. Ciertamente, fue necesaria alguna clase de plan de
manejo para realizar esta gran operación. Nuevamente acá, es evidente que la planificación
del manejo de desechos sólidos no es nueva.
El manejo esclarecido de desechos sólidos, con énfasis en el descargue controlado
(conocido ahora como "relleno sanitario") , se puede encontrar a principios de los años
1940 en los Estados Unidos y una década antes en el Reino Unido (8) . La ciudad de Nueva
York, bajo el liderazgo del Alcalde la Guardia y Fresno, California, con su Director de
Obras Públicas inclinado a la sanidad, Jean Vincenz, fueron los pioneros en el método del
relleno sanitario para gran des ciudades. Durante la Segunda Guerra Mundial, el Cuerpo de
Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos, bajo la dirección de Jean Vincenz, quien
entonces dirigía la División de Reparaciones y Servicios en Washington, modernizó los
programas de desechos sólidos para servir como modelo de rellenos sanitarios para
comunidades de todos los tamaños. El departamento médico del Ejército, a través del
Coronel W. A. Hardenbergh del Cuerpo Sanitario del grupo de ingeniería, tomó una parte
activa en el control de vectores y en la prevención de la diseminación de enfermedades a las
tropas que ayudaban a auspiciar el programa de relleno sanitario.
Las municipalidades no siguieron estos programas con consistencia. El Departamento de
Salud Pública de California, junto con varios departamentos estadales de salud progresistas,
establecieron normas para rellenos sanitarios y adelantaron campañas agresivas para la
eliminación de botaderos convencionales. Todavía en 1965, después de una revisión
completa de las prácticas de manejo de desechos en los Estados Unidos, el Congreso
concluyó:
“... que los métodos ineficaces e inadecuados de disposición de desechos
sólidos resultan en paisajes arruinados, crean serios riesgos a la salud pública,
incluyendo polución del aire y los recursos hídricos, peligro de accidentes y
aumento de enfermedades transmitidas por roedores e insectos, tienen un
efecto adverso sobre los valores de la tierra, crean molestias públicas, dicho
de otra manera interfieren con la vida y desarrollo de la comunidad; ... que la
falla o incapacidad para recuperar y reusar tales materiales económicamente
resulta en desperdicio innecesario y deterioro de los recursos naturales;..."
(6).
El Congreso también encontró que la continuación en la tendencia a la concentración de
población en áreas metropolitanas y urbanas ha presentado a estas comunidades serios
problemas financieros y administrativos en la recolección transporte y disposición de
desechos sólidos.
2.2.
ELEMENTOS FUNCIONALES
Los problemas asociados con el manejo de desechos sólidos en la sociedad de hoy día son
complejos debido a la cantidad y naturaleza diferente de los desechos, el desarrollo
irregular de grandes áreas urbanas, las limitaciones de recursos para servicios públicos en
muchas ciudades grandes, los impactos de la tecnología, y las limitaciones emergentes de
energía y materias primas. Como consecuencia, si el manejo de los desechos sólidos se va a
realizar de una manera eficiente y ordenada, se deben identificar y comprender claramente
los aspectos y relaciones fundamentales.
En este texto, las actividades asociadas con el manejo de desechos sólidos desde el lugar de
producción hasta la disposición final han sido agrupadas en seis elementos funcionales
identificados en la Figura 2.3 e ilustrados en las fotografías de la Figura 2.4. Considerando
cada elemento funcional por separado, es posible, 1) identificar los aspectos y relaciones
fundamentase involucrados en cada elemento y 2) desarrollar, donde sea posible, relaciones
cuantificables con el propósito de hacer comparaciones, análisis y evaluaciones
ingenieriles. Esta separación de elementos funcionales es importante debido a que permite
el desarrollo de una estructura para evaluar el impacto de los cambios propuestos y los
futuros avances tecnológicos. Como ejemplo, mientras los medios de transporte en la
recolección de desechos sólidos han cambiado desde la carroza halada por el caballo hasta
el vehículo a motor (vea la Figura 2.1), el método fundamental de recolección, es decir, el
manejo a mano necesario, permanece igual (vea el Capitulo 6).
Para resolver problemas específicos de desechos sólidos, los distintos elementos
funcionales se combinan en lo que generalmente es conocido como un
sistema de manejo de desechos sólidos. En la mayoría de las ciudades, un sistema de
manejo de desechos sólidos comprende cuatro elementos funcionales: producción de
desechos, almacenamiento in situ, recolección y disposición. Además, uno de los objetivos
del manejo de desechos sólidos es la optimización de estos sistemas para proporcionar la
solución más eficiente y económica, en concordancia con todas las restricciones impuestas
por los usuarios del sistema y aquellos que son afectados o controlan su uso.
Fig. 2.3. Diagrama simplificado que muestra las interrelaciones de los elementos
funcionales en un sistema de manejo de desechos sólidos.
En la siguiente discusión se describen los elementos funcionales individuales. Cada uno se
considera en detalle en la parte II. El propósito de la siguiente discusión es introducir al
lector en los aspectos físicos del manejo de los desechos sólidos y establecer una estructura
útil dentro de la cual se visualicen las actividades asociadas con el manejo de desechos
sólidos.
Producción de Desechos
La producción de desechos comprende aquellas actividades en las cuales se identifican los
materiales que ya no son útiles y son desechados o recogidos para su disposición. Por
ejemplo, la envoltura de una barra de caramelo se considera de poco valor para el
propietario una vez ha consumido el caramelo y con mayor frecuencia es desechada de
inmediato, especialmente a campo raso. Lo que es importante en la producción de desechos
es que hay una etapa de identificación y que esta etapa varía con cada individuo.
Debido a que la producción de desechos es, actualmente, una actividad no muy controlable,
frecuentemente no es considerada como un elemento funcional. En el futuro, sin embargo,
probablemente se ejercerá un mayor control sobre la producción de desechos. Por ejemplo,
desde el punto de vista económico, el mejor lugar para sortear materiales de desecho con
propósitos de recuperación es en la fuente de producción. Los propietarios de las viviendas
se están volviendo más conscientes de la importancia de separar periódicos y cartón, latas
de acero delgado, aluminio y botellas.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Fig. 2.4. Representación pictórica de los elementos funcionales en un sistema de
manejo de desechos sólidos. (a) Producción; (b) almacenamiento in situ; (c)
recolección; (d) transferencia y transporte; (e) procesado y recuperación; (f)
disposición.
Almacenamiento In Situ
Aunque los desechos sólidos de fuentes urbanas pueden constituir sólo el 5 por ciento de
los desechos sólidos de la nación, su manejo exige un gran esfuerzo continuo. La razón es
que son desechos heterogéneos visibles que son producidos, en su mayor parte, donde la
gente vive y en áreas con espacio limitado para el almacenamiento. Estos desechos no se
pueden tolerar largo tiempo en base a premisas personales debido a su degradabilidad, y
deben ser trasladados en un tiempo razonable, generalmente menos de 8 días.
El costo de proveer almacenamiento para desechos sólidos en la fuente normalmente es
aportado por el dueño de la vivienda o apartamento en el caso de individuos, o por la
administración de propiedades comerciales o industriales. El almacenamiento in situ es de
importancia primordial debido a consideraciones estéticas, de salud pública y económicas
involucradas. Frecuentemente, se ven recipientes de aspecto desagradable y lugares de
almacenamiento al aire libre, ambos son inaceptables, en áreas residenciales y comerciales.
Recolección
El elemento funcional de recolección, como se usa en este libro, incluye no solamente la
recogida de los desechos sólidos, sino también el acarreo de los desechos después de la
recolección hasta el lugar donde es vaciado el vehículo de recolección. Como se muestra en
la Figura 2-3, este lugar puede ser una estación de transferencia, o un sitio de disposición
(relleno sanitario). En ciudades pequeñas donde los sitios de disposición final están cerca,
el acarreo de los desechos no es un problema. En grandes ciudades, sin embargo, donde el
acarreo al sitio de disposición frecuentemente es mayor a diez millas, el acarreo puede tener
implicaciones económicas serias (7).
La solución al problema de acarreo a grandes distancias se complica con el hecho de que
los vehículos a motor que son bien adaptados para el acarreo a larga distancia no son
adecuados o particularmente económicos para la recolección casa por casa. Por
consiguiente, en la mayoría de los casos, se necesitan instalaciones y equipos adicionales de
transferencia y transporte.
Como se anotó en el Capitulo 1 (Tabla 1-4) , la recolección alcanza a cerca del 80 por
ciento del costo anual ($2.64 billones en 1971) del manejo de los desechos sólidos urbanos.
Este servicio puede costar al propietario de casa individual $30 por año o más, dependiendo
del número de recipientes y frecuencia de la recolección. Típicamente, la recolección es
proporcionada bajo varios sistemas administrativos, variando desde los servicios
municipales hasta servicios de franquicia prestados bajo diversas formas de contratos.
En varios lugares del país, grandes compañías de disposición de desechos sólidos, con
contratos en muchas ciudades, poseen y operan vehículos de recolección y sitios
de disposición en relleno sanitario.
Los servicios de recolección para industrias varían ampliamente. Algunos desechos
industriales son manejados como desechos residenciales; algunas compañías tienen sitios
de disposición en sus propiedades y usan cintas transportadoras o agua en el transporte. La
última se usa para desechos minerales y agrícolas en muchos casos. Cada industria exige
una solución individual a sus problemas de desechos.
Transferencia y Transporte
El elemento funcional de transferencia y transporte comprende dos etapas: 1) la
transferencia de los desechos desde un vehículo de recolección pequeño a un equipo de
transporte más grande y 2) el transporte subsiguiente de los desechos, generalmente, sobre
grandes distancias, al sitio de disposición. la transferencia generalmente tiene lugar en una
estación de transferencia. Aunque el transporte en vehículos de motor es más común,
también se usan ferrocarriles o barcazas para transportar desechos.
Por ejemplo, en San Francisco los vehículos de recolección que son relativamente pequeños
debido a las necesidades de maniobra en las calles de la ciudad, acarrean sus cargas a una
estación de transferencia en el límite sur de la ciudad. En la estación de transferencia, los
desechos descargados de los vehículos de recolección se vuelven a cargar en grandes
camiones tractor- trailer. Los camiones cargados son conducidos a un sitio de disposición a
unas 40 millas, en otro condado.
Procesado y Recuperación
El elemento funcional de procesado y recuperación incluye todas las técnicas, equipo, e
instalaciones usadas para mejorar la eficiencia de los otros elementos funcionales y para
recuperar materiales utilizables, conversión de productos o energía de desechos sólidos.
En la recuperación de materiales, como un ejemplo, las operaciones de separación han sido
ideadas para recuperar recursos valiosos de los desechos sólidos mezclados, entregados a
las estaciones de transferencia o plantas de procesado de desechos sólidos. Estas
operaciones incluyen reducción de tamaño y separación de densidad mediante
clasificadores de aire. Una ulterior separación puede incluir dispositivos magnéticos para
extraer hierro, separadores de corriente en contraflujo para aluminio, y mallas para vidrio.
También pueden ser reusados: la flotación, separación por inercia, y otras operaciones
unitarias de la industria metalúrgica. la selección de cualquier proceso de recuperación es
una función económica- costo de separación versus valor de los materiales recuperados o
productos. Debido a que los precios fluctúan ampliamente, en cualquier análisis económico
se deben considerar estimativos de los precios máximos y mínimos.
Actualmente, muchas de las operaciones y procesos unitarios para desechos sólidos están
experimentando un desarrollo extensivo por parte de los fabricantes de equipo y por la
EPA, a través de sus programas de investigación, desarrollo y demostración. Muchos de
los métodos más antiguos se han encontrado insatisfactorios desde uno o más puntos de
vista- salud pública, económicos, problemas ambientales, lo mismo que el agotamiento de
terrenos disponibles y las subsiguientes restricciones colocadas sobre el uso de terrenos por
las autoridades de planificación.
Disposición
El último elemento funcional en el sistema de manejo de desechos sólidos re presentado en
la Figura 2.3 es la disposición. La disposición es el último destino de todos los desechos
sólidos, ya sean desechos residenciales recolectados y transportados directamente a un
relleno sanitario, desechos semisólidos (lodo) de plantas de tratamiento municipales o
industriales, residuo del incinerador, abono, u otras sustancias de diferentes plantas de
procesado de desechos sólidos que ya no son útiles a la sociedad.
Entonces, la planificación del uso de la tierra se convierte en un determinante primordial en
la selección y operación de rellenos sanitarios. En muchas ciudades esto involucra a las
comisiones de planificación de la ciudad, condado, u otra autoridad de planificación
regional. Se exigen declaraciones de impacto ambiental (vea el Capitulo 3) para todos los
nuevos sitios de relleno con el fin de asegurar el cumplimiento de las normas de salud
pública, estética, y usos futuros de la tierra. Un relleno sanitario moderno no es un botadero
a campo abierto. Es un método de disposición de los desechos sólidos que no crea
molestias o riesgos para la salud, tales como criaderos de ratas e insectos y la
contaminación del agua subterránea, o la seguridad pública.
Se deben seguir los principios de ingeniería para confinar los desechos al área más pequeña
posible, reducirlos al mínimo volumen práctico mediante compactación en el sitio, y
cubrirlos después de cada día de operación para reducir la exposición a las plagas. Después
de que toda el área es llenada, se debe colocar una cubierta de tierra de 60 centímetros
mínimo de espesor, y agregar más tierra- si se producen asentamientos diferenciales
durante la descomposición de la materia orgánica subyacente. Esta descomposición es
anaerobia y en consecuencia tiene una tasa de reacción muy lenta. Uno de los peligros de la
biodegradación es la producción de gas metano. Aunque se forma a una velocidad lenta, se
puede acumular debajo de edificaciones (5) y en consecuencia se debe ventilar a la
atmósfera. En ciudades con rellenos sanitarios grandes se están haciendo intentos para
recoger el metano y producir energía.
Uno de los conceptos más importantes es planificar el uso final de la tierra reclamada.
Muchos campos de golf han sido establecidos sobre rellenos sanitarios. Parques,
almacenamientos al aire libre y campos de atletismo ocupan sitio de muchos rellenos
sanitarios antiguos. Estos deben ser planificados de manera que no se localicen
edificaciones sobre los desechos sólidos en descomposición. la planificación se debe hacer
antes del llenado de manera que, las áreas para construcciones sean llenadas únicamente
con tierra.
Para eliminar el estigma de llenar terrenos bajos con desechos sólidos, la ciudad de Nueva
York ha colocado grandes carteles adyacentes a las autopistas y sitios de rellenos. Estos
carteles indican que se está llenando el terreno para un futuro campo de golf, bajo la
dirección del Departamento de Parques (los planificadores), el Departamento de
Saneamiento (disponen los desechos sólidos), y el Departamento de Obras Públicas
(suministran el lodo de sus plantas de tratamiento de aguas residuales). Así, tres agencias de
la ciudad están "matando tres pájaros con una piedra" y beneficiando al público con una
planificación y operación cuidadosas.
2.3.
SISTEMAS DE MANEJO DE DESECHOS SOLIDOS
Los seis elementos funcionales que constituyen los sistemas de manejo de desechos sólidos
han sido identificados y discutidos en la sección anterior. Estos elementos, como se anotó
anteriormente, son los temas principales de este libro. En esta sección el objetivo es
describir brevemente otros aspectos prácticos asociados con sistemas de manejo de
desechos sólidos que no se cubren en detalle en este texto. Esto incluye: financiamiento,
operaciones, manejo de equipo, personal, informes, contabilidad de costos y presupuestos,
administración de contratos, ordenanzas y lineamientos, y comunicaciones públicas .Para
información adicional sobre estos temas se recomiendan las Referencias 2 y 3.
Normalmente, en la mayoría de las ciudades y condados de los Estados Unidos, la
responsabilidad de la operación o supervisión de contratos de sistemas de manejo de
desechos sólidos está bajo la jurisdicción del departamento de obras públicas. Otros
departamentos a los cuales se les ha dado esta responsabilidad incluyen: ingeniería,
saneamiento, calles y saneamiento, servicios públicos y salud. Para comprender las
interrelaciones de las preocupaciones cotidianas de estos departamentos será útil considerar
primero la estructura organizacional de algunas agencias típicas de manejo de desechos
sólidos.
Estructura Organizacional
La razón principal para desarrollar una estructura organizacional es la de identificar las
relaciones y responsabilidades de los individuos responsables de lograr los objetivos
establecidos o fines de la organización. Esto es especialmente importante para una agencia
de manejo de desechos sólidos donde las tareas a ser ejecutadas son tan variadas.
La complejidad de la estructura varia de acuerdo al tamaño de la organización, como se
ilustra en los diagramas de organización para el Departamento de Saneamiento de la ciudad
de Nueva York y la División de Desechos Sólidos del Condado de Sacramento, California,
que se muestran en las Figuras 2.5 y 2.6, respectivamente.
Financiamiento
Los principales métodos de financiamiento de sistemas de manejo de desechos sólidos
incluyen: 1) impuestos generales sobre la propiedad, 2) impuestos especiales sobre la
propiedad, 3) cargos por servicio o derechos, 4) el concepto de servicio, 5) cargos por
recipiente, 6) tasaciones especiales, y 7) ingresos varios(3). En la Tabla 2.1 se reportan
dados sobre los métodos usados para financiar la recolección de desechos sólidos en 396
ciudades de los Estados Unidos. En la Referencia 3 se puede encontrar una discusión de
las ventajas y desventajas de estos métodos.
Operaciones
El número de divisiones de operación depende del tamaño de la agencia que maneja los
desechos sólidos. Por ejemplo: en la ciudad de Nueva York, como se muestra en la Figura
2.5 oficinas independientes son responsables del equipo automotor, ingeniería, limpieza y
TABLA 2.1. MÉTODOS USADOS PARA FINANCIAR LA RECOLECCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS EN 396 CIUDADES DE
LOS ESTADOS UNIDOS EN 1973*.
Método
Porcentaje de ciudades, población en (000)
Total
0-5
5-10
10-25
25-50
50-100
100-250
Impuesto general
54,3
66,7
41,7
50,0
49,1
60,0
56,7
50,0
66,7
80,0
Cargo por servicio
30,8
16,7
50,0
34,4
34,9
28,0
30,0
25,0
13,3
20,0
Impuesto más cargo
12,6
16,7
8,3
14,1
13,2
11,0
13,3
14,3
13,3
0,0
Otros
2,3
0,0
0,0
1,6
2,8
1,0
0,0
10,7
6,7
0,0
*
250-500 500-1000 Sobre 1000
Reimpreso con permiso de American Public Works Association, Institute for Solid Wastes (3).
Fig. 2.5. Diagrama organizacional para el Departamento de Saneamiento, Nueva York (Reimpreso con permiso del American
Public Works Association, Institute for Solid Wastes (3)).
Fig. 2.6. Diagrama organizacional para la División de Manejo de Desechos Sólidos,
Condado de Sacramento, California. (Division of Solid Waste Management,
Sacramento County).
recolección, disposición de desechos, administración, servicios médicos y administración
de edificaciones. Por contraste, en una comunidad pequeña, uno o dos individuos pueden
ser responsables de todas las operaciones.
Manejo de Equipo
El manejo apropiado del equipo comprende algo más que el mantenimiento. También
incluye el análisis de la reposición de equipo, desarrollo de especificaciones para el equipo,
y en organizaciones grandes, el diseño de características especiales del equipo. En vista del
alza desmesurada de los costos del equipo, el manejo de éste se ha convertido en una
actividad crítica y especializada en muchas agencias de manejo de desechos sólidos y exige
el empleo de personal calificado.
Personal
La operación exitosa de cualquier agencia de manejo de desechos sólidos dependerá, en
gran parte, de la selección, entrenamiento y supervisión de su personal. En la mayoría de
las agencias, el manejo de personal está relacionado con: 1) la moral de los empleados y 2)
salarios, horas y condiciones de trabajo. En la Referencia 3 se consideran detalles
relacionados con el manejo, políticas y prácticas del personal.
Informes, Contabilidad de Costos y Presupuesto
Se ha dicho que "probablemente no hay otro campo donde la magnitud del esfuerzo para
presentar informes ha sido tan insignificante como en la recolección de desechos sólidos"
(3). En general, esta afirmación se aplica a todo el campo del manejo de los desechos
sólidos. Sin embargo, con el aumento de los costos, se está haciendo más énfasis en los
informes y contabilidad de costos el un esfuerzo para evaluar los costos verdaderos de las
distintas actividades.
Para ayudar a las agencias locales de manejo de desechos sólidos, la EPA ha desarrollado
un sistema de manejo de información llamado COLMIS. Este sistema orientado hacia
costos se desarrolló para uso con computadoras y fue diseñado para lograr dos objetivos: 1)
proporcionar a los administradores, a todos los niveles, herramientas para facilitar el
proceso de toma de decisiones y 2) suministrar la información necesaria para la evaluación
detallada de las necesidades para efectos de cambio en procedimientos operacionales (1).
El uso de COLMIS y de una variedad de programas de computación que han sido
desarrollados no han sido extensivos. En el futuro, sin embargo, se anticipa un
uso más amplio de estos programas de computador a medida que se normalicen los
procedimientos para reportar datos.
Administración de Contratos
La recolección de desechos sólidos en los Estados Unidos es real izada por agencias
públicas municipales, organizaciones privadas bajo contrato con agencias gubernamentales,
organizaciones privadas de recolección y varias combinaciones de éstos. En la Tabla 2.2 se
resume la extensión en la cual se usa ahora cada tipo de arreglo. La selección de la
recolección municipal, por contrato o privada se debe basar en una comparación válida de
costos. Desafortunadamente, debido a los procedimientos deficientes de contabilidad de
costos usados en el pasado, rara vez se dispone de la información necesaria en la cual se
basen tales comparaciones. En muchas ciudades casi se ha institucionalizado la recolección
por contrato.
Ordenanzas y Lineamientos
El desarrollo de ordenanzas y lineamientos efectivos para todos los elementos funcionales
identificados en la Figura 2.3 hoy día es una responsabilidad importante de cualquier
agencia de manejo de desechos sólidos. Aunque las ordenanzas varían de un estado a otro y
de un lugar a otro, la mayoría de ellas incluyen provisiones que tratan de los siguientes
tópicos: 1) definiciones, 2) responsabilidad de la administración, 3) almacenamiento in situ,
4) recolección, 5) transporte, 6) procesado, 7) disposición, 8) problemas especiales 9)
financiamiento, y 10) violaciones y sanciones. En las Referencias 2 y 3 se pueden encontrar
ordenanzas representativas, modelos de contratos y lineamientos.
TABLA 2.2. TIPO DE RECOLECCION DE DESECHOS SOLIDOS RESIDENCIALES EN 661 CIUDADES DE NORTE
AMÉRICA EN 1973*
Método
Municipal
Contrato
Privado
Municipal y privado
Municipal y contrato
Municipal, contrato y privado
Contrato y privado
Total
*
Población (000)
5-10
10-25
25-50
50-100
100-500
Sobre 500
11
11
2
2
1
1
1
29
51
19
12
14
4
3
8
111
73
41
34
30
7
5
14
204
64
22
25
23
14
9
9
166
43
9
5
32
7
4
7
107
14
1
2
3
5
6
4
35
Sin
especificar
1
3
3
2
9
Reimpreso con permiso de American Public Works Association, Institute for Solid Wastes (3).
Total
Porcentaje
257
106
83
104
38
28
45
661
39
16
12
16
6
4
7
100
Comunicaciones Públicas
Debido a que los empleados de agencias de manejo de desechos sólidos tienen contacto
directo frecuente ton el público, es especialmente importante que ellos estén conscientes de
la necesidad de establecer relaciones adecuadas con la gente a quienes ellos sirven. Esto se
puede lograr mediante programas apropiados de entrenamiento. Además, es igualmente
importante que el público esté enterado de las actividades de la agencia de manejo de
desechos sólidos. Los medios, métodos y técnicas para lograr este objetivo son muchos y
variados. El enfoque seleccionado dependerá de la naturaleza de la información
a ser diseminada. Un ejemplo de panfleto de información efectiva se puede encontrar en el
Apéndice B.
2.4. PLANIFICACIÓN DEL MANEJO DE LOS DESECHOS SOLIDOS
La planificación del manejo de los desechos sólidos se puede definir como al proceso
mediante el cual se desarrollan alternativas y programas factibles para resolver problemas
de desechos sólidos. En la mayoría de las actuaciones se deben presentar programas y
planes alternativos al público y a los ejecutivos para su consideración, selección y
adopción. Actualmente las interrelaciones entre los muchos factores técnicos, económicos,
ambientales, sociales y políticos involucrados en estos problemas, no están bien definidos.
Debido a que los detalles de la planificación del manejo de los desechos sólidos se incluyen
en la Parte III, la siguiente discusión sólo intenta servir como una breve introducción a este
tema.
Definición de términos
Al discutir la planificación en el campo del manejo de los desechos sólidos (al igual que en
otros temas), los términos: elemento funcional, sistema (s) programas, alternativas y planes
son usados frecuentemente. Además, es importante tener una comprensión clara de estos
términos en el sentido en que son usados en este texto.
Elemento Funcional. Como se anotó anteriormente en este capitulo, el término elemento
funcional se usa para describir varias actividades asociadas con el manejo de desechos
sólidos desde el punto de producción hasta la disposición final. En general, un elemento
funcional representa una actividad física. Los seis elementos funcionales usados en este
libro son: producción de desechos, almacenamiento in situ, recolección, transferencia y
transporte, procesado y recuperación y disposición.
Sistema. El ensamblaje de uno o más de los elementos funcionales para lograr un objetivo o
fin dado se conoce como un sistema de manejo de desechos sólidos.
Programa. En el campo de la planificación del manejo de desechos sólidos, el término
programa comprende todas las actividades asociadas con el desarrollo de una solución a un
problema dentro de un elemento funcional de un sistema de manejo de desechos sólidos.
Programas que tratan con problemas específicos relacionados a un elemento funcional
pueden o no incluir temas de política y objetivos. Si lo hacen, deben ser presentados a los
ejecutivos apropiados, tales como a los miembros del concejo municipal o a los directores
del condado.
Alternativas. El término alternativa se usa para describir varias agrupaciones de programas
como se presentan en los planes con el propósito de hacer comparaciones. Mediante la
comparación de alternativas compuestas de programas individuales, es posible para los
ejecutivos evaluar los impactos y la selección de una alternativa dada. Con frecuencia
riesgos involucrados en la alternativa seleccionada será integrada por programas tomados
de una o más alternativas propuestas.
Planes. Los planes de manejo de desechos sólidos se desarrollan para definir y establecer
objetivos y políticas. Se pueden desarrollar planes para tratar con problemas a cualquier
nivel- ciudad o condado, subregional o regional, estadal, o federal. Normalmente, un planlocal comprenderá uno o más elementos funcionales y uno o más programas de áreas. Por
ejemplo, un programa local de recolección puede incluir solamente un programa del área
asociada con la fijación de tarifas.
Preparación de Planes Integrales
A mediados de la década de 1970, los planificadores e ingenieros consultores de muchas
partes de los Estados Unidos estaban comprometidos en estudios regionales de manejo de
desechos sólidos como parte del mandato de la Ley Pública 92-208, la cual fue concebida
para lograr soluciones completas a problemas ambientales regionales. El gobierno federal y
los gobiernos estadales hicieron énfasis en la necesidad de la planificación regional del
manejo de los desechos sólidos debido a que los gastos de muchas comunidades pequeñas
llegaron a ser tan grandes y a la tendencia a la duplicación de instalaciones.
Objetivos y Fines de los Planes Integrales. Los objetivos de los planes regionales varían
dependiendo del tamaño del área involucrada, la naturaleza de los problemas, y el número
de jurisdicciones que se sobreponen. Frecuentemente, como se discute en el Capítulo 3, los
objetivos generales o fines son especificados por la legislación. Comúnmente, los objetivos
de planes integrales regionales serán formulados en un lenguaje explícito. Por ejemplo,
considere la siguiente formulación de objetivos tomada del informe de la preparación de un
plan integral para el Condado de los Angeles (4).
"Los objetivos principales del plan son preservar y mejorar nuestro
ambiente suelo, aire y agua; conservar nuestros recursos; y proporcionar
protección a la salud, seguridad y bienestar públicos. Para lograr estos
objetivos, el plan intenta traer mejoras, donde sean necesarias, en el
manejo de desechos sólidos, con la mínima interferencia posible de los
métodos comprobados de operación".
En la mayoría de los casos los fines de la planificación integral variarán con las condiciones
locales o regionales. Debido a que las soluciones de hoy día rara vez satisfarán las
necesidades de mañana, el f in más importante debiera ser el desarrollo de planes en los
cuales se suponga un futuro desconocido y se provea un medio donde se puedan adaptar las
aspiraciones y capacidades cambiantes de la sociedad.
Problemas de Administración Regional. La mayoría de los problemas de administración en
desechos sólidos no conocen límites políticos. Muchas de nuestras ciudades más grandes
están agotando los terrenos para la disposición de desechos en bruto o procesados. Por
ejemplo, San Francisco agotó los terrenos para rellenos hace muchos años y usó terrenos en
el Condado de San Mateo, a unas 10 millas al sur de la ciudad, para relleno y disposición de
desechos sólidos. Cuando esos terrenos se llenaron, como se mencionó antes, la ciudad tuvo
que recurrir a contratar con un segundo condado al sur, en el sitio Mountain View,
Condado de Santa Clara, unas 40 millas al sur de San Francisco. La ciudad también ha
tenido que negociar con el ferrocarril (Western Pacific Railroad) para acarrear los desechos
sólidos a los desiertos a unas 350 millas al Este donde serían usados el corte de suelo y
recubriendo en el relleno. El Distrito de Columbia ha considerado el acarreo de desechos
por ferrocarril a Virginia. la ciudad de Filadelfia ha estudiado el llenado explotaciones
mineras a campo abierto en el noreste de Pensilvania.
Otras naciones industrializadas tienen problemas semejantes. Barreras impenetrables como
el Muro de Berlín son abiertas a vehículos que transportan desechos sólidos de Berlín
Occidental a Berlín Oriental para llenar una cantera abandonada en territorio de Alemania
Oriental y producir un ingreso para ese gobierno. Sin embargo, una cerca bordea la
carretera que conduce a la cantera desde el Muro de Berlín, lo mismo que alrededor de la
cantera. Tales son las ramificaciones políticas que enfrentan los grupos de manejo de
desechos sólidos llamados a desarrollar planes integrales.
Sobreposición de responsabilidades y Jurisdicciones
El número de agencias con responsabilidades y jurisdicciones sobrepuestas que se deben
considerar en el desarrollo de un plan integral de desarrollo hace de la tarea una empresa
asombrosa. Para citar un ejemplo, considere el Condado de los Angeles, que es el condado
más populoso y complejo de los Estados Unidos. Este condado tiene 78 ciudades
incorporadas con una población total de unos seis millones y otro millón que vive en área
no incorporadas. Par citar al Ingeniero del Condado, Harvey T. Brandt (4):
"Debido a la complejidad multijurisdiccional y fragmentación de la
autoridad existentes en el manejo de desechos sólidos, se puede ver de
inmediato que la preparación de un plan integral para todo el condado
enfrenta muchos problemas. Una consideración importante es la
preservación de la regla de la vivienda al máximo grado posible.
Actualmente, cada ciudad independiente rige los servicios de recolección
de desechos sólidos dentro de sus lotes, proveyendo en algunos casos la
recolección con sus propios medios mientras que en otros se dan
licencias, contratos o franquicias para la recolección a empresas privadas.
En forma semejante, en territorios no incorporados, algunas áreas han
formado distritos para la disposición de basura, controlados por el
Condado donde la recolección es realizada por contratistas. Otras áreas
son servidas por acarreadores con licencia sobre una base libre.
Igualmente, unas pocas ciudades operan sus propios sitios de disposición,
mientras que otros rellenos son operados por los Distritos de
Saneamiento del Condado o por empresas privadas".
2.5. TEMAS DE DISCUSION
1.
De registros históricos, haga un breve desarrollo cronológico de los métodos
de disposición usados en su comunidad durante los últimos 50 años. Donde
sea posible identifique los eventos más importantes que condujeron al
abandono de un método en favor de otro.
2.
Obtenga un diagrama de la organización de la agencia responsable del
manejo de los desechos sólidos en su comunidad. ¿Cómo se compara con
aquellos que se muestran en las Figuras 2.5 y 2.6. ¿Parece adecuada?.
3.
Contacte su agencia local de manejo de desechos sólidos y determine los
programas para entrenar nuevos empleados. Desde su punto de vista como
residente de la comunidad, ¿los programas de entrenamiento son adecuados
para cubrir la mayoría de las situaciones que se van a encontrar en la rutina?
Si no es así. ¿Cuáles otros temas o tópicos debieran ser incluidos en el
programa de entrenamiento?
4.
Explique porqué los costos de recolección alcanzan al 60 u 80 por ciento de
los costos totales de manejo de desechos sólidos.
5.
En su opinión ¿qué efecto tiene la propiedad y operación de sitios de
disposición y rellenos por contratistas privados (comparado con agencias
públicas) sobre la economía, eficiencia y aspectos ambientales de la
operación?.
6.
¿Por qué las prácticas de manejo de desechos sólidos se han desarrollado tan
lentamente? ¿Cuáles cambios puede usted ver que se sucederán en el
futuro?.
7.
Identifique y discuta brevemente los aspectos que usted crea importantes en
el manejo de desechos sólidos al finalizar la década de los años 1970 y
principios de los años 1980.
8.
Discuta las posibilidades y ventajas de un plan de manejo regional para las
ciudades y poblaciones de su área, o de un área metropolitana. cerca de su
casa o escuela.
2.6. REFERENCIAS
1.
A Collection Management Information System for Solid Waste Management
(COLMIS). U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-57c,
Washington, D.C. 1974.
2.
American Public Works Association. "Municipal Refuse Disposal," ed ed., Public
Administration Service, Chicago, 1970.
3.
American Public Works Association, Institute for Solid Wastes: "Solid Waste
Collection Practice," 4th ed., American Public Works Association, Chicago, 1975.
4.
Brandt, H.T.: Preparation of a Comprehensive Solid Waste Management Plan,
Public Works, vol. 106, no. 5, 1975.
5.
Eliasen, R.: Housing Construction on Refuse Landfills, Engineering News-Record,
vol. 138, no. 18. 1947.
6.
Eliassen, R.: Solid Waste Management: A Comprehensive Assessment of Solid
Waste Problems, Practices, and Needs, Office of Science and Technology,
Executive Office of the President, Washington, D.C. 1969.
7.
Hardenbergh, W.A.. "Municipal Sanitation," International Textbook, Seranton Pa.,
1928.
8.
Jones, B.B. and F. Owen: "Some Notes on the Scientific Aspects of Controlled
Tipping," Henry Blacklock and Co., ltd., Printers, Manchester, England, 1934.
9.
Parsons, H. de B.: "The Disposal of Municipal Refuse," 1st ed., Wiley New York,
1906.
10.
Report of a Study of the Collection and Disposal of City Wastes in Ohio,
"Supplement to the Twenty- Fifth Annual Report of State Board of Health of the
State of Ohio, Heer Printing, Columbus, Ohio, 1911.
3.
LEGISLACION Y AGENCIAS GUBERNAMENTALES
Debido a que gran parte de la actividad cotidiana en el campo de manejo de desechos
sólidos, especialmente con respecto a la recuperación de recursos, es una consecuencia
directa de la legislación reciente, el propósito de este capítulo es 1) revisar la legislación
principal que ha afectado la totalidad del campo del manejo de desechos sólidos y 2)
examinar el papel de varias agencias gubernamentales responsables de administrar la
legislación aplicable. Esta información provee alguna perspectiva del ambiente político en
el cual se dirige la planificación del manejo de desechos sólidos e introduce al lector en
algunas de las exigencias más importantes asociadas con la preparación de informes de
planificación y a varias agencias gubernamentales que puedan tener un impacto sobre
cualquier plan relacionado al manejo de desechos sólidos. No se intenta identificar o
discutir agencias gubernamentales a nivel estadal debido a que son tan variadas y todavía
están sometidas a considerable reorganización.
3.1. LEGISLACION
La legislación gubernamental se ha vuelto cada vez más restrictiva a medida que las
agencias de salud pública, los conservacionistas, y los ciudadanos interesados han
presionado al Congreso y a las legislaturas estadales para tomar acciones. Las agencias
federales han tomado el liderazgo. Como se mencionó en el Capitulo 1, en 1899 la Ley de
Ríos y Puertos ordenó al U.S. Army Corps of Engineers (Cuerpo de Ingenieros del Ejército
de los Estados Unidos) controlar el botadero de escombros en aguas navegables y terrenos
adyacentes. Muchas reglamentaciones del USPHS (Servicio de Salud Pública de los
Estados Unidos) fueron puestas en vigencia para permitir al gobierno federal reglamentar
el transporte interestadal de desechos sólidos, particularmente desechos de alimentos para
alimentar cerdos, en un intento para controlar la triquinosis.
Ley de Disposición de Desechos Sólidos, 1965
La legislación moderna sobre desechos sólidos data de 1965 cuando el Congreso aprobó la
Ley de Disposición de Desechos Sólidos, Titulo II de la Ley Pública 89-272. La intención
de esta ley era:
l.
Promover la demostración, construcción y aplicación de sistemas de manejo de
desechos sólidos y recuperación de recursos que preserven y mejoren la calidad de
los recursos aire, agua y suelo.
2.
Proveer asistencia técnica y financiera a los estados y gobiernos locales y a agencias
interestadales en la planificación y desarrollo de programas de recuperación de
recursos y disposición de desechos sólidos.
3.
Promover un programa nacional de investigación y desarrollo para técnicas
mejoradas, esquemas organizacionales más efectivos, y métodos nuevos y
mejorados de recolección, separación, recuperación y recirculación de desechos
sólidos, y la disposición ambientalmente segura de los residuos no recuperables.
4.
Encargarse de la promulgación de lineamientos para la recolección, transporte,
separación, recuperación, sistemas de disposición de desechos sólidos.
5.
Proporcionar subvenciones. para entrenamiento en ocupaciones que se dediquen al
diseño, operación y financiamiento de sistemas de disposición de desechos sólidos.
La imposición de esta ley se convirtió en responsabilidad del USPHS, una agencia del
Departamento de Salud, Educación y Bienestar y la Oficina de Minas, una agencia del
Departamento del Interior. El USPHS tenía la responsabilidad de la mayoría de los
desechos municipales producidos en los Estados Unidos. La Oficina de Minas estaba a
cargo de la supervisión de los desechos sólidos de actividades mineras y desechos sólidos
de combustibles fósiles de plantas de energía y plantas industriales de vapor.
El Presidente Johnson y su Comité Científico Presidencial no estaba satisfechos de que la
legislación sola no lograría el fin de ordenamiento de los desechos urbanos, comerciales,
industriales, agrícolas y minerales, especificados en la ley de 1965, por consiguiente en
1968, el Presidente ordenó que se hiciera un estudio especial del problema nacional del
manejo de desechos sólidos por funcionarios de la Casa Blanca con asistencia de
representantes del USPHS, el Departamento de Agricultura, el Departamento de Defensa, y
el Departamento del Interior. El informe que resultó fue sometido a consideración del
Congreso por la Oficina Ejecutiva del Presidente con la exigencia que fue satisfecha para
proveer personal, fondos y acción adecuadas por las agencias federales responsables y el
Congreso.
Ley de Recuperación de Recursos, 1970
La ley de Disposición de Desechos Sólidos en 1965 fue enmendada por la Ley Pública 95512, la Ley de Recuperación de Recursos de 1970. Esta ley ordena que el énfasis del
programa de manejo de desechos sólidos debe desviarse de la disposición como objetivo
primario a la recirculación y el reuso de materiales recuperables de los desechos sólidos, o a
la conversión de desechos a energía. Se ordenó al USPHS, a través de la Oficina Nacional
de Manejo de Desechos Sólidos, preparar un informe sobre la "Recuperación y Utilización
de Desechos Sólidos Municipales" (2), el cual fue concluido en 1971. Por esa época la EPA
(Agencia de Protección Ambiental) habla sido constituida por orden presidencial bajo el
Plan Reorganizacional No. 3 de 1970, y todas las actividades de manejo de desechos
Sólidos fueron transferidas del USPHS a la EPA. Desde entonces han sido publicados
muchos otros informes sobre varias fases del manejo de desechos sólidos, incluyendo los
informes anuales al Congreso sobre recuperación de recursos (7, 8, 9) y el informe básico
de referencia, “Decisión-Makers Guide in Solid Waste Management”(1)
Otra característica de la ley de 1970 fue el mandato del Congreso al Secretario de Salud,
Educación y Bienestar para preparar un informe sobre el tratamiento y disposición de
desechos peligrosos, incluyendo desechos radioactivos, químicos tóxicos, biológicos, y
otros de importancia para la salud pública y el bienestar social. Anteriormente, la Ley de
Energía Atómica de 1954 había autorizado a la Comisión de Energía Atómica de los
Estados Unidos para manejar todos los desechos radioactivos producidos por la Comisión y
la industria de energía nuclear.
El informe al Congreso en respuesta a la ley de 1970 fue preparado por la Oficina de
Programas de Manejo de Desechos Sólidos de la EPA y fue sometido el 30 de Junio de
1973. Este informe, titulado "Disposal of Hazardous Wastes"(6) es un tratado completo de
todos los aspectos de la disposición de desechos peligrosos y debe ser consultado por todas
las industrias y agencias activas en este campo. Varios estados la han usado como base para
sus reglamentos. Por ejemplo, el Departamento de Salud de California publicó en febrero
de 1975 un documento completo titulado "Hazardous Waste Management - laws,
Regulations, and Guidelines for the Hanling of Hazardous Wastes" (4).
Ley de Política Ambiental Nacional, 1969.
La Ley de Política Ambiental Nacional (NEPA) de 1969 es una ley que abarca todo. Ella
afecta a todos los proyectos que tienen alguna financiación federal o que están sometidos a
reglamentaciones de agencias federales. Aunque la ley tiene algunas deficiencias y ha
ocasionado retrasos en la terminación de algunos proyectos ha servido a un propósito útil
de dar al público una oportunidad para participar en el proceso de la toma de decisiones.
La ley especificó la creación de un Consejo de Calidad Ambiental en la Oficina del
Presidente. Este grupo tiene la autoridad de obligar a cada agencia federal a someter al
consejo una Declaración de Impacto Ambiental sobre cada actividad o proyecto que pueda
patrocinar o sobre el cual tenga jurisdicción. El proyecto no puede avanzar hasta tanto la
Declaración de Impacto Ambiental no haya sido aprobada por el consejo. Por ejemplo, si se
proyecta un relleno sanitario sobre un pantano adyacente a un estuario (tal como la Bahía
de San Francisco o el estuario de Río Delaware), la EPA, el Cuerpo de Ingenieros del
Ejército, el Servicio de Pesca y Vida Silvestre, y otras agencias afectadas tendrán que
participar en la revisión y aprobación del informe de Impacto Ambiental, que debe ser
preparado por la agencia que proyecta el relleno en este sitio. La agencia directora sobre
cualquier proyecto particular (en este caso, probablemente la EPA) será responsable de
preparar una Declaración de Impacto Ambiental del Informe de Impacto Ambiental de la
municipalidad. A su vez, la Declaración de Impacto Ambiental es enviada al Consejo de
Calidad Ambiental.
La preparación de informes de impacto ambiental se ha convertido prácticamente en una
nueva profesión interdisciplinaria. Se debe tomar en cuenta cada efecto concebible sobre el
ambiente debido a que la Declaración de Impacto Ambiental se convierte en un documento
legal que puede llegar a ser defendido en la corte. Los ingenieros consultores y
planificadores tienen mucho personal diversificado para servir a agencias municipales,
condados, regionales y estadales que deben preparar informes de impacto ambiental para
instalaciones de manejo de desechos sólidos. Se han creado muchas firmas consultoras
ambientales para servir a las agencias de planificación con expertos en campos tales como
ecología, ordenamiento territorial, biología acuática y terrestre, ciencia del suelo, economía
y sociología, para mencionar sólo unas pocas especialidades necesarias para estos informes.
Es importante que cada nuevo proyecto de manejo de desechos sólidos tenga un informe de
impacto ambiental bien concebido, competitivamente preparado y totalmente justificado
para informar al público, invitarlo a participar, y buscar su apoyo. Esto asegurará que el
proyecto sea aprobado bajo los términos de la ley de Política Ambiental Nacional y de
cualesquiera leyes estadales y regionales.
Leyes varias y Ordenes Ejecutivas
Muchas otras leyes son aplicables al control ambiental de problemas de manejo de
desechos sólidos. Estas incluyen la ley de Polución y Disminución de Ruido de 1970, una
ley federal que limita el ruido ambiental entre los trabajadores empleados en todas las
industrias, incluyendo muchas instalaciones de sistemas de desechos sólidos, lo mismo que
al público, debido a que pueden estar involucradas muchas operaciones ruidosas desde la
recolección hasta la disposición. La Ley de Aire Puro de 1970 (Ley Pública 91-604) es muy
importante donde están involucrados el polvo, humo, y gases descargados de operaciones
de desechos sólidos. Muchos incineradores viejos han sido cerrados debido a que las
emisiones de la chimenea excedían los limites recientemente establecidos. Han sido
cerradas plantas de fermentación controlada (compost) debido a olores emitidos fuera del
control de los operadores. El control de la polución del aire se discute en capítulos
siguientes.
Muchas órdenes ejecutivas del presidente también controlan las actividades del Consejo de
Calidad Ambiental y de la administración de la Ley de Política Ambiental Nacional.
También, muchos estados han adoptado sus propias leyes y convenios restrictivos y han
establecido nuevas agencias para el control del manejo de los desechos sólidos. De este
modo, en la planificación y diseño de estas instalaciones, los ingenieros consultores y/o los
funcionarios de planificación de agencias de manejo de desechos sólidos deben buscar
consejo legal de abogados calificados en las especialidades y excentricidades, de la ley
ambiental. Este campo está en un continuo estado de flujo.
En forma semejante, en el financiamiento de nuevos sistemas de manejo de desechos
sólidos, se debe tomar en cuenta el consejo de los consultores financieros. Muchos tipos de
donaciones gubernamentales, de agencias gubernamentales federales y estadales, pudieran
aplicarse a cualquier proyecto particular. Estas concesiones y ayudas financieras también
están sujetas a cambio y son cuidadosamente seguidos por los consultores financieros.
3.2.
AGENCIAS GUBERNAMENTALES
Como se indicó anteriormente, las diferentes leyes, reglamentos y ordenes ejecutivas han
creado una responsabilidad dividida entre muchos departamentos federales y agencias para
la reglamentación y financiamiento del manejo de desechos sólidos. En la siguiente
discusión se describen algunas de las agencias más importantes y su impacto.
Agencia para Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, EPA)
La EPA fue creada por orden presidencial en 1970 para llegar a ser la agencia central o
líder para el control de la polución del aire, agua, y suelo de la nación. Se hizo cargo de las
responsabilidades del USPHS para el control de la polución del aire, la calidad de agua para
suministro, y el manejo de desechos sólidos. Se suprimió el antiguo Federal Water
Pollution Control Administration e incorporó en la EPA.
El diagrama de la organización es muy complejo, como en la mayoría de agencias
gubernamentales y organizaciones grandes. Ciertas oficinas de funcionarios, incluyendo la
Oficina de Programas de Manejo de Desechos sólidos, la Oficina de Programas de Aire, la
Oficina de Programas de Agua, la Oficina de Control de Ruido, y la Oficina de Manejo de
Recursos son de interés particular para el manejo de desechos sólidos. Estas oficinas han
publicado muchos documentos, incluyendo lineamientos para muchas fases del manejo de
desechos sólidos.
Un elemento importante de la EPA es la organización de 10 oficinas regionales en todo el
país. Cada oficina tiene un representante de la Oficina de Programas de Manejo de
Desechos Sólidos quien puede ser muy útil en el suministro de la información más reciente
sobre tecnología, leyes, proyectos de financiamiento, y cooperación con agencias estatales.
Estas oficinas regionales están localizadas en Boston, Nueva York, Filadelfia, Atlanta,
Chicago, Dallas, Kansas City, Denver, San Francisco y Seattle.
Administración de Investigación y Desarrollo Energético (Energy Research and
Development Administration, ERDA)
La Administración de Investigación y Desarrollo Energético, ERDA, fue creada por una ley
del Congreso y una orden ejecutiva del Presidente y fue activada el 19 de enero de 1975.
Se hizo cargo de la mayoría de las actividades de la Comisión de Energía Atómica, que fue
suprimida cuando se creó la ERDA. Como dijo el Presidente Ford en su comienzo.
"Lo que se prevé es más que una organización de investigación y desarrollo completo
de la energía. Será una organización en la cual se llenen los vacíos de nuestros
actuales esfuerzos de investigación y provea un programa nacional balanceado de
investigación. Dará el énfasis apropiado a cada fuente de energía de acuerdo a su
potencial y a su celeridad para uso práctico".
La investigación principal e instalaciones de desarrollo incluyen los laboratorios nacionales
anteriormente operados por la Comisión de Energía Atómica, lo mismo que los centros de
investigación de energía previamente bajo la responsabilidad de la Oficina de Minas del
Departamento del Interior. De la Fundación Nacional para la Ciencia, la ERDA se
responsabilizó de los programas de desarrollo de energía solar y geotérmica. Los programas
de investigación en energía automotor fueron transferidos de la EPA a la ERDA. Además
de tener su propio laboratorio sobre potencia, la ERDA ejecuta programas mediante
concesiones y contratos con universidades, grupos de investigación industrial, y otras
agencias gubernamentales, tales como la EPA.
Nuevamente, hay una estructura organizacional complicada, con varias actividades
asociadas con los desechos sólidos. La responsabilidad del manejo de desechos sólidos cae
bajo el administrador asistente del ambiente y seguridad, una de las secciones más
importantes de las cuales depende la disposición final de los desechos sólidos que contiene
billones de curies de radioactividad de vida media larga. Estos desechos se originan en el
procesado de combustible nuclear usado para recuperar uranio no usado y plutonio
recientemente generado. El producto final es un desecho sólido altamente tóxico y debe ser
almacenado durante miles de años antes de que pierda su radioactividad, aunque nunca la
perderá completamente nunca es un término que se usa para indicar un millón de años.
Sin embargo, la masa y el volumen de los desechos sólidos producidos será relativamente
pequeño comparado con los desechos urbanos e industriales. Se ha estimado que el
volumen de los desechos sólidos concentrados producidos de todos los reactores nucleares
durante los próximos 25 años será menor que 500.000 pies cúbicos, o el equivalente de un
edificio de 200 pies cuadrados por 12.5 pies de alto. Por supuesto, los desechos sólidos
serán sellados en recipientes de acero inoxidable, quizá de 10 pies de largo por un pie
de diámetro. El almacenamiento no será dentro de un edificio sino en una estructura de
concreto subterránea que pueda ser inspeccionada y vigilada durante 1.000 años (mucho
más tiempo que el de cualquier sistema de gobierno en existencia) .La ERDA también está
investigando la posibilidad de almacenamiento en cavernas profundas excavadas en granito
o en domos salinos profundos que sean impermeables al agua (5.10).
La ERDA también tiene un personal numeroso dependiendo del administrador asistente
para conservación. Entre otras responsabilidades, la dependencia de Demostraciones de
Conservación en Gran Escala está interesada en la conversión de los desechos sólidos en
energía; la EPA también está involucrada en esta actividad. Se ha estimado que se podría
generar entre el 10 y 14 por ciento de la energía eléctrica de una ciudad quemando sus
propios desechos. Otros estimativos indican que s i todos los desechos sólidos de la s 11
ciudades más grandes de los Estados Unidos se sometieran a procesado bioquímico para
producir metano, resultarían alrededor de 700 billones de pies cúbicos por año, o alrededor
del 3 por ciento de las necesidades nacionales.
El asistente del administrador de la ERDA para energía fósil tiene la responsabilidad del
desarrollo de las nuevas tecnologías de licuefacción y gasificación del carbón, las cuales
producirán grandes cantidades de desechos sólidos en forma de ceniza. El desarrollo de la
extracción de petróleo de esquistos también conducirá a cantidades casi increíbles de
desechos sólidos. Hay más petróleo atrapado en los esquistos subyacentes de Colorado que
en todos los campos petroleros del Medio Oriente. La tentación de extraer este petróleo de
rocas profundas es grande, particularmente para liberar al país de su dependencia del
petróleo del Medio Oriente. Pero las cargas pecuniarias también son muy grandes cuando
se comprende que los buenos esquistos sólo producen 25 gal/ ton de roca. Entonces, una
planta de recuperación capaz de producir 200.000 barriles diarios de petróleo- el tamaño de
una refinería grande- también produciría 336.000 ton/ día de desechos sólidos. Estos
desechos serían de naturaleza pulverulenta y casi imposibles de disponer sin ocasionar daño
al ambiente; esto se convierte en un problema tremendo de investigación para la ERDA y el
país.
Cuerpo de Ingenieros del Ejercito de los Estados Unidos (U.S. Air Corps. of Engineers).
La responsabilidad del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unido en el
manejo de desechos sólidos se mencionó anteriormente. A medida que las ciudades
situadas cerca de las aguas navegables agotan los terrenos disponibles para la disposición
final de los desechos sólidos, pueden tratar de invadir estuarios o áreas inundables de ríos,
pero tendrán que enfrentarse a las críticas rigurosas de sus informes de impacto ambiental
por el gobierno y los grupos conservacionistas. La ley de Manejo de la Zona Costera de
1972 declaró una política nacional para preservar y proteger los recursos de la nación de la
zona costera. Esta ley reconoce la disposición de desechos como a "una demanda
competitiva" sobre los terrenos costaneros que ha ocasionado pérdidas ambientales serias.
Departamento de Trabajo (Department of Labor)
La Ley de Seguridad y Salud Ocupacional de 1970 ordenó al Secretario de Trabajo
establecer normas obligatorias para proteger la salud ocupacional y la seguridad de todos
los empleadores y empleados de negocios comprometidos en comercio interestadal. Esto es
particularmente aplicable a plantas de recuperación de recursos que estarán involucrados en
embarques de materiales a través de límites estadales. Muchos estados han adoptado
normas estrictas por su propia cuenta, siguiendo al liderazgo de la Ley de Seguridad y
Salud ocupacional. Así, la salud ocupacional se convierte en un problema importante en el
diseño de instalaciones de manejo de desechos sólidos, que en el pasado estuvo sujeto a una
tasa elevada de accidentes.
Departamento de Transporte (Department of Transportation)
Se han establecido normas rigurosas sobre el transporte de desechos peligrosos. Los
recipientes deben estar marcados, y los desechos se deben colocar en recipientes
especialmente diseñados y aprobados. El Resguardo Marítimo controla los embarques
marítimos de desechos sólidos de naturaleza peligrosa.
Comisión de Comercio Interestadal (Interstate Commerce Commission)
Las tarifas de transporte son controladas por la Comisión de Comercio Interestadal. Existen
muchas diferencias en las tarifas para el embarque de materia prima, tales como madera
para pulpa y pulpa de papel, en contraposición a tarifas más altas para materiales
recuperados. La industria de transformación de materiales secundarios ha estado luchando
para obtener una estructura favorable de tarifas de manera que la recuperación de recursos y
la recirculación puedan tener importancia económica.
Departamento de Salud, Educación y Bienestar (Department of Health, Education and
Welfare).
Los efectos de las instalaciones de disposición de desechos sólidos sobre la saludparticularmente los sitios de disposición en el suelo donde es necesario el control de
vectores para la prevención de la transmisión de enfermedades- caen bajo la competencia
del Departamento de Salud, Educación y Bienestar. Se mantiene una cooperación completa
con el departamento de salud a través de las oficinas regionales.
3.3.
TEMAS DE DISCUSION
1.
En vista de la multiplicidad de agencias federales que tienen "una parte en la
acción" en el manejo de desechos sólidos, ¿estaría usted en favor de un estudio, a
ser realizado por las diferentes comisiones del Congreso que tienen jurisdicción
sobre estas agencias, para evaluar medios para consolidar actividades y
responsabilidades de una agencia única? ¿porqué? En caso contrario, ¿por qué no?
2.
Conociendo que los proyectos de ley del Congreso son escritos por empleados
profesionales del Senado y comités del Congreso, suponga que usted es un miembro
del personal del comité del Senado sobre trabajos públicos.
¿Cuáles serían las principales características de una nueva ley que usted escribirá
para que los senadores sometieran a consideración del Congreso para consolidar las
responsabilidades dentro de agencias específicas para un programa racional de
manejo de los desechos sólidos?
3.
Si usted fuera a escoger una carrera (posición) en el manejo de desechos sólidos en
una agencia gubernamental ¿Cuál nivel de gobierno- ciudad, condado, regional,
estado o federal- seleccionaría para contribuir con su experiencia y responsabilidad
para tomar acciones constructivas? ¿por qué?
4.
Discuta su opinión del valor del informe sobre impacto ambiental para cada
decisión importante de una agencia de manejo de desechos sólidos- ciudad, condado
o regional que afecte sus planes para transporte, procesado, o disposición de
desechos sólidos. Según sus estimativos, ¿Se justifica el costo?
5.
Identifique las principales leyes estadales y locales y las agencias importantes en el
manejo de desechos sólidos en su área.
6.
Cuál agencia de su gobierno estadal tiene jurisdicción sobre la promulgación de
códigos y lineamientos para el manejo de desechos sólidos? Esta agencia tiene un
personal adecuado para dar asistencia a las municipalidades y hacer cumplir las
normas? ¿Cuál es su opinión sobre la literatura que ellos distribuyen a las ciudades?
7.
¿Dónde está la oficina regional de la EPA en su área? ¿Qué está haciendo para dar
asistencia a su gobierno estadal en un intento para mejorar el manejo de desechos
sólidos en las ciudades de su estado?
8.
¿La biblioteca de su departamento ha recibido un número y variedad adecuada de
publicaciones de la EPA sobre desechos sólidos En caso contrario, se puede
organizar un grupo para obtener estas publicaciones de la oficina regional de la
EPA? ¿Cuál es su opinión de estas publicaciones?
3.4.
REFERENCIAS
1.
Colonna, R.A. and C. Mclaren: Decision-Makers Guide in Solid Waste
Management, US Environmental Protection Agency, Publication SW-127,
Washington. D.C. 1974.
2.
Drobny, N.L., H.E. Hull and R.F. Testin: Recovery and Utilization of Municipal
Solid Waste, U.S. Environmental Protection Agency. Publication SW-10c.
Washington. D.C., 1971.
3.
Eliassen, R.: Solid Waste Management: A comprehensive Assessment of Solid
Waste Problems, Practices, and Needs, Office of Science and Technology.
Executive Office of the President; Washington, D.C., 1969.
4.
Hazardous Waste Management: Laws, Regulations, and Guidelines for the Handling
of Hazardous Wastes, California Department of Public Health, Sacramento, 1975.
5.
Pittman, F.K.: Management of Radioactive Wastes. Water. Air and Soil Pollution,
vol. 4, No. 3, 1975.
6.
Report to Congress: Disposal of Hazardous Wastes. U.S. Environmental Protection
Agency, Publication SW-115, Washington, D.C. 1974.
7.
Resource Recovery and Source Reduction, First Report to Congress, U. S.
Environmental Protection, Agency, Publication SW-118, Washington D.C. 1973.
8.
Resource Recovery and Source Reduction, Second Report to Congress, U.S.
Environmental Protection Agency, Publication SW-122, Washington. D.C. 1974.
9.
Resource Recovery and Source Reduction. Third Report to Congress, U.S.
Environmental Protection Agency, Publication SW-161. Washington, D.C. 1975.
10.
Schneider, K.J.: High Level Wastes, in L.A. Sagen (ed), "Human and Ecological
Effects of Nuclear Power Plants." Charles C. Thomas. Springfield. 111. 1974.
4.
PRINCIPIOS DE INGENIERIA
En la primera parte se discutieron las perspectivas del campo del manejo de los desechos
sólidos. El propósito de la segunda parte es presentar, discutir e ilustrar los principios
ingenieriles del manejo de los desechos sólidos. Los capítulos de la segunda parte se han
organizado en una secuencia lógica que principia con la producción de desechos y continúa
con almacenamiento in situ, recolección, transferencia y transporte, procesado y
recuperación, y disposición final. El último capítulo se ha reservado al importante tema de
los desechos peligrosos.
Aunque se conoce mucho sobre los aspectos ingenieriles del manejo de desechos sólidos, el
campo es muy dinámica y hay mucho por aprender, especialmente en áreas en desarrollo
tales como la recuperación de materiales y energía. En otras áreas también se están
desarrollando constantemente nuevas tecnologías y equipos. Al dedicar un capitulo a cada
uno de los elementos funcionales que componen los sistemas de manejo de desechos
sólidos, es posible identificar los aspectos fundamentales de cada uno y delinear las
interrelaciones involucradas, en la extensión en que se conocen.
El dominio de los principios de Ingeniería presentados en la segunda par te es fundamental
para comprender y evaluar las operaciones y sistemas existentes, para evaluar los impactos
de tecnologías nuevas y propuestas, y para la selección y análisis adecuado de alternativas
en el desarrollo de sistemas nuevos. En la Tercera parte se considera la capacidad para
medir el impacto de cursos alternos de acción, que es vital en el manejo de estos sistemas y
en el proceso de toma de decisiones.
PRODUCCION DE DESECHOS SOLIDOS
Los desechos sólidos, como se anotó antes, incluyen todos los materiales sólidos y
semisólidos que el poseedor considera no tienen suficiente valor para retenerlos.
Colectivamente, forman la preocupación fundamental en todas las actividades del manejo
de desechos sólidos ya sea que el nivel de planeamiento sea local subregional , o del estado
y federal. Por esta razón, es importante conocer tanto como sea posible sobre estos
materiales.
El propósito de este capitulo es triple: identificar las fuentes y tipos de desechos sólidos,
examinar su composición física y química y discutir las tasas de generación de desechos
sólidos y la influencia de los factores involucrados. La información presentada en este
capítulo también tendrá aplicación en el resto del texto.
4.1.
FUENTES Y TIPOS DE DESECHOS SOLIDOS
El conocimiento de las fuentes y tipos de desechos sólidos, junto con da tos sobre la
composición y las tasas de generación, es básico para el diseño y operación de los
elementos funcionales asociados con su manejo.
Fuentes de Desechos Sólidos
Las fuentes de desechos sólidos están, en general, relacionados con el uso de la tierra y la
zonificación. Aunque se puede clasificar las fuentes hasta un número indeterminado, se han
encontrado útiles las siguientes categorías: l) residencial, 2) comercial, 3) municipal, 4)
industrial, 5) áreas libres, 6) plantas de tratamiento y 7) agrícola. En la Tabla 4.1, se
presentan las instalaciones de generación de desechos, actividades o localizaciones típicas
asociadas con cada una de estas fuentes. También se identifican los tipos de desechos
generados, que se discuten a continuación.
TABLA 4.1. INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN, ACTIVIDADES O LOCALIZACIONES
TÍPICAS ASOCIADAS CON VARIAS CLASIFICACIONES DE FUENTES
TIPOS DE DESECHOS
FUENTES
INSTALACIONES, ACTIVIDADES O
SOLIDOS
LOCALIZACIONES DONDE SE
GENERAN LOS DESECHOS
Residencial
Residencias unifamiliares y multifamiliares, Desechos de alimentos
edificios de apartamentos, de poca, mediana desperdicios, cenizas
y gran altura.
desechos especiales.
Comercial
Tiendas, restaurantes, mercados, edificios
Desechos de alimentos,
de oficinas, hoteles, moteles, almacenes de desperdicios, cenizas,
impresos, reparación de automóviles,
desechos de demolición y
instalaciones médicas e instituciones, etc.
construcción, desechos
especiales, desechos
ocasionalmente
peligrosos.
Municipal*
Como los anteriores*
Como los anteriores
Industrial
Construcción, fabricación, manufacturas
Desechos de alimentos,
ligeras y pesadas, refinerías, plantas
desperdicios, cenizas,
químicas, madera, minería, generación de
desechos de demolición y
electricidad, demolición, etc.
construcción, desechos
especiales, desechos
peligrosos.
Areas libres
Calles, avenidas, parques, terrenos
Desechos especiales,
vacantes, terrenos de juego, playas,
desperdicios.
autopistas, áreas recreacionales, etc.
Sitio de Plantas
Agua, aguas residuales y procesos
Desechos de plantas de
de tratamiento.
industriales de tratamiento, etc.
tratamiento, compuestos
principalmente de lodos
residuales.
Agrícolas
Cultivos, huertos, viñedos, ordeñaderos,
Desechos de alimentos
corrales de ganado y animales, granjas, etc. compuestos, desechos de
la agricultura,
desperdicios, desechos
peligrosos.
*
Normalmente se supone que el término municipal incluye tanto, a los
desechos sólidos residenciales- como comerciales producidos en la
comunidad.
Tipos de Desechos Sólidos
El término desechos sólidos es inclusivo y comprende todas las fuentes, tipos de
clasificaciones, composición y propiedades. Los desechos que son descargados pueden
tener valor importante en otro marco de referencia, pero ellos tienen poco o ningún valor
para el poseedor, quien desea deshacerse de ellos. Para evitar confusión, el término basura,
utilizado a menudo en lugar del término desechos sólidos, no es utilizado en este texto.
Como una base para las discusiones subsiguientes, será útil definir los varios tipos de
desechos sólidos que son producidos. Ver Tabla 4.1. Es importante estar enterado de las
definiciones de los términos de los desechos sólidos y de que las clasificaciones varían
mucho en la literatura. Por consiguiente, la utilización de datos publicados requiere de
considerable cuidado, criterio y sentido común. Las siguientes definiciones se proponen
para que sirvan como guía y no para ser arbitrarias o precisas en un sentido científico.
Desechos de alimentos. Desechos de alimentos son los residuos de animales frutas o
vegetales que resultan del manejo, preparación, enfriamiento e ingestión de alimentos
(también llamados basura). La característica más importante de estos desechos es que son
altamente putrescibles y se descomponen rápidamente, en especial en clima cálido. A
menudo, la descomposición conducirá al desarrollo de olores ofensivos. En muchos
lugares, la naturaleza putrescible de estos desechos influenciará apreciablemente el diseño y
la operación del sistema de recolección de desecho. Además de las cantidades de desechos
de alimentos producidos en residencias se producen cantidades considerables en cafeterías,
restaurantes y en instalaciones institucionales grandes como hospitales, prisiones e
instalaciones asociadas con el mercadeo de alimentos, incluyendo tiendas y mercados al por
mayor y menor.
Basura o escombros. La basura o escombros consisten en desechos sólidos combustibles y
no combustibles de casas, instalaciones, actividades comerciales, etc., excluyendo desechos
de alimentos u otros materiales altamente putrescibles. Típicamente, los desperdicios
combustibles consisten de materiales como papel, cartón, plásticos, textiles, caucho, cuero,
madera, muebles y corte de jardines. Los desperdicios no combustibles consisten en
artículos como vidrio loza, envases de hojalata, aluminio, metales ferrosos y no ferrosos y
tierra.
Cenizas y residuos. Materiales que resultan de quemar madera, carbón, coque y otros
desechos combustibles en casas, tiendas, instituciones e instalaciones
industriales y municipales para calefacción, cocción y disposición de desechos
combustibles, se clasifican como cenizas y residuos. Los residuos de plantas de generación
de energía, normalmente, no se incluyen en esta categoría. Las cenizas y residuos
normalmente, se componen de materiales finos, polvorientos, escorias, clinquer y pequeñas
cantidades de materiales quemados total o parcialmente (1). En los residuos de
incineradores municipales también se encuentran vidrio, loza y varios materiales.
Desechos de Demolición y Construcción. Los desechos de edificios demolidos y otras
estructuras se clasifican como desechos de demolición. Los desechos de la construcción,
remodelación y reparación de residencias individuales, edificios comerciales y otras
estructuras se clasifican como desechos de la construcción; estos desechos con frecuencia
son clasificados como basura.
Las cantidades producidas son difíciles de estimar y de composición variable, pero pueden
incluir tierra, piedras, concreto, ladrillos, mortero, madera, tejas y plomería, partes de
calefacción y eléctricos.
Desechos Especiales. Desechos como los del barrido de calles, desperdicios a lo largo de
carreteras, desechos de recipientes municipales de desperdicios escombros de cuencas,
animales muertos y vehículos abandonados, se clasifican como desechos especiales. Debido
a que es imposible predecir donde se encontrarán animales muertos o automóviles
abandonados, se identifica a estos desechos como originados en lugares no específicos y
dispersos. Esto contrasta con las fuentes residenciales, que también son dispersas pero
específicas en cuanto a que la producción es un acontecimiento periódico.
Desechos de Plantas de Tratamiento. Los desechos sólidos y semisólidos de instalaciones
de tratamiento de aguas, aguas residuales y desechos industriales se incluyen en esta
clasificación; las características especificas de estos materiales varía dependiendo de la
naturaleza del proceso de tratamiento. Actualmente; su recolección no está a cargo de la
mayoría de las agencias municipales responsables del manejo de los desechos sólidos.
En el futuro, sin embargo, se anticipa que su disposición llegará a ser un factor importante
en cualquier plan de manejo de desechos sólidos, Capítulo 12.
Desechos Agrícolas. Los desechos y residuos que resultan de diversas actividades
agrícolas, como los de la siembra y cosecha de surcos, campos y árboles y cultivos de vid,
la producción de leche, la producción de animales para sacrificio y la operación de corrales
se llaman colectivamente Desechos Agrícolas. Actualmente, la disposición de estos
desechos no es responsabilidad de la mayoría de las agencias municipales y regionales de
manejo de desechos sólidos. Sin embargo, en muchas áreas la disposición de estiércol
animal se ha convertido en un problema crítico, especialmente de corrales y ordeñaderos.
Desechos Peligrosos. Los desechos químicos, biológicos, inflamables, explosivos o
radioactivos que plantean un peligro sustancial para la vida humana, de las plantas o
animal; inmediatamente en el tiempo, se clasifican como peligrosos. Corrientemente,
estos desechos se presentan en forma de líquidos, pero con frecuencia se encuentran en
forma de gases, sólidos o lodos; en todos los casos, estos desechos deben ser manejados y
dispuestos con gran cuidado y precaución.
Debido a la naturaleza especializada de estos desechos, en el capítulo II se considera su
manejo, el cual trata específicamente de desechos peligrosos.
4.2.
COMPOSICIÓN DE LOS DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES
La información sobre la composición de los desechos sólidos es importante en la
evaluación de alternativas sobre necesidades de equipo, sistemas, programas y planes de
manejo. Por ejemplo, si los desechos sólidos son producidos en una instalación comercial
sólo consisten de productos de papel, puede ser apropia do el uso de equipo especial de
procesado como desmenuzadores y fardos. También se puede considerar la recolección
separada si la ciudad o agencia de recolección está involucrada en un programa de
recirculación de productos de papel. La evaluación de la factibilidad de la incineración
depende de la composición química de los desechos sólidos.
La composición física y química de los desechos sólidos municipales se discuten en esta
sección, también se describen los cambios futuros en composición. La discusión se limita a
un análisis de los desechos municipales, debido a que la consideración de la composición
de todos los tipos de desechos agregaría información útil y está más allá del alcance de este
texto, el cual trata principalmente del manejo de desechos sólidos municipales. Sin
embargo, es importan te anotar que las bases del análisis presentado son aplicables a todos
los tipos de desechos sólidos. En la Referencia 2 se presentan detalles adicionales sobre
varios métodos de ensayos físicos, químicos y biológicos para desechos sólidos.
Composición Física
La información y datos sobre la composición física de desechos sólidos son importantes en
la selección y operación del equipo e instalaciones, ver capítulo 5 y 8, en la evaluación de
la factibilidad de la recuperación de recursos y energía, ver capítulo 9, y en el análisis y
diseño de las instalaciones de disposición, ver capítulo 10. Los componentes individuales
que constituyen los desechos sólidos municipales, y el contenido de humedad y la densidad
de los desechos sólidos se describen en la siguiente discusión.
Componentes individuales. Los componentes que típicamente constituyen la mayoría de los
desechos sólidos municipales y su distribución relativa se reportan en la Tabla 4.2. Aunque
se podría seleccionar cualquier número de componentes, se han seleccionado los que
aparecen en la Tabla 4.2, debido a que son identificables fácilmente y consistentes con las
categorías componentes reportadas en la literatura y debido a que se ha comprobado que
son adecuadas para la caracterización de los desechos sólidos, para la mayoría de las
aplicaciones. Los datos de la Tabla 4.2, provienen de la literatura y experiencia de los
autores.
TABLA 4.2. COMPOSICIÓN FÍSICA TÍPICA DE LOS DESECHOS SÓLIDOS
MUNICIPALES
Rango
PORCENTAJE EN PESO
Típico
Materiales de
Empaque*
15
40
55,8
4
3
3,6
2
0,4
0,5
0,5
12
2
7,8
8
18,1
6
14,3
1
2
4
-
Desechos de alimentos
6 – 26
Papel
25 – 45
Cartón
3 – 15
Plásticos
2–8
Textiles
0–4
Caucho
0–2
Cuero
0–2
Residuos de jardín
0 – 20
Madera
1–4
Vidrio
4 – 16
Envases de hojalata
2–8
Metales no ferrosos
0–1
Metales ferrosos
1–4
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
0 - 10
*
De Ref. 4
+
Basado en medidas hechas durante un período de 5 años (1971 a 1975)
Davis
California
9,5
43,1
6,5
1,8
0,2
0,8
0,7
14,3
3,5
7,5
5,2
1,5
4,3
1,1
Los porcentajes de los componentes de los desechos sólidos municipales varían con la
localización, la estación, la condición económica y muchos otros factores. Por esta razón,
de ser posible, se debe realizar un estudio especial, si la distribución de los componentes es
un factor crítico en un proceso particular de decisiones de manejo. Aún entonces puede ser
imposible obtener una evaluación exacta a menos que sean analizados un número
prohibitivamente grande de muestras.
Una falta común en muchos estudios de ingeniería es gastar demasiado dinero en reunir
datos que jamás serán utilizados; esto es especialmente cierto con respecto a la distribución
de datos sobre los componentes de los desechos sólidos. Por ejemplo, si no se va a
recuperar vidrio, no es especialmente importante saber si la cantidad es 7% opuesto a 8%,
ver Tabla 4.2., a menos que haya alguna razón específica por la cual se deba conocer una
distribución más detallada de los componentes. Los datos presentados en la Tabla 4.2., se
pueden utilizar en la mayoría de los estudios de manejo.
Determinación de los Componentes en el Campo. Debido a la naturaleza heterogénea de los
desechos sólidos, la determinación de los componentes no es una tarea fácil. Los
procedimientos estrictamente estadísticos son difíciles, sino imposibles, de implementar;
por esta razón ha sido desarrollado un procedimiento de campo más generalizado, para
determinar la composición basándose en el sentido común y técnicas de muestreo al azar.
El procedimiento comprende la descarga de una cantidad de desechos en un área controlada
del sitio de disposición que está aislada de los vientos y separada de otras operaciones. Una
muestra representativa residencial podría ser una camionada que resulta de una recolección
típica diaria en un área residencial, también serían representativas una muestra mezclada
del foso de almacenamiento de un incinerador o del foso de descarga de un desmenuzador.
El sentido común es importante en la selección de la carga a ser muestreada. Por
ejemplo, no sería típica una carga que contenga la acumulación semanal de desechos de
patios (hojas) durante el otoño.
Para asegurar que los resultados obtenidos sean buenos estadísticamente, se deben obtener
suficiente número de muestras. Se ha encontrado que algunas medidas, efectuadas con
muestras de unos 100 kilos, varían significativamente de otras medidas realizadas con
muestras hasta de 175 kilos, tomados de la misma carga de desecho (6). Los autores han
obtenido resultados parecidos en estudios de campo realizados en Hawai y en Davis,
California.
Para obtener una muestra para análisis, se cuartea primero la carga, entonces se selecciona
una parte para cuarteo adicional hasta que el tamaño de la muestra es de alrededor de 100
kilos. Es importante mantener la integridad de cada cuarto seleccionando,
independientemente del olor o la descomposición física y para estar seguros de que se
miden todos los componentes. Solamente, de esta manera se puede mantener algún grado
de selección imparcial al azar. En la Asociación Americana de Trabajos Públicos* se ha
publicado información adicional.
Contenido de Humedad. El contenido de humedad de un desecho sólido, generalmente, se
expresa como el peso de humedad por unidad de peso de material húmedo o seco. En el
método de medida en peso húmedo, la humedad de una muestra se expresa como un
porcentaje del peso húmedo del material; en el método en seco, se expresa como un
porcentaje del peso seco del material. En forma de ecuación, el contenido de humedad en
peso húmedo se expresa corno sigue:
Contenido de humedad (%) = a-b 100
a
(4.1)
donde:
a = peso inicial de la muestra, como se entrega
b = peso de la muestra después de secar
En la Tabla 4-3, se dan datos típicos del contenido de humedad para los componentes de los
desechos sólidos de la Tabla 4.2, para la mayoría de los desechos sólidos municipales, el
contenido de humedad variará del 15 al 40%, dependiendo de la composición de los
desechos, la estación del año y las condiciones de humedad y meteorológicas,
particularmente la lluvia. En el Ejemplo 4.1, se ilustra el uso de datos de la Tabla 4-3, para
estimar el contenido total de humedad de los desechos sólidos.
*
American Public- Works Association
TABLA 4.3. DATOS TÍPICOS DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DEL LOS
COMPONENTES DE LOS DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES
Componente
POR CIENTO DE HUMEDAD
Rango
Típico
Desechos de alimentos
50 – 80
70
Papel
4 – 10
6
Cartón
4–8
5
Plásticos
1–4
2
Textiles
6 – 15
10
Caucho
1–4
2
Cuero
8 – 12
10
Desechos de jardín
30 – 80
60
Madera
15 – 40
20
Vidrio
1–4
2
Envases de hojalata
2–4
3
Metales no ferrosos
2–4
2
Metales ferrosos
2–6
3
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
6 – 12
8
Desechos sólidos municipales
15 - 40
20
Ejemplo 4.1. Estimativo del contenido de humedad de los desechos sólidos municipales.
Estimar el contenido de humedad de una muestra de desechos sólidos con la composición
típica dada en la Tabla 4.2.
Solución:
1.
Construya una tabla de cálculos, ver Tabla 4.4.
TABLA 4.4. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD, PARA LA
MUESTRA DE DESECHOS SÓLIDOS EN EL EJEMPLO 4.1.
Por ciento en
peso
15
Contenido de
humedad %
70
Peso Seco*
Papel
40
6
37,6
Cartón
4
5
3,8
Plásticos
3
2
2,9
Textiles
2
10
1,8
Caucho
0,5
2
0,5
Cuero
0,5
10
0,4
Desechos de jardín
12
60
4,8
Madera
2
20
1,6
Vidrio
8
2
7,8
Envases de hojalata
6
3
5,8
Metales no ferrosos
1
2
1,0
Metales ferrosos
2
3
1,9
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
4
8
3,7
Componente
Desechos de alimentos
TOTAL
100
Contenido de humedad = (100 – 78,1) = 100 = 21,9
100
*
Basado en el peso de la muestra de 100 lb como se entrega.
4,5
78,1
2.
Determine el peso seco de los componentes del desecho sólido utilizando la relación
siguiente:
Peso seco
3.
=
(100 - contenido de humedad, %)
(peso como se entrega)
Determine el contenido de humedad de la muestra de desechos sólidos
utilizando la ecuación 4.1.
Contenido de humedad (%) =
100 - 78,1 100 = 21,9
100
Densidad. Con frecuencia se necesitan datos de densidad para evaluar la masa total y el
volumen de agua que se deben manejar. Desafortunadamente, hay poca o ninguna
uniformidad en la manera como se han reportado las densidades de desechos sólidos en la
literatura. A menudo no se ha hecho distinción alguna entre densidades de desechos
compactados y sin compactar. En la Tabla 4-5, se reportan densidades típicas para varios
desechos como se encuentran en los recipientes por orígenes. En la Tabla 4.6, se dan los
datos correspondientes para los componentes de los desechos sólidos de la Tabla 4.2.
Debido a que las densidades de los desechos sólidos varían ampliamente con la localización
geográfica, estación del año y tiempo de almacenamiento, se debe tener mucho cuidado en
la selección de valores típicos. Se ha encontrado que los desechos sólidos municipales
como se entregan en los vehículos de compactación varían de 300 a 700 lb/yd3 (178 a 416
Kg/m3), un valor típico es de alrededor de 500 lb/yd3 (297 Kg/m3).
Composición Química
La información sobre la composición química de los desechos sólidos es importante en la
evaluación de opciones alternas de procesado y recuperación. Por ejemplo considere el
proceso de incineración. Típicamente, se puede pensar de los desechos como una
combinación de materiales combustibles semihúmedos y no combustibles, si se va a utilizar
desechos sólidos como combustible, las cuatro cualidades más importantes a conocer son:
1.
Análisis inmediato
a)
b)
c)
d)
Humedad (pérdida a 105°C durante 1 hora)
Material volátil (pérdida adicional por ignición a 950°C)
Cenizas (residuos después de quemar)
Carbón fijo (restante)
TABLA 4.5. DENSIDADES TÍPICAS DE DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES
POR FUENTES*
Fuente
DENSIDAD (lb/yd3)
Rango
Típico
Basura +
150 - 300
220
Desechos de jardín
100 - 250
175
1.100 – 1.400
1.250
En Camión compactador
300 - 750
500
En el relleno (normalmente compactado)
600 - 850
750
1.000 – 1.250
1.000
1.000 – 1.800
1.200++
200 - 450
360
1.000 – 1.800
1.300++
800 – 1.600
900
Basura, combustible
80 - 300
200
Basura, no combustible
300 - 600
500
Residencia (sin compactar)
Cenizas
Residencial (compactado)
En relleno (bien compactado)
Residencial (después de procesado)
Embalado
Desmenuzado (sin compactar)
Desmenuzado (compactado)
Comercial – Industrial (sin compactar)
Desechos de alimentos (húmedo)
*
Adaptado en parte a la Ref. 10
No incluye cenizas
++
Compactación de poca presión, menos de 100 lb/pg2
NOTA: lb/yd3 x 0.5933 = kg/m3
Lb/pg2 x 6.895 = kg/m2
+
TABLA 4.6. DENSIDADES TÍPICAS DE LOS COMPONENTES DE DESECHOS
SÓLIDOS MUNICIPALES COMO SE DESCARTAN*
Componente
DENSIDAD (lb/yd3)
Rango
Típico+
Desechos de alimentos
8 – 30
18,0
Papel
2–8
5,1
Cartón
2–5
3,1
Plásticos
2–8
4
Textiles
2–6
4
Caucho
6 – 12
8
Cuero
6 – 16
10
Desechos de jardín
4 – 14
6,5
Madera
8 – 20
15,0
Vidrio
10 – 30
12,1
Envases de hojalata
3 – 10
5,5
Metales no ferrosos
4 – 15
10,0
Metales ferrosos
8 – 70
20
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
20 – 60
30
*
Sin compactar
Basado en medidas hechas durante un período de 5 años (1971 a 1975) en Davis, California.
NOTA: lb/pie3 x 16.019 = kg/m3
+
2.
Punto de fusión de la ceniza
3.
Análisis final, por ciento de C (carbón), H (hidrógeno), O (oxígeno) N(nitrógeno),
S(azufre) y ceniza.
4.
Valor calórico
Un análisis inmediato de los componentes combustibles de desechos sólidos municipales
como son descartados se presenta en la Tabla 4.7.
En la Tabla 4.8, se presentan datos representativos del análisis final de componentes típicos
de desechos municipales de la Tabla 4.2. Si los valores Btu no son disponibles, se puede
determinar el valor aproximado de Btu usando la ecuación 4.2, conocida como la fórmula
modificada de Dulong (4) y los datos de la Tabla 4.8.
Btu.lib
=
145.4 C + 620 (H – 1/8 O) + 41S
(4.2)
Donde:
C
H
O
S
=
=
=
=
Carbón, por ciento
Hidrógeno, por ciento
Oxígeno, por ciento
Azufre, por ciento
En la Tabla 4.9, se reportan datos típicos sobre el residuo inerte y los valores calóricos para
desechos municipales, como se muestra, los valores calóricos se han seleccionado en base a
la forma en que se descartan. Los valores en Btu en la Tabla 4.9, se pueden convertir a base
seca usando la ecuación 4.3.
Btu/lb (base seca)
=
Btu (como se descartan)
(100)_____ (4.3)
100 - % Humedad
La ecuación correspondiente para Btu por libra sobre una base de cenizas es:
Btu/lb (seco libre de cenizas) = Btu/lb (como se descartan) |A|
A
=
100_____________
100 - % ceniza - % humedad
(4.4)
TABLA 4.7. ANÁLISIS INMEDIATO TÍPICO PARA DESECHOS
SÓLIDOS MUNICIPALES
Componente
VALOR POR CIENTO
Rango
Típico
Humedad
15 – 40
20
Materia volátil
40 – 60
53
Carbón – fijo
5 – 12
7
Vidrio, metal, ceniza
15 - 30
20
TABLA 4.8. DATOS TÍPICOS SOBRE EL ANÁLISIS FINAL DE COMPONENTES
COMBUSTIBLES EN DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES
Componente
POR CIENTO EN PESO (base seca)
Carbón Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Azufre
Ceniza
Desechos de alimentos
48,0
6,4
37,6
2,6
0,4
5,0
Papel
43,5
6,0
44,0
0,3
0,2
6,0
Cartón
44,0
5,9
44,6
0,3
0,2
5,0
Plásticos
60,0
7,2
22,8
-
-
10,0
Textiles
55,0
6,6
31,2
4,6
0,15
2,5
Caucho
78,0
10,0
-
2,0
-
10,0
Cuero
60,0
8,0
11,6
10,0
0,4
10,0
Desechos de jardín
47,8
6,0
38,0
3,4
0,3
4,5
Madera
49,5
6,0
42,7
0,2
0,1
1,5
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
26,3
3,0
2,0
0,5
0,2
68,0
TABLA 4.9.
DATOS TÍPICOS SOBRE RESIDUO INERTE Y CONTENIDO DE
ENERGÍA DE DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES
Componente
RESIDUO INERTE*
ENERGIA Btu/lb*
Rango
Típico
Rango
Típico
Desechos de alimentos
2–8
5
1500 – 3000
2000
Papel
4–8
6
5000 – 8000
7200
Cartón
3–6
5
6000 – 7500
7000
Plásticos
6 – 20
10
12000 – 16000
7000
Textiles
2–4
2,5
6500 – 8000
7500
Caucho
8 – 20
10
9000 – 12000
10000
Cuero
8 – 20
10
6500 – 8500
7500
Desechos de jardín
2–6
4,5
1000 – 8000
2800
Madera
1,5
7500 – 8500
8000
+
98
50 – 100
60
+
98
100 – 500
300
+
96
Metales ferrosos
+
94 – 99
98
100 – 500
300
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
60 – 80
70
1000 – 5000
3000
4000 - 5500
4500
Vidrio
Envases de hojalata
Metales no ferrosos
0,6 – 2
96 - 99
96 – 99
90 – 99
Desechos sólidos municipales
*
Después de combustión completa
En base a la forma en que son descartados
NOTA: Btu/lb x 2.326 = kj/kg
+
En el ejemplo 4.2. se ilustra el uso de los datos de la Tabla 4.9. en el cálculo del contenido
de energía de un desecho sólido municipal.
Ejemplo 4.2. Estimación del contenido de energía de desechos sólidos municipales
típicos.
Determine el valor energético de desechos sólidos municipales típicos con la composición
media mostrada en la Tabla 4.2.
Solución
1.
2.
3.
Suponga que el valor calórico será calculado en base a como es descartada.
Determine la energía utilizando una tabla de cálculos, Ver Tabla 4.10
Como se muestra en la Tabla 4.10, el contenido de energía de los desechos
en la forma en que son descartados sería 4.762 Btu/lb (11.053 Kj/ Kg). Este
valor típico es dado en la Tabla 4.9.
Cambios Futuros en Composición
En términos de planeación del manejo de los desechos sólidos, es muy importante conocer
las tendencias futuras en la composición de los desechos sólidos, por ejemplo, si se
instituyera un programa de recirculación de papel sobre la base de la distribución normal de
datos y si la producción de papel se fuera a eliminar en el futuro, tal programa no llegaría a
ser más que un costoso "elefante blanco". Aunque este es un caso extremo, sin embargo
ilustra el punto de que las tendencias futuras deben ser evaluadas cuidadosamente en la
planeación, a largo plazo. Otro aspecto importante es si las cantidades están realmente
cambiando o únicamente mejorado el sistema de reportarlas.
Desechos de Alimentos. La cantidad de desechos residenciales de alimentos re colectados
ha cambiado significativamente con los años como resultado de avances técnicos y cambios
en actitud pública. Dos avances tecnológicos que han tenido un efecto importante son el
uso del molino de residuos en casas y el desarrollo de la industria de procesado y empaque
de alimentos.
Recientemente, debido a que el público se encuentra mejor informado y preocupado
ambientalmente y debido a que los efectos de la inflación se han vuelto más generales, se
ha desarrollado una tendencia hacia el uso, en mayor escala, de vegetales crudos en lugar
de procesados aunque pareciera que tal tendencia aumentará la cantidad de desechos de
alimentos recolectados, esto no es necesariamente el caso. Los usos alternos para los
desechos de alimentos, como la fermentación controlada, han servido para compensar
cualquier aumento en las cantidades producidas.
TABLA 4.10. CÁLCULO DEL CONTENIDO DE ENERGÍA PARA LOS DESECHOS
SÓLIDOS MUNICIPALES EN EL EJEMPLO 4.2.
Componente
Desechos
Sólidos*
15
Energía
Btu/lb
1.000
Energía Total
Btu
30.000
Papel
40
7.200
288.000
Cartón
4
7.000
28.000
Plásticos
3
14.000
42.000
Textiles
2
7.500
15.000
Caucho
0,5
10.000
5.000
Cuero
0,5
7.500
3.750
Desechos de jardín
12
2.800
33.600
Madera
2
8.000
16.000
Vidrio
8
60
480
Envases de hojalata
6
300
1.800
Metales no ferrosos
1
-
-
Metales ferrosos
2
300
600
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
4
3.000
12.000
Desechos de alimentos
100
Contenido de energía
*
476.230 Btu =
100 lb
Los datos fueron deducidos de las Tablas 4.2 y 4.9
NOTA: Btu/lb x 2.326 = kj/kg
4.762 Btu
lb
476.230
(11.053 Kj)
Kg
Papel. El porcentaje de papel encontrado en desechos sólidos ha aumentado enormemente
en años recientes. Si consideramos que el porcentaje de aumento en la cantidad de papel
producido en los Estados Unidos alcanza a más de dos veces el aumento de población para
los años 1950 a 1962 (1). La razón para el aumento en el desecho de papel es clara. Sin
legislación que se interponga, se espera que esta tendencia continuará durante algún tiempo
en el futuro.
Plásticos. El porcentaje de plásticos en los desechos sólidos también ha aumentado
apreciablemente durante los últimos 20 años. Las condiciones futuras (económicas y
políticas) que rodean a la industria productora de petróleo afectará la producción de
plásticos. El alcance de cualquiera de los impactos actualmente es desconocido.
4.3.
TASAS DE PRODUCCIÓN
El tema de la tasa de producción de desechos sólidos ha ocasionado considerable confusión
debido a los diferentes métodos de medida y a las distintas clasificaciones de desechos
adaptados para los datos reportados. La razón para medir las tasas de producción es la de
obtener datos que se puedan usar para determinar la cantidad total de desechos a ser
manejados. Además, en cualquier estudio de manejo de desechos sólidos, se debe tener
cuidado extremo en la asignación de fondos y en decidir que es lo que realmente se va a
conocer.
Debido a la importancia de ser capaz de evaluar la cantidad de desecho sólido producido,
en esta sección se dedican discusiones separadas a:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Medida de las cantidades
Análisis estadístico de las tasas de producción
Expresiones para tasas unitarias de producción
Métodos usados para determinar las tasas de producción
Tasas típicas de producción
Factores que afectan las tasas de producción.
Medida de las Cantidades
El peso y el volumen se utilizan para medir cantidades de desechos sólidos,
desafortunadamente, el uso del volumen como una medida de la cantidad puede ser
extremadamente engañosa. Por ejemplo, una yarda cúbica de desechos sueltos representa
una cantidad diferente de una yarda cúbica de desechos que han sido compactados en un
camión compactador y cada uno de estos es diferente de una yarda cúbica de desechos que
han sido compactados nuevamente en un relleno. Por consiguiente, si se van a usar medidas
de volumen, los volúmenes medidos deben estar relacionados con grado de compactación
de los desechos.
Para evita r confusión, las cantidades de desecho sólido se debieran expresa r en términos
de peso. El peso es la única base exacta para registros debido a que se pueden medir
directamente los tonelajes, independientemente del grado de compactación .El uso de los
registros en peso, es también importante en el transporte de los desechos sólidos, ya que la
cantidad que puede ser acarreada generalmente está restringida por límites de peso, en las
carreteras, en lugar del volumen.
Análisis Estadístico de las Tasas de Producción
En el desarrollo de sistemas de manejo de desechos sólidos, a menudo es necesario
determinar las características estadísticas de la producción de desecho. Por ejemplo, para
muchas actividades industriales grandes no seria práctico proveer un recipiente con
capacidad para recibir la mayor cantidad concebible de desechos sólidos a ser producidos
en un día dado. La capacidad del recipiente a ser provisto se debe basar en un análisis
estadístico de las tasas de producción y las características del sistema de recolección.
Las medidas estadísticas que se deben considerar incluyen la media, el modo, mediana,
desviación estándar y el coeficiente de variación. La definición de estas medidas y su
aplicación se describen en el Apéndice C.
Expresiones para Tasas Unitarias de Producción
Además de conocer las fuentes y la composición de los desechos sólidos que deben ser
manejados, es igualmente importante ser capaz de desarrollar unidades de expresión
significativas para las cantidades producidas. Debido a que se deben usar diferentes
unidades de expresión, para diferentes fuentes de producción, cada fuente se discute por
separado. Se anota, sin embargo, que los datos de unidad de producción disponibles para
actividades comerciales e industriales son actualmente escasos. Por consiguiente, se ha
encontrado conveniente, en muchos casos, usar para estas actividades las mismas unidades
utilizadas para desechos residenciales, en reemplazo de unidades más racionales en la
siguiente discusión. La mayoría de los registros de desechos más completos son aquellos
hechos en rellenos locales, estaciones de transferencia o estaciones de procesado y
generalmente es imposible separar las fuentes de las que se derivaron los desechos.
Residencial. Debido a la naturaleza relativamente estable de los desechos residenciales en
un lugar dado, la unidad de expresión más común usada para sus tasas de producción es
libras (kilos) por habitante por día. Sin embargo, en el caso en que la composición del
desecho varíe apreciablemente de los desechos municipales típicos Tabla 4.2 el uso de
libras (kilos) por habitante por día puede ser engañoso, especialmente cuando se están
comparando cantidades.
Comercial. En el pasado, las tasas de producción de desecho comercial también se han
expresado en libras (kilos) por habitante por día. Aunque esta práctica se ha continuado
como conveniente, agrega poca información útil acerca de la naturaleza de la producción
de desecho sólido en fuentes comerciales. Un enfoque más significativo será relacionar las
cantidades producidas al número de clientes, el valor de las ventas en dólares o alguna
unidad parecida. El uso de tales factores permitiría hacer comparaciones en todo el país.
Industrial. Idealmente, los desechos producidos en actividades industriales se debieran
expresar en base a alguna medida reproducible de producción, tal como libras (kilos) por
automóvil, para una planta de ensamblaje de automóviles o libras (kilos) por caja, para una
planta de enlatados. Cuando tales datos sean desarrollados será posible hace r
comparaciones significativas entre actividades industriales similares en todo el país.
Agrícola. Donde se han recogido datos adecuados, los desechos sólidos de actividades
agrícolas ahora se expresan más a menudo en términos de alguna medida reproducible de
producción, tal como libras (kilos) de estiércol por vaca de 1.400 libras por día y libras
(kilos) de desecho por toneladas de producto crudo. En este momento, la cuantificación de
los desechos sólidos producidos en actividades agrícolas asociadas con el campo y cultivos
en surco, es difícil debido a la poca información útil que se ha reunido en el pasado.
Métodos usados para determinar las Tasas de Producción
Los métodos comúnmente utilizados para evaluar la producción de desechos sólidos por
habitante son: 1) un análisis de conteo de cargas, 2) análisis de peso- volumen y 3) análisis
de balance de materiales. Revisando la información presentada en esta discusión, será útil
recordar que la mayoría de las medidas de tasas de producción no representan lo que ellas
reportan o se supone que representan. En el caso de predecir las tasas de producción
residencial las tasas medidas rara vez reflejan la tasa verdadera debido a que hay muchos
factores que confunden, tales como almacenamiento en el origen y el uso de lugares
alternos de disposición que hacen difícil la evaluación de la tasa verdadera. La mayoría de
las tasas de generación de desechos sólidos reportados en la literatura son realmente tasas
de recolección y no tasas de producción.
Análisis de Conteo de Cargas. En este método, el número de cargas individuales y las
características de los vehículos se anotan durante un periodo de tiempo especificado. Si hay
básculas disponibles, también se registran datos del peso. Las tasas unitarias de producción
se determinan usando los datos de campo, y donde sea necesario, datos publicados. Este
método se ilustra en el ejemplo 4.3.
Ejemplo 4.3. Estimación de las tasas unitarias de producción de desechos sólidos para un
área residencial
De los datos siguientes estime la tasa unitaria de producción de desechos para un área
residencial consistente de aproximadamente 1.000 casas. El lugar de observación es una
estación de transferencia y el período de observación es una semana.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Número de cargas de camión compactador = 10
Tamaño promedio de camión compactador = 20 yd3
Número de cargas de plataforma = 10
Volumen promedio de plataforma = 1.5 yd3
Número de cargas de residentes individuales, carros privados y camiones=20
Volumen estimado por vehículo doméstico = 8 pie3
Solución
1.
2.
Arregle una tabla de cálculos, Ver Tabla 4.11
Determine la tasa unitaria de producción de desecho sobre la suposición de que cada
casa está habitada por 3.5 personas.
Tasa unitaria =
72.850 lb/sem____ = 3,0 lb/hab/día (1,36 kg/hab/día)
(1.000 x 3,5) (7 días/sem)
TABLA 4.11. ESTIMACIÓN DE LAS TASAS DE PRODUCCIÓN UNITARIA DE
DESECHO SÓLIDO EN EL EJEMPLO 4.3.
Número de
Cargas
Camión compactador
10
Volumen
Promedio
yd3
20
Camión de plataforma
10
Vehículo privado individual
20
Peso Unitario Peso Total
lb/yd3
lb
350
70.000
1,5
150
2.250
0,30
100
600
Total lb/sem
72.850
*
Estimado usando datos en la Tabla 4.4. y algunas medidas limitadas en el sitio.
NOTA:
yd3 x 0.7646 = m3
lb/yd3 x 0.5933 = Kg/m3
lb/ x 0.4536 = Kg.
Comentario. La dificultad en usar tales datos es saber si son realmente representativos de lo
que se necesita medir. Por ejemplo, ¿Cuántas cargas fueron acarreadas?; ¿Cuánto material
fue almacenado en el predio del propietario de la casa?. Todas esas preguntas tienden a
confundir los datos observados en el sentido estadístico, Ver Tabla 4.11.
Análisis, Peso - Volumen. Aunque el uso de datos detallados de peso - volumen obtenidos
pesando y midiendo cada carga ciertamente suministrará mejor información sobre la
densidad de varias formas de desechos sólidos en un lugar dado, queda la pregunta: Es esto
lo que necesita en términos de los resultados del estudio.
Análisis de Balance de Materiales. La única manera de determinar la producción y el
movimiento de los desechos sólidos, con cualquier grado de confiabilidad es realizar un
balance detallado de materiales para cada fuente de producción como con una residencia
individual o una actividad comercial o industrial. Debido al alto gasto y a la gran cantidad
de trabajo involucrado, sin embarco, este método de análisis se debe usar únicamente en
situaciones especiales.
El enfoque a seguir en la preparación de un balance de materiales es como sigue: Primero,
trace un límite del sistema alrededor de la unidad a ser estudiada, Ver Figura 4.1. Segundo,
identifique todas las actividades que crucen u ocurran dentro de los límites y afecten a la
producción de desechos. Tercero, si es posible, identifique la tasa de producción asociada
con estas actividades. Cuarto, utilice un balance de materiales, determine la cantidad de
desechos producidos, recolectados y almacenados.
En el ejemplo 4.4. se ilustra un análisis simplificado de balance de materiales.
Ejemplo 4.4. Análisis de Balance de Materiales.
Una enlatadora recibe en un día dado 12 toneladas de producto crudo, 5 toneladas de
envases, 0,5 toneladas de cartones y 0,3 toneladas de varios materiales Su producción
incluye 10 toneladas de producto procesado y el remanente se convierte en parte en aguas
residuales. Cuatro toneladas de envases se almacenan para uso futuro y el resto se utiliza
para empacar el producto. Alrededor del 3 por ciento de los envases usados son dañados y
recirculados. Los cartones también son usados para empacar, excepto el 3 por ciento que se
dañan y son incinerados con otros desechos de papel. De los materiales varios, 75 por
ciento se convierte en desechos de papel que son incinerados y el remanente es dispuesto
por la agencia municipal de recolección. Dibuje un diagrama de flujo materiales para esta
actividad.
Solución
1.
Cada día la enlatadora recibe:
12 toneladas de producto crudo
5 toneladas de envases
0,5 toneladas de cartones
0,3 toneladas de materiales varios
Fig. 4. 1. Esquema de definición del balance de materiales
2.
Como un resultado de la actividad interna:
Se producen 10 toneladas del producto y el resto de la producción es descargado a la
alcantarilla.
Se almacenan 4 toneladas de envases
Se dañan y recirculan el 3% de los envases
Se dañan e incineran el 3% de los cartones y el resto se utiliza 75 por ciento de los
materiales varios o misceláneas se convierten en desechos de papel que son
incinerados y el resto es desechado.
3.
Determine las cantidades necesarias:
Desechos generados = (12 - 10) ton = 2 ton (1.814 Kgs)
Envases dañados y recirculados = (0,03) (5 - 4) ton = 0,03 ton (27 kg)
Envases usados en el producto = 1 - 0,03 ton = 0,97 ton (880 Kg)
Cartones incinerados = (0,03) (0,5 ton) = 0,015 ton (14 Kg)
Cartones usados en el producto = (0,5 - 0,015) ton = 0,485 ton (440 Kg)
Misceláneos incinerados = (0,75) (0,3 ton) = 0,225 ton (204 Kg)
Misceláneos desechados = (0,3 - 0,225) ton = 0,075 ton (68 Kg)
Total incinerado = (0,015 + 0,225) ton = 0,240 ton (218 Kg)
Total producido = (10 + 0,97 + 0,485) ton = 11.455 ton (10.392 Kg)
4.
Despreciando la cantidad de materiales descargados en el incinerador, gases de la
chimenea, dibuje un diagrama de flujo de materiales, Ver Figura 4.2.
Comentario. Se presentó este ejemplo sencillo para ilustrar algunos de los cálculos
involucrados en la preparación de un análisis de balance de materiales. Si las actividades
del procesado interno son más complejas, la cantidad de trabajo involucrado para llegar a
un balance de materiales obviamente podría llegar a ser prohibitivo.
Fig. 4.2. Esquema de la definición del balance de materiales para el ejemplo 4.4.
Tasas Típicas de Producción
Quizás la información más amplia sobre cantidades unitarias de desechos sólidos
producidos en los Estados Unidos fue obtenida por el Departamento de Salud, Educación y
Bienestar Social, en 1968, en el Estudio Nacional de prácticas sobre Residuos Sólidos de la
Comunidad, el cual cubrió una población de alrededor de 92.5 millones (7). Aunque las
cantidades locales pueden variar apreciablemente, los datos reunidos en este estudio,
enumerados en la Tabla 4.2. se pueden utilizar como una guía.
Datos reunidos en un estudio realizado en California, en 1968, se reportan en la Tabla 4.13
(19). Aunque a primera vista las cantidades de California parecen estar en desacuerdo con
las de todos los Estados Unidos. Son, en realidad, muy similares, si se analizan los factores
individuales que producen las diferencias. Si el componente agrícola de California (9.8 lb
por hab. por día) se agrega al valor de los Estados Unidos, el valor total sería de alrededor
de 18 lb/hab/día. Si se nota, también, que la componente industrial para California es
aproximadamente dos veces el valor dado en datos de los Estados Unidos, entonces las
cantidades totales llegan a ser perfectamente comparables.
Cuando no hay información disponible sobre las cantidades unitarias de producción de
desecho, se pueden utilizar los datos generalizados de la Tabla 4.14. Como se muestra, no
se presentan datos para desechos agrícolas y desechos especiales debido a que ellos varían
apreciablemente con la ubicación geográfica. las tasas de producción de desechos para
fuentes industriales y agrícolas seleccionadas en California se reportan en la Tabla 4.15.
Factores que afectan las Tasas de Producción
Los factores que influyen en la cantidad de desechos producidos incluyen: localización
geográfica, estación del año, frecuencia de la recolección, uso de molinos de basura en las
casas, los hábitos y la condición económica de la gente, el alcance de las operaciones de
recuperación y recirculación, la legislación y las actitudes del público. Todos estos factores
son importantes en la planeación del manejo de los desechos sólidos. Las generalizaciones
tienen poco o ningún valor, sin embargo, en cada situación se debe evaluar,
independientemente, el impacto de varios factores. En la parte III se discuten situaciones
específicas donde se pueden necesitar tales evaluaciones.
TABLA 4.12. DESECHOS SÓLIDOS RECOLECTADOS POR HABITANTE EN LOS
ESTADOS UNIDOS, 1968*
Fuente o Composición
Residencial y comercial+ combinado
Poblaci lb/hab/día
ón Reportada
46,970
4.05
Industrial
29,330
1.86
Institucional
20,533
0.24
Demolición y Construcción
23,697
0.66
Limpieza d calles y avenidas
35,340
0.25
Arboles y paisajes
25,890
0.18
Parques y playas
17,230
0.16
Cuencas
22,010
0.04
Sólidos de plantas de tratamiento de aguas residuales
20,504
0.47
TOTAL
*
7.92
Adaptado del Esudio Nacional sobre Prácticas con residuos Sólidos de la Comunidad de 1968 (7)
Los datos para los desechos residenciales y comerciales combinados, han sido reducidos sobre la base de
estimados obtenidos de estadísticas de producción. En una población de 207 millones, la cantidad dispuesta se
estima en alrededor de 3.316 lb/hab/día.
NOTA: lb/hab/día x 0.4536 = Kg/hab/día
+
TABLA 4.13. DESECHOS SÓLIDOS PRODUCIDOS EN CALIFORNIA, 1968*
Fuente
TASA DE PRODUCCIÓN
Ton/Año
lb/hab/día
Municipal
22.9 x 106
6.5
Industrial
13.7 x 106
3.9
Agrícola
34.9 x 106
9.8
71.5 x 106
20.2
TOTAL
*
Adaptado del estudio de California (9)
NOTA:
Ton/año x 907.2 = Kg/año
lb/hab/día x 0.4536 = Kg/hab/día
Localización Geográfica. La influencia de la localización geográfica está relacionada,
principalmente, con diferentes climas que pueden influir tanto en la cantidad de ciertos
tipos de desechos sólidos como en la operación de recolección. Las variaciones sustanciales
en la cantidad de desechos producidos en jardines y patios en varias partes del país también
están relacionados con los climas. Por ejemplo, en las áreas más cálidas del sur donde la
estación de crecimiento es más larga que en áreas del norte, los desechos recolectados de
patios no solamente son considerablemente más grandes sino que también se producen
durante un período de tiempo más largo.
Debido a las variaciones en las cantidades de ciertos tipos de desechos sólidos producidos
en climas diferentes, se deben realizar estudios especiales cuando tal información tenga un
impacto apreciable sobre el sistema; a menudo, se puede obtener la información necesaria
del análisis de conteo de cargas.
Estación del Año. Las cantidades de ciertos tipos de desechos sólidos también son
afectados por la estación del año. Por ejemplo, las cantidades de desechos de alimentos son
afectados por la estación de crecimiento para vegetales y frutas. (Ver también el parágrafo
anterior; localización geográfica).
TABLA 4.14. TASAS TÍPICAS DE PRODUCCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS POR
HABITANTE
Fuente
TASA UNITARIA: lb/hab/día
Rango
Típico
Municipal
2.0 – 5.0
3.5
Industrial
1.0 – 3.5
1.9
0.1 – 0.8
0.6
0.1 – 0.6
0.4
*
Demolición
+
Otros Municipales
SUB-TOTAL
6.4
Agrícola
-++
Desechos Especiales
-++
*
Incluye residencial y comercial
Excluye agua, aguas servidas y residuos de plantas de tratamiento de desechos
industriales, que deben ser estimados por separado para cada lugar.
++
Se debe estimar por separado para cada lugar
NOTA: lb/hab/día x 0.4536 = Kg/hab/día
+
Frecuencia de Recolección. En general se ha observado que donde se provee un servicio
ilimitado de recolección, se recogen más desechos.
Esta observación no se debe utilizar para inferir que se producen más desechos. Por
ejemplo, si el propietario de una casa está limitado a uno o dos recipientes por semana, él o
ella pueden, debido a la capacidad limitada del recipiente, almacenar periódicos u otros
materiales en el garage o área de almacenamiento (bodega); con servicio ilimitado, el
propietario tenderá a deshacerse de ellos. En esta situación, la cantidad de desechos
producidos puede, realmente, ser la misma pero la cantidad recogida es considerablemente
distinta. Así, la pregunta fundamental sobre el efecto de la frecuencia de la recolección
sobre la producción de desecho permanece sin respuesta.
Uso de Molinos para Basura en las Casas. Mientras el uso de molinos en las casas,
definitivamente, reduce la cantidad de desechos de alimentos a ser recolectados, no está
claro si ellos afectan la cantidad de desechos producidos; debido a que el uso de molinos
en las casas varia ampliamente en el país, los efectos de su uso se deben evaluar por
separado en cada situación si tal información es garantizada.
TABLA 4.15. TASAS UNITARIAS DE PRODUCCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS PARA
FUENTES INDUSTRIALES Y AGRÍCOLAS SELECCIONADAS
Fuente
Unidades
Rango
Industrial
Alimentos enlatados y congelados
Ton/ton de producto
0.04 – 0.06
Impresión y publicaciones
Ton/ton de papel bruto
0.08 – 0.10
Automóviles
Ton/vehículo producido
0.7 – 0.9
Refinación de petróleo
Ton/empleado/día
0.04 – 0.05
Caucho
Ton/ton de caucho bruto
0.01 – 0.3
Agropecuarios*
Estiércol
Pollos (carne)
Ton/1000 aves/año
4–5
Gallinas (huevos)
Ton/1000 aves/año
45 – 50
Ganado
lb/cabeza/año
85 – 120
Cosechas de frutas y nueces
Ton/acre/año
1.3 – 2.5
Cosechas de campo e hileras
Ton/acre/año
1.5 – 4.5
Características de la Población. Se ha observado que las características de la población
influyen sobre la cantidad desechos sólidos producidos. Por ejemplo las cantidades de
desechos de patios producidos por habitante son considerablemente mayores en muchas de
las zonas más prósperas que en otras partes de la ciudad.
Alcance de las Operaciones de Recuperación y Recirculación
La existencia de operaciones de recuperación y recirculación en una comunidad afecta,
definitivamente, las cantidades de desechos recolectados. Si tales raciones afectan las
cantidades producidas es otro asunto. No se puede hacer un planteamiento definitivo sobre
este aspecto, mientras no se tenga más información disponible.
Legislación. Quizás el factor más importante que afecta la producción de cierto tipo de
desechos son las regulaciones locales, estadales y federales, relativas al uso y disposición
*
Adaptado de datos del Estado de California (3)
NOTA: ton x 907.2 = Kg
Lb x 0.4536 = Kg
de materiales específicos. Un ejemplo es la legislación que trata de los materiales para
empaque y recipientes para bebidas.
Actitudes Públicas. Ultimamente, como se anotó en la parte I, han ocurridos reducciones
apreciables en las cantidades de desechos sólidos que son producidos cuando la gente desea
cambiar a su propia voluntad sus hábitos y estilos de vi da para conservar los recursos
nacionales y reducir las cargas económicas asociadas con el manejo de los desechos
sólidos.
4.4.
DISCUSION DE TOPICOS Y PROBLEMAS
4.1.
En su primer posición como Ingeniero joven de la ciudad, su superior le ha
encargado informar sobre las tasas de producción y la composición de los
desechos sólidos para varias fuentes de su comunidad. ¿Cómo lo haría
usted? Si estos datos se necesitan en 30 días y no tuviera tiempo de evaluar
el efecto estacional, ¿cómo estimaría este factor?
4.2.
Obtenga datos sobre la distribución porcentual de componentes para
desechos sólidos en su comunidad o una comunidad cercana. Como se
comparan con los valores típicos de la Tabla 4.2. Explique cualquier
diferencia grande. Si los valores de componentes individuales no están
dentro de los rangos dados en la Tabla 4.2. explique por qué?
4.3.
Usando los datos reportados en la Tabla 4.6. determine la densidad de los
desechos sólidos, como se descartan, de la ciudad de Davis, California, como
se reportan en la Tabla 4.2.
4.4.
Deduzca una fórmula química aproximada para un desecho compuesto de
los siguientes componentes, usando los datos dados en las Tablas 4.3. y 4.8.
Componente
Desechos de alimentos
Papel
Cartón
Plástico
Textiles
Caucho
Cuero
Desechos de jardín
Madera
Por ciento en peso
15
35
7
5
3
3
2
20
10
4.5.
Estime el contenido de energía para un desecho, como se descarta, con la
composición dada en el problema 4.4. Use los datos típicos dados en la
Tabla 4.9. Cuál es el contenido de energía en base libre de humedad?
4.6.
Considere una casa que produce una cierta cantidad de desechos por día.
De esta cantidad, botellas y envases representan 20 por ciento (en peso) y
son recirculados por la familia. Los desechos de papel (32 por ciento) son
quemados en un incinerador en el patio interior. El resto de los desechos es
puesto en un recipiente para la recolección. En un día dado se traen a casa 20
lb de artículos de consumo (comida, periódicos, revistas, etc.). La familia
consume 7 lb de comida al día y almacena 4 lb de alimentos. Las revistas
recibidas representan 5 por ciento de papel de desecho por día y no se botan.
Dibuje un diagrama de flujo de materiales de este problema y calcule la
cantidad de desechos sólidos que resultan para ser dispuestos durante este
día.
4.7.
Los desechos residenciales y comerciales de una ciudad de 25.000 habitantes
son recogidos los martes y sábados en la mañana. El volumen de desechos
recogidos ha sido registrado durante un año y los datos se dan abajo. Prepare
un histograma de frecuencia para cada día de recolección. Encuentre el
promedio, modo, desviación estándar y el coeficiente de variación para cada
distribución, Ver Apéndice C. Discuta brevemente la naturaleza de la
distribución y su importancia.
4.8.
Cuáles conclusiones se pueden formular de los dibujos de la frecuencia
(histogramas) de la producción de desechos sólidos?
4.9.
Dados los siguientes datos de producción diaria de desecho sólido para un
período de 10 días, determine el tipo de distribución, promedio, desviación
estándar y coeficiente de variación.
4.10. La forma de la curva de tasas de producción de un desecho sólido refleja la
naturaleza de la instalación productora. De las curvas de frecuencia que se
muestran en la Figura 4.3. ¿qué se puede deducir acerca de las instalaciones
y operaciones de la actividad?
CUADRO PARA EL PROBLEMA 4.7.
Tasa de Producción yd3/día
de recolección
FRECUENCIA
Martes
Sábado
900
0
0
900 – 1.000
0
0
1.000 – 1.100
4
1
1.100 – 1.200
9
3
1.200 – 1.300
14
4
1.300 – 1.400
11
9
1.400 – 1.500
7
11
1.500 – 1.600
4
10
1.600 – 1.700
2
7
1.700 – 1.800
0
4
1.800 – 1.900
1
2
1.900 – 2.000
0
1
800 –
CUADRO PARA EL PROBLEMA 4.9
Tasa de Producción
yd3/día
34
170
48
120
290
75
61
110
205
90
Fig. 4.3. Curvas de frecuencia de distribución para Tasas de producción de desecho
sólido para Probl. 4.10.
4.11. Una de las primeras etapas, en la dirección de un estudio de manejo de
desechos sólidos, es la identificación de los facto res que contribuyen a la
producción de desechos sólidos, ahora y en el futuro. En forma general,
enumere los factores que afectan la producción de desechos sólidos
municipales, industriales y agrícolas en su país, y enumere aquellos que
puedan afectar la producción en el futuro.
4.12. Describa las tendencias generales que usted esperaría en el futuro en la
producción de los siguientes tipos de desechos en su comunidad: Desechos
de alimentos, papel, plásticos, trapos, cueros y desechos de jardines. Qué
efecto tendrán las técnicas mejoradas de información sobre su respuesta.
4.5.
REFERENCIAS
1.
Colonna, R.A. and C. Mclaren: Decision-Makers Guide in Solid Waste
Management, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-127,
Washington, D.C. 1974.
2.
Drobny, N.L., H.E. Hull, and R.F. Testin: Recovery and Utilization of Municipal
Solid Waste, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-10c,
Washington, D.C., 1971.
3.
Eliassen, R.: Solid Waste Management: A Comprehensive Assessment of Solid
Waste Problems, Practices, and Needs, Office of Science and Technology,
Executive Office of the President, Washington, D.C. 1969.
4.
Hazardous Waste Management: Laws, Regulations, and Guidelines for the Handing
of Hazardous Wastes, California Department of Public Health, Sacramento. 1975.
5.
Pittmand, F.K.: Management of Radioactive Wastes, Water, Air, and Soil Pollution,
vol. 4, no 3, 1975.
6.
Report to Congress: Disposal of Hazardous Wastes, U.S. Environmental Protection
Agency, Publication SW-115, Washington, D.C., 1974.
7.
Resource Recovery and Source Reduction, First Report to Congress, U.S.
Environmental Protection, Agency, Publication SW-118, Washington, D.C. 1973.
8.
Resource Recovery and Source Reduction, Second Report to Congress, U.S.
Environmental Protection Agency, Publication SW-122, Washington, D.C. 1974.
9.
Resource Recovery and Source Reduction, Third Report to Congress, U.S.
Environmental Protection Agency, Publication SW-161, Washington, D.C. 1975.
10.
Schneider, K.J.: High level Wastes, in L.A. Sagen (ed), "Human and Ecological
Effects of Nuclear Power Plants," Charles C. Thomas, Springfield, III. 1974.
5.
MANEJO, ALMACENAMIENTO Y PROCESADO IN SITU
El manejo, almacenamiento y procesado de los desechos sólidos en la fuente, antes de ser
recogidos es el segundo de seis elementos funcionales en el sistema de manejo de desechos
sólidos. Debido a que este elemento puede tener un efecto importante sobre la salud
pública, sobre elementos funcionales subsiguientes y sobre actitudes públicas relacionadas
con la operación del sistema, es importante entender lo que comprende.
Este capítulo incluye: 1) Una descripción breve de los aspectos estéticos y de salud y 2)
discusiones detalladas de los métodos de manejo, almacenamiento y procesado y equipo de
fuentes residenciales.
Mientras las residencias y tipo de construcciones se pueden clasificar en varias formas, para
el propósito es adecuada una clasificación basada en el número de pisos. Las tres
clasificaciones más frecuentemente usadas y adoptadas en este texto son: poca altura,
menos de cuatro pisos; altura media, de cuatro a siete pisos y altos, más de siete pisos (4).
En la discusión del almacenamiento en la fuente, las construcciones residenciales de poca
altura se subdividen en las siguientes categorías. viviendas separadas unifamiliares,
unifamiliares unidas, como hileras o casas de poblaciones y multifamiliares, en las cuales
son típicos los jardines de apartamentos.
Se anota que el procesado en el sitio puede tener lugar en cualquier tiempo antes de la
recolección (antes, durante o después de almacenado) y además, se discute de la forma en
que sea apropiado a lo largo del capitulo. La discusión principal del procesado se presenta
en la última sección del capitulo.
Los desechos peligrosos se discuten por separado en el capitulo 11, debido a su importancia
crítica y exigencias especial izadas.
5.1. SALUD PUBLICA Y ESTETICA
Aunque los desechos sólidos residenciales representan una pequeñísima parte de los
desechos totales producidos en los Estados Unidos (5 por ciento o menos), ellos son quizá
los más importantes debido a que se producen en áreas con espacio limitado de
almacenamiento; como resultado, pueden tener impactos apreciables de salud pública y
estéticos.
Los intereses de Salud Pública están relacionados principalmente a la infestación de áreas
utilizadas para el almacenamiento de desechos sólidos con sabandijas e insectos que,
frecuentemente, sirven como un depósito potencial de enfermedad. Hasta donde se sabe la
medida más efectiva de control para ratas y moscas es el saneamiento apropiado.
Típicamente, esto comprende el uso de recipientes con tapas ajustadas, el lavado periódico
de los recipientes lo mismo que de las áreas de almacenamiento y la remoción periódica de
materiales biodegradables (generalmente en menos de 8 días), lo cual es especialmente
importante áreas con climas cálidos. En la Referencia 6 se puede encontrar una excelente
descripción de las relaciones desechos sólidos - enfermedad.
Las consideraciones estéticas están relacionadas a la producción de olores y las condiciones
desagradables a la vista que se pueden desarrollar cuando no se da atención adecuada al
mantenimiento de condiciones sanitarias. La mayoría de los olores se puede controlar
mediante el uso de recipientes con tapas ajustadas y manteniendo una frecuencia razonable
de recolección. Si persisten los olores, se puede rociar el contenido del recipiente con un
producto adecuado temporalmente. Para mantener condiciones estéticas, se debe fregar y
lavar el recipiente periódicamente.
5.2. MANEJO EN EL ORIGEN O IN SITU
El manejo en el origen se refiere a actividades asociadas con el manejo de los desechos
sólidos hasta que son colocados en recipientes utilizados para su almacenamiento antes de
la recolección. Dependiendo del tipo de servicio de recolección, también se puede necesitar
manejo para remover los recipientes llenos hasta el sitio de recolección y para devolver los
recipientes vacíos al lugar donde se colocan entre las recolecciones. Las personas
responsables del manejo en la fuente y del equipo auxiliar y las instalaciones que
normalmente se utilizan en las fuentes donde se producen los desechos, se enumeran en la
Tabla 5.1. En la siguiente discusión se describen los métodos de manejo en el origen
utilizados en fuentes residenciales y comerciales. Los métodos de manejo en otras fuentes
son variantes de estos mismos métodos, pero no se discuten porque tienden a ser
específicos para cada fuente.
Residencial
Debido a las diferencias importantes en las operaciones de manejo de desechos sólidos,
para viviendas de poca altura y apartamentos de altura media y elevada, en la siguiente
discusión se considera a cada una por separado.
Edificaciones de Poca Altura. Como se muestra en la Tabla 5.1. los residentes u ocupantes
de las edificaciones de poca altura son responsables de colocar los desechos sólidos, que
son producidos y acumulados, en recipientes de almacenamiento que se han colocado en
varios lugares dentro y alrededor de las edificaciones. Los t i pos de recipientes utilizados y
su ubicación se describen en la siguiente sección sobre almacenamiento. Ahora se dispone
de compactadores domiciliarios para reducir el volumen de los desechos a ser recolectados.
En muchos lugares se usan carros de mano para transportar los recipientes al lugar de
recolección.
Apartamentos en Edificaciones de Altura Media y Altos. Los métodos de manejo en la
mayoría de los edificios de apartamentos de altura media son similares a los que se utilizan
en edificaciones de poca altura y edificios altos, o varias combinaciones de ambos. Los
métodos varían dependiendo de la edad y localización de los edificios. En algunos de los
edificios más antiguos de apartamentos de media altura, todavía es una práctica común para
los ocupantes colocar recipientes frente a la entrada del apartamento y el recolector de los
desechos los recoge en cada piso.
TABLA 5.1. EQUIPO TÍPICO UTILIZADO PARA EL MANEJO DE DESECHOS
SÓLIDOS EN EL ORIGEN, POR FUENTES DE DESECHOS
Fuente
Personal Responsable
Equipo Auxiliar e Instalaciones
Residencial
Poca altura
Residentes, ocupantes
Altura Media
Ocupantes, cuadrillas de
mantenimiento de edificios,
servicio de conserjería,
administradores
Ocupantes, cuadrillas de
mantenimiento de edificios,
servicio de conserjería
Empleados, servicio de
conserjería
Edificios Altos
Comercial
Industrial
Empleados, servicio de
conserjería
Areas Libres
Propietarios, oficiales de
parques
Operadores de plantas
Lugares de
Plantas de
Tratamiento
Agrícola
Propietarios, trabajadores
Compactadores en viviendas, pequeños
carros de mano
Conductos por gravedad, servicio de
ascensores, carros de recolección,
transportadores neumáticos
Conductos por gravedad, servicio de
ascensores, carros de recolección,
transportes neumáticos
Carros de recolección sobre ruedas o
fijos, trenes de recipientes, sacos de tela,
servicio de ascensores, transportadores,
transportadores neumáticos
Carros de recolección sobre ruedas o
fijos, trenes de recipientes, sacos de tela,
servicio de ascensores, transportadores
Recipientes a prueba de vándalos
Transportadores varios y otro equipo e
instalaciones operadas a mano
Varía con la conveniencia individual
En edificaciones altas de apartamentos (por encima de siete pisos). Los métodos más
comunes de manejo de los desechos sólidos comprende uno o más de los siguientes pasos:
1) Los desechos son recogidos por personal de mantenimiento o porteros de los diferentes
pisos y llevados al sótano o área de servicio; 2) los ocupantes; 3) los desechos,
generalmente en bolsas, son colocados por los ocupantes en conductos verticales
especialmente diseñados (generalmente circulares con aberturas localizadas en cada piso),
Ver Figura 5.1.
Donde se usan molinos de basura en las cocinas, los desechos de alimentos y otros
materiales desmenuzables se muelen y descargan al sistema de recolección de aguas
residuales. Los periódicos se pueden empacar y colocar para que sean recogidos por
personal de recuperación de materiales o cuadrillas municipales, o pueden ser llevados por
los ocupantes, empacados o sueltos, al área de servicio para recoger o disponer. Los objetos
voluminosos generalmente son llevados al área de servicio por los ocupantes. Las cuadrillas
de mantenimiento de los edificios son responsables de manejar o procesar los desechos
acumulados en el área de servicio. Donde se utilizan equipos e instalaciones de procesado,
como incineradores y compactadores, junto con conductos de desechos sólidos, el personal
de mantenimiento del edificio es responsable de manejar el residuo del incinerador y/o los
desechos comprimidos, lo mismo que otros materiales llevados a las áreas de servicio por
los ocupantes.
Los ductos para edificios de apartamentos se encuentran disponibles en diámetros de 12 a
36 pulgadas (30 a 90 cms.), el tamaño más común es de 24 pulgadas (60 cm) de diámetro.
Todos los ductos disponibles se pueden dotar con puertas adecuadas de entrada, ya sean
goznes laterales o de fondo, para instalación en los diferentes niveles de los pisos (4).
Entre los muchos accesorios disponibles hay desvíos por sección en las estaciones de
entrada, puertas de cierre completo, aspersores, sistemas de desinfección, aislamiento y
ventiladores de techo. Se recomienda el uso de una unidad de desinfección y saneamiento
debido a que, en general, se ha encontrado que la limpieza del ducto y la ausencia de olores
dependen en gran parte de su uso (5). En el diseño de ductos para edificios altos, se deben
considerar las variaciones en las tasas a las que son descargados los desechos sólidos. En la
Figura 5.2. se muestran tasas típicas de descarga en apartamentos con ductos; en el
dimensionamiento de ductos es coman suponer 1) que la densidad de los desechos sólidos
es igual a 150 lb/yd3, 2) que todos los desechos diarios serán descargados en un período de
4 horas, 3) que entre 1 y 2 lb de desechos son producidos cada día por cada ocupante.
En algunos de los desarrollos más recientes en edificios de apartamentos, se han usado
sistemas subterráneos de transporte neumático junto con ductos individuales en cada
edificio, Ver Figura 5.3. Los sistemas neumáticos subterráneos se han utilizado para
transportar desechos, desde los puntos de descarga de los ductos en cada edificio, a un lugar
central para almacenamiento en recipientes grandes para procesado en el origen: En esta
aplicación se han utilizado sistemas de transporte a presión y al vacío.
Fig. 5.2. Variación típica en las tasas de descarga de desecho sólido para apartamentos
altos con ductos. (8) .
Comercial
En la mayoría de los edificios de oficinas y comerciales los desechos que se acumulan en
las oficinas individuales o lugares de trabajo, generalmente son recogidos en recipientes
relativamente grandes montados sobre rodillos. Una vez llenos, estos recipientes se
remueven por medio del ascensor de servicio, si hay alguno, y se vacían en: 1) Grandes
recipientes de almacenamiento ó 2) se usan compactadores junto con los recipientes de
almacenamiento ó 3) compactadores estacionarios que pueden comprimir el material en
bloques o en recipientes especialmente diseñados, y 4) otro equipo de procesado.
Debido a que muchos edificios grandes de oficinas y comerciales fueron diseñados sin
provisión adecuada para almacenamiento, en el origen, de los desechos sólidos, el equipo,
procesado y almacenamiento que se usa ahora es a menudo inadecuado y tiende a crear
problemas de manejo. Un método común de manejo en tales situaciones es vaciar el
contenido de los recipientes utilizados para recoger los desechos de las oficinas
individuales en sacos de lona. Una vez que se ha cargado el saco de lona se atan por las
esquinas y se llevan al sótano donde se amontonan hasta la recolección. Este método
trabaja y se usa extensamente aunque no es especialmente atractivo desde el punto de vista
de manejo de materiales.
5.3.
ALMACENAMIENTO EN EL ORIGEN O IN SITU
Los factores que se deben considerar en el almacenamiento en el origen de desechos sólidos
incluyen: 1) el tipo de recipiente a ser usado, 2) la ubicación del recipiente, 3) la salud
pública y la estética, y 4) los métodos de recolección a ser usados. Los dos primeros
factores se describen en la siguiente discusión, los aspectos de salud pública y estética se
discutieron antes en este capítulo. En el capitulo 6 se discuten varios métodos de
recolección y en las referencias 1 a 4 se pueden encontrar detalles adicionales.
Recipientes
Los tipos y las capacidades de los recipientes usados dependen, en gran parte, de las
características de los desechos sólidos a ser recolectados, la frecuencia de la recolección, el
espacio disponible para colocar los recipientes. En la Tabla 5.2. se resumen los tipos y
capacidades de los recipientes comúnmente usados ahora para almacenamiento de desechos
sólidos en el origen. En la Tabla 5.3. se reportan las aplicaciones y limitaciones típicas de
los recipientes. Algunos de los tipos más comunes de recipientes se muestran en las Figuras
5.4 y 5.5.
Edificaciones de Poca Altura. Debido a que los desechos sólidos son recogidos
manualmente de la mayoría de los edificios residenciales separados, los recipientes deben
ser suficientemente livianos para que sean manejados fácilmente por un recolector cuando
estén llenos. El manejo de recipientes muy pesados ha resultado en lesiones para los
recolectores; en general, el límite superior de peso debe estar entre 40 y 65 lb (18 y 30 Kg).
El recipiente de metal galvanizado o plástico de 30 galones (113.6 lts) ha demostrado ser el
medio menos costoso para almacenamiento en edificaciones de poca altura.
La selección de los materiales del recipiente depende de las preferencias del propietario de
la vivienda. Los recipientes de metal galvanizado tienden a ser ruidosos cuando se vacían y,
con el tiempo, se pueden dañar de manera que no es posible taparlos con un sello adecuado.
Algunos recipientes construidos de materiales plásticos, aunque menos ruidosos en el
manejo, tienden a rajarse a la exposición a los rayos ultravioleta del sol y a temperaturas de
congelación, pero los recipientes plásticos más costosos aparentemente no presentan estos
problemas.
Los recipientes temporales y desechables se usan comúnmente cuando hay servicio de
recolección en la acera y el propietario es responsable de colocar los desechos acumulados
sobre la acera para la recolección, Ver capítulo 6. Las bolsas de papel, cajas de cartón,
recipientes y bolsas plásticas y las cajas de madera se usan rutinariamente como recipientes
temporales y desechables. En condiciones normales, los recipientes temporales se
remueven junto con los desechos. El problema principal en el uso de recipientes temporales
es la dificultad en cargarlos; los recipientes de papel y cartón tienden a desintegrarse debido
a la filtración de líquidos. En áreas extremadamente cálidas donde se usan bolsas plásticas
desechables para recortes de prados, los recipientes plásticos frecuentemente se estiran o
rompen en las uniones cuando el recolector levanta la bolsa llena; tal ruptura es
potencialmente peligrosa y puede producir lesiones al recolector debido a la presencia de
vidrio y objetos agudos o peligrosos en los desechos.
Fig. 5.3. Sistema neumático de transporte de desechos sólidos (sistemas AVAC, Inc.)
Fig. 5.4. Recipientes usados para almacenar desechos sólidos in situ en viviendas de
poca altura
TABLA 5.2.
DATOS DE LOS TAMAÑOS Y TIPOS DE RECIPIENTES USADOS PARA ALMACENAMIENTO DE LOS DESECHOS
SÓLIDOS
Unidad
CAPACIDAD
Rango
Típico
PEQUEÑO
Recipiente plástico o metal galvanizado
gal.
20-40
30
Barril, plástico, aluminio o fibra
gal.
20-65
30
Bolsas desechables de papel estándar
gal.
20-55
30
Resistente a escapes
gal.
20-55
30
A prueba de escapes
gal.
20-55
30
Bolsas plásticas desechables
RECIPIENTE MEDIANO
yd3
1-10
4
RECIPIENTE GRANDE
Abierto arriba con rodamientos (llamados
yd3
12-50
±
también cajas de escombros)
Usado con compactador estacionario
yd3
20-40
±
3
Equipado con mecanismo de compactación
yd
20-40
±
incluido
RECIPIENTE MONTADO EN TRAILER
Abierto arriba
yd3
20-50
±
3
Cerrado, equipado con mecanismo de
yd
20-40
±
compactación
* D = Diámetro, H = Altura, W = ancho, d = profundidad
+ El tamaño varía con las características de los desechos y las condiciones locales del sitio
NOTA:
gal x 0.003785 = m3
pg x 2.54 = cm
yd x 0.7646 = m3
pie x 0.3048 = m
Unidad
pg
pg
pg
pg
pg
DIMENSIONES
Típico
pg
20D x 26H (30 gal)
20D x 26H (30 gal)
15W x 12d x 43H (30 gal)
como el anterior
como el anterior
18W x 15d x 40H (30 gal)
72W x 42d x 65H (4 yd3)
pie
8W x 6H x 20L (35 yd3)
pie
pie
8W x 6H x 18L (30 yd3)
8W x 8H x 22L (30 yd3)
pie
pie
8W x 12H x 20L (35 yd3)
8W x 12H x 24L (35 yd3)
TABLA 5.3.
APLICACIONES Y LIMITACIONES TÍPICAS DE LOS RECIPIENTES USADOS PARA ALMACENAMIENTO DE
RESIDUOS SÓLIDOS EN EL ORIGEN
APLICACIONES TÍPICAS
LIMITACIONES
TIPO DE
RECIPIENTE
PEQUEÑO
Recipiente, plástico o
metal galv.
Bolsas de papel
desechables
Bolsas de plástico
desechables
Recipientes medianos
Recipientes grandes de
tapa abierta
Recipiente usado con
compactador
estacionario
Fuentes de desecho de muy poco volumen, como casas,
sendas en parques, pequeños estanques y pequeños
establecimientos comerciales aislados; áreas
residenciales de poca altura con servicio de recolección
asignado.
Los recipientes se dañan con el tiempo y se
degradan en apariencia y capacidad; los
recipientes aumentan el peso que se debe levantar
durante las operaciones de recolección; los
recipientes no son suficientemente grandes para
contener desechos voluminosos.
Casas individuales con servicio de recolección; se
El almacenamiento en las bolsas es más costoso;
pueden usar solas o como forro interior de un recipiente si las bolsas se colocan sobre las aceras, los perros
doméstico; áreas residenciales de altura baja y media.
y otros animales las rompen y esparcen su
contenido, las bolsas mismas aumentan los
desechos.
Casas individuales con servicio de recolección, se
El almacenamiento en las bolsas es más costoso;
pueden usar solas o como forro interior de un recipiente; las bolsas se desgarran fácilmente produciendo
para climas fríos, las bolsas son útiles para guardar
dispersión y condiciones desagradables, las bolsas
basura húmeda dentro de recipientes domésticos lo
se vuelven quebradizas en climas muy fríos, se
mismo que en recipientes comerciales; áreas comerciales producen roturas, el poco peso y la durabilidad
e industriales.
del plástico crea problemas posteriores de
disposición.
Fuentes de desechos de volumen medio que también
La nieve dentro de los recipientes forma hielo y
disminuye la capacidad mientras aumenta el peso;
pudieran tener desechos voluminosos; la ubicación se
debe seleccionar para la recolección, proceso directo de es difícil alcanzar a los recipientes después de
camiones, áreas residenciales de alta densidad, áreas
nevadas fuertes.
comerciales e industriales.
Areas comerciales de gran volumen, desechos
El costo inicial es alto, la nieve dentro de los
voluminosos en áreas industriales: la ubicación debe
recipientes reduce su capacidad.
estar en un área cubierta con acceso directo de camiones.
Areas comerciales con volúmenes muy altos de
El costo inicial es alto, si se compacta demasiado
desechos, la ubicación debe ser fuera de las edificaciones el recipiente es difícil descargarlo en el lugar de
con acceso directo de los camiones de recolección.
disposición.
(a)
(b)
Fig. 5.5. Recipientes usados para almacenamiento de desechos sólidos en el origen; en
apartamentos e instalaciones comerciales: a) apartamentos de poca altura, b)
establecimientos comerciales
Con disponibilidad abundante de productos de papel y plásticos, ahora es común el uso de
forros en los recipientes; todos los tipos de espesores y grados de materiales son
disponibles. Nuevamente, en la mayoría de las áreas, se ha dejado al proletario decidir que
tipo de forro a usar, si lo hace. Una desventaja del uso de forros es la de si se van a
recuperar desechos, metales o vidrio, o si van a ser incinerados, es necesario romper las
bolsas en una etapa de procesado; así, aunque su uso puede ser una conveniencia para el
propietario de la casa, los forros pueden no ser ideales desde el punto de vista de
recuperación y recirculación.
En complejos de apartamentos de poca altura, se han usado un número de diferentes
recipientes de almacenamiento. Los dos tipos más comunes son: 1) recipientes individuales
de plástico o metal galvanizado y 2) recipientes grandes portátiles o fijos. Donde los
edificios de apartamentos están agrupados unos cerca de otros, se asignan recipientes a
edificios individuales y con frecuencia se ubican en un área común.
Aunque los recipientes individuales son usados en algunas edificaciones de apartamentos
de poca altura, la práctica más común es utilizar uno o más recipientes grandes para un
grupo de edificios. Típicamente, los recipientes permanecen en áreas cerradas con acceso
fácil a una calle cercana. Con frecuencia, se cubren los sitios para los recipientes; en la
mayoría de los lugares los recipientes están equipados con asideras o rodamientos de
manera que se puedan mover fácilmente para ser vaciados en los vehículos de recolección
o en el equipo de procesado en el origen.
Edificios de Apartamentos de Altura Media y Altos. Donde se dispone de ductos para
desechos sólidos, no se usan recipientes separados para almacenamiento. En algunos
edificios antiguos de apartamentos de mediana altura y altos sin ductos, los desechos se
almacenan en recipientes en los predios entre recolecciones .Los medios más comunes de
almacenamiento, utilizados para desechos acumulados de apartamentos individuales,
Incluyen: 1) recipientes grandes abiertos arriba: 2) recipientes cerrados de almacenamiento
o bolsas desechables usadas junto con compactadores estacionarios, 3) recipientes
equipados con un mecanismo interno de compactación y 4) recipientes especiales usados
junto con equipo de procesado.
Comercial. Las técnicas de almacenamiento utilizadas en instalaciones comerciales
dependen, en gran parte, de los métodos internos utilizados para recolectar los desechos
producidos en varios lugares dentro de la instalación y e espacio disponible, Ver Figura 5.5.
Normalmente se usan recipientes grandes abiertos en el tope. El uso de recipientes
equipados con mecanismos de compactación junto con compactadores estacionarios está
aumentando donde se produce una cantidad considerable de material recuperable; también
se puede usar equipo especial de procesado en el origen.
Ubicación de los Recipientes
Los recipientes usados en viviendas separadas, de poca altura, generalmente se colocan
entre recolecciones. 1) a los lados o detrás de la casa, 2) en caminos cuando la recolección
se hace en los caminos, 3) en el garaje o donde se disponga alguna ubicación común
destinada específicamente para ese propósito. Aunque se han utilizado canecas sobre el
suelo, no se recomiendan. Cuando dos o más viviendas están cerca una de otra, se puede
construir una placa de concreto en algún lugar conveniente entre ambas. La loza puede
estar abierta o encerrada por un corral de madera, se pueden desarrollar condiciones
antihigiénicas en las placas con corral a menos que se supervisen cuidadosamente.
La ubicación de los recipientes en instalaciones comerciales e industriales existentes
depende tanto de la ubicación del espacio disponible como de las condiciones de acceso del
servicio. En muchos de los últimos diseños se han incluido áreas especificas para este
propósito. Con frecuencia, debido a que los recipientes no son propiedad de la actividad
comercial o industrial, las ubicaciones y tipos de recipientes a ser usados para el
almacenamiento en el origen debe ser escogido, de común acuerdo, entre el propietario de
la construcción y la agencia pública o privada de recolección.
5.4.
PROCESADO DE DESECHOS SÓLIDOS EN EL ORIGEN O IN SITU
La trituración, separación, compactación, fragmentación, digestión controlada y formación
de pulpa son todos métodos usados de procesado en el origen para: 1) reducir el volumen,
2) alterar la forma física, o 3) recuperar materiales utilizables de los desechos sólidos. En la
Tabla 5.4. se enumeran operaciones típicas de procesado en el origen e instalaciones por
fuentes. En esta sección se discute el procesado como se aplica a fuentes residenciales y a
grandes fuentes comerciales e industriales; en el capítulo 8 se pueden encontrar detalles de
equipo y procesos adicionales, debido a que la selección adecuada del equipo de procesado
en el origen es de gran importancia, sin embargo, los factores claves que se deben
considerar en su selección se resumen en la Tabla 5.5.
Viviendas de Poca Altura
Las operaciones más comunes de procesado en el origen que se utilizan en viviendas
separadas de poca altura incluyen molido, separación, fermentación controlada e
incineración.
Molido. En los últimos 20 años el uso de molinos residenciales ha ganado tanta aceptación
que, en algunas áreas, casi todas las casas están equipadas con ellos. Los molinos
residenciales se utilizan principalmente para desechos de la preparación, cocción y servida
de alimentos y no se pueden usar para huesos grandes y otros objetos voluminosos.
Funcionalmente, los molinos vuelven el material que pasa por ellos adecuado para ser
transportado en el sistema de alcantarillado. Debido a que el material orgánico agregado a
las aguas residuales ha resultado en la sobrecarga de muchas instalaciones de tratamiento,
ha sido necesario, en algunas comunidades, prohibir la instalación de molinos en nuevas
urbanizaciones hasta tanto no se disponga de capacidad adicional de tratamiento.
TABLA 5.4. OPERACIONES TÍPICAS E INSTALACIONES UTILIZADAS PARA EL
PROCESADO DE DESECHOS SÓLIDOS POR ORÍGENES O FUENTES
Fuente
Residencial
Poca altura
Personas Responsables
Residentes, ocupantes
Altura media y Ocupantes
alta
Cuadrillas de mantenimiento
Industrial
Servicio de Conserjería
Areas libres
Propietarios, operadores de
parques
Operadores de plantas
Plantas de
tratamiento
Agricultura
Propietario, trabajadores
Operaciones e Instalaciones
Triturado, separación, compactación,
digestión controlada, incineración
Triturada, separación (papel)
compactación
Compactación, incineración,
fragmentación, incineración
formación de pulpa.
Separación, compactación,
fragmentación, incineración,
formación de pulpa.
Compactación, incineración.
Instalaciones de secado
Varía con la instalación individual.
En términos de la operación de recolección, el uso de molinos no tiene un impacto
importante sobre el volumen de los desechos sólidos recolectados; todavía más, la
diferencia de peso no es grande. En algunos casos donde se usan molinos, ha sido posible
aumentar el tiempo entre recolecciones debido a que no se almacenan los desechos que se
pudieran descomponer rápidamente.
Separación. La separación a mano de papel, latas de aluminio y vidrio, en la casa, es una de
las maneras más positivas para realizar la recuperación y reuso de materiales. Una vez
apartado el desecho en recipientes separados, el mayor problema que afronta el dueño de
casa es el qué hacer con los desechos hasta que sean recolectados o llevados a un centro
local de reuso. En el ejemplo 5.1. se considera el efecto de la recuperación en la casa.
Ejemplo 5.1. Efecto de la recuperación en la casa sobre el contenido de energía de los
desechos sólidos.
Utilizando la distribución típica de porcentajes dados en la Tabla 4.2.,(Capítulo 4), estime
el número de Btu por libra de desecho sólido remanente si el 90% del cartón y 60% del
papel fueran recuperados por las amas de casa.
TABLA 5.5.
FACTOR
Idoneidad
FACTORES QUE SE DEBIERAN CONSIDERAR EN LA EVALUACIÓN DE
EQUIPO DE PROCESADO EN EL ORIGEN
EVALUACIÓN
¿Qué hará el mecanismo o accesorio? ¿Será su uso una mejora sobre las
prácticas convencionales?
Confiabilidad
¿Realizará el equipo las funciones designadas con poca atención
además del mantenimiento? ¿Ha sido demostrada la efectividad del
equipo mediante el uso durante un tiempo razonable o únicamente se ha
predicho?
Servicio
¿Se necesitarán ocasionalmente servicios fuera de los del personal de
mantenimiento del edificio? ¿Se dispone de personal de servicio
adecuadamente entrenado, suministrado por el fabricante o el
distribuidor local?
Seguridad de la
¿El equipo propuesto es razonablemente seguro de manera que pueda
Operación
ser operado por los ocupantes o personal del edificio con escasos
conocimientos o habilidades mecánicas? ¿Tiene protección adecuada
para desaprobar el uso negligente?
Facilidad de la
¿Es el equipo fácil de operar por un ocupante o personal del edificio? A
Operación
menos que las funciones y operaciones reales del equipo se puedan
ejecutar fácilmente, se pueden ignorar o “ejecutar” por personal pagado
y más a menudo por ocupantes “que pagan”.
Eficiencia
¿El equipo funciona eficientemente y con un mínimo de atención? Se
debe seleccionar el equipo que, bajo la mayoría de las condiciones,
completa un ciclo de operación cada vez que se utiliza.
Efectos
El equipo poluye o contamina el ambiente. Donde sea posible, el
Ambientales
equipo debe reducir la polución asociada con las funciones
convencionales.
Peligros para la
¿El accesorio, mecanismo o equipo crea o amplifica los riesgos para la
salud
salud?
Estética
¿El equipo y su disposición ofende los sentidos? Se debe hacer todo
esfuerzo para reducir o eliminar ofensas a la vista, olores y ruidos.
Economía
¿Cuáles son los aspectos económicos contemplados? Se deben
considerar los costos iniciales y anuales. Los costos futuros de
operación y mantenimiento se deben evaluar cuidadosamente. Siendo
todos los factores iguales, el equipo producido por compañías bien
establecidas, que tienen una historia comprobada de operación
satisfactoria, deben ser considerados.
* Adaptado de Ref. 4
Solución
1.
De la Tabla 4.10 el contenido de energía total de 100 lb de desechos con la
composición dada en la Tabla 4.2. es igual a 476.230 Btu.
2.
Determine el contenido de energía y el peso de 90% de cartón en la muestra
original.
Contenido de energía, 90% de cartón
= 0.90 (28.000 Btu), vea Tabla 4.10
= 25.200 Btu.
Peso de 90% de cartón
= 0.90 (4 lb), vea Tabla 4.10
= 3,6 lb
3.
Determine el contenido de energía y peso de 60% de papel en la muestra
original.
Contenido de energía, 60% de papel
= 0.60 (288.000 Btu), vea Tabla 4.10
= 172.800 Btu
Peso, 60% de papel
= 0.60 (40 lb), vea Tabla 4.10
= 24 lb.
4.
Determine el contenido total de energía, peso y contenido de energía por
libra de muestra original después de haber recuperado el cartón y el papel.
Energía total después de la recuperación
(476.230 - 25.200 - 172.800) Btu
= 278.230 Btu
Peso total después de la recuperación
= (100 - 3.6 - 24) lb
= 72.4 lb
Contenido de energía por libra después de la recuperación
= 278.230 Btu = 3.843 Btu/lb (8.939 Kj/Kg) vs 4.762 Btu/lb
72.4
(11.076 Kj/kg) en la muestra original
Comentario. En esta muestra, la remoción en peso de aproximadamente 28% de los
desechos, redujo el contenido de energía por libra de muestra original en aproximadamente
el 20%. Si se fueran a incinerar los desechos sólidos para convertirlos en energía, se
hubiera tenido que evaluar la factibilidad económica de operación de recuperación para
determinar si es efectiva en costo.
Compactación. En los últimos años han aparecido en el mercado un número de pequeños
compactadores para uso en la casa. Los fabricantes reclaman para estas unidades, en
términos de compactación una relación generalmente basada en la compactación de papel y
cartón sueltos. Aunque es posible reducir el volumen original de los desechos colocados en
ellos en un 70%, se pueden usar únicamente para una pequeña proporción de los desechos
realmente producidos. El efecto del uso de compactadores domésticos sobre el volumen de
los desechos recogidos, se ilustra en el ejemplo 5.2.
El uso de compactadores domésticos también puede ser improductivo desde el punto de
vista de operaciones subsiguientes de procesado. Por ejemplo, si se van a separar los
desechos mecánicamente en sus componentes, Ver Capítulo 8. Habrá que romper
nuevamente los desechos compactados antes de separarlos. También por compactación, los
desechos se pueden volver tan saturados con los líquidos presentes en los desechos de
alimentos, pudiendo no ser factible la recuperación de papel y otros componentes.
Ejemplo 5.2. Efecto de compactadores domésticos sobre el volumen de los desechos
sólidos recolectados.
Suponga que las unidades de compactación doméstica van a ser instaladas en Davis,
California. Estime la reducción del volumen que se podría alcanzar en los desechos sólidos
recolectados si la densidad compactada es igual a 20 lb/pie3 y son aplicables los datos en las
Tablas 4.2 y 4.6.
Solución
1.
Construya una tabla de cálculos, ver Tabla 5.6, para determinar el volumen
de los desechos como sales de los recipientes, utilizando datos en las Tablas
4.2 y 4.6.
2.
Determine el volumen de desechos compactados, excluyendo recortes de
jardín, madera, metales ferrosos y tierra, cenizas, ladrillos, etc.
Volumen compactado
3.
= (100 – 14.3 – 3.5 – 4.3 - 1.1) lb
20 lb/pie3
= 76.8 lb__ = 3.8 pie3
10 lb/pie2
Determine la reducción en volumen para el material comprensible.
Reducción en volumen = (12.4 - 3.8) pie3 x 100 = 69 por ciento
12.4 pie3
4.
Determine la reducción total en volumen lograda con un compactador
doméstico, tomando en cuenta los recortes de jardín, madera, metales
ferrosos, tierra, cenizas y ladrillo, etc.
Reducción total de volumen
= (15.09) pie - (2.2 + 0.23 + 0.22 + 0.04 + 3.8) pie3 . 100
15.09 pie3
= 15.09 - 6.49 .100
15.09
= 57 por ciento
Comentario. Cuando se evalúa la reducción total en volumen, se vuelve manifiesto que la
efectividad de un compactador doméstico es menor. Esto es especialmente cierto a medida
que los porcentajes de los componentes no compactados como los recortes de jardín,
aumentan.
Fermentación controlada. En los años 1970 la fermentación controlada en las casas como
medio de recirculación de materiales orgánicos creció en popularidad. Es una manera
efectiva de reducir el volumen y alterar la composición física de los desechos sólidos
mientras se fabrica un subproducto útil al mismo tiempo. Se utiliza una variedad de
métodos, dependiendo del espacio disponible y de los desechos a ser fermentados. En el
capítulo 9 se pueden encontrar detalles adicionales del proceso. En términos del total de
problemas afrontados en el manejo de desechos, por la mayoría de las ciudades, el impacto
de la fermentación controlada en casas sobre el volumen de los desechos sólidos a ser
manejados es despreciable.
Incineración. Hasta hace poco era una práctica común la incineración en casas, quema de
material combustible en chimeneas y quema de desechos en incineradores en los patios. La
incineración en los patios ahora es prohibida en muchas partes del país. El efecto de la
eliminación de la quema de desechos en patios sobre la cantidad de desechos recolectados
se muestra en la Figura 5.6. sin embargo, la magnitud del efecto variará significativamente
con el lugar.
Sin embargo, el diseño de pequeños incineradores a la intemperie y bajo techo ha mejorado.
El incinerador más simple a la intemperie consiste en un tambor de metal con huecos
perforados cerca del fondo. Las unidades más elaboradas están cubiertas por ladrillo
refractario y están equipadas con parrillas de hierro fundido y pequeñas chimeneas.
Algunos incineradores bajo techo (interiores) están provistos con una fuente auxiliar de
combustible. La apariencia del mejor incinerador de interior es parecida a la de otros
artefactos caseros, como calentadores de agua. En las referencias 1 y 2 se pueden encontrar
detalles adicionales de incineradores domésticos.
TABLA 5.6. DETERMINACIÓN DE VOLUMEN PARA DESECHOS SÓLIDOS COMO
SON SACADOS DE LOS RECIPIENTES PARA EL EJEMPLO 5.2.
Componente
Desechos de alimentos
Peso
lb
9.5
Densidad
lb/pie3
18
Volumen
Pie3
0.53
Papel
43.1
5.1
8.45
Cartón
6.5
6.2*
1.05
Plásticos
1.8
4
0.45
Textiles
0.2
4
0.05
Caucho
-
8
-
1.5
10
0.15
Recortes de jardín
14.3+
6.5
(2.20)
Madera
3.5+
15
(0.23)
Vidrio
7.5
12.1
0.62
Envases de hojalata
5.2
5.5
0.95
Metales no ferrosos
1.5
10
0.15
Metales ferrosos
4.3+
20
(0.22)
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
1.1+
30
(0.04)
Cuero
100
15.09
12.40++
*
Cartón parcialmente comprimido a mano antes de ser colocado en el recipiente.
Componentes que generalmente no son colocados en los compactadores de casas.
++
Total no incluye las cifras entre paréntesis.
+
NOTA:
lb x 0.4536 = Kg
lb/pie3 x 16.019 = Kg/m3
pie3 x 0.02633 = m3
El impacto del uso de incineradores domésticos sobre la disposición varía, dependiendo de
los métodos usados para la disposición de desechos municipales sólidos. En el caso de la
incineración municipal, el uso generalizado de incineradores domésticos puede necesitar
del uso de combustibles auxiliares, diseños especiales o procedimientos de la operación (1).
En el caso de la disposición sobre el suelo, el uso de incineradores domésticos puede
reducir tanto los componentes putrescibles como el volumen total de los desechos sólidos a
ser dispuestos.
Apartamentos de media y gran altura
Las operaciones de procesado utilizadas en edificios de apartamentos de media y gran
altura para desechos acumulados de apartamentos individuales incluyen compactación,
incineración, trituración y reducción a pulpa, lo mismo que molienda y separación como se
describe para viviendas de poca altura. En la Referencia 3 se revisan otras instalaciones de
manejo. Los detalles mecánicos de estas operaciones se pueden encontrar en el Capítulo 8.
Fig. 5.6. Efecto de la eliminación de quema de desechos en patios, sobre la cantidad de
desechos sólidos recolectados (División de Manejo de Desechos Sólidos, Sacramento
County, Sacramento, California. Datos con base en 85.000 cuentas)
Compactación. En grandes edificios de apartamentos, generalmente, se instalan unidades de
compactación para reducir el volumen de los desechos sólidos que se deben manejar.
Normalmente, un compactador se instala en la base del ducto de desechos sólidos, Ver
Figura 5.7. Los desechos que caen por el ducto activan el compactador mediante células
fotoeléctricas o interruptores de límite. Una vez son activados los interruptores, los
desechos son comprimidos. Dependiendo del diseño del compactador los desechos
comprimidos pueden ser entregados en paquetes o arrojados y cargados automáticamente
en recipientes de metal o bolsas de papel. Cuando se ha formado un paquete o se ha llenado
un recipiente o bolsa, el compactador se desconecta automáticamente y se enciende una luz
de prevención. Entonces, el operador debe atar y remover el paquete del compactador, o
remover la bolsa llena y reemplazarla por una bolsa vacía. En algunas aplicaciones se
puede garantizar el uso del equipo completamente automático. En el dimensionamiento de
equipo de compactación para usar junto con ductos de desechos sólidos en apartamentos, es
común usar las mismas suposiciones utilizadas en el dimensionamiento de los ductos, como
se discutió previamente.
Fig. 5.7. Instalación de Compactador alimentado por ducto usado para apartamentos.
Mientras el empleo de compactadores reduce el volumen total de los desechos a ser
manejados, se debe recordar que el peso permanece igual. Normalmente, el volumen
compactado variará de 20 a 60 por ciento o menos del volumen original. Los desechos
sólidos compactados son aceptables donde la disposición es mediante relleno del suelo.
Donde se usan incineradores, los desechos compactados deben desintegrarse para evitar la
combustión retardada en el hogar y grandes pérdidas de materiales combustibles sin
quemar. Es imposible recuperar componentes individuales de los desechos compactados a
menos que los desechos sean separados previamente. Se deben considerar todos estos
factores cuando se está evaluando el uso de compactadores en el origen.
Incineración. La incineración puede alcanzar una reducción considerable en las necesidades
de manejo y almacenamiento en la fuente lo mismo que en las instalaciones de recolección
y disposición, al reducir el volumen al 10 por ciento o menos y al 25 por ciento o menos del
peso de los desechos cargados en el incinerador.
Se usan dos tipos de incineradores, dependiendo del método de cargarlos: alimentado por la
chimenea y alimentado por ductos. En el tipo alimentado por la chimenea los desechos se
cargan directamente a través de puertas en cada piso en el tubo refractario, el fondo del cual
abre directamente encima del hogar de la cámara de combustión, Ver Figura 5.8. En el tipo
alimentado por ductos, los desechos se cargan a través de puertas de tolvas sobre cada piso,
en un ducto de metal y se recogen en una tolva en el sótano. Los desechos se transfieren
entonces manual o mecánicamente, al hogar.
Trituración y Reducción a Pulpa. La trituración y reducción a pulpa son operaciones
alternas de procesado que han sido utilizadas junto con los métodos anteriores y solas, para
reducir el volumen de los desechos que se deben manejar. Donde se usa la trituración sola
sin la adición de agua, se ha observado que el volumen de los desechos con frecuencia
aumenta.
En la Figura 5.9. se muestra un sistema pulverizador típico. Los desechos de
varios pisos son arrojados en un dueto que descarga en un tanque para pulpa. En el tanque
para pulpa, se agrega agua y mantiene a un nivel apropiado. Los desechos son triturados en
una pulpa por los dientes en el plato impulsador localizado en el fondo del tanque para
pulpa. Los componentes que se no pueden convertir en pulpa, como metales y vidrio, se
descargan en una cámara de recolección después de ser reducidos en tamaño. La pulpa
semilíquida pasa a través de un anillo de clasificación, donde no se permite el paso de
materiales, de mayor tamaño, fuera del pulpador. La pulpa semilíquida se descarga
entonces a la prensa de secado donde es recogida por un tornillo helicoidal en un espacio
perforado. A medida que el material es movido hacia arriba por el tornillo, se extrae el agua
y la pulpa medio seca es descargada en un recipiente. El agua extraída es devuelta al tanque
para pulpa (8). El exceso de agua contiene alguna pulpa residual y es descargada al sistema
de recolección de aguas residuales.
Fig. 5.8. Incinerador de chimenea única con lavador o techo precipitador (Adaptado
de Referencia 7).
Aunque el sistema trabaja bien, y se reduce el volumen de desechos sólidos, es costoso. Se
puede necesitar equipo especial para remover y vaciar los recipientes llenos de pulpa. Una
alternativa es descargar el material de la pulpa en el alcantarillado local; esto se hace a
menudo en pequeñas operaciones donde se usa un pulpador para destruir documentos
confidenciales anticuados. Debido a que la descarga de material de pulpa aumenta la carga
orgánica sobre instalaciones locales de tratamiento, si la capacidad de tratamiento es
limitada puede ser restringido el uso de pulverizadores.
Instalaciones Comercio- Industriales
Para la mayoría de los casos, las operaciones de procesado en el origen ejecutadas en
instalaciones Comercio- Industriales son parecidas a las descritas para fuentes
residenciales. Las diferencias ocurren principalmente en instalaciones industriales. Debido
a que la mayoría de los procesos tienden a ser específicos de la industria, no se ha hecho el
intento de documentar los distintos procesos que han sido usados. En el capítulo 8 se
discuten métodos adicionales de procesado aplicables a grandes industrias.
Fig. 5.9. Pulverizador de desecho sólido para usos en complejos de apartamentos
(AMSCO- WASCON System, Inc.)
5.
TEMAS DE DISCUSIÓN Y PROBLEMAS
5.1.
Haga un recorrido alrededor de su (barrio) comunidad y haga una breve
observación de los diferentes tipos de recipientes sólidos usados ahora.
5.2.
Obtenga una distribución de los componentes de los desechos sólidos
producidos en su (barrio) comunidad y determine la reducción en porcentaje
que se podría alcanzar si se instalaran compactadores domésticos. Crea que
la densidad de los desechos compactados es de 20 lb/pie3, compare su
respuesta con aquella del ejemplo 5.2.
5.3.
El molino de la cocina de una vivienda unifamiliar se ha roto. Suponga que
tomará una semana reparar la unidad, y estime el aumento en volumen y
peso de los desechos sólidos a ser recolectados. Imagine que la familia tiene
cuatro miembros y que la frecuencia de la recolección es de una vez por
semana.
5.4.
Crea que las cantidades diarias de desechos sólidos producidos en una
instalación comercial se distribuyen normalmente, Ver Apéndice C, con un
valor medio de 10 yd3 y una desviación estándar de 7 yd3. ¿Cuál sería el
tamaño del recipiente que usted recomendaría para esta instalación?. ¿Cuáles
son las concesiones importantes en la selección del tamaño del recipiente?.
5.5.
Usando datos presentados en la Figura 5.2. estime el tamaño del recipiente a
ser usado con un ducto por gravedad para un edificio de apartamentos de 24
pisos con 192 unidades individuales de vivienda, si el recipiente va a ser
vaciado a diario. Crea que cada unidad de vivienda es ocupada por 3.2.
personas.
5.6.
¿Cuál desplazamiento de volumen del compactador (Ej. Capacidad)
expresado en términos de yardas cúbicas por hora, recomendaría usted para
ser usado en el edificio de apartamentos de 24 pisos del problema 5.5?
5.7.
Como ingeniero consultor, usted ha sido comisionado para desarrollar un
sistema integrado de desechos sólidos para una comunidad interesada en
obtener una mayor recuperación y reuso de sus desechos sólidos. Dos de las
posibles alternativas son separación en la vivienda o separación en el lugar
de disposición.
¿Cuáles son los factores importantes que se deben considerar en la
evaluación de estas dos alternativas?
5.8.
Enumere las ventajas y desventajas asociadas con la separación de desechos
sólidos en la vivienda e idee un esquema práctico de separación de papel,
latas de aluminio y vidrio de colores en las viviendas. Sugiera y discuta
cualquier posible problema de implementación de su plan.
5.6.
REFERENCIAS
1.
American Public Works Association: "Municipal Refuse Disposal," 3d ed., Public
Administration Service, Chicago, 1970.
2.
American Public Works Association, Institute for Solid Wastes: "Solid Waste
Collection Practice," 4th ed., American Public Works Association, Chicago, 1975.
3.
Connelly, J.A. (ed.): Abstracts: Selected Patents on Refuse Handling Facilities for
Buildings, U.S. Department of Health. Education, and Welfare, Public Health
Service, Publication 1793, Cincinnati, Ohio, 1968.
4.
Greenleaf/ Telesca. Planners. Engineers, and Architects: Solid Waste Management
in Residential Complexes, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW35c. Washington, D.C. 1971.
5.
Guidelines for Local Governments on Solid Waste Management, U.S.
Environmental Protection Agency, Publication SW-17c. Washington, D.C., 1971.
6.
Hanks, T. G.: Solid Waste/Disease Relationships, U.S. Department of Health,
Education, and Welfare, Solid Wastes Program, Publication SW-1C, Cincinnati,
Ohio, 1967.
7.
Meissner. H.G.: B. Multiple Dwellings, in R.C. Corey (ed.), "Principles and
Practices of Incineration," Wiley- Interscience, New York, 1969.
8.
Solid Waste Management in High- Rise Dwellings, A Consideration, U.S.
Environmental Protection Agency, Publication SW-27cl, Washington, D.C. 1972.
6.
RECOLECCION DE DESECHOS SÓLIDOS
La recolección de desechos sólidos en áreas urbanas es difícil y compleja debido a que la
producción de desechos sólidos residenciales, comerciales e industriales es un proceso
disperso que tiene lugar en cada casa, cada edificio, apartamento y cada instalación
comercial e industrial, lo mismo que en las calles, parques y aún áreas libres de cada
comunidad. El rápido desarrollo de suburbios en todo el país ha complicado más la tarea de
recolección.
A medida que los patrones de producción se vuelven más dispersos, la cantidad total de
desechos aumenta, los problemas logísticos asociados con la recolección se hacen más
complejos. Aunque estos problemas siempre han existido en algún grado, ahora se han
vuelto más críticos debido al costo elevado de los combustibles y la mano de obra. De la
cantidad total de dinero gastado en la recolección, transporte y disposición de los desechos
sólidos en 1975, se gastó aproximadamente del 60 a 80% en la recolección. Este hecho es
importante debido a que un pequeño porcentaje de mejora en la recolección puede
significar un ahorro apreciable en el costo total.
En vista de su importancia, la operación de recolección se discute en detalle en este
capítulo. La información se presenta en cinco partes: 1) el tipo de servicios de recolección
que se presta, 2) los tipos de sistemas de recolección y algún equipo que se utiliza ahora, lo
mismo que las necesidades de mano de obra, 3) un análisis de los sistemas de recolección,
incluyendo las relaciones componentes que se pueden usar para cuantificar las operaciones
de recolección, 4) la metodología general que comprende la fijación de rutas de recolección
y 5) algunas de las técnicas más avanzadas de análisis que se pueden usar para evaluar las
operaciones de recolección.
6.1.
SERVICIOS DE RECOLECCIÓN
El término recolección, como se anotó en el capítulo 2, incluyendo no sólo la recogida de
los desechos sólidos de las diferentes fuentes, sino también el acarreo de estos desechos al
lugar donde se vacía el contenido de los vehículos de recolección. El descargue del
vehículo de recolección también es considerado como parte de la operación de recolección.
Mientras las actividades asociadas con el acarreo y el descargue son parecidas para casi
todos los sistemas de recolección, la recogida o alzada de los desechos variará con las
características de las instalaciones, actividades o lugares donde se producen los desechos,
Ver Tabla 4.1., y las maneras y medios usados para el almacenamiento en el origen, de los
desechos acumulados entre las recolecciones.
En esta sección se describen los diferentes tipos de servicios de recolección usados ahora
para fuentes residenciales y comercio- industriales. Las otras fuentes consideradas en la
Tabla 4.1. no se discuten por separado debido a que los servicios de recolección para ellos
son específicos para el sitio y, en la mayor parte, son variantes de los usados para fuentes
residenciales y comercio- industriales.
Servicio de Recolección Residencial
El servicio de recolección residencial varía dependiendo del tipo de unidad de vivienda. Se
consideran una por una las recolecciones para edificaciones separadas de poca altura y la
recolección para edificios de apartamentos de media y gran altura.
Edificaciones Separadas de Poca Altura. El tipo más común de servicios residenciales
utilizados en varias partes del país para edificaciones separadas de poca altura incluye: 1)
acera, 2) callejuela, 3) lateral y restitución, 4) lateral y 5) acarreo desde el patio. En la Tabla
6.1. se comparan las características de estos servicios y se pueden encontrar detalles
adicionales en las Referencias 1 y 2.
Donde se utiliza el servicio en la acera, el residente de la vivienda es responsable de colocar
los recipientes a ser vaciados en la acera el día de la recolección y devolver los recipientes
vacíos a su lugar de almacenamiento hasta la siguiente recolección. Donde las callejuelas
son el esquema básico de una ciudad o un área dada, es común el uso de recipientes de
almacenamiento en las callejuelas. En el servicio lateral y restitución, los recipientes se
colocan en la propiedad y son devueltos después de ser vaciados por cuadrillas adicionales
que trabajan junto con la cuadrilla responsable de cargar el vehículos recolección. El
servicio lateral es esencialmente lo mismo que el servicio lateral y restitución, sólo que el
residente es responsable de devolver los recipientes a su lugar de almacenamiento. En el
servicio de acarreo desde el patio la cuadrilla de recolección es responsable de entrar a la
propiedad y remover los desechos de su lugar de almacenamiento.
Los métodos de cargue de los vehículos de recolección se pueden clasificar como manuales
y mecánicos. Los métodos comúnmente usados para desechos residenciales incluyen: 1) el
levantamiento y acarreo directo de recipientes, 2)el traslado de recipientes sobre ruedas,
3) el uso de pequeños elevadores para transportar los recipientes al vehículo de recolección
y 4) el uso de grandes recipientes, a los que se hace referencia como recipientes de
“Acarreo” o recipientes de lona (a menudo llamados encerados) en los que vacían los
desechos de pequeños recipientes antes de ser llevados, Ver Figura 6.1., o transportados al
vehículo de recolección.
Donde se utilizan vehículos de recolección con altura de cargue baja, los desechos se
transfieren directamente de los recipientes en que se almacenan o acarrean al vehículo de
recolección por la cuadrilla de recolección, Ver Figura 6.2. En algunos casos donde se
utilizan camiones abiertos, miembros del grupo instalados sobre el camión levantan el
recipiente lleno al camión con la ayuda de los recolectores en el suelo, vacían el recipiente
y los devuelven a los recolectores. En otros casos, los vehículos de recolección vienen
equipados con recipientes auxiliares donde se descargan los desechos. Los recipientes
auxiliares se vacían en el vehículo de recolección mediante medios mecánicos.
TABLA 6.1. COMPARACIÓN DE SERVICIOS DE RECOLECCIÓN
TIPO DE SERVICIO
Acera
Callejuela
Salida y devuelta Salida
Requiere cooperación del residente:
Para acarrear recipientes llenos
SÍ
Opcional
NO
NO
Acarrear recipientes vacíos
SÍ
Opcional
NO
SÍ
Requiere horario de servicio para la
cooperación del residente
SÍ
NO
NO
SÍ
Estéticamente pobre:
Problema de dispersión
Elevado
Elevado
Bajo
Elevado
Recipientes visibles
SÍ
NO
NO
NO
Atractivo a los zopilotes
SÍ
Máximo
NO
NO
Propenso a desarreglos
SÍ
SÍ
NO
SÍ
Número promedio de personas
1a3
1a3
3a7
1a5
necesarias en la cuadrilla para eficiencia personas
personas
personas
personas
Tiempo de cuadrilla
Poco
Poco
Grande
Intermedia
Tasa de lesiones de recolector debido a
levantar y acarreo
Baja
Baja
Elevado
Intermedia
Quejas por traspasar la propiedad
Pocas
Pocas
Muchas
Muchas
Consideraciones especiales
Requiere callejuelas y vehículos
que puedan maniobrar en ellas,
menos propenso a bloquear el
tráfico; tasa de depreciaciones de
vehículos y recipientes elevada.
Costo debido a:
El tamaño de la cuadrilla y exigencias
Bajo
Bajo
Bajo
Elevado
del tiempo
Adaptado de la Referencia 6.
Consideraciones
Acarreo desde el patio
NO
NO
NO
Bajo
NO
NO
NO
3a5
personas
Intermedia
Elevada
Muchas
Requiere de carrito con
ruedas para acarrear
recipientes llenos o el uso de
arpillería o barril de mano,
trabaja mejor con calzadas
Medio
Una innovación reciente que se ha vuelto popular comprende el uso de pequeños vehículos
satélites. Los desechos son vaciados en los vehículos satélites que están equipados con
recipientes grandes. Cuando están llenos, estos vehículos son conducidos al camión de
recolección, se vacían los recipientes en el camión por medios mecánicos, Ver Figura 6.3.
En la Referencia 4 se pueden encontrar detalles adicionales.
Apartamentos de Media y Gran Altura. La mayoría de los métodos de recolección de
desechos sólidos en edificios de apartamentos de media y gran altura, son esencialmente los
mismos utilizados para fuentes comercio- industriales, (Vea siguiente discusión). En
sectores más antiguos de algunas ciudades, todavía es una práctica común que los desechos
de los pisos individuales sean recogidos por los recolectores utilizando recipientes de
acarreo, Ver Figura 6.4., y/o encerados.
Servicio Comercio- Industrial
El servicio de recolección proporcionado a grandes edificios de apartamentos y actividades
comerciales está centrado, normalmente, alrededor del uso de recipientes móviles grandes y
recipientes estacionarios y grandes compactadores estacionarios, Ver Capítulo 5. Los
compactadores son del tipo que se pueden usar para compactar directamente el material en
grandes recipientes o para formar fardos que son colocados en recipientes con mucha
capacidad. Debido a que la recolección de desechos sólidos industriales es tan dependiente
del lugar, es difícil definir cualquier tipo representativo de servicio. En general, el servicio
se ajusta a cada actividad individual y se basa en el uso de recipientes grandes y/o
compactadores estacionarios.
En el servicio comercio- industrial, donde es común el uso de recipientes provistos de
rodamientos o carritos, los recipientes cargados se ruedan manualmente al vehículo de
recolección y se vacían mecánicamente, Ver Figura 6.5. De otra manera, debido al peso
incluido, se usan métodos directos recogida. La operación completa de cargue se hace por
medios mecánicos donde se usan recipientes grandes de volteo. (Ver la siguiente sección) .
Fig. 6.1. Recipiente de acarreo siendo llenado al vehículo de recolección.
Fig. 6.2. El contenido del recipiente de acarreo está siendo vaciado en el vehículo de
recolección (Nótese el método empleado para levantar y descargar el recipiente
equipado con ruedas).
(a)
(b
Fig. 6.3. Sistema de recolección de vehículo satélite, a) Cargue del vehículo satélite
equipado con recipiente de 2 yd3 (Nótese que en condiciones de corrientes de aire, el
arrastre de desechos es un problema. b) Descargue mecánico del contenido del
recipiente del vehículo satélite.
Fig. 6.4. Recolector subiendo escaleras para recoger desechos de apartamentos
individuales. San Francisco.
(a)
(b
(c)
Fig. 6.5. Secuencia del vaciado de recipientes usados en complejo comercial. a) El
recipiente lleno se engancha al vehículo de recolección, b) el contenido del recipiente
se vacía mecánicamente, c) el recipiente vacío se devuelve a su lugar de origen.
6.2.
SISTEMAS DE RECOLECCIÓN, NECESIDADES DE EQUIPO Y MANO
DE OBRA
Durante los últimos diez años se ha usado una variedad de sistemas y equipos de
recolección de desechos sólidos. En esta sección se describen algunos de los tipos más
comunes y las necesidades de mano de obra para estos sistemas.
Tipos de Sistemas de Recolección
Los sistemas de recolección se pueden clasificar desde varios puntos de vista, tales como el
modo de operación, el equipo utilizado y los tipos de desechos recolectados. En este texto,
los sistemas de recolección han sido clasificados, de acuerdo a su modo de operación, en
dos categorías. 1) sistemas de acarreo del recipiente y 2) sistemas de recipientes
estacionarios (14). Los sistemas individuales incluidos en cada categoría conducen al
mismo método de análisis económico de ingeniería.
Sistemas de Acarreo del Recipiente. (HCS). Estos son sistemas de recolección en los que
los recipientes usados para almacenar los desechos son acarreados al lugar de disposición,
vaciados y devueltos a su lugar de origen o a algún otro lugar.
Sistemas de Recipiente Estacionario (SCS). Estos son sistemas de recolección en los que
los recipientes usados para el almacenamiento de los desechos permanecen en el punto de
producción, excepto para viajes cortos ocasionales, al vehículo de recolección.
Equipos y Sistemas de Acarreo del Recipiente
Los sistemas de acarreo del recipiente son apropiados para la remoción de desechos de
fuentes donde la tasa de producción es alta debido a que se usan recipientes relativamente
grandes, Ver Tabla 6.2. El uso de recipientes grandes elimina tiempo de manejo lo mismo
que acumulaciones desagradables a la vista condiciones antihigiénicas asociadas con el uso
de muchos recipientes más pequeños. Otra ventaja de los sistemas de acarreo de recipientes
es su flexibilidad: hay recipientes disponibles de muchos tamaños y formas diferentes para
la recolección de todos los tipos de desechos.
Debido a que los recipientes usados en este sistema generalmente deben ser llenados a
mano, el uso de recipientes muy grandes, con frecuencia, conduce a una baja utilización del
volumen, a menos que se provean ayudas para cargarlos tales como plataformas y rampas.
En este contexto, la utilización del recipiente se puede definir como la fracción total del
volumen del recipiente realmente lleno de desechos.
TABLA 6.2. DATOS TÍPICOS SOBRE CAPACIDADES DISPONIBLES DE
RECIPIENTES PARA VARIOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN
RECOLECCIÓN
Tipo de recipiente
Vehículo
Sistema de acarreo de
recipiente
Camión grúa
Usado con compactador
estacionario
Plataforma de volteo Abierto por encima, llamados
también cajas de escombros.
Usados con compactador
estacionario
Equipo con mecanismo propio de
compactación.
Camión tractor
Trailers de escombros abiertos por
encima.
Trailers con recipientes cerrados
equipados con mecanismo de
compactación.
Sistema de recipiente
estacionario
Compactador cargado Abierto por encima y cargado
mecánicamente
lateralmente.
Compactador cargado Recipientes de plástico, o
a mano
galvanizados pequeños, bolsas
desechables de papel y plástico.
Ver Tabla 5.2. para dimensiones típicas de recipientes.
NOTA:
yd3 x 0.7646 = m3
Gal x 0.003785 = m3
Rango típico de capacidades
de recipientes – yd3
6 – 12
12 – 50
15 – 40
20 – 40
15 – 40
20 – 40
1–8
20 – 55
Mientras los sistemas de acarreo del recipiente tienen la ventaja de necesitar solamente un
camión y el conductor para real izar el ciclo de recolección, cada recipiente recogido
requiere de un viaje completo al lugar de disposición (u otro lugar de destino). Además, el
tamaño del recipiente y la utilización son de gran importancia económica. Asimismo las
ventajas económicas de la compactación son obvias cuando se van a recolectar y acarrear
desechos altamente compresibles en distancias largas.
Hay tres tipos diferentes de sistemas de acarreo del recipiente: 1) camión grúa, 2)
recipientes en plataforma de volteo y 3) trailer de basura. En la Tabla 6.3. se muestran datos
típicos sobre los vehículos de recolección usados en estos sistemas.
Sistemas de Camión Grúa. En el pasado, los camiones grúa se usaron mucho en
instalaciones militares, Ver Figura 6.6. Con el advenimiento de vehículos de recolección
con sistemas de autocarga, este sistema aparece aplicable, solamente en un número limitado
de casos, de los cuales los más importantes son los siguientes:
1.
Para la recolección de desechos por un recolector que tiene operación
pequeña y recolecta únicamente de unos pocos lugares en los cuales se
produce una cantidad considerable de desechos. Generalmente, para tales
operaciones no se pueden justificar económicamente la compra de equipo de
recolección más nuevo y eficiente.
2.
Para la recolección de objetos voluminosos y desechos industriales no
apropiados para la recolección con vehículos de compactación.
Sistema de Recipiente en Plataforma de Volteo. Los sistemas que utilizan vehículos con
plataforma de volteo, Ver Figura 6.7., y recipientes grandes, a menudo llamados "buzones"
son idealmente apropiados para la recolección de todos los tipos de desechos sólidos y
desperdicios de lugares donde la tasa de producción aseguran el uso de recipientes grandes,
Ver Figura 6.8. Como se anotó en la Tabla 6.2. hay disponibles varios tipos de recipientes
grandes para ser usados con vehículos de recolección con plataforma de volteo. Recipientes
abiertos por encima se usan, a diario, en almacenes de depósitos y sitios de construcción.
Los recipientes grandes usados junto con compactadores estacionarios son comunes en
complejos de apartamentos, servicios comerciales y estaciones de transferencia, Ver
Capítulo 7. Debido al gran volumen que puede ser acarreado, se ha vuelto popular el uso
del sistema de acarreo de recipientes sobre plataforma de volteo, especialmente entre
recolectores privados que sirven usuarios comerciales.
Sistema de Trailer de Basuras. El empleo de trailers de basura es similar al de los sistemas
de recipiente en plataforma de volteo. Los trailers de basura son mejores para la recolección
de escombros especialmente pesados, tales como arena, madera y pedazos de metal y se
usan a menudo para la recolección de desechos de demolición en lugares de construcción.
Ver Figura 6.9.
TABLA 6.3. DATOS TÍPICOS DE VEHÍCULOS UTILIZADOS PARA LA RECOLECCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS
VEHÍCULOS DE
RECOLECCIÓN
Sistemas de acarreo del recipiente:
Camión grúa
DIMENSIONES TÍPICAS DEL VEHÍCULO
Capacidades Número Capacidad Ancho
Alto
Longitud** Método de descarga
disponibles de de ejes indicada del
pg
pg
pg
recipientes o
cuerpo del
camión*
recipiente o
3
yd
camión+
yd3
6 – 12
2
10
94
80-100
110-150
Chasís de volteo
12 – 50
3
30
96
80-90
220-300
Camión tractor y trailer
15 – 40
3
40
96
90-150
220-450
96
96
96
140-150
132-150
125-135
240-290
220-260
210-230
Panel eyector hidráulico
Panel eyector hidráulico
Panel eyector hidráulico
96
96
132-150
125-135
240-300
210-230
Panel eyector hidráulico
Panel eyector hidráulico
Sistema de Recipiente estacionario
Compactador (cargado
mecánicamente)
Cargue frontal
20 – 45
3
30
Cargue lateral
10 – 36
3
30
Cargue por detrás
10 – 30
2
20
Compactador (cargado a mano)
Cargue lateral
10 – 37
3
37
Cargue por detrás
10 – 30
2
20
*
Ver Tabla 6.2. y Tabla 5.2.
+
Ver Tabla 5.2. para las dimensiones típicas de los recipientes
++
Desde el frente del camión hasta atrás del recipiente o cuerpo del camión
NOTA:
yd3 x 0.7646 = m3
Pg x 0.0254 = m
Gravedad, abertura en el
fondo
Gravedad, vaciado
inclinado
Gravedad, vaciado
inclinado
Equipo y Sistemas de Recipiente Estacionario
Los sistemas de recipiente estacionario se pueden usar en la recolección de todo tipo de
desechos. Los sistemas varían de acuerdo al tipo y la cantidad de desechos a ser manejados,
lo mismo que al número de puntos de producción. Hay dos tipos principales: 1) sistemas
en los cuales se usan compactadores de autocargue y 2) sistemas en los que se usan
vehículos de cargue a mano.
En las Figuras 6.2, 6.3, 6.5, 6.10 y 6.11. se muestran algunos ejemplos típicos de vehículos
y recipientes. En la Tabla 6.3. se reportan datos de los vehículos de recolección usados en
este sistema.
Sistemas con Compactadores de Autocarga. El tamaño del recipiente y la utilización no son
críticos en los sistemas de recipiente estacionario que usan vehículos de recolección
equipados con mecanismo de compactación como sí lo son en sistemas de camión grúa.
Los viajes al sitio de disposición, estación de transferencia o estación de procesado se
hacen después de haber recolectado y compactado el contenido de un número de
recipientes. Ver Figura 6.10. y el vehículo de recolección esté lleno. Por esta razón, la
utilización del conductor en términos de cantidades de desechos acarreados es
considerablemente mayor para estos sistemas que para los sistemas de acarreo del
recipiente.
Hay disponibles una variedad de tamaños de recipientes para ser usados con estos sistemas,
Ver Tabla 6.2. y Figuras 5.5, 6.5 - 6.10. Ellos varían desde tamaños relativamente pequeños
(1 yd3) a tamaños comparables a aquellos manejados con un camión grúa. Ver Tabla 6.2. El
uso de recipientes más pequeños ofrece mayor flexibilidad en términos de forma, facilidad
de manejo y rasgos especiales disponibles. La utilización de recipientes puede aumentar
considerablemente mediante el uso de recipientes pequeños, más fáciles de cargar. También
se pueden usar estos sistemas para la recolección de desechos residenciales donde un
recipiente grande se puede sustituir por un número de recipientes pequeños.
Debido a que es difícil mantener el cuerpo de los camiones y debido al peso incluido, estos
sistemas no son idealmente apropiados para la recolección de desechos industriales pesados
y escombros voluminosos, tales como los producidos en sitios de construcción y
demolición. Los lugares donde se producen volúmenes grandes de escombros, también son
difíciles de servir debido a los requerimientos de espacio para un gran número de
recipientes.
Fig. 6.6. Mecanismo de camión grúa montado sobre el chasís de camión (Dempster
Systems)
Fig. 6.7. Camión con mecanismo de plataforma de volteo (Dempster Systems)
Fig. 6.8. Vaciado el contenido de un recipiente de la plataforma de un volteo, en un
relleno sanitario.
Fig. 6.9. Descargue del contenido de un trailer de basura, para desechos de
demolición, en un relleno sanitario.
a)
Los tenedores de cargue están enganchando en las ranuras del recipiente
(b)
Se está levantando el recipiente.
c) El recipiente empieza a voltear.
d) El contenido del recipiente está siendo vaciado en el vehículo de recolección.
Fig. 6.10. Ciclo de carga para vehículo de recolección del tipo autocarga.
Sistemas con vehículos cargados a mano. La mayor aplicación de los métodos manuales de
transferencia y carga es en la recolección de desechos residenciales desechos esparcidos por
doquier. Ver Figura 6.11. El cargue a mano puede competir eficazmente con el cargue
mecánico, en áreas residenciales, debido a que la cantidad recogida en cada lugar es
pequeña y el tiempo de cargue es corto. Además, se usan métodos manuales para la
recolección residencial debido a que muchos puntos de recogida individual son inaccesibles
al vehículo de recolección.
Operaciones de Transferencia
Las operaciones de transferencia, en las cuales los desechos, recipientes o vehículos de
recolección son transferidos de un vehículo de recolección a un vehículo de transferencia o
acarreo, se utilizan principalmente debido a consideraciones económicas. Las operaciones
de transferencia pueden demostrar ser económicas cuando: 1) para la recolección de
desechos residenciales se usan vehículos de recolección relativamente pequeños cargados a
mano a grandes distancias de acarreo, 2) se deben acarrear cantidades extremadamente
grandes de desechos sobre largas distancias, y 3) un número apreciable de vehículos de
recolección puede usar una estación de transferencia. En el capítulo 7 se considera en
detalle las operaciones de transferencia y transporte.
Necesidades de Mano de Obra
Las necesidades de mano de obra para la recolección de desechos sólidos varía con el tipo
de servicio dado y el tipo de sistema de recolección usado.
Sistemas de Acarreo del Recipiente. En la mayoría de los sistemas de acarreo del recipiente
se utiliza un solo recolector. El recolector es responsable de conducir el vehículo, cargar los
recipientes llenos, descargar los recipientes vacíos y vaciar el contenido del recipiente en el
lugar de disposición. En algunos casos, por razones de seguridad, se utilizan el conductor y
un ayudante. Generalmente, el ayudante es responsable de atar y desatar cadenas y cables
utilizados en el cargue y descargue de recipientes sobre y fuera del vehículo de recolección;
el conductor es responsable de la operación del vehículo. Siempre se deben utilizar un
conductor y un ayudante donde se manejan desechos peligrosos.
Fig. 6.11. Recolector vaciando a mano el contenido de un recipiente que se carga sobre
los hombros, en la parte de atrás de un vehículo de recolección de tipo de
compactación. (Este tipo de vehículo comúnmente se usa con cuadrillas de dos y tres
personas para la recolección de desechos residenciales en todos los Estados Unidos).
Sistema de Recipiente Estacionario. (Cargado mecánicamente) . Las necesidades de mano
de obra para sistemas de recipientes estacionario cargado mecánicamente, esencialmente,
son las mismas que para sistemas de acarreo del recipiente. Donde se utiliza un ayudante,
con frecuencia el conductor ayuda al ayudantes traer los recipientes llenos, montados sobre
rodamientos, al vehículo de recolección y a devolver los recipientes vacíos. Ver Figura 6.5.
Ocasionalmente, se utilizan un conductor y dos ayudantes donde los recipientes a ser
vaciados se deben rodar (transferir) al vehículo de recolección desde lugares inaccesibles,
como en áreas comerciales congestionadas en el centro de la ciudad.
Sistemas de recipiente estacionario (cargado a mano). En sistemas de recipiente
estacionario donde el vehículo de recolección es cargado a mano, el número de recolectores
varía de uno a tres, en la mayoría de los casos, dependiendo del tipo de servicio y el equipo
de recolección. Normalmente, se utiliza un sólo recolector para el servicio sobre la acera y
la callejuela, y se utiliza una cuadrilla de varias personas para el servicio de acarreo desde
el patio de atrás. Ver Tabla 6.1. También se utiliza un solo conductor- recolector en la
mayoría de sistemas de vehículos satélites para la recolección en la acera. Ver Figura 6.3.
Mientras los tamaños antes mencionados de las cuadrillas son representativos de las
prácticas corrientes, hay muchas excepciones. En muchas ciudades se utilizan cuadrillas de
varias personas para el servicio en la acera lo mismo que para el acarreo desde el patio de
atrás.
Se debe dar atención especial al diseño de vehículo de recolección intentado para el uso de
un solo recolector. Hasta ahora parece que un compactador de carga lateral, como el que se
muestra en la Figura 6.12, equipado con una plataforma a la derecha, es el que mejor se
adapta a la recolección en la acera y callejuelas.
6.3.
ANALISIS DE SISTEMAS DE RECOLECCIÓN
Para establecer las necesidades de vehículos y mano de obra para varios sistemas y métodos
de recolección, se debe determinar la unidad de tiempo necesario para real izar cada tarea.
Separando las actividades de la recolección en operaciones unitarias es posible: 1)
desarrollar datos de diseño y relaciones que se puedan usar universalmente y 2) evaluar las
variables asociadas con las actividades de recolección y las variables relacionadas o
controladas por el lugar en particular.
Fig. 6.12. Vehículo de recolección cargado sobre plataforma del lado derecho.
Definición de Términos
Antes de poder modelar efectivamente las relaciones para los sistemas de recolección, se
deben delinear las tareas componentes. En las Figuras 6.13 y 6.14 se muestran
esquemáticamente las tareas operacionales para los sistemas de acarreo del recipiente y
recipiente estacionario respectivamente. Sobre la base de trabajos previos (14, 16), las
actividades involucradas en la recolección de desechos sólidos se pueden resolver en cuatro
operaciones unitarias: 1) recogida, 2) acarreo, 3) en el sitio y 4) fuera de ruta.
Recogida. La definición del término recogida depende del tipo de sistema de recolección
usado (14).
Fig. 6.13. Esquema de la secuencia operacional para el sistema de acarreo del
recipiente.
1.
Para sistemas de acarreo del recipiente, operados en la forma convencional. Ver
Figura 6.13a, la recogida Phc s se refiere al tiempo empleado en conducir hasta el
siguiente recipiente después de haber depositado el recipiente vacío, el tiempo
utilizado en recoger el recipiente lleno, y el tiempo necesario para volver a depositar
el recipiente después de haber vaciado su contenido. Para sistemas de acarreo del
recipiente operados en el modo de intercambio de recipientes, Ver Figura 6.13b, la
recogida incluye el tiempo necesario para recoger un recipiente lleno y volver a
depositar el recipiente en el siguiente lugar después de haber vaciado su contenido.
2.
Para sistemas de recipientes estacionario, Ver Figura 6.14, la recogida (Pscs) se
refiere al tiempo gastado cargando el vehículo de recolección, empezando por la
parada del vehículo antes de cargar el contenido del primer recipiente y terminando
cuando se ha cargado el con tenido del último recipiente a ser vaciado. La tarea
especifica en la operación de recogida, depende del tipo de vehículo de recolección
lo mismo que el método de recolección usado.
Acarreo. La definición del término acarreo (h) también depende del tipo de sistema de
recolección usado (14).
1.
Para sistemas de acarreo del recipiente, el acarreo representa el tiempo necesario
para llegar al lugar de disposición, empezando después de que el recipiente cuyo
contenido va a ser vaciado se ha cargado en el camión, más el tiempo después de
dejar el lugar de disposición hasta que el camión llega al lugar donde se vuelve a
depositar el recipiente vacío. No incluye el tiempo gastado en el lugar de
disposición.
2.
Para sistemas de recipiente estacionario, el acarreo se refiere al tiempo necesario
para llegar al sitio de disposición, empezando después de que el último recipiente
sobre la ruta ha sido vaciado o el vehículo de recolección se ha llenado, más el
tiempo después de salir del sitio de disposición hasta que el camión llega al lugar
donde ya a vaciar el primer recipiente en la siguiente ruta de recolección. NO
incluye el tiempo gastado en el lugar de disposición.
En el sitio. La operación unitaria en el sitio (s) se refiere al tiempo gastado en el lugar de
disposición e incluye el tiempo empleado esperando para descargar lo mismo que el tiempo
del descargue. (14).
Fig. 6.14. Esquema de la secuencia operacional para el sistema de recipiente
estacionario.
Fuera de Ruta. La operación unitaria fuera de ruta (W) incluye todo el tiempo gastado en
actividades que no son productivas desde el punto de vista de la operación de recolección.
Muchas de las actividades asociadas con los tiempos fuera de ruta son algunas veces
necesarias o inherentes en la operación. Además el tiempo empleado en actividades fuera
de ruta se puede subdividir en dos categorías: necesarias e innecesarias. En la práctica, sin
embargo, los tiempos necesarios e innecesarios fuera de ruta se consideran juntos debido a
que se deben distribuir sobre toda la operación (14).
El tiempo necesario fuera de ruta incluye: 1) el tiempo de registro de entrada y salida en la
mañana y al terminar el día. 2) tiempo utilizado en conducir al primer punto de recogida y/o
del lugar más próximo del último punto de recogida a la estación de despacho al concluir el
día (se usa el término LUGAR MAS PROXIMO debido a que, en el sistema de recipiente
estacionario, el vehículo de recolección normalmente, es conducido directamente a la
estación de despacho después de que se han vaciado los desechos recogidos en la última
ruta), 3) tiempo perdido debido a congestión inevitable, y 4) tiempo empleado en
reparaciones y mantenimiento, etc. El tiempo innecesario fuera de ruta incluye el tiempo
excesivo al establecimiento, empleado para la merienda y el tiempo gastado en recesos no
autorizados para tomar café, conversar con amigos, etc.
Sistemas de Acarreo del Recipiente
El tiempo necesario por viaje, que también corresponde al tiempo necesario por recipiente,
es igual a la suma de los tiempos de recogida, en el sitio y acarreo, multiplicado por un
factor que tiene en cuenta las actividades fuera de ruta y está dado por la siguiente
ecuación:
Thcs
=
(Phcs + s + h)/(1 - W)
(6.1)
Thcs
Phcs
=
=
s
h
w
=
=
=
Tiempo por viaje para sistemas de acarreo de recipiente, h/viaje
Tiempo de recogida por viajes para sistemas de acarreo de recipiente,
h/viaje
Tiempo en el sitio de disposición por viaje, h/viaje
Tiempo de acarreo por viaje, h/viaje
Factor de fuera de ruta, expresado como fracción.
Donde:
Mientras que los tiempos de recogida y en el sitio son relativamente constantes para
sistemas de acarreo de recipiente, el tiempo de acarreo depende de la velocidad y la
distancia de acarreo. Del análisis de una cantidad considerable de datos de acarreo, para
varios vehículos de recolección. Ver Figura 6.15, se ha encontrado que el tiempo de acarreo
(h) puede ser expresado aproximadamente por la siguiente expresión.
h
=
a + bx
h
a
b
x
=
=
=
=
tiempo total de acarreo, h/viaje (h = horas)
constante empírica, h/viaje
constante empírica, h/viaje
distancia de viaje completo de acarreo, mi/viaje
(6.2)
donde:
En el ejemplo 6.1, presentado al final de la discusión que trata de los sistemas de acarreo de
recipiente, se ilustra el análisis de datos del tiempo de acarreo y distancia (millas) usando la
Ecuación 6.2 y la relación presentada en la Figura 6.15.
Sustituyendo en la ecuación 6.1 la expresión para h dada en la ecuación 6.2 el tiempo por
viaje se puede expresar como sigue:
Thcs
=
(Phcs + s + a + bx)/(1 - W)
(6.3)
Fig. 6.15. Correlación entre velocidad media de acarreo y distancia del viaje completo.
El tiempo de recogida por viaje Phcs para el sistema de acarreo de recipiente es entonces,
igual a:
Phcs
=
Phcs
pc
uc
dbc
=
=
=
=
pc + uc + dbc
(6.4)
donde:
Tiempo de recogida por viaje, h/viaje
Tiempo necesario para recoger el recipiente lleno, h/viaje
Tiempo necesario para descargar el recipiente vacío, h/viaje
Tiempo necesario para conducir entre ubicaciones de los recipientes,
h/viaje.
En el cálculo del tiempo de recogida por viaje, si se desconoce el tiempo medio necesario
para conducir entre recipientes, se puede estimar el tiempo usando la ecuación 6.2, donde la
distancia entre recipientes es sustituida por la distancia de un viaje completo.
El número de viajes que se pueden hacer por vehículo por día con un sistema de acarreo de
recipiente se puede determinar usando la ecuación 6.5.
Nd
=
(1 - W) H/(Phcs + s + a + bx)
(6.5)
donde:
Nd
=
número de viajes por día, viajes/dias
H
=
duración del día de trabajo, h/día
otros términos = como se definen antes
Los datos que se pueden usar en la solución de la ecuación 6.5 para varios tipos de sistemas
de acarreo de recipientes se dan en la Figura 6.15 y la Tabla 6.4. El factor de fuera de ruta
en la Ecuación 6.5 de 0,10 a 0,25; un factor de 0,15 es representativo para la mayoría de las
operaciones.
TABLA 6.1. DATOS TÍPICOS PARA CALCULAR LAS NECESIDADES DE EQUIPO
Y MANO DE OBRA PARA VARIOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN*
Recolección
Vehículo
Método de Cargue
Relación de
Compactación
R
Tiempo necesario
para vaciar el
contenido del
recipiente lleno y
depositar el
recipiente vacío
h/viaje
Sistemas de acarreo del recipiente
Camión Grúa
Mecánico
0,067
Plataforma de Volteo
Mecánico
0,40
Plataforma de Volteo
Mecánico
2,0 – 4,0+
Compactador
Mecánico
2,0 – 2,5
Compactador
Mecánico
2,0 – 2,5
Sistemas de recipiente estacionario
*
+
Adaptado de la Referencia 14
Recipientes usados junto con compactador estacionario.
0,40
En algunos casos donde especialmente se incluyen distancias largas, el tiempo gastado
conduciendo desde y hasta la estación de despacho, al principio y al final del día, se sustrae
de la duración del día de trabajo en la Ecuación 6.5. Si se hace esto, también es importante
acordarse de ajustar el factor de fuera de ruta.
Suponiendo que se conoce el número de recipientes a ser vaciados por semana, se puede
calcular el tiempo necesario por semana usando la Ecuación 6.6.
Dw
=
tw (Phcs + s + a + bx)/|(1 -W)H|
(6.6)
donde:
Dw
=
Tiempo necesario por semana, días/semana
tw
=
Número entero de viajes por semana, viajes/semana
otros términos = como se definen antes.
Si no se conoce el número de viajes por semana, se puede estimar usando la siguiente
expresión:
Nw
=
Vw/(cf)
Nw
Vw
c
f
=
=
=
=
Número de viajes por semana, viajes/semana
Tasa de producción semanal de desechos, yd3/semana
Tamaño medio del recipiente, yd3/viaje
Factor ponderado de utilización media del recipiente
(6.7)
donde:
Como se anotó previamente, el factor ponderado de utilización del recipiente se puede
definir como la fracción del volumen del recipiente ocupado por los desechos sólidos.
Debido a que este factor variará con el tamaño del recipiente, se debe usar un factor
ponderado en la Ecuación 6.7. El factor ponderado se encuentra dividiendo la suma de los
valores obtenidos de multiplicar el número de recipientes en cada tamaño por su factor
correspondiente de utilización por el número total de recipientes.
El número entero de viajes, a ser usado en el cálculo del tiempo necesario por semana en la
Ecuación 6.6, se obtiene redondeando el valor de Nw obtenido de usar la Ecuación 6.7 a un
número entero. En términos del sistema, si el valor de Nw se redondea al entero inferior, el
significado es que uno o más de los recipientes estarán más llenos de lo usual. Si Nw se
redondea al entero más grande, uno o más de los recipientes no estarán tan llenos como es
usual.
Las necesidades semanales de obra de mano en recolector- días por semana se obtienen
multiplicando el tiempo necesario por semana por el número de recolectores. Finalmente, el
número requerido de vehículos de recolección se puede determinar dividiendo las
necesidades semanales de tiempo, expresado en días por semana, por el mismo número de
días de trabajo por semana y redondeando el resultado al entero más alto que sigue. Así,
para Dw/5 valores de 0.7, 1.2 y 3.7, el número de vehículos de recolección sería igual a 1, 2
y 4 respectivamente. Para mejorar la eficiencia de la operación donde se obtienen
necesidades fraccionales de equipo y mano de obra, se debe investigar el uso de recipientes
más grandes y menor frecuencia de la recolección.
Ejemplo 6.1. Análisis de la velocidad de acarreo
Se obtuvieron las siguientes velocidades medias para varias distancias de viaje completo a
un lugar de disposición. Encuentre las constantes a y b de la velocidad de acarreo y el
tiempo de acarreo de viaje completo para un sitio de disposición a 11,0 millas. Ver Tabla
6.5.
Solución
1.
Haga lineal la ecuación de la velocidad de acarreo dada en la Figura 6.15. la
ecuación básica de la velocidad de acarreo es:
y
=
x__
a + bx
La forma lineal de la ecuación es:
x
y
2.
=h=a+b
x
Dibuje x/y, que es el tiempo de viaje versus la distancia x, del viaje completo (Ver
Figura 6.16).
Fig. 6.16. Tiempo de viaje versus distancia de viaje completo de acarreo para el
Ejemplo 6.1.
TABLA 6.5. VELOCIDADES PROMEDIO DE ACARREO PARA EL EJEMPLO 6.1.
Distancia del viaje completo
mi/viaje
2
5
8
12
16
20
25
Tiempo total
H
0.12
0.18
0.25
0.33
0.40
0.48
0.56
Velocidad media de Acarreo
y min/h
17
28
32
36
40
42
45
3.
Determine las constantes a y b utilizando la Figura 6.16. Cuando x = 0, a =
intercepto = 0,080 h/viaje, b = pendiente de la línea = (0,2 h)/(10 mi) = 0,020 h/mi
(0,012 h/km).
4.
Encuentre el tiempo de acarreo de un viaje completo para un sitio localizado a 11,0
millas de distancia.
Distancia del viaje completo = 2(11,0 mi/viaje) = 22 mi/viaje
Tiempo de acarreo h = a + bx
= 0,080 h/viaje + (0,020 h/mi) (22 milviaje)
= 0,52 h/viaje
Sistemas de Recipiente Estacionario
Debido a las diferencias en el proceso de cargue, en la siguiente discusión se consideran por
separado los sistemas de recipiente estacionario cargado mecánicamente y a mano.
Vehículos Cargados Mecánicamente. Para sistemas que usan compactadores autocargados,
el tiempo por viaje se expresa como:
Tscs
=
(Pscs + s + a + bx) / (1 - W)
(6.8)
Tscs
Pscs
=
=
s
a
b
x
W
=
=
=
=
=
tiempo por viaje para el sistema de recipiente estacionario, h/viaje
tiempo de recogida por viaje para el sistema de recipiente
estacionario, h/viaje
tiempo en el sitio (disposición, h/viaje)
constante empírica, h/viaje
constante empírica, h/mi
distancia de acarreo del viaje completo, mi/viaje
factor de fuera de ruta, expresado como fracción
Donde:
La única diferencia entre la Ecuación 6.8 y la Ecuación 6.3. para sistemas de acarreo de
recipiente es el término de acarreo. Para el sistema de recipiente estacionario, el tiempo de
recogida está dado por:
Pscs
=
ct (uc) + (np - 1) (dbc)
(6.9)
Pscs
=
ct
uc
=
=
np
dbc
=
=
tiempo de recogida por viaje para sistemas de recipiente estacionario,
h/viaje
número de recipientes vaciados por viaje, recipientes/viaje
tiempo promedio de descargue por recipiente para sistemas de
recipiente estacionario, h/recipiente
número de lugares de recogida de recipientes por viaje, lugares/viaje
tiempo promedio empleado conduciendo entre lugares con
recipientes, h/lugar.
donde:
El término (np - 1) toma en cuenta el hecho de que el número de veces que el vehículo de
recolección tendrá que ser conducido entre lugares con recipientes, es igual al número de
recipientes menos uno. Como en el caso del sistema de acarreo de recipiente, si no se
conoce el tiempo empleado conduciendo entre lugares con recipientes se puede estimar
usando la Ecuación 6.2. donde la distancia entre recipientes es sustituida por la distancia del
viaje completo.
El número de recipientes que se pueden vaciar por viaje de recolección está directamente
relacionado al volumen del vehículo de recolección y a la relación de compactación que se
puede alcanzar. Este número está dado por:
ct
=
vr/ (c f)
ct
v
r
c
f
=
=
=
=
=
número de recipientes vaciados por viaje, recipientes/viaje
volumen del vehículo de recolección, yd3/viaje
relación de compactación
volumen del recipiente, yd3/recipiente
factor ponderado de utilización del recipiente
(6.10)
donde:
Se puede estimar el número de viajes necesarios por semana usando la siguiente ecuación:
Nw
=
Nw
=
Vw/ (v r)
donde:
número de viajes de recolección necesarios por semana,
viajes/semana
Vw
=
tasa de producción semanal de desechos, yd3/semana
otros términos = cono se definen antes.
(6.11)
El tiempo requerido por semana se puede expresar como sigue:
Dw
=
|(Nw) Pscs + tw (s + a + bx)| / |(1 - W) H|
(6.12)
Dw
tw
=
=
tiempo requerido por semana, días/semana
el valor de (Nw) aproximado al entero inmediatamente superior, lo
que toma en cuenta el hecho de que aunque el camión puede estar
parcialmente cargado en el último viaje, todavía requiere un viaje
completo al lugar de disposición
donde:
H
=
duración del día de trabajo, h/día
otros términos = como se definieron anteriormente.
En aplicaciones en las cuales no se tiene que hacer un número entero de viajes y no es
necesario vaciar cargas parciales al finalizar el día, el tamaño del camión a ser usado se
puede determinar como sigue. Suponga dos o tres tamaños de camiones disponibles y
calcule los tiempos necesarios para cada tamaño, usando la Ecuación 6.12. El tamaño de
camión que necesite del mínimo de mano de obra debe ser seleccionado. Por ejemplo, si la
demanda de mano de obra con un recolector es 2,2 recolector- días/semana utilizando un
compactador de 24 yd3 , y 2,0 recolector- días/semana utilizando un compactador de 30
yd3, se debe seleccionar el camión más grande, debido a que en la mayoría de las
operaciones será difícil utilizar un recolectar durante parte del día. Así se puede seleccionar
el tamaño óptimo del vehículo calculando los requerimientos de tiempo y mano de obra
para varios tamaños de camiones.
Donde se va a hacer un número entero de viajes cada día, se pueden determinar la
combinación propia de viajes por día y el tamaño del vehículo usando la Ecuación 6.13
junto con un análisis económico.
H
=
Nd (Pscs + s + a + bx) / (1 – W)
(6.13)
Donde:
Nd
=
número de viajes de recolección por día, viajes/días
otros términos = como se definieron previamente.
Para determinar el volumen necesario del camión, sustituya dos o tres valores diferentes
para Nd en la Ecuación 6.13 y determine los tiempos disponibles de recogida por viaje.
Entonces, por aproximaciones, usando las Ecuaciones 6.9 y 6.10. determine el volumen
necesario de camión para cada valor de Nd. De los tamaños disponibles de camiones,
seleccione los que más se aproximen a los valores calculados. Si los tamaños de los
camiones son más pequeños que los valores requeridos, calcule el tiempo real que se
necesitará por día utilizando estos tamaños de camiones.
Una vez se han determinado las necesidades de mano de obra para cada combinación de
tamaño de camión y número de viajes por día, se puede seleccionar la combinación más
efectiva en cuanto a costo. Por ejemplo si tienen largas distancias de acarreo, puede ser más
económico utilizar un vehículo de recolección grande y hacer 2 viajes/día (aunque no se
pueda utilizar algún tiempo al final del día) que usar un vehículo más pequeño y hacer 3
viajes/día utilizando todo el tiempo disponible.
Cuando el tamaño del camión es fijo, se debe hacer un número entero de viajes cada día, la
duración necesaria del día de trabajo se puede estimar usando la Ecuación 6.9, 6.10 y 6.11.
En el ejemplo 6.2. se ilustra el análisis y la comparación del sistema de acarreo del
recipiente y recipiente estacionario.
Ejemplo 6 .2. Análisis de Sistema de Recolección de Desechos Sólidos.
Un recolector privado de desechos sólidos desea localizar un sitio de disposición cerca a un
área comercial. Al recolector le gustaría usar un sistema de acarreo del recipiente pero teme
que los costos de acarreo pudieran ser prohibitivos. ¿Cuál es el punto más alejado del área
comercial en que el sitio de disposición puede ser localizado de manera que los costos
semanales del sistema de acarreo del recipiente no exceda a los del sistema de recipiente
estacionario? Suponga que se utilizará un conductor- recolector en cada sistema y que los
siguientes datos son aplicables.
1.
Sistema de acarreo de recipiente
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
2.
Cantidad de desechos sólidos = 300 yd3/semana
Tamaño del recipiente = 8 yd3/viaje
Factor de utilización del recipiente = 0,67
Tiempo de recogida del recipiente = 0,033 h/viaje
Tiempo de descargue del recipiente = 0,033 h/viaje
Tiempo en el sitio de disposición = 0,053 h/viaje
Costos generales $ 400/semana
Costos de operación $ 15/h de operación.
Sistema de recipiente estacionario
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
Cantidad de desechos sólidos = 300 yd3/semana
Tamaño del recipiente = 8 yd3/lugar
Factor de utilización del recipiente = 0,67
Capacidad del vehículo de recolección = 30 yd3/viaje
Relación de compactación del vehículo de recolección = 2
Tiempo de descargue del recipiente = 0,05 h/recipiente
Costos generales = $750/semana
Costos de operación = $15/h de operación
Tiempo en el lugar de disposición = 0,10 h/viaje
3.
Características de la localización
a)
b)
c)
d)
Distancia promedio entre ubicación de los recipientes = 0,10 mi
Constantes para estimar el tiempo de conducción entre localizaciones de los
recipientes para el sistema de acarreo del recipiente. al = 0,060 h/viaje y b1 =
0,067 h/mi
Constante para estimar el tiempo de conducción entre ubicaciones de los
recipientes para el sistema de recipiente estacionario: al = 0,060
h/localización y bl = 0,067 h/mi.
Constantes para estimar el tiempo de acarreo: a = 0,022 h/viaje y b = 0,022
h/mi.
Solución
1.
Sistemas de acarreo del recipiente
a)
Determine el número de viajes por semana, usando la Ecuación 6.7.
Nw = Vw / (cf) = (300 yd3/sem) / (8 yd3/viaje) (0,67) = 56,0 viaje semana)
b)
Determine el número entero de viajes para usarlos en el cálculo del tiempo
necesario por semana, usando la Ecuación 6.6
Nw = 56 viajes/semana
Tw = 56 viajes/semana
c)
Estime el tiempo de recogida para el sistema de acarreo del recipiente, use la
Ecuación 6.4
phcs
=
pc + uc + dbc = pc + uc + a1 + b1 x'
=
=
d)
Estimen el tiempo necesario por semana como una función de la distancia del
viaje completo, use la Ecuación 6.6.
Dw
=
tw (phcs + s + a + bx) / |(1 - W) H|
Dw
=
(56 viajes/sem) |0,133 h/viaje + 0,053 h/viaje + 0,022 h/viaje
+ (0,022 h/mi) (x) |/| (1 - 0,15) (8 h/día)
1,70 + (0,181/mi) (x) días/semana
=
e)
0,033 h/viaje + 0,033 + 0,060 h/viaje + (0,067 h/mi)(0,01
mi/viaje)
0,133 h/viaje
Determine el costo de operación por semana como una función de la distancia
del viaje completo
Costo de operación
=
=
($ 15/h)(8 h/día) |1,70 + (0,181/mi)(x)| día/sem.
|204 + (21,7/mi) (x)| (x) $/semana
2.
Sistemas de recipiente estacionario
a)
Determine el número de recipientes vaciados por viaje, use la Ecuación 6.10
Ct
=
=
b)
Estime el tiempo de recogida por recipiente; use la Ecuación 6.9
vr/cf = (30 yd3/viaje) (2) / (8 yd3/recipiente) (0,67)
11,19 recipiente/viaje = 11 recipiente/viaje
Pscs
=
Ct (uc) + (np -1) (dbc)
ct (uc) + (np - 1) (a1 + b1 x1)
= (11 recipiente/viaje) (0,050 h/recipiente) + (11 - 1
lugares/viaje)[(0,06 h/lugar) + (0,067h/mi) (0,1 mi/lugar)]
= 1,22 h/viaje
c)
Determine el número de viajes necesarios por semana, use la Ecuación 6.11
Nw
d)
=
=
Determine el tiempo requerido por semana como una función de la distancia
del viaje completo; use la Ecuación 6.12
Dw
=
=
=
e)
Vw(vr) = (300 yd3) / (30 yd3/viaje) (2)
5 viajes/semana
{(Nw)Pscs + tw (s + a + bx)} / [(1 - W) H ]
{(5 viajes/sem) (1,22 h/viajes) + 5 viajes/sem) |0,10 h/viaje +
0,022 h/viaje +(90,022 h/mi)(x)| }/[(1 – 0,15) (8 h/día)]
|0,99 + (0,016/mi) (x) | días/sem
Determine los costos de operación por semana como una función de la
distancia de viaje completo
Costo de operación
=
=
3.
($ 15/h) (8 h/día) |0,99 + (0,016/mi) (x)
días/sem
|118,8 + (1,92/mi) (x)| $/sem
Comparación de los sistemas
a)
Determine la distancia máxima de acarreo de un viaje completo para la cual
el costo de sistema de acarreo de recipiente es igual al costo para el sistema
de recipiente estacionario, igualando los costos totales para los dos sistemas
y resolviendo para x
$ 400/sem + 204 + (21,7/mi) (x) $/sem =
$ 750/sem + 118.8 + 1.92/mi(x) $/sem =
(19,8/mi) (x) = 264,8
x = 13,4 mi (distancia en un sentido = 6,7 mi)
= 21,6 km (distancia en un sentido = 10,8 km)
b)
Dibuje el costo semana] versus la distancia de] viaje completo para cada
sistema, Ver Figura 6.17.
Comentario. las curvas que se muestran en la Figura 6.17 son características de aquellas
obtenidas cuando se comparan sistemas de acarreo de recipiente con sistemas de recipiente
estacionario. En la mayoría de los casos la distancia del viaje completo a la cual los
sistemas de acarreo de recipiente no son competitivos es mucho más corta que para el
sistema de recipiente estacionario.
Fig. 6.17. Costo semanal versus distancia del viaje completo de acarreo para el
Ejemplo 6.2.
Vehículos Cargados a Mano. El análisis y el diseño de sistemas residenciales de
recolección que utilizan vehículos cargados a mano se puede describir como sigue: si se
trabaja H horas por día y se conoce o se fija el número de viajes a ser hechos por día, el
tiempo disponible para la operación de recogida se puede calcular usando la Ecuación 6.13,
ya que todos los factores se conocen o pueden suponer. Una vez se conoce el tiempo de
recogida por viaje, se puede estimar el número de lugares de recogida de los cuales se van a
recolectar desechos por viaje como sigue.
Np
=
60 Pscs n/tp
Donde:
Np = número de lugares de recogida por viaje, lugares/viaje
(6.14)
60
Pscs
n
t
=
=
=
=
factor de conversión de horas a minutos, 60 min/h
tiempo de recogida por viaje, h/viaje
número de recolectores
tiempo de recogida por lugar de recolección,
recolector-min
lugar
En la Figura 6.18 se muestra el tiempo de recogida deducido de observaciones de campo
para una cuadrilla de recolección de dos personas. Se encontró que el tiempo de recogida tp
por lugar está relacionado al número de recipientes por lugar de recogida y al porcentaje de
puntos de recogida desde atrás de la casa. La relación correspondiente es:
tp =
0,72 + 0,18 (Cn) + 0,014 (PRH)
(6.15)
donde
tp = tiempo promedio de recogida por lugar de recolección, recolector-min/lugar
cn = Número promedio de recipientes en cada lugar de recolección
Fig. 6.18. Relación entre los requerimientos de tiempo para la recogida y porciento de
servicios desde atrás de la casa para una cuadrilla de dos personas (14).
PRH = lugares de recogida desde atrás de la casa, por ciento.
La Ecuación 6.15 es típica de los tipos de ecuaciones deducidas de observaciones en el
campo para el tiempo de recogida por lugar. Generalmente, el primer término en tales
ecuaciones representa el tiempo empleado conduciendo entre lugares de recolección. Por
supuesto, este valor dependerá de las características del área residencial. En los ejemplos
6.3 y 6.4 se ilustra el uso de la Ecuación 6.15.
Si se hace recolección en la acera una vez por semana, los datos de la Tabla 6.6 se pueden
usar para estimar los requerimientos de mano de obra. Estos datos fueron observados en
operaciones que usan un recolector y un vehículo de cargue lateral equipado con plataforma
lateral. (14), ver Figura 6.12. Si se utilizan camiones convencionales para la recolección en
la acera, el tiempo de recolección por servicio reportado en la Tabla 6.6 se debe aumentar
del 5 al 10 por ciento.
La diferencia entre los tiempos obtenidos comparando la Ecuación 6.15 a los datos en la
Tabla 6.6 se debe al hecho de que, donde se utilizan cuadrillas de dos o tres personas, el
tamaño de los lotes tiende a ser mayor. Aunque la Ecuación 6.15 y los datos de la Tabla 6.6
se pueden utilizar para estimar el tiempo por lugar de recogida, se recomienda hacer
medidas de campo donde quiera que sea posible debido a que las operaciones de
recolección residencial son muy variables.
TABLA 6.6. EXIGENCIAS DE MANO DE OBRA PARA LA RECOLECCION EN LA
ACERA*
Número promedio de recipientes y/o cajas
por lugar de recolección
1a2
3 0 más, servicio ilimitado
*
Tiempo de recogida
Recolector-min/lugar
0,50 - 0,60
0,92
Adaptado de Referencia 14
Ejemplo 6.3. Análisis de la Operación de Recolección
La agencia responsable de la recolección de los desechos sólidos permite dos
recipientes por servicio, recogidos en el patio de atrás. Se está considerando limitar el
servicio al patio de atrás a sólo un recipiente por servicio; a los demás servicios se les
permitirían dos recipientes sobre la acera. Se espera que alrededor del 10 por ciento de
todos los servicios solicitan el servicio en el patio de atrás. Cuantos recipientes adicionales
se pueden recolectar por día? Ahora hay 300 paradas de recolección por día. Suponga que
el tiempo promedio de recogida por servicio se puede estimar usando la Ecuación 6.15.
Solución
1.
Determine el tiempo de recolección para la operación actual; use la Ecuación 6.15.
Tiempo de recolección
= (0,72 + 0,18 (2) + (0,014)(100)min/servicio x (300 servicios)
= (0,72 + 0,36 + 1,40) (300) = 744 minutos
2.
Determine el número total de lugares de recolección tp que pueden ser recogidos si
se instituye el nuevo servicio propuesto.
Tiempo de recolección
=0,72 + 0,18 (2) + 0,014 (0)min/servicio x (0,9 Tp) + 0,72 + 0,18 (1) + 0,014
(100)min/servicio x (0,1 Tp)
744 = (0,72 + 0,36) (0,9 Tp) + (0,72 + 0,18 + 1,40)(0,1 Tp)
744 min = 1,20 tp
Tp = 744 = 620 servicios
1,20
3.
Determine el número adicional de recipientes que se pueden recolectar.
Recipientes recolectados ahora
= (2 recipientes/servicio) (300 servicios) = 600 recipientes
Recipientes recolectados, según propuesta
= (2 recipientes/servicio) (0,90) (620 servicios) + (1 recipientes/servicio) (0,10)
(620 servicios)
= 1116 + 62 = 1178 recipientes
Recolección adicional por día = 1178 - 600 = 578 recipientes
Comentario. Se debe notar que el tiempo de recolección calculado (744 min.) excede al
tiempo que una cuadrilla tiene disponible en una jornada normal de 8 horas diarias. En la
práctica, se utilizaría una segunda cuadrilla o la operación de recolección se completaría al
día siguiente.
Una vez conocido el número de lugares de recolección por viaje, entonces se puede estimar
el tamaño adecuado del vehículo de recolección como sigue:
v = Vp Np /r
(6.16)
donde:
V = volumen del vehículo de recolección, yd3/viaje
Vp = volumen de los desechos sólidos recolectados por lugar de recolección,
yd3/lugar
Np = número de lugares de recolección por viaje, lugares/viaje
r = relación de compactación
Cuando se conoce el número de lugares de recolección por viaje, se puede calcular las
necesidades semanales de mano de obra usando la Ecuación 6.12, multiplicando el término
de la derecha de la ecuación por n, el número de recolectores. El número de viajes por
semana se calcula usando la siguiente expresión:
NW = TP F/N
donde
NW = número de viajes de recolección por semana, viajes/sem
(6 -17)
TP = número total de lugares de recolección, lugares
F
= frecuencia de la recolección por semana, veces/sem
Np = número de lugares de recolección (servicios) por viaje, lugares/ viaje
En muchas áreas residenciales la frecuencia de la recolección es 2 veces por semana. En el
Capítulo 4 se discute el efecto de la recolección dos veces por serena sobre la cantidad de
desechos recolectados. En términos de los requerimientos de mano de obra, se ha
encontrado que las necesidades para la segunda recolección semanal son alrededor de 0,9 y
0,95 veces los de la primera recolección semanal. En general, los requerimientos de mano
de obra no son apreciablemente diferentes debido a que el tiempo de manejo del recipiente
es más o menos el mismo para los recipientes llenos y parcialmente llenos. A menudo esta
diferencia se desprecia en el cálculo de las necesidades de la mano de obra.
El número de vehículos de recolección necesarios se puede calcular dividiendo Dw, las
necesidades de mano de obra, por n, el número de recolectores por camión y por el número
de días de trabajo por semana. Para valores fraccionarios puede ser necesario ajustar las
rutas para obtener la mayor efectividad del costo.
Ejemplo 6.4. Diseño de Sistema de Recolección Residencial.
Diseñe un sistema de recolección de desechos sólidos para servir a un área residencial con
1000 viviendas unifamiliares. Suponga que se utilizará una cuadrilla de dos personas para
la recolección y que los siguientes datos son aplicables.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Número promedio de residentes por servicio = 3,5
Producción de desechos sólidos por habitante = 2 lb/hab/día
Densidad de los desechos sólidos (en los recipientes) = 200 lb/yd3
Recipientes por servicio = dos de 32 galones.
Tipo de servicio = 50 por ciento desde atrás de la casa, 50 por ciento en la
callejuela
Frecuencia de la recolección = una vez por semana
Vehículo de recolección = compactador cargado por detrás, relación de
compactación = 2
Distancia de acarreo en un viaje completo = 15 mi
Duración del día de trabajo = 8 h
Viajes por día = 2
Factor de fuera de ruta = 0,15
Constantes para estimar el tiempo de acarreo
a = 0,016 h/viaje y b = 0,018 mi/h
Suponga el tiempo en el sitio de disposición por viaje = 0,10 h/viaje
Suponga que se puede usar la Ecuación 6.
Para estimar el tiempo de recolección por cada lugar de recolección.
Solución
1.
Determine el tiempo disponible para la operación de recolección, usando la
Ecuación 6.13.
H = Nd (Pscs + s + a + bx) / (1 - W)
Pscs = (1 - W) H/Nd -(s + a + bx)
= (1-0,15) (8 h/día) / (2 viajes/día) - 0,10 h/viaje + 0,016 h/viaje +
(0,018 h/mi) (15 mi/viaje)
= (3,40 - 0,39) h/viaje
= 3,01 h/viaje
2.
Determine el tiempo de recolección necesario por lugar de recogida usando la
Ecuación 6.15.
tp =
=
=
3.
0,72 + 0,13 (Cn )+ 0,014 (PRH)
0,72 + 0,18 (2) + 0,014 (50)
1,76 recolector – min/lugar
Determine el número de lugares de recolección de los cuales se pueden
recolectar los desechos usando la Ecuación 6.14.
Np = 60 Pscs n/tp
= (60 min/h) (3,01 h/viaje) (2 recolectores) / (1,76 recolector –
min/lugar)
= 205 lugares/viaje
4.
Determine el volumen de desechos producido por lugar de recolección por
semana.
Volumen por semana =
(2,0 lb/hab/día) (3,5 hab/lugar recogido) (7 días/sem) (200 lb/yd3)
(l/sem)
0,245 yd3/lugar
=
=
5.
Determine el volumen necesario del camión, usando la Ecuación 6.16.
v =
=
=
6.
Vp Np/r
(0,245 yd3/lugar) (205 lugares/viaje) / 2
20,1 yd3/viaje
Determine el número de viajes necesarios por semana, usando la Ecuación
6.17.
Nw = Tp F/Np
= (1,000 lugares) (1/sem)/(205 lugares/viaje).
= 4,88 viajes/sem.
7.
Determine las necesidades de tiempo usando la Ecuación 6.12 multiplicando
el término de la derecha de la ecuación por n, número de recolectores.
Dw = n(Nw) Pscs + tw (s + a + bx)/ (1 - W) H
= 2 {(4,88 viajes/sem) (3,01 h/viaje) + (5 viajes/sem) 0,10 h/viaje +
0,016 h/viaje + (0,018 h/mi) (15 mi/viaje)} / (1 - 0,15) (8 h/día)
= 4,89 recolector - días/sem.
Debido a que se utilizan dos recolectores se necesitarán 2,45 días/sem.
Comentario. En casi todos los casos, la mayoría de los datos usados en estos ejemplos
serían conocidos por el diseñador y la información faltante podría ser, fácilmente,
determinada de estudios limitados de campo o estimada de datos presentados en este
capítulo. También se debiera notar que una suposición clave en este ejemplo es la de que se
harán dos viajes diarios.
Discusión
El análisis anterior de sistemas de acarreo de recipiente y recipiente estacionario ilustra los
tipos de relaciones que existen entre las varias componentes de los si s temas de recolección
de desechos sólidos. No se pretende que esta presentación será un compendio de tales
relaciones, sino más bien para indicar los tipos de datos que se deben reunir para evaluar
adecuadamente tales sistemas. En los ejemplos 6.1 a 6.4 se ha ilustrado la aplicación de
estas relaciones. Al finalizar la siguiente sección se presenta un ejemplo adicional en el cual
se aplican estas relaciones, tratando con las rutas de recolección.
6.4.
RUTAS DE RECOLECCION
Una vez se han determinado las necesidades de equipo y mano de obra se deben trazar las
rutas de recolección de manera que la fuerza de trabajo y el equipo sean utilizados
eficazmente. En general, el trazado de las rutas de recolección es un proceso de
aproximaciones. No hay reglas fijas que se puedan aplicar a todas las situaciones.
Algunos de los factores que se deben tomar en cuenta cuando se están trazando rutas son
los siguientes.
1.
2.
3.
4.
Se deben identificar las políticas y las normas existentes relacionadas a
aspectos tales como el punto y la frecuencia de la recolección.
Se deben coordinar condiciones existentes del sistema como tamaño de la
cuadrilla y el tipo de los vehículos.
Siempre que sea posible, se deben trazar las rutas de manera que empiecen y
terminen cerca de vías arterias, utilizando las barreras topográficas y físicas
como límites de las rutas.
En áreas montañosas, las rutas deben empezar en la parte más alta y
continuar hacia abajo a medida que se carga el camión.
5.
6.
7.
8.
Las rutas se deben trazar de manera que el último recipiente a ser
recolectado sobre la ruta sea el más cercano al lugar de disposición.
Los desechos producidos en lugares congestionados por el tráfico se deben
recolectar tan temprano como sea posible.
Las fuentes en las cuales se produzcan cantidades extremadamente grandes
de desechos deben ser atendidos durante la primera parte del día.
Los lugares dispersos de recolección donde se producen pequeños cantidades
de desechos sólidos que reciben la misma frecuencia de recolección deben,
si es posible, ser atendidos durante un viaje en el mismo día.
Trazado de Rutas
los pasos generales incluidos en el establecimiento de las rutas de recolección comprenden:
1) preparación de mapas que muestran los datos y la información pertinentes relacionados
con las fuentes de producción de desechos, 2) datos de análisis y cuando se requiera,
preparación de tablas resúmenes de información, 3) trazado preliminar de rutas, y 4)
comparación de rutas preliminares y el desarrollo balanceado de rutas por aproximaciones.
El paso número uno se discute adelante. Debido a que la aplicación de los pasos 2, 3 y
4 es diferente para los sistemas de acarreo de recipiente, cada uno de los sistemas se
discutirá por separado. Después de una breve discusión de la preparación de horarios de
rutas, el trazado de rutas para los sistemas de acarreo de recipiente y recipiente estacionario
se ilustra en el ejemplo 6.5. En las Referencias 6 y 13 se pueden encontrar detalles
adicionales sobre el trazado de rutas de recolección.
Paso 1. Sobre un mapa de escala relativamente grande de las áreas comercial, industrial o
residencial, se deben dibujar los siguientes datos para cada punto de recolección de
desechos sólidas: localización, número de recipientes, frecuencia de la recolección y, si se
utiliza el sistema de recipiente estacionario con compactadores de autocargue, la cantidad
estimada de desechos a ser recolectados en cada recogida. Para ayudar al análisis del
problema, se pueden usar los siguiente símbolos.
Sistema de acarreo del
recipiente
F
N
Sistema de recipiente estacionario
Compactadores de
Vehículos cargados a mano
autocargue
SW
NF
Donde
F
N
SW
=
=
=
frecuencia de recolección
número de recipientes
cantidad de desechos sólidos recolectados, yd3/ viaje
=
un recipiente, una vez por semana
=
=
dos recipientes, una vez por semana
servicio ilimitado, una vez por semana
=
un recipiente, dos veces por semana
=
dos recipientes, dos veces por semana
=
servicio ilimitado, dos veces por semana
Para sistemas de acarreo del recipiente, la tasa de producción de desechos en cada punto de
recogida no es importante debido a que generalmente no tiene efecto directo sobre el
trazado de las rutas de recolección. Para sistemas de "recipiente estacionario, sin embargo,
la tasa de producción de desechos en cada punto de recogida determina el número de
recipientes que se pueden vaciar por viaje. Para fuentes residenciales, generalmente, se
supone que se recogerá la misma cantidad de cada fuente (servicio).
Debido a que para el trazado de rutas se usa el método de aproximaciones, se debe usar
papel transparente una vez se han incluido los datos básicos sobre el mapa de trabajo.
Dependiendo del tamaño del área y del número de puntos de recogida, el área se debe
subdividir en áreas rectangulares y cuadradas que más o menos correspondan a áreas
funcionales del uso de la tierra. Para localizaciones con menos de 20 a 30 puntos de
recogida, generalmente, no es necesario este paso. Para áreas más grandes puede ser
necesario subdividir cada una de las áreas funcionales en áreas pequeñas teniendo en cuenta
factores tales como las tasas de producción de desechos y la frecuencia de la recolección,
Pasos 2, 3 y 4 para Sistemas de Acarreo del Recipiente. Suponga que se van a establecer
rutas de recolección para el área hipotética y uso funcional mostrados en la Figura 6.19 y
que además de los datos que aparecen sobre el mapa se conocen los siguientes datos
(preparados en el paso l).
Vehículos de recolección
:
Operación de recolección
:
Número promedio de viajes por día :
camión grúa
5 días/sem
9
Paso 2. Primero resuma el número de lugares de recolección, cada uno de los cuales recibe
la misma frecuencia de recolección como se muestra en las columnas 1 y 2 de la Tabla 6.7.
A continuación determine el número de recipientes que recibe la misma frecuencia de
recolección y se van a recoger cada día, como se muestra en las columnas 4 a 8 de la Tabla
6.7. Con esta información se pueden trazar las rutas preliminares de recolección.
Fig. 6-19. Plano de un área típica funcional.
Paso 3. Partiendo de la estación de despacho o donde sea el parque de los vehículos, trace
rutas de recolección para cada día de manera que empiecen y terminen cerca de la estación
de despacho. En la Figura 6.19 se muestra una ruta típica para el lunes. La operación de
recolección debe realizarse de manera lógica, tomando en cuenta factores tales como
condiciones del tráfico, tipo de actividad, etc.
Paso 4. Cuando se hayan trazado cinco rutas preliminares, se debe calcular la distancia
media a ser recorrida entre recipientes. Si las rutas no están balanceadas, se deben diseñar
de manera que cada ruta cubra aproximadamente la misma distancia. En general, se debe
ensayar un número de rutas de recolección antes de seleccionar las rutas definitivas.
Cuando se requiera más de un vehículo de recolección, se deben trazar rutas de recolección
para cada área funcional y se deben balancear las cargas de trabajo para cada conductor.
El trazado de las rutas no siempre será tan ordenado y eficiente como el que se nuestra en la
Figura 6.19. El mayor problema es con los acarreadores particulares quienes entran en
competencia abierta por clientes. Sin embargo, aún en estos casos, la delimitación de áreas
funcionales será útil. Los límites de uso funcional se deben ajustar para reflejar clientes
agregados o perdidos.
Pasos 2, 3 y 4 para Sistemas de Recipiente Estacionario. (Con compactadores de
autocargue). Suponga que se han trazado las rutas para el área que se muestra en la Figura
6-20 y que además de los datos que aparecen en el mapa se conocen los siguientes datos
(preparados en el paso 1).
Vehículo de recolección: 30 yd3 compactador de autocargue.
Relación de Compactación: 3
Número de días de la semana en que se realizará la operación de recolección:
3 (lunes, miércoles y viernes).
TABLA 6.7. RESUMEN DE DATOS DE UN AREA TIPICA DE USO FUNCIONAL*
Recolec/sem
(1)
1
2
3
4
5
TOTAL
*
Número de puntos
de recogida
(2)
10
3
3
0
4
Viajes/sem
(1) x (2)
(3)
10
6
9
0
20
45
Número de recipientes (reciben la misma frecuencia de recolección) vaciados
por día
Lunes
Martes
Miércoles
Jueves
Viernes
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
2
2
2
2
2
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
0
0
0
0
4
4
4
4
4
9
9
9
9
9
Ver Figura 6.16 para plano área típica de uso funcional.
Fig. 6.20. Plano de un área comercial típica.
Número de viajes por día: 1
Paso 2. Primero, estime la cantidad de desechos recolectados de los lugares de recolección
servidos cada día que se realiza la operación de recolección. De la Figura 6.20 se puede ver
que hay ocho lugares a ser atendidos durante cada día de recolección, y que la cantidad de
desechos a ser recolectados es de 64 yd3.
Debido a que el volumen efectivo del vehículo de recolección es de 90 yd3 (30yd3 x 3), se
pueden recoger 26 yd3 adicionales de desechos de lugares restantes para llenar el vehículo
de recolección. Además, la inspección de la Figura 6.20 revela que dos lugares producen un
total de 16 yd3 y deben ser recolectados dos veces por semana. Si se supone que estos
lugares serán atendidos los lunes y miércoles, los desechos adicionales que se deben
recoger de otros lugares los lunes, miércoles y viernes serán 10,10 y 26 yd3
respectivamente. Estas cantidades se deben recoger de lugares que son atendidos una vez
por semana.
Paso 3. Una vez se conoce la información anterior, se puede proceder a trazar las rutas de
recolección como sigue: Partiendo de la estación de despacho 0 donde son estacionados los
vehículos de recolección, se debe trazar una ruta de recolección de manera que una todos
los puntos de recogida a ser atendidos durante cada día de recolección. Esta ruta se debe
trazar de manera que el último de estos lugares sea el más próximo al lugar de disposición.
La línea continua que se muestra en la Figura 6.20, con excepción de la parte que incluye
dos lugares servidos una vez por semana, es la ruta básica para este ejemplo simplificado.
El siguiente paso es modificar la ruta básica para incluir los lugares adicionales de
recolección que serán atendidos antes de completar la carga Estas modificaciones se deben
hacer de manera que una cierta área o porción del área sea atendida con cada ruta de
recolección como se muestra en la Figura 6.20. Para áreas grandes, que han sido
subdivididas y son atendidas a diario, será necesario establecer rutas básicas en cada área
subdividida: en algunos casos entre ellas, dependiendo del número de viajes que se pueden
hacer por día.
Paso 4. Cuando se han trazado las rutas de recolección se debe determinar la densidad real
en el recipiente y la distancia de acarreo para cada ruta. Utilizando estos datos, se deben
comprobar los requerimientos de mano de obra contra el tiempo disponible por día. En
algunos casos puede ser necesario reajustar las rutas de recolección para balancear la carga
de trabajo. Después de haber establecido las rutas, ellas se deben trazar sobre un mapa
maestro.
Horarios
Se debe preparar un horario maestro de cada ruta de recolección para ser utilizado por el
departamento de ingeniería y el despachador del transporte. El conductor debe preparar un
horario para cada ruta, sobre el cual se puede encontrar el lugar y el orden de cada punto de
recolección a ser atendido. Además, se debe mantener un libro de ruta por conductor de
camión. El conductor utiliza el libro de ruta para chequear la localización y el status de los
usuarios. También es un lugar conveniente donde se registra cualquier problema con los
usuarios.
Ejemplo 6.5. Trazado de Rutas de Recolección y Análisis de Sistemas de Recolección.
Trace las rutas de recolección para un sistema de acarreo de recipiente y un sistema de
recipiente estacionario para el servicio en el área que se muestra en la Figura 6.21 (un mapa
como el que se muestra en la Figura 6.21 será preparado como el primer paso en el trazado
de rutas de recolección). Para ambos sistemas determine la distancia máxima desde el punto
B a que se puede localizar el sitio de disposición, de manera que la cantidad de trabajo
especificado se pueda realizar en un día de 8 horas. Suponga que se cumplen las siguientes
condiciones:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Recipientes con una frecuencia de recolección de dos veces por semana
deben ser recogidos los martes y viernes.
Recipientes con una frecuencia de recolección de tres veces por semana
deben ser recogidos los lunes, miércoles y viernes.
Los recipientes se pueden recoger desde cualquier lado de la intersección
cuando están colocados.
Cada día empieza y termina en la estación de despacho, (punto A).
Para el sistema de acarreo de recipiente, la recolección se hará de lunes a
viernes.
Los recipientes acarreados se intercambiarán en lugar de devolverlos a los
lugares de origen (Ver Figura 6.13b).
Los datos de operación para el sistema de acarreo de recipiente son como
siguen:
a)
b)
Tiempo de recogida y descarga del recipiente = 0,033 h/viaje
Tiempo en el sitio de disposición 0,053 h/viaje
Fig. 6.21. Area de servicio de recolección de desechos sólidos para el ejemplo 6.5.
8.
9.
10.
Para el sistema de recipiente estacionario, sólo se hará recolección cuatro
días en la semana, (lunes, martes, miércoles y viernes) con un viaje diario
solamente.
Para el sistema de recipiente estacionario, el vehículo de recolección será un
compactador de autocargue con una capacidad de 35 yd3 y una relación de
compactación de 2.
Los datos de operación para el sistema de recipiente estacionario son como
sigue:
a)
b)
c)
11.
12.
Tiempo de descargue del recipiente = 0,050 h/recipiente
Tiempo en el sitio de disposición = 0,10 h/viaje
Constante para estimar el tiempo de viaje entre lugares de los
recipientes: a1 = 0,060 h/viaje y b1 = 0,067 h/mi.
Determine el tiempo de acarreo para ambos sistemas usando las siguientes
constantes de acarreo: a = 0,080 h/viaje b = 0,025 h/mi.
Factor de fuera de ruta para ambos sistemas = 0,15.
Solución
1.
Sistema de acarreo del recipiente
a)
Arregle en una tabla un resumen de los datos reportados en la Figura 6.21
(paso 2 para trazar rutas), como sigue: Las rutas variarán de una a otra
solución, pero los recipientes 11 y 20 se deben recoger los lunes, miércoles y
viernes y los recipientes 17, 27 , 28 y 29 se deben recoger los martes y
viernes. La solución óptima será la de recoger un número igual de
recipientes en cada día lo mismo que conducir distancias iguales cada día. Si
un día tiene más recolecciones a hacer o una mayor distancia a conducir,
entonces la ruta de ese día tomará más tiempo y limitará, además, la
distancia a que se puede localizar el sitio de disposición.
b)
Suponiendo que los recipientes se intercambian de sitio, trace rutas
balanceadas de recolección para cada día de la semana por aproximaciones
(pasos 3 y 4).
Recoleccio
N° de
N° de
nes por
lugares de viajes/se
semana
recolección
m.
1
26
26
2
4
8
3
2
6
Total
32
40
i)
Número de recipientes vaciados por día (reciben la misma
frecuencia de recolección)
Lunes
Martes
Miércoles
Jueves
Viernes
6
4
6
8
2
4
4
2
2
2
8
8
8
8
8
Las rutas semanales resultantes y los cálculos de las distancias se
muestran en las siguientes tabulaciones.
ii)
c)
Las rutas limitantes para el sistema de acarreo del recipiente son los
días martes, miércoles, jueves y viernes, en los cuales cada ruta tiene
ocho recipientes y alrededor de 86.000 pies a ser recorridos entre los
puntos A y B.
Determine la distancia máxima desde el punto B al sitio de disposición.
i)
Determine el tiempo de recogida por viaje. Debido a que se utiliza el
sistema de intercambio del recipiente, el tiempo de recogida por viaje,
consta del tiempo necesario para recoger cada recipiente.
phcs =
=
pc + uc
(0.033 h/viaje) + (0.033 h/viaje) = 0.066 h/viaje
ii)
Tabulaciones de ruta semanal y distancia para el sistema de acarreo del
recipiente. Ejemplo 6.5. Vea Tabla 6.8.
iii)
Determine la distancia de acarreo del viaje completo usando la
Ecuación 6.5.
H =
Nd (phcs + s + a + b X) / (1 - W)
8 h/día = (8 viajes/d) 0.066 h/viaje + 0.053 h/viaje)
0,080 h/viaje + (0,025 h/mi) (X)  / ( 1 - 0,15)
(1 - 0,15) - 0,20 h/d = (0,025 h/mi (x) viaje/día
x = 26 mi/viaje
iv)
Determine la distancia del punto B al sitio de disposición. Distancia
del viaje completo desde B.
=
(26,0 mi/viaje) - (86,000 pie/día) / (5,280 pie/mi x
(8 viajes/día)
=
24 mi/viaje (38,6 Km/viaje)
Distancia desde B hasta el sitio de disposición
(20 mi/viaje) / 2 = 12 mi/viaje (19,3 Km/viaje)
2. Sistema de recipiente estacionario
TABLA 6.8.
HORARIO DE RECOLECCION PARA EL SISTEMA DE ACARREO DEL
RECIPIENTE EN EL EJEMPLO 6.5
Recipiente Recorridos entre Distancia
Recogido cuales puntos
recorrida
1000 pies
LUNES
Aa1
6
1
1aB
11
9
Ba9aB
18
11
B a 11 a B
14
20
B a 20 a B
10
22
B a 22 a B
4
30
B a 30 a B
6
19
B a 19 a B
6
23
B a 23 a B
4
BaA
5
TOTAL
84
MARTES
Aa7
1
7
7aB
4
10
B a 10 a B
16
14
B a 14 a B
14
17
B a 17 a B
8
26
B a 26 a B
12
27
B a 27 a B
10
28
B a 28 a B
8
29
B a 29 a B
8
BaA
5
TOTAL
86
MIERCOLES
Aa3
2
3
3aB
7
8
Ba8aB
20
4
Ba4aB
16
11
B a 11 a B
14
12
B a 12 a B
8
20
B a 20 a B
10
21
B a 21 a B
4
31
B a 31 a B
0
BaA
5
TOTAL
86
Recipiente Recorridos entre Distancia
recogido
cuales puntos
recorrida
1000 pies
JUEVES
Aa2
4
2
2aB
9
6
Ba6aB
13
18
B a 18 a B
6
15
B a 15 a B
8
16
B a 16 a B
8
24
B a 24 a B
16
25
B a 25 a B
16
32
B a 32 a B
2
BaA
5
TOTAL
86
VIERNES
A a 13
2
13
13 a B
5
5
Ba5aB
16
11
B a 11 a B
14
17
B a 17 a B
8
20
B a 20 a B
10
27
B a 27 a B
10
28
B a 28 a B
8
29
B a 29 a B
8
5
TOTAL
86
a)
Arregle una tabla resumen para los datos reportados en la Figura 6.21 (paso
2 para trazado de rutas).
Las rutas de recolección para el sistema de recipiente estacionario variarán,
pero es indispensable recolectar los recipientes 11 y 20 los lunes, miércoles y
viernes y los recipientes 17, 27, 28 y 29 los martes y viernes. Nuevamente,
la solución óptima será tener un número igual de recipientes para ser
recogidos cada día lo mismo que distancias iguales para recorrer cada día.
Recolecciones
por semana
1
2
3
TOTAL
b)
Desechos
totales, yd3
178
48
51
277
Cantidad de desechos recolectados por día, yd3
Lunes
Martes
Miércoles
Jueves
Viernes
53
45
52
0
28
24
0
24
17
17
0
17
70
69
69
0
69
Trace rutas balanceadas de recolección por aproximaciones, en términos de
la cantidad de desechos recolectados (pasos 3 y 4). Note que la cantidad
máxima de desechos que se pueden recoger por día es de 70 yd3 (35 yd3 x 2).
En las siguientes tabulaciones se muestran las rutas resultantes y el cálculo
de las distancias. Debido a que se recoge el mismo número de recipientes
todos los días, el día limitante será el martes con un recorrido de alrededor
de 28.000 pies entre los puntos A y B.
i)
Tabulaciones de rutas semanales y distancia para el sistema de
recipiente estacionarlo, Ejemplo 6.5. Vea Tabla 6.9. ii) Distancia
recorrida entre los puntos A y B.
Día
Lunes
Martes
Miércoles
Viernes
Distancia pies
26.000
28.000
26.000
22.000
TABLA 6.9.
PROGRAMA DE RECOLECCION PARA EL SISTEMA DE RECIPIENTE
ESTACIONARIO DEL EJEMPLO 6.5.
Orden de relación del
Cantidad de
recipiente
desechos, yd3
Lunes
Orden de recolección
Cantidad de
recipiente
desechos, yd3
Miércoles
13
5
18
9
7
7
12
4
6
10
11
9
4
8
20
8
5
8
24
9
11
9
25
4
20
8
26
8
19
4
30
5
23
6
21
7
32
5
22
7
Total
70
Total
69
Martes
Viernes
2
6
3
4
1
8
10
10
8
9
11
9
9
9
14
10
15
6
17
7
16
6
20
8
17
7
27
7
27
7
28
5
28
5
29
5
29
5
31
5
Total
68
Total
70
c)
Suponga que la distancia media recorrida entre los puntos A y B es igual a
25.500 pies y que la distancia media entre los recipientes es igual a 2.550
pies (25.500110) = 0,48 mi. Determine el tiempo de recolección por
recipiente utilizando una forma modificada de la Ecuación 6.9.
Pscs = Ct (uc + dbc) = Ct uc + (a1 + b1 x1)
= (10 recipientes/viaje) 0,050 h/recipiente + 0,060 h/recipiente +
0,067 h/mi)/(0.48 mi/recipiente)
= 1,42 h/viaje
d)
Determine la distancia máxima de acarreo por viaje completo desde el punto
B al sitio de disposición usando la Ecuación 6.13.
H=
Nd (Pscs + s + a + bx) / (1 - W)
8 h/día =
(1 viaje/día) 1,42 h/viaje + 0,10 h/viaje + 0,080 h/viaje +
(0,025 h/mi) (x)/ (1 - 0,15)
8 (1 - 0,15) - 1,6 h/día = (0,025 h/mi) (x)viaje/día
X =
e)
5,2/0,025 = 208 mi/viaje (335 Km/viaje)
Determine la distancia desde el punto B al sitio de disposición. Distancia del
punto 8 al sitio de disposición.
=
(208 mi/viaje)/2 = 104 mi/viaje (167 Km/viaje)
Comentario. Nuevamente acá, como se anotó previamente en el Ejemplo 6.2, la ventaja
competitiva del sistema de recipiente estacionario es clara cuando se comparan las
distancias del viaje completo.
6.5.
TECNICAS AVANZADAS DE ANALISIS
El interés en un análisis de los sistemas de recolección de desechos sólidos surge de la
necesidad de mejorar (optimizar) la operación de sistemas existentes y desarrollar datos y
técnicas que se puedan utilizar para diseñar o evaluar sistemas nuevos o futuros. En el
pasado, el diseño y la operación de sistemas de recolección de desechos sólidos estaban
basados, en gran parte en la experiencia y la intuición. A medida que los sistemas de
recolección y las operaciones han crecido en tamaño y complejidad, este método ha
demostrado ser menos confiable. La razón principal es la de que, debido a las muchas
variables, operaciones, e interrelaciones que se deben considerar (en sistemas gran des), el
manejo se ha convertido en una estructura tal que ninguna puede conocer o comprender
todo el sistema.
Ahora se están aplicando técnicas y herramientas, desarrolladas en áreas relacionadas, para
solucionar problemas de recolección de desechos, en un esfuerzo por operar eficazmente
sistemas existentes y diseñar nuevos sistemas. Términos tales como análisis de sistemas,
investigación de operaciones, sistemas de simulación y modelos de sistemas y operaciones
se están convirtiendo en parte del vocabulario en este campo y se anticipa que la ingeniería
de sistemas encontrará aplicaciones todavía más amplias en el análisis de sistemas de
recolección de desechos. Además, el propósito de esta sección es discutir brevemente
algunas técnicas avanzadas que han sido aplicadas en el análisis de sistemas de recolección
de desechos sólidos.
Análisis de Sistemas
El análisis o ingeniería de sistemas se ocupa de la selección de relaciones, procedimientos y
elementos apropiados para alcanzar un propósito especifico. Est a definición es general y se
puede usar en una variedad de contextos. Por ejemplo, los análisis de sistemas se pueden
aplicar al diseño de sistemas de recolección de desechos sólidos o a la selección de
combinaciones de equipo necesario para el acarreo, por ferrocarril, de desechos sólidos para
la disposición. Dependiendo de la naturaleza de los sistemas en investigación, las técnicas
de análisis de sistemas, tales como investigación de operaciones y simulación, han
encontrado amplia aplicación. Algunos textos hacen la distinción de que la investigación de
operaciones trata con la operación de sistemas existentes mientras que la simulación trata
de estudio y diseño de sistemas nuevos o propuestos. Estas dos técnicas están incluidas
dentro del campo de la ingeniería de sistemas. En realidad, a partir del desarrollo de la
investigación de operaciones y otras técnicas operacionales se originó el término ingeniería
de sistemas, la cual depende del uso de tales técnicas.
Investigación de Operaciones
El campo de investigación de operaciones se desarrolló primero en Inglaterra en un
contexto militar, a principios de los años 1940 (2). En un sentido general se puede definir
como el enfoque científico de la toma de decisiones que comprende las operaciones de
cualquier sistema organizado. El significado de esta definición se puede entender más
claramente en términos de los pasos u operaciones que caracterizan un estudio de
investigación de operaciones (3).
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Formulación del problema.
Construcción de un modelo matemático para representar el sistema de
estudio.
Obtención de una solución del modelo.
Prueba del modelo y la solución obtenida de él.
Establecimiento de controles sobre la solución
Poner la solución a trabajar: implementación.
Con algunas generalizaciones, también se puede usar esta misma lista para describir pasos
involucrados en un estudio de ingeniería de sistemas. En tal estudio, la fase de construcción
del modelo puede incluir el uso de una variedad de modelos diferentes. También puede ser
estudiado el comportamiento de los sistemas propuestos, utilizando modelos de simulación
(Vea la siguiente discusión). Para mayores detalles, se pueden consultar las Referencias 2 y
12.
Simulación
La simulación se puede definir como la conducción de experimentos que comprenden
modelos físicos, análogos o simbólicos, los cuales se usan para describir la respuesta del
sistema (o sus componentes) bajo estudio. Mientras que la investigación de operaciones se
ocupa de la formulación y solución de modelos matemáticos que representan sistemas
reales, la simulación es utilizada para describir la operación de sistemas reales y propuestos
en términos de sus componentes individuales. Los experimentos se realizan con modelos
porque los experimentos con cualquier sistema real de recolección de desechos sólidos
pueden ser imposibles de realizar (8, 10). Simulando la operación del sistema propuesto es
posible hacer predicciones acerca de él y estudiar los efectos de cambios en los vehículos,
rutas y sitios de transferencia y disposición.
Un modelo se puede definir como una representación de algún sujeto de investigación
(tales como objetos, eventos, procesos, sistemas, etc.). Generalmente, tal modelo se usa con
el propósito de controlar la operación o su predicción. Los tipos generales de modelos de
simulación que han sido usados para propósitos representacionales son icónicos, análogos y
simbólicos (3).
Se dice que son icónicos los modelos que aparecen como lo que ellos representan.
Ejemplos de modelos icónicos son los modelos a escala de laboratorio de un canal
hidráulico, puente o estructura. Son modelos análogos, los modelos en los que se usa un
conjunto de propiedades para modelar otro conjunto. El modelo de una malla de tubos que
usan componentes eléctricos es un método familiar de modelo análogo usado en el campo
de distribución de agua para ciudades. Son simbólicos los modelos en los cuales los
símbolos o grupos se usan para representar la componente o sistema de estudio.
Los modelos simbólicos se usan más comúnmente en el análisis de sistemas de recolección
de desechos sólidos debido a que son los más generales y se pueden alterar fácilmente.
Esto es importante debido al tamaño y la complejidad de los sistemas que se deben
modelar. En este contexto, los modelos usados para las operaciones de recolección de
desechos sólidos, tales como los descritos antes en este capítulo, deben representar
simbólicamente lo que tiene lugar en el campo hasta el límite en que el proceso es
identificable y puede ser cuantificado.
Aplicaciones
Las técnicas mencionadas se pueden aplicar a:
1)
2)
3)
La evaluación de sistemas existentes
El diseño de nuevos componentes dentro de sistemas existentes, y
El diseño de sistemas nuevos o propuestos
Evaluación de Sistemas Existentes. El propósito acá es evaluar el funcionamiento o
eficiencia de operaciones de recolección y el equipo existente, y mejorar la operación de
sistemas en funcionamiento (7, 10). Las evaluaciones de sistemas existentes, generalmente,
se basan en comparaciones económicas, en las cuales se comparan los costos entre la
operación existente y sistemas o métodos alternos recomendados de operación. Un ejemplo
clásico de tal análisis ocurrió en las Estados Unidos en la mayoría de las instalaciones
militares cuando se h izo aparente que el costo de utilizar el sistema de acarreo del
recipiente (ver Figura 6.6) era significativamente mayor que el costo de utilizar el sistema
de recipiente estacionario con compactadores y auto cargue mecánico (Ver Figura 6.10).
En muchos sistemas de recolección, pueden resultar economías del análisis y la
reorganización de rutas de recolección. En este caso las relaciones componentes deben ser
acopladas a un modelo de rutas para encontrar la combinación óptima de rutas sujetas a las
restricciones dadas del sistema. El problema de encontrar la ruta óptima de recolección
tiene una analogía directa en el campo de la investigación de operaciones donde se
encuentra un problema similar en el diseño de rutas de viaje de un vendedor. En textos de
investigación de operaciones se hace referencia al "problema de viajes del agente viajero"
(2,3).
Modificación de Sistemas Existentes. Otra aplicación extremadamente valiosa de estas
técnicas es la modificación de sistemas existentes a la luz de cambios tecnológicos y
operacionales. Por ejemplo, si un grupo de ciudades en un área metropolitana va a adoptar
el acarreo ferroviario como un medio apropiado de disposición, se tendrán que modificar
muchas de las rutas de recolección existentes para minimizar los costos de recolección.
Diseño de Sistemas Propuestos. Los problemas planteados en el diseño de nuevos sistemas
generalmente están relacionados a la falta de datos específicos, tales como las cantidades de
desechos sólidos que se producirán y las características de los sistemas de recolección a ser
usados. La cantidad de desechos sólidos a ser producidos se convierte en una consideración
más importante en operaciones de recolección industrial o comercial debido a que las tasas
de producción, generalmente, no son fijas, pero siguen algún patrón de frecuencia
estadística. En estas situaciones se pueden utilizar más efectivamente las técnicas de
simulación.
Por ejemplo, la cantidad de desechos sólidos a ser esperados se pueden estimar usando
técnicas de simulación .(9, 10). En la mayoría de los casos, se pueden utilizar datos de
operaciones- existentes en el desarrollo y verificación de estos modelos. El desarrollo de
modelos de simulación es discutido en las Referencias 5, 8, 10 y 15. El diseño de sistemas
de recolección propuestos también involucra la misma suerte de procedimiento, utilizando
(1) datos simulados de producción de desechos, (2) distribución de patrones de producción
(ejemplo: puntos de recolección propuestos) y (3) alternativas de disposición. Con base en
esta información, se investigan un número de sistemas alternos, utilizando un sistema de
modelo de simulación. Entonces se deben evaluar las soluciones alternas en términos de
criterio ingenieril y consideraciones de factores intangibles.
Discusión
La aplicación efectiva de estas técnicas avanzadas requiere que el problema bajo
investigación esté bien definido. Se ha dicho que "un problema bien definido está medio
resuelto". Desafortunadamente, la verdad de esta declaración a menudo se aprecia
únicamente después del hecho o cuando es demasiado tarde para modificar el curso. La
aplicación de estas técnicas a problema pobremente definido sólo puede conducir a la
frustración y a desconfiar de las técnicas, las cuales, si se aplican adecuadamente, podrían
ayudar materialmente a mejorar la operación de todos los tipos de sistemas de recolección
de desechos sólidos.
6.6.
TOPICOS DE DISCUSION Y PROBLEMAS
6.6.1.
Conduzca alrededor de su comunidad e identifique los principales tipos de
sistemas y equipos usados para la recolección de desechos sólidos residenciales y
comerciales. Seleccione dos o más sistemas comunes, y el tiempo de varias actividades
asociadas con la recolección de desechos. ¿Cómo se comparan sus valores con los datos
dados en este capítulo? Si sus cifras son apreciablemente diferentes, explique ¿por qué?
6.6.2. Determine las constantes a y b de la ecuación de acarreo para los siguientes datos:
Velocidad media de acarreo, y, mi/h.
10
21
30
34
37,5
38
39,5
38,8
40
Distancia de viaje completo, x, mi/viaje
0,8
2,5
5,0
7,5
10,0
12,5
15,0
17,5
20,0
6.6.3. Usted es el ingeniero Municipal en una ciudad de tamaño medio de un sector rural.
Durante una reunión del Concejo Municipal se le pidió a usted comparar el método de
recolección satélite con el más tradicional de servicio de recolección en la acera y
callejuelas que la ciudad está prestando. Sorprendido, porque usted durmió durante las
cuatro horas que precedieron de debate sobre los méritos del slogan de la ciudad, usted trata
de ordenar sus pensamientos. ¿Cuáles son algunas consideraciones importantes que se
deben traer a discusión?
6.6.4. Desarrolle una ecuación similar a la presentada en este capítulo que se pueda usar
para determinar las necesidades de mano de obra para un sistema de recipiente estacionario
empleando vehículos satélites de recolección, Ver Figura 6.3 y Referencia 4).
6.6.5. Debido a la diferencia de opinión entre funcionarios municipales, usted ha sido
llamado como un consultor de afuera para evaluar la operación de recolección de la ciudad
de Davisvilla. El aspecto básico se centra alrededor de la cantidad de tiempo empleado por
los recolectores en actividades fuera de ruta. Los recolectores dicen que ellos gastan menos
del 15% de cada día de trabajo de 8 horas en actividades fuera de ruta; la dirección alega
que la cantidad de tiempo gastado es mayor de 15%. Usted ha recibido la siguiente
información que ha sido verificada por los recolectores y la dirección.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Se utiliza un sistema de acarreo de recipientes, sin intercambio de los
mismos.
El tiempo medio empleado conduciendo desde el patio de la corporación
hasta el primer recipiente es de 20 minutos y no ocurren actividades de fuera
de ruta.
El tiempo medio de recogida del recipiente es de 6 min.
El tiempo medio de recorrido entre recipientes es de 6 min.
El tiempo medio necesario para vaciar el recipiente en el sitio de disposición
es de 6 min.
La distancia promedio de viaje completo al sitio de disposición es de 10
mi/viaje, y la ecuación de acarreo es (a + bx) las constantes son a = 0,004
h/viaje y b = 0,02 h/mi.
El tiempo necesario para depositar un recipiente después de haberlo vaciado
es de 6 min.
El tiempo medio empleado en el recorrido desde el último recipiente hasta el
patio de la corporación es de 15 min. y no ocurren actividades de fuera de
ruta.
El número de recipientes vaciados por día es de 10.
De esta información, determine si la verdad está de lado de los recolectores o de la
administración.
6.6.6. La cantidad de desechos sólidos producidos por semana en un complejo residencial
grande es de alrededor de 600 yd3. Hay dos recipientes, cada uno con una capacidad de 40
galones detrás de cada casa. Los desechos sólidos son recolectados por una cuadrilla de dos
personas que utilizan un compactador cargado a mano de 35 yd3 una vez a la semana.
Determine el tiempo por viaje y las necesidades semanales de mano de obra en personasdía. El sitio de disposición está localizado a 15 millas de distancia, las constantes de la
velocidad de acarreo a y b son 0,08 h/viaje y 0,025 h/mi, respectivamente; el tiempo en el
sitio de disposición es de 0,10 h/viaje; el factor de fuera de ruta es 0,15; el factor de
utilización del recipiente es 0,7 y la relación de compactación es 2. Suponga que la
recolección se basa en un día de 8 horas.
6.6.7. Una ciudad desea determinar el impacto de una nueva subdivisión de servicios de
recolección de desechos sólidos. La subdivisión añadirá 150 casas nuevas. Una cuadrilla
de dos personas recogerá los desechos dos veces por semana, utilizando un compactador de
24 m3 cargado a mano. El tamaño permitido de recipiente es de 0,14 m3. Se estima que
habrá 3,2 personas por vivienda y que cada persona botará 2,5 Kg. de desechos diarios.
Determine el número de recipientes que se necesitarán por vivienda, el factor promedio de
utilización del recipiente, y la necesidad semanal de mano de obra en personas- día. La
relación de compactación para el vehículo de recolección es 2,5, la densidad media de los
desechos sólidos en los recipientes es 120 Kg/m3, el sitio de disposición está situado a 25
Km. y las constantes de la velocidad de acarreo a y b son 0,08 h/viaje y 0,015 h/Km,
respectivamente. La recolección es en la acera excepto para personas de edad (alrededor del
5%) quienes reciben el servicio en el patio de atrás.
6.6.8. Va a ser ocupada una nueva área residencial compuesta de 800 viviendas separadas,
de poca altura. Suponga que se harán dos o tres viajes por día al sitio de disposición; diseñe
el sistema de recolección y compare las dos alternativas. Los siguientes datos son
aplicables:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
9.
10.
Tasa de producción de desechos sólidos = 0.032 yd3/día/casa
Recipientes por servicio = 2
Tipo de servicio = 75 por ciento en la acera y 25% detrás de la casa
Frecuencia de la recolección = una vez por semana
El vehículo de recolección es un compactador de carga por detrás con una
relación de compactación de 2,5
Duración del día de trabajo = 8h
Cuadrilla de recolección = 2 personas 8. Distancia del viaje completo = 20
mi
Constantes de acarreo: a = 0,08 h/viaje y b = 0,025 h/mi
Tiempo en el lugar de disposición por viaje = 0,083 h/viaje
6.6.9. La Corporación TT & E tiene cuatro instalaciones de negocios convenientemente
localizados a 5 mi una de otra y a 5 mi del sitio de disposición. TT & E actualmente utiliza
un sistema convencional de acarreo del recipiente con grandes recipientes abiertos por encima. Se ha sugerido a TT & E que pudiera ahorrar dinero alquilando un quinto recipiente
de la compañía de recolección de desechos a un costo de $ 120/mes y cambiando el modo
de operación al de intercambio de recipiente, Ver Figura 6.13b. Cada lugar será atendido 8
veces por mes. El recipiente extra será almacenado en la estación de despacho de la
compañía encargada de la recolección. Suponiendo que los costos de operación son $ 20/h,
calcule los costos de ambos sistemas. ¿Es una decisión sabia para la TT & E alquilar el
quinto recipiente? Suponga que a = 0,034 h/viaje y b = 0,029 h/mi para todos los casos.
Con claridad formule cualquier suposición adicional.
6.6.10. Su amigo y amiga están buscando un trabajo a tiempo parcial. Usted vive en una
pequeña comunidad rural que no recibe servicio regular de recolección de desechos sólidos.
Su amigo piensa que sería una buena idea prestar el servicio de recolección de desechos
utilizan do su nuevo pick-up de 3/4 ton. con tracción en las cuatro ruedas. Hay 30 casas y
cada casa utiliza dos recipientes de 32 galones. Todas las casas recibirán servicio desde el
patio de atrás una vez por semana. Las constantes de acarreo son 0,08 h/viaje y 0,025 h/mi.
Suponga que el tiempo en el sitio de disposición es igual a 0,5 h. La distancia de acarreo en
viaje completo al sitio de disposición es de 32 mi. El tamaño del platón del pick-up es de 6
x 8 x 3 pies. Suponiendo que su amigo y amiga pueden dedicar 10 h/sem, a este proyecto,
¿pueden ellos hacer el trabajo?
6.6.11. Usted ha sido llamado a someter una propuesta para evaluar la operación de
recolección de residuos sólidos en su universidad. Prepare una propuesta en forma
esquemática, para someter a consideración de la universidad. Anote claramente las
divisiones más importantes o tareas en las cuales sería dividido el esfuerzo de trabajo.
Basado en su conocimiento actual, estime las personas- mes de esfuerzo que serían
necesarias para hacer el trabajo del esquema de su propuesta. Utilice un formato tipo
esquema para contestar esta pregunta.
6.6.12. Trace rutas de recolección para el área residencial que se muestra en la Figura 6.22.
Suponga que los siguientes datos son aplicables:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Ocupantes por residencia = 4,0
Tasa de producción de desechos sólidos = 3,5 lb/ha/día
Frecuencia de la recolección = una vez por semana
Tipo de servicio de recolección = acera
Tamaño de la cuadrilla de recolección = una persona
Capacidad del vehículo de recolección = 30 yd3
La densidad de los desechos sólidos compactados en el vehículo de
recolección es igual a 552 lb/yd3
6.6.13. Trace rutas de recolección para el área que se muestra en la Figura 6.22 usando los
datos dados en el problema 6.12, suponiendo que las calles 4 y 6 son de una sola vía de Sur
Norte y que la 5 y la 7 son de una vía de Norte a Sur.
6.6.14. Prepare un resumen de una página de la Referencia 10. ¿Cree usted que los métodos
y técnicas discutidas en este artículo son aplicables en su comunidad?
Fig. 6.22. Area Residencial de servicio para los problemas 6.12. y 6.13.
6.7.
REFERENCIAS
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Administration Service, Chicago, 1970.
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13.
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Washington, D.C., 1974.
14.
Tchobanoglous, G. and G. Klein: An Engineering Evaluation of Refuse Collection
Systems Applicable to the Shore Establishment of the U.S. Navy, Sanitary
Engineering Research Laboratory, University of California, Berkeley, 1962.
15.
Truitt, M.M., J. C. Liebman, and C.W. Kruse: Mathematical Modeling of Solid
Waste Collection Policies, vols. 1 and 2, U.S. Department of Health, Education, and
Welfare, Public Health Service, Publication 2030, Washington, D.C. 1970.
16.
University of California: An Analysis of Refuse Collection and Sanitary Landfill
Disposal, Technical Bulletin 8, Series 37, University of California Press, Berkeley,
1952.
7.
TRANSFERENCIA Y TRANSPORTE
En el campo de los desechos sólidos, el elemento funcional de transferencia y transporte se
refiere a los medios, instalaciones y equipos utilizados para efectuar la transferencia de
desechos de vehículos de recolección relativamente pequeños a vehículos más grandes y a
transportarlos sobre distancias largas ya sea a centros de procesado o a sitios de
disposición. Así, la discusión en este capítulo se centra sobre:
1.
2.
3.
4.
La necesidad de operaciones de transferencia
Descripciones de los principales tipos de estaciones de transferencia
Medios y métodos alternos de transporte
La localización de estaciones de transferencia
Se anota que las estaciones de transferencia pueden estar en los mismos lugares que las
estaciones de procesado o en lugares completamente separados. (Las estaciones de
procesado, a su vez, pueden estar en los mismos lugares de las estaciones de transferencia,
en lugares separados o en los mismos lugares de los sitios de disposición). Se anota
además, que por simplicidad en este capítulo se denomina generalmente al sitio de
disposición como al punto de destino de los vehículos. Donde sea aplicable, sin embargo, el
centro de procesado es un destino alterno (intermedio).
7.1.
LA NECESIDAD DE OPERACIONES DE TRANSFERENCIA
Las estaciones de transferencia se pueden usar con éxito con casi cualquier tipo de sistema
de recolección. Los factores que tienden a hacer atractivo el uso de operaciones de
transferencia incluyen:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
La presencia de botaderos ilegales y grandes cantidades de desperdicios
dispersos.
La localización de sitios de disposición relativamente distantes de las rutas
de recolección (generalmente más de 10 mi).
El uso de camiones de recolección de poca capacidad (generalmente por
debajo de 20 yd3.
La existencia de áreas residenciales de poca densidad (lotes de un acre o más
con callejuelas largas).
El uso generalizado de recipientes de tamaño medio para la recolección de
los desechos de fuentes comerciales y
El uso de sistemas de recolección hidráulicos o neumáticos.
Las operaciones de transferencia y transporte se vuelven necesarias cuando las distancias de
transporte a sitios disponibles de disposición o a centros de procesado aumentan hasta el
punto en que el acarreo directo no es factible económicamente. También se vuelven
necesarios cuando los sitios de disposición o procesado están en lugares remotos y no se
puede llegar directamente a ellos, por carretera. Estas situaciones se discuten en esta
sección.
Distancias Excesivas de Acarreo
En los primeros días, cuando se usaron carros tirados por caballos para la recolección de
desechos sólidos, era una práctica común botar el contenido de los carros cargados en algún
vehículo auxiliar para el transporte al sitio de disposición o a algún punto intermedio para
procesado (8). Sin embargo, con el advenimiento del moderno camión de motor y la
disponibilidad de combustible de poco costo, se abandonó la transferencia en la mayoría de
las ciudades y se adoptó el acarreo directo. Hoy día, con el aumento de los costos de mano
de obra, operación y combustibles, la tendencia está revirtiendo y nuevamente vuelven a ser
comunes las estaciones de transferencia.
Generalmente, la decisión de emplear estaciones de transferencia está basada en economía.
Por ejemplo, en el capítulo 6 (Ejemplos 6-2 y 6-5), se demuestran claramente las ventajas
económicas y el tiempo para el sistema de recipiente estacionario sobre el sistema de
acarreo del recipiente. Expresado simplemente, es más barato acarrear un gran volumen de
desechos en grandes incrementos sobre una distancia grande que acarrear un gran volumen
de desechos en pequeños incrementos sobre una distancia grande. Esto se ilustra en el
Ejemplo 7.1. los aspectos administrativos concernientes al uso de operaciones de
transferencia son considerados en el Capítulo 15.
Ejemplo 7.1. Comparación Económica de Alternativas de Transporte. Determine el tiempo
equivalente para sistema de acarreo del recipiente y recipiente estacionario comparado a un
sistema que usa operaciones de transferencia y transporte para transportar desechos
recolectados de un área metropolitana a un sitio de disposición por relleno sanitario.
Suponga que son aplicables los siguientes datos de costos:
1.
Costos de transporte
a)
b)
c)
2.
Sistema de acarreo del recipiente utilizando un camión grúa con un
recipiente de 8 yd3 = $ 8/h
Sistema de recipiente estacionario utilizando un compactador de 20
yd3 = $ 12/h
Unidad de transporte tractor-trailer-trailer con una capacidad de 120
yd3 = $ 16/h
Otras costos
a)
b)
Costos de operación de la estación de transferencia incluyendo
amortización = $ 0,30/yd3
Costos de tiempo extra de descargue para la unidad de transporte
tractor-trailer-trailer comparado al costo para otros vehículos 0,05/yd3
Solución
1.
Convierta los datos de costo de acarreo a unidades de dólares por yarda
cúbica por minuto (vea comentarios al final de este ejemplo)
Camión grúa = $ 0,0167 /yd3/min
Compactador = $ 0,0100/yd3/min
Equipo de transferencia = $ 0,0022/yd3/min
a)
b)
c)
2.
3.
a)
b)
Prepare un gráfico como el mostrado en la Figura 7.1 del costo por yarda
cúbica versus el tiempo de conducir el viaje completo, expresado en
minutos, para las tres alternativas.
Determine los tiempos equivalentes para los sistemas de acarreo del
recipiente y recipiente estacionario, Ver Figura 7.1.
Sistema de acarreo del recipiente = 23 min
Sistema de recipiente estacionario = 46 min
Así, por ejemplo, si se utiliza un sistema de recipiente estacionario y el tiempo del viaje
completo al sitio de disposición es mayor de 46 min, se debe investigar el uso de estaciones
de transferencia.
Fig. 7.1. Evaluación económica de los medios alternos de transporte para el Ejemplo
7.1.
Comentario. En la mayoría de los artículos y libros de referencia que tratan del acarreo de
desechos sólidos sobre distancias largas, los datos de costos se expresan en términos de
dólares por tonelada por minuto o dólares por tonelada por milla. Esta práctica es
ampliamente aceptada para el análisis de estaciones de transferencia debido a que el peso es
la medida más critica para el movimiento en autopista o carretera. Sin embargo, tales datos
de costos pueden ser desorientadores cuando las densidades de los desechos sólidos varían
apreciablemente de un lugar a otro o de recipiente a recipiente. Por ejemplo, si la densidad
de los desechos en dos recipientes de camiones grúa varían por un factor de 3, entonces las
comparaciones de costos de acarrear los dos recipientes del mismo tamaño sobre la base
por tonelada tiende a ser equivocada debido a que el costo real es el mismo para ambos. De
otro lado, una comparación basada en dólares por yarda cúbica por minuto o dólares por
minuto sería valiosa en la comparación de las dos operaciones.
Sitios de Disposición o Centros Remotos de Procesado
Las operaciones de transferencia se deben usar cuando el sitio de disposición o estación de
procesado está en un lugar remoto tal que no es factible el transporte convencional por
carretera únicamente. Por ejemplo, las estaciones de transferencia se necesitan cuando se
deben usar carros sobre rieles o barcazas en el océano para transportar desechos al punto de
disposición final. Si los desechos sólidos son transportados por tubería, generalmente es
necesaria una combinación de estación de transferencia- procesado. Estos temas son
considerados en las siguientes secciones.
7.2. ESTACIONES DE TRANSFERENCIA
Las estaciones de transferencia, como su nombre lo indica, se usan para llevar a cabo la
remoción y transbordo de los desechos sólidos del vehículo de recolección y otros
vehículos pequeños a equipos de transporte más grande. Las estaciones de transferencia se
pueden clasificar con respecto a la capacidad como sigue: pequeñas, menores de 100
ton/día; medianas, entre 100 y 500 ton/día; y grandes más de 500 ton/día. Aunque los
detalles específicos varían con el tamaño, los factores importantes que se deben considerar
incluyen: 1) el tipo de operaciones de transbordo a ser utilizado, 2) capacidad requerida, 3)
necesidades de equipo y accesorios, y 4) exigencias de saneamiento.
Tipos de Estaciones de Transferencia
Dependiendo del método usado para cargar los vehículos de transporte, las estaciones de
transferencia se pueden clasificar en tres tipos: 1) descargue directo, 2) descargue de
almacenamiento, y 3) combinación de descargue directo y descargue con almacenamiento.
Descargue Directo (Grande). En una estación de transferencia de gran capacidad de
descargue directo, los desechos en los vehículos de recolección generalmente son vaciados
directamente en el vehículo a ser usado para transportarlos a un lugar de disposición final.
Para real izar esto, generalmente las estaciones de transferencia son construidas en una
disposición a dos niveles. Se puede elevar la plataforma o dique de descargue, desde el cual
son descargados los desechos de los vehículos de recolección, en los trailers de transporte,
o se pueden colocar los trailers de transporte en una rampa baja, Ver Figura 7.2 las
secciones de la instalación que se muestran en la Figura 7.2 y las fotografías de algún
equipo utilizado se muestran en la Figura 7.3. En algunas estaciones de transferencia de
descargue directo, el contenido de los vehículos de recolección puede ser vaciado sobre la
plataforma de descargue si los trailers están llenos. Entonces los desechos son empujados
dentro de los trailers de transporte.
La operación de estaciones de transferencia de descargue directo, como la que se muestra
en la Figura 7-2, se puede resumir como sigue. A la llegada a la estación de transferencia,
todos los vehículos acarreando desechos son pesados por el jefe de pesado, quien entonces
indica donde se deben descargar los desechos entregando al conductor un número
apropiado de ubicación. Después de haber descargado los vehículos de recolección, son
pesados nuevamente y se determina la tarifa del volteo. Los vehículos comerciales que
normalmente usan la estación de transferencia reciben cartas de crédito que muestran el
nombre de la firma y el peso neto del camión, eliminando así la segunda pesada para estos
vehículos.
A medida que son cargados los traliers, los desechos en el trailer son trasladados y
compactados con un cargador de almeja montado sobre un tractor de llantas de caucho, Ver
Figura 7.3b. Cuando los trailers están llenos ose ha colocado el máximo tonelaje permitido
en ellos, como lo indica el jefe de pesado, son retirados y preparados para la operación de
transporte.
Descargue Directo (Medianas y Pequeñas). La disposición de estaciones de transferencia de
mediana y poca capacidad depende de la aplicación específica y las condiciones del lugar.
Un ejemplo de una estación de transferencia cubierta de mediana capacidad que emplea
compactadores estacionarios se muestra en la Figura 7.4. La decisión de cubrir una estación
de transferencia depende, generalmente, de las condiciones locales del clima y de
preocupaciones ambientales.
En las Figuras 7.5 y 7.6, se muestran dos estaciones de transferencia de descargue directo
de poca capacidad. En la estación que se muestra en la Figura 7-5, se usa un compactador
estacionarlo y un recipiente abierto arriba. Los objetos compresibles son descargados en la
tolva del compactador estacionario y los objetos voluminosos, como refrigeradores, son
descargados en el recipiente abierto arriba. Tal estación de transferencia sería utilizada por
el público general (debe ser atendida cuando está en uso) como una alternativa para
conducir a algún sitio de disposición distante. Las estaciones de transferencia de este tipo
con frecuencia son llamadas ''centros de conveniencia pública".
La estación de transferencia de descargue directo utilizada en áreas rurales y de recreación
que se muestra en la Figura 7.6 está diseñada de manera que los recipientes cargados sean
vaciados en un sistema de recipiente estacionario para transporte al sitio de disposición. En
el diseño y distribución de tales estaciones, que generalmente no están atendidas, la
consideración básica debe ser la simplicidad. Este no es lugar para sistemas mecánicos
complejos. El número de recipientes usados depende del área servida y la frecuencia de la
recolección que se puede dar. Para facilitar el descargue, la parte superior de los recipientes
puede estar a alrededor de 1,0 metro sobre la parte superior de la plataforma de descargue.
En forma alterna, la parte superior de los recipientes se puede dejar a nivel con el área de
descargue, Ver Figura 7-7, y se puede excavar el área detrás de los recipientes para proveer
Fig. 7.2. Estación típica de transferencia de descargue directo con trailers ubicados en
la rampa baja (Orange County, California  12
)
Fig. 7.3. Instalaciones y equipos usados en la estación de transferencia que se muestra
en la Fig. 7.2. Orange County, California. a) Vista desde el extremo mostrando los
trailers en posición debajo de la tolva de cargue en la rampa inferior y el cargador de
almeja montado sobre un tractor de neumáticos de caucho, a nivel del suelo, en la
plataforma de descargue. b) el cargador de almeja se usa para cargar y compactar
desechos en trailers y recoger desechos dispersados sobre la plataforma de descargue.
espacio para maniobrar los vehículos de recolección cuando es vaciado el contenido de los
recipientes (6).
Descargue con almacenamiento. En la estación de transferencia con almacenamiento de la
descarga, los desechos son vaciados en un foso de almacenamiento o sobre una plataforma
desde donde son cargados en los vehículos de transporte por varios tipos de equipo auxiliar.
Quizá el ejemplo mejor conocido de este tipo de estación de transferencia es la instalación
de San Francisco, que se muestra esquemáticamente en la Figura 7.8 y descriptivamente en
la Figura 7.9.
Fig. 7.4. Estación de transferencia cubierta de capacidad media equipada con
compactadores estacionados  7

Fig. 7.5. Estación de transferencia de poca capacidad con compactadores
estacionarios y recipiente abierto arriba  3

Fig. 7.6. Estación de transferencia de descargue directo para áreas de recreación
rurales  6

En esta estación, todos los camiones de recolección que llegan son encaminados a una
estación de pesaje computarizada donde cada camión es pesado. Además, el jefe de pesaje
registra el nombre de la compañía de descargue, la identificación del camión particular y el
tiempo de llegada. Entonces el jefe de pesaje dirige al conductor ya sea al lado de Este u
Oeste de la entrada principal de la estación de transferencia cubierta. Una vez adentro, el
conductor retrocede el vehículo de recolección a un ángulo de 50° del borde de una fosa
central de almacenamiento de desechos. El contenido del vehículo es vaciado en la fosa,
Ver Figura 7.9a, y el vehículo es conducido fuera de la estación de transferencia.
Fig. 7.7. Pequeña estación de transferencia rural de conveniencia pública con
recipientes abiertos arriba colocados contra el muro de retención al mismo nivel de la
plataforma de descargue. (Dpto. de Salud Pública de California, Oficina de control de
vectores).
Dentro del área de la fosa, se usan dos buldozer para separar los desechos y empuñarlos
dentro de las tolvas de cargue que están localizadas en un extremo de la fosa, Ver Figura
7.9b. Dos grúas articuladas de cuchara, localizadas sobre el otro lado de las tolvas, se usan
para remover cualquier desecho que pudiera ocasionar daño a los trailers de transporte. Los
desechos caen dentro de los trailers a través de las tolvas localizadas sobre escalas
(balanzas) en un nivel inferior, ver Figura 7.9c. Cuando se ha alcanzado el peso permisible,
el operador de la grúa lo indica al conductor del camión. Los trailers cargados entonces son
conducidos fuera del área de cargue y se colocan mallas de alambre sobre la parte superior
abierta del trailer para prevenir que los papeles u otros desechos sólidos caigan fuera
durante el transporte.
Fig. 7.8. Estación de transferencia cubierta de gran capacidad (2000 ton/día) de
descargue con almacenamiento. San Francisco.
Combinación de descargue directo y descargue con almacenamiento. En algunas estaciones
de transferencia se usan los métodos de descarga directa y descargue con almacenamiento.
Generalmente hay instalaciones de propósito múltiple diseñadas para servir a un número
más amplio de usuarios que una instalación de propósito único. En la Figura 7.10 se
muestra el plano de una estación, de transferencia de propósito múltiple, diseñada para uso
por el público general y varias agencias de recolección de desechos. Además de servir a un
número más amplio de usuarios, una estación de transferencia de propósito múltiple
también puede albergar una operación de recuperación de materiales.
Fig. 7.9. Detalles de la operación de la estación de transferencia de San Francisco, del
almacenamiento y descargue mostrando en la Figura 7.8. a) interior de la estación de
transferencia; el contenido de los vehículos de recolección es vaciado en el foso de
almacenamiento. Se utilizan los tractores para romper los desechos y empujarlos a las
tolvas utilizadas para cargar los trailers y a las instalaciones de procesado, Ver Figura
7.9d. b) los desechos sólidos son empujados a las tolvas de cargue de los trailers donde
caen por gravedad a los trailers parqueados sobre básculas de plataforma localizada
en el nivel más bajo, Ver Figura 7.4. Un cargador hidráulico estacionario se usa para
ayudar en la operación de cargue.
c) vista exterior de la combinación tractor- trailer- trailer ubicados bajo la tolva de
cargue y el vehículo de recolección que sale de la estación de transferencia en el nivel
superior. d) desechos sólidos empujados para alimentar el transportador de cargue a
las instalaciones de separación de metales ferrosos. Construidos después de que se
construyó la estación de transferencia; las instalaciones de separación se construyeron
para procesar alrededor de 100 ton de desechos sólidos por día.
La operación se puede describir como sigue: todos los transportadores (el público en
general lo mismo que los transportadores comerciales) que deseen utilizar la estación de
transferencia deben registrarse en la casa de pesaje. Los vehículos grandes de recolección
comercial son pesados y se timbra una tarjeta de cliente comercial que se entrega al
conductor del vehículo. El conductor entonces marcha directo a las tolvas de cargue del
trailer al lado Sur de la estación de transferencia, retrocede el vehículo hasta la tolva y vacía
los desechos directamente en el trailer del transporte. De allí el conductor regresa el
vehículo a la casa de pesaje para volver a pesar el vehículo desocupado y devolver la tarjeta
de cliente. Se registra el peso del vehículo vacío mientras se calcula una tarifa de servicio.
En la comunidad donde se usa esta estación de transferencia, todos los desechos de
alimentos y putrescibles son recogidos por agencias de recolección. Además, todos los
desechos putrescibles son descargados directamente en trailers de transporte para despacho
diario al lugar de disposición.
Los residentes en esta comunidad y pequeños acarreadores independientes también
transportan cantidades apreciables de desechos de jardines, recortes de árboles y desechos
voluminosos (estufas, cortadoras de césped, neveras, etc.) a la estación de transferencia.
Todos los automóviles, trailers tirados por automóviles y camionetas que contienen
desechos deben ser registrados al entrar y salir de la casa de pesaje. Estos vehículos no son
pesados pero los usuarios pagan una tarifa de descargue que es recibida en la casa de pesaje
por el asistente quien entrega un recibo de pago en efectivo. El asistente comprueba
visualmente la carga de desecho para determinar si contiene metales recuperables. Si es así,
el asistente instruye al conductor para depositar los metales en el área de recuperación antes
de dirigirse al área de descargue y almacenamiento público.
Con referencia a la Figura 7.10, una vez se han pasado las básculas, los vehículos no
comerciales se mueven ya sea hacia el área de descargue de o directamente al área de
descargue si no hay materiales recuperables. Un empleado de la estación de transferencia
ayuda en el descargue de todos los materiales recuperables. Si la carga de desecho contiene
una cantidad previamente determinada de materiales recuperables, se da paso libre al
conductor para el tipo de vehículo en el cual se entregaron los desechos para uso futuro. El
conductor procede entonces hasta el lugar de descargue almacenado y descarga cualquier
desecho remanente.
Si no hay materiales recuperables, el conductor se dirige directamente al área pública de
descargue. Esta área está separada del área de descargue directo utilizada por los vehículos
comerciales, por las dos aberturas de las tolvas de 40 pies de cargue de los trailers. Los
desechos voluminosos y recortes que se acumulan en el área de descargue son empujados
periódicamente a una de las tolvas de cargue por un cargador de neumáticos.
Se debe tener cuidado en la selección y diseño de tales estaciones de transferencia, debido a
que el costo de agregar instalaciones de propósitos múltiples frecuentemente, no se justifica
en términos de los beneficios obtenidos. Los usuarios de la estación y los métodos de
descargue deben estar separados para prevenir interferencias y accidentes entre los grandes
camiones recolectores y los vehículos privados más pequeños. Generalmente, la separación
física de las áreas de descargue es la única manera positiva de mantener la eficiencia
del sistema.
Fig. 7.10.
Estación de transferencia con operación de recuperación en la que se
combina la descarga directa y la descarga con almacenamiento (División
de manejo de desechos sólidos, Sacramento County).
Necesidades de Capacidad
En el planeamiento y diseño de instalaciones de transferencia se deben evaluar tanto: la
necesidad de capacidad de almacenamiento como la de operación. La capacidad
operacional de una estación de transferencia debe ser tal que los vehículos de recolección
no tengan que esperar demasiado para descargar. En la mayoría de los casos, no será
efectivo, con relación al costo, diseñar la estación para manejar el número máximo de
cargas horarias. Idealmente, se debe hacer un análisis económico de concesiones. Por
ejemplo; para ambos tipos de estaciones de transferencia, el costo anual del tiempo perdido
por los vehículos de recolección esperando para descargar debe ser negociado contra el
aumento anual del costo de una estación más grande y/o el uso de más equipo de transporte.
Debido al costo creciente del equipo de transporte, también se debe hacer un análisis de
concesiones entre la capacidad de la estación de transferencia y el costo de la operación de
transporte, incluyendo ambos componentes: equipo y mano de obra. Por ejemplo, en una
situación dada, puede ser más efectivo, en cuanto a costo se refiere, aumentar la capacidad
de una estación de transferencia y operarla con menos vehículos de transporte aumentando
las horas de trabajo que usar una estación de transferencia más pequeña y comprar más
vehículos de transporte. En una estación de transferencia donde se almacena el descargue,
la capacidad equivalente de almacenamiento varía desde la mitad hasta un día de volumen
de desechos. La capacidad también varía con el tipo de equipo auxiliar usado para cargar
los vehículos de transporte. Rara vez la capacidad nominal de almacenamiento excederá al
volumen de dos días de desechos.
Necesidades de Equipo y Accesorios
El equipo y los accesorios usados en combinación con una estación de transferencia
dependen de las funciones de la estación en el sistema de manejo de los desechos. En una
estación de transferencia de descargue directo, se necesita cierta clase de aparato,
generalmente con neumáticos, para empujar los desechos a los vehículos de transferencia.
Se necesita otro aparato para distribuir los desechos e igualar la carga en los vehículos de
transferencia. Los tipos y cantidad de equipo necesario varían con la capacidad de la
estación. En una estación de transferencia de almacenamiento de la descarga, se necesitan
uno o más tractores para romper los desechos y empujarlos a la tolva de cargue. Se necesita
equipo adicional para distribuir los desechos e igualar las cargas. En algunas instalaciones
se ha usado con éxito una grúa de almeja para ambos propósitos.
Se deben suministrar básculas a todas las estaciones medianas y grandes para registrar la
operación y desarrollar un manejo significativo y datos de ingeniería. Las básculas son
también necesarias cuando la estación de transferencia va a ser usada por el público y los
pagos se basan en el peso. Si se van a usar básculas, generalmente, será necesario proveer
un área cubierta para ellas. La casa de pesaje, como se le llama comúnmente, también debe
tener una oficina equipada con teléfono, y un sistema de comunicación en dos sentidos de
manera que el jefe de pesaje pueda hablar con los conductores.
Se debe construir una instalación completa si la estación de transferencia se va a usar como
centro de despacho o centro administrativo para una operación de recolección de desechos.
Para una instalación administrativa se deben proveer: un salón para almorzar, salones de
reuniones, oficinas, salones para guardar efectos personales, duchas y sanitarios.
Exigencias Sanitarias
Mediante la construcción y operación apropiadas, se puede hacer mínimas las
características objetables de transferencia. La mayoría de las estaciones de transferencia
modernas grandes están cercadas y son construidas con materiales que se pueden mantener
y limpiar fácilmente. En la mayoría de los casos, se usa construcción a prueba de incendios.
Para las estaciones de transferencia de descargue directo con áreas abiertas de cargue, se
debe dar atención especial al problema de papeles volando. Comúnmente se usan mallas de
viento y otras barreras. Independientemente del tipo de estación, el diseño y la construcción
deben ser tales que se eliminen todas las áreas accesibles donde la basura o papel se pueden
acumular (2).
La mejor manera de mantener el saneamiento total de una estación de transferencia es
controlar continuamente la operación. Los desechos sólidos que se derramen deben ser
recogidos inmediatamente o en cualquier caso no se debe permitir que se acumulen durante
más de 162 horas. Las aspersiones de agua des de arriba se usan a menudo para asentar el
polvo en el área de almacenamiento de la descarga en la estación transferencia. Para
prevenir la inhalación de polvo, los trabajadores deben usar máscaras para polvo. En la
estación de transferencia de San Francisco, los tractores en el área del foso tienen cabinas
cerradas equipadas con aire acondicionado y unidades de filtración del polvo.
7.3.
MEDIOS Y METODOS DE TRANSPORTE
Los medios principales para transportar desechos sólidos usados ahora son: vehículos a
motor. ferrocarriles y tanqueros en el océano; también se han usado sistemas neumáticos e
hidráulicos; se han sugerido otros sistemas, pero la mayoría no han sido ensayados.
Transporte en vehículos a motor
Donde el punto de disposición final puede ser alcanzado en vehículos a motor los medios
más comunes utilizados para transportar desechos sólidos desde estaciones de transferencia
son trailers, semitrailers y compactadores. Se pueden usar todos los tipos de vehículos junto
con cualquier tipo de estación de transferencia. En general, los vehículos usados para
acarreo en autopistas de be satisfacer los siguientes requisitos: 1) los desechos deben ser
transporta dos a un mínimo costo, 2) los desechos deben estar cubiertos durante la
operación de acarreo, 3) los vehículos deben ser diseñados para tráfico en auto pistas, 4) la
capacidad del vehículo debe ser tal que no se excedan los límites permitidos de peso, y 5)
los métodos usados para el descargue deben ser simples y confiables.
Trailers y Semitrailers. En años recientes, debido a su simplicidad y confiabilidad, los
trailers y semitrailers han encontrado amplia aceptación (Ver Figura 7.11). Los semitrallers
se pueden usar como el primero o segundo trailer en combinaciones tractor- trailer- trailer
cuando están equipados para ser usados con un carrito apoyado en el frente, dando así
flexibilidad a la operación.
Fig. 7.11.
Vehículos típicos de transporte usados junto con instalaciones de
transferencia a) trailer de 96 yd3 abierto arriba con piso móvil con mecanismo de
descargue (Ver Fig. 7.12a) b) Trailer cerrado de 75 yd3 usado con compactador
estacionario (Ver Fig. 8.3.) El trailer es descargado con un eyector de placa interno, c)
trailers de 70 a 75 yd3 abiertos arriba y descargados con rampas inclinadas
hidráulicas. (Ver Fig. 7.13).
TABLA 7.1. DATOS SOBRE VEHICULOS DE ACARREO USADOS AMPLIAMENTE Y ESTACIONES DE TRANSFERENCIA DE
CAPACIDAD MEDIA
Número de trailers
Estación
70
12.5
8
27
2,000
23 tractortrailertrailer
19 tractor-trailer
70
12
8
33
2,000
19 unidades trailer
10 unidades solas
75
96
14
19
8
8
27 unidades solas
96
19
8
Capacidad
Ton/día
Estación No. 3,
Orange County,
California
San Francisco,
California
960
NOTA:
Dimensiones trailer único
Altura
aprox.
vacío
pie
13.5
Localización
Seattle, Washington
Capacidad por
trailer
yd3
tons
yd3/ día x 0.7646 = m3/ día
yd3 x 0.7646 = m3
pie x 0.3048 = m
Ancho
pie
Largo
pie
Longitud
de las
unidades
tractor y
trailer
Método usado para
cubrir los desechos
Método usado para
descargar trailers
65
Lona impermeable Cable
13.5
61
Malla de alambre
Rampa de volteo
28
40
13.5
13.5
60
40
13.5
60
Cubierta articulada
Malla de nilon
Cubierta articulada
Lona de neopreno
Cubierta articulada
en sitio de disposición
cadena- dirigida
Piso móvil
cable de alambre
de elevación
El volumen máximo que puede ser acarreado en vehículos por autopistas depende de las
normas vigentes en el estado en el cual son operados. Estas normas generalmente limitan
las dimensiones exteriores de los vehículos o combinaciones de vehículos, lo mismo que el
peso por eje y el peso total. Para maximizar la carga, los trailers de transporte son a menudo
diseñados de manera que sean más altos que el límite legal cuando están vacíos y más bajos
cuando están llenos. En la Tabla 7.1 se resumen datos típicos sobre el transporte en trailers.
Los métodos usados para descargar trailers de transporte se pueden clasificar como: 1)
auto- vaciado y 2) necesitan la ayuda de equipo auxiliar. Los trailers de transporte de
autovaciado son mecanismos tales como lechos de volteo hidráulico, diafragmas movidos
por energía y pisos movibles que son parte del vehículo. los pisos móviles son una
adaptación de equipo usado en la industria de la construcción para descargar trailers que
acarrean grava y asfalto. La operación de dos tipos diferentes de sistemas de pisos móviles
se muestra esquemáticamente en la Figura 7.12. El piso móvil generalmente tiene dos o
más secciones que se extienden a lo ancho del trailer. Así, si una sección se vuelve
inoperable, el piso móvil no previene el descargue debido a que el sistema funcionará con
la sección (es) remanentes operables. Este rasgo es importante en términos de la
confiabilidad del sistema. Otra ventaja del trailer de piso móvil es el tiempo de giro rápido
(normalmente 6 a 10 minutos) alcanzado en el sitio de disposición sin la necesidad de
equipo auxiliar. En algunos diseños la parte de atrás del trailer se hace más grande para
facilitar la operación de descargue. Trailers como los que se muestran en la Figura 7.12
están equipados con sumideros para recoger cualquier líquido que se acumule de los
desechos sólidos. Los sumideros están equipados con drenajes de manera que se puedan
vaciar en el sitio de disposición.
Los sistemas de descargue que requieren equipo auxiliar generalmente son del tipo de
empuje, en los cuales los desechos son empujados fuera del camión ya sea por una placa
móvil o por cables deslizantes colocados frente a la carga. la desventaja de necesitar equipo
auxiliar y una fuerza para descargar en el lugar de disposición es relativamente menor en
vista de la simplicidad y confiabilidad del método. Sin embargo, una desventaja adicional
es el tiempo inevitable de espera durante el cual el vehículo de acarreo permanece en el
lugar de disposición hasta que se pueda colocar el equipo auxiliar en la posición requerida.
Otro sistema auxiliar de descargue que ha demostrado ser muy efectivo y eficiente
comprende el uso de rampas inclinables, operadas hidráulicamente, ubicadas en el sitio de
disposición. Operacionalmente, el semitrailer de una combinación tractor- trailer- trailer da
marcha atrás sobre la rampa inclinada y se desengancha el tractor- trailer- trailer, Ver
Figura 7.13. Una vez desenganchado, la combinación tractor- trailer da marcha atrás a una
segunda rampa. Se abren las partes de atrás de los trailers y entonces se inclinan hasta que
los desechos caigan afuera por gravedad, en el área de disposición. Después de haber sido
vaciados, el tractor- trailer y el semitrailer vuelven a sus posiciones originales. El tractortrailer es conducido fuera de la rampa y se da marcha atrás a la rampa usada por el
semitrailer. El semitrailer es enganchado nuevamente y el vehículo de transferencia vuelve
a la estación de transferencia. El tiempo necesario para toda la operación de descargue
típicamente es de alrededor de 6 minutos por viaje.
Fig. 7.12. Sistemas de descargue de piso móvil para trailers de transporte (a) piso
móvil de cinta continua, (b) piso móvil de enrollar.
Fig. 7.13. Operaciones de descargue usando rampas inclinables hidráulicamente. a)
Trailer trasero siendo llevado atrás sobre la rampa para descargue. b) A medida que
se incline sobre la rampa, los desechos sólidos caen por gravedad. c) Rampa inclinable
en posición de inclinación completa.
Compactadores. En un número de estaciones de transferencia también se usan recipientes
de gran capacidad junto con compactadores, Ver Figura 7.5. En algunos casos, el
mecanismo de compactación es parte integral del recipiente. En la Tabla 7.2 se reportan
datos representativos para tales unidades. Cuando los recipientes están equipados con
mecanismo de compactación propio, la placa móvil usada para comprimir los desechos
también se usa para descargar los desechos compactados. El contenido de los recipientes
usados con compactadores estacionarios generalmente es descargado inclinando el
recipiente y permitiendo que el contenido caiga por gravedad. El descargue puede ser un
problema si los desechos se comprimen demasiado. También se dispone de varios aparatos
de eyección para vaciar el contenido de los recipientes. El aparato más común es la placa
móvil que es halada por cables.
Otros vehículos. Para el transporte de desechos sólidos en uno u otro tiempo se ha usado
cualquier tipo imaginable de vehículo. Debido a que una discusión completa de tipos
alternos de vehículos está fuera del alcance de este texto, se recomiendan las referencias 1,
2, 5 y 11.
Transporte Ferroviario
Aunque en el pasado se utilizaron los ferrocarriles para el transporte de desechos sólidos
(4), ahora sólo se usan en pocas oportunidades. Sin embargo, nuevamente se está
desarrollando un interés renovado en el uso de ferrocarriles para acarrear desechos sólidos,
especialmente a áreas remotas donde es difícil el transporte por carretera y existen líneas
ferroviarias y donde hay tierra disponible adyacente, a la propiedad de los ferrocarriles,
para ser llenada. Se recomiendan las referencias 1, 2 y 8 si se está considerando el uso del
transporte ferroviario.
Transporte por Agua
Se han utilizado barcazas, chalanas y botes especiales para transportar desechos sólidos a
los lugares de procesado y a sitios de disposición en la costa y en el mar, pero la
disposición en el mar no se hace ahora en los Estados Unidos (2). No obstante, se han
usado algunas embarcaciones autopropulsadas (tales como las chalanas para desechos de la
Armada de los Estados Unidos y otras embarcaciones especiales), la práctica más común es
utilizar embarcaciones arrastradas por remolcadores y otros barcos especiales.
Uno de los mayores problemas encontrados cuando se utilizan embarcaciones para el
transporte de desechos sólidos en el océano es el de que frecuentemente es imposible mover
las barcazas y botes durante las tormentas o época de mar agitado. En tales casos, se deben
almacenar los desechos y puede ser necesario construir instalaciones costosas de
almacenamiento.
Sistemas de Transporte Neumáticos, Hidráulicos y Otros
Para transportar desechos sólidos se han utilizado ductos a baja presión y al vacío. La
aplicación más común es el transporte de desechos desde apartamentos de alta densidad
TABLA 7.2. DATOS TIPICOS SOBRE RECIPIENTES UTILIZADOS CON COMPACTADORES ESTACIONARIOS Y
UNIDADES DE RECIPIENTE- COMPACTADOR PARA ESTACIONES DE TRANSFERENCIAS MEDIANAS Y
PEQUEÑAS.
Dimensiones
Tipo
Capacidad
yd3
Ancho
Pies
Largo
pies
Alto
pies
Peso
Aproxi.
Libras
Observaciones
Recipiente
Pequeño
20
8
14
6
8,000
Mediano
30
8
18
6
9,000
Grande
45
8
22
9
10,000
Pequeño
3.7
6.5
6.5
4.5
1,500
Mediano
15
7.5
15
6
6,000
Grande
30
8
22
8
9,000
Las aberturas de las puertas de los
recipientes están unidas al
compactador estacionario,
generalmente son reforzadas
Recipiente- Compactador
NOTA:
yd3 x 0.7646 = m3
pie x 0.3048 = m
lb x 0.4536 = kg
Disponibles consumideros
impermeables y puertas a prueba
de escapes. Otras características
según pedidos.
poblacional o actividades comerciales a un lugar central para procesado o cargue en
vehículos de transporte. El sistema neumático más grande en los Estados Unidos se utiliza
ahora en el parque de diversiones de Walt Disney World en Orlando, Florida. En la Figura
7.14 se muestra la disposición del Sistema.
Desde el punto de vista de diseño operación, los sistemas neumáticos son más
complejos que los sistemas hidráulicos debido a las complejas válvulas de control y los
mecanismos anciliarios requeridos. La necesidad de utilizar ventiladores o turbinas de alta
velocidad complican más la instalación desde el punto de vista del mantenimiento. Debido
a que los costos de tales instalaciones son elevados, ellas son más eficientes con relación al
costo cuando se usan en instalaciones nuevas.
El concepto de utilizar agua para el transporte de desechos no es nuevo. El transporte
hidráulico ahora se usa, comúnmente, para el transporte de una parte de los desechos de
alimentos (donde se utilizan molinos domésticos). Uno de los mayores problemas con este
método es el de que el agua o agua servida utilizada para transportar los desechos debe ser,
finalmente, tratada. Como un resultado de la solubilización, la concentración orgánica de
esta agua residuales considerablemente mayor que la de otra agua residual. Los sistemas
hidráulicos pueden ser prácticos en áreas donde las instalaciones apropiadas de procesado o
postprocesado se incorporan en el sistema de tratamiento. General mente, tales aplicaciones
están limitadas a áreas con altas densidades de población.
Fig. 7.14. Sistema neumático de recolección de desechos sólidos para Walt Disney
World (AVAC Systems Inc.).
Otros sistemas que han sido sugeridos para el transporte de residuos sólidos incluyen varios
tipos de transportadores, colchón de aire y trole con ruedas de caucho y conductos
subterráneos con góndolas transportadas magnéticamente, pero estos sistemas nunca se han
puesto en operación.
7.4.
LOCALIZACION DE ESTACIONES DE TRANSFERENCIA
Donde quiera que sea posible, las estaciones de transferencia se deben localizar: 1) tan
cerca como sea posible del centro ponderado de las áreas individuales de producción de
desechos sólidos a ser servidas, 2) con acceso fácil a las principales vías arterias lo mismo
que cerca a medios y vías secundarias de transporte, 3) donde haya un mínimo de objeción
pública y ambiental a las operaciones de transferencia, y 4) donde la construcción y
operación sean las más económicas (2). Adicionalmente, si el sitio de transferencia se va a
utilizar para operaciones de procesado que involucren recuperación de materiales y/o
producción de energía, también se deben evaluar las exigencias para estas operaciones. En
algunos casos, estas últimas exigencias pueden estar controlando el proyecto.
Debido a que todas las consideraciones anteriores rara vez pueden, si es así ser satisfechas
en forma simultánea, generalmente es necesario realizar un análisis de concesiones entre
estos factores. En esta sección se describe en detalle un método aproximado para hacer
concesiones económicas entre diferentes localizaciones basadas en los costos de acarreo.
Este método es aplicable no solamente cuando se debe hacer una selección entre varias
ubicaciones potenciales de una estación de transferencia, sino también en situaciones más
complejas cuando se van a utilizar dos o más estaciones de transferencia y sitios de
disposición. En el último caso, la pregunta básica a ser contestada es: ¿cuál es la
distribución óptima de los desechos desde cada estación de transferencia a cada sitio de
disposición? En la discusión que sigue, se describe este problema de distribución, y en el
ejemplo se ilustra el método de solución.
Problema de Distribución del Desecho
El problema de distribución del desecho se puede analizar como sigue: suponga que se debe
hacer una determinación de la cantidad de desechos sólidos que se deben acarrear a cada
uno de tres lugares de disposición desde tres estaciones de transferencia, de manera que el
costo total de acarreo sea el mínimo posible. En la Figura 7.15 se presenta un diagrama de
esta situación. También suponga. 1) que la cantidad total de desechos acarreados a todos los
lugares de disposición debe ser igual a la cantidad entregada en la estación de transferencia
(necesidad de balance de masas), 2) que sólo se pueden aceptar cantidades especificas de
desechos en cada lugar de disposición (esta limitación podría surgir como resultado de
acceso limitado por carretera a un sitio dado de disposición), y 3) que la cantidad de
desechos acarreados desde cada estación de transferencia es igual o mayor que cero. En
forma simbólica, el problema de distribución se establece como sigue:
1.
2.
3.
Hallamos que las estaciones de transferencia se designen por i
Los lugares de disposición se distinguen por j.
Entonces Xij = cantidad de desechos acarreados de la estación de transferencia i al
lugar de disposición j.
4.
5.
6.
7.
Hagamos Cij = el costo de acarrear desechos de la estación de transferencia i al sitio
de disposición j.
Hagamos Ri = la cantidad total de desechos despachados a la estación de
transferencia i.
Hagamos Dj = la cantidad total de desechos que pueden ser aceptados en el sitio de
disposición j.
Si se van a minimizar los costos totales de acarreo, entonces una función objetivo,
que se define como la suma de los siguientes términos, debe ser minimizada sujeta
a las siguientes limitaciones:
X11 C11 + X12 C12 + X13 C13 + X21 C21 + X22 C22 + X23 C23 + X31 C31 + X32 C32
+ X33C33 = función objetivo
Fig. 7.15. Bosquejo para definir la distribución de desechos sólidos desde tres
estaciones de transferencia a tres sitios de disposición.
8.
El problema es minimizar la función expresada en forma de suma matemática.
Función objetivo =
∑ ∑ x c
3
j =1
(7.1)
3
i =1
ij
ij
Sujeta a las siguientes limitaciones:
(7.2)
∑
3
∑
3
J =1
i =1
X IJ = Ri
i=1a3
(7.3)
X ij ≤ D j
j=1a3
(7.4)
X ij ≥ 0
Solución al problema de distribución de desechos
El problema formulado como se hizo en la etapa 8, se conoce comúnmente como
"problema de transporte" en investigación de operaciones,(Ver Referencia 3 y 12 en el
Capítulo 6). Actualmente, se dispone de un número de métodos de solución; el más común
es el método simplex (4, 9, 10). Sin embargo, la mayo ría de los métodos exigen la ayuda
de computadoras modernas. Como una alternativa, VAM (método de aproximaciones de
Vogel) es una técnica manual que se puede utilizar para encontrar una solución de una
matriz de distribución asociada con la transferencia de material de un lugar a otro. (ejemplo
el problema de transporte) (9).
Debido a que la solución obtenida estará cerca a la solución óptima (dentro del 10 por
ciento) es suficientemente precisa para la mayoría de las aplicaciones prácticas en el campo
de manejo de desechos sólidos. Además VAM es rápido; en comparación al tiempo
necesario para elaborar un programa de computación que es significativamente mayor. La
solución óptima se puede obtener mediante un segundo método, como se discute en la
Referencia 10 que se presenta e ilustra en el ejemplo 7.2.
Ejemplo 7.2. Distribución aproximada de desechos sólidos entre estaciones múltiples de
transferencia y lugares de disposición usando VAM
Determine el número de unidades de desechos sólidos a ser acarreados a cada uno de cuatro
lugares de disposición (Dj) desde cuatro estaciones diferentes de transferencia (Tj) para
minimizar el costo total de acarreo. Use los siguientes datos.
1.
Cantidad de desechos s6]idos a ser dispuestos desde cada estación de
transferencia.
Estación
Transferencia
1
2
3
4
TOTAL
2.
Desechos
unidades/día
2
4
3
2
11
Capacidad del lugar de disposición:
Lugar de
Disposición
1
2
3
4
TOTAL
Capacidad
unidades/día
5
5
6
6
22
3.
Distancia de acarreo del viaje completo en millas desde cada estación de
transferencia a cada sitio de disposición.
Estación de
transferencia
1
2
3
4
4.
Distancia de acarreo al sitio de disposición, mi
Sitio 1
Sitio 2
Sitio 3
Sitio 4
40
16
12
18
30
30
10
28
40
24
40
24
20
40
30
36
El tiempo de acarreo se puede calcular utilizando la siguiente expresión:
Tiempo de acarreo, h/viaje = 0.08 h/viaje + 0.025 h/mi
donde x = distancia de viaje completo, mi/viaje
5.
Suponga el costo de acarreo $ 20/h
Solución
1.
Debido a que la solución depende del costo de acarrear los desechos desde
cada estación de transferencia hasta cada lugar de disposición, desarrolle una
matriz de costos de acarreo. La matriz de costos que sigue relaciona los
costos de transportar una unidad de desechos sólidos desde cada estación de
transferencia (T a cada sitio de disposición (Dj), usando los datos dados.
Estación de
transferencia
T1
T2
T3
T4
2.
Costo de acarreo al sitio de disposición, $/unidad de desechos
D1
D2
D3
D4
21.60
9.60
7.60
10.60
16.60
16.60
6.60
15.60
21.60
13.60
21.60
13.60
11.60
21.60
16.60
19.60
Desarrolle una matriz de distribución como la que se presenta en la Tabla
7.3. Las entradas en las distintas hileras y columnas en la matriz son como
sigue:
a)
Costo de acarreo. El costo de acarrear una unidad de desechos sólidos
de una estación de transferencia a un sitio dado de disposición encima
y a la izquierda de cada línea diagonal en la matriz de costos.
b)
Unidades acarreadas. El número de unidades a ser acarreadas de una
estación de transferencia a un sitio dado de disposición se muestra
debajo y a la derecha de cada línea diagonal.
TABLA 7.3. MATRIZ DE LA ASIGNACION DE COSTOS DE
ACARREO PARA EL EJEMPLO 7.2.
3.
c)
Castigo por costo. La diferencia entre el costo mínimo de dos unidades de
una columna o hilera es el castigo por costo. Este costo se muestra en la
columna e hilera "castigo".
d)
Borde. Las exigencias de borde son el número máximo de unidades de
desechos sólidos que tienen que ser dispuestos desde cada estación de
transferencia que cada sitio de disposición puede aceptar. Estos son los
límites del problema que se deben conocer antes de que se pueda obtener una
solución.
e)
Estación de Transferencia Imaginaria, Td. La suma de las exigencias de
borde de las estaciones de transferencia debe ser igual a la suma de las
exigencias de borde de los sitios de disposición para hacer matemáticamente
correcto el problema. Para hacer esto, se agrega una estación de transferencia
imaginaria de manera que las exigencias de borde igualen las sumas de las
exigencias para los sitios de disposición y las estaciones de transferencia.
f)
Costo de acarreo desde la estación de transferencia. A las variables
imaginarias se les asigna siempre costos idénticos de acarreo en la matriz.
Esto hace a cada cuadrado imaginario de la matriz equivalente cuando se
está distribuyendo el número de unidades a ser asignadas. El costo
imaginario de acarreo se fija más alto que los otros costos de acarreo. Esto
asegura que la distribución de los cuadros imaginarios se hagan sólo después
de haber hecho la distribución de los cuadros más económicos en el resto de
la matriz.
El procedimiento de la solución es el siguiente:
a)
Sustraiga el costo más bajo del que le sigue en costo en cada hilera y
columna y anótelo en el cuadro de castigo.
b)
Encuentre la hilera o columna con el castigo más grande
c)
Coloque un número de unidades en la celda con el costo mínimo para la
hilera o columna seleccionada de acuerdo con las exigencias de borde en esa
celda
d)
Elimine la hilera o columna cuyas exigencias de borde se han agotado
TABLA 7.4. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 1°
APROXIMACIONES
e)
f)
4.
Repita los pasos 1 a 5
La solución se encuentra cuando todas las exigencias de borde son
satisfechas.
La solución al problema es la siguiente:
a)
La primera aproximación, Ver Tabla 7.4.
i)
ii)
iii)
iv)
b)
Segunda aproximación, Ver Tabla 7.5.
i)
ii)
iii)
iv)
c)
Reevalúe todos los costos de castigo
Se encuentra que la columna D1 tiene el costo más alto de castigo, 10
Debido a que T4 a D1 tiene el costo mínimo de acarreo, se asigna un
máximo de dos unidades a ese cuadro, satisfaciendo así las exigencias
de borde de T4. Se sustraen dos unidades de las exigencias de borde de
T4 y D1.
Ahora se elimina la hilera T4
Aproximación 3, Ver Tabla 7.6.
i)
ii)
iii)
iv)
d)
Calcule el costo de castigo para cada hilera y columna
Como se muestra, T2 tiene el castigo más grande
Debido a que la combinación T2 a D3 tiene el costo más bajo de
acarreo, se asignará un máximo de cuatro unidades consistentes con las
exigencias de borde sobre T2. Como resultado, se debe sustraer cuatro
unidades de las exigencias de borde de T2 y D3.
Se elimina la hilera T2 debido a que las exigencias de borde ahora son
cero
Reevalúe todos los costos de castigo
El mayor castigo, 14, se encuentra en la columna D3.
Debido a que T1 a D3 tienen el costo mínimo de acarreo, se asignan
dos unidades a ese cuadro. Entonces se sustraen dos unidades de las
exigencias de borde. Note que se han satisfecho las exigencias de
borde T1 y D3.
Ahora se elimina la hilera T4
Cuarta aproximación, Ver Tabla 7.7.
i)
ii)
iii)
iv)
Reevalúe todos los castigos de costos
Debido a que ambos D2 y D4 tienen costos de castigo de $86,40 se
debe tener una decisión arbitraria, como cuál se debe utilizar. Para
este caso escogemos D4.
Debido a que T3 a D4 tienen el mínimo costo de acarreo, se asignan 3
unidades a este cuadro (note las exigencias de borde).
Ahora ha sido eliminada la hilera T3. Debido a que han sido
eliminadas las estaciones reales de transferencia, se ha llega do a la
solución exigida. La solución final del problema entonces sólo tiene
interés académico.
TABLA 7.5. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 2°
APROXIMACION.
TABLA 7.6. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 3°
APROXIMACION
TABLA 7.7. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 4°
APROXIMACION.
e)
Quinta aproximación, Ver Tabla 7.8.
Solución obligatoria. Sólo hay una hilera remanente, Td. Además, las
exigencias de tiempo determinan la distribución en esa hilera.
f)
Sexta aproximación.
Debido a que se han satisfecho todas las exigencias de borde, se ha llegado a
la solución final.
5.-
El resumen del problema es como sigue:
a)
La matriz solución que muestra todas las distribuciones de desechos
(unidades por día) desde las estaciones de transferencia hasta el sitio de
disposición.
Estación de
transferencia
T1
T2
T3
T4
b)
De
T1
T2
T3
T4
D1
0
0
0
2
Sitio de disposición
D2
D3
0
2
0
4
0
0
0
0
D4
0
0
3
0
Resumen de costos
Operación de acarreo
a
unidades
D3
2
D3
4
D4
3
D1
2
TOTAL
Costo por acarreo
Por unidad
Total
7.60
15.20
6.60
26.40
13.60
40.80
11.60
23.60
105.60
Comentario. La variable imaginaria usada en la solución se agregó por razones matemáticas
y no es parte de la solución. Las variables imaginarias pueden tomar gran importancia en
problemas más complicados.
Sucede que esta es una solución óptima. Resulta una solución menos óptima cuando un
empate en los costos de castigo se desata en la dirección equivocada. En tal caso, se debe
depender de la experiencia para ayudar a resolver el problema. Sin embargo, si la matriz no
es grande, se pueden calcular y comprobar ambas soluciones.
TABLA 7.8. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 5°
APROXIMACION.
7.5.
TOPICOS PAPA DISCUSION Y PROBLEMAS
7.1.
¿Por qué se incluyó el costo del tiempo extra de descargue para las unidades de
transporte tractor- trailer- trailer en el análisis preparado en el Ejemplo 7.1?
7.2.
Dados los siguientes datos, determine los tiempos equivalentes para los dos sistemas
de recipientes estacionarios versus el uso de un sistema de transferencia y
transporte. Base sus cálculos en dólares por tonelada por minuto.
Costos de transporte
Sistemas de recipiente estacionario
1- ton de capacidad a $6,00/h
8-ton de capacidad a $12,00/h
Trailer de transporte
20- ton de capacidad a $20,00/h
Costos de la estación de transferencia
Estación de transferencia = $1,25/ton
Tiempo extra de descargue en el sitio de disposición = 0,25/ton.
7.3.
Determine el tiempo equivalente de un viaje completo para un sistema de
recolección de desechos en el cual para la recolección se usan compactadores de
autocargue de 30 yd3 que son conducidos al sitio de disposición comparado con el
uso de un sistema de transferencia y transporte. Suponga que los datos siguientes
son aplicables.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Densidad de los desechos en el compactador de auto- cargue = 600 lb/yd3.
Densidad de los desechos en los trailers de transporte = 325 lb/yd3
Volumen de la unidad de transporte tractor- trailer- trailer = 120 yd3.
Costo de operación del compactador de autocargue = $ 20/h.
Costo de operación de la unidad de transporte tractor- trailer- trailer = $30/h.
Costos de operación de la estación de transferencia incluyendo amortización
= $ 2,10/ton.
Costo extra de tiempo de descargue para las unidades de transporte en
comparación con los compactadores = 0,40/ton.
7.4.
Resuelva el problema 7.4 ó 7.5, dependiendo de si su comunidad tiene una estación
de transferencia, estime el tiempo equivalente al cual sería factible una estación de
transferencia. ¿Cómo se compara este tiempo con el tiempo real empleado ahora por
los vehículos de recolección en la operación de acarreo?. Formule con claridad
todas sus suposiciones.
7.5.
Si su comunidad tiene una estación de transferencia, determine cuál sería el tiempo
equivalente para una operación de acarreo directo. ¿Cómo se compara este tiempo,
con el tiempo real empleado por las unidades de transporte en la operación de
transporte?. Formule con claridad todas sus suposiciones.
7.6.
Se va a construir una estación de transferencia de 1000 ton/día. Se están
considerando dos alternativas: a) una estación de transferencia de descargue directo
empleando compactadores estacionarios como la que se muestra en la Figura 7.4, y
b) una estación tipo almacenamiento y descargue como la que se muestra en la
Figura 7.8. Identifique y discuta los factores importantes que se deben considerar en
la selección de una alternativa.
Fig. 7.16. Mapa de localización de sitios de disposición y estaciones de transferencia
para el prob. 7.8.
7.7.
Dada la siguiente información, determine, por el método de evaluación de la manolarga, cada posibilidad de la distribución más económica de los desechos desde dos
estaciones de transferencia a dos sitios de disposición en base al costo de transporte
únicamente.
Estación de
transferencia
1
2
Desecho
Unidades/día
4
2
Sitio de Disposición
1
2
Capacidades
Unidades/día
4
4
La distancia de acarreo del viaje completo desde la estación de transferencia 1 a los
sitios de disposición 1 y 2 es 10 y 20 mi, respectivamente. Las distancias desde la
estación de transferencia 2 a los sitios de disposición 1 y 2 es 30 y 40 mi,
respectivamente. Suponga que el tiempo de transporte en horas por viaje está dado
por la expresión 0.08 h/viaje + 0,025 h/mi x,donde x es la distancia del viaje
completo en millas por viaje, y que el costo de transporte es de $ 35/h.
7.8.
La ciudad que se muestra en la Figura 7.16 tiene cuatro sitios de disposición D1, D2,
D3 y D4 y necesita cuatro estaciones de transferencia para manejar los desechos
sólidos. Ya se ha seleccionado la ubicación de las estaciones de transferencia T1, T2
y T3, la cuarta ha sido restringida a dos posibilidades T4 y T5 como se muestra. Se
han reunido los siguientes datos para los sitios de disposición y estaciones de
transferencia para la ciudad.
Sitio de
Disposición
D1
D2
D3
D4
Capacidad
Unidades/día
4
10
3
8
Estación de
Transferencia
T1
T2
T3
T4 o T5
Desecho
Unidades/día
3
3
5
2
En base al costo de transporte únicamente, determine la ubicación más económica
para la estación de transferencia 4 (T4 ó T5). Suponga que el tiempo de transporte en
horas por viaje está dado por la expresión 0.08 h/viaje + 0.025 h/mi (x), donde x es
la distancia del viaje completo de acarreo en millas por viaje y que el costo de
transporte es $35/h.
7.6.
REFERENCIAS
1.
American Public Works Association: Rail Transport of Solid Wastes, U.S.
Environmental Protection Agency, NTIS Publication PB-222-709, Springfield, Va.,
1973.
2.
American Public Works Association, Institute for Solid Wastes: "Solid Waste
Collection Practice," 4th ed., American Public Works Association, Chicago, 1975.
3.
COR-MET: Metropolitan Service District Solid Waste Management Action Plan,
vol. 1, Portland, Oreg., 1974.
4.
Hadley, G.- "Linear Programming," Addison-Wesley, Reading, Mass., 1962.
5.
Hegdabl, T. A.: Solid Waste Transfer Stations: A State-of-the-Art Report on
Systems Incorporating Highway Transportation, U.S. Environmental Protection
Agency, NTIS Publication PB-213-511, Springfield, Va., 1972.
6.
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U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-9lts,- Washington, D.C.,
1972.
7.
Metcalf & Eddy, Inc: Greater Bridgeport Regional Solid Wastes Management
Study, Boston, 1972.
8.
Parsons, H. de B.: "The Disposal of Municipal Refuse," 1st ed., Wiley, New York.
1906.
9.
Reinfeld, N.V. and W.R. Vogel: “Mathematical Programming” Prentice- Hall,
Englewood Cliffs, N.J. 1958.
10.
Riggs, J.L.: "Economic Decision Models" McGraw-Hill, New York, 1968.
11.
Tchobanoglous, G. and G. Clein: An Engineering Evaluation of Refuse Collection
Systems Applicable to the Shore Establishment of the U.S. Navy, Sanitary
Engineering Research Laboratory, University of California, Berkeley, 1962.
12.
The Orange Country Refuse Disposal Program, The Orange County Road
Department. Santa Ana, Calif., 1965.
DESECHOS SÓLIDOS
PRINCIPIOS DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN
Por
George Tchobanoglous
Hilary Theissen
Rolf Eliassen
Serie: Ambiente y los
Recursos Naturales Renovables
AR-16
TRADUCCION: Armando Cubillos
Mérida - Venezuela 1982
INDICE
PRIMERA PARTE
Pág.
PERSPECTIVAS
1.
2.
3.
...................................................................................
1
DESECHOS SOLIDOS: UNA CONSECUENCIA DE LA VIDA ............
3
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
Los Impactos de la Producción de Desechos Sólidos
............
Producción de Desechos en una Sociedad Tecnificada
............
Cantidades de Desechos
...........................................................
Proyecciones para el Futuro ...........................................................
Retos y Oportunidades Futuras
................................................
Tópicos para Discusión
...........................................................
Referencias ...................................................................................
5
6
8
13
15
17
18
LA EVOLUCION EN EL MANEJO DE LOS DESECHOS
SOLIDOS
...............................................................................................
19
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
Desarrollo Histórico .......................................................................
Elementos Funcionales
...........................................................
Sistemas de Manejo de Desechos Sólidos ....................................
Planificación del Manejo de los Desechos Sólidos ........................
Temas de Discusión .......................................................................
Referencias ...................................................................................
19
26
35
42
46
48
LEGISLACION Y AGENCIAS GUBERNAMENTALES ........................
49
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
49
54
59
61
Legislación ....................................................................................
Agencias Gubernamentales ............................................................
Temas de Discusión .......................................................................
Referencias ...................................................................................
PRINCIPIOS DE INGENIERIA
4.
PRODUCCION DE DESECHOS SOLIDOS
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
5.
...........................................................
....................................
63
Fuentes y Tipos de Desechos Sólidos
....................................
Composición de los Desechos Sólidos Municipales ........................
Tasas de Producción .......................................................................
Discusión de Tópicos y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
63
67
82
96
101
MANEJO, ALMACENAMIENTO Y PROCESADO IN SITU
5.1.
62
Salud Pública y Estética
............
103
...........................................................
104
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
6.
RECOLECCION DE DESECHOS SOLIDOS
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
6.6.
6.7.
7.
Manejo en el Origen o In Situ
................................................
Almacenamiento en el Origen o In Situ
....................................
Procesado de Desechos Sólidos en el Origen o In Situ
............
Temas de Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
....................................
137
Servicios de Recolección
...........................................................
Sistemas de Recolección, Necesidades de Equipo y Mano
de Obra
...................................................................................
Análisis de Sistemas de Recolección
....................................
Rutas de Recolección
...........................................................
Técnicas Avanzadas de Análisis
................................................
Tópicos de Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
137
TRANSFERENCIA Y TRANSPORTE
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
104
110
119
133
135
147
159
189
106
211
218
................................................
221
La Necesidad de Operaciones de Transferencia
........................
Estaciones de Transferencia ...........................................................
Medios y Métodos de Transporte ................................................
Localización de Estaciones de Transferencia
........................
Tópicos para Discusión y Problemas
....................................
Referencias ...................................................................................
221
226
241
252
261
273
SEGUNDA PARTE
8.
EQUIPO Y TECNICAS DE PROCESADO
....................................
275
Propósitos del Procesado
...........................................................
Reducción Mecánica del Volumen ................................................
Reducción Química del Volumen ................................................
Reducción Mecánica del Tamaño ................................................
Separación de Componentes ...........................................................
Secado y Extracción de Agua
................................................
Tópicos de Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
276
277
287
301
309
339
343
345
RECUPERACION DE RECURSOS, CONVERSION DE PRODUCTOS,
Y ENERGIA ...............................................................................................
347
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
8.5.
8.6.
8.7.
8.8.
9.
9.1.
9.2.
9.3.
9.4.
9.5.
Sistemas de Procesado y Recuperación de Materiales
Recuperación de Productos de Conversión Química
Recuperación de Productos de Conversión Biológica
Recuperación de Energía de Productos de Conversión
Diagramas de Flujo de Recuperación de Materiales
............
............
............
............
348
360
382
401
y Energía
...................................................................................
Temas de Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
409
421
428
DISPOSICION DE DESECHOS SOLIDOS Y MATERIA
RESIDUAL ...............................................................................................
431
9.6.
9.7.
10.
11.
10.1. Selección del Sitio .......................................................................
10.2. Métodos y Operación del Relleno Sanitario ....................................
10.3. Reacciones que Ocurren en Rellenos Sanitarios
Terminados ...................................................................................
10.4. Movimiento y Control del Gas y Lixiviado ....................................
10.5. Diseño de Rellenos Sanitarios
................................................
10.6. Disposición de Desechos Sólidos en el Océano
........................
10.7. Temas de Discusión y Problemas ................................................
10.8. Referencias ...................................................................................
433
439
DESECHOS PELIGROSOS ........................................................................
515
11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
11.5.
11.6.
11.7.
11.8.
11.9.
11.10.
11.11.
11.12.
515
518
520
525
527
530
532
533
537
539
540
542
Identificación de Desechos Peligrosos
....................................
Clasificación de Desechos Peligrosos
....................................
Reglamentaciones
.......................................................................
Producción ...................................................................................
Almacenamiento In Situ
...........................................................
Recolección ...................................................................................
Transferencia y Transporte ...........................................................
Procesado
...................................................................................
Disposición ...................................................................................
Planificación ...................................................................................
Temas para Discusión y Problemas ................................................
Referencias ...................................................................................
446
455
471
503
504
511
8.
EQUIPO Y TECNICAS DE PROCESADO
Las técnicas de procesado se utilizan para mejorar la eficiencia de operaciones en sistemas
de manejo de desechos sólidos, recuperar recursos (materiales utilizables), y recuperar
productos de conversión y energía. El propósito de este capítulo es describir las técnicas
más importantes utilizadas en el procesamiento de desechos sólidos. Debido a que muchas
técnicas, especialmente aquellas asociadas con la recuperación de materiales y energía,
están en un estado de cambio continuo con respecto a los criterios de diseño, el objetivo acá
es sólo el de presentarlos al lector. Se presenta información adecuada de Ingeniería cuando
la hay disponible; también se mencionan, cuando se conocen, factores que deben ser
considerados en la selección de equipo, diferentes, al costo. Sin embargo, se hace énfasis en
que si estas técnicas van a ser consideradas en el desarrollo de sistemas de manejo de
desechos, los datos de diseño ingenieril y de la eficiencia se deben obtener de registros de
instalaciones en operación, pruebas de campo, fabricantes de equipo y de la literatura.
A continuación de una breve discusión de los principales propósitos del procesado, se
describen cinco técnicas y el equipo involucrado en cada una de ellas. Estas técnicas son: 1)
reducción mecánica del volumen (compactación) 2) reducción química del volumen
(incineración), 3) reducción mecánica del tamaño (fragmentación), 4) separación de
componentes (manual y mecánica) y 5) secado y deshidratación (reducción del contenido
de humedad). De estos, los primeros dos han sido usados en el procesamiento de desechos
sólidos desde principios de siglo. Aunque se han usado extensamente en otros campos, las
tres últimas técnicas no tienen una larga historia de aplicación en el procesamiento de
desechos sólidos. En el Capitulo 9 se presentan y discuten diagramas de flujo de muchas de
estas técnicas.
8.1
PROPOSITOS DEL PROCESADO
La selección de técnicas específicas de procesado para un sistema de manejo de desechos
sólidos depende de los propósitos a ser alcanzados. Como se mencionó anteriormente,
los tres propósitos principales del procesado son mejorar la eficiencia de los sistemas de
manejo de desechos sólidos, recuperar materiales utilizables y la conversión de productos y
energía.
Mejora de la eficiencia de Sistemas de Manejo de Desechos Sólidos.
Para mejorar la eficiencia de sistemas de manejo de desechos sólidas se dispone de varias
técnicas de procesado. Por ejemplo, para reducir las necesidades de almacenamiento en
edificios de apartamentos de media y gran altura, se usan la incineración y el embalado
(Vea Capítulo 5). Antes de reusar el papel de desecho, generalmente se embala para reducir
las necesidades de espacio para embarque y almacenamiento. En algunos casos, se embalan
los desechos para reducir los costos de acarreo al sitio de disposición. En el sitio de
disposición, se compartan los desechos sólidos para usar eficientemente el terreno
disponible. Si los desechos sólidos se van a transportar hidráulica o neumáticamente, es
necesaria alguna forma de fragmentación. la fragmentación se usa también para mejorar la
eficiencia de sitios de disposición. la selección de técnicas de procesado para estos
propósitos depende de los componentes del sistema de manejo de desechos y, en la mayoría
de los casos, es específica en cada situación.
Recuperación de Materiales para Reuso.
Los principales componentes de los desechos sólidos residenciales se reportan en el
Capitulo 4. Como un aspecto práctico, los componentes más susceptibles de recuperación
son aquellos para los cuales existen mercados y están presentes en los desechos en
cantidades que justifican su separación.
Materiales que han sido recuperados de desechos sólidos incluyen papel, cartón, plástico,
vidrio, metales ferrosos, aluminio y otros metales residuales no ferrosos. Debido a que
todos estos materiales pueden ser de suficiente valor económico para justificar su
separación (dependiendo de las condiciones del mercado), se han desarrollado una variedad
de técnicas para la separación de cada componente. Algunas de las técnicas más
establecidas se discuten más adelante en este capitulo.
Recuperación de Productos de Conversión y Energía.
Los materiales orgánicos combustibles se pueden convertir en productos intermedios y
finalmente en energía en diferentes maneras, incluyendo 1) incineración o combustión
directa en calderas para producir vapor, 2) pirólisis para producir un gas sintético o
combustible liquido, y 3) biodigestión con o sin lodo de aguas residuales para producir
metano. Estos tópicos se consideran con más detalle en el Capitulo 9. Lo que es importante
en este capitulo es destacar que, con pocas excepciones, la materia orgánica combustible se
debe separar de otros componentes de los desechos sólidos como primer paso. Una vez se
han separado, más procesado es generalmente necesario antes de que los materiales se
puedan usar en la producción de energía, típicamente, deben ser fragmentados y secados
antes de usarse. Estas y otras técnicas son considera das en el resto de este capitulo. En el
Capitulo 9 se discuten sistemas de recuperación completa de energía.
8.2
REDUCCION MECANICA DEL VOLUMEN
La reducción del volumen es un factor importante en el desarrollo y operación de casi todos
los sistemas de manejo de desechos sólidos. En la mayoría de las ciudades, se utilizan
vehículos equipados con mecanismos de compactación para la recolección de desechos
sólidos. Para aumentar la vida útil de los rellenos sanitarios, generalmente se compactan los
desechos antes de cubrirlos; el papel para recirculación se embala para el embarque a los
centros de Procesado. Recientemente, se han desarrollado sistemas de compactación de alta
presión para reducir las necesidades de rellenos sanitarios y producir materiales adecuados
para usos alternos; éstos y otros tópicos relacionados a la reducción de volumen obtenida
mediante técnicas de compactación son discutidas en esta sección. La reducción de peso de
los desechos sólidos se considera más adelante en este capitulo (Vea sec. 8.6).
Equipos de Compactación.
Los tipos de equipo de compactación utilizados en operaciones de desechos sólidos se
pueden clasificar como estacionarios y movibles. Donde los desechos son traídos y
cargados en el compactador manual o mecánicamente, el compactador es estacionario.
Usando esta definición, el mecanismo de compactación usado para comprimir los desechos
en un vehículo de recolección es, en realidad, un compactador estacionario; en contraste, el
equipo montado sobre ruedas usado para colocar y compactar desechos sólidos en un
relleno sanitario se clasifica como móvil. En la Tabla 8.1 se reportan los tipos y
aplicaciones de equipo de compactación usado rutinariamente.
Típicamente, los compactadores estacionarios se pueden describir de acuerdo con su
aplicación como 1) trabajos ligeros, como los usados en áreas residenciales o de industrias
livianas, 2) comercial o industria liviana, 3) industrial pesada, y 4) estación de
transferencia. Los compactadores usados en estaciones de transferencia se pueden dividir
de acuerdo a la presión de compactación en: baja presión, menos de 100 lb/pg2 (70,310
Kg/m2); presión alta, más de 100 lb/pg2. En general, todos los compactadores en las de más
aplicaciones también serán clasificados como unidades de baja presión.
Donde se usan grandes compactadores estacionarios, los desechos pueden ser comprimidos:
1) directamente en el vehículo de transporte (Vea Capitulo 7). 2) en recipientes de acero
que pueden ser movidos manual o mecánicamente, 3) en cámaras de acero diseñadas
especialmente donde el bloque comprimido es atado con cintas u otros medios antes de ser
removido, o 4) en cámaras donde son comprimidos en un bloque y luego sacados y
acarreados sin atarlos.
Compactación de Baja Presión. Típicamente, los compactadores de baja presión incluyen
aquellos usados en apartamentos y establecimientos comerciales (Vea Figura 8.1), equipo
de embalaje usado para papel de desecho y cartón (Vea Figura 8.2), y compactadores
estacionarios usados en estaciones de transferencia (Vea Figura 8.3). los compactadores
estacionarios portátiles están siendo usados cada vez más por un número de industrias junto
con operaciones de recuperación de materiales, especialmente para papel de desecho y
cartón.
Compactación de Alta Presión. Recientemente se han desarrollado un número de sistemas
de compactación de alta presión (hasta 5,000 lb/pg2). En la mayoría de estos sistemas se usa
equipo especializado de compactación para producir desechos sólidos comprimidos en
bloques o balas de varios tamaños. En un sistema el tamaño del bloque es de alrededor de
1.2m x 1.2m x 0.40m, y la densidad es de alrededor de 950 Kg/m3 a 1.100 Kg/m3. En otro
sistema, los desechos pulverizados son expulsados, después de la compactación, en forma
de cilindros de 22 cms. de diámetro; las densidades finales alcanzadas con este proceso
varían de 950 a 1.010 Kg/m . La reducción de volumen obtenida con estos sistemas de
compactación de alta presión varia con las características de los desechos; típicamente, la
reducción varia de alrededor de 3 a 1 hasta 8 a 1.
TABLA 8.1
EQUIPO DE COMPACTACIÓN USADO PARA REDUCCIÓN DE VOLUMEN
Localización u
operación
Puntos de
producción de
desechos
sólidos
Tipo de
Observaciones
compactador
Estacionario/ Pistón vertical de compactación; puede ser operado mecánica o
residencial
hidráulicamente; usualmente de alimentación fuerte; desechos compactadores
vertical
en recipientes corrugados o papel o bolsas plásticas; usados en apartamentos
de media y gran altura.
Rotatorio
El mecanismo de pistón usado para compactar desechos en bolsas de papel o
plástico sobre plataforma giratoria, la plataforma gira a medida que se llenan
los recipientes, usado en apartamentos de media y gran altura.
Bolsa o
Compactador puede ser alimentado por el conducto; ya sea con pistones
lanzador
verticales u horizontales; bolsas solas o solución continua. Las bolsas solas se
deben remplazar y las bolsas continuas se desatan y vuelven a colocar, se usan
en apartamentos de media y gran altura.
Bajo el
Compactadores pequeños usados en residencias individuales y apartamentos;
mesón
desechos compactados en bolsas especiales de papel; después de que los
desechos son lanzados por la puerta de un panel en la bolsa y se cierra la puerta
del panel se irrigan para control de olores; se presiona el botón para activar el
mecanismo de compactación.
Estacionario/ Compactador con pistón vertical u horizontal; desechos comprimidos en
comercial
recipientes de acero; los desechos son atados y removidos a mano; se usan en
apartamentos de baja, media y gran altura, instalaciones comerciales e
industriales.
Recolección
Estacionario/ Vehículos de recolección equipados con mecanismo de compactación (ver
empacador
Capítulo 6)
Transferencia Estacionario/ Trailer de transporte, generalmente cerrado, equipado con equipo de
compactación interno.
y/o estación de trailer de
transferencia
procesado
estacionario
Baja presión Los desechos son compactados en grandes recipientes
Alta presión Los desechos son compactados en balas densas u otras formas
Equipo especialmente diseñado para obtener máxima compactación de los
Sitio de
Rueda
desechos.
disposición
movible o
equipo de
tracción
Estacionario/ Los compactadores estacionarios movibles de alta presión se usan para
reducción de volumen en sitios de disposición.
tracción
montada
TABLA 8.2
FACTORES IMPORTANTES DE DISEÑO EN LA SELECCIÓN DE EQUIPO
CONVENCIONAL DE COMPACTACIÓN
Valor
Factor
Tamaño de la cámara de
cargue
Tiempo del ciclo
Observaciones
unidad
rango
Yd3
< 1-11
Fija el tamaño máximo de los desechos que se pueden
colocar en la unidad
s
20-60
El tiempo necesario para la fase del pistón de
compactación, partiendo de posición de retracción total
para empacar desechos en la cámara de cargue entre el
recipiente receptor y volver a la posición inicial.
Volumen de la máquina
El volumen de desechos que pueden ser desplazados por
Desplazamiento
Yd3/h
30-1,500 el pistón en el 1 h.
Presión de compactación
Lb/pg2
15-50
La presión sobre la cara del pistón
Penetración del pistón
4-26
La distancia que penetra el pistón de compactación dentro
pg
del recipiente receptor durante el ciclo de compactación.
A mayor distancia menor posibilidad de que los desechos
caigan de nuevo en la cámara de cargue y se puede
alcanzar mayor grado de compactación.
Relación de
2:1-8:1 El volumen inicial dividido por el volumen final después
compactación
de la compactación. La relación varía apreciablemente
con la composición de los desechos.
Dimensiones físicas de la Variable Variable Afecta el diseño de áreas de servicio en edificios nuevos
unidad
y la provisión de servicio para instalaciones existentes.
*
Adaptado en parte de la Referencia 2
NOTA: yd3 x 0.7646 = m3
Yd3/h x 0.7646 = m3/h
Lb/pg2 x 0.0703 = kg/cm2
Pg x 2.54 = cm
Selección del Equipo de Compactación.
Los factores que se deben considerar en la selección del equipo de compactación incluyen:
1.
Características de los desechos a ser compactados, incluyendo tamaño,
contenido de humedad y densidad.
2.
Método de transferencia y alimentación de los desechos al compactador.
3.
Métodos de manejo y usos de los materiales compactados
4.
Características de diseño del compactador (Vea Tabla 8.2).
5.
Características operacionales incluyendo necesidades de energía,
mantenimiento de rutina y especializado, simplicidad de la operación,
eficiencia comprobada y contabilidad, nivel de ruido, exigencias de control
de polución de aire y agua.
6.
Consideraciones del sitio incluyendo espacio y altura, acceso, ruido y
limitaciones ambientales relacionadas.
En las referencias 1, 3 y 7 se pueden encontrar detalles factores adicionales que deben ser
considerados en varias aplicaciones específicas. Debido a que existe mucha confusión con
relación al uso y aplicación de datos de la relación de compactación, este tema se considera
más adelante.
Cuando se comprimen los desechos se reduce su volumen. la siguiente expresión da la
reducción de volumen en porcentaje:
 Vi - Vf 
reducción de volumen (%) = 
 100
 Vi 
donde:
Vi = volumen inicial de los desechos antes de la compactación
Vf = volumen final de los desechos después de la compactación
La relación compctación =
donde:
(8.1)
Vi
Vf
(8.2)
Vi, Vf = como se definieron en la Ecuación 8.1.
La relación entre la relación de compactación y el porcentaje de reducción de volumen se
muestra gráficamente en la Figura 8.4. Debido a la naturaleza de la relación, se puede ver
que para alcanzar más del 80% de reducción se necesita un aumento desproporcionado de
la relación de compactación. Por ejemplo, para alcanzar un aumento del 80 al 90 por ciento
es necesario un aumento de la relación de compactación de 5 a 10. Esta relación es
importante en el análisis entre la relación de compactación y el costo total (8).
Otro factor importante que se debe considerar es la densidad final de los desechos después
de la compactación. En la Figura 8.5 se presentan algunas curvas típicas de desechos
sólidos municipales sin procesar. El valor asintótico usado en el desarrollo de estas curvas
es 1,800 lb/yd3, que es consistente con valores obtenidos usando compactadores de alta
presión. Cuando se compactan desechos fragmentados bajo las mismas condiciones, la
densidad puede ser hasta el 36% mayor que la de los desechos sin procesar, hasta una
presión aplicada de 100 lb/pg2 (15). La densidad máxima alcanzada mediante la aplicación
de presión muy alta no es afectada apreciablemente por la fragmentación.
(a)
(b)
Figura 8.1
Compactadores de baja presión usados en apartamentos y
establecimientos comerciales: a) Compactador usado con un recipiente pequeño. El
contenido de los recipientes llenos es vaciado con el compactador de autocargue
frontal (Vea Figura 6.10)- b) Compactador usado con recipientes grandes. El
recipiente lleno es acarreado al sitio de disposición, vaciado y devuelto utilizando un
camión con mecanismo de cargue por volteo (Vea figura 6.7).
Figura 8.2
Figura 8.3
Embalador utilizado para cartón fragmentado.
Compactador estacionario de pistón horizontal usado junto con trailer
de transferencia cerrado (vea Figura 7.11b).
Quizá el hecho más importante a ser notado en la Figura 8.5 es que el aumento inicial de
densidad producido por la aplicación de presión es dependiente, en grado sumo, de la
densidad inicial de los desechos a ser compactados. Este hecho es especialmente importante
en la consideración de las ventajas proclamadas por los fabricantes de equipo de
compactación. El contenido de humedad que varía con el lugar, es otra variable que tiene
un efecto apreciable sobre el grado de compactación alcanzando. En algunos
compactadores estacionarios, se hacen provisiones para agregar humedad, generalmente
agua, durante el proceso de compactación.
Figura 8.4
Relación de compactación versus por ciento de reducción de volumen.
Figura 8.5
Densidad de los desechos sólidos versus presión aplicada (derivada en
parte de las Ref. 8 y 15).
8.3
REDUCCION QUIMICA DEL VOLUMEN
Además de la reducción mecánica del volumen, se han usado varios procesos químicos para
reducir el volumen de los desechos sólidos. Como se anotó en el Capitulo 2, la combustión
a campo abierto fue una práctica común, hasta principios de la década de 1970, en muchos
sitios de disposición, este método todavía se usa en algunas partes del país. A principios de
este siglo, se utilizó la reducción química para recuperar grasa de los desechos de alimentos
y en el proceso se redujo el volumen. Desde comienzos de siglo, la incineración ha sido el
método más comúnmente usado para reducir el volumen de los desechos químicamente.
Aunque otros procesos químicos como la pirólisis, hidrólisis y conversión química también
son efectivos en la reducción del volumen de desechos sólidos, no se consideran en esta
sección debido a que se usan principalmente para la recuperación de productos de
conversión. Los procesos de conversión química se consideran en detalle en el Capítulo 9.
Debido a que la incineración se usa para la reducción de volumen y para la producción de
energía, en este capitulo la discusión se limita a su aplicación en la reducción de volumen.
El proceso de incineración en la producción de energía se considera en detalle en el
Capitulo 9. Los cálculos necesarios para determinar la cantidad de vapor que se puede
producir de la incineración de desechos sólidos también se contemplan en el Capitulo 9.
Debido a que el diseño y la operación de incineradores municipales modernos constituyen
realizaciones muy especializadas, la siguiente discusión solo intenta servir como una
introducción a este tema. Los temas a ser considerados incluyen: 1) discusión de la
incineración de desechos municipales, 2) descripción de los procesos de incineración para
desechos municipales, 3) discusión de las instalaciones y el equipo para control de la
polución del aire, y 4) algunas consideraciones importantes del diseño y la eficiencia.
Incineración de Desechos Municipales
Uno de los rasgos más atractivos del proceso de incineración es el de que se puede usar
para reducir el volumen original de los desechos sólidos combustibles en un 80 a 90 por
ciento. En algunos incineradores nuevos diseñados para operar a temperaturas
suficientemente altas para producir un material fundido antes de enfriarse, puede ser
posible reducir el volumen hasta el 5 % o menos. Aunque la tecnología de la incineración
ha avanzado en las dos últimas décadas, la polución del aire continúa siendo un problema
grande de implementación. Aunque se puedan satisfacer las exigencias más estrictas de
control de polución del aire mediante el uso de la tecnología existente y en desarrollo, el
aspecto económico continúa siendo más un problema que con otras alternativas.
Además del uso de grandes incineraciones municipales, también se usan incineradores
locales en residencias individuales, apartamentos, almacenes, industrias, hospitales y otras
instituciones. El diseño de incineradores locales varia con el tipo de servicio y las
exigencias locales y de control de la polución. Debido a que la mayoría de las grandes
ciudades en los Estados Unidos han adoptado algún tipo de ordenanza de control de
polución, se anticipa que, en el futuro, el uso continuado de incineradores estará limitado a
unida des especialmente diseñadas que puedan satisfacer las exigencias de control
de polución de aire. Por esta razón no se incluye una discusión detallada de incineradores
locales en esta sección. En el Capitulo 5 se describen algunos de los diferentes tipos de
incineradores locales y en las Referencias 1 y 4 se pueden encontrar detalles adicionales.
Descripción del Proceso de Incineración.
Las operaciones básicas involucradas en la incineración de desechos sólidos se identifican
en la Figura 8.6. La operación empieza con la descarga de los desechos sólidos de los
vehículos de recolección (1) en el foso de almacenamiento (2). La longitud de la plataforma
de descargue y del foso de almacena miento es una función del número de camiones que
deben descargar simultáneamente. La profundidad y el ancho del foso de almacenamiento
se determinan de la tasa a la que se reciben las cargas y la tasa a la que se queman. La
capacidad de almacenamiento generalmente promedia el volumen de un día. La grúa (3) se
usa para cargar desechos a la tolva de carga (4). El operador de la grúa puede seleccionar la
mezcla de desechos para obtener un contenido uniforme de humedad en la carga. Los
objetos grandes o combustibles también son removidos de los desechos. Los desechos
sólidos de la tolva de carga caen sobre las parrillas (5) donde son quemados. Generalmente,
se usan varios tipos de parrillas mecánicas, sus características se describen en la Tabla 8.3 y
en la Figura 8.7 se muestran algunas parrillas representativas. En el Capitulo 9 se discuten
otros métodos de encendido y parrillas usadas con desechos sólidos procesados.
Figura 8. 6 Sección transversal de un incinerador municipal de alimentación contínua
y encendido total.
Figura 8.7
Parrillas típicas usadas en incineradores de encendido total (adaptado
en parte de la Ref. 6)
Se puede introducir aire desde el fondo de las parrillas (aire por debajo del fuego) mediante
un ventilador de tiro forzado (6) o sobre las parrillas (aire sobre el fuego) para controlar las
tasas de calcinación y la temperatura de la hornilla. La parte más caliente del fuego está
sobre la parrilla ardiente.
El aire caliente sube sobre los desechos húmedos que llegan a la parrilla superior de secado
y así saca la humedad para permitir que los desechos desciendan ardiendo por las parrillas.
Debido a que la mayoría de los desechos orgánicos son térmicamente inestables, varios
gases son producidos en el proceso de combustión que tiene lugar en la hornilla, donde la
temperatura es de alrededor de 1.400°F. Estos gases y pequeñas partículas orgánicas pasan
a una cámara secundaria, comúnmente llamada "cámara de combustión" (7) y queman a
temperaturas por encima de 1.600°F. Los compuestos que producen olor, generalmente, son
destruidos a temperaturas por encima de 1.400 a 1.600°F.
Alguna ceniza volante y otras partículas pueden ser llevadas a través de la cámara de
combustión. Para satisfacer las normas de control de polución del aire, se debe proveer
espacio para el equipo de limpieza de] aire (8). Puede ser necesario un ventilador (9) de tiro
inducido para garantizar un flujo adecuado de aire y tome en cuenta las pérdidas de cabeza
a través del equipo de limpieza de aire y el suministro de aire al incinerador mismo. Esto
se puede hacer también con un ventilador de tiro forzado.
TABLA 8.3 OPERACION DE PARRILLAS DE ALIMENTACION CONTINUA EN
INCINERADORES MUNICIPALES*
Tipo de Parrilla
Descripción de la operación
+
Parrilla transportadora
Consiste en una reja de movimiento continuo
de alimentación y una o más rejas de quemado.
La reja de alimentación está ubicada directamente
debajo de la tolva de carga desde la cual caen los
desechos sobre la parrilla. Los desechos secan
parcialmente mientras están sobre la reja de
alimentación.
Parrilla reciprocante +
Los desechos se mueven a través de la hornilla
desde la tolva, mientras la parrilla es
estacionaria, excepto por movimientos alternos
reciprocantes de las barras de la parrilla. La
acción de las barras mueven los desechos aquí y
allá hacia la siguiente barra. La tasa de quemado
se ajusta mediante el control de la velocidad de
las barras.
+
Parrilla oscilante
La operación es similar a la parrilla reciprocante,
pero los desechos se mueven a través de la
hornilla por la acción oscilante de las parrillas.
Parrilla de rodillos
Es un diseño relativamente nuevo, los desechos
son quemados a medida que se mueven mediante
una serie de barras giratorias.
*
Adaptado de la Referencia 18
+
Ver Figura 8.7.
Los productos finales de la incineración son los gases limpios que son descargados por la
chimenea (10). Las cenizas y materiales sin quemar de las parrillas caen en una tolva de
residuos (11) ubicada debajo de las parrillas donde son apagados con agua. La ceniza
volante que sedimenta en la cámara de combustión es removida por medio de una
compuerta para ceniza (12). El residuo de la tolva de almacenamiento se puede llevar a un
relleno sanitario o a una planta de recuperación de recursos. La ceniza volante de la
compuerta y los desechos del equipo de limpieza del aire son llevados a un relleno
sanitario.
Control de Polución de Aire.
La mayor preocupación en el control de la polución del aire, con la mayoría de los
incineradores, es con la emisión de partículas más que con gases y olores (18).
Típicamente, el tamaño de las partículas de las emisiones de incineradores varían desde
menos de 5 µm hasta unos 120 µm; alrededor de la tercera parte de las partículas tienen
diámetros menores que 10 µm (18). En términos del tamaño, estas partículas se podrían
clasificar como polvo fino, como se muestra en la Figura 8.8
Figura 8.8
Carta de clasificación de partículas
Se han utilizado varias técnicas de diseño y equipo para controlar estas emisiones de
partículas. En la Tabla 8.4 se reportan las características de algunas instalaciones y equipo
representativo de control de emisiones. En la Figura 8.8 también se muestra el rango
operativo de las instalaciones y equipo reportado en la Figura 8.4. En las Figuras 8.9 y 8.10
se muestran un filtro de malla típico recolector de polvo y un precipitador electrostático
respectivamente. En la Figura 8.11 se resumen las eficiencias de los diferentes métodos de
control. En la Tabla 8.5 se reportan datos comparativos de control de polución de aire para
incineradores municipales.
Consideraciones de Diseño y Funcionamiento
En la Tabla 8.6 se resumen los elementos principales que se deben considerar en el diseño
mecánico de un incinerador. Se han formado firmas de ingenieros para diseñar
incineradores grandes y modernos debido a la complejidad del diseño. En las Referencias 4,
14, 16 y 18 se pueden encontrar detalles adicionales sobre el diseño de incineradores.
TABLA 8.4
INSTALACIONES Y EQUIPO DE CONTROL DE EMISIONES PARA
INCINERADORES MUNICIPALES*
Item
Descripción
Cámara de sedimentación
Una cámara larga ubicada, generalmente,
inmediatamente después de la cámara de
combustión (Vea Fig. 8.6) para la remoción
de partículas grandes de ceniza volante y
como una operación de pretratamiento a
procesos subsiguientes de remoción.
Recolectores de deflectores
Deflectores construidos de ladrillo o metal
que se pueden operar en húmedo o seco.
Localizados, generalmente, después de la
cámara de combustión. Se pueden remover
partículas de 50 µm o mayores mediante
coalescencia, reducción de la velocidad o
acción centrífuga. La eficiencia depende del
diseño y la ubicación.
Depuradores
La ceniza volante es atrapada sobre gotas de
agua y removida. El método de remover
ceniza volante mojada depende del equipo a
ser usado y del diseño del incinerador.
Separador de ciclón
Separación en seco de partículas de ceniza
voladora mediante la acción centrífuga, en la
cual las partículas son lanzadas contra las
paredes del recolector.
Precipitador electrostático
Las partículas de ceniza se cargan mediante
un electrodo. las partículas cargadas se
remueven sobre superficies colectoras
colocadas en un campo eléctrico intenso.
Una vez sobre la superficie colectora, las
partículas pierden carga y se adhieren
ligeramente. Se pueden remover mediante
golpes suaves.
Filtro de malla
*
Adaptado en parte de la Referencia 18.
Los gases de la combustión son filtrados a
través de bolsas filtrantes hechas de varios
materiales.
Figura 8.9
Filtro de Malla recolector de polvo (18)
TABLA 8.5
DATOS COMPARATIVOS DE CONTROL DE POLUCIÓN DE AIRE PARA
INCINERADORES MUNICIPALES**
Recolector
Factor
relativo de
costo de
capital, FOB
No aplicable
1
1.5
Eficiencia
Espacio
Agua para Caída de Factor de
costo
presión
de la
relativo,
recolector,
por ciento recolección, GPM/1000 p3 de agua relativo de
operación
por ciento
min
60
0-30
2-3
0.5-1
0.25
20
30-8
Ninguno
3-4
1.0
30
30-70
Ninguno
1-2
0.5
Cámara de sedimentación
Multiciclón
Ciclones de 60 pg
diámetro
Depuradores *
3
30
80-96
4-8
6-8
2.5
Precipitador electrostático
6
100
90-97
Ninguno +
0.5-1
0.75
Filtro de malla
6
100
97-99.9
ninguno
5-7
2.5
*
De la Referencia 18
+
Los gases se enfrían generalmente con un depurador que esparce agua antes del precipitador
electrostático
NOTA: GMP x 0.0631 = l/s
Pie3/min x 0.028 = m3/min
Pg x 2.54 = cm
TABLA 8.6
PRINCIPALES COMPONENTES EN EL DISEÑO DE INCINERADORES
MUNICIPALES GRANDES*
Componente
Básculas
Fosas de almacenamiento
Grúas
Tolvas de carga
Rejas de la hornilla
Cámara de combustión
Sistema de recuperación de calor
Calor auxiliar
Propósito de la descripción
Necesarias para mantener registros precisos de la cantidad de
desechos procesados
El diseño de las fosas depende de la capacidad de la hornilla, las
necesidades de almacenamiento (capacidad de aproximadamente un
día) horarios de recolección y métodos de descarga de los camiones
Utilizadas para transferir los desechos de la fosa de almacenamiento a
las tolvas de carga para mezclar y redistribuir desechos en la fosa de
almacenamiento
Construidas de metal o concreto, usadas para introducir los desechos a
las rejas de la hornilla.
Utilizadas para mover los desechos a través de la hornilla, se han
usado con éxito rejas o parrillas transportadoras, reciprocantes,
oscilantes y de rodillos. Se han adoptado una tasa de combustión de
60 a 65 lb/pie2h como “generalmente permisible” para la quema en
masa.
Se utilizan cámaras de paredes con agua y refractarias.
Los tipos de sistemas varían. Típicamente se usan dos secciones de
caldera: convección y economizador (Vea Capítulo 9).
Su necesidad depende del contenido de humedad de los desechos.
Instalaciones para control de polución Usadas para controlar la emisión de partículas (Vea Tabla 8.4).
del aire
Instalaciones y equipo auxiliares
Normalmente incluyen instalaciones para manejar residuos,
ventiladores para suministrar y extraer aire, chimeneas de
incineradores, edificios de control, etc.
*
Adaptado en parte de la Referencia 18.
Entre los factores que se deben considerar en la evaluación del funcionamiento de un
incinerador están la cantidad de residuo que queda en el incinerador después de la
incineración y si se necesita o no combustible adicional cuando la recuperación de calor no
es la preocupación principal. En el Capítulo 9 se considera la necesidad de combustible
adicional. La cantidad de residuo depende de la naturaleza de los desechos a ser
incinerados. En la Tabla 4.9 se reportan datos típicos sobre el residuo de varios
componentes de desechos sólidos. En la Tabla 8.7 se reporta la composición del residuo
de incineradores. En el Ejemplo 8.1 se ilustran los cálculos necesarios para evaluar la
cantidad y composición del residuo después de la incineración.
EJEMPLO 8. 1. Cálculo del residuo de incinerador.
Determine la cantidad y composición del residuo de un incinerador usado para desechos
sólidos municipales con la composición media dada en la Tabla 4.9. Estime la reducción en
volumen si se supone que la densidad del residuo es de 1,000 lb/yd3.
SOLUCION
1.
Construya una tabla de cálculos para determinar la cantidad de residuo y su
distribución en porcentaje en peso. La Tabla 8.8 presenta los cálculos completos.
2.
Estime los volúmenes original y final antes y después de arder. Para estimar el
volumen aproximado inicial, suponga que la densidad media de los desechos sólidos
en la fosa de almacenamiento del incinerador es alrededor de 375 lb/yd3.
Volumen original =
1,000 lb
= 2.67 yd 3
375 lb/yd 3
Volumen original =
238.1 lb
= 0.24 yd 3 (0.18 m 3 )
3
1,000 lb/yd
Figura 8.10
Precipitador electrostático (a) perspectiva (Research-Contrell, Inc.),
(b) Detalle
Figura 8.11- Eficiencia del recolector versus emisiones de polvo de la chimenea (18)
TABLA 8.7
COMPOSICIÓN DEL RESIDUO DE LA INCINERACIÓN DE DESECHOS
SÓLIDOS MUNICIPALES
Componente
Porcentaje en peso
Rango
Típico
Quemado parcialmente o sin quemar
Materia orgánica
3 – 10
5
Envases de hojalata
10 – 25
18
Hierro y acero
6 – 15
10
Otros metales
1–4
2
Vidrio
30 – 50
35
Cerámica, piedras, ladrillo
2–8
5
Ceniza
10 – 35
25
Total
100
3.
Estime la reducción de volumen usando la Ecuación 8.1.
 2.67 - 0.24 
Reducción de volumen = 
 100 = 91 por ciento
 2.67 
TABLA 8.8
CÁLCULO DEL RESIDUO DE LA INCINERACIÓN PARA EL EJEMPLO 8.1
Residuo
Componente
Desechos
Residuos
inerte +
sólidos
lb
Por ciento
lb
por ciento
Desechos de alimentos
150
5
7.5
3.2
Papel
400
6
24
10.1
Cartón
40
5
2
0.8
Plásticos
30
10
3
1.3
Textiles
20
2.5
0.5
0.2
Caucho
5
10
0.5
0.2
Cuero
5
10
0.5
0.2
Recortes de jardín
120
4.5
5.4
2.3
Madera
20
1.5
0.3
0.1
Vidrio
80
98
78.4
32.9
Envases de hojalata
60
98
58.8
24.7
Metales no ferrosos
10
96
9.6
4.0
Metales ferrosos
20
98
19.6
8.2
Tierra, cenizas, ladrillo, etc.
40
70
28.0
11.8
Total
1,000
238.1
100.0
*
Con base a 1,000 lb de desechos sólidos (Vea Tabla 4.4)
+
De la Tabla 4.9
NOTA:
8.4
lb x 0.4536 = kg
REDUCCIÓN MECÁNICA DEL TAMAÑO
Reducción del tamaño es el término aplicado a la conversión de los desechos sólidos en
piezas más pequeñas a medida que son recolectados. El objetivo de la reducción de tamaño
es obtener un producto final que es razonablemente uniforme y de tamaño
considerablemente reducido en comparación con su forma origina Es importante anotar que
la reducción de tamaño no implica necesariamente una reducción de volumen. En algunas
situaciones, el volumen total del material después de reducir el tamaño puede ser mayor
que el volumen original. En la práctica, los términos desmenuzar, moler y triturar son
utilizados para describir operaciones de reducción de tamaño. En esta sección se discuten
los principales tipos de equipo y factores importantes de diseño.
La reducción de tamaño es un factor importante no sólo en el diseño y operación del
manejo de sistemas de desechos sólidos, sino también en la recuperación de materiales para
reuso y para su conversión en energía. Por ejemplo, es necesaria alguna forma de reducción
de tamaño para el transporte de desechos sólidos en líquidos. En la Referencia 1 se
describen estaciones centrales de trituración. Los desechos se fragmentan antes de ser
embalados, para alcanzar una mayor densidad bajo una presión de compactación menor.
La disposición de desechos fragmentados en rellenos sanitarios sin el recubrimiento diario
es otra aplicación importante de la reducción de tamaño. Este terna se considera más
ampliamente en el Capitulo 10 y la Referencia 15.
La fragmentación se usa comúnmente en sistemas diseñados para recuperar materiales y
energía de los desechos sólidos. Los desechos sólidos municipales no son un combustible
ideal debido a la diversidad de tamaños de las partículas, el contenido de humedad, la
composición química y las características físicas; sin embargo, mediante fragmentación en
seco (como se reciben) o en húmedo, seguido de separación, los materiales orgánicos en el
desecho sin procesar se pueden transformar en una mezcla relativamente homogénea con
tamaño uniforme, valor calórico y contenido de humedad. También se pueden recuperar
más fácilmente los componentes remanentes de la separación de materiales orgánicos
debido a su tamaño reducido. Este tema se considera más ampliamente en la siguiente
sección de este capitulo (Vea la sección 8.6).
Equipo para la Reducción de Tamaño.
Los tipos de equipos que han sido usados para reducir el tamaño y homogeneizar desechos
sólidos incluyen molinos pequeños, picadores, molinos grandes, trituradores de
mandíbulas, molinos de raspador, fragmentadores, molinos de martillo y hidropulpadores.
En la Tabla 8.9 se enumeran los modos de acción y las principales aplicaciones de estos
equipos; en la discusión subsiguiente se consideran algunos de los tipos de equipo más
comúnmente usados para desechos sólidos.
Los molinos de martillo (de eje horizontal). Del equipo reportado en la Tabla 8.9, los
molinos de martillo de eje horizontal que se muestran en la Figura 8.12a y 8.12b se usan
con más frecuencia para reducir el tamaño de desechos sólidos en grandes operaciones
comerciales (Vea Figura 8.13). Operacionalmente, un molino de martillos, es un
instrumento en el cual un número de martillos flexibles están fijos a un eje interior o
disco(s) que giran a alta velocidad (Vea Figura 8.12). Debido a la fuerza centrífuga los
martillos se extienden radialmente del eje central; a medida que los desechos sólidos entran
al molino, son golpeados con suficiente fuerza para aplastarlos o despedazarlos y con una
velocidad tal que no se adhieren a los martillos. Los desechos se reducen todavía más
mediante golpes contra las placas de romper y/o barras de cortar fijas alrededor de la
periferia de la cámara interior. La acción de cortar y golpear continúa hasta que el material
tiene el tamaño exigido y cae por el fondo del molino.
En molinos de martillo de alta velocidad es de rutina la reconstrucción frecuente y
reemplazo de los martillos y placas de ruptura, debido a la naturaleza resistente y abrasiva
de muchos materiales encontrados en los desechos sólidos. En algunas instalaciones se
operan en serie dos molinos de martillos, el primero como fragmentador de grandes piezas
y el segundo para producir partículas del tamaño requerido.
TABLA 8.9
TIPOS, MODOS Y APLICACIONES DE EQUIPO USADO PARA LA
REDUCCIÓN MECÁNICA DE TAMAÑO
Tipo
Modo de acción
Aplicación
Molinos pequeños
Moler, aplastar
Picadores
Cortar, Tajar
Molinos grandes
Moler, aplastar
Trituradores de mandíbula Triturar, romper
Molinos de raspador
Fragmentadores
Cortadores, cizallas
Molinos de martillos
Hidropulpador
Desechos sólidos orgánicos
residenciales.
Papel, cartón, recorte de árboles,
desechos de patios, madera, plásticos.
Materiales quebradizos y frágiles.
Usado principalmente en operaciones
industriales.
Sólidos grandes.
Fragmentar, desgarrar Desechos sólidos humedecidos. Usado
más comúnmente en Europa.
Cizallar, desgarrar
Todos los tipos de desechos
municipales.
Cizallar, desgarrar
Todos los tipos de desechos
municipales.
Romper, desgarrar,
Todos los tipos de desechos
cortar, triturar
municipales, equipo más comúnmente
usado para reducir el tamaño y
homogeneizar los desechos.
Cizallar, desgarrar
Idealmente adecuado para usar con
desechos fácilmente convertibles en
pasta, incluyendo papel, trozos de
madera. Usado principalmente en la
industria del papel. Usado también
para destruir registros en papel.
Figura 8.12 Molinos de martillo usados en la reducción de desechos sólidos- a) Tipo
unidireccional- b) Tipo reversible (Williams Patent Crusher and Pulverizer Company,
Inc.).
Figura 8.13 Fotografía de molino de martillo reversible de eje horizontal usado para
reducir el tamaño de desechos sólidos (Williams Patent Crusher and Pulverizer
Company, Inc.).
Molinos de martillos (eje vertical). También han sido usados los molinos de martillos de
ejes verticales sobre los cuales están montados los martillos y ruedas del molino de
diferentes tamaños. Hasta la fecha (1976) la confiabilidad ha sido el mayor problema con
las máquinas de eje vertical.
Hidropulpador. Un método alterno de separación de los componentes de los desechos
sólidos involucro el uso de un hidropulpador (Vea la Figura 8.14). En este sistema, se
agregan desechos sólidos y agua recirculada al hidropulpador. La acción de las hojas de
cortar de alta velocidad, montadas sobre un rotor en el fondo de la unidad, los materiales
fragmentables y convertibles en pasta son convertidos en una masa acuosa con un
contenido de sólidos que varía del 2.5 al 3.5 por ciento. Los metales, envases de hojalata y
otros materiales no fragmentabas son rechazados por el lado del tanque hidropulpador (Vea
Figura 8.14). El material rechazado pasa por un ducto vertical que está conectado a un
elevador de cangilones. A medida que el material se mueve en el elevador, recibe un lavado
preliminar. Los sólidos de la masa acuosa pasan a través del fondo del tanque pulpador y
son bombeados a la siguiente operación del proceso. En la primera parte del Capitulo 9 se
discute un sistema de recuperación completa de materiales que usa un hidropulpador.
Selección de Equipo para Reducción de Tamaño.
Los factores que se deben considerar en la selección de equipo para la reducción de tamaño
incluyen:
1.
Propiedades del material a ser desmenuzado y las características del materias
después de ser cortado.
2.
Requisitos del tamaño para el material desmenuzado por componentes.
3.
Método de alimentación del fragmentador o desmenuzador, provisión de una
capacidad adecuada de la tolva para evitar interrupciones y requisitos de
espacio entre la alimentación y los transportadores de transferencia y el
fragmentador.
4.
Tipo de operación (continua o intermitente)
5.
Características operacionales incluyendo: necesidades de energía,
mantenimiento de rutina y especializada, simplicidad de la operación,
funcionamiento y contabilidad comprobadas, producción de ruido, requisitos
de control de la polución del aire (principalmente polvo) y del agua.
6.
Consideraciones del sitio incluyendo espacio y altura, acceso, ruido y
limitaciones ambientales.
7.
Almacenamiento del material después de la reducción de tamaño y en
función de la siguiente operación funcional.
En la Figura 8.15 se dan datos típicos de los requisitos de potencia para la fragmentación.
Estos datos se dedujeron de un análisis de información obtenida de fabricantes de equipo y,
en grado limitado, de instalaciones en operación (7). Como se anotó, si se usa una
reducción preliminar del tamaño para reducir el tamaño de los desechos antes de ser
procesados por molinos de martillos, se debe agregar 15 hp/ton/h adicionales para estimar
la potencia. El uso de datos reportados en la Figura 8.15 se ilustra en el Ejemplo 8.2.
a)
Sección transversal del Pulpador Hidráulico
(b)
Figura 8.14 Hidropulpador usado para desechos sólidos- (a) sección transversal del
hidropulpador, (b) fotografía de la parte superior del hidropulpador. (Black Clawson
Fibreclaim, Inc.).
EJEMPLO 8.2. Requisitos de potencia para reducción de tamaño.
Estime la potencia necesaria para reducir desechos municipales a un tamaño final de
alrededor de 3 pulgadas, para una planta cuya capacidad es de 80 ton/h, usando los datos de
la Figura 8.15.
SOLUCION
1.
Usando un valor moderado de 20 hp/ton para la potencia, los caballos fuerza
necesarios son:
Caballos fuerza = 80 ton/h x 20 hp-h/ton = 1.600 hp
2.
Usando un factor de 1.5 para el tamaño del producto (Vea Figura 8.15), la
potencia necesaria es:
Caballos fuerza = 1.600 hp x 1.5 = 2.400 hp (1.789 Kw)
Figura 8.15
Requisitos de potencia para reducir el tamaño de varios desechos sólidos
(7)
Comentario. En el problema 8.7 se da un método alterno para estimar la potencia necesaria
para la reducción de tamaño. Se deberá anotar, sin embargo, falta demostrar la validez de la
expresión dada como se aplica a desechos sólidos.
8.5
SEPARACIÓN DE COMPONENTES
La separación de componentes es una operación necesaria en la recuperación de desechos
sólidos y donde van a ser recuperados de los desechos sólidos: energía y productos de
conversión. La recuperación necesaria se puede realizar manual o mecánicamente. Cuando
se usa la separación manual, no es necesario el procesado de los desechos; en la mayoría de
las técnicas mecánicas, sin embargo, se requiere alguna reducción de tamaño como una
primera etapa. En esta sección se describen técnicas y equipos usados para la separación de
componentes de desechos sólidos municipales. En la Tabla -8.10 se enumeran las técnicas
consideradas junto con información sobre sus aplicaciones. De las técnicas reportadas en la
Tabla 8.10, se discuten con más detalles la separación con aire, separación magnética y el
tamizado, debido a que se sabe más sobre estas operaciones de su uso en otros campos. Se
debe tener cuidado en el uso de datos sobre la eficiencia y el funcionamiento del equipo
usado para la separación de componentes específicos de los desechos debido a que hay
pocos datos disponibles durante largos períodos de tiempo.
Selección Manual
La separación manual de componentes de desechos sólidos se puede llevar a cabo en la
fuente donde se producen los desechos, o el sitio de disposición. El número y tipo de
componentes recuperados o clasificados depende de la localidad y el mercado de reventa.
En los Capítulos 9 y 16 se discuten aspectos del mercado. Típicamente, los componentes
incluyen papel periódico, aluminio y vidrio de procedencia residencial; cartón y papel de
alta calidad, metales y madera de procedencia comercial e industrial; y metales, madera y
objetos voluminosos de valor de estaciones de transferencia y sitios de disposición.
Separación con Aire.
La clasificación con aire ha sido usada durante varios años en operaciones industriales para
la separación de varios componentes de mezclas secas. En sistemas de recuperación de
recursos y energía de desechos sólidos, se usa la clasificación con aire para separar el
material orgánico- o, como a menudo se lo llama, la “fracción liviana”- del material
inorgánico más pesado, llamado “fracción pesada”. Prácticamente hablando, esto involucró
la separación de productos de papel, materiales plásticos y otros materiales orgánicos
livianos del flujo de desechos desmenuzados. En esta sección se presentan y discuten la
operación de varios clasificadores de aire y algunos de los factores que se deben considerar
en su selección.
Equipo de Separación con Aire. En uno de los tipos de clasificadores con aire más simples,
los desechos sólidos procesados son vaciados en un dueto vertical (Vea Figura 8.16a). El
aire que asciende desde el fondo del dueto se utiliza para transportar los materiales más
livianos hasta el tope del ducto. Los materiales más pesados caen al fondo debido a que el
flujo de aire ascendente es insuficiente para transportar los materiales más pesados en los
desechos. El control del por ciento separado entre las fracciones liviana y pesada se realiza
variando la carga de desecho, el flujo de aire y la sección transversal del ducto. Es
necesario un mecanismo giratorio, a prueba de aire, para introducir los desechos
desmenuzados en el clasificador.
TABLA 8.10 TÉCNICAS DE SEPARACIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS Y APLICACIÓN DE LA INFORMACIÓN
Técnica
Separación en el origen
Separación manual
Materiales involucrados
Preprocesado requerido
Papel, metales ferrosos y no
ferrosos, madera
Ninguno
Separación centralizada
Sorteo y separación manual
Separación con aire
Periódicos, papel corrugado
Ninguno
Materiales combustibles
Fragmentación
Separación por inercia
Tamizado
Materiales combustibles
Vidrio
Fragmentación
Ninguno o fragmentación,
separación con aire
Flotación
Distribución óptica
Vidrio
Vidrio
Fragmentación, sep. aire
Fragmentación, separación con
aire y tamizado
Separación electrostática
Vidrio
Separación magnética
Separación en medio pesado
Material ferroso
Aluminio, otros metales no
ferrosos
Fragmentación , separación con
aire, separación magnética y
tamizado
Fragmentación o pasta
Fragmentación, separación con
aire
Separación de inducción lineal Aluminio, otros metales no
ferrosos
Fragmentación, separación con
aire, separación magnética y
tamizado
Observaciones
Usado para separar papel corrugado y de alta calidad,
metales, y madera en comercios e industrias y periódico
en residencias; económico y factible si los precios del
mercado son adecuados.
Puede ser una alternativa económica de separación en la
fuente, dependiendo de los costos de la obra de mano.
Usado para concentrar metales y vidrio en una fracción
pesada, lo mismo que materiales combustibles en una
fracción liviana.
Igual que para separación con aire.
Se puede usar antes de la fragmentación para remover
vidrio y previa a la separación con aire por razones
semejantes. Se puede usar para concentrar vidrio de la
fracción pesada.
Control de polución del agua, puede ser costoso.
Como alternativa de la flotación para separar el vidrio de
materiales opacos; usada para separar pedernal de vidrio
coloreado.
Experimental.
Probada en numerosas aplicaciones a escala completa.
Se puede usar para separar un número de materiales
ajustando la gravedad específica del medio; se necesitan
unidades separadas para cada material a ser separado.
Se necesitan unidades separadas para separar aluminio y
otros metales no ferrosos.
(a) TIPO CONVENCIONAL DE CONDUCTO
(b) TIPO EXPERIMENTAL DE ZIGZAG
(c) TIPO DE VIBRADOR ENTRADA ABIERTA
Figura 8.16 Clasificadores típicos con aire- (a) Tipo de ducto (radar Pneumatics,
Inc.)- (b) Tipo experimental en zigzag (2)- (c) Tipo vibrador de entrada abierta,
(Triple/S Dynamics System, Inc.).
Otro tipo es conocido como el "clasificador con aire en zigzag". La pequeña unidad
experimental que se muestra en la Figura 8.16b, consiste en una columna vertical con
deflectores internos en zigzag a través de los cuales pasan grandes cantidades de aire. Los
desechos desmenuzados son introducidos por la parte superior de la columna a una tasa
controlada, y se introduce aire en el fondo de la columna. A medida que los desechos caen
sobre la corriente de aire, la fracción más liviana es fluidizada y se mueve hacia arriba y
fuera de la columna, mientras la fracción pesada cae hacia el fondo. En teoría, cada cambio
de dirección producido por el zigzag crea turbulencia en la corriente de aire y esta a su vez,
hace que los desechos den vueltas y los materiales compactados se separen (2). La mejor
separación se obtiene del diseño apropiado de la cámara de separación, el flujo de aire y la
tasa de alimentación del desecho. En la Referencia 2 se discuten factores adicionales y
relaciones en el diseño de clasificadores con aire en zigzag.
En la Figura 8.16c se muestra esquemáticamente todavía otro tipo de clasificador por aire.
En esta unidad la separación de la fracción liviana se logra por la combinación de tres
acciones. La primera es vibración, que ayuda a estratificar el material alimentado al
separador en componentes pesados y livianos. La agitación tiende a sedimentar las
partículas más pesadas (densas) al fondo a medida que los desechos fragmentados son
transportados descendiendo a lo largo del separador. La segunda acción sobre el material es
un efecto de inercia en el cual el aire que entra por la entrada de alimentación imparte una
aceleración inicial a las partículas más livianas mientras los desechos descienden al
separador a medida que están siendo agitados. La tercera acción que completa la función
del separador es la inyección de aire fluidizador en una o más velocidades elevadas, en
cortinas de flujo a través del lecho. Este aire fluidizante cambia la dirección de las
partículas más livianas y las mueve en una posición para ser recogidas y sacadas de la
unidad por aire que sale. El volumen de aire que sale es aproximadamente 3 veces el del
aire fluidizador. Por ejemplo, en un separador de 80 ton/h de desechos municipales, el flujo
de aire que sale seria aproximadamente de 60.000 pie3/min. De este total, se suministran
aproximadamente 20.000 pie3/min de aire fluidizador por los ventiladores construidos
dentro del separador. El resto de aire es arrastrado a través de la entrada de alimentación y
en la descarga de materiales pesados (10). Se realiza una separación final de partículas
livianas en el punto donde la fracción pesada descarga del elutriador. Se ha reportado que la
separación resultante es menos sensible al tamaño de las partículas que un separador
convencional vertical ya sea recto o en zigzag (10). Una ventaja del separador mostrado en
la Figura 8.16c es la de que no es necesario el mecanismo a prueba de aire en la entrada de
alimentación. Los desechos se alimentan por gravedad directamente en el separador.
En la Figura 8.17 se muestran los principales componentes de un sistema completo de
clasificación por aire. Además del clasificador por aire, se necesitan uno o más
transportadores para transportar los desechos procesados a la tolva de cargue y dentro del
clasificador por aire. A continuación del clasificador por aire, se usa un separador de ciclón
para separar las fracción liviana del aire que la transporta. Antes de ser descargado a la
atmósfera, el aire de transporte es pasado a través de instalaciones de recolección de polvo.
En forma alterna, el aire del separador de ciclón se puede recircular al separador con o sin
remoción de polvo. El aire para la operación del clasificador por aire puede ser
suministrado por compresores de presión baja o ventiladores. La fracción pesada que es
removida del clasificador por aire es acarreada al sitio de disposición o a un sistema
subsiguiente de recuperación. La fracción liviana puede ser almacenada en barriles o
transportada a otro fragmentador para una mayor reducción del tamaño antes del
almacenamiento o la utilización como combustible o material para fermentación.
Selección del Equipo de Separación por Aire. Los factores que deben ser considerados en la
selección de equipo de separación por aire incluyen:
1.
Características del material producido por el equipo de fragmentación
incluyendo: tamaño de las partículas, gradación, forma, contenido de
humedad, tendencia a aglomerarse y contenido de fibra.
2.
Especificaciones del material para la fracción liviana.
3.
Método de transferir los desechos del fragmentador a la unidad de
separación por aire y alimentación de los desechos en el separador
por aire.
4.
Características de diseño del separador incluyendo: relación de sólidos a
aire, (lb de sólidos/lb de aire); velocidades fluidizadoras (pie/min);
capacidad de la unidad (lb/h); flujo total de aire (pie3/min) y caída de presión
(pulgadas de agua).
PLANTA
Figura 8.17
ELEVACIÓN
Sistema de clasificación con aire para desechos sólidos (Triple/S
Dynamics Systems, Inc.).
5.
Características operacionales incluyendo: necesidades de energía, requisitos
de mantenimiento de rutina y especializado, simplicidad de la operación,
funcionamiento y confiabilidad comprobados, producción de ruido y
requisitos de control de la polución del aire y el agua.
6.
Consideraciones sobre el sitio, incluyendo: espacio y altura, acceso, ruido y
limitaciones ambientales.
En la Tabla 8.11 se presentan datos sobre las velocidades de fluidización para varios
componentes de los desechos. Se debe anotar que los datos reportados en la Tabla 8.11
fueron obtenidos de un equipo pequeño a escala piloto, se espera que datos obtenidos de
unidades a escala completa varíen de los anteriores con la geometría del separador, lo
mismo que con la carga. Basados en trabajo realizado en otros campos, aparece que la
relación sólidas a aire puede ser el factor de diseño más importante. Se ha reportado que
esta relación puede variar entre 0.2 y 0.8 para materiales livianos y puede ser tan baja como
0.02 para papel fragmentado (2).
Hace algún tiempo Dallavalle (5) propuso las siguientes ecuaciones para estimar las
velocidades mínimas de arrastre para transporte neumático de partículas de material en
ductos horizontales y verticales. Para ductos horizontales:
V = 6.000
S 2/5
d
S +1
(8.3)
Para ductos verticales:
V = 13.000
S 3/5
d
S +1
donde: V = velocidad del aire, pie/min
S = peso especifico del material que se está transportando
d = diámetro de la partícula más larga a ser movida, pg.
(8.4)
TABLA 8.11
VELOCIDADES DE FLUIDIZACIÓN PARA LA SEPARACIÓN CON AIRE DE
VARIOS COMPONENTES DE DESECHOS SÓLIDOS*
Velocidad, pi/min
Componente
Envoltura de plástico (bolsas de camisas)
Periódico desmenuzado seco (25% de humedad)
Tubo recto de 6”
Clasificador en
de diámetro
zigzag con garganta
de 2”+
Menos de 400
--(electrostática)
400 – 500
350
Periódico cortado seco:
1 pg redondo
500
350
3 pg cuadrados
---
350
Aglomerados de periódico y cartón fragmentado
seco
Periódico fragmentado húmedo (35% de
humedad)
Cartón corrugado y desmenuzado, seco
600
---
750
---
700 – 750
450 – 500
1 pg redondo
980
700
3 pg cuadrados
---
1.000
750 – 1.000
(electrostática)
2.200
-----
2.500 – 3.000
---
3.500
---
Cartón corrugado cortado, seco:
Poliestireno, material de empaque
Espuma de caucho (1/2 pg cuadrados)
Vidrio molido, metal y fragmentos de roca (de
escombros de automóviles)
Caucho sólido (1/2 pg cuadrados)
*
De la Referencia 2
Vea la Figura 8.16b
NOTA:
pie/min x 0.0051 = m/s
+
Las ecuaciones 8.3 y 8.4 se pueden usar para estimar la velocidad mínima necesaria,
basados en la cantidad de transporte que se permite en la fracción liviana. En la Tabla 8.12
se reportan velocidad típicas necesarias para transportar varios materiales.
TABLA 8.12
VELOCIDADES TÍPICAS NECESARIAS DE AIRE EN DUCTOS PARA
TRANSPORTAR VARIOS MATERIALES*
Material
Velocidad del aire, pie/min
Granos de polvo
2.000
Trocitos y recortes de madera
3.000
Aserrín
2.000
Yute pulverizado
2.000
Caucho pulverizado
2.000
Hilazas
1.500
Metal pulverizado (molino)
2.200
Plomo en polvo
5.000
Virutas de bronce (finas)
4.000
Carbón fino
4.000
*
De la Referencia 5
NOTA:
pie/min x 0.3048 = m/min
Separación Magnética.
El método más común de recupera r chatarra ferrosa de desechos sólidos fragmentados
implica el uso de sistemas magnéticos de recuperación. Los metales ferrosos, generalmente,
son recuperados después de la fragmentación y antes de la clasificación con aire o después
de la fragmentación y la clasificación con aire. En algunas instalaciones grandes se han
utilizado también sistemas magnéticos superiores para recuperar materiales ferrosos antes
de la fragmentación (esta operación es conocida como "escalpado"). Cuando se queman
desechos en incineradores municipales, se usa la separación magnética para remover los
materiales ferrosos del residuo del incinerador. También se han usado sistemas de
recuperación magnética en sitios de disposición como rellenos sanitarios. Los lugares
específicos donde se recuperen los materiales ferrosos dependerán de los objetivos a ser
alcanzados, tales como la reducción del desgaste del equipo de procesado y separación, el
grado de pureza del producto a ser alcanzado, y la eficiencia exigida de la recuperación.
Equipo de Separación Magnética. Para la separación magnética de materiales ferrosos,
durante muchos años, se han usado varios tipos de equipo. Los tipos más comunes son: el
magneto suspendido (Vea la Figura 8.18a), la polea magnética (Vea la Figura 8.18b) , y el
tambor magnético suspendido (Vea la Figura 8.18c). En la Figura 8.19 se muestran dos de
los sistemas de separación magnética más comúnmente usados.
Tres magnetos son empleados en un sistema típico de correa múltiple diseñado para operar
al extremo de un transportador (Vea la Figura 8.19ª), el primer magneto se usa para atraer
el metal, el magneto de transferencia se usa para transportar el material atraído alrededor de
una curva y para agitarlo. Cuando el material atraído llega al área donde no hay
magnetismo, cae libremente, y también cae cualquier material no ferroso atrapado por el
metal contra la correa. Entonces el magneto final devuelve el metal a la correa y es
descargado a otro transportador o en recipientes de almacenamiento. Se ha desarrollado una
correa de acero inoxidable especialmente diseñada, para superar los problemas originales
de desgaste de la correa.
Se han usado separadores de tambores suspendidos en un número de instalaciones grandes
de recuperación. Donde se instala un solo tambor en el extremo del transportador, se utiliza
la trayectoria de los desechos sólidos descartados para ayudar a separar materiales sueltos
no magnéticos y para mejorar la recuperación de materiales ferrosos. Para obtener la
recuperación de material más limpio que sea posible sin fragmentación secundaria o
clasificación con aire, se puede usar una instalación de dos tambores como la que se
muestra en la Figura 8.19b. El primer tambor magnético se usa para recoger material
ferroso de los desechos fragmentados y lanzarlos a un transportador intermedio. La mayor
parte del material no-magnético cae a un transportador de descarga situado debajo del
separador primario. El segundo tambor separador puede ser más pequeño y se puede
colocar más cerca del transportador, debido a la reducción de la carga en el transportador
intermedio. El segundo tambor gira en dirección opuesta al flujo del material para
asegurarse de que no ocurra aglomeración o se forme puente.
Selección del Equipo de Separación Magnética. Los factores que se deben considerar en la
selección del equipo de separación magnética incluyen:
1.
Lugar(es) donde se van a recuperar los materiales ferrosos de los desechos
sólidos.
2.
Características de los desechos de los cuales se van a separar los materiales
ferrosos, tales como cantidad de material ferroso presente en el desecho,
grado de compactación, tendencia de los desechos a aglomerarse o
permanecer adheridos uno con otro, tamaño (las piezas ferrosas grandes
deben ser reducidas en tamaño a alrededor de 8 pg. o menos), y el contenido
de humedad.
3.
Equipo a ser usado para alimentar los desechos al separador y para remover
los flujos de materiales separados.
4.
Características del diseño de ingeniería del sistema separador incluyendo
cargas para un tamaño dado de separador (lb/h), eficiencia de la separación,
velocidad de rotación del tambor (r/min), fuerza del magneto, tipo de sistema
de enfriamiento del magneto (aceite o aire), velocidad del transportador,
flujo de aire si se usa para mejorar la eficiencia, y materiales de
construcción.
a) MAGNETO SUSPENDIDO
b) POLEA MAGNÉTICA
c) TAMBOR MAGNÉTICO SUSPENDIDO
Figura 8.18
Separadores típicos de magnetos (Eriez Magnetics).
5.
Características de la operación, tales como: requerimientos de energía,
mantenimiento de rutina y especializado, simplicidad de la operación,
eficiencia y confiabilidad comprobadas, producción de ruido y requisitos de
control de la polución del aire y el agua.
6.
Consideraciones del lugar tales como: espacio y altura, acceso, ruido y
limitaciones ambientales.
Tamizado.
El tamizado comprende la separación de una mezcla de materiales de diferentes tamaños en
dos o más porciones por medio de una o más superficie de tamizado, que se usan con
medidores de ir o no-ir (14). El tamizado se puede realizar en húmedo o seco, el último es
más común en sistemas de procesado de desechos sólidos. El tamizado tiene múltiples
aplicaciones en sistemas de re superación de recursos y energía de desechos sólidos. Se han
usado mallas antes y después de la fragmentación y después de la clasificación con aire
en varias aplicaciones relacionadas con la fracción liviana y pesada de materiales. Abajo se
discuten los tipos de mallas que se usan, algunas aplicaciones típicas, la selección de equipo
y la evaluación del funcionamiento o eficiencia.
Equipo de Tamizado. Hasta la fecha, los tipos más comunes de mallas usadas para la
separación de componentes de los desechos sólidos son los tambores de mallas vibradoras
(Vea la Figura 8.20a) y giratorias (Vea las Figuras 8.20b y 8.21). Típicamente, se han usado
para la remoción de vidrio y materiales relacionados de desechos sólidos fragmentados. Sin
embargo, sólo ahora se está comprendiendo mejor su potencial de aplicación. Se han
seleccionado para discusión dos aplicaciones típicas, debido a que las especificaciones de
mallas de grandes tambores giratorios parecen estar en aumento. Todavía no hay datos
disponibles de las siguientes instalaciones a escala completa.
Se va a instalar una gran malla giratoria de 10 pies de diámetro y 45 pies de largo en las
instalaciones de recuperación de recursos NCRR en construcción cerca de New Orleans y
que estarán en operación en 1976. La malla, parecida a la que se muestra en la Figura 8.21,
está equipada con huecos redondos de 4-3/4 de pg. Los desechos sólidos se introducen a la
malla como llegan, sin haber sido desmenuzados. Se anticipa que el 40% del material
pasará a través de los huecos. Esta fracción fina contendrá una gran cantidad de envases de
aluminio y la mayor parte del vidrio, se pasará por el fragmentador primario e irá
directamente al clasificador de aire. La fracción de tamaño más grande (aproximadamente
60% del material que llega) va al fragmentador primario y allí directamente a otro
clasificador de aire donde se separa la fracción liviana. La fracción liviana de ambos
clasificadores se lleva al relleno sanitario. La fracción pesada se lleva a una instalación de
recuperación de materiales (11). En el capítulo 16 se considera más ampliamente la
operación de recuperación de recursos de New Orleans.
a) SEPARADOR MAGNÉTICO DE TIPO CINTA
b) SEPARADOR MAGNÉTICO DE DOS TAMBORES
Figura 8.19
Sistemas típicos de separación magnética usados con desechos sólidos
desmenuzados- a) (Dings Company), b) (Eriez Magnetics).
(a)
(b) TAMBOR GIRATORIO
Figura 8.20 Mallas típicas usadas para la separación de desechos sólidos- a) Malla
vibradora (Universal Vibrating Screen Company), b) Tambor de malla giratoria
(Triple/S Dynamics Sistems, Inc.).
Figura 8.21
Vista interior de un gran tambor de malla giratorio en operación
(Triple/S Dynamics Systems, Inc.).
(a)
(b)
Figura 8.22 Tamiz de alambre en tambor giratorio usado para la separación de
cartón. (El separador fue desarrollado por Sacramento Waste Disposal Company)- a)
Vista general del tambor separador de cartón. Nótese, en primer plano, el cartón
separado cayendo del transportador de descarga. El transportador de carga está
ubicado a la derecha al fondo- b) Vista del extremo del separador en operación, se ven
las varillas internas de metal usadas para romper bolsas abiertas de plástico y cajas de
cartón. El papel, plásticos y cartón más pequeño separados caen a través de las
aberturas de la malla a medida que gira el tambor.
En la instalación de recuperación de recursos de Milwaukee, programada para entrar en
operación en 1976, se va a instalar una unidad de dos tambores. El Primero de 12 pies de
diámetro interior, tiene aberturas de 1-1/2 pg de diámetro, y los últimos 8 pies de tambor
tienen aberturas de 4 pg de diámetro. El tambor exterior, que tiene 12 pies de largo, tiene
aberturas de 3/8 pg de diámetro. La unidad va a ser alimentada por la fracción pesada de un
clasificador de aire y se van a producir cuatro fracciones de diferentes tamaños. El material
de más de 4 pg va a ser dispuesto en un relleno sanitario. Se va a separar aluminio del
material menor de 4 pg. y mayor de 11 pg. El material menor de 1-1/2 pg y mayor de 3/8 pg
va a una instalación de recuperación de recursos para remover vidrio. El material menor a
3/8 de pg. va a ser dispuesto en un relleno sanitario (11).
En la Figura 8.22 se muestra una malla desarrollada por un contratista privado para separar
cartón de otros desechos.
Selección del Equipo de Tamizado. Los factores que se deben considerar en la selección del
equipo de tamizado incluyen:
1.
Especificaciones para los materiales componentes.
2.
Lugar donde se va a hacer el tamizado y características de material a ser
tamizado, incluyendo: tamaño de las partículas, forma, densidad del
conjunto y contenido de humedad, distribución del tamaño de las partículas,
tendencia del material a aglomerarse o permanecer adherido y sus
propiedades reológicas.
3.
Características del diseño de las mallas incluyendo: materiales de
construcción, tamaño de las aberturas de la malla (generalmente en
pulgadas), configuración de las aberturas de la malla, área total de la
superficie de tamizado (pie2), velocidad de oscilación para los tamices
vibratorios (veces/min), velocidad de rotación para los tamices giratorios
(r/min), y cargas (lb de desecho/pie2/h), y longitud (pie).
4.
Eficiencia de la separación y efectividad total (Vea la discusión siguiente).
5.
Características de la operación incluyendo: requisitos de energía,
mantenimiento de rutina y especializado, simplicidad de la operación,
confiabilidad y eficiencias comprobadas, producción de ruido y requisitos de
control de la polución del aire y el agua.
6.
Consideraciones del lugar tales como espacio y altura, acceso, ruido y
limitaciones ambientales.
La eficiencia de un tamiz se puede evaluar en términos del porcentaje de material
recuperado en el flujo de material alimentado, usando la siguiente expresión (9).
Recuperación =
U wu
(100)
W wf
(8.5)
donde: U = peso de material que pasa a través del tamiz (flujo inferior), lb/h
F = peso de material alimentado al tamiz, lb/h
wu = fracción en peso del material de tamaño deseado en el flujo inferior.
wf = fracción en peso de material de tamaño deseado en la alimentación o que
llega.
La efectividad de la operación de un tamiz se ha definido como (9):
efectividad = recuperación x rechazo
donde: rechazo
= 1 - recuperación de material no deseado
=1-
U(1 - w u )
F (1 - w f )
Usando la Ecuación 8.5 y la definición anterior para rechazo, podemos encontrar la
efectividad del tamiz mediante la siguiente expresión:
U w u  U (1 - w u )
Efectivida d =
(8.6)
1 
F w f  F (1 - w f ) 
Las ecuaciones 8.5 y 8.6 también se pueden usar para determinar el porcentaje de
recuperación y efectividad de cualquier operación de procesado, en la cual se van a
recuperar componentes individuales de un flujo de desecho liquido o sólido. En el Ejemplo
8.3 se ilustran la aplicación de las ecuaciones 8.5 y 8.6.
EJEMPLO 8.3. Determinación de la eficiencia y efectividad de recuperación de un tamiz.
100 ton/h de desechos sólidos municipales con la composición dada en la Tabla 4.2 son
llevadas a un tamiz giratorio para la remoción de vidrio antes de la fragmentación,
determine la eficiencia y efectividad de la recuperación basado en los siguientes datos
experimentales:
1.
2.
Peso del flujo inferior = 10 ton/h
Peso de vidrio en el flujo inferior del tamiz = 7.2 ton/h
SOLUCION
1.
Determine la fracción, en peso, de vidrio en la alimentación del tamiz. De la
Tabla 4.2 el porcentaje dado de vidrio es del 8 por ciento. Entonces, la
fracción de vidrio en la alimentación es:
Peso de vidrio
peso total de la muestra
100 lb x 0.08
=
= 0.08
100 lb
wf =
2.
Determine la fracción, en peso, de vidrio en el flujo inferior
peso de vidrio
peso total del flujo inferior
7.2 ton
=
= 0.72
10 ton
wu =
3.
Determine la eficiencia de la recuperación, use la Ecuación 8.5
Recuperacón (%) =
=
4.
U wu
100
F wf
10 x 0.72
100 = 90 por ciento
100 x 0.08
Determine la efectividad del tamiz, use la Ecuación 8.6
Efectividad =
=
U wu
F wf
 U (1 - wu )
1 
 F (1 - wf ) 
(10 ton/h)(0.72) x 1- (10 ton/h)(1- 0.72) 
(100ton/h)(0.08)  (100 ton/h)(1- 0.08)
Otras Técnicas de Separación.
El siguiente material sólo sirve como una introducción a las técnicas de separación que se
van a considerar en esta sección, debido a que se conoce menos sobre ellas. Los detalles
específicos se deben obtener, a medida que ellos son disponibles, de los registros de
instalaciones a escala completa, fabricantes de equipo y la literatura.
Separación por inercia. Los métodos de inercia se basan sobre principios de balística o
separación por gravedad, para separar desechos sólidos fragmentados en partículas livianas
(orgánicas) y pesadas (inorgánicas). En la Figura 8.23 se muestran esquemáticamente los
modos de operación de tres tipos diferentes de separadores por inercia. Este tipo de equipo
se usa extensivamente en Europa.
Figura 8.23
Tipos de separadores por inercia (7)- a) Balístico, b) Deflactor, c)
Transportador inclinado
Flotación. En el proceso de flotación, el material rico en vidrio, producido por el tamizado
de la fracción pesada de desechos clasificados con aire después de la separación de metales
ferrosos, se sumerge en agua en un tanque adecuado. Los pedazos de vidrio, roca, ladrillo,
huesos y material plástico denso que va a fondo son removidos con barredores de correa
para más procesamiento. Las partículas orgánicas livianas y otros materiales que flotan son
recogidos de la superficie. Estos materiales pueden ser acarreados a un relleno sanitario
para su disposición o devueltos al extremo inicial de la planta pasados por la operación con
una masa nueva de desechos. También se han usado químicos y aditivos para mejorar la
captura de materiales orgánicos livianos y finos inorgánicos.
Separación Optica. La separación de vidrio de partículas opacas como piedras, cerámica,
tapas de botellas y corcho se puede realizar ópticamente identificando las propiedades
transparentes del vidrio. La separación óptica decolores se puede usar para separar cristal
de vidrio de colores. También se puede separar vidrio mezclado de colores en productos
ámbar y verde. En la Figura 8.24 se muestra un separador óptico típico. Funcionalmente,
están involucradas cuatro operaciones básicas: (1) las partículas se alimentan por medios
mecánicos, (2) las partículas son inspeccionadas ópticamente, (3) los resultados de la
inspección se evalúan electrónicamente y (4) los tipos predeterminados de partículas son
removidos por un chorro de aire sincronizado.
Refiriéndonos a la Figura 8.24a, notamos que las partículas trituradas de vidrio son
alimentadas por la tolva a una bandeja vibradora que se usa para controlar la tasa de
alimentación a un ducto inclinado. El ducto se usa para dirigir las partículas a la unidad de
inspección para la evaluación. la unidas de inspección contiene una fuente de luz y un
sensor que se usa para examina las partículas que caen libremente. Cuando se detecta una
partícula rechazable, se produce una señal que acciona electrónicamente un chorro de aire
comprimido de la boquilla del eyector haciendo que la partícula sea desviada del flujo del
producto principal (Vea la Figura 8.24a). El grado de separación alcanzado con el
separador óptico del tipo mostrado en la Figura 8.24, generalmente, es una función de la
tasa de alimentación.
Separación Electrostática. Se pueden usar campos electrostáticos de alto voltaje para
separar vidrio de la fracción pesada de desechos clasificados con aire y que están libres de
chatarra terrosa y de aluminio, en la siguiente forma: Un alimentador vibratorio mide el
material que entrega a un tambor giratorio cargado negativamente y a un electrodo positivo
cerca del tambor y el alimentador induce una carga en las partículas pequeñas. Los no
conductores, como el vidrio y la arcilla, retienen las cargas, los metales y materiales
cristalinos, como roca, la pierden rápidamente. El tambor sostiene a los no conductores y el
material remanente cae (7).
Separación en Medio Pesado. Aunque la remoción de aluminio se puede realizar de
diferentes maneras, el proceso en que existe mayor experiencia es quizá en la separación en
medio pesado, principalmente en recuperación de la industria automotriz (7). En este
proceso, un material fragmentado rico en aluminio, tal como desechos sólidos clasificados
con aire después de haber removido metales ferrosos y vidrio, es lanzado a una corriente de
un líquido que tiene un peso específico alto. El peso especifico se mantiene a un nivel que
permitirá la flotación del aluminio y otros materiales permanecerán sumergidos (7). Ahora,
la mayor desventaja de este proceso es que el tamaño óptimo de la planta demanda
alrededor de 2.000 a 3.000 ton/día de material para procesar.
(a) DIAGRAMA ESQUEMÁTICO
Figura 8.24 Unidad de separación de vidrio. (a) Diagrama esquemático. (b) Vista
gráfica de la instalación de separación de vidrio (Sortex Company of North America,
Inc.).
Separación de Inducción Lineal. Un nuevo tipo de magneto parece ofrecer gran promesa
para la remoción de aluminio de cantidades relativamente pequeñas de desechos sólidos
municipales (250 ton/día y más). Hay pocos sistemas prototipo operando y por lo menos se
programa que un sistema comercial empezará a operar en una planta municipal de energía
alrededor de 1976.
El diseño de estos sistemas se basa en principios eléctricos fundamentales. Para ilustrar:
cuando un campo magnético móvil pasa sobre un conductor no magnético, el campo induce
corrientes parásitas en el metal. Este fenómeno se usa para accionar un motor rotatorio de
inducción. Si se coloca un estator del motor de inducción lineal, el cual se puede considerar
un estator de motor rotatorio de inducción que ha sido cortado y enderezado, debajo de una
cinta móvil no magnética, puede crear el campo necesario para retirar los conductores no
magnéticos de la cinta transportadora (7).
8.6
SECADO Y EXTRACCIÓN DE AGUA
En muchos sistemas de recuperación de energía e incineración de desechos sólidos, la parte
liviana fragmentada es secada para disminuir el peso, removiendo cantidades variables de
humedad, que dependen de las exigencias del proceso. Cuando se va a incinerar o a usar
lodo de plantas de tratamiento de aguas residuales como una mezcla combustible, se
necesita alguna forma de desecado.
Secado.
Una gran variedad de diseños de secadores ha evolucionado a través del tiempo, Antes de
considerar cualquiera de estos diseños, puede ser útil revisar cómo se puede aplicar el calor
al material a ser secado. Típicamente, esto se efectúa mediante uno o más de los métodos
siguientes:
1.
Convección, en la cual el medio de calentamiento, generalmente el aire o los
productos de la combustión, está en contacto directo con el material húmedo.
2.
Conducción, en la cual el calor es transmitido indirectamente por contacto
del material húmedo con una superficie calentada.
3.
Radiación, en la cual el calor es transmitido directa y únicamente desde el
cuerpo calentado al material húmedo por la radiación del calor.
Secadores de Convección. De estos métodos, la convección es la más comúnmente usada
para secado industrial. En la Tabla 8.13 se reportan las caracteres ticas de los principales
secadores de convección. Debido a que el tambor giratorio ha sido usado eficazmente para
el secado de desechos sólidos, este tipo de secador es considerado en mayor detalle en la
siguiente discusión.
TABLA 8.13
CARACTERÍSTICAS OPERACIONALES DE SECADORES DE CONVECCIÓN CONTÍNUA*
Tipo de secador
Hogar de parrilla giratoria
Transportador sin fin
Tambor giratorio
Lecho fluido
Aspersión
Llamarada
*
Adaptado en parte de la Referencia 20.
Métodos de operación
El material a ser secado se extiende sobre la parrilla más alta de
una serie de parrillas escalonadas y es movido a las parrillas
inferiores a medida que secan.
El material a ser secado se extiende en el extremo de alimentación
del secador sobre una malla perforada contínua o bandas de
transportador que se usan para mover el material a través del
secador. El flujo de aire generalmente es en contracorriente.
Una armazón cilíndrica que gira lentamente, ligeramente inclinada
con la horizontal, está provista de mecanismo de alimentador
continuamente material a se secado. El medio de secado se puede
introducir y hacer que fluya en el sentido de la corriente o en
sentido contrario al del material a ser secado.
El material a ser secado se mantiene en una condición fluidizada.
Los secadores de lecho fluidizado, generalmente, tienen la forma
de columnas cilíndricas verticales.
El material a ser secado se esparce en una cámara secadora. El
movimiento de la alimentación y del medio de secado pueden ser
coincidentes, en la contracorriente o combinaciones de los dos.
El material a ser secado es atrapado en el medio de secado y
transportado en el proceso de secado.
Es la forma más simple, un secador de tambor giratorio está compuesto de un cilindro
giratorio, ligeramente inclinado de la horizontal, a través del cual pasan simultáneamente el
material a ser secado y el gas de secado (Vea Figura 8.25). A medida que el tambor gira, el
material a ser secado es transportado continuamente de un extremo a otro por la acción de
izado de los alzadores internos. A medida que el material cae de los alzadores, también es
roto de manera que se puede obtener un mejor secado.
Se piensa que el secado de material en un secador giratorio directo ocurre en las siguientes
etapas (20).
1.
Calentamiento del material húmedo y el contenido de humedad a la
temperatura de secado constante, la cual es aproximadamente la temperatura
del bulbo húmedo en el medio de secado.
2.
Secado del material sustancialmente a esta temperatura.
3.
Calentamiento del material a su temperatura de descarga y evaporación de la
humedad remanente al final de la unidad.
Típicamente, el tiempo de retención en el tambor varia de 30 a 45 minutos. Se puede usar
una válvula de descarga ajustable para controlar el tiempo de secado del material o del
medio de secado. La descarga al extremo del secador se ajusta con una caja que tiene una
abertura de escape que se usa para pasar los gases cargados de vapor por un extractor de
polvo y un accesorio de control de aire antes de ser descargados a la atmósfera. El material
seco cae fuera por el fondo. En las Referencias 12 y 14 se pueden encontrar detalles sobre
otros tipos de secadores de tambor.
Selección del Equipo de Secado. Los factores que deben ser considerados en la selección
del equipo de secado incluyen:
1.
Propiedades del material a ser secado como se alimenta al, y entrega del
secador.
2.
Características de secado del material incluyendo: contenido inicial de
humedad, tipo de humedad (ya sea agua de hidratación, agua libre o ambas),
máxima temperatura del material y tiempo anticipado de secado.
Figura 8.25
Secador de tambor giratorio del calor directo en contracorriente.
(Bartlet-Snow).
3.
Especificación del producto final, incluyendo contenido de humedad.
4.
Naturaleza de la operación, ya sea contínua o intermitente.
5.
Características operacionales incluyendo: exigencias de energía,
mantenimiento rutinario y especializado, simplicidad de la operación,
funcionamiento comprobado y contabilidad, producción de ruido y
exigencias de control de la polución del aire y el agua.
6.
Consideraciones del sitio incluyendo: espacio y altura, acceso, ruido y
limitaciones ambientales.
Aunque las exigencias de energía para secado de desechos varia con las condiciones
locales, la energía necesaria se puede es timar usando un valor de alrededor de 1.850 Btu/lb
de agua evaporada. En el ejemplo 8.4 se ilustran los cálculos necesarios para determinar la
cantidad de agua que debe ser removidas y la energía necesaria.
EJEMPLO 8.4. Análisis de contenido de humedad y energía necesaria para el secado.
Determine las libras de agua se deben ser removidas por tonelada de desechos sólidos
fragmentados, clasificados con aire si el contenido inicial de humedad es el 25 por ciento y
el contenido final de humedad después del secado es el 10 por ciento. Cuánta energía se
necesita para hacer esto?
Solución.
1.
Determine las libras de humedad presente inicialmente en los desechos
sólidos fragmentados usando la Ecuación 4.1.
25 =
a -b
(100)
2.000 lb
a - b = WS = 500 lb de agua presentes inicialmente en la muestra
2.
Determine las libras de humedad que deben estar presentes en los desechos
fragmentados después del secado, si el contenido de humedad va a ser del 10
por ciento.
10 =
WS
(100)
1.500 + WS
WS = 167 lb de agua en la muestra a 10 por ciento de humedad
3.
Determine la cantidad de agua a ser removida de cada tonelada de desechos
sólidos llevados al secador.
(500 - 167) lb = 333 lb/ton
4.
Determine la energía necesaria para el secado, suponiendo que se deben
suministrar 1.850 Btu por libra de agua removida.
Energía necesaria
= 333 lb/ton (1.850 Btu/lb)
= 616.050 Btu/ton (715 KJ/Kg)
Extracción de Agua. (Desecado)
El problema de la disposición de lodos de plantas de tratamiento de aguas residuales
municipales, se ha convertido en un problema critico para comunidades muy grandes en las
cuales el uso de lechos de secado, lagunas y la disposición sobre el suelo no son factibles
económicamente, y dejaron de ser prácticas. En la mayoría de los casos se ha adoptado
alguna forma de extracción ,de agua del lodo para reducir el volumen. Una vez desaguado,
se puede mezclar el lodo con otros desechos sólidos. La mezcla resultante puede ser: 1)
Incinerada para reducir volumen, 2) usada para producción de subproductos recuperables,
3) usada para la producción de compost (abono), o 4) enterrada en un relleno sanitario. Los
dos métodos generales más comúnmente usados para desecar lodo de plantas de tratamiento
son la centrifugación y la filtración.
Centrifugación. Se han usado centrifugadoras de tazón, decantación y horizontales para
desaguar lodos. Aunque es posible producir un lodo razonablemente espeso (10 a 15 por
ciento) mediante la centrifugación, se han encontrado un número de problemas. Los dos
más críticos son: (1) los costos elevados de operación y mantenimiento asociados con las
unidades, y (2) el arrastre de finos en el filtrado. En las Referencias 12 y 13 se pueden
encontrar detalles sobre las aplicaciones de estas unidades para extraer agua de lodos.
Filtración. La filtración al vacío y a presión han sido usadas para desagua lodos. En los
Estados Unidos se usa más comúnmente la filtración al vacío, mientras que la filtración a
presión es más comúnmente usada en Europa e Inglaterra. En las Referencias 12 y 13 se
pueden encontrar detalles sobre aplicación de este tipo de equipo.
8.7
TÓPICOS DE DISCUSIÓN Y PROBLEMAS
8.1
Seleccione ocho técnicas diferentes de procesado para desechos sólidos.
Enumere sus usos, ventajas y desventajas.
8.2
¿Cuál es la diferencia entre compactación y consolidación? ¿Qué efecto
tendrá la consolidación en un material embalado que tiene una densidad de
1.800 lb/yd3?
8.3
Suponga que el valor asintótico para las curvas dadas en la Figura 8.15 es
1.800 lb/yd3, derive ecuaciones empíricas para describir el grado de
compactación que se puede alcanzar como una función de la presión
aplicada, empezando con una densidad inicial del desecho sólido de 200 y
600 lb/yd3. (Ensaye una hipérbola rectangular).
8.4
Usando los datos dados en la Figura 8.5 prepare un diagrama de la reducción
de volumen en porcentaje versus las presiones aplicadas. ¿Cómo puede el
uso del diagrama conducir a conclusiones erróneas?
8.5
Abajo se presenta la máxima cantidad de desechos sólidos recolectados por
día para una semana. Todos los desechos sólidos van a ser quemados en un
incinerador municipal a una tasa de 100 ton/día. ¿Cuál es la capacidad
necesaria del foso de almacenamiento que se debe diseñar para acomodar
1.15 veces la capacidad exigida?
8.6
Estime la composición del residuo si se van a incinerar materiales de
desecho empacados con la distribución de componentes reportados en
la Tabla 4.2. ¿Cuál sería la reducción correspondiente de volumen?
8.7
Suponga que el consumo de energía necesaria para la reducción de tamaño
de desechos sólidos se puede estimar de acuerdo con la siguiente ecuación
de primer orden:
E = C ln
l1
l2
(conocida como la ley de Kick |20|)
donde:
E = tasa de consumo de energía, hp-h/ton
C = constante, hp-h/ton
l 1 = tamaño inicial
l 2 = tamaño final
Si se encuentra que se necesitan 10 hp-h/ton para reducir el tamaño de los
desechos sólidos de alrededor de 6 a 2 pulgadas, estime la energía necesaria
para reducir los desechos sólidos promedio de unas 12 a 2 pulgadas a una
carga de unas 10 ton/h.
8.8
Si se va a usar una velocidad de aire de 2.000 pie/min para transportar
material finamente molido, con una gravedad especifica de 0.75, en un
ducto horizontal, estime el tamaño máximo de las partículas que pueden ser
transportadas.
8.9
Suponiendo que es necesaria una relación de aire a sólidos (lb de sólidos/lb
de aire). de 0.6 para la separación de la fracción liviana de desechos sólidos
fragmentados y que la pérdida de carga, en una columna de separación es
igual a 4 pulgadas de agua, estime la potencia necesaria de 1 ventilador en
caballos de fuerza , para separa r 50 ton/h de desechos sólidos fragmentados.
Suponga que el peso del aire es de 0.0750 lb/pie3 y que se puede usar la
siguiente ecuación para calcular la potencia del ventilador.
BHP = 0.227 Q [((14.7 + p)/14.7)0.283 – 1]
donde: BHP = potencia del ventilador
Q = flujo de aire, pie3/min
P
= caída de presión
8.10
8.8
Dado que el costo de fraccionamiento aumenta a medida que disminuye el
tamaño de las partículas y que el costo de la clasificación con aire aumenta
con el tamaño de las partículas, discuta como podría negociar entre el costo
de la reducción de tamaño y las instalaciones de clasificación con aire a ser
usadas en una planta de procesado de desechos sólidos. Cuáles son los
factores importantes que deben ser considerados?
REFERENCIAS
l.
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Public Administration Service, Chicago, 1970.
2.
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Engineers' Handbook," 4th ed., McGraw-Hill, New York, 1963.
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McGraw-Hill, New York, 1937.
21.
Williams-Gardner, A.: “Industrial Drying,” CRC, International Scientific
Series, Cleveland, Ohio, 1971.
9.
RECUPERACIÓN DE RECURSOS, CONVERSIÓN DE PRODUCTOS, Y
ENERGÍA
Los desechos sólidos o compuestos seleccionados, dependiendo de las condiciones locales,
pueden tener valor como materia prima para la industria, combustible para la producción de
energía, y material que se puede usar para la reclamación de terrenos. En el Capítulo 16 se
considera la evaluación de estas alternativas desde el punto de vista administrativo. El
propósito principal de este capitulo es describir la aplicación de técnicas y equipo discutido
en el Capitulo 8 para la recuperación de recursos, conversión de productos y energía. Un
propósito secundario es el de introducir algunos de los aspectos de diseño involucrados en
la implementación de sistemas de procesado; un tercer propósito es presentar algunos
esquemas comerciales de flujo que han sido desarrollados para la recuperación de
materiales y energía de los desechos sólidos.
En las siguientes secciones se presenta información sobre: 1) sistemas de procesado y
recuperación de materiales, 2) recuperación de productos de conversión química, 3)
recuperación de productos de conversión biológica, 4) recuperación de energía de la
conversión de productos, y 5) diagramas de flujo de sistemas de recuperación de materiales
y energía. En la Figura 9-1 se indica la secuencia para la presentación de esta información,
que a su vez, es un diagrama típico de flujo para la recuperación de recursos, conversión de
productos, y energía de los desechos sólidos. El término sistema frontal denota los procesos
(reducción de tamaño, separación, etc.) usados para recuperar materiales y la preparación
de componentes individuales para la conversión subsiguiente. El término sistemas
posteriores denota los procesos químicos y biológicos (incineración con recuperación de
calor, fermentación controlada, etc.) e instalaciones auxiliares relacionadas, usadas para la
conversión de desechos sólidos procesados en varios productos.
Figura 9.1
Diagrama típico de flujo para la recuperación de recursos, conversión
de productos y energía de desechos sólidos.
9.1.
SISTEMAS DE PROCESADO Y RECUPERACIÓN DE MATERIALES
En el Capítulo 8 se discutieron varios tipos de equipo y técnicas de procesado. El objetivo
de esta sección es mostrar como se pueden combinar los procesos individuales en
diagramas de flujo alternos, para la recuperación de materiales y la preparación de desechos
combustibles para el procesado subsiguiente.
Especificaciones de los Materiales
Los principales materiales recuperables contenidos en los desechos sólidos municipales
son: papel, plásticos, textiles, vidrio, metales ferrosos y materiales orgánicos e inorgánicos.
En una situación dada, la decisión de recuperar cualquiera o todos los materiales se basa,
generalmente, en una evaluación económica y en consideraciones locales, que se discuten
en el Capítulo 16. las especificaciones de los materiales será una consideración crítica en la
evaluación económica de la recuperación de materiales; la razón es que aunque sea posible
separar varios componentes, puede no haber mercado para ellos si no satisfacen las
especificaciones necesarias. En la Tabla 9.1 se presentan especificaciones típicas de
materiales.
Materias Primas. En la Tabla 9.1 se reportan las especificaciones para ocho materiales
diferentes obtenidos de desechos municipales. Con cada comprador potencial se deben
acordar detalles específicos, tales como pureza del producto, densidad, y condiciones de
embarque. Cuando sea posible, también es beneficioso desarrollar un rango de
especificaciones y precios del producto. De tal manera, se pueden evaluar los costos de
procesado para obtener un producto de mejor calidad con respecto a un precio más alto en
el mercado, por la mejor calidad del producto.
Fuente de Combustible. Se puede obtener energía de desechos municipales en dos formas:
mediante el uso directo del calor producido de quemar los desechos y mediante la
conversión de los desechos a combustibles (aceite, gas, briquetas) que pueden ser
almacenadas y usadas localmente o transportadas a mercados distantes de energía. Las
especificaciones para el uso directo de los desechos para la producción de vapor,
generalmente, no son tan restrictivas como aquellas para la producción de combustible;
sin embargo, a medida que mejoren las técnicas de ignición y almacenamiento, las
especificaciones para el uso directo se pueden volver más estrictas.
Reclamación de Terrenos. La aplicación de desechos al suelo es una de las técnicas más
antiguas y más usadas en el manejo de desechos sólidos. La tecnología de la disposición en
el suelo se ha desarrollado hasta el punto de que las comunidades ahora pueden planear
proyectos de reclamación de terrenos que usan desechos sólidos sin temor al desarrollo de
problemas de salud pública. En la tabla 9.1 se mencionan algunas especificaciones típicas
para la reclamación terrenos. Los desechos orgánicos usados para relleno de suelos o
reclamación de terrenos exigen mayor control que los desechos inorgánicos. No se debe
iniciar una reclamación de terrenos usando uno o ambos tipos de desechos hasta no haber
asignado u uso final al terreno.
TABLA 9.1
Especificaciones típicas de materiales que afectan la selección y diseño de las
operaciones de procesado
Categoría de reuso y materiales
Especificaciones típicas de los ítems
componentes
MATERIA PRIMA
Papel y cartón
Caucho
Textiles
Vidrio
Metales ferrosos
Aluminio
Metales no ferrosos
Fuente; calidad; sin revistas; sin adhesivos; cantidad;
almacenamiento y lugar de entrega.
Normas de reencauche; especificaciones para otros
tipos de uso no bien definidos (ej. ABS, PVC); grado
de limpieza.
Tipo de material; grado de limpieza.
Cantidad de material de desecho; color, sin etiquetas
o metal; libre de contaminación metálica; cantidad,
almacenamiento y lugar de entrega.
Fuente (doméstico, industrial, etc.); densidad; grado
de limpieza; grado de contaminación con estaño,
aluminio y plomo; cantidad, medios de embarque, y
lugar de entrega.
Tamaño de las partículas; grado de limpieza;
densidad; cantidad, medios de embarque, y lugar de
entrega.
Varían con las necesidades locales y los mercados.
FUENTE DE COMBUSTIBLE
Combustibles orgánicos
Papel desechado
Composición, contenido de Btu; humedad; límites de
almacenamiento; cantidades garantizadas; venta y
distribución de energía y/o subproductos varía con
necesidades y mercados locales.
Varía con las necesidades y mercado locales.
RECLAMACIÓN DE TERRENOS
Orgánicos
Inorgánicos
Reglamentos locales y estatales; método de
aplicación; control de la migración de gas metano;
control de lixiviado; uso final asignado al terreno.
Reglamentos locales y estatales; uso final asignado al
terreno.
Sistemas de procesado y recuperación
Una vez se ha tomado la decisión de recuperar materiales y/o energía, se deben desarrollar
diagramas de flujo para la separación y procesado de los componentes deseados y
materiales combustibles, sujetos a especificaciones predeterminadas de los materiales.
Figura 9.2
Diagrama de flujo pictórico para sistemas de recuperación de materiales
Figura 9.3
Diagrama de flujo para un sistema de recuperación de materiales.
(Central Contra Costa Sanitary District and Brown and Caldwell Consulting
Engineers (3)).
Diagramas de Flujo de los Procesos. En la Figura 9.2 y esquemáticamente en la Figura 9.3
(3) se presentan dos diagramas de flujo propuestos para la recuperación de componentes
específicos y la preparación de materiales combustibles para uso como fuente de
combustible, para sistemas frontales. En ambos casos, se ha adoptado un diagrama de flujo
de procesado en seco; la ventaja principal del procesado en seco sobre el húmedo es el
menor costo; el procesado húmedo involucra el uso de un hidropulpador. Otra ventaja es
que el equipo estándar usado en industrias de procesado de minerales se puede adaptar para
ser usado en la recuperación de componentes.
En ambos diagramas de flujo la clasificación con aire sigue a la fragmentación primaria, y
separadores de ciclón remueven el aire de la fracción liviana. Además, el diagrama de flujo
que se muestra en la Figura 9.3 incluye lo siguiente: 1) un secador antes del separador con
aire para satisfacer las especificaciones de contenido de humedad de la fracción liviana, 2)
una malla después del separador con aire para remover algunos de los componentes más
pesados de la fracción liviana, y 3) una segunda etapa de fragmentación. La fracción liviana
procesada que resulta del diagrama de flujo de la Figura 9.3 sería adecuada para la ignición
directa en una caldera de vapor. En ambos diagramas de flujo se remueven de la fracción
pesada: metales ferrosos, vidrio, y aluminio. También es importante anotar que en ambos
diagramas hay un residuo que debe ser dispuesto.
Ambos diagramas de flujo son flexibles en términos de equipo adicional u opciones
alternas de procesado para satisfacer las especificaciones variables de los materiales. De
una revisión de las Figuras 9.2 y 9.3, es evidente que se pueden preparar una variedad
considerable de diagramas de flujo. También se usan diagramas de flujo que incluyen la
separación manual de componentes específicos de los desechos.
Diseño y Distribución del Sistema. El diseño y la distribución de las instalaciones físicas
que componen el diagrama de flujo de la planta de procesado son un aspecto importante en
la implementación y el éxito de la operación de tales sistemas. En la Figura 9.4 se da la
distribución recomendada para el sistema que se muestra en la Figura 9.3. Los factores
importantes que deben ser considerados en el diseño y distribución de tales sistemas
incluyen: 1) eficiencia del funcionamiento del proceso, 2) confiabilidad y flexibilidad, 3)
facilidad y economía de la operación, 4) estética, y 5) controles ambientales (3).
De estos factores, el más importante, en relación con la obtención de una planta que
funcione adecuadamente, es el primero. Aunque hay varias maneras para evaluar el
funcionamiento del proceso, quizás la mejor está relacionada al grado de separación
alcanzada para los distintos componentes. La planeación cuidadosa asegurará que la carga
de diseño para los diferentes procesos no se exceda, para alcanza r la eficiencia óptima con
respecto a la separación de componentes. Se debe proveer una capacidad adecuada de
almacenamiento en la instalación de procesado, debido a que los desechos sólidos son
recolectados generalmente en la mañana, de manera que la tasa de alimentación del proceso
sea uniforme y no esté sujeta a oscilaciones.
Figura 9.4
Distribución de una planta de recuperación de recursos. (Central
Contra-Costa District and Brown and Caldwell Consulting Engineers (3))
El primer paso en el diseño de una instalación de procesado será decidir sobre la cantidad
de material a ser procesado. En los lugares en donde se van a usar desechos procesados
como combustible las cantidades de diseño generalmente dependerán de la potencia
continua (base) que se debe desarrollar. Una vez se ha decidido esto, se dimensionan las
unidades individuales de acuerdo con las tasas de carga, las que a su vez se determinan en
base a las características de los desechos sólidos y los procesos de separación a ser usados.
Balances de Materiales y Tasas de Carga. Un aspecto importante en el diseño de cualquier
sistema de recuperación de materiales comprende el estimativo de las cantidades de
materiales que pueden ser recuperadas y el diseño apropiado de las tasas de carga. En las
Tablas 9.2 y 9.3 se presentan datos e información que pueden ser usados para estimar las
cantidades necesarias. En la Tabla 9.2 se identifican los componentes que normalmente
constituyen las fracciones livianas y pesada después de la fragmentación y clasificación con
aire. Las cifras de esta Tabla son aquellas de la Tabla 4.2.
Se debe anotar que en la Tabla 9.2 no ha sido considerado el contenido de humedad que se
puede haber perdido durante la fragmentación. El contenido de humedad típica de los
desechos sólidos varían del 15 al 40 por ciento, dependiendo de la ubicación geográfica y la
estación del año. En el Sur de los Estados Unidos el contenido medio de humedad es de
alrededor de 25 por ciento. En condiciones normales, durante la fragmentación, se puede
perder del 5 al 25 por ciento del contenido inicial de humedad; si no hay datos disponibles
de pruebas ejecutadas para estimar esta pérdida se puede usar un valor del 15 por ciento.
En la Tabla 9.3 se reportan las cantidades recuperables de metales ferrosos vidrio, y
aluminio, junto con información sobre la recuperación de materiales pesados de la fracción
liviana. En el Ejemplo 9.1 se ilustra el uso de esta información en la preparación de un
balance de materiales para un proceso de recuperación.
Para seleccionar apropiadamente los procesos componentes, se deben conocer las cargas
esperadas. Para la mayoría de los procesos las cargas se expresan en toneladas por hora.
En la determinación de las cargas de diseño se debe hacer un análisis cuidadoso para
determinar el número real de horas por día que operará el equipo. En el ejemplo 9.1
también se ilustra el desarrollo de las cargas.
Ejemplo 9.1. Determinación de las cantidades y cargas de material para un sistema de
procesado.
Prepare un balance de materiales para el diagrama de flujo dado en la Figura 9.2 y la
composición dada en la Tabla 9.2. Suponiendo que la planta de procesado va a ser diseñada
para manejar 1000 ton/día, estime las cargas horarias para los distintos procesos de
separación basado en 16 h/día de operación.
TABLA 9.2
Componentes de las fracciones liviana y pesada de desechos sólidos después de la
fragmentación y clasificación con aire
Componente
Por ciento Fracción en peso
Comentario
por ciento
en peso*
Liviana Pesada
Desechos de alimentos
15
15
Se supone que los
componentes integran la
Papel
40
40
fracción liviana después de la
Cartón
4
4
fragmentación. Después de la
Plásticos
3
3
clasificación con aire la
Textiles
2
2
fracción liviana contendrá de
Caucho
0,5
0,5
2 a 8 por ciento de
Cuero
0,5
0,5
componentes de la fracción
Recortes de jardín
12
12
pesada en peso.
Madera
2
2
Vidrio
8
8
Se supone que los
componentes integran la
Envases de hojalata
6
6
fracción pesada después de la
Metales no ferrosos
1
1
fragmentación. Después de la
Metales ferrosos
2
2
clasificación con aire la
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
4
4
fracción pesada contendrá del
TOTAL
100
79
21
15 al 20 por ciento de
componentes de la fracción
liviana en peso
Solución
1.
2.
En los cálculos se usarán las siguientes suposiciones:
a)
b)
Contenido inicial de humedad = 25 por ciento
Con base en datos de experimentos, la pérdida de humedad durante la
fragmentación = 20 por ciento del valor inicial
c)
La pérdida de humedad será del material en la fracción liviana
d)
Fracción de materiales pesados contenida en la fracción liviana = 6 por
ciento de la fracción pesada (con base en peso después de la
fragmentación)
e)
Fracción de materiales livianos contenidos en la fracción pesada = 15
por ciento de la fracción liviana (en base a peso después de la
fragmentación)
f)
Fracción liviana inicial = 79 por ciento (Ver Tabla 9.2)
g)
Fracción pesada inicial = 21 por ciento (Ver Tabla 9.2)
Determine las cantidades del balance de materiales:
a)
Pérdida de humedad durante la fragmentación = 1000 ton/día x 0,25)
0,2 = 50 ton/día (45360 kg/día)
b)
Peso total de la fracción liviana después de la fragmentación =(1000
ton/día x 0,79 - 50 ton/día) = 740 ton/día (671.328 kg/día)
c)
Peso total de la fracción liviana después de la clasificación con aire
incluyendo correcciones por arrastre = (1-0,15) 740 + 0,06 (1000
ton/día x 0,21) = 642 ton/día (582.422 kg/día)
d)
Peso total de la fracción pesada incluyendo el arrastre de la fracción
liviana después de la clasificación con aire = (1 - 0.06) 210 ton/día +
(0,15) 740 ton/día = 308 ton/día (279.418 kg/día)
e)
Peso de metales ferrosos separados (suponiendo que se incluyen la
categoría de los envases de hojalata reportados en la Tabla 9.2) = 80
ton/día x 0,80 (Ver Tabla 9.3) = 64 ton/día (58.061 kg/día). (Nota. No
se incluye el peso de otros materiales que pudieran ser removidos
junto con los metales ferrosos)
f)
Peso de vidrio separado = 80 ton/día x 0,80 (Ver Tabla 9.3) 64 ton/
día (58.061 kg/día). (Nota: No se incluye el peso de otros materiales
que pudieran ser separados junto con el vidrio)
g)
Peso de aluminio separado = 10 ton/día x 0,70 (Ver Tabla 9.3) = 7
ton día (6.350 kg/día). (Nota.- No se incluye el peso de otros
materiales que pudieran separarse junto con el aluminio)
TABLA 9.3
Cantidades recuperables estimadas para varios componentes en desechos sólidos
usando equipo mecánico
Parte recuperable de los
Fracción o
Comentarios
componentes originales por
componente
ciento
Rango
Típico
Fracción liviana
80 – 95
90*
La parte recuperable variará con la
!
composición de los desechos sólidos y las
Fracción pesada
90 – 98
96
características después de la fragmentación
Metales ferrosos
65 – 95
85
Cantidades variables de material de las
fracciones livianas y pesadas serán
Vidrio
50 – 90
80
separados con estos componentes,
Aluminio
55 - 90
70
dependiendo de los procesos específicos y
el equipo usado.
*
Con la fracción pesada se retendrán cantidades variables de la fracción liviana (Ver
Tabla 9.2)
!
Cantidades variables de la fracción pesada serán arrastradas con la fracción liviana
(Ver Tabla 9.2)
h)
3.
Cantidad de residuo (suponiendo que la fracción de material pesado
contenido en la fracción liviana no será separada) = (308 - 64 - 64 7) ton/día = 173 ton/día (156.946 kg/día).
Determine las cargas sobre los procesos individuales componentes. En la
Tabla 9.4 se resumen los resultados de los cálculos necesarios.
TABLA 9.4
Resumen de las cargas calculadas para el ejemplo 9.1
Cantidad total,
Carga,*
ton/día
ton/hora
Fragmentador
1,000
63
Clasificador
950
60
Separador magnético
308
20
Separador de vidrio
244
16
Separador de aluminio
180
12
Almacenamiento de residuo
173
11
*
Con base en 16 h/día de operación. Los valores se han redondeado.
Nota: ton/día x 907,2 = kg/día
ton/h x 907,2 = kg/h
Limitaciones de Equipo. En general, de la experiencia con operaciones de extremo frontal
se han encontrado más fallas del equipo y otros problemas operacionales que en los
procesos finales y sistemas de conversión de energía (23). El transporte de desechos sólidos
sin procesar ha demostrado ser especialmente difícil. Los transportadores han sido dañados
por los desechos sólidos descargados sobre ellos, especialmente aquellos que contienen
componentes más pesados y que frecuentemente se encuentran en desechos municipales.
También se han desarrollado problemas en los puntos de transferencia (por ejemplo, donde
se descartan los desechos del transportador a instalaciones de reducción de tamaño). El
alambre y las cuerdas en los desechos se atascan en el equipo y son comunes los derrames
de desechos. También han sido un problema el atascamiento y trabado del sistema del
transportador; debido a la naturaleza abrasiva de muchos componentes encontrados en los
desechos sólidos el desgaste sobre la mayoría del equipo de procesado ha sido mayor del
anticipado; esto, a su vez, ha conducido a periodos más largos de parada.
Como resultado de éstas y otras limitaciones del equipo, muchos diseñadores recomiendan
ahora la instalación de dos o más trenes de procesos independientes, especialmente donde
la potencia se va a producir en forma continua. Donde quiera que sea posible, cuando se
están diseñando sistemas de separación de materiales, se recomienda practicar visitas a
instalaciones en operación para obtener información directa sobre el funcionamiento y las
exigencias de mantenimiento. Debido a que muchas firmas en este campo en desarrollo no
tienen una larga historia se recomienda que el equipo seleccionado sea tal que se pueda
reparar con partes estándar y componentes que, en caso necesario, puedan ser reconstruidos
o fabricados localmente. También, es importante la disponibilidad de un distribuidor local.
9.2.
RECUPERACIÓN DE PRODUCTOS DE CONVERSIÓN QUÍMICA
Los productos de conversión química que se pueden derivar de los desechos sólidos
incluyen: calor, una variedad de aceites, gases, y varios compuestos orgánicos relacionados.
En la Tabla 9.5 se reportan los principales procesos de conversión química que han sido
usados para la recuperación de productos utilizables de la conversión de desechos sólidos;
otros procesos están todavía en desarrollo o han sido propuestos (5). A excepción de la
incineración y los procesos pirolíticos, pocas instalaciones a escala completa que están en
operación, usan cualquiera de los otros procesos. Aún en el caso de la pirólisis, casi toda la
experiencia a escala completa están en las industrias de procesado de petróleo y madera.
Por esta razón, la mayor parte de la información presentada en esta sección trata
principalmente con incineración y pirólisis; también se considera un proceso combinado de
incineración- pirólisis.
En la revisión de los datos presentados sobre los distintos procesos, se debe anotar que el
propósito no es presentar información definitiva para diseño, si no más bien introducirla y,
cuando sea posible, describir algunos de los aspectos fundamentales de los distintos
procesos que serán importantes en la evaluación de su factibilidad ingenieril y económica.
Proceso
Incineración con
recuperación de calor
Combustible
suplementario
Incineración en lecho
fluidizado
Pirólisis
Hidrólisis
Conversión química
TABLA 9.5
Procesos químicos usados para la conversión de desechos sólidos
Producto de la conversión
Procesado necesario
Comentarios
Energía en forma de
Ninguno
Debe haber mercados disponibles para
vapor
el vapor, probado en numerosas
aplicaciones a escala completa, las
normas sobre calidad del aire pueden
prohibir su uso.
Energía en forma de
Desmenuzado, separación con
Si se desea la menor inversión, debe
vapor
aire, separación magnética
ser posible modificar las calderas
existentes, las normas de calidad del
aire pueden prohibir su uso.
Energía en forma de
Desmenuzado, separación con
El incinerador de lecho fluidizado se
vapor
aire, separación magnética
puede usar también para lodos de
industrias.
Energía en forma de gas o Desmenuzado, separación
Tecnología probada únicamente en
aceite
magnética
aplicaciones piloto; aunque se
minimiza la polución, las normas de
calidad de aire pueden prohibir su uso.
Glucosa, furfural
Desmenuzado, separación con aire Tecnología a escala de laboratorio
únicamente.
Aceite, gas, acetato de
Desmenuzado, separación con aire Tecnología a escala de laboratorio
celulosa
únicamente.
Incineración con recuperación de calor
En el Capítulo 8 se discutió el uso de los procesos de incineración para la reducción de
volumen. En esta sección se consideran los sistemas de recuperación de calor y varios
cálculos sobre el particular. El calor contenido en los gases producidos durante la
incineración de desechos sólidos, se puede recuperar mediante la conversión a vapor.
Además, el calor remanente en los gases después de la recuperación de calor también se
puede usar para precalentar el aire para la combustión, el agua para la caldera, o el desecho
sólido combustible.
Normalmente, la conversión del calor contenido en los gases de la combustión a vapor se
realiza mediante: 1) la instalación de sistemas de precalentamiento del desecho en los
cuales los tubos de la caldera se prolongan más allá de la cámaras de combustión
convencionales construidas en material refractario, 2) incineradores de desechos sólidos en
cámaras de combustión construidas con paredes de agua (Ver Figura 9.5) y 3) calderas
especialmente diseñadas con paredes de agua (Ver Figura 9.6).
En los incineradores existentes se pueden instalar calderas para extraer calor de los gases de
combustión sin introducir exceso de aire o humedad. Normalmente, los gases del
incinerador enfriarán desde un rango de 1800 a 2000°F hasta un rango de 600 a 1000°F
antes de ser descargados a la atmósfera. Además de la producción de vapor, el uso de un
sistema de caldera es beneficioso en la reducción del volumen de gas a ser procesado en el
equipo de control de polución del aire.
En los incineradores de pared de agua, los muros de la cámara de combustión están
revestidos con tubos de caldera en posición vertical y soldados a secciones continuas (Ver
Figuras 9-5, 9.6 y 9.7). Como se muestra, los tubos están en el interior y se aíslan del
exterior para reducir pérdidas por radiación. El agua que circula por los tubos absorbe el
calor producido en la cámara de combustión. El agua calentada se usa para producir vapor.
Cuando se usan paredes de agua en lugar de materiales refractarios, no sólo son útiles para
la recuperación de vapor, sino que también son extremadamente efectivos en el control de
la temperatura de la hornilla sin reducir el exceso de aire; sin embargo, están sujetos a la
corrosión por el ácido clorhídrico producido por quemado de algunos compuestos plásticos.
Los desechos sólidos preparados también se pueden quemar directamente en grandes
calderas industriales que se usan ahora para la producción de energía con carbón
pulverizado o petróleo (Ver Figura 9.6). También pueden ser quemados junto con carbón o
petróleo. Aunque el proceso no está bien establecido con carbón, parece ser que alrededor
del 15 al 20% del calor puede provenir de desechos sólidos preparados; con petróleo como
combustible, alrededor del 10% del calor puede provenir de desechos sólidos (19).
Figura 9.5
Sección a través de la pared de agua en un incinerador de fuego masivo
(Metcalf & Eddy Engineers Inc.).
Figura 9.6
Sección a través de una caldera industrial de pared de agua, diseñada
para uso con desechos sólidos, gas natural, petróleo y carbón (Combustion
Engineering Inc.).
Métodos de Quemado. En incineradores y calderas de desechos sólidos se usan sistemas de
quemado en masa, suspensión, esparcidor de carrera y doble vórtice, dependiendo del grado
de procesamiento de los desechos (18, 23). El quemado en masa se usa cuando se van a
quemar desechos sin procesar (Ver Figura 9.5 y la discusión de incineración en el Cap. 8).
Normalmente, los desechos son transportador a través de la hornilla de la caldera en
parrillas reciprocantes, desplazables y de rodillos (Ver Tabla 8.3).
El quemado en suspensión se usa con desechos procesados (generalmente, fraccionamiento
primario seguido de clasificación con aire seguido de fraccionamiento secundario). En el
quemado en suspensión, los desechos sólidos procesados son descargados en la hornilla de
la caldera donde se secan y queman a medida que caen. En el fondo de la hornilla,
generalmente, se proveen parrillas para quemar las partículas de combustión más lenta. Una
parrilla de transportador remueve la ceniza del fondo de la caldera (Ver Figura 9.6).
Figura 9.7
Sección transversal de la pared de agua (Combustion Engineering Inc.).
Para el quemado por distribución, el desecho sólido combustible procesado es alimentado
sobre una parrilla móvil e incinerado a medida que se desplaza sobre la hornilla.
Normalmente, es necesaria una parrilla grande que cubra el total por ciento del área
transversal de la hornilla debido a que el tamaño de las partículas, en el quemado por
distribución, es mayor que para quemado en suspensión. También se usará el tiro forzado y
aire para estimular la combustión, suministrándolos a través de las parrillas y los muros,
para distribuir el desecho sólido combustible procesado. En el extremo de la parrilla se usa
un transportador para remover la ceniza.
El sistema de quemado en doble vórtice tiene una cámara de combustión doble en forma de
cono con un extremo cerrado y el otro abierto para la salida de los gases calientes de la
combustión a la caldera. Los quemadores están en una caja a la cual el combustible y el aire
entran tangencialmente. La mezcla de aire y combustible se mueve en espiral hacia el
extremo cerrado en un vórtice exterior antes de desplazarse hacia el extremo abierto en un
vórtice interior.
Las partículas grandes son recirculadas por la fuerza centrífuga en el vórtice exterior para
completar la combustión. La ceniza y la escoria se recogen en el fondo de la cámara de
combustión.
Cálculos de Combustión. Para la operación apropiada del incinerador, se debe suministrar
suficiente aire para satisfacer las exigencias de (1) combustión primaria y secundaria y (2)
turbulencia para la mezcla de aire y desechos sólidos. En la práctica, donde se utilizan
hornillas recubiertas con refractarios, se ha encontrado que se debe suministrar entre el 100
y 200 por ciento de exceso de aire para satisfacer las exigencias de la combustión y
turbulencia y controlar la escoria y la acumulación de otros materiales sobre las paredes
refractarias. El gran flujo de gas resultante hace que el uso de tales incineradores sea
costoso, debido a la capacidad necesaria del equipo de control de polución del aire. En
contraste, cuando se utilizan sistemas de recuperación de calor, se ha encontrado adecuado
un exceso del 50 al 100 por ciento de a i re. Entonces, aunque las calderas son más
costosas, el tamaño menor y el costo del equipo de control de polución del aire
compensarán, en la mayoría de los casos, el costo inicial.
En el Capítulo 4 (Ver Tabla 4.3), se anotó que los elementos principales de los desechos
sólidos son: carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre. En la ceniza se encuentran cantidades
más pequeñas de otros elementos. En condiciones ideales, los productos gaseosos derivados
de la combustión de desechos sólidos municipales incluyen: dióxido de carbono, agua,
oxígeno, nitrógeno y dióxido de azufre. En realidad, son posibles muchas secuencias
diferentes de reacción, dependiendo de la naturaleza exacta de los desechos y las
características de operación del incinerador. Como consecuencia, en la descarga gaseosa de
un incinerador también se encuentra una variedad de compuestos de azufre y nitrógeno. Sin
embargo, en la siguiente discusión se supondrá que la incineración es un proceso ideal con
propósito de ilustración.
Para determinar la cantidad de aire que se debe suministrar para la combustión completa de
desechos sólidos, es necesario calcular las exigencias para la oxidación de carbono,
hidrógeno y azufre contenidos en los desechos. Las reacciones básicas son las siguientes:
Para carbono
C + O2 → CO2
(12) (32)
(9.1)
Para hidrógeno
2H2 + O2 → 2H2O
(4)
(32)
(9.2)
Para azufre
S + O2 → SO2
(32.1) (32)
(9.3)
Si se supone que el aire seco contiene 23,15 por ciento de oxígeno en peso, entonces la
cantidad de aire necesario para la oxidación de un kilo de carbono sería igual a 11,52 kg
(32/12)(1/0,2315). Las cantidades correspondientes para hidrógeno y azufre son 34,56 y
4,31 kg, respectivamente. En cálculos de combustión, las necesidades de oxígeno para la
oxidación de hidrógeno se basan, generalmente, en el valor neto de hidrógeno disponible.
El valor neto de hidrógeno se calcula sustrayendo un octavo del porcentaje de oxígeno al
porcentaje total de hidrógeno inicialmente presente en la muestra. Este cálculo se basa en la
suposición de que el oxígeno en la muestra se combinará con hidrógeno para formar agua.
El calor producido en la combustión es parcialmente almacenado en los productos de la
combustión y parcialmente transferido por convección, conducción, y radiación a las
paredes del incinerador y al combustible que llega. Si se conoce la composición elemental
de los desechos sólidos, se puede estimar el con tenido de energía usando la forma
modificada de la ecuación de Dulong, dada en el Capitulo 4. (Ver Ecuación 4.2).
Frecuentemente, el contenido de energía de los desechos sólidos se basa en el análisis del
valor calórico de los componente individuales de los desechos (Ver Tabla 4.9).
En el ejemplo 9.2 se ilustran los cálculos necesarios de la combustión con objeto de
determinar la cantidad de aire para la combustión completa y estimar el calor producido del
proceso de combustión que está disponible para la conversión a vapor y finalmente a
energía eléctrica.
Ejemplo 9.2. Balances de materiales y calor en la incineración
Determine el calor disponible para la producción de vapor de una cantidad de desechos
sólidos con las siguientes características, a ser incinerados a una tasa de 250,000 lb/día
(113, 400 kg/d).
Componente
Combustible
Agua
No combustible
Nota: lb/día x 0,4536 = kg/día
Por ciento
del total
60
20
20
lb/día
150,000
50,000
50,000
Elemento
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Azufre
Agua
Inertes
Por ciento
28
4
23
4
1
20
20
Suponga que son aplicables las siguientes condiciones:
1.
El valor calórico de los desechos sólidos quemados es 5,000 Btu/lb
2.
El residuo de la reja contiene 5 por ciento de carbón
3.
Temperaturas:
Aire que entra, 80°F
Residuo de la reja, 800°F
4.
Calor específico del residuo = 0,25 Btu/lb. °F
5.
Calor latente del agua = 1,040 Btu/lb
6.
Pérdida por radiación = 0,005 Btu/Btu del aporte total a la hornilla
7.
Todo el oxígeno en el desecho sólido está combinado como agua
8.
Necesidades teóricas de aire basadas en la estequiometría.
Carbono
(C + O2 → CO2) = 11,52 lb/lb
Hidrógeno
(2H2 + O2 → 2H2O) = 34,56 lb/lb
Azufre
(S + O2 → SO2) = 4,31 lb/lb
9.
El valor calórico del carbono es 14,000 Btu/lb
10.
Humedad en el aire de combustión es 1 por ciento
Solución
1.
Calcule los pesos de los elementos de los desechos sólidos
2.
Cálculo de la cantidad de residuos
Inertes = 50,000 lb/día
Residuo total = 50,000/0.95 = 52,600 lb/día
Carbono en el residuo = 2,600 lb/día
3.
Cálculo del hidrógeno disponible y combinado en el agua
Hidrógeno disponible = 4% - 23%/8 = 1,125%
= 2,800 lb/día
Hidrógeno combinado en el agua = (4 - 1,125)% = 2,885%
= 7200 lb/día
Agua combinada = 57,500 + 7,200 = 64700 lb/día
4.
Cálculo del aire necesario
Elemento
Carbono = (70000 – 2600) (11,52)
Hidrógeno = 2800 (34,56)
Azufre = 2500 (4,31)
Total teórico de aire seco
Aire total seco incluyendo 100 x 100 de exceso
Humedad 1768200 x 0,01
Aire total
lb/día
776500
96800
10800
884100
1.768.200
17.700
1785900 (810084 kg/día)
Total de aire seco incluyendo 100 x 100 1.768,200 (100 por ciento de
exceso)
Humedad 1.768,200 (0,01) 17700
Aire total 1.785900 (810,084 kg/día)
5.
Cálculo de la producción neta de calor de los desechos sólidos
Producción bruta de calor = 25000 lb/d x 5000 Btu/lb = 1.250.000.000
Calor perdido en el carbono sin combustión = 2600 lb/día
(14000 Btu/lb)
= 36.000.000 Btu/día
Aporte neto de calor = (1250000000 - 36000000) Btu/día
= 1214000000 Btu/día (1280770000 Kj/día)
6.
Cálculo de las pérdidas de calor latente
Humedad inherente = 50000 lb/día (1040 Btu/lb) = 52000000 Btu/lb
= 52000000 Btu/lb
Humedad en agua combinada = 64700 lb/día (1040 Btu/lb)
= 63000000 Btu/día
Humedad de la oxidación del hidrógeno =
9 lb H 2 O
2800 lb/día (1040 Btu/lb)
lb H
= 27000000 Btu/día (28,48500 Kj/día)
=
7.
Cálculo de las pérdidas en el reactor
Pérdidas por radiación = (0,005 Btu/Btu)(1250000000 Btu/día)
= 6000000 Btu/día
Calor sensible en el residuo =
= 52600 lb/d [(0,25 Btu/lb°F (800 - 80)°F]
= 9000000 Btu/día (9,495,000 kJ/día)
8.
Total de pérdidas = 162000000 Btu/día (170,910,000 kJ/día)
9.
Cálculo del calor disponible para producción de vapor = 1.052.000.000
Btu/día (1.109.860.000 kj/día)
Calor disponible en los gases calientes = (1214000000 - 162000000)
Btu/día = 1052000000 Btu/día. Este es el calor sobre la temperatura normal del aire
(supuesta de 80°F) en los gases del desecho disponible a la entrada de una caldera.
La cantidad de vapor producido de penderá de la eficiencia de la caldera. Por
ejemplo, si la eficiencia de la caldera fuera del 85 por ciento, la eficiencia total sería
del 72 por ciento. Este valor es consistente con datos obtenidos en la Planta de
Incineración de Chicago Northeast (22). Gas y Temperatura de los Gases de
Combustión. Junto con el conocimiento de cantidad de aire necesario y la cantidad
de calor disponible, también es lo importante conocer la composición y temperatura
de los gases de combustión para varias cantidades de exceso de aire. Este es un
factor importante en el diseño de sistemas de recuperación de calor y para el control
de olores. Por ejemplo, si la temperatura de combustión cae por debajo de 1400 a
1600°F, para algunos desechos, los gases emitidos por la chimenea pueden ser
olorosos debido a la combustión incompleta. En el ejemplo 9.3 se ilustra una
muestra de cálculos para determinar la composición y temperatura de los gases que
salen de la cámara de combustión para desechos sólidos con las características
consideradas en el Ejemplo 9.2.
Ejemplo 9.3. Determinación de la composición de los gases de combustión.
Determine la composición de los gases de la combustión para los desechos sólidos del
Ejemplo 9.2. Para simplificar los cálculos, suponga que todo el carbón inicialmente
presente es convertido a dióxido de carbono. Estime también la temperatura de los gases de
la combustión en la salida de la cámara de combustión.
Solución
1.
2.
3.
Determine los moles de oxígeno y las libras de aire necesario por 1 lb de
desechos sólidos. Los cálculos necesarios se presentan resumidos en la Tabla
9.6.
Determine los moles de gases producidos en la combustión completa 100 lb
de desechos sólidos. Determine también la composición de los gases de la
combustión si se usa 50 y 100 por ciento de exceso de aire. Los cálculos
necesarios se ilustran en las Tablas 9.7 y 9.8.
Estime la temperatura de los gases de la combustión. Para hacer esto se
necesitan datos sobre las entalpías de varios gases de la combustión. En la
Tabla 9.9 se presentan los datos necesarios. Usan datos de las Tablas 9.8 y
9.9, estime el contenido de calor en el gas producido por una libra de
desechos sólidos, usando la siguiente ecuación:(14).
Btu en gas producido  Molesdegasproducido   total e moles de gas 

=

lb de desechos sólidos  lb de desechos sólidos   moles de gas producidos 
x


∑ (fración mlar de gas componente)  moles de gas componente 

Btu

TABLA 9.6
Determinación de las necesidades de aire para la combustión completa de 100 lb de
desechos sólidos para el ejemplo 9.3.
Reacción y producto de la
Moles de
Componente Peso*
Peso
Peso
combustión
atómico atómico oxígeno
por
unidades necesario
ciento
Carbono
28
12,0
2,333
2,333
C + O2 = CO2 (dióxido de
carbono)
Hidrógeno
4
1,0
4,000
1,000
2H2 + O2 = 2H2O (agua)
Oxígeno
23
16,0
1,438
-0,739
Nitrógeno
4
14,0
0,286
-Azufre
1
32,1
0,031
0,031
S + O2 (dióxido de azufre)
Agua
20
18,0
1,111
-Inertes
20
---TOTAL
100
2,465
Moles de aire necesarios por 100 lb de desechos sólidos = 2,645/0,2069 = 12,78
Libras de aire¡ necesario por libra de desechos sólidos = 12,78 (28,7)/100 = 3,67
*
Vea el Ejemplo 9.2
¡
Suponga la composición del aire, fracciones en volumen: dióxido de carbono,
0,0003; nitrógeno 0,7802; oxígeno 0,2069; agua 0,0126. Suponiendo que son gases ideales,
el volumen de las fracciones se puede tomar como fracciones molares y son iguales a los
porcentajes en volumen divididos por 100. La composición dada es para los gases raros
incluidos con el nitrógeno y el contenido de humedad correspondiente al 70 por ciento,
60°F. El aire de esta composición tiene un peso de 28,7 lb/mol de gas total.
Para 1000°F y 50 por ciento de exceso de aire, los cálculos necesarios son:
Btu  0.1575   140,5 
=

 0,105 (10048) + 0,060 (6974) - 0,682 (6720) + 0,152 (26925)
lb  lb   100 
= 2245 (5212 kJ/Kg)
Tabla 9.7.
Determinación de los moles producidos de productos de combustión
para la combustión completa de 100 lb de desechos sólidos para el ejemplo 9.3.
Producto de combustión
MOLES DE PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN
De la combustión* Del aire¡
Total
Por ciento
¡¡
Dióxido de carbono
2.333
0,004
2.337
14.8
Agua
(2000 + 1111 &)
0,161
3.272
20.8
Oxígeno
----Nitrógeno
0,143
9,97
10.113
64.2
Dióxido de azufre
0,031
-0.031
0.2
TOTAL
15.753
100.0
Moles de aire por mol de gas = 12,78/15,75 = 0,81
*
Datos derivados de la Tabla 9.6
¡
Moles de aire necesario por 100 lb de desechos sólidos = 12,78 (Ver Tabla 9.6)
¡¡
Cálculo guía: 12,78 (0,003) = 0,004 (Ver Tabla 9.6, segunda llamada)
&
Moles de humedad presentes en la muestra original.
En la Tabla 9.10 se muestra un resumen de valores tabulados de cálculos de 5 y 100 por
ciento de exceso de aire para temperaturas desde 1000 hasta 2500°F.
Si se supone que el contenido de energía en los desechos sólidos es de 5000 Btu/lb y que se
pierde el 15 por ciento de la energía, entonces los gases contendrán 4270 Btu/lb.
Refiriéndose a la Tabla 9.10 se puede ver que la temperatura de los gases con 50 por ciento
de exceso de aire seria de alrededor de 2000°F y alrededor de 1600°F para 100 por ciento
de exceso de aire.
TABLA 9.8
Determinación de la composición del gas efluente de la combustión completa de 100 lb
de desechos sólidos para el ejemplo 9.3* y varias cantidades de exceso de aire
Composición del gas, por ciento
Por ciento de
Moles de
Total de
¡
exceso de aire exceso de aire moles de gas
CO2
O2
N2
H2O
SO2
0
0,0
100,0
14,8
-64,2
20,8
0,2
50
40,5¡¡
140,5
10,5
6,0& 68,2+ 15,2
0,1
100
81,0
181,0
8,2
9,3
70,4
12,0
0,1
*
Refiérase a las Tablas 9.6 y 9.7
¡
Moles de exceso de aire = por ciento de exceso de aire (moles de aire/moles de gas)
¡¡
(50 por ciento de exceso de aire) (0,81, Ver Tabla 9.7) = 40,5
&
Por ciento de O2 = ((40,5 x 0,2069)/140,5)
+
Por ciento de N2 = {[64,2 + 40,5 (0,7802)]/140,5}100
En la Tabla 9.10 se muestra el resumen de valores tabulados de cálculos de 50 y 100 por
ciento de exceso de aire para temperaturas desde 1000 hasta 2500°F.
Si se supone que el contenido de energía en los desechos sólidos es de 5.000 Btu/lb y que
se pierde el 15 por ciento de la energía, entonces los gases contendrán 4.270 Btu/lb.
Refiriéndose a la Tabla 9.10 se puede ver que la temperatura de los gases con 50 por ciento
de exceso de aire sería de alrededor de 2000°F y alrededor de 1600°F para 100 por ciento
de exceso de aire.
TABLA 9.9
Entalpías para varios productos de la combustión* (Btu/lb mol en condiciones
normales 1).
Temperatura
CO2
O2
N2
N2O
T, °F
1000
10.048
6.974
6.720
26.925
1500
16.214
11.008
10.556
31.743
2000
22.719
15.191
14.520
36.903
2500
29.539
19.517
18.609
42.405
Ecuaciones de entalpía
667,4
 T + 460 
 T + 460 
CO 2 , H = 10570 
- 7085
 + 583,3 
 +
(T + 460)/100
 1000 
 1000 
2
129,6
 T + 460 
 T + 460 
O 2 H = 7160 
- 4163
 + 278.8 
 +
(T + 460)/1000
 1000 
 1000 
2
38,9
 T + 460 
 T + 460 
N 2 , H = 6830 
- 3811
 + 250,0 
 +
(T + 460)/1000
 1000 
 1000 
2
 T + 460 
 T + 460 
H 2 O, H = 7300 
 + 683,3 
 + 14810
 1000 
 1000 
De la Ref. 14
Gas, excepto agua líquida a la atmósfera de presión y 77°F
2
*
¡
TABLA 9.10
Contenido de calor en gases producidos en la combustión de 1 lb de desechos sólidos
Temperatura °F
Btu
Exceso de aire, 50 por ciento Exceso de aire, 100 por ciento
1000
2.245
2.689
1500
3.184
3.874
2000
4.162
5.108
2500
5.108
6.390
Pirólisis
De todos los procesos de conversión química que han sido investigados, excluyendo la
incineración, la pirólisis ha recibido la mayor atención.
Descripción del Proceso. Debido a que la mayoría de las sustancias orgánicas son
térmicamente inestables, ellas pueden, mediante calentamiento en una atmósfera libre de
oxígeno, ser disociadas mediante una combinación de fraccionamiento térmico y reacciones
de condensación en fracciones gaseosa, líquida y sólida. Pirólisis es el término usado para
describir el proceso. En contraste con el proceso de combustión, que es altamente
exotérmico, el proceso pirolótico es altamente endotérmico. Por esta razón frecuentemente
se usa el término destilación destructiva como un término alterno para pirólisis.
Hasta ahora se han evaluado diferentes tipos de reactores para esta aplicación. Dependiendo
del tipo de reactor usado, la forma física de los desechos sólidos a ser pirolizados puede
variar desde desechos crudos sin fragmentar hasta la porción finamente molida de los
desechos remanentes después de dos etapas de fraccionamiento y clasificación con aire.
Productos de la Conversión. Las características de los tres principales componentes
resultantes de la pirólisis son:
1.
Una fuente de gas que contiene principalmente hidrógeno, metano, monóxido de
carbono, dióxido de carbono, y varios otros gases, dependiendo de las características
orgánicas del material que está siendo pirolizado.
2.
Una fracción que consiste de una fuente de brea y/o aceite que es liquida a
temperatura ambiente y se ha encontrado que contiene químicos como: ácido
acético, acetona y metanol .
3.
Un material carbonizado consistente de carbón virtualmente puro más cualquier
material inerte que pueda haber entrado al proceso.
Para celulosa (C6H10O5), se ha sugerido que la siguiente expresión es representativa de la
reacción de pirólisis (5):
3(C6H10O5
8H2O + C6H8O + 2CO + 2CO2 + CH4 + H2 + 7C
(9.4)
En la ecuación 9.4 de la brea y aceite líquidos que se obtienen normalmente están
representados por la expresión C6H8O. Se ha encontrado que la distribución de las
fracciones de producto varían dramáticamente con la temperatura a la que se lleva a cabo la
pirólisis (5). En la Tabla 9.11 se reportan datos representativos del producto como función
de la temperatura de operación. En las Tablas 9.12 y 9.13 se dan las características típicas
de la fracción gaseosa y el material carbonizado respectivamente. Se ha estimado que el
contenido energético de los aceites pirolíticos es alrededor de 10.000 Btu/lb. y el contenido
energético del gas resultante sería de alrededor de 700 Btu/lb, en condiciones de máxima
gasificación.
En resumen, parece que mientras el proceso pirolítico es una gran promesa, faltan muchas
cosas por conocerse. Se debe reunir información básica y datos sobre la naturaleza de los
problemas a enfrentar cuando el proceso se opera continuamente durante un período de
tiempo sostenido. Por ejemplo, ¿serán superables los problemas de corrosión o control de
polución del aire?. Las respuestas a estas preguntas deben estar disponibles en 1980, en
vista del número de procesos corrientemente en operación, en plantas piloto, o que van a
ser puestos en operación.
Temperatura,
°F
TABLA 9.11
Rendimiento del producto pirolítico*
Desechos,¡
Gases,
Ácidos
Materiales
Masa
lb
lb
piroleñosos carbonizados tomada en
y breas,¡¡
cuenta lb
lb
100
12,33
61,08
24,71
98,12
100
18,64
18,64
59,18
99,62
100
23,69
59,67
17,24
100,59
100
24,36
58,70
17,67
100,73
900
1200
1500
1700
*
De la Ref. 5
¡
En base a como se reciben, excepto que se han removido los metales y el vidrio
¡¡
Incluye todos los condensables; las cifras citadas incluyen 70 a 80% de agua
NOTA:
lb x 0,4536 = kg
Gas
TABLA 9.12
Gases emitidos por la pirólisis*
Por ciento en volumen
900°F
1200°F
1500°F
5.56
16.58
28.55
12.43
15.91
13.73
33.50
30.49
34.12
44.77
31.78
20.59
0.45
2.18
2.24
3.03
3.06
0.77
99.74
100.0
100.00
H2
CH4
CO
CO2
C2H4
C2H6
Balance
*
De la Ref. 5
NOTA:
0.555 (°F – 32) = °C
1700°F
32.48
10.45
35.25
18.31
2.43
1.07
99.99
TABLA 9.13
Análisis aproximado del material carbonizado pirolítico*
Características
Por ciento en volumen
900°F
1200°F
1500°F
1700°F
Antracita de
Pensilvania!
Material volátil
21.81
15.05
8.13
8.30
7.66
Carbón fijo
70.48
70.67
79.05
77.23
82.02
Ceniza
7.71
14.28
12.82
14.47
10.32
Btu/lb
12.120
12.280
11.540
11.400
13.880
*
De la Ref. 5
!
Valores típicos
Nota: 0.555 (°F –32) = 0°C
Btu/lb x 2.326 = KJ/kg
Incineración- Pirólisis
Un desarrollo reciente en la conversión química de desechos sólidos es la combinación
incineración- pirólisis, proceso desarrollado por Union Carbide (20). El sistema completo
desarrollado alrededor de este proceso se conoce como sistema Purox.
Descripción del Proceso. La referencia a la Figura 9.8 hace posible una mejor descripción
del proceso. La alimentación de los desechos sólidos se hace a través de una compuerta de
carga ubicada en la parte superior del reactor. En la base de la hornilla se inyecta oxígeno
puro en la zona de combustión donde reacciona con el material carbonizado de la zona de
pirólisis. La temperatura generada en el horno es suficientemente alta para fundir vidrio
metal y otros materiales en un residuo fundido. El material fundido fluye continuamente
desde el horno a un tanque de enfriamiento con agua donde forma un material granular
duro.
Los gases calientes formados por la reacción del oxígeno y el carbón del material
carbonizado ascienden a través de los desechos en descenso. En la parte media de la
hornilla vertical, los materiales orgánicos son descompuestos por el calor en una atmósfera
esencialmente reductora para producir una mezcla de productos gaseosos. A medida que los
productos gaseosos ascienden, secan los desechos sólidos que entran por la parte superior
de la hornilla.
Figura 9.8
Sección a través de un reactor de incineración- pirólisis (Union Carbide
Corporation).
A medida que la mezcla de gas deja la hornilla toma vapor de agua, la niebla de aceite
formada por la condensación de orgánicos hirviendo, y pequeñas cantidades de ceniza. Se
usa un sistema de limpieza de gas para remover la neblina de aceite y los sólidos en la
ceniza. El gas obtenido, después de la limpieza, se pasa por un condensador. El gas seco
resultante es comparable al gas natural en sus características de combustión (6.20).
Productos de la Conversión. En la Tabla 9.14 se reportan los productos gaseosos de la
conversión recuperados de este proceso. Como se muestra, la mezcla gaseosa está
compuesta principalmente de CO, CO2 y H2. Se espera que esta composición varíe con las
características de los desechos sólidos. En términos de eficiencia de la conversión, se
estima que al rededor del 75 por ciento de la energía contenida en los desechos sólidos es
recuperable cuando se usa el reactor de incineración pirólisis que se muestra en la Fig. 9.8.
TABLA 9.14
Composición de los Productos Gaseosos del Proceso Purox*
Componente
Porcentaje en volumen¡
CH4
5
CO
40
CO2
23
H2
26
Orgánicos superiores
1
Nitrógeno
1
Valor calórico, Btu/lb
345-370
*
De la Ref. 6
¡
En base seca
NOTA:
Btu/p3 x 37.259 = KJ/m3
Donde existe un mercado, puede ser más provechoso mejorar el gas obtenido de este
proceso, bajo en Btu, y llevarlo a la calidad de gas natural (960 a 980 Btu/pie3) en lugar de
usarlo directamente en la producción de energía eléctrica. Esto se realizaría normalmente,
mediante un proceso de metanización (vea la figura 9.9). Como se muestra en el diagrama
de flujo simplificado de la Figura 9.9, el proceso completo consistiría en las siguientes
cuatro etapas u operaciones básicas: 1) compresión del gas de alimentación y conversión
por sustitución, 2) remoción de ácido del gas, 3) metanización, y 4) recuperación de azufre.
Fig. 9.9. Diagrama de flujo simplificado para la conversión de gas de bajo Btu del
proceso Purox a la calídad de gas natural (The Lummus Company).
En la primera etapa, el gas pobre en Btu es comprimido de 2 a 300 lb/pg2. La conversión
de monóxido de carbón (CO) a dióxido de carbón (CO2) se rea liza en un reactor catalítico
de lecho fijo.
Conversión de CO a CO2.
CO + H2O
CO2 + H2
Esta reacción es necesaria para obtener las relaciones apropiadas de monóxido de carbonohidrógeno para la mecanización. En la segunda etapa, la mayor parte del dióxido de
carbono (CO2) y ácido sulfhídrico (H2S) son removidos del gas efluente frío mediante
separación. En la tercer etapa, el gas separado es alimentado a una serie de tres reactores de
metanización donde el gas hidrógeno reacciona con el dióxido de carbono para formar
metano.
Conversión de gas separado a metano:
catalizador
CO + 3H
CH4 + HO
catalizador
CO2 + 4H2
CH4 + 2H2O
En la cuarta etapa, se recupera azufre elemental de la fuente de gas condensado, usando el
proceso Stretford.
Otros procesos de Conversión Química
Además de los diferentes procesos de incineración y pirolíticos en investigación y/o
construcción, una variedad de procesos están siendo evaluados en forma pública y privada.
Por ejemplo, la conversión hidrolítica de celulosa a glucosa, seguida por la fermentación de
glucosa a alcohol etílico, ha sido demostrada a escala piloto (8). No se puede manifestar
nada definitivo sobre estos procesos hasta que sean disponibles suficientes datos bien
documentados.
9.3.
RECUPERACIÓN DE PRODUCTOS DE CONVERSIÓN BIOLÓGICA
Los productos de la conversión biológica que se pueden obtener de desechos sólidos
incluyen: abono, metano, varias proteínas y alcoholes y una variedad de otros compuestos
orgánicos intermedios. En la Tabla 9.15 se reportan los principales procesos que han sido
usados. Los dos procesos más desarrollados, fermentación controlada y digestión
anaerobia, se describen en detalle en esta sección después de la discusión de las bases de
los procesos.
TABLA 9.15
Procesos Biológicos para la Conversión de Desechos Sólidos
Proceso
Producto de la conversión
Proceso necesario
Fermentación controlada
Material parecido al humus
Fragmentación, separación con
aire
Digestión anaerobia
Gas metano
Fragmentación, separación con
aire
Fragmentación, separación con
aire
Fragmentación, separación con
aire
Conversión biológica a proteína Proteína, alcohol
Fermentación biológica
*
Glucosa, furfural
Para mayores detalles ver la Ref. 8
Comentario
La principal limitación es la
falta de mercado; probado,
técnicamente en aplicaciones a
escala completa.
Tecnología a escala de
laboratorio únicamente.
Tecnología a escala de
laboratorio únicamente.
Usado junto con el proceso
hidrolítico.
Algunas Bases de Procesos Biológicos
Para ayudar al lector a comprender los procesos de conversión biológica que van a ser
discutidos más adelante en esta sección, se presentan algunas bases de sistemas microbiales
y su relación a procesos de conversión de desechos sólidos. Los tópicos incluyen: 1) tipos
de organismos, 2) procesos asimilatorios y desasimilatorios, 3) metabolismo aerobio y
anaerobio, 4) necesidades de nutrientes, y 5) exigencias ambientales.
Tipos de Microorganismos. La clase general de microorganismos que son de interés en
relación a la conversión de desechos sólidos ya sea a masa celular o algún sub- producto del
metabolismo celular se llaman protistas. Los microorganismos en esta clasificación pueden
ser unicelulares o multicelulares, pero no tienen diferenciación celular.
Específicamente, los protistas de mayor interés en la conversión de desechos sólidos son:
bacterias, hongos, mohos y actinomicetas. Protozoos y algas son otros protistas, pero no
tienen importancia primaria.
Típicamente las bacterias son células individuales- cocoide, barras o espirales. Las formas
cocoides varían desde 0,5 hasta 4 µm en diámetro; las barras desde 0,5 hasta 20 µm de
longitud y 0,5 a 4 µm de ancho; las espirales pueden ser mayores de 10 µm de largo y
alrededor de 0,5 µm de ancho (1,2l. Las bacterias son de naturaleza ubicua y se encuentran
en ambientes: aerobio (en presencia de oxígeno) y anaerobio (en ausencia de oxígeno).
Debido a la gran variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos que pueden ser utilizados
por las bacterias para sostener el crecimiento, las bacterias son usadas extensivamente en
una variedad de operaciones industriales para acumular productos intermedios o finales del
metabolismo. Pruebas sobre un número de especies diferentes de bacterias indican que ellas
son: 80 por ciento agua y 20 por ciento material seco, del cual 90 por ciento es orgánico y
10 por ciento inorgánico. Una fórmula empírica aproximada de la fracción orgánica es
C5H7NO2 (13). En base a esta fórmula, alrededor del 53 por ciento en peso de la fracción
orgánica es carbono. Los compuestos que constituyen la porción inorgánica incluyen: P2O5
(50 por ciento), CaO (9 por ciento), Na2O (11 por ciento) , MgO (8 por ciento) , K2O (6 por
ciento), y Fe2O3 (1 por ciento). Puesto que todos estos elementos y compuestos deben ser
obtenidos de] ambiente, una escasez de estas sustancias limitaría y en algunos casos
alteraría el crecimiento bacterial (13).
Se considera que los hongos son protistas multicelulares, no fotosintéticos, heterotrofos. La
mayoría de los hongos tienen la capacidad de crecer en condiciones de poca humedad que
no favorecen el crecimiento de bacterias. Además, los hongos pueden tolerar valores bajos
de pH. El valor óptimo del pH para la mayoría de las especies fungales parece ser de
alrededor de 5,6, pero el rango viable es desde 2 hasta 9. El metabolismo de estos
organismos es esencialmente aerobio, y crecen en filamentos largos compuestos de
agrupaciones de células llamadas "hiphae", variando en ancho de 4 a 20 µm. Debido a su
capacidad para degradar una amplia variedad de compuestos orgánicos en un amplio rango
de condiciones ambientales, los hongos han sido usados extensivamente en la industria para
la producción de compuestos valiosos, tales como ácidos orgánicos (por ejemplo, cítrico y
glucónico), varios antibióticos (por ejemplo, penicilina, griseofulvina), y enzimas (por
ejemplo, celulasa, proteasa, amilasa).
Las levaduras son hongos que no forman filamento (micelio) y además son unicelulares.
Algunos hongos forman células elípticas de 8 a 15 µm por 3 a5 µm, mientras otras son
esféricas, variando en tamaño de 8 a 12 µm de diámetro. En términos de operaciones de
procesado industrial, las levaduras se pueden clasificar como "silvestres" y "cultivadas".
En general, las levaduras silvestres son de poco valor, pero las cultivadas se usan
extensivamente para fermentar azúcares a alcohol y dióxido de carbono.
Las actinomicetas son un grupo de organismos con propiedades intermedias entre bacterias
y hongos. Con respecto a la forma, son semejantes a los hongos, excepto que el ancho de la
célula es de sólo 0,5 a 1,4 µm. Este grupo de microorganismos se usa extensivamente en la
industria para la producción de antibióticos. Las actinomicetas se agrupan a menudo con los
hongos para propósitos de discusión debido a que sus características de crecimiento son
parecidas. (2).
Procesos Desasimilatorios y Asimilatorios. Los microorganismos, deben tener una fuente
de energía y carbón para síntesis de nuevo material celular para continuar creciendo y
funcionando apropiadamente, también, para la síntesis celular son vitales los elementos
inorgánicos o nutrientes como nitrógeno y fósforo, y trazas de otros elementos como:
azufre, potasio, calcio y magnesio. El dióxido de carbono y la materia orgánica son las dos
fuentes más comunes de carbón celular para los microorganismos. Si un organismo deriva
carbono celular de dióxido de carbono se lo llama autotrófico; y si usa carbono orgánico se
lo llama heterotrófico.
En la síntesis de nuevo material celular también se necesita energía. Para los organismos
autotróficos la energía puede ser suministrada por el sol, como en la fotosíntesis, o por una
reacción de óxido- reducción. Si la energía es suministrada por el sol , el organismo se
llama autotrófico fotosintético. Si la energía es suministrada por una reacción de óxidoreducción, se lo llama autotrófico quimiosintético. Para los organismos heterotróficos, la
energía necesaria para la síntesis celular es suministrada por la oxidación de materia
orgánica.
En este contexto, se pueden considerar como procesos desasimilatorios a aquellos procesos
asociados con la producción y/o captura de energía, mientras que los procesos asimilatorios
son aquellos asociados con la producción de tejido celular. En base a estas amplias
clasificaciones, la mayoría de las fermentaciones industriales (aerobias y anaerobias) son
desasimilatorias, en las que compuestos complejos (generalmente orgánicos) son
degradados a compuestos más simples o moléculas con una liberación simultánea de
energía. Los procesos biológicos asimilatorios generalmente se usan en la formación de
moléculas orgánicos complejas que no se pueden sintetizar económicamente mediante
técnicas convencionales de química orgánica. La mayoría de los antibióticos caen en esta
categoría.
La razón para hacer una distinción entre procesos desasimilatorios y asimilatorios que
siempre ocurren simultáneamente, es que las condiciones óptimas para cada proceso
pueden ser completamente diferentes: con frecuencia, tales consideraciones afectan el
diagrama de flujo de los procesos y el diseño de las instalaciones de procesado.
Metabolismo Aerobio y Anaerobio. Se llaman aerobios obligados a los microorganismos
que no pueden crecer o sobrevivir en ausencia de oxígeno. En forma semejante, son
anaerobios obligados aquellos organismos que no pueden sobrevivir o son inhibidos en
presencia de oxígeno. Los organismos capaces de crecer en presencia o ausencia de
oxígeno son llamados anaerobios facultativos. Muchos organismos facultativos poseen
sistemas metabólicos aerobio y anaerobio y pueden cambiar de un sistema a otro en
respuesta a la presencia de oxígeno. Otros organismos facultativos tienen solamente un
sistema metabólico anaerobio pero son insensibles a la presencia de oxígeno. Más adelante
en este capítulo, en las discusiones sobre fermentación controlada y digestión anaerobia, se
consideran en más detalle los procesos aerobio y anaerobio.
Exigencias Nutricionales. Los microorganismos deben tener todos los nutrientes necesarios
para sintetizar y mantener su tejido celular y así crecer y funcionar propiamente. Esto,
normalmente, incluye una fuente de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, sales
inorgánicas, fósforo, azufre y trazas de micronutrientes surtidos (24). Se debe hacer una
evaluación detallada para cada aplicación debido a que las exigencias varían con el
microorganismo en consideración.
Exigencias Ambientales. Las exigencias ambientales más importantes incluyen:
temperatura, contenido de humedad, pH y ausencia de toxicidad. El rango de temperatura
en el cual se ha encontrado que los microorganismos sobreviven varía desde -5 hasta 80°C.
El límite inferior está fijado por el punto de congelación del agua, el cual desciende por el
contenido de sales de la célula (2). El limite superior es establecido generalmente por las
características de los constituyentes que integran el tejido celular. Por ejemplo, la mayoría
de las proteínas y ácidos nucleicos son destruidos en el rango de temperatura de 50 a 90°C.
Para la mayoría de los organismos usados en la conversión de desechos sólidos, el rango de
temperatura para el crecimiento óptimo es mucho menor. Los microorganismos que crecen
mejor en rango de temperatura de 20 a 40°C son llamados mesofílicos y constituyen el
grupo más grande que se encuentra en la naturaleza. Aquellos que crecen mejor en un rango
de temperatura por debajo de 20°C son llamados psicrofílicos , y aquellos que crecen mejor
por encima de 45°C son llamados termofílicos. Estas distinciones no son muy rígidas, y han
sido identificados muchos microorganismos que se pueden adaptar a todos estos rangos de
temperaturas.
Debido a que el agua es esencial para el crecimiento de los microorganismos, se debe
conocer el contenido de humedad de los desechos a ser convertidos, especialmente si se va
a usar un proceso seco, como la fermentación controlada. En muchas operaciones de
fermentación controlada, ha sido necesario agregar agua para obtener actividad bacterial
óptima.
Las concentraciones de ion hidrógeno expresadas como pH o como tal, no es un factor
importante en el crecimiento de microorganismos dentro del rango de 6 a 9, el cual
representa una diferencia de mil veces en la concentración del ion hidrógeno. Sin embargo,
cuando el pH va por encima o debajo de este rango, parece que las moléculas sin disociar,
de ácidos o bases débiles, pueden entrar a la célula más fácilmente que los iones de
hidrógeno e hidróxilo, y, al alterar el pH interno, dañan la célula.
Fermentación Controlada
En el Capitulo 4 se observó, Tabla 4.2, que la mayor parte de los desechos sólidos
municipales es orgánica en composición. A excepción del plástico, caucho y los
componentes de cuero, la fracción orgánica de los desechos sólidos municipales se puede
clasificar como sigue (17):
1. Constituyentes solubles en agua, un grupo que incluye azúcares, almidones,
aminoácidos, y varios ácidos orgánicos.
2. Hemicelulosa, un producto de la condensación de azúcares de cinco a seis carbones.
3. Celulosa, un producto de la condensación de azúcares de seis carbones, glucosa.
4. Grasas, aceites y ceras, los cuales son ésteres de alcoholes y ácidos grasos
superiores.
5. Lignina, un material cuya naturaleza química exacta todavía no es conocida
(Presente en algunos productos de papel como el periódico y el cartón.
6. Lignocelulosa, una combinación de lignina y celulosa.
7. Proteínas, están compuestas por cadenas de amino ácidos.
Si estos materiales orgánicos son separados de los desechos sólidos municipales y se
someten a la descomposición bacterial, el producto final remanente después de la actividad
bacterial desasimilatoria y asimilatoria es llamado humus. El proceso completo que
involucra la separación y conversión bacterial de los desechos sólidos orgánicos se conoce
como fermentación controlada.
La descomposición de los desechos sólidos orgánicos se puede llevar a cabo aerobia o
anaerobiamente, dependiendo de la disponibilidad de oxígeno. Debido a que el proceso
anaerobio es extremadamente lento y puede ser difícil controlar los olores ofensivos
asociados con este proceso, la mayoría de las operaciones de fermentación controlada son
aerobias.
En general, las características físicas y químicas del humus varían de acuerdo con la
naturaleza del material inicial, las condiciones bajo las cuales se llevó a cabo la operación
de fermentación y el grado de descomposición. Algunas de las propiedades del humus
resultante que lo distinguen de otros materiales naturales son (17):
1.
2.
3.
4.
Un color marrón oscuro a negro
Una relación carbón-nitrógeno baja
Un cambio continuo de naturaleza debido a la actividad de los
microrganismos
Una capacidad alta para intercambio de bases y absorción de agua.
Descripción del Proceso. La mayoría de las operaciones de fermentación controlada
constan de tres etapas básicas. 1) preparación de los desechos sólidos, 2) descomposición
de los desechos sólidos, y 3) preparación del producto y mercadeo. La recepción,
clasificación, separación, reducción de tamaño, y adición de humedad y nutrientes forman
parte de la etapa de preparación. Se han desarrollado varias técnicas para realizar la etapa
de descomposición. En la fermentación controlada por hileras, los desechos sólidos
preparados se colocan en hileras al aire libre, las cuales se voltean una a dos veces por
semana durante un periodo de fermentación de unas 5 semanas, el material generalmente se
cura por 2 a 4 semanas más para asegurar la estabilización. Como alternativa a la
fermentación en hileras, se han desarrollado varios sistemas mecánicos. Controlando
cuidadosamente la operación mediante un sistema mecánico, es posible producir humus en
5 a 7 días. Con frecuencia el material fermentado se remueve y cura en hileras a campo
abierto durante un período adicional de unas 3 semanas. Una vez que los desechos sólidos
se han convertido en humus, están listos para la tercera etapa de preparación del producto y
el mercadeo. Esta etapa puede incluir molido a material fino, mezcla con varios aditivos,
granulación, empaque, almacenamiento, embarque, y en algunos casos, distribución directa.
Debido a que la descripción detallada de las varias maneras en las que se pueden realizar
estas tres etapas está fuera del alcance de este texto, se recomiendan las Ref. 4, 5 y 7.
Microbiología del Proceso. Aunque son extremadamente diversos, los principales
microorganismos involucrados en la descomposición aerobia de los desechos sólidos se
pueden identificar como: bacterias, hongos, levaduras y actinomicetas. Mientras se
encuentra que miembros de cada uno de estos grupos son capaces de descomponer todas las
materias primas en los desechos sólidos, como grupo prefieren diferentes compuestos.
Normalmente, las bacterias prefieren azúcares solubles simples, mientras los hongos,
levaduras y actinomicetas son particularmente efectivas en la descomposición de celulosas
y hemicelulosas.
Aparte de las exigencias metabólicas, la predominancia de microorganismos varía durante
el curso del proceso de fermentación. Uno de los mayores factores que contribuyen a que
esto ocurra es el calor liberado como resultado de las actividades desasimilatorias y
asimilatorias de los microorganismos en la conversión de los desechos sólidos a humus
estabilizado. Inicialmente, el material que está siendo fermentado se calienta como
resultado de la liberación de energía que acompaña a la degradación de los desechos
orgánicos fácilmente convertibles y los azúcares; cuando la temperatura sube por encima de
45 a 50°C, empiezan a predominar organismos termofílicos; estos organismos
predominarán a alrededor de los 55°C, que ha sido observada como la temperatura óptima
para estos organismos. En este rango de temperatura son comunes ciertos tipos de bacterias
y actinomicetas. En condiciones normales, la estabilización es más rápida en el rango
termofílico que en rango mesofilico.
La cantidad de oxígeno necesario para la estabilización aerobia de desechos sólidos
municipales se puede estimar usando la siguiente ecuación (17):
CaHbOcNd + 0,5 (ny + r - c) O2 → nCwHxOyNz + rH2O + (d - nx)NH3 + sCO2
donde r = 0,5 b - nx - 3 (d - nx)
(9.5)
s = a - nw
Los términos CaHbOcNd y CwHxOyNz representan la composición molar empírica de la
materia orgánica presente al principio y al final del proceso. Si se realiza la conversión
completa la expresión correspondiente es:
 b - 3d 
 4a + b - 2c - 3d 
Ca H b O c N d + 
 H 2 O + dNH 3
 O 2 → aCO 2 + 
4
 2 


(9.6)
Si el amoniaco, NH3 va a ser oxidado a nitrato NO3, la cantidad de oxígeno necesaria para
realizar esto se puede calcular de las siguiente dos ecuaciones:
NH3 + 3/2 O2 → HNO2 + H2O
(9 -7)
HNO2 + 1/2 O2 → HNO3
(9 -8)
NH3 + 2O2 → H2O + HNO3 (reacción total)
(9.9)
En el ejemplo 9.4 se ilustra el cálculo de la cantidad de oxígeno necesario para la
estabilización de desechos sólidos preparados.
EJEMPLO 9. 4. Necesidades de Oxígeno para la Fermentación
Determine la cantidad de oxígeno necesario para la fermentación de 1,000 lb de desechos
sólidos. Suponga que la composición inicial del material a ser fermentado está dada por
C6H7O2 (OH)35, que la composición final se estima que es C6H7O2(OH)32, y que
después del proceso quedan 400 lb de material.
Solución
1.
Determine los moles de material presente inicialmente y al final del proceso.
Moles inicialmente presentes:
1,000 lb
= 1.23
(30 x 12) + (50 x 1) + (25 x 16)
Moles presentes al final:
400 lb
= 1.23
(12 x 12) + (20 x 1) + (10 x 16)
2.
Determine los moles de material que dejaron el proceso por mol de material
que entra al proceso.
n=
1.23
= 1.0
1.23
3.
Determine los valores de a, b, c, d, w, x, y, y z, y entonces determine el valor
de r y s de la Ec. 9.5.
Para el compuesto inicial (C30H50O25):
a = 30
b = 50
c = 25
d=0
Para el compuesto final (C12H2O10):
w = 12
x = 20
y = 10
z=0
El valor de r es:
r = 0,5 b - nx - 3(d - nz)
r = 0,5 50 - 1.0(20) = 15,0
El valor de s es:
s = a - nw
4.
s = 30 - 1,0(12) = 18
Determine la cantidad de oxigeno necesario
lb O2 = 0,5(ny + 2s + r - c)O2
= 0,51 1,0(10) + 2(18) + 15 - 251.23(32)
= 708 lb (321 kg)
5.
Comprobación de los cálculos con un balance de materiales.
Aportes al proceso
Material orgánico
Oxígeno
Entregas del proceso
Material orgánico
Dióxido de carbón 1.23(18)44
Agua 1.23 (15) 18
lb
kg
1,000
708
1,708
454
321
775
400
974
332
1,706
181
442
151
774
Consideraciones de Diseño. En la Tabla 9.16 se presentan las principales consideraciones
de diseño asociadas con la descomposición biológica de desechos sólidos preparados. De
esta tabla se puede concluir que la preparación de un proceso de fermentación no es una
tarea simple, especialmente si se obtienen resultados óptimos. Por esta razón, la mayoría de
las operaciones comerciales que se han desarrollado son altamente mecanizadas y se llevan
a cabo en instalaciones especialmente diseñadas donde se pueden controlar eficazmente los
factores de diseño reportados en la Tabla 9.16. Al final de este capítulo se discuten algunas
de las operaciones comerciales de fermentación de tasa alta que han sido desarrolladas.
También se deben considerar las necesidades de área de terreno, aunque no aparecen en la
Tabla 9.16. Por ejemplo, en fermentación en hilera para una planta con una capacidad de
50 ton/día, serán necesarios alrededor de 2,5 acres. De este terreno, 1,5 acres serán
dedicados a construcciones, equipo de la planta, y vías. Se estima que por cada 50 toneladas
adicionales, se necesitarán 1,0 acre para la operación de fermentación y 0,25 acres para
construcciones y vías (7). El terreno necesario para sistemas altamente mecanizados varía
con el proceso; un estimativa de 1,5 a 2,0 acres para una planta de 50 ton/día es razonable;
para plantas más grandes las necesidades de área unitaria serán menores.
Preocupaciones Ambientales. Algunas preocupaciones ambientales importantes se
relacionan con la producción de olores, el arrastre de materiales sueltos por el viento, y la
posibilidad de llevar al suelo toxicidad de metales pesados. La producción de olores se
puede convertir en un problema, a menos que se ejerza un control apropiado, especialmente
en la fermentación por hileras el olor no ha sido un problema en procesos muy bien
controlados. En la fermentación por hileras, también es un problema el arrastre de papeles y
materiales plásticos.
Una preocupación que puede afectar a todas las operaciones de fermentación,
especialmente a aquellas que usan fragmentadores mecánicos, contempla la posible
toxicidad por metales pesados. Cuando se fragmentan metales presentes en desechos
sólidos, se generan partículas de polvo de metal por la acción del fragmentador; a su vez,
estas partículas se pueden adherir a materiales de la fracción liviana. Finalmente, después
de la fermentación, estos metales serían aplicados al suelo; mientras muchos de ellos no
tienen efectos adversos, metales como el cadmio (debido a su toxicidad) son un problema
real. Es necesario hacer más trabajo experimental para cuantificar el impacto de las
operaciones de procesado mecánico sobre la composición del humus de la fermentación.
Digestión Anaerobia
La conversión del material orgánico de los desechos sólidos a gases que contienen metano
se puede realizar de varias maneras, incluyendo hidrogasificación, pirólisis y digestión
anaerobia. La hidrogasificación se asocia generalmente con la conversión de materia prima
petroquímica; aunque el proceso se ha ensayado con desechos sólidos, no está bien definido
y no se considera en este libro. Previamente se ha considerado la producción de metano a
partir de desechos sólidos por pirólisis (vea la Sec. 9.2). En la siguiente discusión se
describe la producción de metano de desechos sólidos mediante digestión anaerobia, o
fermentación anaerobia como se la llama con frecuencia.
TABLA 9.16
Consideraciones importantes de diseño para el proceso de fermentación aerobia *
Artículo
Tamaño de las partículas
Comentario
Los desechos sólidos se deben moler finamente (1 a 3 pg) para obtener
resultados óptimos.
Inoculación y mezcla
La inoculación con desechos sólidos parcialmente descompuestos, alrededor de
1 a 5 por ciento en peso, puede reducir el tiempo de fermentación. También se
puede agregar lodo de aguas servidas para preparar desechos sólidos, cuando
se agrega lodo la variable decisiva es el contenido de humedad.
Mezcla/rotación
El material en fermentación se debe mezclar o voltear a intervalos previstos o
cuando sea necesario, para evitar el secado, aterronamiento o canalización del
aire. La frecuencia de la mezcla o volteo dependerá del tipo de operación de la
fermentación.
Necesidad de aire
Para obtener resultados óptimos, especialmente en sistemas mecánicos, debe
llegar a todas partes del material en fermentación, aire con una concentración
remanente mínima del 50 por ciento del oxígeno inicial.
Oxígeno necesario total
La cantidad teórica de oxígeno necesario se puede estimar usando la Ec. 9.5.
La cantidad real de aire a suministrar variará dependiendo de la operación.
Tasa máxima de consumo de La tasa se puede estimar usando la relación WO2 = 0,07 x 100.31T donde WO2
oxígeno
es igual a la tasa de consumo de oxígeno en mg O2/h.g de material volátil y T
es igual a la temperatura en °C.
Contenido de humedad
Durante el proceso de fermentación el contenido de humedad debe estar entre
50 y 60 por ciento. El valor óptimo parece estar alrededor del 55 por ciento.
Temperatura
La temperatura óptima para estabilización biológica está entre 45 y 55°C. Se
ha encontrado que, para obtener mejores resultados, durante los primeros días
la temperatura se debe mantener entre 50 y 55°C y a 60°C para el resto del
período activo de fermentación. La actividad biológica se puede reducir
apreciablemente si la temperatura sube de 66°C.
Emisión de calor
El calor liberado durante el proceso de fermentación es igual a la diferencia en
el contenido de energía del material al principio y al final del proceso de
fermentación.
Relación carbono- nitrógeno Se ha encontrado que relaciones iniciales carbón- nitrógeno (en peso) entre 35
y 50 son óptimas para la fermentación aerobia. A relaciones menores el exceso
de nitrógeno saldrá como amoniaco; y también se impide la actividad
biológica. A relaciones más altas el nitrógeno puede ser un nutriente limitante.
Para la mayoría de los desechos municipales la relación carbono- nitrógeno
después de la fermentación generalmente está entre el 10 y el 20 por ciento.
pH
Para minimizar la pérdida de nitrógeno en forma de gas amoniaco, se debe
evitar que el pH suba por encima de 8,5.
Grado de descomposición
El grado de descomposición se puede estimar midiendo la reducción de
materia orgánica presente usando la prueba de la DQO (demanda química de
oxígeno).
Cociente respiratorio, CR
O incluyendo CO
CR =
Control de patógenos
*
e
2
Consumo de O 2
CR se puede usar como una medida del grado de descomposición, cuando CR
= 1, el suministro total de oxígeno ha sido usado para oxidación de carbono.
Cuando CR > 1, se está formando más CO2 del que se está suministrando, lo
cual indica descomposición anaerobia. Cuando CR < 1, sólo una parte del
oxígeno se está usando para oxidar carbono. Valores bajos de CR son
características de procesos aerobios.
Durante la fermentación es posible matar todos los patógenos, malezas, y
semillas si el proceso es propiamente dirigido. Para hacer esto, la temperatura
se debe mantener entre 60 y 70°C durante 24 h.
Derivado en parte de las Referencias 4, 5, 7, 9 y 17.
Descripción del Proceso. En la mayoría de los procesos donde se va a producir metano de
desechos sólidos mediante digestión anaerobia, hay tres pasos básicos involucrados. El
primer paso comprende la preparación de la fracción orgánica de los desechos sólidos para
digestión anaerobia y generalmente incluye: recepción, clasificación, separación y
reducción de tamaño. El segundo paso comprende la adición de humedad y nutrientes,
mezcla, ajuste de pH a alrededor de 6.7, calentamiento del cieno a unos 55 a 60°C, y
digestión anaerobia en un reactor de flujo continuo, en el cual el contenido es mezclado
completamente durante un período de tiempo que varía entre 5 y 10 días. En la mayoría de
las operaciones, el contenido de humedad y los nutrientes se agregan a los desechos sólidos
procesados en forma de lodo de aguas servidas. Dependiendo de las características
químicas del lodo, puede ser necesario agregar nutrientes adicionales. La mezcla adecuada
es de importancia fundamental en el diseño y operación de los sistemas de digestión
anaerobia, debido a la formación de espuma y de una costra en la superficie que han
ocasionado problemas en la digestión de desechos sólidos. El tercer paso comprende la
captura, almacenamiento y la separación necesaria de los componentes del gas producido
durante el proceso de digestión. La disposición del lodo digerido es una tarea adicional a
ser realizada.
Microbiología del Proceso. La estabilización anaerobia o conversión de compuestos
orgánicos, ejecutada en ausencia de oxigeno, se piensa que ocurre en tres etapas: la primera
incluye la transformación, mediante enzimas,(licuefacción) de compuestos de mayor peso
molecular a compuestos adecuados para que sean usados como fuente de energía y carbono
celular; la segunda está asociada con la conversión bacterial de los compuestos que resultan
de la primera etapa en productos intermedios identificables de bajo peso molecular; y la
tercera etapa comprende la conversión bacterial de los compuestos intermedios en
productos finales más simples, tales como dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4).
Debido a que los organismos específicos que participan en la fermentación anaerobia de
desechos sólidos no están bien definidos, es común ver los términos formadores de ácidos y
formadores de metano cuando se hace referencia a los organismos responsables de la
conversión de los compuestos orgánicos licuados en ácidos más simples e intermedios
relacionados y, a dióxido de carbono y metano.
La conversión total se puede representar por la siguiente ecuación (17):
CaHbOcNd → nCwHxNz + mCH4 + sCO2 + rH2O + (d - nz) NH3
(9.10)
donde s = a - nw - m
r = c - ny - 2s
Los términos CaHbOcNd y CwHxOyNz se usan para representar, en base molar, la
composición del material presente al principio y final del proceso. Si se supone que los
desechos orgánicos se estabilizan completamente, la expresión correspondiente es:
 4a + b - 2c - 3d 
 4a - b - 2c + 3d 
Ca H b O c N d = 
 CH 4
 H 2O → 
8
4




 4a − b + 2c + 3d 
+
 CO 2 + dNH 3
8


(9.11)
Se ha encontrado que en operaciones donde se han mezclado desechos sólidos con lodos de
aguas servidas el gas recogido de los digestores contiene entre el 50 y 60 por ciento de
metano. También se ha encontrado que se producen alrededor de 10 pie3 de gas por libra de
sólidos volátiles destruidos (0,62 m3/kg), o alrededor de 7 pie3 de gas por libra de material
agregado al digestor (0,454 m3/kg) (10).
Consideraciones de Diseño. Aunque el proceso de digestión anaerobia de desechos sólidos
todavía está en desarrollo, en la Tabla 9.17 se reportan algunas de las principales
consideraciones de diseño. Debido a la variabilidad de los resultados reportados en la
literatura se recomienda realizar estudios en plantas piloto si se va a usar el proceso de
digestión para la conversión de desechos sólidos.
TABLA 9.17
Consideraciones importantes de diseño para la digestión anaerobia *
Artículo
Tamaño del material fragmentado
Equipo de mezcla
Porcentaje de desechos sólidos mezclados con lodo
Tiempo medio de residencia hidráulica y de las
células, θh = θc.
Carga
Temperatura
Destrucción de desechos sólidos
Sólidos totales destruidos
Producción de gas
*
Comentario
Los desechos a ser digeridos se deben fragmentar a un
tamaño que no interfiera con el funcionamiento
eficiente de la operación de bombeo y mezcla.
Se recomienda la mezcla mecánica para obtener
resultados óptimos y evitar la formación de espuma.
60 por ciento parece un compromiso razonable,
aunque se han usado cantidades variables de desecho
desde 50 hasta más del 90 por ciento.
En tiempo de lavado está entre 3 y 14 días. Use 7 a 10
días para el diseño o base el diseño en resultados de
estudios piloto.
0,04 a 0.10 lb/pie3. No bien definida ahora. Se han
reportado cargas significativamente más altas.
Entre 55 y 60°C.
Varía desde alrededor del 60 hasta el 80 por ciento;
para propósitos de estimaciones se puede usar el 70
por ciento.
Varían desde el 40 hasta el 60 por ciento,
dependiendo de la cantidad de material inerte
originalmente presente.
8 a 12 pie3/lb de sólidos volátiles destruidos (CH4 =
60 por ciento, CO2 = 40 por ciento).
Adaptado en parte de la Ref. 10
Las tasas reales de remoción de sólidos volátiles pueden ser menores dependiendo
de la cantidad de material desviado a la capa de espuma.
NOTA: lb/pie3.día x 16.019 = kg/m3.día
pie3/lb x 0,062 = m3/kg.
!
Otros Procesos Biológicos
Otros procesos biológicos que han atraído la atención incluyen la conversión de desechos
sólidos a proteína y/o glucosa y la recuperación de gases de rellenos existentes y
recientemente diseñados. En el Capítulo 10 se considera en mayor detalle el último
proceso.
En la consideración de los procesos de conversión químicos y biológicos sería útil tener en
mente que si todos los desechos sólidos de las 11 ciudades más grandes de los Estados
Unidos fueran convertidos a gas metano, se producirían alrededor de 700 billones de pie3
(en base a cifras de 1971) (6) Esto representa alrededor del 3 por ciento del consumo de
22.8 trillones de pie3 de gas natural de los Estados Unidos en 1971.
9.4.
RECUPERACIÓN DE ENERGÍA DE PRODUCTOS DE CONVERSIÓN
Una vez se han obtenido productos de conversión de los desechos sólidos mediante uno o
más de los métodos químicos y biológicos enumerados en las Tablas 9.5 y 9.14, el siguiente
paso comprende su almacenamiento y/o uso. Si se va a producir energía de estos productos,
entonces es necesario un paso adicional de conversión. El propósito de esta sección es
triple. 1) presentar diagramas de flujo básicos disponibles para realizar esta conversión,
1) presentar datos sobre la eficiencia de los componentes usados en los diferentes procesos
de conversión de los diagramas de flujo, y 3) ilustrar el uso de los datos de eficiencia en el
cálculo de producción de energía.
Sistemas de Recuperación de Energía
Los componentes principales involucrados en la recuperación de energía del calor, vapor,
diferentes gases y aceites, y otros productos de conversión son calderas para la producción
de vapor, turbinas de vapor y gas para fuerza motriz, y generadores eléctricos para la
conversión de fuerza motriz en electricidad. En la Figura 9.10 se muestran diagramas de
flujo típicos para sistemas alternos de recuperación de energía.
Combinación de Turbina de Vapor- Generador. Quizás el diagrama de flujo más común
para la producción de energía eléctrica involucra el uso de una combinación de turbina de
gas- generador, mostrado en la Figura 9.10a. Cuando se van a usar los desechos sólidos
como la fuente básica de combustible, son identificables cuatro modos de operación.
En el primero, se produce vapor de la incineración de desechos sólidos procesados, de
bloques sólidos combustibles, o de desechos sólidos sin procesar. En el segundo, se usa una
caldera para la producción de vapor de la conversión de combustible de bajo Btu producido
de desechos sólidos. En el tercero, se produce vapor en una caldera encendida con gas de
bajo Btu que ha sido metanizado. En el cuarto, se produce vapor en una caldera encendida
con aceite y compuestos relacionados producidos de desechos sólidos. Si se usan
combustibles de bajo Btu y aceites obtenidos de los desechos sólidos, puede ser necesario
proveer una fuente suplementaria de combustible.
(a) Opciones con combinación turbina de vapor- generador
(b) Opciones con combinación de compresor de gas- turbina de gas- generador.
(c) Opción con turbina de gas- compresor generador.
FIGURA 9.10
Fig. 9. 10. Sistemas alternos de recuperación de energía. a) Opciones con combinación
de turbina de vapor- generador. b) Opciones con combinación de compresor de gasturbina de gas- generador. c) Opción con turbina de gas- compresor generador de gas.
(Adaptado en parte de la Ref. 3).
Combinación Turbina de Gas- Generador. En la Figura 9.10b y 9.10c se muestran dos
diagramas de flujo usando una combinación de turbina de gas- generador. En la Figura
9.10b, se comprime gas de bajo Btu a alta presión de manera que se pueda usar más
efectivamente en la turbina de gas. En el tipo de diagrama de flujo mostrado en la Figura
10c, se usan gases del escape a alta presión y temperatura. El compresor es generalmente
impulsado por una rueda de la turbina y se usa para comprimir aire para mantener alguna
otra parte del proceso, tal como un reactor de combustión de lecho fluidizado.
Rendimiento Térmico del Proceso
En la producción de energía es una práctica común considerar la eficiencia total de la
conversión en términos del rendimiento térmico expresado como aparece en la Ecuación
9.12 (15):
Rendimiento térmico(Btu/kWh)=
Calorsuministrado en el combustible (Btu)
Energíagenerada(kWh)
Cuando se usa esta ecuación es útil recordar que el valor teórico para el equivalente
mecánico del calor es igual a 3.413 Btu/kWh.
Así, si la eficiencia total de la planta es el 20 por ciento, el rendimiento térmico sería igual a
17,065 Btu/kWh (3,413 Btu/kWh)/0.2. En la Tabla 9.18 se presentan datos típicos para
plantas de energía. Para propósitos comparativos, los valores para sistemas de recuperación
de energía de desechos sólidos varían desde 15.000 hasta 30.000 Btu/kWh. En el ejemplo
9.5, al final de esta sección, se ilustran los cálculos de eficiencia energética y rendimiento
térmico para un sistema típico de recuperación de energía usando un incinerador y una
combinación turbina de gas- generador.
TABLA 9.18
Rendimientos térmicos típicos de plantas representativas de energía *
Tipo de calor
Rendimiento
Eficiencia
térmico de la
térmica de la
planta Btu/kWh
planta
Todas las plantas estacionarias de vapor, promedio
25.000
0,14
Plantas de vapor de estación central, medio
11.500
0,30
Mejor planta de vapor grande de estación central
8.500
0,40
Planta de vapor industrial pequeña sin condensación
35.000
0,10
Pequeña planta industrial de vapor con condensación
20.000
0,17
Planta de energía a vapor “sub-producto”
4.500-5.000
0,70-0,75
Planta diesel
1.500
0,30
Planta con motor a gas natural
14.000
0,24
Planta de motor a gasolina
16.000
0,21
Planta de motor a gas producido
18.000
0,19
*
De la Ref. 15
NOTA:
Btu/kWh x 1.055 = kJ/kWh
Factores de Eficiencia
Para evaluar la eficiencia de la conversión de los diagramas de flujo propuestos en la Figura
9.10, se deben conocer datos de la eficiencia de los componentes individuales. Datos
representativos para calderas, reactores pirolíticos, turbinas de gas, combinaciones de
turbina de gas- generadores, generadores eléctricos, y de uso relacionado de la planta y
factores de pérdida se dan en la Tabla 9.19 y se discuten en esta sección.
Calderas. Los factores importantes que afectan la eficiencia de calderas usadas en conjunto
con la incineración de desechos sólidos incluyen: el contenido calórico de los desechos
sólidos, el contenido de humedad, la temperatura de salida de los gases, y la configuración
del o los sistemas de intercambio de calor. Aunque todas estas variables tenderán a serlo de
situaciones específicas, se pueden usar los datos presentados en la Figura 9.11 y la Tabla
9.19 como una guía en la estimación de la eficiencia de la caldera. Como se anota en la
Figura 9.11, las curvas dibujadas están basadas en desechos sólidos celulósicos con 50 por
ciento de exceso de aire en el proceso de combustión. Se supone que las eficiencias
reportadas de las calderas incluyen pérdidas por calor latente y radiación, calor sensible, y
carbón sin combustir, para calderas que queman combustibles convencionales, son
comunes eficiencias del orden del 85 por ciento.
Fig. 9.11. Eficiencia estimada de calderas para incineración de desechos sólidos (11).
TABLA 9.19
Eficiencia térmica típica y uso de la planta y factores de pérdida para componentes
individuales y en procesos usados para la recuperación de energía de desechos sólidos
Eficiencia
Componente
Comentario
Rango Típico
Incinerador- caldera
40-68
63
Fuego masivo, vea las Figs. 8.6 y 9.11
Caldera
Combustible sólido
65-72
70
Fuego masivo, vea las Figs. 9.5 y 9.11
Combustible sólido
65-72
70
Desechos sólidos procesados, vea Fig.
9.6
Gas bajo en Btu
60-80
75
Se deben modificar los quemadores
Aceite de encendido
65-85
80
Aceites producidos de desechos sólidos
puede sede ser necesario mezclarlos
para reducir la corrosividad
Reactor de pirólisis
Convencional
65-75
70
Purox
70-80
75
Proceso de metanización
80-90
85
Conversión de gas bajo en Btu a
calidad de gas natural
Turbinas
Combustión de gas
Ciclo simple
8-12
10
Regenerativo
20-26
24
Incluye todos los accesorios necesarios
Expansión de gas
30-50
40
Sistema de turbina de vapor- generador
Menos de 12.5 MW
24-30
29+! Incluye condensador, calentadores y
Más de 25 MW
28-32 31.6+! todos los otros accesorios necesarios,
pero no incluye la caldera
Generador eléctrico
Menos de 10 MW
88-92
90
Más de 10 MW
94-98
96
Uso de la planta y factores de pérdida
Asignación para la estación de servicio
Turbina de vapor- generador
4-8
6
Proceso Purox
18-24
21
Proceso de metanización
18-22
20
Pérdidas de calor no incluidas
2-8
5
*
Valor teórico para equivalente mecánico de calor
+
La eficiencia varía con la presión en el escape. El valor típico dado se basa en una
presión en el escape en el rango de 2 a 4 pg HgA.
¡
Rendimiento térmico = 10.800 Btu/kWh (3.413 Btu/kWh)/0,316
NOTA:
Btu/kWh x 1.055 = kJ/kWh
Reactores Pirolíticos. En la Tabla 9.19 se presentan datos típicos para el reactor
convencional y tal reactor de incineración- pirólisis del proceso Purox descritos antes.
Turbina de Gas. En la Tabla 9.19 se dan datos sobre la eficiencia térmica de varias turbinas
de gas. Las eficiencias incluyen la asignación para los accesorios necesarios.
Sistema de Turbina de Vapor- Generador. Los datos reportados en la Tabla 9.19 para el
turbogenerador de vapor son consistentes con la mejor práctica moderna y reflejan todas las
asignaciones necesarias para los condensadores, calentadores y otros accesorios. Usando la
eficiencia típica reportada del 31,6 por ciento, el factor de rendimiento calórico
correspondiente sería de 10.800 Btu/kWh. Si se obtuviera una eficiencia del 75 por ciento
en la caldera, el rendimiento calórico total sería de alrededor de 14.400 Btu/kWh; esto se
compara bien con el valor dado en la Tabla 9.18 para plantas de vapor con estación central.
En el Ejemplo 9.5 se ilustran los cálculos necesarios que se deben hacer en la evaluación de
cualquier opción de energía. Como un renglón separado, también se incluyen valores
típicos de la eficiencia para generadores eléctricos.
Otros Usos y Factores de Pérdida. En cualquier instalación donde se produzca energía, se
debe hacer una asignación para atender a las necesidades de la estación o procesos de
generación y para las pérdidas de calor no contabilizadas. Normalmente, la asignación de
potencia auxiliar varía del 4 al 8 por ciento de la potencia producida; las pérdidas de calor
de los procesos generalmente variarán del 2 al 8 por ciento; cuando se usa la Ec. 9.12 en la
estimación del rendimiento calórico neto se deben considerar estos dos valores.
EJEMPLO 9.5. Cálculo de la Producción de Energía y la Eficiencia para Sistemas de
Recuperación de Energía usando una Planta de Caldera de Vapor- Turbina- Generador.
Estime la cantidad de energía producida por un sistema de conversión de desechos sólidos
con una capacidad de 1.000 ton/día. El sistema consiste de una combinación de
incinerador- caldera- turbina de vapor- generador eléctrico. Estime también el rendimiento
calórico y la eficiencia total del proceso, suponiendo que la asignación para el servicio de la
estación y las pérdidas de calor no contabilizadas son del 5 y 6 por ciento, respectivamente,
de la potencia total producida. Suponga que el valor energético de los desechos sólidos es
de 4.500 Btu/lb al incinerarlos.
Solución
1.
Determine la producción de energía usando los datos reportados en la Tabla
9.19. los cálculos necesarios se resumen en la Tabla 9.20.
TABLA 9.20. Producción de Energía y Eficiencia para una planta de recuperación de
energía que usa una caldera de vapor- turbina- generador para el ejemplo 9.5.
Artículo
Valor
375
Energía disponible en los desechos sólidos, millones de Btu/h
(1.000 ton/día x 2.000 lb/ton x 4.500 Btu/lb )
24 h/día x 10 6 Btu/millón de Btu
Energía disponible en el vapor, millones de Btu/h
263
(375 millones de Btu x 0.7)
Generación de potencia eléctrica, kW
24.352
(263 millones de Btu/h)/(10.800 Btu/kWh*)
Asignación para servicio de la estación, kW
-1.461
(24.352 x 0,06)
Pérdidas por calor no contabilizadas, kW
-1.218
(24.352 x 0.05)
Producción neta de potencia eléctrica, kW
21.673
Eficiencia total, porcentaje
20
{(21.673 kW)/(350.000.000 Btu/h)/(3.413 Btu/kWh)0.316}(100)
*
De la Tabla 9.19 10.800 Btu/kWh = (3.413 Btu/kWh)0.316
NOTA:
Btu/lb x 2.326 = kJ/kWh
Btu x 1.055 kJ
Btu/kWh x 1.055 kJ/kWh
Btu/h x 1.055 = kJ/h
2.
Determine el rendimiento térmico para la planta propuesta usando la Ec. 9.12.
Rendimient o térmico =
3.
375.000.00 Btu/h
= 17.303 Btu/kWh (18.255 kJ/kWh)
21.673 kW
Determine la eficiencia total
Eficiencia = {(21.673 kW)/(375.000.000 Btu/h)/(3.413 Btu/kWh)}100
= 20%
COMENTARIO. Si se supone que 10 por ciento de la potencia producida se usa para el
sistema de procesado en el extremo anterior (los valores típicos varían del 8 al 14 por
ciento) , entonces la exportación neta de potencia sería de 19.238 kW y la eficiencia total
sería de 17.5 por ciento.
9.5.
DIAGRAMAS DE FLUJO DE RECUPERACIÓN DE MATERIALES Y
ENERGÍA
Hasta donde ha avanzado este capítulo se han discutido varios sistemas de procesado en el
extremo anterior, sistemas de conversión en el extremo posterior, y sistemas de
recuperación de energía. En esta sección, la discusión se centra en algunos sistemas que han
sido propuestos o construidos incorporando diferentes tipos de sistemas de extremo frontal,
extremo posterior y conversión de energía.
Sistemas que usan Procesos de Conversión Química
De los muchos sistemas que usan procesos de recuperación de materiales y conversión
química, se han escogido tres para discusión detallada. El primero comprende la
recuperación de materiales y la producción de potencia de desechos sólidos procesados
usando una caldera de vapor y generador de turbina.
El segundo comprende la recuperación de materiales y la producción de potencia de
desechos sólidos procesados usando un reactor de pirólisis. El tercero comprende la
recuperación de materiales y la producción de briquetas combustibles para la generación de
potencia. También, se consideran sistemas para la codisposición de lodos de plantas de
tratamiento y desechos sólidos. Aunque la economía variará con la ubicación, parece que la
conversión de energía es efectiva en relación al costo, cuando la capacidad de la planta está
por encima de alrededor de 1.000 ton dadas de desechos sólidos por día.
Planta de Caldera de Vapor- Turbina- Generador. En la Figura 9.12 se muestra un diagrama
de flujo propuesto para la recuperación de materiales en bruto y energía de desechos sólidos
procesados. En la Figura 9.13 se da un flujo esquemático de materiales (23). En estas
figuras los desechos sólidos se entregan en la estación de recepción, la cual incluye
instalaciones de pesado y almacenamiento; se provee una capacidad de almacenamiento
para dos días. Los desechos son descargados, usando una grúa superior, para alimentar el
transportador para la primer etapa de fragmentado. Después de fragmentados, los desechos
se pasan por un secador para remover humedad. Los materiales ligeros pasan a través d e
un ventilador de tiro inducido y son introducidos en un ciclón, en el cual se separan
materiales livianos del aire. El aire del escape del ciclón se limpia con filtros de bolsas
antes de ser descargado a la atmósfera. El material que es descargado por el fondo del
ciclón es transferido a una segunda etapa de fragmentación mediante un transportador de
cinta.
Figura 9.12. Diagrama de flujo para sistemas de recuperación de recuperación de
materiales y energía de desechos sólidos. (Lunn, Low, Tom, and Hara Inc., and
Metcalf & Eddy Engineers Inc.).
Figura 9.13 Representación pictórica del sistema de recuperación de materiales y
energía mostrado en la Figura 9.12 (Metcalf & Eddy Engineers, Inc.)
La fracción pesada descargada del clasificador es transferida al sistema de separación
magnética para procesado adicional y separación del material ferroso de la fracción pesada.
Se usan transportadores de cinta para transferir los materiales separados a recipientes de
almacenamiento para el acarreo desde la planta.
Después de una segunda etapa de fragmentado, un sistema de transporte neumático
transfiere los desechos desde el extremo del tren de proceso al recipiente de
almacenamiento y desde éste a las calderas. El sistema neumático es del tipo a presión e
incluye ventiladores para desplazamiento de presión positiva con silenciadores, compuertas
rotatorias de alimentación, tubería y separadores completos de ciclón con recolectores de
polvo. Los desechos sólidos procesados se almacenan en un tambor de paredes inclinadas,
parecido a los que se usan en ingenios azucareros (con este tipo de tambor se minimizan los
problemas de aislamiento y compactación). Los desechos sólidos procesados son quemados
en suspensión en la caldera de vapor. El vapor se usa para producir potencia con una
combinación de turbina- generador que tiene un rendimiento térmico de 10.695 Btu/kWh
(23).
Planta de Incineración- Pirólisis- Turbina de Gas- Generador. Se han propuesto o está en
desarrollo una variedad de sistemas usando el proceso de pirólisis. Entre ellos están los
sistemas: CPU 400, Garrett, Monsato, Landgard, Pyrotek y Wilwerding-Ward. En la Figura
9.14 (3) se muestra un diagrama de flujo completo para un sistema de recuperación de
materiales y recuperación de energía diseñado en base al sistema de pirólisis Garrett. En la
Figura 9.14 los desechos sólidos son depositados en una fosa de recepción, directamente de
los vehículos de recolección. Desde allí el desecho sólido pasa a través de un separador
magnético para la remoción de metales ferrosos; entonces se usa la clasificación con aire
para remover la mayoría de los inorgánicos remanentes tales como vidrio, metal , tierra y
piedras.
Figura 9.14. Diagrama de flujo para recuperación de materiales y energía usando el
proceso de pirólisis Garrett. (Central Contra Costa Sanitary Distríct and Brown and
Caldwell Consulting Engineers (3))
La fracción pesada del clasificador con aire se pasa a través de una malla para la separación
de metales y orgánicos de la fracción de vidrio sucio.
La fracción metálica se pasa entonces a través de un separador de aluminio. Los materiales
remanentes se combinan con inorgánicos rechazados del proceso de recuperación de vidrio
y se almacenan antes de la disposición. La fracción de vidrio sucio se lleva a un sistema de
reclamación de vidrio.
La fracción liviana del clasificador con aire se pasa a través de un secador de tambor
giratorio para reducir la humedad; entonces, se tamiza la fracción liviana seca para reducir
el contenido inorgánico. El material seco, fragmentado y esencialmente orgánico es
descargado a un fragmentador secundario para pulverización adicional. Los desechos
sólidos pulverizados del fragmentador secundario son introducidos en un reactor pirolítico,
diseñado para descomponer con calor los desechos que están llegando. Aceite, gases que
salen, y humedad producidos del proceso pirolítico son pasados a través de un separador
caliente de ciclón para la remoción de carbón pirolítico, y de allí a través de un
condensador para la separación de aceite y agua del gas pirolítico. El carbón pirolítico,
separado del gas del reactor en el ciclón caliente, es apagado y almacenado para usarlo
como fuente de calor. También se puede usar para la purificación adicional del agua tratada
de desecho en un proceso de tratamiento avanzado.
El gas del condensador es recirculado al proceso mediante su aplicación al reactor pirolítico
y al secador de la fracción liviana. los gases que salen del secador son pasados a través de
una cámara de combustión seguida por un enfriador de aire y un filtro de bolsa antes de ser
descargado a la atmósfera. El agua de desechos condensada del gas pirolítico se combina
con aguas de desecho del proceso de separación de vidrio y son descargadas de la planta. El
aceite pirolítico puede ser vendido o usado en una caldera de fuego con aceite para la
producción de potencia.
Figura 9.15. Sistema de recirculación de desecho sólido en Franklin, Qhio. (Black
Clawson Fibreclaim, Inc.)
Recuperación de Recursos y Producción de Briquetas Combustibles. En la Figura 9.15 se
muestra un diagrama de flujo para la recuperación de materiales y combustible orgánico en
forma de pulpa semisólida. En la Figura 9.15 se usa un hidropulpador como la primer etapa
del proceso. Piezas de metal, latas de estaño y otros materiales no convertibles en pulpa son
lanzados del hidropulpador, del cual los materiales ferrosos son recuperados después de ser
lavados. El barro extraído del fondo del hidropulpador es bombeado a un ciclón liquido
para la remoción de los materiales más pesados, de los cuales aproximadamente el 80 por
ciento es vidrio. Después de que el barro pasa a través del ciclón, se separan
mecánicamente del lodo las fibras largas usadas para hacer papel. Entonces, se espesan los
orgánicos gruesos remanentes tales como caucho, textiles, plásticos, cuero, desechos de
jardín y pedazos pequeños de tierra y vidrio. En el diagrama de flujo que se muestra en la
Figura 9.15 este material se mezcla con sólidos de aguas servidas de la planta de
tratamiento cercana. Después de una etapa adicional de espesamiento, los desechos
combinados se queman en un reactor de lecho fluidizado. Cuando se va a producir potencia,
los sólidos orgánicos espesados (con o sin la remoción de fibra y sin la adición de sólidos
de aguas servidas) pudieran ser quemados en una caldera de paredes de agua. En forma
alterna, el combustible resultante pudiera ser vendido en masa o en forma de briquetas
combustibles comprimidas.
En Hempstead, New York, se va a construir y se espera será terminada alrededor de 1980,
una instalación de recuperación de recursos y producción de energía, utilizando un
diagrama de flujo similar al de la Figura 9.15. Los materiales orgánicos e inorgánicos no
recuperables que permanecen en el barro después de pasar por el ciclón líquido serán
desecados y convertidos en un producto combustible en forma de briquetas. Este material
será quemado en calderas para la producción de potencia. Los materiales a ser recuperados
incluyen: metales ferrosos, aluminio, y vidrio. La fibra para papel no se recupera debido a
que hay escasez de mercados suficientes, en parte como resultado de la prohibición de la
Federal Drug Administration de usar este material en muchos productos de papel, en base a
posible contaminación de la fibra.
Figura 9.16. Sistema combinado pata la disposición de lodos de plantas de tratamiento
con desechos sólidos procesados. (Union Carbide Corporation).
Sistemas de Procesamiento de Desechos Sólidos- Lodo de Aguas Servidas. Debido a los
problemas asociados con la disposición de lodos de aguas servidas y plantas de tratamiento
de industrias, han sido propuestos un número de procesos para el procesado de desechos
sólidos y lodos combinados. En la mayoría de los procesos, se mezcla lodo espesado o
parcialmente espesado con desechos sólidos combustibles procesados y se queman en una
caldera o son pirolizados. En la Figura 9.16 se muestra un diagrama de flujo propuesto por
Union Carbide Corporation usando un reactor de incineración- pirólisis. En 1976 (3) se
propuso y estuvo en investigación un diagrama de flujo similar que comprendería el uso de
hornillas de hogar múltiple. Se anticipa que se hará un mayor uso de tales sistemas
combinados cuando sea disponible información de diseño confiable. Los desechos sólidos
procesados también se pueden usar como fuente de combustible para el secado de lodos en
plantas de tratamiento. Entonces el papel desechado pudiera ser más valioso como
combustible que como materia prima para reventa.
Sistemas que Usan Procesos de Conversión Biológica
Para ser discutido aquí, han sido seleccionados dos sistemas completos que usan procesos
de conversión biológica: el sistema IDC- Naturizer (5) y un proceso para la conversión de
desechos sólidos a gas metano.
Figura 9.17. Diagrama de flujo pata el sistema de fermentación IDC-Naturizer (5).
IDC- Naturizer. En la Figura 9.17, los desechos sólidos son depositados en un área de
recepción o foso. Desde allí son transportados a fragmentadores para reducir el tamaño.
Después de la reducción de tamaño, se remueven varios componentes mediante separación
magnética. Entonces se agrega agua a los desechos, y son pulverizados y vueltos a moler
antes de ser transportados al sistema de digestión donde se amontonan hasta una altura
cercana a 6 pies (1,80 m), sobre transportadores continuos .Estos transportadores tienen
alrededor de 9 pies (2,70 m) de ancho por 150 pies (45 m) de largo. Los desechos son
botados o transferidos a un transportador más bajo, una vez al día en promedio, donde
ventiladores suministran aire al material en fermentación. Las temperaturas dentro del
material son aproximadamente de 140°F (60°C), o en el rango adecuado para organismos
termofílicos. Después de dos días de procesado, se vuelve a moler el material y reinserta en
el sistema de transporte de material en fermentación.
Al final de un tiempo de retención de 5 días, se remueve el material fermentado y pasa por
un tamiz. El tamiz separa los materiales no fermentados, tales como trapos y plásticos del
abono. El abono (humus) separado se vuelve a moler y transportar a montones de curado al
aire libre. Se deja durante 10 días adicionales para un curado adecuado del material
fermentado, después de los cuales se vende en masa, o se enriquece y empaca para vender
al detal.
Figura 9.18
Diagrama de flujo para la conversión biológica de desechos sólidos a gas
(16)
Conversión Biológica a Metano. En la Figura 9.18 se muestra esquemáticamente un
proceso para la conversión biológica de desechos sólidos a gas metano propuesto por AllisChalmers, Inc. and Waste Management, Inc. (16). El primer paso comprende la
fragmentación de los desechos; después la separación de metal ferroso y clasificación con
aire, la fracción liviana se mezcla con lodo de aguas servidas o nutrientes químicos, y se
ajusta el pH. El barro resultante es alimentado a un digestor, después de haber sido
calentado a una temperatura de 130 a 140°F (54 a 60°C) cuyo contenido está
completamente mezclado. El tiempo de retención para el proceso es de alrededor de 5 días.
Se dice que el gas liberado durante la digestión contiene alrededor del 50 a 60 por ciento de
metano en volumen y un valor energético de unos 600 Btu/pie3 (16). Después de la
digestión los sólidos son desecados antes de la disposición.
Si el gas del digestor va a ser vendido a empresas distribuidores de gas, generalmente será
necesario mejorar el valor calórico desde unas 600 a alrededor de 975 Btu/pie3 que
corresponde a la calidad del gas natural. Normalmente, esto comprende la remoción de
vapor de agua y dióxido de carbono del gas. Se debe remover el ácido sulfhídrico para
minimizar la corrosión. En la Figura 9.19 se muestra un diagrama de flujo propuesto por
Pacific Gas and Electric Company of San Francisco and the East Bay Municipal Utility
District para realizar esto (16). En los Angeles hay en operación un sistema de
procesamiento de gas empleando tamices moleculares, para el procesado de gas de un
relleno (21).
Figura 9.19. Diagrama de flujo para separación de metano del gas del digestor (16).
Revisión de Diagramas de Flujo de Procesos
En la revisión de varios diagramas de flujo de procesos presentados en este capitulo es
aparente la ausencia de datos o información útiles para el diseño. Esta omisión fue
deliberada debido a la poca información a largo plazo que se pueda usar o sea confiable
para estos sistemas, especialmente aquellos que usan procesos de conversión química y que
han sido descritos. A medida que entren en operación más instalaciones a escala piloto y
escala total, esta situación puede cambiar. En la Ref. 21 se revisa un número de
instalaciones piloto y a escala completa. Sin embargo, debido a que muchos de estos
sistemas son particulares, todavía puede ser difícil obtener datos reales del funcionamiento.
Si tales sistemas van a ser considerados como parte del plan o estudio del manejo de
desechos sólidos, se recomienda hacer visitas a los sitios o lugares donde cada sistema en
consideración esté en operación.
9.6.
TEMAS DE DISCUSIÓN Y PROBLEMAS
9.1.
Determine el consumo relativo de energía ocasionado por el uso de botellas
reusables y desechabas para bebidas. Se deben considerar los siguientes
pasos en la producción y uso: extracción de materia prima, manufactura,
embotellado, distribución, recolección de desecho y disposición,
recirculación y transporte (vea la Fig. 9.20). Usando botellas de 16 onzas de
fluido para comparación, determine las necesidades de energía por galón de
bebida para botellas reusables y desechables para dos situaciones: 1) las
botellas desechadas son dispuestas en un relleno, y 2) Una parte del vidrio
desechado es separado y recirculado. Resuma los resultados de los cálculos
de la energía en una tabla. Se pueden usar los siguientes datos:
Peso de la botella reusable de 16 onzas
Peso de la botella desechable de 16 onzas
Vida de la botella reusable
Energía para el transporte:
Ferrocarril,
Camión,
Extracción de materia prima
Fabricación del recipiente
Fabricación de la corona
Embotellado
Detallista al consumidor
Recolección de desecho
Separación, clasificación, devolución para
procesado (suponiendo 30 por ciento de
recuperación de vidrio)
Relleno sanitario
1 lb
0,656 lb
8 usos
640 Btu/ton.milla
2.400 Btu/ton.milla
990 Btu/lb
7.738 Btu/lb
242 Btu/tapa
6.100 Btu/gal
despréciese
89 Btu/lb
1.102 Btu/lb de desechos
despréciese
Transporte:
Desde- hasta
Distancia, Porcentaje
millas
en tren
Fuente de extracción- fabricante
245
79
Fabricante- embotellador
345
16,3
Embotellador- detallista
231
0
Porcentaje
en camión
21
70,2
74
Restante
0
Incluido en
fabricante
Incluido en
embotellado
Figura 9.20. Diagrama de flujo para el Problema 9.1.
9.2.
Una ciudad produce 500.000 ton/año de desechos sólidos. El operador de la
operación de recuperación, está interesado en la cantidad de dinero que se
puede obtener o perder de la recuperación de varios componentes de los
desechos sólidos. Usted está limitado a la cantidad de material que cada
mercado puede aceptar en un año. Abajo se enumeran los distintos mercados
y limitaciones.
Suponga que los costos de mano de obra son $100.000/año y los costos de
operación son $50.000. El edificio y el equipo de separación cuestan
$5.000.000 y se supone que tienen una vida económica de 10 años al 10 por
ciento de interés (factor de recuperación de capital = 0,16275). Con esta
información, ¿cuánto dinero se puede ganar o perder en un año de
operación? (Nota: Para la solución de este problema se puede usar
eficazmente el método VAM discutido en el Capítulo 7).
1.
Precio pagado en el mercado, $/ton
Item
Periódico
Cartón
Vidrio
Latas
M1
5.00
4.00
18.00
6.50
Mercado
M2
M3
4.50
4.75
4.50
4.65
16.00
17.00
6.00
6.00
M4
5.00
4.85
15.00
5.75
2.
Costo de embarque al mercado, $/ton
Item
M1
0.50
0.70
0.25
0.80
Periódico
Cartón
Vidrio
Latas
3.
Mercado
M2
M3
0.51
0.54
0.42
0.54
0.25
0.27
0.76
0.72
M4
0.48
0.40
0.16
0.80
Capacidad del mercado, tons/día
Mercado*
M1
M2
M3
13
25
12
*
Capacidad total para todos los componentes
4.
M4
20
Composición de los desechos sólidos
Item
Periódico
Cartón
Vidrio
Latas
Porcentaje en peso
28
10
16
12
9.3.
Usando los datos del Capítulo 4 sobre contenido de humedad y composición
elemental (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y ceniza), estime
la cantidad teórica de aire que seria necesaria para la oxidación completa de
una tonelada de desechos sólidos municipales con la composición dada en la
Tabla 4.2, o si usted ha clasificado algunos desechos sólidos como parte de
su trabajo en clase, use su propio ejemplo.
9.4.
El lodo de una planta de tratamiento de aguas servidas que sirve a 500.000
personas es dispuesto en un relleno sanitario. Se ha propuesto incinerar el
lodo de la planta de tratamiento usando desechos sólidos procesados como
combustible debido a que la capacidad del relleno existente se agotará muy
pronto. Se van a evaluar dos modos alternos de operación; en el primero, el
lodo de la planta de tratamiento con un valor calórico de 7.500 Btu/lb (en
base a sólidos secos) y un contenido de sólidos del 5 por ciento se van a
mezclar con desechos sólidos procesados y a incinerar; en el segundo, los
sólidos desecados con un contenido de sólidos del 20 por ciento y un valor
calórico de 6.500 Btu/lb (en base a sólidos secos) se van a mezclar con los
desechos sólidos procesados antes de ser incinerados. Se debe anotar que el
valor calórico de los sólidos desecados es menor debido a los productos
químicos agregados para ayudar al drenado.
Suponiendo que el peso específico del lodo seco combinado, con o sin la
adición de químicos, es 1,10, la producción de lodo per cápita en base seca
es 0.35 lb/día, y el contenido de humedad de los desechos sólidos procesados
es 20 por ciento, determine la cantidad de desechos sólidos que se deben
agregar al lodo de la planta de tratamiento para obtener un contenido final de
humedad del 60 por ciento. ¿Se encontrarán las cantidades de desechos
sólidos procesados necesarios disponibles en los desechos de la comunidad?.
Exprese claramente todas sus suposiciones.
9.5.
En el problema 9.4, estime la temperatura esperada de combustión de los
gases si el contenido de humedad de la mezcla de lodo y desechos sólidos
procesados a ser quemados va a ser del 60 por ciento. Suponga que la
composición del lodo seco está dada por C5H7NO2. ¿Es la temperatura
resultante suficiente para evitar la producción de olores?.
9.6.
Calcule la cantidad teórica de oxígeno necesario para la oxidación biológica
completa del desecho sólido con la siguiente composición: C7H13O2N.
Suponga que el nitrógeno se convierte en amoníaco (NH3) en la primer etapa
y que el amoníaco se convierte finalmente en nitrato (NO3).
9.7.
Usando los datos para desechos sólidos municipales dados en la Tabla 4.2 o
datos de su muestreo, estime la cantidad de abono (compost) que se pudiera
producir por tonelada de desechos sólidos. Suponga que los desechos sólidos
serán clasificados antes de la fermentación y que resultará un 40 por ciento
de reducción en peso de los desechos fermentados.
9.8.
Si el pH del material que se está fermentando en el problema 9.6 fuera a
subir a un valor de 10 después de que el nitrógeno se ha convertido en
amoníaco, estime cuánto amoníaco se pudiera perder si se continuara la
aeración forzada antes de bajar el pH. Suponga que se aplican la siguiente
ecuación y datos:
NH3 + H2O  NH4+ + OHKb = 1,8 x 10-5 (25°C)
Kw = 10-14
9.9.
Cuando los desechos sólidos de una comunidad de 100.000 llegan a la planta
de fermentación controlada, el contenido de humedad generalmente está en
el rango deseado de 55 a 70 por ciento para la fermentación óptima. En lugar
de agregar agua para obtener el contenido necesario de humedad, se ha
sugerido agregar lodo de la planta de tratamiento de aguas servidas para
obtener el mismo resultado. Determine la cantidad necesaria de lodo con un
contenido del 5 por ciento que se debe agregar a los desechos sólidos para
obtener el contenido deseado de humedad del 55 por ciento. Suponga que la
tasa de producción de desechos sólidos municipales es igual a 6,5
lb/capita/día y que el contenido de humedad de los desechos sólidos es del
20 por ciento.
9.10. Estime la energía disponible para exportación de una planta de proceso
Purox de 1.000 ton/día. Suponga que los datos siguientes son aplicables:
1.
Contenido de energía de los desechos sólidos = 4.500 Btu/lb
2.
Pérdida de energía en el proceso de conversión incineración- pirólisis
= 25 por ciento
3.
Uso de combustible en el proceso para producción de vapor,
calefacción del edificio, y mantenimiento del proceso en base al
porcentaje de energía disponible en la conversión a gas por ciento.
4.
Eficiencia térmica gas- turbina = 24 por ciento
5.
Eficiencia del generador eléctrico = 96 por ciento
6.
Uso de potencia eléctrica en la planta en base al porcentaje de la
potencia total generada = 21 por ciento.
9.7.
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10.
DISPOSICIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS Y MATERIA RESIDUAL
Finalmente, se debe hacer algo con los desechos que son recogidos, no van a recibir ningún
otro uso y con la materia residual, después de haber procesado los desechos y recuperado
los productos de conversión y/o la energía han sido obtenidas. En el manejo de desechos
sólidos y materia residual sólo hay dos alternativas disponibles a largo plazo: disposición
sobre o en el manto de la tierra, y disposición en el fondo del océano. La disposición
sobre la tierra es el método más común en uso hoy día y es, además, el tema principal de
este capítulo. Aunque la disposición en la atmósfera ha sido sugerida como una tercera
alternativa, no es un método viable debido a que el material descargado en la atmósfera se
deposita, finalmente, sobre la tierra o en el océano mediante una variedad de fenómenos
naturales, de los cuales el más importante es la lluvia.
El bote de desechos sólidos municipales en el océano fue generalmente usado a principios
de siglo (7) y continuó hasta 1933 cuando fue prohibido por decisión de la Corte Suprema
de los Estados Unidos incluyendo a Nueva York. Todavía se descargan algunos desechos
industriales al mar, sin embargo, ha recibido alguna atención el concepto de usar el fondo
del océano como un lugar de almacenamiento. Por estas razones, al final de este capítulo se
discute el almacenamiento en el océano.
Con base en la experiencia del pasado en ciudades de los Estados Unidos y muchos otros
lugares del mundo, la disposición en la tierra, en la forma de relleno sanitario, ha
demostrado ser el método más económico y aceptable para la disposición de desechos
sólidos. El término relleno sanitario define una operación en la cual los desechos a ser
dispuestos son compactados y cubiertos con una capa de suelo al finalizar cada día de
operación (Vea la Figura 10.1).Cuando el sitio de disposición ha alcanzado su capacidad
total- esto es, después de haber completado todas las operaciones de disposición- se aplica
una capa final de 0.60 metros o más de material de recubrimiento. El bote a campo abierto,
diferente del relleno sanitario, todavía se utiliza en parte del país, pero dejó de ser un medio
aceptable de disposición en el suelo desde el punto de vista estético, ambiental o sanitario.
En la Tabla 10.1 se reportan ventajas y desventajas de rellenos sanitarios.
TABLA 10.1. Ventajas y desventajas del relleno sanitario*
Ventajas
Desventajas
1. Donde hay terreno disponible, un relleno 1. En áreas muy pobladas puede no haber
sanitario es generalmente el método más
tierras apropiadas disponibles dentro de
económico de disposición.
distancias de acarreo económico.
2. La inversión inicial es baja comparada con 2. Se deben observar las normas apropiadas
otros métodos de disposición.
de rellenos sanitarios a diario o puede
resultar un botadero a campo abierto.
3. Un relleno sanitario es un método
3. Los rellenos sanitarios ubicados en áreas
completo o final de disposición en
residenciales pueden provocar oposición
comparación con incineración y
pública extrema.
fermentación que requieren tratamiento
adicional u operaciones de disposición para
el residuo, agua de proceso, materiales
inutilizables, etc.
Ventajas
4. Un relleno sanitario puede recibir todo
tipo de desechos, eliminando la necesidad de
recolecciones separadas.
5. Un relleno sanitario es flexible; se pueden
disponer cantidades mayores de desechos
sólidos con poco personal y equipo
adicional.
6. Se puede reclamar tierra submarginal para
ser usada como parqueadero, campos de
juego, golf, aeropuerto, etc.
Desventajas
4. Un relleno sanitario terminado se asentará
y exigirá mantenimiento periódico.
5. Se debe utilizar un diseño y construcción
especial para edificios erigidos sobre
rellenos sanitarios debido al factor de
asentamiento.
6. El metano, un gas explosivo, y otros gases
de la descomposición de los desechos
pueden convertirse en un peligro o molestia
e interferir con el uso del relleno sanitario
terminado.
El planeamiento, análisis y diseño de sistemas modernos de disposición en el suelo
incluyen la aplicación de una variedad de principios científicos, de ingeniería y
económicos. En este capítulo se describen todos los aspectos del diseño y operación de
rellenos sanitarios, debido a la importancia de la disposición en el suelo, incluyendo: 1)
factores en la selección del sitio del relleno, 2) métodos y operaciones del relleno, 3)
reacciones que ocurren en rellenos terminados, 4) movimiento y control de gas y lixiviado,
y 5) diseño de rellenos. Las políticas de manejo y las normas se discuten en el Capítulo 17.
Figura 10.1. Vista transversal de un relleno sanitario
10.1. SELECCIÓN DEL SITIO
Los factores que se deben considerar en la evaluación de sitios potenciales para la
disposición de desechos sólidos incluyen: 1) área de terreno disponible, 2) impacto del
procesado y recuperación de recursos, 3) distancia de acarreo, 4) condiciones del suelo y
topografía, 5) condiciones climatológicas ,6) hidrología de aguas superficiales, 7)
condiciones geológicas e hidrogeológicas, 8) condiciones ambientales locales, y 9) usos
potenciales para el sitio ya llenado. Debido a que estos factores también se pueden usar
para eliminar sitios inadecuados, se presentan cuando sea apropiado métodos para la
preselección y la selección final de los sitios. Generalmente, la selección final de un sitio de
disposición se basa en los resultados de una inspección preliminar del sitio, los resultados
del diseño ingenieril y estudio de costos, y la evaluación del impacto ambiental. En el
Capitulo 17 se presentan detalles adicionales sobre la selección del sitio desde el punto de
vista administrativo.
Área Disponible de Terreno
En la selección de sitios potenciales de disposición es importante asegurarse de que hay
suficiente área de terreno disponible. Aunque no hay reglas fijas relacionadas al área
necesaria, es deseable tener suficiente área para operar por lo menos durante un año en un
sitio dado. la operación se vuelve considerablemente más costosa para períodos más cortos
de tiempo, especialmente con respecto a la preparación del sitio, provisión de instalaciones
auxiliares y terminado del recubrimiento final.
Figura 10.2. Áreas necesarias para relleno como una función de la tasa de
producción de desechos sólidos, densidad compactada y no profundidad de los
desechos compactados.
Para estimar la cantidad de terreno necesario se puede usar la Figura 10.2, con propósito
preliminar, como se ilustra en el Ejemplo 10.1.
EJEMPLO 10.1. Estimativo del área de terreno necesario
Estime el área necesaria de relleno de una comunidad con una población de 3l.000.
Suponga que las siguientes condiciones son aplicables:
1.
Producción de desechos sólidos = 6.4 lb/capita/día (Vea Tabla 4.14)
2.
Densidad de los desechos sólidos compactados en el relleno = 800 lb/yd3
3.
Profundidad media de desechos compactados = 10 pies
SOLUCIÓN
1.
Determine la tasa de producción diaria de desechos sólidos en toneladas por día.
(31,000 personas) (6,4 lb/cap/día )
= 100 ton/d
2.000 lb/ton
= 90.720 kg/día
Tasa de producción =
2.
3.
Encuentre el área necesaria usando la Figura 10.2. Para la tasa de producción
de desechos sólidos calculada en el paso 1, se encontró que el área necesaria
es de 5,6 acres/año.
El área necesaria se determina mediante cálculos, como sigue:
100 ton/día x 2.000 lb/ton
800 lb/yd 3
= 250 yd3/día (191 m3/día)
Volumen necesario/día =
(250 yd 3 /día) (365 días/año) (27 pie 3 /yd 3
(10 pies) (43,560 pie 2 /acre)
= 5,66 acres/año (2,29 hectáreas/año)
Área necesaria/ año =
Comentario. Las necesidades reales del lugar serán mayores de las calculadas, debido a que
se necesita terreno adicional para la preparación del sitio, vías de acceso, instalaciones, etc.
Típicamente, esta concesión varia del 20 al 40%. Un enfoque más riguroso de la
determinación del área necesaria para el relleno incluye la consideración de la
compresibilidad de los componentes individuales de los desechos sólidos (Vea Sec. 10.5).
Impacto de la Recuperación de Recursos
En la evaluación inicial de los sitios potenciales de disposición, es importante proyectar la
extensión de las actividades de recuperación de recursos que van a ocurrir en el futuro y
determinar su impacto sobre la cantidad y condición de los materiales residuales a ser
dispuestos. Por ejemplo, si se fuera a recircular el 50% del papel , el peso de los materiales
a ser dispuestos y las exigencias de área necesaria se reducirían. También es importante
conocer si las instalaciones de recuperación van a estar ubicadas dentro del sitio de
disposición.
Distancia de Acarreo
La distancia de acarreo es una de las variables más importantes en la selección de un sitio
de disposición. De cálculos presentados en los Capítulos 6 y 7, está claro que la longitud de
acarreo puede afectar apreciablemente el diseño total y la operación del sistema de manejo
de los desechos. Aunque son deseables distancias mínimas de acarreo, también se deben
considerar otros factores. Estos incluyen localización de la ruta de recolección, patrones de
tráfico local, y características de las rutas al y desde el sitio de disposición (condiciones de
las rutas, patrones de tráfico y condiciones de acceso).
Condiciones de Suelo y Topografía
Debido a que es necesario proveer material de recubrimiento para cada día del relleno y
para la cubierta final, después de completar el relleno, se deben obtener datos sobre las
cantidades y características de los suelos en el área. Si el suelo bajo el relleno propuesto va
a ser usado para material de recubrimiento, habrá datos disponibles de la investigación
geológica e hidrogeológica. Si se va a obtener material de recubrimiento de un préstamo, se
necesitarán perforaciones de prueba para caracterizar adecuadamente el material. Se debe
considerar la topografía local debido a que ella afectará el tipo de operación a ser usada en
el relleno, las exigencias de equipo, y la cantidad de trabajo necesario para habilitar el sitio.
Condiciones Climatológicas
En la evaluación de los sitios potenciales se deben considerar, también, las condiciones
meteorológicas locales. En muchos lugares, el acceso al sitio será afectado por las
condiciones de invierno. Donde las heladas son severas debe haber material de
recubrimiento disponible en montones cuando la excavación no es práctica. También se
debe considerar cuidadosamente el viento y los patrones de los vientos; para evitar el
arrastre o vuelo de papeles, se deben establecer rompevientos; la forma específica de los
rompevientos depende de las condiciones locales. Idealmente los vientos prevalentes deben
soplar hacia la operación de llenado.
Hidrología de Agua Superficial
La hidrología superficial es importante en el establecimiento de drenajes naturales
existentes y las características de la escorrentía que se deben considerar. También se deben
identificar otras condiciones de inundación.
Condiciones Geológicas e Hidrogeológicas
Las condiciones geológicas e hidrogeológicas son quizás los factores más importantes en el
establecimiento de la adecuabilidad ambiental del área para un sitio de relleno sanitario. Se
necesitan datos sobre estos factores para evaluar el potencial de polución del sitio propuesto
y establecer que se debe hacer al sitio para asegurar que el movimiento de lixiviado o los
gases del relleno no desmejorarán el agua subterránea o contaminarán otros acuíferos
subsuperficiales o de lecho rocoso. En la evaluación preliminar de sitios alternos, puede ser
posible usar mapas del Servicio geológico de los Estados Unidos e información estatal o
local. También se pueden usar perfiles de pozos cercanos.
Condiciones Ambientales Locales
Mientras sea posible construir y operar rellenos sanitarios próximos a desarrollos
residenciales e industriales, se debe tener extremo cuidado en su operación si ellos van a ser
ambientalmente aceptables con respecto a ruido, olor, polvo y control de vectores. También
se deben controlar los papeles y los plásticos que vuelan.
Usos Posteriores
Una de las ventajas del relleno sanitario es que, una vez completado, una apreciable
cantidad de terreno es disponible para otros propósitos. Debido a que el uso final del
terreno afecta el diseño y la operación del relleno sanitario, este aspecto debe ser resuelto
antes de iniciar la localización y el diseño del relleno sanitario. Por ejemplo, si se van a
construir estructuras abiertas, grandes (como bodegas), se debe establecer la ubicación de
las cimentaciones y dejar espacios para ellas. Si el relleno terminado se va a usar para un
parque o campo de golf, se debe iniciar un programa por etapas a ser cumplido a medida
que se completan partes del relleno.
10.2. MÉTODOS Y OPERACIONES DEL RELLENO SANITARIO
Para usar el área disponible de un relleno sanitario eficazmente, se debe preparar un plan de
operación para la colocación de los desechos. Se han desarrollado varios métodos
operacionales basados principalmente en la experiencia. Los métodos usados para llenar
áreas secas son sustancialmente diferentes de aquellos usados para llenar áreas húmedas.
Métodos Convencionales para Áreas Secas
Los principales métodos usados para el relleno sanitario en áreas secas se pueden clasificar
como: 1) área, 2) zanja y 3) depresión. Además de estos métodos, que generalmente son
utilizados para desechos sólidos municipales sin procesar, también se discute el relleno
sanitario usando desechos sólidos molidos (fragmentados).
Método de área. El método del área se usa cuando el terreno no es adecuado para la
excavación de zanjas en las cuales se van a colocar los desechos sólidos. Operacionalmente
(Vea la Figura 10.3) los desechos son descargados y extendidos en fajas largas y angostas
sobre la superficie del suelo, en series de capas que varían en profundidad desde 16 hasta
30 pg (40 hasta 76 cm). Cada capa es compactada a medida que avanza el llenado durante
el curso del día hasta que el espesor de los desechos compactados llega a una altura que
varía de 6 a 10 pies (1.80 a 3.30 m). A ese tiempo y al final de cada día de operación, se
coloca una capa de material de recubrimiento de 6 a 12 pg (15 a 30 cm) sobre el relleno
terminado. El material de recubrimiento debe ser acarreado en vehículos o equipo de
movimiento de tierra desde terrenos adyacentes o áreas de préstamo.
La operación de llenado se inicia, generalmente, construyendo un terraplén contra el cual se
van a colocar y compactar los desechos en capas delgadas. La longitud del área de descarga
varia con las condiciones del sitio y el tamaño de la operación. El ancho sobre el cual se
van a compactar los desechos varia de 8 a 20 pies, (2.40 a 6.10 m), nuevamente
dependiendo del terreno. Una elevación completa, incluyendo el material de recubrimiento,
se denomina celda (Vea la Figura 10.3). Se colocan elevaciones sucesivas unas sobre otras
hasta alcanzar la altura final del plan de desarrollo del relleno. La longitud del área de
descarga usada cada día debe ser tal que la altura final de relleno se alcance al final de cada
día de operación.
Figura 10.3. Método de operación del área para un relleno sanitario.
Si se dispone de una cantidad pequeña de material de recubrimiento en el sitio de
disposición, con frecuencia se utiliza la variación de rampa del método de área (Vea la
Figura 10.4). En este método, los desechos sólidos son colocados y compactados como se
describe para el método del área y son parcial o totalmente cubiertos con tierra removida de
la base de la rampa. Se debe acarrear tierra adicional como en el método del área. Debido al
aumento del costo y los problemas asociados con la obtención de material utilizable de
recubrimiento, el uso del método de la rampa se debe sustentar en un estudio detallado de la
factibilidad económica.
Método de la Trinchera. El método de trinchera en relleno sanitario es idealmente
apropiado para áreas donde se dispone de una cantidad adecuada de material de
recubrimiento en el sitio y donde la tabla de agua está cerca de la superficie. Generalmente,
como se muestra en la Figura 10-5, los desechos se colocan en zanjas que varían desde 100
hasta 400 pies(30.50 a 122 m) de largo, 3 a 6 pies (0.90 a 1.80 m) de profundidad y 15 a 25
pies(4.60 a 7.60 m)de ancho. Para iniciar el proceso, se excava una parte de la zanja y la
tierra se amontona para formar un montón detrás de la primera zanja. Entonces se colocan
los desechos en la zanja, se extienden en capas delgadas (generalmente 24 pg, (0.60 m), y
se compactan. La operación continúa hasta alcanzar la altura deseada. la longitud de zanja
utilizada cada día debe ser tal que la altura final del relleno se alcance al finalizar cada día
de operación. La longitud también debe ser suficiente para evitar retrasos costosos para los
vehículos de recolección esperando para el descargue. El material de recubrimiento se
obtiene excavando una zanja adyacente o continuando la zanja que se está llenando.
Figura 10.4. Método de operación en rampa para un relleno sanitario
Método de la Depresión
En lugares donde existen, es posible utilizar eficientemente, depresiones naturales o
artificiales para operaciones de rellenos sanitarios. Cañones, cañadas, excavaciones secas
de préstamo y canteras han sido utilizadas para este propósito. Las técnicas para colocar y
compactar los desechos sólidos en rellenos sanitarios en depresiones varían con la
geometría del sitio, las características del material de recubrimiento, la hidrología y
geología del sitio y el acceso al lugar.
Figura 10.5. Método de operación de zanja para un relleno sanitario.
Si el piso de un cañón es razonablemente plano, el primer relleno en un cañón puede ser
ejecutado usando el método de operación de trincheras discutido antes. Una vez se ha
completado el llenado del área plana, se inicia el llenado al extremo del cañón (Vea la
Figura 10.6) y termina en la boca; esta práctica evita la acumulación de agua detrás del
relleno. Generalmente, los desechos son depositados sobre el piso del cañón y desde allí
son empujados contra la cara del cañón con una pendiente de alrededor de 2 a 1. De esta
manera, se puede alcanzar un alto grado de compactación, se han reportado densidades
compactadas tan altas como 1.220 lb/yd3, y, se han registrado densidades mayores en las
partes más bajas del relleno a medida que aumenta la altura del mismo.
Los sitios de relleno en excavaciones y canteras casi siempre están más bajos que los
terrenos aledaños, de manera que el factor crítico para desarrollar tales sitios es, con
frecuencia, el drenaje superficial. Lo mismo que con los sitios en cañones, las excavaciones
y canteras se llenan en elevaciones múltiples, y el método de operación es esencialmente el
mismo. La clave del uso exitoso de excavaciones y canteras es la disponibilidad de material
adecuado de recubrimiento para cubrir las alzadas a medida que se completan y proveer una
cubierta final sobre todo el relleno cuando se alcanza la altura final. Debido al
asentamiento, generalmente, es deseable llenar los sitios de excavación o canteras hasta un
nivel ligeramente más alto que el terreno que lo rodea.
Relleno Sanitario con Desechos Sólidos Molidos. Un método alterno de relleno sanitario
es el que se ha ensayado en varios lugares de los Estados Unidos incluyendo el molido o
fragmentación de los desechos sólidos antes de colocarlos en el relleno. El estudio más
completo de este método de operación fue realizado en Madison, Wisconsin (21). De
evidencias recogidas hasta la fecha (1976), parece que no es necesario un recubrimiento
diario de tierra. En un área de relleno de varios niveles, se puede dejar expuesta la capa
inferior hasta que es colocada la siguiente capa; después de alcanzar la altura final del
relleno se debe colocar una capa de tierra para preparar el lugar para otros usos; los olores y
pedazos que vuelan no han sido un problema. También se ha encontrado que las ratas no
pueden sobrevivir, sobre desechos sólidos molidos con un contenido hasta del 20% de
desechos de alimentos. Aunque las moscas pueden crecer sobre desechos sólidos molidos,
no se ha demostrado que constituyan un problema. Se ha reportado que la densidad final del
relleno es hasta el 35% mayor que la de rellenos de desechos sin procesar (21).
Figura 10.6. Relleno Sanitario en un cañón o cañada (10).
Aunque la ventaja de este método es importante en áreas donde la disponibilidad de
material de recubrimiento es escasa, se deben considerar cuidadosa mente un número de
factores antes de adoptarlo. Primero, hay el costo adicional asociado con el molido y las
instalaciones auxiliares relacionadas. Segundo, aunque se adopte este método de operación,
será necesario algún tipo de relleno para los desechos que no se pueden moler eficazmente.
Tercero, al dejar sin cubrir el relleno, se puede acelerar el movimiento del lixiviado y
convertir en un factor limitante.
Métodos Convencionales para Áreas Mojadas
Ciénagas, pantanos, áreas costeras y lagunas, hoyos o canteras son áreas mojadas típicas
que han sido usadas como rellenos sanitarios. Debido a los problemas asociados con la
contaminación local de aguas subterráneas, el desarrollo de olores, la estabilidad estructural
y el diseño de rellenos sanitarios en áreas mojadas exige atención especial.
En el pasado, se consideró aceptable hacer rellenos sanitarios en áreas mojadas si se
proveía drenaje adecuado y no se desarrollaban condiciones molestas. La práctica usual fue
la de dividir el área en celdas o lagunas y programar las operaciones de llenado de manera
que una celda o laguna individual fuera llenada cada año. Con frecuencia, los desechos
sólidos se colocaron directamente en el agua, en áreas con niveles superficiales de aguas
subterráneas . Como alternativa, se agregó material limpio de relleno hasta o ligeramente
por encima del nivel de agua antes de que fueran iniciadas las operaciones de llenado.
Para dividir las células o lagunas se construyeron diques con enrocado, árboles, ramas de
árboles, madera, desechos de demolición y materiales relacionados, además de material de
relleno limpio, para aumentar la resistencia estructural y soportar olas de lodo. En algunos
casos, se ha usado arcilla y acero liviano o láminas de madera para prevenir el movimiento
de lixiviado de olor desagradable y gases de las celdas o lagunas terminadas.
Más recientemente, el relleno directo de áreas mojadas dejó de ser considerado aceptable,
debido a la preocupación de la posibilidad de contaminación del agua subterránea por el
lixiviado y gases de los rellenos sanitarios y el desarrollo de olores. Si se van a usar áreas
mojadas como sitios de rellenos sanitarios, se deben hacer previsiones especiales para
contener o eliminar el movimiento del lixiviado y los gases de las células terminadas.
Generalmente, esto se lleva a cabo drenando el sitio primero y luego cubriendo el fondo
con una capa de arcilla y otro sello apropiado. Si se usa arcilla como sellante, es importante
continuar la operación de drenaje de la instalación hasta que el sitio está lleno para evitar la
creación de subpresiones que pudieran producir la ruptura del sello por levantamiento. Más
adelante en este capítulo se considera en más detalle el uso de sellados de arcilla (Vea la
sección 10.4).
Planes Operacionales Alternos
Además de los métodos convencionales de relleno sanitario de desechos sólidos procesados
y sin procesar, se están desarrollando métodos especializados. Los planes alternos bajo
investigación incluyen: 1) la recirculación de lixiviado para acelerar la tasa de
descomposición anaerobia, y 2) la mezcla de lodos de aguas servidas y desechos sólidos
para acelerar la descomposición anaerobia de los desechos, con el objeto de recoger los
gases de la conversión para su uso en sistemas de recuperación de energía.
Los impactos de estas alternativas sobre los métodos existentes, usados para rellenos
sanitarios, pueden ser significativos. Por ejemplo, si los gases producidos de la
descomposición anaerobia de los desechos sólidos se van a recoger eficazmente el uso de
celdas profundas, impermeabilizadas con arcilla, en las cuales se colocan los desechos sin
capas intermedias de material de recubrimiento, parece ser el más efectivo. Este método de
operación necesitaría, a su vez, el desarrollo de nuevos métodos de operación y diseños de
rellenos sanitarios.
10.3. REACCIONES QUE OCURREN EN RELLENOS SANITARIOS
TERMINADOS
Para planear y diseñar rellenos sanitarios eficazmente, es importante comprender lo que
sucede dentro de un relleno sanitario después de concluir las operaciones de llenado. Los
desechos sólidos colocados en un relleno sanitario están sometidos a un número de cambios
biológicos, físicos y químicos simultáneos. Los siguientes están entre los más importantes
de estos cambios: 1) la descomposición biológica de la materia orgánica putrescible, ya sea
aerobia o anaerobia, con la evolución de gases y líquidos, 2) la oxidación química de
materiales, 3) el escape de gases del relleno y la difusión lateral de gases a través del
relleno, 4) el movimiento de líquidos producido por la diferencia de presiones, 5) la
disolución y lixiviado de materiales orgánicos e inorgánicos por el agua y el lixiviado que
se mueve a través del relleno, 6) el movimiento del material disuelto por gradientes de
concentración y ósmosis y 7) el asentamiento desigual producido por la consolidación del
material en los vacíos (24). La descomposición y estabilización en un relleno depende de
muchos factores, tales como la descomposición de los desechos, el grado de compactación,
la cantidad de humedad presente, la presencia de materiales inhibidores, la tasa de
movimiento del agua y la temperatura.
Debido al número de influencias interrelacionadas, es difícil definir las condiciones que
existirán en cualquier relleno o parte de un relleno en cualquier tiempo establecido. En
general, se puede decir que las tasas de las reacciones químicas y biológicas en un relleno
sanitario aumentan con la temperatura y la cantidad de humedad presente hasta alcanzar un
limite superior en cada caso (24). En la siguiente discusión se describen con mayor detalle
la descomposición, la formación de gases y lixiviado, y el asentamiento y las características
estructurales de los rellenos sanitarios.
Descomposición en Rellenos Sanitarios
Los componentes orgánicos biodegradables en desechos sólidos empiezan la
descomposición bacterial tan pronto como son colocados en un relleno. Inicialmente, la
descomposición bacterial ocurre en condiciones aerobias debido a que cierta cantidad de
aire es atrapada dentro del relleno. Sin embargo, muy pronto se agota el oxígeno del aire
atrapado, y la descomposición a largo plazo ocurre bajo condiciones anaerobias. La fuente
principal de organismos aerobios y anaerobios responsables de la descomposición es el
material del suelo usado como cubierta diaria y final.
La tasa total a la cual se descomponen los materiales orgánicos depende de sus
características, y, en gran parte, del contenido de humedad. En general, los materiales
orgánicos presentes en desechos sólidos se pueden dividir en tres grandes grupos: 1)
aquellos que contienen celulosa o derivados de la celulosa, 2) aquellos que no contienen
celulosa o sus derivados y 3) plásticos, caucho y cuero.
La celulosa es un constituyente principal en desechos tales como: papel, trapos, hilos, paja
y tejidos de plantas. Con excepción de los plásticos, los principales compuestos orgánicos
no celulosos son: proteínas, hidratos de carbón y grasas. Con estos materiales casi siempre
están asociados cantidades muy limitadas de sales minerales y humedad. Los plásticos que
se pueden encontrar en los desechos sólidos son tantos y tan variados que no es posible
presentar una lista general en este texto.
Con los desechos anteriores, los principales productos finales de la descomposición
anaerobia son materiales orgánicos parcialmente estabilizados, ácidos orgánicos volátiles
intermedios y varios gases (incluyendo dióxido de carbono, metano, nitrógeno, hidrógeno y
ácido sulfhídrico). La tasa de descomposición en condiciones normales, medida por la
producción de gas, alcanza un pico dentro de los primeros dos años y entonces disminuye
lentamente, continuando en muchos casos durante periodos hasta de 25 años o más. Si no
se agrega humedad a los desechos en un relleno bien compactado, no es raro encontrar
materiales en su forma original años después de haber sido enterrados.
Gases en Rellenos Sanitarios
Los gases encontrados en rellenos sanitarios incluyen: aire, amoníaco, dióxido de carbono,
monóxido de carbono, hidrógeno, ácido sulfhídrico, metano, nitrógeno y oxígeno. En la
Tabla 10.2 se presentan datos sobre el peso molecular y la densidad de estos gases. El
dióxido de carbono y metano son los gases principales producidos de la descomposición
anaerobia de los componentes de los desechos orgánicos. En la Tabla 10.3 se reportan datos
típicos de la distribución porcentual de gases encontrados en rellenos sanitarios. El
porcentaje inicial elevado de dióxido de carbono es resultado de la descomposición aerobia.
La descomposición aerobia continúa ocurriendo hasta que el oxígeno del aire, inicialmente
presente en los desechos compactados, se agota; después de eso procederá la
descomposición anaerobia (3). Como se muestra, después de alrededor de 18 meses la
composición del gas permanece razonablemente constante. Si el relleno no está ventilado
seria de esperar que el porcentaje de metano aumente a largo plazo, debido a que el dióxido
de carbono se difundirá en el estrato debajo del relleno.
TABLA 10.2. Peso Molecular y Densidad de Gases, en condiciones normales,
encontrados en rellenos sanitarios (0°C, 1 atm)*.
Densidad
Gas
Fórmula
Peso Molecular
g/l
lb/pie3
Aire
1,2928
0,0808
Amoníaco
NH3
17,03
0,7708
0,0482
Dióxido de carbono
CO2
44,00
1,9768
0,1235
Monóxido de carbono
CO
28,00
1,2501
0,0781
Hidrógeno
H2
2,016
0,0898
0,0056
Ácido sulfhídrico
H2S
34,08
1,5392
0,0961
Metano
CH4
16,03
0,7167
0,0448
Nitrógeno
N2
28,02
1,2507
0,0782
Oxígeno
O2
32,00
1,4289
0,0892
*
De la Referencia 20
El volumen de gases desprendidos durante la descomposición anaerobia se puede estimar
de varias maneras. Por ejemplo, si se representaran todos los constituyentes orgánicos en
los desechos (con excepción de los plásticos, caucho y cuero) con una fórmula general de la
forma CaHbOcNd, entonces el volumen total de gas se estimaría usando la Ecuación 9.10,
suponiendo la Conversión completa a dióxido de carbono y metano. En el Ejemplo 10.2
se ilustra este método. Un método alterno, es suponer que: 1) la fracción volátil de la
porción total orgánica de los desechos es alrededor del 95%, 2) 50% del material volátil es
carbón, y 3) la mitad del carbón se convierte en metano y la otra mitad en dióxido de
carbono. En ambos métodos, se debe suponer que una cantidad residual de material
orgánico no se descompone.
TABLA 10.3. Distribución porcentual típica de gases de rellenos sanitarios durante
los primeros 48 meses*
Intervalo de tiempo desde que se
Porcentaje promedio en volumen
inició la terminación de la celda,
Nitrógeno Dióxido de carbono
Metano
meses
N2
CO2
CH4
0–3
5,2
88
5
3–6
3,8
76
21
6 – 12
0,4
65
29
12 – 18
1,1
52
40
18 – 24
0,4
53
47
24 – 30
0,2
52
48
30 – 36
1,3
46
51
36 – 42
0,9
50
47
42 – 48
0,4
51
48
*
De la Referencia 18
EJEMPLO 10.2. Estimación de la cantidad de gas producido en un relleno sanitario. Estime
la cantidad de gas producido en un relleno sanitario por unidad de peso de los desechos.
Use un peso de 100 lb: suponga que los desechos tienen la composición que se muestra en
la Tabla 4.2 y que el contenido inicial de humedad es 25%. Suponga, también, que los
desechos de alimentos, papel, cartón, recortes de jardín y madera son materiales que se
descompondrán.
Solución
1.
Determine la cantidad de desechos orgánicos, en base seca, que se
descompondrán, suponiendo que el contenido de humedad está asociado con
los componentes orgánicos. De la Tabla 4.2 el peso total de material
orgánico en 100 lb de desechos sólidos es igual a 79 lb.
Material orgánico (base seca), lb = 79 lb - (100 lb)(0.25) = 54 lb
2.
Determine la cantidad de desechos orgánicos degradables, suponiendo que
los desechos de alimentos, papel, cartón, 75% de los recortes de jardín, y
50% de la madera son degradables en un período razonable de tiempo,
digamos 25 años. Suponga; también que del material degradable, 5%
permanecerá como ceniza (Vea la Tabla 4.8).
Desechos degradables (base seca) lb =
=
3.
15 + 40´+ 4 + (0.75) 12 + (0.5) 2 lb (0.95)
79 lb
x 54 lb = 44.8 lb = 44.8 lb
Deduzca una fórmula empírica para el material orgánico degradable. Suponga que el
material orgánico se puede describir con una fórmula tipo, CaHbOcNd. Los
coeficientes se estiman de los datos le la Tabla 4.8. Si se usan valores aproximados
y se desprecia el contenido de ceniza, la composición en por ciento y los moles de
material orgánico serian:
Elemento
Carbón
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Por ciento
49
6
44
1
Moles
4.08 (49/12)
6 (6/1)
2.75 (44/16)
0.714 (1/14)
Cuando se fija al nitrógeno un valor igual a uno, la fórmula aproximada para los desechos
sólidos es: C57.1 H84 O38.5 N.
4.
Usando la fórmula determinada en el paso 3, estime la cantidad de metano y
dióxido de carbono usando la Ecuación 9.11.
 4a - b - 2c + 3d 
 4a + b - 2c - 3d 
Ca H b O c N d + 
 H 2O → 
 CH 4 +
4
8




 4a - b + 2c + 3d 

 CO 2 + dNH 3
8


Del paso 3 los coeficientes son: a = 57.1
b = 84
c = 38.5
d=1
La ecuación resultante es:
C57.1 H84 O38.5 N + 17.6 H2O  29.05 CH4 + 28.05 CO2 + NH3
(1.399,2)
(316,8)
(464,8)
(1.234,2)
(17)
5.
Determine el peso de metano y dióxido de carbono de la ecuación deducida
en el paso 4.
Metano =
464,8
(44.8 lb) = 14.9 lb (6.8 kg)
1.339,2
Dióxido de carbono =
6.
(Vea el paso 2)
1.234,2
(44.8 lb) = 39.5 lb (17.9 kg)
1.399,2
(Vea paso 2)
Convierta el peso de gases, determinado en el paso 5, a volumen suponiendo
que las densidades de metano y dióxido de carbono son 0,0448 y 0,1235
respectivamente (Vea la Tabla 10.2).
Metano =
14.9 lb
= 333 pies 3 (9.4 m 3 )
3
0,0448 lb/pie
Dióxido de carbono =
7.
39.5 lb
= 320 pies 3 (9.1 m 3 )
0,1235 lb/pie 3
Determine la composición, en por ciento, de la mezcla resultante.
 333 pie 3 
 100 = 51%
Metano (%) = 
3 
635
pie


Dióxido de carbono = 49%
8.
Determine la cantidad teórica total de gas producido por unidad de peso.
Con base en el peso seco del material orgánico, pie3/lb:
653 pie 3
= 12.1 pie 3 /lb (0.75 m 3 /kg)
54 lb
Con base en 100 lb de desechos sólidos, pie3/lb:
653 pie 3
= 6.5 pie 3 /lb (0.41 m 3 /kg)
100 lb
Comentario. Los valores teóricos calculados para el volumen total de gas por libra de
material orgánico y por libra de desechos sólidos son consistentes con datos reportados en
el Capítulo 9 y la Referencia 1, pero la cantidad real que se pudiera recuperar es
considerablemente menor. La tasa a la cual se producen los gases varía con las condiciones
locales, especialmente el contenido de humedad. Normalmente, se estima que alrededor
del 30 al 60% del valor calculado, en óptimas condiciones, se alcanzaría dentro de dos años
y quizás se llegaría hasta el 70% dentro de 5 años.
Lixiviado en Rellenos Sanitarios
El lixiviado se puede definir como el líquido que ha percolado a través del desecho sólido y
ha extraído materiales disueltos o suspendidos de ellos (24). En la mayoría de los rellenos
sanitarios la porción líquida del lixiviado está compuesta del líquido producido de la
descomposición de los desechos y líquido que ha entrado al relleno de fuentes externas
tales como: drenaje superficial, precipitación, agua subterránea y agua de manantiales
subterráneos.
Cuando el lixiviado percola a través de los desechos sólidos que están en descomposición,
recoge materiales biológicos y constituyentes químicos. En la tabla 10.4 se reportan datos
representativos de las características químicas del lixiviado, los cuales indican que el rango
de los valores de las concentraciones de varios constituyentes es un tanto extremo. Por esta
razón, no se pueden dar valores promedio para el lixiviado. Se intenta que los valores
típicos reportados en la Tabla 10.4 sólo sean usados como una guía.
TABLA 10.4. Datos sobre la composición de lixiviado de rellenos sanitarios*
Constituyente
Valor mg/l
Rango+
Típico
DBO5(demanda bioquímica de oxígeno, 5)
2.000 – 30.000
1.000
COT (Carbón orgánico total)
1.500 – 20.000
6.000
DQO (demanda química de oxígeno)
3.000 – 45.000
18.000
Sólidos suspendidos totales
200 – 1.000
500
Nitrógeno orgánico
100 – 600
200
Nitrógeno amoniacal
10 – 800
200
Nitrato
5 – 40
25
Fósforo total
1 – 70
30
Orto-fósforo
1 – 50
20
Alcalinidad como CaCO3
1.000 – 10.000
3.000
pH
5.3 – 8.5
6
Dureza total como CaCO3
300 – 10.000
3.500
Calcio
200 – 3.000
1.000
Magnesio
50 – 1.500
250
Potasio
200 – 2.000
300
Sodio
200 – 2.000
500
Cloruro
100 – 3.000
500
Sulfato
100 – 1.500
300
Hierro total
50 – 600
60
*
Desarrollado en parte de las Referencias 1, 3, 4, 11 y 23
¡
A excepción del pH
+
Rango representativo de valores. Los valores máximos han sido reportados en la
literatura para algunos constituyentes.
En general, se ha encontrado que la cantidad de lixiviado es una función directa de la
cantidad de agua externa que entra al relleno sanitario. En realidad si un relleno se
construye adecuadamente, se puede eliminar la producción de cantidades mensurables de
lixiviado. Cuando se va a agregar lodo de aguas servidas a los desechos sólidos para
aumentar la cantidad de metano producido, se deben proveer instalaciones para controlar el
lixiviado. En algunos casos se pueden exigir instalaciones de tratamiento del lixiviado (11).
Asentamientos y Características Estructurales de los Rellenos Sanitarios
Antes de tomar una decisión sobre el uso final de un relleno terminado, se deben considerar
el asentamiento y las características estructurales del re lleno. El asentamiento depende de
la compactación inicial, las características de los desechos, el grado de descomposición, y
los efectos de la consolidación cuando el agua y el aire salen del material compactado. La
altura del relleno terminado también influencia la compactación inicial y el grado de
consolidación.
En la Figura 10.7 se muestran datos representativos sobre el grado de asentamiento a
esperarse en un relleno sanitario como función de la compactación inicial. Se ha
encontrado, en varios estudios, que alrededor del 90% del asentamiento total ocurre dentro
de los 5 primeros años (8). No se recomienda la colocación de cargas concentradas sobre
rellenos sanitarios terminados. Sin embargo, si se debe hacer esto, se recomienda ejecutar
pruebas de capacidad de carga del relleno debido a la variabilidad de las condiciones
locales (9).
10.4. MOVIMIENTO Y CONTROL DEL GAS Y LIXIVIADO
En condiciones ideales, los gases producidos de un relleno sanitario deben ser sacados a la
atmósfera o (en rellenos más grandes) recogidos para la producción de energía. El lixiviado
debe ser retenido en el relleno o removido para tratamiento. Desafortunadamente, estas
condiciones sólo se encuentran en unos pocos rellenos sanitarios modernos, y entonces el
movimiento de los gases y el lixiviado son aspectos importantes de la disposición de
desechos sólidos.
Figura 10.7
Asentamiento superficial de relleno sanitario compactado (8).
Movimiento del Gas
En la mayoría de los casos, más del 90% del volumen de gas producido de la
descomposición de desechos sólidos consiste en metano y dióxido de carbono (Vea la
Tabla 10.3). Cuando el metano está presente en el aire en concentraciones entre el 5 y 15%,
es explosivo. Sin embargo, no hay oxígeno en un relleno sanitario cuando las
concentraciones de metano alcanzan este nivel crítico en el relleno, y tampoco hay peligro
de que el relleno explote (1). Aunque la mayor parte del metano escapa a la atmósfera, se
han encontrado concentraciones de ambos, metano y dióxido de carbono, hasta del 40% a
distancias laterales hasta de 400 pies de los bordes del relleno (28).
Para rellenos sanitarios sin ventilación, la extensión de este movimiento lateral varía con las
características del material de recubrimiento y el suelo circundante. Si el metano es sacado
a la atmósfera en una manera no controlada, se puede acumular, debido a que su peso
específico es menor que el del aire, debajo de construcciones o en otros espacios cerrados o
cerca a ellos, en un relleno sanitario.
Con ventilación adecuada, el metano no debe plantear un problema. El dióxido de carbono,
por otro lado, es molesto debido a su densidad. Como se muestra en la Tabla 10.2, el
dióxido de carbono es alrededor de 1.5 veces más denso que el aire y 2.8 veces más denso
que el metano, de manera que tiende a moverse hacia el fondo del relleno. Como resultado,
la concentración de dióxido de carbono en las partes más bajas del relleno sanitario pueden
ser elevadas durante años.
Finalmente, debido a su densidad, el dióxido de carbono también se moverá hacia abajo a
través de la formación subyacente hasta alcanzar al agua subterránea. Debido a que el
dióxido de carbono es muy soluble en el agua, generalmente baja el pH, lo que a su vez
aumenta la dureza y el contenido mineral del agua subterránea mediante solubilización. La
reacción del dióxido de carbono con el agua de la cual se forma ácido carbónico es:
CO2 + H2O → H2CO3
(10.1)
Si hay carbonato de calcio presente en la estructura del suelo, el ácido carbónico
reaccionará con él para formar carbonato de calcio soluble, de acuerdo con la siguiente
reacción (16):
CaCO3 + H2CO3 → Ca+2 + 2HCO3
(10.2)
Con los carbonatos de magnesio ocurren reacciones parecidas. Si hay una concentración
dada de dióxido de carbono libre, ocurrirá la reacción que se muestra en la Ecuación 10.2
hasta alcanzar el equilibrio como se representa en la Ecuación 10.3.
H2O
+ CO2
↓↑
CaCO3+ H2CO3 → Ca+2 + 2HCO3
(10.3)
Entonces, cualquier proceso que aumente el dióxido de carbono libre disponible en la
solución hará que se disuelva más carbonato de calcio (16). El efecto principal de la
presencia de dióxido de carbono en aguas subterráneas es el aumento en la dureza. En las
Referencias 3, 7, 27 y 28 se considera en detalle el movimiento de gases en rellenos
sanitarios.
En la Tabla 10.5 se muestra la solubilidad de gases en el agua como se reportan en la Tabla
10.2. La concentración correspondiente de un gas en solución se puede calcular usando la
ley de Henry:
CS = kSP
donde:
(10.4)
CS = Concentración de saturación del gas en el agua, ml/l
kS = Coeficiente de absorción, ml/l
P = Presión parcial del gas en la fase gaseosa, expresada como fracción.
TABLA 10.5. Datos sobre coeficientes de absorción para gases encontrados en
Rellenos Sanitarios*
(mililitros de gas reducidos a 0°C y 760 mm Hg por litro de agua cuando la presión parcial
del gas es de 760 mm Hg).
Temperatura, °C
Fórmula
Peso
molecular
0
10
20
Aire
--29.18
22.84
18.68
Dióxido de carbono
CO2
44.00
1713
1194
878
Monóxido de carbono
CO
28.00
35.4
28.2
23.2
Hidrógeno
H2
2.016
21.5
19.6
18.2
Ácido sulfhídrico
HS
34.08
4670
2299
2582
Metano
CH4
16.03
55.6
41.8
33.1
Nitrógeno
N2
28.02
23.5
18.6
15.5
Oxígeno
O2
32.00
48.9
38.0
31.0
Presión de vapor de agua mm Hg
-4,58
9.21
17.5
*
Adaptado de la Referencia 6.
Para aplicar la ley de Henry es útil recordar que a temperatura y presión estándar (0°C y
760 mm Hg) , el volumen molal de cualquier gas es de 22,412 ml/g mol, o 359 pie3/lb. mol.
En el ejemplo 10.3 se ilustra el uso de los datos de la Tabla 10.5 y la Ecuación 10.4.
EJEMPLO 10.3. Concentración de Saturación de Dióxido de Carbono.
Determine la concentración de dióxido de carbono en las capas superiores de un agua
subterránea en contacto con gas del relleno sanitario a 760 mm Hg y 10°C. Suponga que la
composición del gas es 50 por ciento de dióxido de carbono y 50 por ciento metano y que el
gas está saturado con vapor de agua.
Solución
1.
Determine la presión parcial del dióxido de carbono, corrigiéndola por
presión de vapor de agua.
Presión parcial del CO 2 = 0.50
2.
((760 - 9.21) mm Hg = 0.49
760 mm Hg
Determine el valor de C en la Ecuación 10.4 usando el valor de kS dado en la
Tabla 10.5 y P determinado en el paso 1.
Presión parcial de CO 2 = 0.50
(760 - 9.21) mm Hg = 0.49
760 mm Hg
3.
Convierta la concentración de saturación de dióxido de carbono calculada en
el paso 2 a miligramos por litro.
Dióxido de carbono =
(585.1 ml/l ) (44 x 10 3 mg/g. mol)
22,412 ml/g. mol
= 1.149 mg/l (1,15 kg/m3)
Control del Movimiento del Gas por Métodos Permeables. El movimiento lateral de gases
que se produce en un relleno sanitario se puede controlar instalando lumbreras hechas de
materiales que sean más permeables que el suelo de los alrededores. Normalmente, las
lumbreras para los gases se construyen de grava, como se muestra en la Figura 10.8. El
espaciamiento de las celdas de ventilación (lumbreras) (Vea la Figura 10.8a) depende del
ancho de las celdas de los desechos, pero generalmente varían de 60 a 200 pies. (18a 61 m).
El espesor de la capa de grava debe ser tal que permanezca continua aunque haya
asentamiento diferencial; se recomiendan de 12 a 18 pulgadas (30 a 45 cm). Para controlar
el movimiento lateral de los gases, también se pueden usar lumbreras de barrera (Vea la
Figura 10.8b) o pozos de ventilación (Vea la Figura 10.8c). A menudo se usan pozos de
ventilación en combinación con ventilación lateral superficial enterrada debajo de la
superficie en una zanja con grava (Vea la Figura 10.8c).
Donde se usan pozos de ventilación, con frecuencia se instalan quemadores del gas
desechado (Vea la Figura 10.9), y en estos casos se recomienda que el pozo penetre dentro
de la celda superior. La altura del quemador del desecho puede variar entre 10 y 20 pies (3
a 6 m) por encima de la superficie del relleno terminado. El quemador se puede encender a
mano o mediante una llama piloto continua. Se recomienda usar una llama piloto para
obtener el máximo beneficio de la instalación de un quemador de gas desechado (3).
El control del movimiento descendente de los gases se puede lograr instalando tubos
perforados en la capa de grava en el fondo del relleno. Si los gases no se pueden sacar
lateralmente, puede ser necesario instalar pozos para sacar el gas bombeado a la atmósfera.
A menudo se usa una capa de grava en combinación con uno o más métodos impermeables
de control.
(a)
Celda
(b)
Barrera
(c)
Pozo
Figura 10.8. Tipos de lumbreras usadas para controlar el movimiento lateral de
gases en rellenos sanitarios.
Figura 10.9. Quemador de gas típico de tipo de pozo usado en relleno sanitario.
Control del Movimiento del gas por Métodos Impermeables. El movimiento de gases de
rellenos sanitarios, a través de formaciones de suelo adyacentes, se puede controlar
construyendo barreras de materiales que son más impermeables que el suelo. En la Tabla
10.6 se identifican algunos de los sellantes de rellenos sanitarios disponibles para este uso;
de estos, el más común es el uso de arcilla compactada (Vea la Figura 10.10). El espesor
variará dependiendo del tipo de arcilla y el grado de control exigido; se han usado
espesores en el rango de 6 a 48 pulgadas (15 a 120 cm). Si se usa un senador de arcilla, se
debe construir a medida que avanza el relleno para evitar el secado al aire libre, que tiende
a encoger y fracturar la arcilla (1). Otro método efectivo es el de instalar primero un sello
de arcilla para cubrirlo con un pie (0.30 m) o más de suelo húmedo bien compactado.
Donde se va a recuperar gas de rellenos sanitarios, la instalación de barreras impermeables
tiene importancia especial.
Movimiento de Lixiviado (infiltración)
En condiciones normales, el lixiviado se encuentra en el fondo de los rellenos sanitarios.
Desde allí el movimiento es a través de los estratos subyacentes, aunque también ocurre
algún movimiento lateral, dependiendo de las características del material circundante.
Debido a la importancia de la infiltración vertical en la contaminación del agua subterránea,
este tema se expone con más detalle en la siguiente discusión.
TABLA 10.6. Sellantes y Rellenos Sanitarios para el Control del Movimiento de Gas y
Lixiviado*
Sellante
Observaciones
Clasificación
Tipos representativos
Suelo compactado
Debe contener alguna arcilla o limo
fino
Arcilla compactada
Bentonitas, ilitas,
El sellante más comúnmente usado
caolinitas
para rellenos sanitarios; el espesor de
la capa varía de 6 a 48 pg., la capa
debe ser continua y no se debe
permitir que seque o fracture.
Químicos inorgánicos
Carbonato de sodio,
Su uso depende de las características
silicato o pirofosfato
locales del suelo.
Químicos sintéticos
Polímeros, látex de
Experimental, uso no bien
caucho
establecido.
Membrana sintética
Cloruro de polivinilo,
Costosos, se pueden justificar donde
caucho butil, hipalon,
se va a recuperar gas.
polietileno, sellantes de
nilon reforzado
Asfalto
Asfalto modificado,
La capa debe ser suficientemente
caucho impregnado en
gruesa para mantener la continuidad
asfalto, malla de
bajo condiciones diferenciales de
polietileno cubierta con
asentamiento.
asfalto, concreto asfáltico.
Otros
Inyección de concreto,
suelo cemento, suelocemento plástico.
*
Adaptado en parte de la Referencia 2.
Ley de Darcy. La tasa de infiltración del lixiviado desde el fondo de un relleno sanitario se
puede estimar por la ley de Darcy; esta se puede expresar como:
Q=-K A
donde:
dh
dL
Q = descarga de lixiviado por unidad de tiempo
K = coeficiente de permeabilidad
A = área transversal a través de la cual fluye el lixiviado
dh/dl = el gradiente hidráulico
El signo menos en la ecuación de Darcy surge del hecho de que la pérdida de cabeza dh es
siempre negativa (5). Al coeficiente de permeabilidad también se lo conoce como
conductividad hidráulica, permeabilidad efectiva, o coeficiente de infiltración.
La permeabilidad de un suelo está influenciada por el tamaño de las partículas, relación de
vacíos, composición del grado de saturación y la temperatura. De observaciones empíricas,
se ha encontrado que el coeficiente de permeabilidad se puede definir en términos de algún
tamaño característico del medio poroso y de las propiedades del fluido. La relación es:
K = C d2
γ
µ
donde: C = constante adimensional
d = diámetro de los poros
γ = peso específico del agua
µ = viscosidad del agua
El término Cd2 se conoce como permeabilidad específica (o intrínseca) k y se piensa que es
una característica del medio únicamente. Despreciando los efectos de la temperatura sobre
la densidad, encontramos que:
KS µ t
=
K t µ 60
(10.7)
donde: KS = coeficiente estándar de permeabilidad en el laboratorio, definico como el
flujo de agua a 60°F en galones por día a través de un medio que tiene una
sección transversal de un pie2 bajo un gradiente de 1 pie/pie.
Kt = coeficiente de permeabilidad a la temperatura t
µt = viscosidad a la temperatura t
µ60 = viscosidad a 60°F (15.5°C)
(a) sin recuperación de gas
(b) con recuperación de gas
Figura 10.10. Uso de sellantes impermeables para controlar el movimiento de gas y
lixiviado de rellenos sanitarios.
Ks µt
=
K t µ 60
donde: Ks
=
(10.7)
coeficiente estándar de permeabilidad en el laboratorio, definido
como el flujo de agua a 60°F en galones por día a través de un medio
que tiene una sección transversal de un pie2 bajo una gradiente de 1
Kt
µt
µ60
=
=
=
pie/pie.
coeficiente de permeabilidad a la temperatura t
viscosidad a la temperatura t
viscosidad a 60°F (15.5°C)
TABLA 10.7. Coeficientes de Permeabilidad Típicos para varios suelos (Flujo
Laminar)*
Material
Coeficiente de permeabilidad, Ks
pie/día
gal/día, pie2
Arena gruesa uniforme
1,333
9,970
Arena media uniforme
333
2,490
Arena y grava limpia bien gradada
333
2,490
Arena fina uniforme
13.3
100
Arena limosa y grava bien gradada
1.3
9.7
Arena limosa
0.3
2.2
Limo uniforme
0.16
1.2
Arcilla arenosa
0.016
0.12
Arcilla limosa
0.003
0.022
Arcilla (30 a 50% tamaños de arcilla)
0.0003
0.0022
Arcilla coloidal
0.000003
0.000022
*
Adaptado de las referencias 5 y 24
NOTA:
pie/día x 0.3048 = m/día
gal/día/pie2 x 0.0408 = m3/día/m2
En unidades de pies por segundo, el coeficiente de permeabilidad se expresa en galones por
pie cuadrado, o pies por día. La conversión entre estos factores se lleva a cabo anotando
que 7.48 gal/día/pie = 1 pie/día. En la Tabla 10.7 se dan valores típicos del coeficiente de
permeabilidad para varios suelos.
Estimación de la Infiltración Vertical. La ley de Darcy se aplica para estimar las tasas de
infiltración de un relleno sanitario, es útil revisar las condiciones físicas del problema
refiriéndose a la Figura 10.11. Como se muestra, la celda de un relleno sanitario se ha
colocado en la superficie de un acuífero, compuesta por material de permeabilidad
moderada, el cual a su vez descansa sobre un acuífero de lecho rocoso. En esta situación, es
posible tener dos alturas piezométricas diferentes si se construyen pozos a la superficie de
los acuíferos superficial y confinado por la roca.
Con respecto al movimiento del lixiviado, dos problemas son de interés: el primero es la
tasa a la cual el lixiviado filtra desde el fondo del relleno hacia el agua subterránea en la
superficie del acuífero; el segundo es la tasa a la cual el agua del acuífero superficial se
mueve dentro del acuífero rocoso. Estos dos problemas se discutirán en el siguiente
análisis. No será considerada la manera como ocurre la mezcla del lixiviado y el agua
subterránea en el acuífero superficial.
En el primer problema, la tasa de flujo del lixiviado desde el relleno hasta el agua
subterránea superior se calcula suponiendo que el material debajo del relleno y sobre la
tabla de agua está saturado y que existe una capa pequeña de lixiviado en el fondo del
relleno. Bajo estas condiciones, la aplicación de la Ley de Darcy es como sigue:
Q(gal/día) = K(gal/día/ pie 2 ) A(pie 2 )
h 1 (pie)
L1 (pie)
pero debido a que h1 = L1
Figura 10.11. Esquema de definición para la determinación de la infiltración desde
rellenos sanitarios y desde acuíferos superficiales a acuíferos subsuperficiales.
(Adaptado de la Referencia 29).
Q (gal/día) = K (gal/día/pie2) A (pie2)
Si se supone que el flujo ocurre a través de un pie cuadrado, entonces:
Q (gal/día) = K (gal/día/pie2) (pie2)
Entonces, la tasa de descarga del lixiviado por unidad de área es igual al valor de K
multiplicada por pie cuadrado.
Por ejemplo, si el estrato superior de la Figura 10.11 fuera arcilla arenosa, la tasa
correspondiente de infiltración sería igual a 0.12 gal/día por unidad de área (Vea la Tabla
10.7). El valor calculado representa la cantidad máxima de infiltración que podría
esperarse, y este valor se usaría para diseño. En condiciones normales, la tasa real sería
menor que este valor debido a que la columna de suelo debajo del relleno no estaría
saturada.
En el segundo problema, la tasa de movimiento del agua desde el acuífero superior hasta el
acuífero inferior estaría dada por:
h (pie)
Q (gal/día) = k (gal/día/p ie 2 ) 2
L 2 (pie)
En este caso, se usa el espesor de la capa confinante para determinar el gradiente
hidráulico.
Control del Movimiento del Lixiviado. A medida que el lixiviado percola a través del
estrato subyacente, serán removidos muchos constituyentes químicos y biológicos
contenidos originalmente en él, por la acción filtrante y de adsorción del material que
compone el estrato. En general, el alcance de esta acción depende de las características del
suelo, especialmente el contenido de arcilla (4) .Debido al riesgo potencial involucrado al
dejar que el lixiviado percole al agua subterránea, una práctica mejor exige su eliminación
o retención. Cuando se va a recuperar gas, es especialmente importante retener el lixiviado
debido a que el contenido inicial de humedad debe ser apreciablemente más alto que el
normal (50 a 60% versus 20 a 25%) para obtener la máxima producción de gas. En algunos
sistemas de recuperación de gas, este lixiviado se recoge y recircula a la parte superior del
relleno y se reinyecta a través de líneas perforadas en las zanjas de drenaje. Normalmente,
la tasa de producción de gas es mayor en los sistemas con recirculación de lixiviado.
Finalmente, independientemente del sistema usado, puede ser necesario recolectar y tratar
el lixiviado (11).
Hasta la fecha (1976), el uso de arcilla ha sido el método favorecido para reducir o eliminar
la percolación del lixiviado (Vea la Tabla 10.6). También se han usado sellos de membrana,
pero son costosos y exigen cuidado de manera que no sean dañados durante las operaciones
de llenado del relleno.
TABLA 10.8 CLASIFICACIONES GENERALIZADAS DE LA ADECUABILIDAD DE VARIOS TIPOS DE SUELOS PARA
USO COMO MATERIAL DE RECUBRIMIENTO DE RELLENOS SANITARIOS*
Función
Grava limpia
Evita que los roedores saquen suelo o
G
hagan túneles
Impide la salida de moscas
P
Minimiza la entrada de humedad al
P
relleno
Minimiza la salida de gas a través de la
P
cubierta de relleno
Da una apariencia agradable y controla el
E
vuelo de papeles
Soporta vegetación
P
Sale gas de la descomposición (es
E
permeable)&
*
De la Referencia 1
+
E, excelente; G, bueno; F, regular; P, pobre
++
Excepto cuando hay grietas a lo largo de toda la cubierta
&
Sólo si está bien drenado
Tipo general del suelo+
Grava limosa Arena limpia Arena limo
arcillosa
arcillosa
F-G
G
P
Limo
Arcilla
P
P
F
F-G
P
P
G
G-E
G
G-E
E++
E++
F-G
P
G-E
G-E
E++
E
E
E
E
E
G
P
P-F
G
E
P
G-E
P
F-G
P
Igualmente importante en el control del movimiento del lixiviado es la eliminación de la
infiltración de agua superficial, este es el mayor contribuyente al volumen total de
lixiviado. La infiltración superficial se puede controlar eficazmente con el uso de una capa
impermeable de arcilla, una pendiente adecuada (1 a 2%), y un drenaje adecuado. Con
control apropiado de agua de la superficie, puede no ser necesario proveer una barrera
impermeable. En la Tabla 10.8 se reportan clasificaciones generalizadas de la adecuabilidad
de varios tipos de suelo para uso como cubierta de rellenos sanitarios.
10.5. DISEÑO DE RELLENOS SANITARIOS
Una vez se ha seleccionado un número potencial de sitios con base en información
preliminar disponible, será necesario preparar un informe que incluya un diseño ingenieril
para cada sitio, para evaluar los costos asociados con la preparación del sitio para el relleno,
colocación de los desechos sólidos, y terminado del lugar una vez han concluido las
operaciones de llenado. El informe de diseño ingenieril (anteproyecto), en este contexto es
preliminar, se distingue de la evaluación completa necesaria para la selección del sitio en la
cual se incluyen consideraciones ambientales.
Entre los tópicos importantes que se deben considerar en un informe de anteproyecto,
aunque no necesariamente en el orden dado, están los siguientes: 1) área necesaria de
terreno, 2) tipos de desechos que se deben manejar, 3) evaluación del potencial de
infiltración, 4) diseño de las instalaciones de control de infiltración y drenaje, 5) desarrollo
de un plan general de operación, 6) diseño de un plan de llenado con los desechos sólidos y
7) determinación de las necesidades de equipo. En la Tabla 10.9 se reportan los factores
individuales más importantes que deben ser considerados. Durante el desarrollo del informe
del anteproyecto, se debe considerar cuidadosamente el uso final o los usos que se harán del
sitio terminado. El suelo reservado para oficinas administrativas, construcciones y parques
deben ser llenados únicamente con tierra y sellado contra la entrada de gases.
El grado hasta el cual se deben completar los cálculos ingenieriles para cada sitio depende
de lo que se haya encontrado en cada etapa. Por ejemplo, si se encuentra que la tasa de
infiltración será muy grande si el uso de un sello de arcilla y si no hay disponibilidad de
arcilla u otro material adecuado, económicamente, dentro del área, puede no ser necesario
continuar haciendo cálculos para el sitio en cuestión. En el Ejemplo 10.7 al final de esta
sección se ilustra el desarrollo de un plan operacional completo para un relleno sanitario.
Area Necesaria de Terreno
Anteriormente, en este capitulo, se dio un método aproximado para determinar las
necesidades de terreno para relleno sanitario (Vea el Ejemplo 10.1). En esta sección se da
importancia a los impactos sobre los requerimientos de terrenos desde: 1) la
compresibilidad de los componentes individuales de los desechos sólidos y 2) la
recuperación de recursos y energía.
Impacto de la Compresibilidad de los Componentes de los Desechos Sólidos. La densidad
final de los desechos sólidos colocados en un relleno sanitario varía con el modo de
operación del relleno, la compresibilidad de los componentes individuales de los desechos
sólidos, y la distribución porcentual de los mismos. Datos típicos de la compresibilidad de
los componentes se enumeran en la Tabla 4.2 y reportan en la Tabla 10.10. Los factores de
reducción de volumen se dan para rellenos sanitarios normalmente compactados y bien
compactados. En el Ejemplo 10.4 se ilustra el uso de datos presentados en la Tabla 10.10.
TABLA 10.9. Factores importantes que deben ser considerados en el diseño y
operación de rellenos sanitarios
FACTOR
OBSERVACIONES
Diseño
Acceso
Vías pavimentadas de acceso al sitio, vías temporales a áreas de descargue
Diseño y construcción de celdas Variará dependiendo de si se recupera o no el gas, los desechos de un día
deben formar una celda, altura máxima de 10 pies, cubierta diaria de 6 pg.
de tierra, lumbreras en grava para gas deben ser instaladas cada 60 a 200
pies.
Material de recubrimiento
Maximizar el uso de tierra in situ, se necesitan aproximadamente 1 yd3 de
material de recubrimiento por cada 4 a 6 yd3 de desechos sólidos, mezcle
con sellantes para controlar la infiltración superficial.
Drenaje
Instale diques de drenaje para desviar la escorrentía superficial, mantenga
una pendiente del 1 al 2% sobre la superficie final del relleno para evitar el
encharcamiento.
Necesidades de equipo
Variará con el tamaño del relleno (Vea la Tabla 10.15)
Prevención de incendios
Agua en el sitio, si no es potable, marcar las llaves bien, la separación
apropiada de las celdas evita la quema total si ocurre combustión.
Protección agua subterránea
Desvíe cualquier fuente subterránea, si es necesario instale sellos para el
control de lixiviado, instale pozos para gas y control de aguas subterráneas.
Area de terreno
El área debe ser suficientemente grande para recibir los desechos de la
comunidad durante un año mínimo, preferiblemente 5 a 10 años.
Método de llenado del relleno
La selección del método variará con el terreno y la cubierta disponible.
sanitario
Control de desperdicios
Use cercas móviles en áreas de descargue, las cuadrillas deben recoger
desperdicios una vez al mes o cuando sea necesario.
Plan de operación
Con o sin la disposición de lodos de plantas de tratamiento y la
recuperación de gas.
Extendida y compactación
Extienda y compacte los desechos en capas menores de 2 pies de espesor.
Area de descargue
Manténgala pequeña, generalmente menor de 100 pies sobre un lado, opere
áreas separadas de descargue para automóviles y camiones comerciales.
Operación
Comunicaciones
Días y horas de operación
Instalaciones para empleados
Registros de la operación
Recuperación
Balanzas
Teléfono para emergencias.
La práctica usual es 5 a 6 días/sem y 8 a 10 h/día
Se debe proveer un techo cubierto para mantenimiento del equipo en el
campo.
Tonelaje, transacciones y facturas si se cobran derechos.
No se permite recuperación, ésta debe ocurrir lejos del área de descargue,
ningún almacenamiento de recuperables en el sitio.
Esenciales para mantener registros si los camiones de recolección entregan
los desechos, capacidad para 100.000 lb.
TABLA 10.10.
Factores Típicos de Compactación para varios componentes de
desechos sólidos como se desechan.
Componente
Factores de compactación para componentes en
rellenos sanitarios*
rango
Compactación
Bien
normal
compactados
Desechos de alimentos
0,2 – 0,5
0,35
0,33
Papel
0,1 – 0,4
0,2
0,15
Cartón
0,1 – 0,4
0,25
0,18
Plásticos
0,1 – 0,2
0,15
0,10
Textiles
0,1 – 0,4
0,18
0,15
Caucho
0,2 – 0,4
0,3
0,3
Cuero
0,2 – 0,4
0,3
0,3
Recortes de jardín
0,1 – 0,5
0,25
0,2
Madera
0,2 – 0,4
0,3
0,3
Vidrio
0,3 – 0,9
0,6
0,4
Envases de hojalata
0,1 – 0,3
0,18
0,15
Metales no ferrosos
0 ,1 – 0,3
0,18
0,15
Metales ferrosos
0,2 – 0,6
0,35
0,30
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
0,6 – 1,0
0,85
0,75
*
Factor de compactación = Vf/vi, donde Vf = volumen final del desecho sólido después de
la compactación y Vi = volumen inicial del desecho sólido antes de la compactación.
Ejemplo 10.4. Determinación de la Densidad de los Desechos Sólidos Compactados.
Determine la densidad de los desechos sólidos en un relleno sanitario bien compactado, con
las características dadas en la Tabla 4.2.
Solución
1.
Construya una tabla de cálculos con columnas separadas para 1) peso de los
componentes individuales del desecho sólido, 2)el volumen de los desechos
que se descartan, 3) los factores de reducción de volumen para desechos
sólidos bien compactados, y 4) el volumen compactado en el relleno. En la
Tabla 10.11 se presenta la tabla exigida, con base en un peso total de 1,000
lb.
2.
Calcule la densidad de los desechos sólidos compactados.
1,000 lb x 27 pie 3 /yd 3
Densidad compactada =
= 944 lb/yd 3 (560 kg/m 3 )
3
28.6 p
TABLA 10.11.
Cálculo de la Densidad de Desechos Sólidos Colocados en un
Relleno Sanitario para el Ejemplo 10.4.
Peso de
Volumen
Factor de
Volumen en
desechos
como se
compactación++ el relleno
sólidos*
descartan*
pie3
lb
pie3
Desechos de alimentos
150
8,3
0,33
2,7
Papel
400
78,4
0,15
11,8
Cartón
40
12,9
0,18
2,3
Plásticos
30
7,5
0,10
0,8
Textiles
20
5,0
0,15
0,8
Caucho
5
0,6
0,3
0,2
Cuero
5
0,5
0,3
0,2
Recortes de jardín
120
18,5
0,2
3,7
Madera
20
1,3
0,3
0,4
Vidrio
80
6,6
0,4
2,6
Envases de hojalata
60
10,9
0,15
1,6
Metales no ferrosos
10
1,0
0,15
0,2
Metales ferrosos
20
1,0
0,3
0,3
Tierra, ceniza, ladrillos, etc.
40
1,3
0,75
1,0
1.000
28,6
Densidad compactada = 944 lb/yd3 (560 kg/m3)
*
Vea la Tabla 4.8
NOTA:
lb x 0.4536 = kg
+
Vea la Tabla 4.6
pie3 x 0.02833 = m3
++
Vea la Tabla 10.10
lb/yd3 x 0.5933 = kg/m3
Comentario. El valor de la densidad de 944 lb/yd3 sería usado entonces para determinar el
área de terreno necesaria. En alguna literatura, se incluye un factor para tomar en cuenta el
aumento de volumen para relleno debido a la descomposición. Aunque es verdad que habrá
un mayor volumen, este volumen adicional, rara vez, si es el caso, será usado para llenado.
Además, se recomienda no considerar este factor en la determinación del volumen
necesario.
Impacto de la Recuperación de Recursos. La recuperación de materiales y energía de los
desechos sólidos también reducirá el área necesaria de relleno. La magnitud de la reducción
dependerá de los componentes a ser recuperados y de la cantidad de desechos residuales
(Vea el Capitulo 9). En el Ejemplo 10.5 se ilustran los cálculos necesarios para determinar
el impacto de la recuperación de recursos sobre el área necesaria de relleno.
EJEMPLO 10.5.
Evaluación del Impacto de la Recuperación de Recursos sobre el
Area Necesaria de Relleno.
Determine el impacto de un programa de recuperación de recursos sobre el área necesaria,
en el cual van a ser recuperados el 50% del papel y 80% del vidrio y envases de hojalata.
Suponga que los desechos tienen las características reportadas en la Tabla 4.2.
Solución
1.
Prepare una tabla resumen, similar a la Tabla 10.11, en la cual se deducen las
cantidades de los componentes a ser recuperados, y determine la densidad de
los desechos compactados en el relleno (Vea la Tabla 10.12).
2.
Debido a que la densidad calculada en la Tabla 10.12 es esencialmente la
misma de la Tabla 10.11, el impacto de la recuperación de materiales se
puede evaluar con base en la reducción de peso únicamente.
 688 lb 
Area de recupción = 
 (área sin recuperación)
 1,000 lb 
= (0.69) (área sin recuperación)
TABLA 10.12.
Cálculo de la Densidad de Desechos Sólidos en un Relleno
Sanitario Bien Compactado Después de la Recuperación de Recursos para el Ejemplo
10.5.
Componente
Peso de
Volumen
Factor de
Volumen
desechos
como se
compactación++
en el
*
+
sólidos
descartan
relleno
lb
pie3
pie3
Desechos de alimentos
150
8,3
0,33
2,7
Papel
200
39,2
0,15
5,9
Cartón
40
12,9
0,1
2,3
Plásticos
30
7,5
0,1
0,8
Textiles
20
5,0
0,15
0,8
Caucho
5
0,6
0,3
0,2
Cuero
5
0,5
0,3
0,2
Recortes de jardín
120
18,5
0,2
3,7
Madera
20
1,3
0,3
0,4
Vidrio
16
1,3
0,4
0,5
Envases de hojalata
12
2,2
0,15
0,3
Metales no ferrosos
10
1,0
0,15
0,2
Metales ferrosos
20
1,0
0,3
0,3
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
40
11,3
0,75
1,0
688
19,3
Densidad compactada = 962 lb/yd3 (571 kg/m3)
*
Vea la Tabla 4.2
NOTA:
lb x 0.4536 = kg
+
Vea la Tabla 4.6
pie3 x 0.02833 = m3
++
Vea la Tabla 10.10
lb/yd3 x 0.5933 = kg/m3
Comentario. En aquellos casos en que la densidad calculada de los desechos compactados
cambia apreciablemente, como resultado del programa de recuperación de materiales,
también se puede deducir el área necesaria de relleno por la relación de las densidades
compactadas. No se observarán cambios grandes en la densidad con recuperación de
materiales, donde una fracción apreciable de los desechos está compuesta por recortes de
jardín.
Tipos de Desechos
En el diseño y disposición de un relleno sanitario es importante el conocimiento de los tipos
de desechos a ser manejados, especialmente si hay desechos peligrosos. Generalmente, es
mejor desarrollar sitios separados de disposición para los desechos peligrosos debido a que
en la mayoría de los casos es necesario dar un tratamiento especial al sitio antes de que
se puedan colocar los desechos en el relleno. Con frecuencia, los costos de tratamiento
asociados son apreciables, y es antieconómico usar esta capacidad de relleno para desechos
que no exigen precauciones especiales.
Si se van a manejar cantidades apreciables de desechos de demolición, puede ser posible
usarlos para la estabilización de los terraplenes. En algunos casos, puede no ser necesario
cubrir los desechos de demolición a diario (para una discusión más amplia vea Plan de
Operación de Relleno Sanitario).
Evaluación del Potencial de Infiltración
Se deben obtener muestras de sondeos para evaluar el potencial de infiltración del sitio que
se esté considerando para relleno sanitario, y hacer suficientes perforaciones, de manera
que se puedan establecer las formaciones estratigráficas en el sitio propuesto desde la
superficie hasta (incluidas) las partes superiores de roca u otras capas de confinamiento. Al
mismo tiempo, se deben determinar la profundidad de la tabla de agua superficial junto con
los niveles piezométricos de cualquier acuífero en la roca o confinado que se pueda
encontrar.
La información resultante se usa entonces para: 1) determinar la dirección general del
movimiento del agua subterránea en el sitio, 2) determinar si los acuíferos no consolidados
o en la roca están conectados directamente con el relleno, y, 3) estimar la infiltración
vertical que pudiera ocurrir debajo del sitio del relleno.
Instalaciones de Drenaje y Control de Infiltración
Además del análisis de la infiltración, también es necesario desarrollar un plan de drenaje
para toda el área, que muestre la ubicación de los drenajes de aguas de lluvias, alcantarillas,
canales y drenajes subsuperficiales a medida que la operación de llenado avanza. En
algunos casos puede ser necesario instalar sistemas de control de infiltración.
La capa de recubrimiento final debe tener una pendiente de alrededor del uno por ciento,
para asegurar la evacuación rápida de la precipitación que cae sobre el relleno sanitario
terminado y para evitar la formación de charcos. Donde se usa material de recubrimiento
relativamente impermeable, como arcilla, pueden ser factibles pendientes menores. Si se
supone que: 1) el material de recubrimiento está saturado, 2) se mantiene una capa delgada
de agua sobre la superficie, y 3) no hay resistencia al flujo debajo de la capa del
recubrimiento, entonces en la Tabla 10.13 se da la cantidad teórica de agua que pudiera
entrar al relleno por unidad de área en un período de 24 horas para varios materiales de
recubrimiento (mencionados en la Tabla 10.7)
Evidentemente, estas cifras son únicamente valores teóricos, pero se pueden usar en la
evaluación de las peores condiciones posibles. En la práctica real la cantidad de agua que
entra al relleno dependerá de las condiciones hidrológicas locales, las características del
material de recubrimiento (Vea la Tabla 10.8) , la pendiente final del recubrimiento, y si se
ha plantado o no vegetación. El uso de la fórmula racional (17) para estimar la escorrentía
es, generalmente, aceptable para áreas pequeñas como las de rellenos sanitarios.
TABLA 10.13.
Volumen Teórico de Agua que pudiera entrar en un Relleno
Sanitario terminado a través de un pie cuadrado de varios materiales de
recubrimiento en un día*
Material de recubrimiento
Volumen de agua, gal.
Arena gruesa uniforme
9.970
Arena media uniforme
2.490
Arena y grava limpia bien gradada
2.490
Arena fina uniforme
100
Arena limosa y grava bien gradada
9,7
Arena limosa
2,2
Limo uniforme
1,2
Arcilla arenosa
0,12
Arcilla limosa
0,022
Arcilla (30 a 50% tamaños de arcilla)
0,0022
Arcilla coloidal
0,000022
*
Adaptado de la Referencia 24
NOTA: gal x 0.003785 = m3
Entre los métodos de control de la infiltración hacia y desde rellenos sanitarios están: 1) el
uso de materiales impermeables de recubrimiento, 2) la intercepción de agua subterráneas
superficiales antes de que lleguen al relleno (vea la figura 10.12), 3) igualación de los
niveles de agua dentro y fuera del relleno, y 4) el uso de una capa impermeable de arcilla u
otros sellantes (vea la tabla 10.6). En el ejemplo 10.6 se ilustran los cálculos necesarios
para el uso de una capa impermeable de arcilla.
EJEMPLO 10.6.
Determinación del Espesor Necesario de la Capa de Arcilla
para Limitar la Infiltración del Lixiviado.
Determine el espesor de una capa de arcilla que se debe colocar en el fondo de un relleno
sanitario si la tasa de infiltración se va a limitar a unos 0,05 gal/día/unidad de área. Suponga
que la tabla de agua está localizada en el fondo del relleno y que el nivel del lixiviado en el
relleno se va a mantener a 2 pies por encima de la capa de arcilla mediante bombeo. El
valor de K para el material de arcilla usado es de 0.02 gal/día/pie2.
Figura 10.12. Sección de un relleno sanitario mostrando el control de aguas subterráneas,
control de aguas superficiales, el acabado, el material de recubrimiento y las lumbreras de
gas. (Adaptado de la Referencia 24).
Solución
1.
Escriba la ecuación de Darcy para las condiciones especificadas
Q=KA
dh
dL
 2.0 + L c
0.05 gal/día = (0.02 gal/día/pi e 2 ) (1 pie 2 ) 
 Lc



donde Lc = espesor de la capa de arcilla
2.
Resuelva para el espesor de la capa de arcilla
2.5 L c = 2.0 + L c
Lc =
2.0
= 1.33 pies (0.41 m)
1.5
Comentario. Se podría hacer un cálculo parecido cuando se usa una capa de arcilla para
evitar que el agua subterránea superficial entre al relleno como es el caso de rellenos
colocados en áreas con mareas.
Plan de Operación del Relleno Sanitario
Las principales características de un plan de operación de un relleno sanitario son la
disposición de la planta del sitio y el desarrollo de un programa practicable de operación.
Disposición de la Planta del Sitio. En la planificación de la disposición de la planta del sitio
de un relleno, se debe determinar la ubicación de los siguientes ítems: 1) carreteras de
acceso, 2) albergues para el equipo, 3) básculas si se usan, 4) sitios de almacenamiento para
desechos especiales, 5) sitios de acumulación del suelo, 6) áreas de relleno, y 7)
plantaciones (Vea también la Tabla 10.9). En la Figura 10.13 se muestra una disposición
típica de la planta para un sitio de disposición mediante relleno sanitario. Debido a que la
disposición del sitio es específica para cada caso, la Figura 10.13 sólo sirve como una guía.
Programa de Operación. Los factores que se deben considerar en el desarrollo de
programas de operación incluyen: 1) secuencias de llegada de los vehículos de recolección,
2) patrones de tránsito en el sitio, 3) secuencia de tiempo a seguir en las operaciones de
llenado, 4) efectos del viento y otras condiciones climáticas, y 5) acceso comercial y
público. Por ejemplo, debido al tráfico pesado de camiones, temprano en la mañana, puede
ser necesario restringir el acceso público al sitio hasta tarde en la mañana. También, debido
al efecto adverso de las condiciones de invierno, se debe establecer una secuencia de
llenado de manera que las operaciones de llenado no se vean impedidas.
Figura 10.13. Disposición típica de la planta de un relleno sanitario. (Stanley
Consultants, Inc.).
Plan de llenado para los Desechos Sólidos
Una vez se ha establecido la disposición general de la planta del sitio del relleno, será
necesario seleccionar el método de colocación de los desechos a ser usado, ubicar y diseñar
las celdas individuales de desechos sólidos. El método específico de llenado dependerá de
las características del sitio, tales como la cantidad de material de recubrimiento disponible,
la topografía, la hidrología y geología locales. (Antes, en este capitulo se presentaron
detalles de varios métodos de llenado. Vea la Sección 10.2). Para evaluar planes futuros de
desarrollo será necesario preparar un plan detallado de disposición de las celdas
individuales de desechos sólidos. En la Figura 10.14 se muestra un ejemplo típico de tal
plan.
Sobre la base de las características del sitio o del método de operación (ej. recuperación de
gas), puede ser necesario incorporar lineamientos especiales para el control del movimiento
de gases y lixiviado desde el relleno.
Esto pudiera incluir el uso de drenajes de arena, láminas plásticas y/o materiales arcillosos.
Figura 10.14. Plano de ubicación de las zanjas de llenado dentro de un relleno
sanitario. (Adaptado de la Referencia 29).
Exigencias de Equipo
El tipo, tamaño y cantidad de equipo necesario dependerá del tamaño del relleno y el
método de operación, también son factores importantes de la disponibilidad local y las
preferencias del operador.
Los tipos de equipo que se usa en rellenos sanitarios incluyen: tractores de oruga y
neumáticos, escarificadores, compactadores, retroexcavadoras y motoniveladoras (Vea las
Figuras 10.15 y 10.16). De éstos, los más comúnmente usados son los tractores de oruga y
neumáticos. Los tractores equipados en forma apropiada se pueden usar para realizar todas
las operaciones necesarias en un relleno sanitario, incluyendo el extendido, la
compactación, excavación de zanjas y acarreo de materiales de recubrimiento (26). La
escogencia entre tractores de oruga y de neumáticos se debe basar en las condiciones
locales; en la Tabla 10.14 se reporta alguna información generalizada sobre el desempeño
de equipo en rellenos sanitarios.
TABLA 10.14. Características del Funcionamiento de Equipo en Rellenos*,+
Equipo
Tractor de
oruga
Compactador
de relleno
Escarificador
Desecho Sólido
Extendido Compactación
E++
B
Excavación
E
Material de recubrimiento
Extendido Compactación Acarreo
E
B
NA
E
E
P
B
E
NA
NA
NA
B
E
NA
E
*
De la Referencia 1
Bases de la evaluación: suelo fácil de trabajar y distancia de acarreo del material de
recubrimiento mayor de 1.000 pies (328 m).
++
Símbolos de clasificación: E = Excelente, B = Bueno, P = Pobre, NA = no aplicable.
+
El tamaño y la cantidad de equipo dependerá, principalmente, del tamaño de la operación
del relleno, las condiciones locales del lugar también influenciarán el tamaño del equipo.
En la Tabla 10.15 se reportan requisitos promedio de equipo que se puede usar en la
operación de rellenos, sirve como una guía en la selección de equipo.
(a)
(b)
Figura 10.15. Equipo típico usado en un relleno sanitario del tamaño medio. a)
Tractor oruga con pantalla para basura. b) Escarificador de auto-cargue.
(a)
(b)
Figura 10.16. Equipo adicional usado en rellenos sanitarios: a) carro-tanque de agua,
b) cilindro compactador con pantalla para basura.
Necesidades promedio de equipo para un relleno sanitario*
TABLA 10.15.
Población
0 – 15.000
15.000 – 50.000
50.000 – 100.000
Desecho
diario
ton!
0-40
40-130
130-160
Número
1
Tractor, oruga o
neumático
1
Tractor, oruga o
neumático
†
Escarificador,
retroexcavadora,
carro-tanque
Tractor, oruga o
neumático
1-2
†
más de 100.000+
260+
2+
†
*
Equipo
Tipo
Escarificador,
retroexcavadora,
carro-tanque
Tractor, oruga o
neumático
Accesorio†
Tamaño, lb
10.000-30.000 Buldozer, cargador
frontal. (1 a 2 yd)
Pantalla de basura
30.000-60.00 Buldozer, cargador
frontal (2 a 4 yd)
Cargador de almeja
Pantalla de basura
30.000+
Buldozer, cargador
frontal (2 a 5 yd)
Cargador almeja
Pantalla de basura
45.000+
Buldozer, cargador
frontal
Cargador almeja
Pantalla de basura
Escarificador,
retroexcavadora,
compactador de
cilindro,
compactadora,
motoniveladora,
carro-tanque
De la Referencia 26
† Opcional. Depende de la necesidad individual
!
ton x 0,9072 = ton. métrica
+
Indica más de
EJEMPLO 10.7. Diseño de una Operación de Relleno Sanitario
Una ciudad está en el proceso de cerrar un botadero abierto. Se ha seleccionado un relleno
sanitario como sustituto y se dispone de algunos datos. Desarrolle un diseño y plan de
operación para el relleno. (En el Capítulo 17 se presentan aspectos administrativos
asociados con la selección del sitio para el relleno).
El sitio seleccionado para la disposición consiste en 160 acres que actualmente son
propiedad privada del Empire Road y se usa para agricultura y pastoreo de ganado; granos
y pastos son los cultivos predominantes. En el sitio no existen construcciones u otras
mejoras, en la Figura 10.17 se muestra la topografía del sitio.
Se hicieron pruebas de suelos y se encontró que la cubierta del suelo en el sitio es de dos
tipos- capa superficial de arcilla pesada y subestrato rocoso, principalmente areniscas y
alguna pizarra. El espesor de la capa superior de suelo varía desde 2 pies, en los riscos,
hasta 10 a 12 pies en el fondo de los valles. El material rocoso se fractura fácilmente y
rompe en un suelo de grava arenosa durante la excavación, ocasionalmente se pueden
encontrar áreas duras.
El Concejo Municipal está de acuerdo en que además del uso de los perfiles de las
perforaciones fuera del sitio, se debe perforar un pozo profundo de prueba para determinar
el nivel del agua subterránea y obtener una muestra de esta agua para análisis, y establecer
la naturaleza del estrato de agua más profundo. Se perforó un pozo de North Valley, se
encontró agua a unos 100 pies debajo de la superficie. Se observó un efecto artesano en la
perforación y se consideró como una indicación de que el agua se originaba en un acuífero
confinado. Los resultados de las pruebas de laboratorio de la calidad de agua fueron los
siguientes:
Sólidos disueltos totales, m/l
Cloruros, mg/l
Nitratos, mg/l
Dureza, mg/l como CaCo3
Alcalinidad, mg/l como CaCo3
pH
7.388
1.035
40
788
425
8,0
Figura 10.17. Mapa topográfico del sitio de disposición para el relleno sanitario del
Ejemplo 10.7.
En la figura 10.18 se muestra el perfil de la perforación para el pozo.
En el relleno se van a colocar principalmente desechos sólidos municipales, pero también
se incluirán algunos desechos industriales no tóxicos y desechos agrícolas. Los parámetros
de diseño a ser usados son los siguientes:
Población servida en el área
1970
1980
1990
30.000
46.000
66.000
Tasa total de producción de desechos, lb/cap/día
Altura total de la alzada, pies
Densidad de los desechos sólidos compactados en el relleno, lb/yd3
Relación de material de recubrimiento a desechos sólidos
6.4
10
1000
1:4
Solución
Analizando el mapa topográfico del sitio propuesto se decidió establecer dos rellenos, uno
en North Valley y otro en South Valley, en los lugares mostrados en la Figura 10.17. El
relleno de South Valley se va a completar primero. Con base en la evaluación preliminar, el
paso siguiente es considerar las variables importantes de diseño y operación (hay 12).
1.
Protección del Agua Subterránea. La concentración de sólidos totales es casi la
cuarta parte de la de agua de mar, entonces la salinidad es extremadamente alta. La
dureza del agua también es muy alta, aguas con durezas por encima de 300 mg/l
expresados como carbonato de calcio se consideran muy duras. Debido a que el
agua subterránea es de una calidad tan pobre, no es útil para ningún otro propósito
que protección contra incendio y para mojar los desechos sólidos y la cubierta de
tierra.
Si se colocara un relleno en cualquiera de los dos valles sin ningún tratamiento del
área en el fondo, el potencial de contaminación del agua subterránea sería muy bajo.
La contaminación del acuífero no es posible a menos que hubiera una abertura en
el material de confinamiento y la presión del lixiviado en el relleno sea mayor que la
del acuífero. La contaminación ascendente es posible. Para asegurar de que no
ocurra interacción, se debe limitar la profundidad de la excavación a menos de 25
pies en el North Valley.
2.
Carreteras Permanentes y Temporales. El primer paso en la preparación del sitio es
la construcción de una carretera de entrada desde Empire Road y una carretera de
acceso hasta el fondo del valle. La carretera debe ser una construcción permanente
debido a que se debe usar durante la vida útil del relleno del sitio.
Figura 10.18. Perfil del suelo para un pozo perforado en el sitio de disposición en
North Valley, para el ejemplo 10.7.
Figura 10.19. Planta de la localización del sitio de disposición, mostrando la secuencia
de llenado para North Valley para el ejemplo 10.7.
Debe tener un mínimo de 22 pies de ancho con cunetas para drenaje necesarias; se
debe construir con triturado y petrolizar para lograr una superficie permanente. La
capa superficial de suelo se debe remover y transportar hasta el sitio de
almacenamiento a medida que se construya la carretera. Cuando se concluye la
operación de llenado y se cierra el sitio de disposición, se debe desmantelar la
carretera de acceso y cubrir el área con tierra limpia.
Las carreteras temporales de acarreo hasta el área de operación de cada alzada, se
pueden construir con una mezcla de desechos sólidos y suelo, las carreteras de
acarreo no necesitan ser permanentes debido a que ellas serán cubiertas por las
capas (alzadas) sucesivas de desechos sólidos.
3.
Programa de llenado y operación. El método seleccionado de llenado es una
combinación de relleno de área-depresión. La primera alzada en South
Valley se debe iniciar a una elevación de 300 pies, como se muestra en la
Figura 10.19, y se debe llenar con desechos sólidos hasta un espesor de 9,5
pies. Sobre el material compactado de relleno se debe colocar una capa de 6
pulgadas de material de recubrimiento, al finalizar cada día para proveer una
superficie de rodamiento para el tránsito vehicular y evitar el acceso de
roedores a los desechos compactados. Para iniciar la operación del relleno,
se debe remover el suelo superficial en las partes bajas de South Valley y
transportarlo al sitio de almacenamiento al extremo oriental del sitio del
relleno. El montón de suelo sirve corno una presa para retener la escorrentía
lo mismo que para alma cenar el suelo. El extremo occidental de la alzada se
debe excavar a medida que avanza el relleno y cada alzada se debe extender
como se muestra en las Figuras 10.19 y 10.20.
Figura 10.20. Sección típica a lo largo del eje aproximado del sitio de South Valley,
mostrando los detalles de las alzadas para el ejemplo 10.7. (Nótese la diferencia de
escala horizontal y vertical).
En la construcción del relleno se deben incorporar lumbreras para la descarga de los
gases de la descomposición de los desechos sólidos. Las lumbreras se deben
construir en una capa de material granular de 12 a 18 pulgadas, de manera que los
gases puedan salir a la superficie fácilmente (Vea las Figuras 10.20 y 10.21).
La naturaleza rocosa del material de la cubierta en el piso la hace adecuada para ser
usada como medio de ventilación. la superficie del suelo alrededor de las lumbreras
debe ser moldeada de manera que el agua de lluvia se aleje para prevenir la entrada
de cantidades excesivas de agua en el relleno.
El ancho del área de descargue debe estar limitado a una distancia de 150 pies para
evitar el descargue indiscriminado y mantener un mejor control de la operación. El
tránsito en el área de descargue consistirá de los vehículos de recolección con
conductores experimentados, lo mismo que los vehículos de establecimientos
comerciales e industriales y vehículos privados conducidos por los residentes
quienes pueden no estar familiarizados con la operación del relleno. Las áreas para
los acarreadores regulares y otros vehículos se deben mantener separadas de manera
que no se desarrollen problemas de tráfico. Las áreas se pueden redistribuir los fines
de semana cuando no están trabajando los acarreadores regulares y el tráfico de
vehículos privados es máximo.
Figura 10.21. Detalle típico de la construcción de celdas a ser usadas en el sitio de
South Valley para el Ejemplo 10.7.
4.
Determinación de la capacidad del sitio. Una vez se ha seleccionado un
programa de llenado es posible calcular la capacidad del sitio. En las Figuras
10.19 y 10.20 se muestra la secuencia para el llenado de South Valley. En las
Tablas 10.16 y 10.17 se resumen los datos necesarios para determinar la
capacidad del sitio de disposición en South Valley.
En la Tabla 10.16 se dan las cantidades totales esperadas de desecho diario, anual y
anual acumulado. Como se anota, las cantidades de desecho diario y anuales se
calcularon en base a la población proyectada, al finalizar el año. Se recomienda este
procedimiento aunque sea conservador. El volumen se calculó usando un valor
supuesto de 1.000 lb/yd3 en lugar de la densidad de los desechos sólidos
compactados; los valores calculados pueden ser transformados para cualquier otro
valor de la densidad.
TABLA 10.16.
Año
Estimación de las cantidades de Desechos para el ejemplo 10.7.
Población
Cantidad de Desechos
(000)
Volumen diario* Volumen anual, Volumen acumulado
yd3
yd3
yd3
1975
38
243,2
88.800
88.800
1976
39,
253,4
92.500
181.300
1977
42,1
269,4
98.300
279.600
1978
42,8
273,9
100.000
379.600
1979
44,4
284,2
103.700
483.300
1980
46
294,4
107.500
590.800
1981
48
307,2
112.000
702.800
1982
50
320,0
116.800
819.600
1983
52
332,8
121.500
941.100
1984
54
345,6
126.100
1.067.200
1985
56
358,4
130.800
1.198.000
1986
58
371,2
135.500
1.333.500
1987
60
384,0
140.200
1.473.700
1988
62
396,8
144.800
1.618.500
1989
64
409,6
149.500
1.768.000
1990
66
422,4
154.200
1.922.200
*
Basado en la población al finalizar el año y una densidad compactada en el lugar de 1.000
lb/yd3. Por ejemplo: (38.000 personas x 6,4 lb7persona7día) (1.000 lb/yd3).
NOTA:
yd3 x 0.7646 = m3
lb/persona/día x 0.4536 = kg/persona/día
En la Tabla 10.17 se calcula la capacidad volumétrica del sitio de relleno de South
Valley en yardas cúbicas. El área de cada contorno se obtiene de la Figura 10.19
usando un planímetro. De otra manera, el área del contorno se puede determinar
colocando cuadrículas transparentes sobre la Figura 10.19 y contando los
cuadrados. Para determinar el volumen total del relleno, se promedian las dos áreas
adyacentes, el valor correspondiente se multiplica por 10 pies (altura de la alzada)
y divide por 27 para hacer la conversión a yardas cúbicas. El volumen de los
desechos sólidos se determina multiplicando el volumen total por 0.8, suponiendo
que se necesitará 1 yarda cúbica de material de recubrimiento por cada 4 yd3 de
desechos sólidos.
Cuando se comparan las cantidades dadas en las Tablas 10.16 y 10.17 la vida útil
del sitio de disposición en South Valley resulta ser de alrededor de 7 años (1975 a
1981). En ese tiempo será necesario desarrollar el sitio de relleno de North Valley.
5.
Material de recubrimiento. El material de recubrimiento para la acumulación de
material de desechos de cada día se toma de los bordes y de áreas donde se van a
colocar las alzadas subsiguientes. Debe haber algún material disponible de la
excavación en la alzada en operación. La cantidad de material de recubrimiento
diario variará desde 60 yd3 al principio hasta 105 yd3 al final de la operación de
llenado; se estima que el material total de recubrimiento necesario para 7 años de
operación es de alrededor de 195.380 yd3 (Vea Tabla 10.17).
6.
Control de erosión y drenaje. La excavación de material de las pendientes
laterales y la colocación del material de recubrimiento sobre los taludes
terminados crearán superficies susceptibles a la erosión durante los meses
lluviosos del invierno. La siembra de gramíneas o pastos sobre los taludes
más inclinados ayudará a reducir la cantidad de escorrentía que llega a las
áreas bajas de préstamo, estabilizando la erosión. El llenado periódico y
arreglo de las pendientes terminadas ayudará a prevenir la exposición de los
desechos sólidos subyacentes en el relleno.
Se debe construir un canal de drenaje alrededor del área de operación para desviar la
escorrentía. En North Valley los canales se deben ubicar a una elevación de 300 pies
y cerca de 400 pies en el sitio de South Valley. El canal debe tener pendiente hacia
el oriente y terminar en la parte más baja del área de relleno. La pendiente natural
del terreno afuera del relleno alejará el agua del sitio. El punto más alto de cada
alzada deberá estar hacia el centro de manera que el agua corra hacia los lados del
relleno y hacia el canal de drenaje.
7.
Operación en tiempo húmedo. Las operaciones durante el período lluvioso
del año, Noviembre a Abril, pueden continuar si las carreteras de acarreo son
transitables; la adición de grava de fácil drenaje sobre la superficie de la
carretera ayuda a mantenerla en operación. Las alcantarillas deben permitir
el paso del agua a través de la vía para evitar la inundación de la carretera. El
equipo de extender y compactar puede operar en condiciones de tiempo
húmedo. Si las vías de acarreo se vuelven intransitables puede ser necesario
desarrollar un sitio de descargue cerca de la vía pavimentada.
8.
Abastecimiento de agua y prevención de incendios. Para la operación de
rellenos sanitarios es necesario un suministro de agua. El humedecimiento de
los desechos sólidos disminuye el arrastre y dispersión de basura por el
viento. La aplicación de agua a la superficie del relleno antes de cubrirlo
disminuye inmensamente la posibilidad de incendio. El abastecimiento de
agua se debe usar también en el control de polvo en el área de operación y
las carreteras.
Se debe suministrar agua potable a la casa de acceso para consumo del operador.
Debido a la calidad pobre del agua en el sitio, se debe obtener agua potable de un
suministrador de agua embotellada. Se debe usar un carro-tanque para aspersión en
el control de polvo, humedecer los desechos, protección contra incendios y usos
misceláneos. El camión se debe llenar con agua de hidrante de una ciudad las veces
que sea necesario durante el día. El uso del carro-tanque debe ser menos costoso que
extender el sistema de abastecimiento de la ciudad e instalar una estación de
bombeo si es el caso.
TABLA 10.17.
Estimación de la Capacidad del Sitio para Relleno en South
Valley para el Ejemplo 10.7.
Capacidad entre
Alzada número
Elevación
Area, pie2
contornos,†
En el contorno Promedio entre
*
yd3
intervalo
contornos
300
23.000
1
35.500
13.200
310
48.000
2
64.000
23.700
320
80.000
3
115.000
42.600
330
150.000
4
197.500
73.200
340
245.000
5
272.500
101.000
350
300.000
6
310.000
114.800
360
320.000
7
342.500
126.900
370
365.000
8
402.500
149.100
380
440.000
9
450.000
166.700
390
460.000
10
447.500
165.700
400
435.000
Capacidad total, yd3
976.900
(747.328 m3)
Capacidad de desechos sólidos, ‡ yd3
781.520
(597.863 m3)
*
De la Figura 10.19
† Volumen = (área promedio, pie2) x (10 pies) (27 p3/yd3)
‡ Capacidad total de desechos sólidos = capacidad total x 0.8
NOTA:
pie x 0.3048 = m
yd3 x 0.7646 = m3
pie2 x 0.0929 = m2
pie3 x 0.02833 = m3
9.
Control de la operación. Se recomienda una báscula y una caseta de entrada.
La caseta será usada por el personal que pesa los camiones. Si se conoce el
peso de los desechos sólidos que se entregan, entonces se puede determinar
la densidad de los desechos en el lugar y observar la eficiencia de la
operación. Los registros del peso se pueden usar también como una base
para cobrar a las agencias participantes y a los acarreadores privados por sus
contribuciones de desechos.
La caseta de entrada puede ser una construcción relativamente simple, puesto que
será usada por muy pocas personas y no se necesita un sistema complicado para
operar el sitio. Puede ser adecuada una estructura prefabricada o una oficina
montada en un trailer de 10 x 20 pies.
El horario recomendado para operación del sitio es de 8 a.m. a 5 p.m., 7 días a la
semana, puesto que el sitio debe estar abierto para conveniencia del público.
10.
Necesidades de equipo. Las necesidades de equipo para la operación de un
relleno sanitario dependen de la cantidad y el tipo de desechos sólidos a ser
manejados, el tipo de material de recubrimiento y la distancia a la que se
debe transportar el material de recubrimiento. En este sitio, el material de
recubrimiento se debe excavar y acarrear al lugar de llenado, los desechos
sólidos se deben extender y compactar, colocar y compactar el material de
recubrimiento sobre los desechos sólidos; limpiar ocasionalmente el área de
préstamo y la zona de relleno; nivelar periódicamente la superficie del
relleno para eliminar las huellas dejadas por el equipo, remover huecos
producidos por el asentamiento diferencial a medida que los desechos
sólidos se descomponen para mantener un drenaje adecuado. En la Tabla
10.15 se suministra información sobre equipo y necesidades para el relleno.
La cantidad de desechos sólidos entregados al relleno variará desde 122 hasta 154
ton/día durante los 7 años de vida del sitio. El siguiente equipo debe ser capaz de
manejar 130 a 250 toneladas cortas en 8 horas (Vea la Tabla 10.15), será
necesarios:
a.
b.
c.
d.
Un tractor de oruga con pantalla para basura, 150 a 180 hp.
Un compactador para el relleno
Un escarificador, 15 yd3
Un carro-tanque para acarrear agua y distribuirla, 1.200 gal. de capacidad.
El tractor o buldozer de oruga se puede usar todo el tiempo para extender y cubrir
los desechos y para el mantenimiento general del sitio. El compactador se puede
usar para compactar los desechos y empujar el buldozer de oruga; el escarificador se
puede usar para excavar y transportar material de recubrimiento.
11.
Personal. Las necesidades de personal en el sitio del relleno son las
siguientes:
a.
Un asistente de la báscula y colector de la tarifa quien estará en la caseta de
entrada para controlar el acceso al sitio, pesar los vehículos que ingresan,
recolectar las tarifas y llevar los registros.
b.
Dos operadores de equipo. El carro-tanque será usado en forma intermitente
lo mismo que el compactador y el escarificador. Una persona puede operar
estas piezas del equipo. La otra persona opera el buldozer de oruga a tiempo
completo. Los dos pueden alternar en el trabajo en el sitio para variar sus
tareas. Los operadores pueden ayudar a descargar los desechos sólidos
dirigiendo los vehículos a las áreas apropiadas de descargue.
12.
Uso del suelo después de la disposición. El área total del sitio del relleno se
usa actualmente para pastoreo y cultivos agrícolas. La altura final del relleno
se preparará de manera que se puedan reiniciar operaciones agrícolas; esto se
puede llevar a cabo mediante el movimiento de la capa superficial del suelo
desde el lugar donde se almacenó hasta el área terminada del relleno. La
capa final de suelo superficial deberá tener 2 pies de espesor; una vez
terminado, será necesario llenar y nivelar periódicamente durante los 2 a 5
años siguientes para mantener condiciones adecuadas de drenaje superficial.
10.6. DISPOSICION DE DESECHOS SOLIDOS EN EL OCEANO
Aunque el bote de desechos sólidos municipales en el mar se abandonó en los Estados
Unidos en 1933, el concepto persistió durante años y todavía se discute con frecuencia.
Durante los últimos años, se ha descartado la idea de que el océano es un sumidero
gigantesco, en el que se puede botar una cantidad infinita de todos los tipos de polución.
Por otro lado se argumenta que muchos desechos que ahora son colocados en rellenos
sanitarios o sobre el suelo podrían ser usados corno fertilizantes para aumentar la
productividad del océano. También se argumenta que la colocación de desechos en zanjas
en el fondo del océano donde ocurren pliegues tectónicos es un método efectivo de
disposición de desechos. Actualmente (1976) un número de desechos sólidos industriales y
otros desechos están siendo dispuestos en el océano (Vea el Capítulo 11).
Desechos Sólidos Industriales (25)
El método usual empleado para la disposición de desechos industriales en el océano
consiste en transportar los desechos en masa o en recipientes a bordo de barcazas
remolcadas o autopropulsadas al punto de descargue, generalmente en altamar. Las
barcazas tienen capacidades en el rango de 1.000 a 5.000 toneladas; deben tener fondo
doble y estar certificadas por la Guarda Costera de los Estados Unidos. Las tasas de
descarga para desechos industriales convencionales varían entre 4 y 20 ton/min. La boca de
descargue es arrastrada a una profundidad de 1 a 2,5 fatoms (1,80 a 4,50 m) de profundidad
a una velocidad de 3 a 6 nudos.
Los desechos en recipientes son pesados y hundidos o se despedazan y dejan hundir. En
algunos casos, los desechos químicos son llevados al mar como carga de borda en barcos
mercantes; una vez el barco está en alta mar, los recipientes se botan por la borda.
Desechos Sólidos Municipales
Con la excepción de algunos casos aislados y excluyendo el lodo de aguas residuales, los
desechos sólidos de los Estados Unidos no son desechados en el ambiente marino (25). Una
de las razones principales es la de que muchos componentes de los desechos sólidos,
incluyendo papel, madera, plásticos y caucho, flotarán en la superficie. La presencia de
grandes cantidades de desechos sólidos flotando es inaceptable desde el punto de vista
estético de navegación y ambiental. Aunque los desechos hubieran sido embalados antes de
la disposición en el océano, es casi seguro que, después de un período de tiempo, los
paquetes se desintegrarán y los materiales livianos subirán a la superficie. Por estas
razones, la disposición de desechos sólidos municipales no es una alternativa viable ahora.
10.7. TEMAS DE DISCUSION Y PROBLEMAS
10.1. Una comunidad de tamaño medio tiene tres áreas principales de producción
de desechos sólidos (dos áreas residenciales y el distrito central de
negocios). Esta ciudad es muy afortunada porque dispone de varios sitios de
disposición. El sitio más cercano a la ciudad tiene una capacidad diaria D1 y
una vida útil de 5 años. Los siguientes dos sitios de disposición tienen una
capacidad diaria D2 y D3 respectivamente, están a la misma distancia desde
la ciudad y tienen una vida útil de 20 años. El cuarto sitio es el más distante
de la ciudad, D4, es su capacidad diaria y es suficiente para manejar todos los
desechos sólidos y tiene una vida útil de 100 años. Ahora se están llevando
desechos sólidos a todos los sitios y se cubren o queman inmediatamente.
Un recolector privado ha propuesto recientemente al concejo municipal
abandonar los tres sitios de disposición más pequeños y acarrear todos los
desechos sólidos al sitio más distante. Si el único criterio es el costo,
describa en detalle como llegaría al mejor método de operación (Ejemplo:
Cuál o cuáles sitios se deberían usar y durante cuánto tiempo) para obtener el
costo anual más bajo durante los próximos 20 años. Suponga que prevalecen
las siguientes condiciones y que se dispone de todos los datos necesarios.
1.
Los tres sitios de disposición más pequeños van a ser operados como
rellenos sanitarios modificados (cubiertos en días alternos). El sitio
más grande se operará como un relleno sanitario (los desechos sólidos
se cubrirán cada noche) si es el único que se usa o como un relleno
modificado si se usa junto con los otros sitios.
2.
Debido a las distancias involucradas, no es económicamente factible
una estación de transferencia.
10.2.
1.
Usando los datos de reducción de volumen reportados en la Tabla
10.10, estime la densidad de los desechos sólidos en el lugar, para la
siguiente composición.
Componentes
Desechos de alimentos
Cartón
Papel
Envases de hojalata
Vidrio
Recortes de jardín
Porcentaje en peso
12
5
50
10
7
16
100
2.
Si se removiera el 80% del papel, ¿cuál sería la densidad resultante?
3.
¿Por qué factor aumentaría la vida útil del sitio del relleno si se
removieran el 80% del papel y el cartón?
10.3. Prepare un diagrama de alzada del sitio de disposición mostrado en la Figura
10.19 para North Valley y determine su capacidad.
10.4. Dado el plano del sitio que se muestra en la Figura 10.22 para un pedazo de
terreno cerca del río Fallen Oak, prepare un programa de operación del
relleno sanitario para las siguientes condiciones:
1.
Número de servicios de recolección = 2.800 (promedio durante 20
años)
2.
Cantidad de desechos sólidos producidos por servicio = 14,0 lb/día
3.
Densidad de los desechos sólidos compactados en el relleno 800
lb/yd3.
4.
Máxima altura permisible de la superficie terminada sobre el suelo
circundante = 5 pies.
En el análisis de su programa incluya lo siguiente:
1.
2.
3.
4.
Trabajo de preparación del sitio, si fuere necesario
Plan de colocación de los desechos (ejemplo método propuesto a ser
seguido en el llenado del sitio)
Vida útil estimada del sitio
Necesidades de equipo e instalaciones de almacenamiento
5.
6.
Fuerza de trabajo y especificaciones
Programa de operación
Figura 10.22. Sitio para Disposición de Desechos Sólidos para el Problema 10.4.
10.5. Suponiendo que las curvas que se muestran en la Figura 10.7 se pueden
representar por una ecuación de primer orden, estime el asentamiento
superficial después de 10 años en un relleno sanitario bien compactado (use
la curva de compactación máxima). ¿Cuál será el asentamiento máximo en la
superficie después de 50 años?.
10.6. Hace varios años se terminó un relleno sanitario de 50 pies de espesor,
situado sobre una grava aluvial. El nivel normal del agua subterránea está a
150 pies debajo de la superficie o a 100 pies debajo del fondo del relleno. Un
pozo especial de muestreo al borde del relleno muestra que la atmósfera en
los intersticios del suelo a 20 pies por encima de la tabla de agua contiene
48% de CO2, 28% de CH4, 20% de N2, 2% de O2, 1% de H2S y 1% de otros
gases, analizados y calculados en base seca a 0°C y 760 mm de presión. Con
base en un periodo largo de contacto (ejemplo: en equilibrio) a 10°C, calcule
la concentración, en mg/l , que se espera en las capas superiores del agua
subterránea para cada uno de estos cinco gases a una presión total de 1
atmósfera a 10°C. Suponga condiciones de saturación para la presión de
vapor (problema, cortesía del Dr. Paul H. King).
10.7. Si se van a mezclar desechos sólidos municipales con la composición dada
en la Tabla 4.2 con lodos de una planta de tratamiento de aguas servidas que
contienen 5% de sólidos para obtener un contenido final de humedad del
55%, estime la cantidad total de lixiviado que se produciría por yarda cúbica
de desecho sólido compactado, si no se permitiera la entrada de infiltración
superficial al relleno terminado. Suponga que los siguientes datos e
información son aplicables:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Contenido inicial de humedad de los desechos sólidos municipales =
21%.
Densidad de la mezcla compactado de desechos sólidos y lodo en el
lugar = 1.200 lb/yd3.
Fórmula química para la fracción degradable de los desechos
combinados C60 H85 O40 N
Los desechos degradables serán convertidos totalmente de acuerdo con
la Ecuación 9.5.
Contenido final de humedad de los desechos que permanecen en el
relleno = 35 por ciento.
Desprecie la evaporación en la superficie
10.8. En el problema 10-7, si la densidad final en el lugar después de que se han
transformado todos los desechos degradables y se ha removido el lixiviado
es de 1.400 lb/yd3, estime la reducción total de volumen en porcentaje.
Defina claramente todas las suposiciones usadas en la solución de este
problema.
10.9. Determine el efecto de un aumento en la temperatura de 10°, sobre la tasa de
percolación del lixiviado en un relleno sanitario.
10.10. En su primer día de trabajo para una organización consultora de desechos
sólidos, su superior le pide a usted preparar una propuesta (en forma
esquemática) para evaluar la factibilidad de botar al océano desechos
embalados. La única información disponible es que Press-It-Tight Baling
Co. alega que puede producir balas con una densidad media de 70 lb/pie3, y
que si botan al océano estas balas, se hundirán hasta el fondo debido a su
densidad y permanecerán allí, sin ocasionar problemas. Estructure su
propuesta preguntándose a sí mismo la clase de información, datos y
criterios que serían necesarios para proteger el ambiente y formular políticas
que interesen al público sobre la disposición en el océano.
10.8. REFERENCIAS
1.
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Gases Produced from Decomposing Refuse, The Resources Agency, Publication 31,
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Gases Produced from Decomposing Refuse, Final Report, The Resources Agency,
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29.
Wall, T.E. and J.C. Young: Design Guide for Sanitary Landfills in Iowa, Presented
at the Eleventh Annual Water Resources Design Conference. Iowa State University,
Ames, Iowa, 1973.
11.
DESECHOS PELIGROSOS
Los desechos peligrosos han sido definidos por la EPA como desechos o combinaciones de
desechos que presentan un peligro considerable presente o potencial a la salud humana o a
organismos vivos debido a que: 1) tales desechos no son degradables o persisten en la
naturaleza, 2) pueden ser concentrados biológicamente, 3) pueden ser letales, o 4) por otra
parte pueden causar o tender a producir efectos acumulativos perjudiciales (2). Se ha
reservado un capítulo separado para la discusión de los desechos peligrosos debido a que la
tecnología y el manejo de estos desechos son altamente especializados. Todavía hay
necesidad de conocer mucho más sobre este tema, acá la intención es únicamente la de
introducir al lector en el manejo de desechos peligrosos; no se presentan datos e
información específica de diseños.
En este capitulo, se describen la identificación y clasificación de desechos peligrosos, y las
reglamentaciones locales, estadales, federales e internacionales para su control. Entonces se
discute el papel de cada uno de los elementos funcionales, considerados previamente en los
capítulos 4 hasta 10, en el manejo de desechos peligrosos.
11.1. IDENTIFICACION DE DESECHOS PELIGROSOS
Para averiguar si una sustancia o material dados es peligroso, se ha desarrollado un modelo
de decisión preliminar para examinar, seleccionar y jerarquizar desechos peligrosos (12).
El modelo de examen se presenta en forma de diagrama de flujo en la Figura 11.1, los
términos y abreviaciones usados en la Figura 11.1 se definen en la Tabla 11.1. Los criterios
de desechos peligrosos usados en el modelo de examen sólo están relacionados al peligro
intrínseco del desecho sobre la descarga incontrolado al ambiente, independientemente de
la cantidad o rutas seguidas hasta los seres humanos y otros organismos críticos. Por esta
razón se usan criterios tales como toxicidad, fitotoxicidad, actividad genética, y
bioconcentración (12). Se debe recordar que a medida que crece nuestro conocimiento, se
pueden agregar otros factores y revisar los límites críticos en el modelo.
En el desarrollo de un sistema de jerarquización del peligro potencial, la amenaza a la salud
pública y al ambiente por un desecho peligroso dado depende en gran parte de la cantidad
de desecho involucrado. En la Referencia 12, se consideran en mayor detalle el grado hasta
el cual la tecnología actual de tratamiento y las actividades de control mitigan la amenaza, y
las rutas seguidas para llegar a los humanos u otros organismos críticos.
11.2. CLASIFICACION DE DESECHOS PELIGROSOS
Desde el punto de vista práctico, hay demasiados compuestos, productos, y combinaciones
de productos que encajan en la definición de desechos peligrosos formulada antes para
hacer una lista individual en este texto. Por esta razón, se consideran grupos de desechos en
cinco categorías generales: 1) sustancias radioactivas, 2) productos químicos, 3) desechos
biológicos, 4) desechos inflamables, y 5) explosivos. En la siguiente discusión se presentan
las características de cada categoría y una lista de algunos ejemplos típicos.
TABLA 11.1. Definición de términos usados en el modelo de examen de desechos
peligrosos que se muestra en la Figura 11.1.*
Término
Concentración máxima
permisible
Bioconcentración
(bioacumulación,
bioaumento)
Asociación Nacional de
Protección Contra Incendios,
materiales inflamables,
categoría 4.
NFPA, materiales reactivos,
categoría 4
Dosis letal 50
Concentración letal 50
Irritación dérmica, grado 8
Umbral límite medio
Fitotoxicidad
Límite inhibitorio medio
Cambios genéticos
Abreviación
Definición
MPC
Niveles de radioisótopos en corrientes de desechos, si
las cuales fluyeran continuamente, resultarían en dosis
máximas permisibles para los trabajadores expuestos
y que pudieran ser consideradas como índices de
toxicidad de diferentes radionucléidos.
El proceso mediante el cual los organismos vivos
concentran un elemento o compuesto a niveles que
exceden a aquellos que hay en el ambiente
circundante.
NFPA
Los materiales incluyen gases muy inflamables,
líquidos muy volátiles e inflamables, y materiales que
en forma de polvo o neblina rápidamente forman
mezclas explosivas cuando se dispersan en el aire.
Materiales que por sí mismos son capaces de
detonación o descomposición explosiva o reacción a
temperatura o presiones normales.
LD50
Una dosis calculada de una sustancia química con la
cual se espera matar el 50 por ciento de una población
experimental de animales expuestos a una vía
diferente a la respiración. La concentración de la dosis
se expresa en miligramos por kilogramo de peso del
cuerpo del animal vivo.
LC50
Una concentración calculada a la cual, cuando se
administra por la vía respiratoria, se espera matar el
50 por ciento de una población experimental de
animales durante una exposición de 4 horas. La
concentración ambiente se expresa en miligramos por
litro.
Una indicación de necrosis que resulta de la irritación
de la piel producida por la aplicación de una solución
química al uno por ciento.
96-h TLm Aquella concentración de un material que es letal al
50 por ciento de la población de prueba durante un
periodo de exposición de 96 horas. La concentración
ambiente se expresa en miligramos por litro.
Capacidad de producir reacciones venenosas o tóxicas
en plantas.
ILm
Aquella concentración a la cual ocurre el 50 por
ciento de reducción en la biomasa, conteo celular, o
actividad fotosintética del cultivo de prueba
comparado con el control durante un periodo de 14
días. La concentración ambiente se expresa en
miligramos por litro.
Alteraciones moleculares de los ácidos
deoxiribonucleico o ribonucleico de las células
mitótica o meiótica como resultado de la acción de
químicos, electromagnéticos o radiación de partículas.
Figura 11.1. Diagrama de modelo de examen para desechos peligrosos (12).
Sustancias Radioactivas
Las sustancias que emiten radiación ionizante se definen como radioactivas. Tales
sustancias son peligrosas, debido a exposición prolongada producen daños a organismos
vivos, las sustancias radioactivas tienen especial interés debido a que persisten durante
períodos largos de tiempo. El período de tiempo durante el cual continúa ocurriendo la
radiación comúnmente se mide y expresa como vida media. La vida media de una sustancia
radioactiva se define como el tiempo necesario para que la radioactividad de una cantidad
dada de sustancia disminuya a la mitad de su valor inicial. Por ejemplo, los compuestos de
uranio tienen vidas medias que varían desde 72 años para U232 hasta 23.420.000 años para
U236 (12).
El manejo de desechos radioactivos es controlado estrechamente por agencias federales y
estadales de control que no están asociadas con las agencias de manejo y tienen poco en
común con ellas. Los sitios de disposición son usa dos para el almacenamiento prolongado
de desechos radioactivos no son usados para la disposición de ninguna otra clase de
desechos. En este texto no se cubre la disposición de desechos radioactivos debido a que su
manejo es una actividad demasiado especializada y generalmente no es responsabilidad del
sistema municipal de manejo de desechos sólidos. Para mayor información sobre este tema
se recomiendan las Referencias 11 y 13.
Productos Químicos
La mayoría de los productos químicos peligrosos se pueden clasificar en cuatro grupos: 1)
orgánicos sintéticos, 2) metales, sales, ácidos y bases inorgánicas; 3) inflamables; y 4)
explosivos. Los productos químicos inflamables y explosivos se discuten por separado en
esta sección debido a que ellos presentan un peligro especialmente difícil para el
almacenamiento, recolección y disposición.
En la Tabla 11.2 se reportan productos químicos comúnmente peligrosos como desechos.
La mayoría de los productos químicos enumerados son peligrosos debido a que ellos son
muy tóxicos a la mayoría de las formas de vida. El enfoque más común en la
caracterización de desechos que contienen compuestos enunciados en la Tabla 11.2 se basa
en la suposición de que el compuesto puro es el más peligroso. Cuando hay compuestos
peligrosos presentes en una corriente de desechos a niveles iguales o mayores que los
niveles umbral establecidos para ellos, toda la corriente se identifica como peligrosa.
En la Referencia 2 se da una lista más completa de sustancias tóxicas.
Desechos Biológicos
Las fuentes principales de desechos biológicos peligrosos son los hospitales y las
instalaciones de investigación biológica. Las características más importantes de desechos
biológicos peligrosos son la capacidad de infectar a otros organismos vivos y producir
toxinas. En este grupo de desechos sólidos están incluidos los tejidos malignos extraídos
durante intervenciones quirúrgicas y los materiales contaminados, tales como agujas
hipodérmicas, vendajes y drogas obsoletas. Los desechos biológicos peligrosos también son
producidos como un subproducto de procesos industriales de conversión biológica.
Desechos Inflamables
Los desechos inflamables más peligrosos también son identificados como productos
químicos peligrosos. Esta agrupación dual es necesaria debido alele vado peligro en el
almacenamiento, la recolección y la disposición de los desechos inflamables. Estos
desechos pueden estar en forma líquida, gaseosa o sólida. Ejemplos comunes incluyen
solventes orgánicos, aceites, sustancias plasticizadoras, y lodos orgánicos. Muchos de los
compuestos enumerados como químicos tóxicos en la Tabla 11.2 también son inflamables.
Explosivos
Los desechos explosivos peligrosos son principalmente materiales de pertrechos militares y
desechos que resultan de la fabricación de municiones; en el grupo también se incluyen
algunos gases industriales. Como se anotó anteriormente, los desechos explosivos lo mismo
que los inflamables ofrecen un elevado peligro potencial en el almacenamiento, la
recolección y la disposición, y por consiguiente se deben considerar por separado además
de estar incluidos como productos químicos peligrosos; estos desechos pueden existir en
forma sólida, liquida o gaseosa.
11.3. REGLAMENTACIONES
Las reglamentaciones desarrolladas a niveles internacional, nacional, estadal, y local han
tenido, y continuarán teniendo, un gran impacto sobre el manejo de desechos peligrosos.
Mientras la mayoría de estas reglamentaciones tratan de la producción y disposición final,
ellas afectan a todos los aspectos del manejo de los desechos sólidos; en la Tabla 11.3 se
presenta información general sobre las reglamentaciones para el manejo de desechos
peligrosos.
Acuerdos Internacionales
Los desarrollos industriales en muchas naciones han conducido a la producción y uso
indiscriminado de productos químicos sintéticos. Los desechos de estas instalaciones con
frecuencia son descargados en el océano o quemados, resultando emisiones de gases a la
atmósfera; en ambos casos, frecuentemente los puntos finales de disposición están fuera de
las fronteras nacionales.
Actualmente, hay sólo unos pocos acuerdos internacionales que afectan el manejo de
desechos peligrosos; el más conocido es el acuerdo entre los Estados Unidos y la Unión
Soviética que prohibe la detonación de bombas nucleares en la atmósfera. Hay esfuerzos
continuos para desarrollar criterios y controles internacionales sobre los desechos químicos
descargados en los océanos. Por consiguiente, en el futuro se pueden esperar demandas
adicionales para sitios de disposición en el suelo.
TABLA 11.2. Una muestra de compuestos peligrosos no radiactivos
(de la Referencia 12)
Compuestos inorgánicos:
Cromato de amonio
Dicromato de amonio
Pentafluoruro de antimonio
Trifluoruro de antimonio
Tricloruro de arsénico
Trióxido de arsénico
Cadmio (aleaciones)
Cloruro de cadmio
Cianuro de cadmio
Nitrato de cadmio
Óxido de cadmio
Fosfato de cadmio
Cianuro de cadmio y de potasio
Cadmio (pulverizado)
Sulfato de cadmio
Arsenato de calcio
Arsenito de calcio
Cianuros de calcio
Ácido crómico
Arsenato de cobre
Cianuros de cobre
Cianuro (ion)
Decaborano
Diborano
Hexaborano
Hidrazina
Nitruro de hidrazina
Arsenato de plomo
Arsenito de plomo
Nitruro de plomo
Cianuro de plomo
Arsenito de magnesio
Arsenato de magnesio
Arsenato de manganeso
Cloruro mercúrico
Cianuro mercúrico
Cloruro diaminio mercúrico
Nitrato mercúrico
Sulfato mercúrico
Mercurio
Carbonilo de níquel
Cianuro de níquel
Pentaborano-9
Pentaborano-11
Acido perclórico (a 72%)
Fosgeno (carbonil cloruro)
Arsenito de potasio
Cromato de potasio
Cianuro de potasio
Dicromato de potasio
Selenio
Nitruro de plata
Cianuro de plata
Arsenato de sodio
Arsenito de sodio
Bicromato de sodio
Cromato de sodio
Cianuro de sodio
Monofluoracetato de sodio
Tetraborano
Compuestos de talio
Arsenato de zinc
Arsenito de zinc
Cianuro de zinc
Halógenos e interhalógenos:
Pentafluoruro de bromo
Cloro
Pentafluoruro de cloro
Trifluoruro de cloro
Fluor
Fluoruro percloril
Compuestos orgánicos varios:
Acroleína
Alkil de plomo
Carcinógenos (en general)
Cloropicrina
Acetiluro de cobre
Clorotetrazoles de cobre
Trinitruro cianúrico
Diazodinitrofenol (DDNP)
Dimetil sulfato
Dinitrobenceno
Dinitro cresol
Dinitro fenol
Dinitro tolueno
Dipentaeritritol hexanitrato (DPEHN)
GB (propoxi (2)-metil fosforil fluoruro)
Nitrocelulosa gelatinizada (PNC)
Dinitrato de glicol
Fulminato de oro
2,4 dinitroresorcinato de plomo
Stifanato de plomo
Lewitita (2-cloroetenilo
dicloroarsenamina)
Hexanitrato de manitol
Nitroanilina
Nitrocelulosa
Sulfuros de nitrógeno (2,2’,2”
triclorotrietilamina)
Nitroglicerina
Compuestos orgánicos de mercurio
Pentaclorofenol
Ácido pícrico
Dinitrobenzfuroxano de potasio
(KDNBF)
Acetilido de plata
Tetrazeno de plata
Gas lacrimógeno (CN)
(cloroacetofenoma)
Gas lacrimógeno (CS) (2-clorobencilideno malononitrilo)
tetracene
VX (etoxi-metil fosforil N,N
dipropoxi (2-2), tiocoline)
Compuestos halógenos orgánicos.
Aldrín
Aromáticos clorados
Clordano
Acetato arsenito de cobre 2,4-D
(2,4-ácido diclorofenoxiacético)
DDD
DDT
Demeton
Dieldrín
Endrin
Bromuro de etileno
Fluoruros (orgánicos)
Cution
Heptacloro
Lindano
Metil bromuro
Meti cloruro
Metil paratión
Paratión
Vifenilos policlorinados
Reglamentaciones Federales
El mayor número de reglamentaciones que se refieren a materiales peligrosos son
formuladas a nivel federal. Muchas de estas reglamentaciones son concebidas para
controlar el empaque, almacenamiento y movimiento de materiales peligrosos. Debido a
que la mayoría de las reglamentaciones federales abarcan productos peligrosos y desechos
no peligrosos, ellas son el único interés casual del administrador de sistemas de desechos
sólidos. En la Referencia 12 se presenta una lista parcial de reglamentaciones aprobadas por
el Congreso de los Estados Unidos.
Las reglamentaciones más completas para el control de desechos peligrosos a nivel federal
están relacionadas a descargas de agua y emisiones de aire.
Las cantidades permisibles de descargas de desechos al agua o al aire se fijan, generalmente
después de que se conoce la concentración ambiente de un compuesto particular. En otros
casos, se fijan restricciones completas y se prohiben todas las descargas; un ejemplo es la
Ley Federal de Control de la Polución del Agua (Ley Pública 92-500). La prohibición de la
disposición en el océano sugerida en esa ley podría obligar al condado de Los Angeles a
desviar 800.000 ton/año de lodo de aguas residuales (con 75 por ciento equivalente de
contenido de humedad) desde el océano hasta rellenos sanitarios locales.
Se debe notar que el énfasis en las reglamentaciones federales está dirigido hacia la
eliminación de la disposición de desechos peligrosos en un ambiente acuático o el aire. Por
consiguiente, el manejo de desechos peligrosos que pueden ocurrir como sólidos, líquidos,
o gases se ha convertido en un problema de manejo de desechos sólidos por omisión. Es
por esta razón que las tres formas comúnmente se agrupan y evalúan junto con desechos
sólidos en sistemas característicos de manejo de desechos sólidos.
Reglamentaciones Estadales
Las reglamentaciones estadales relacionadas al control de desechos peligrosos siguen
fielmente los reglamentos federales. Esta semejanza era de esperarse, debido a que la
mayoría de los fondos federales para instalaciones de tratamiento de aguas residuales sólo
se apropian si se satisfacen las exigencias federales para vertimientos. Debido a que la
mayoría de los desechos más peligrosos están en forma liquida, primero deben ser
removidos de las aguas residuales y luego concentrados, almacenados, recogidos y
transportados a rellenos para su tratamiento y/o disposición.
El programa de manejo de desechos peligrosos más completo establecido por un estado es
quizás el de California. El Departamento de Salud del Estado ha elaborado una lista
completa de desechos peligrosos, y la Oficina del Estado de Control de Recursos Hídricos
ha definido la clase de relleno en el cual se pueden descargar estos desechos (ver Capítulo
17). Se logra una mayor reglamentación de los desechos peligrosos mediante las exigencias
para descargas establecidas para sitios de disposición individual por las oficinas regionales
de control de recursos.
Tipo
Internacional
Federal
Estadal
Local
TABLA 11.3. Reglamentaciones para el Manejo de Desechos Peligrosos
Contenido característico
Impactos sobre el manejo de desechos
sólidos
Tratados y acuerdos
Trata principalmente de los océanos y Despreciable a inexistente
la atmósfera
Legislado directamente por
El énfasis principal es sobre el
leyes públicas y procedimientos empaque seguro, almacenamiento y
administrativos desarrollados
movimiento de compuestos peligrosos;
por agencias de implementación es de interés la capacidad de los
compuestos peligrosos para convertirse
en desechos peligrosos; el énfasis
secundario es sobre la protección de
cursos de agua y la atmósfera.
Legislado directamente por
El énfasis principal es sobre la
Impacto económico moderado a
leyes del estado y
protección de cursos de agua y la
extremadamente alto sobre el transporte y
procedimientos administrativos atmósfera; alguna revisión de
la disposición; algún impacto operacional
desarrollados por agencias de
instalaciones para determinar tipos de ocasionado por la localización de los sitios
implementación
desechos peligrosos descargados;
de disposición.
normalmente incluye alguna indicación
de desechos aceptables en sitios de
disposición indicados.
Ordenanzas y procedimientos
El énfasis primario es sobre la
Impacto económico sobre la operación del
administrativos desarrollados
protección de las instalaciones de
sitio de disposición, si el sitio se puede
por agencias locales
tratamiento de agua y aguas residuales usar para desechos peligrosos; impacto
de la comunidad; con frecuencia se
moderado a elevado sobre agencias
especifican multas grandes para evitar administrativas debido a reacción adversa
las violaciones.
de la comunidad a los desechos peligrosos.
Forma legal
Reglamentaciones Locales
Los reglamentos de los gobiernos locales son necesariamente de un campo de acción
limitado. Cuando se identifican desechos peligrosos, se restringe el acceso al alcantarillado
y plantas de tratamiento locales mediante ordenanza municipal; esta restricción conduce a
la remoción y concentración de los desechos líquidos peligrosos para su envío a un sitio
aceptable de disposición de desechos sólidos.
11.4. PRODUCCION
Los desechos peligrosos son producidos en cantidades limitadas en todos los lugares de una
comunidad. Una lata de aerosol desechada por un residente de la comunidad es un peligro
potencial; sin embargo, el riesgo representado por las latas de aerosol es bajo. Además, se
puede permitir la recolección, almacenamiento, transporte y disposición de estas latas, en la
misma manera que otros desechos residenciales no peligrosos. En términos de la
producción, el interés es con la identificación de las cantidades y tipos de desechos
peligrosos desarrollados en cada fuente, con énfasis en aquellas fuentes donde se producen
cantidades significativas de desechos.
Fuentes de Desechos Peligrosos
Desafortunadamente, hay muy poca información disponible sobre las cantidades de
desechos peligrosos producidos dentro de una comunidad y en varias industrias. Los
registros de producción de la industria son propiedad de la misma y generalmente no son
accesibles a los administradores de sistemas de manejo de desechos. Sin información sobre
la producción, es imposible desarrollar datos unitarios de producción de desechos; la
producción de desechos fuera de la industria es irregular, dejando sin sentido a los
parámetros de producción de desechos; los únicos medios prácticos de superar estas
limitaciones es dirigir estudios detallados de inventario y medidas en cada fuente potencial
de una comunidad.
Se deben identificar las fuentes potenciales de desechos peligrosos como una primera etapa
en el desarrollo del inventario en una comunidad (ver Tabla 11.4). La información de la
Tabla 11.4 sólo pretende ser una guía (no es una lista completa) en la definición de fuentes
donde se pudieran producir desechos peligrosos. Se debe establecer la cantidad total anual
de desechos peligrosos producidos en cualquier fuente dada de una comunidad, mediante
datos del inventario obtenidos durante las visitas a los sitios.
Derrame de Desechos Peligrosos
También se debe considerar el derrame de desechos peligrosos embalados como un aspecto
importante de la producción. Generalmente no se conocen las cantidades de desechos
peligrosos involucradas en derrames; sin embargo, las cantidades de desechos de un
derrame que exigen recolección y disposición con frecuencia son apreciablemente mayores
que las cantidades de desechos derramados, especialmente donde se usa un material
absorbente, como paja, para absorber los desechos líquidos peligrosos o si se debe excavar
el suelo en el cual ha percolado un desecho liquido peligroso; entonces son peligrosos la
paja y el liquido por un lado y el suelo y el líquido por el otro.
Los efectos de derrames con frecuencia son espectaculares y visibles a la comunidad.
Debido a que no se puede predecir la ocurrencia de derramas el impacto potencial para
seres humanos y el ambiente a consecuencia de ellos es mayor que el de los desechos
peligrosos producidos en forma rutinaria. En la Figura 11.2 se muestran gráficamente los
efectos de derrames; en las referencias 3 y 7 se encuentra información adicional sobre el
derrame y control de materiales peligrosos.
Categoría del desecho
Sustancias radioactivas
Productos químicos tóxicos
Desechos biológicos
Desechos inflamables
Explosivos
11.5
Fuentes
Instalaciones de investigación bioquímica,
laboratorios de colegios y universidades,
consultorios odontológicos, hospitales, plantas de
energía nuclear
Compañías químicas de insumos agropecuarios,
tiendas de baterías, lavado de carros, bodegas de
almacenamiento de productos químicos y pinturas,
patios para equipos en ciudades y condados,
estaciones de policía en ciudades, laboratorios de
colegios y universidades, compañías de
construcción, estaciones rurales de policía, firmas
cosechadoras, lavadoras en seco, instalaciones
eléctricas, tiendas de reparación de equipos
electrónicos y radio, departamentos de incendio,
hospitales y clínicas, torres de enfriamiento
industriales, muchas plantas industriales demasiado
largas de enumerar, periódicos (soluciones
fotográficas), plantas de energía nuclear, agencias de
control de plagas, tiendas o instalaciones de
procesado fotográfico, tiendas de cromado,
estaciones de servicio, estaciones de limpieza de
carro-tanques.
Instalaciones de investigación bioquímica,
laboratorios farmacéuticos, hospitales, clínicas
médicas.
Lavadoras en seco, plantas de recuperación de
petróleo, instalaciones de refinación y procesado de
petróleo, estaciones de servicio, estaciones de
limpieza de carro-tanques.
Compañías de construcción, lavadoras en seco,
instalaciones de producción de municiones.
ALMACENAMIENTO IN SITU
La prácticas de almacenamiento in situ son función de los tipos y las cantidades de
desechos producidos y el periodo de tiempo durante el cual ocurre la producción.
Generalmente, cuando se producen grandes cantidades de desechos peligrosos se usan
instalaciones especiales que tienen suficiente capacidad para retener los desechos
acumulados durante un periodo de varios días. Cuando sólo se producen cantidades
pequeñas en forma intermitente, se pueden embalar, y se pueden almacenar cantidades
limitadas durante periodos de meses o años.
Figura 11.2. Derrame de líquido peligroso. Dependiendo de las características del
líquido derramado, puede ser necesario no solamente remover el líquido empozado
sino también excavar el suelo en el cual ha infiltrado el líquido. En esta situación, el
material total que ahora se clasifica como peligroso es apreciablemente mayor en
volumen que el volumen original de líquido derramado. (Estado de California,
Department of Transportation, District 4).
Los recipiente y las instalaciones usadas en el almacenamiento y manejo de desechos
peligrosos son seleccionados en base a las características de los desechos. Por ejemplo, las
soluciones de ácidos corrosivos o cáusticas se almacenan en recipientes revestidos con fibra
de vidrio o vidrio para evitar la deterioración de los metales de que están hechos los
recipientes. Se debe tener mucho cuidado de evitar el almacenamiento de desechos
incompatibles en los mismos recipientes o lugares. La codisposición de desechos
incompatibles puede conducir al desarrollo de situaciones peligrosas mediante la
producción de calor, incendios, explosiones, o liberación de sustancias tóxicas. En la Tabla
11.5 se presenta información general sobre recipientes para almacenamiento de desechos
peligrosos y las condiciones para su uso. En la Figura 11.3 se muestran recipientes
representativos de tambor usados para el almacenamiento de desechos peligrosos.
TABLA 11.5. Recipientes usados para el almacenamiento de Desechos Peligrosos
Equipo auxiliar y condiciones para el uso
Recipiente
Tipo
Capacidad, gal
Sustancias radioactivas
Plomo forrado en concreto
Varía con desecho Construcciones aisladas de almacenamiento;
Tambores de metal revestidos
55
equipo montacargas de gran capacidad e
iluminación; marcas especiales en los
recipientes.
Productos químicos tóxicos Tambores de metal
55
Instalaciones de lavado para los recipientes
Tambores de metal revestidos
55
vacíos; precauciones especiales en la mezcla
Tanques de almacenamiento
Hasta 5.000
para evitar reacciones peligrosas.
Desechos biológicos
Bolsas plásticas selladas
32
Esterilización con calor antes de empacar;
Tambores de metal revestidos
bolsas especiales resistentes con advertencias
impresas sobre el peligro en los lados.
Desechos inflamables
Tambores de metal
55
Ventilación para las emanaciones; control de
Tanques de almacenamiento
Hasta 5.000
temperatura.
Explosivos
Recipientes que absorben choques
Varía
Control de temperatura; señales especiales en
el recipiente.
3
Nota: gal x 0.003785 = m
Categoría del desecho
Figura 11.3. Recipientes representativos de tambor de acero usados para el
almacenamiento de desechos peligrosos.
11.6. RECOLECCION
La recolección de desechos peligrosos para entrega a una instalación de tratamiento o
disposición, normalmente es hecha por el productor o un acarreador especializado.
Comúnmente, el cargue de los vehículos de recolección se lleva a cabo en una de dos
maneras: 1) los desechos almacenados en tanques de gran capacidad son drenados o
bombeados a los vehículos de recolección, y 2) los desechos son almacenados en tambores
sellados o recipientes sellados de otras maneras, cargados a mano o mediante equipo
mecánico a camiones de plataforma. Todos los recipientes de almacenamiento recogidos
con los desechos son transportados, sin abrirlos, a la instalación de tratamiento o
disposición. En ninguna oportunidad, durante el cielo de recolección, el recolectar debe
estar en contacto directo con los desechos; siempre que deben asignar dos recolectores
cuando se van a recolectar desechos peligrosos, para evitar accidentes y la posible pérdida
de vidas.
El equipo usado para la recolección varía con las características del desecho. En la Tabla
11.6 se menciona equipo representativo de recolección. Para distancias cortas de acarreo,
con frecuencia se prefiere el método de almacenamiento en tambores y recolección con un
camión de plataforma; a medida que las distancias de acarreo aumentan, se usan camiones
más grandes, trailers, y carro tanque en ferrocarril.
TABLA 11.6. Equipo usado para al recolección de desechos peligrosos
Categoría del desecho
Equipo de recolección y accesorios
Sustancias radioactivas
Varios tipos de camiones y equipo ferroviario, dependiendo
de las características de los desechos; señales especiales
para mostrar el peligro a la seguridad; equipo de carga
pesada para manejar los recipientes forrados en concreto.
Productos químicos tóxicos
Camiones de plataforma para los desechos almacenados en
tambores; combinación de camión tanque tractor-trailer
para volúmenes grandes de desechos; carro-tanques
ferroviarios; recubrimientos interiores especiales, tales
como vidrio, fibra de vidrio, o caucho; tanques trailer de
acero inoxidable.
Desechos biológicos
Camiones corrientes de recolección de embaladores con
algunas precaucione especiales para evitar el contacto entre
los desechos y el recolector, camiones de plataforma para
desechos almacenados en tambores.
Desechos inflamables
Lo mismo que para los productos químicos tóxicos, con
colores especiales o advertencias especiales impresas sobre
los vehículos.
Explosivos
Lo mismo que para productos químicos tóxicos; algunas
restricciones en las rutas para el transporte, especialmente a
través de áreas residenciales, cuando se transportan
desechos a los sitios de tratamiento o disposición.
11.7
TRANSFERENCIA Y TRANSPORTE
Los beneficios obtenidos de transferir cargas pequeñas a vehículos de transporte más
grandes, como se discutió para los desechos sólidos municipales en el Capítulo 7, también
son aplicables a los desechos peligrosos. Las instalaciones de una estación de transferencia
para desechos peligrosos son muy diferentes de aquellas de una estación de transferencia
para desechos sólidos municipales. Generalmente los desechos peligrosos no se compactan
(reducción mecánica del volumen), descargan a diferentes niveles, o son entregados por
numerosos residentes de la comunidad; en cambio, los desechos líquidos peligrosos
generalmente son bombeados desde los vehículos de recolección, y los lodos o sólidos se
vuelven a cargar sin removerlos de los recipientes de recolección para el transporte a las
instalaciones de procesado y disposición.
Es inusitado encontrar una instalación de transferencia de desechos peligrosos en la cual los
desechos son solamente transferidos a vehículos de transporte más grandes.
Frecuentemente, algunas instalaciones de procesado y almacenamiento son parte de la
secuencia de manejo de materiales en la estación de transferencia. Por ejemplo, la
neutralización de desechos corrosivos podría resultar en el uso de tanques de retención
menos costosos sobre los vehículos de transporte; como en el caso del almacenamiento, se
debe tener gran cuidado de evitar el peligro de mezclar desechos incompatibles.
11.8. PROCESADO
El procesado de desechos peligrosos es acometido con dos propósitos: 1) recuperar
materiales útiles, y 2) preparar los desechos para la disposición. El procesado se puede
llevar a cabo in situ o en otro lugar. Las variables que afectan la selección del sitio de
procesado incluyen las características de los desechos; la cantidad de desechos; los aspectos
técnicos, económicos y ambientales de procesos de tratamiento disponibles in situ; y la
disponibilidad de la instalación más cercana de tratamiento fuera del sitio de producción
(distancias de acarreo, honorarios y exclusiones).
El tratamiento de desechos peligrosos se puede acometer mediante medios físicos,
químicos, térmicos y biológicos, en la Tabla 11.7 se reportan los diferentes procesos
individuales en cada categoría. Evidentemente, el número de combinaciones posibles de
procesos de tratamiento es asombroso. En la práctica, las operaciones y procesos de
tratamiento físicos, químicos y térmicos son los más comúnmente usados; frecuentemente,
los procesos biológicos de tratamiento son menos usados debido a su sensibilidad; la
selección de métodos específicos de tratamiento para ser usados en una situación dada es un
asunto complejo en el cual es esencial la asistencia de un químico. Dependiendo de la
naturaleza de los desechos, también pueden ser necesarios los servicios de otros
especialistas, como biólogos y químicos, ingenieros de combustión y sanitarios. En las
Referencias 1, 8 y 10 se encuentran detalles de las operaciones unitarias y procesos
reportados en la Tabla 11.7.
Figura 11.4. Diagrama de flujo de una instalación de tratamiento y disposición para desechos peligrosos.
TABLA 11.7. Operaciones y Procesos de Tratamiento para Desechos Peligrosos*
Operación/proceso
Tratamiento físico
Aeración
Extracción de amoniaco
Adsorción de carbón
Centrifugación
Diálisis
Destilación
Electrodiálisis
Capsulación
Evaporación
Filtración
Floculación/sedimentación
Flotación
Osmosis inversa
Sedimentación
Espesamiento
Lavado de vapor
Tratamiento químico
Calcinación
Intercambio de iones
Neutralización
Oxidación
Precipitación
Reducción
Extracción con solvente
Adsorción
Tratamiento térmico
Incineración
Pirólisis
Tratamiento biológico
Lodos activados
Lagunas aeradas
Digestión anaerobia
Filtros anaerobios
Filtros percolados
Lagunas de estabilización
*
Funciones realizadas+
Tipos de desechos‡
Formas de los desechos&
Se
VR, Se
VR, Se
VR, Se
VR, Se
VR, Se
VR, Se
St
VR, Se
VR, Se
VR, Se
Se
VR, Se
VR, Se
Se
VR, Se
1, 2, 3, 4
1, 2, 3, 4
1, 3, 4, 5
1, 2, 3, 4, 5
1, 2, 3, 4
1, 2, 3, 4, 5
1, 2, 3, 4, 6
1, 2, 3, 4, 6
1, 2, 5
1, 2, 3, 4, 5
1, 2, 3, 4, 5
1, 2, 3, 4
1, 2, 4, 6
1, 2, 3, 4, 5
1, 2, 3, 4
1, 2, 3, 4
L
L
L, G
L
L
L
L
L, S
L
L, G
L
L
L
L
L
L
VR
VR, Se, De
De
De
VR, Se
De
Se
De
1, 2, 5
1, 2, 3, 4, 5
1, 2, 3, 4
1, 2, 3, 4
1, 2, 3, 4, 5
1, 2
1, 2, 3, 4, 5
1, 2, 3, 4
L
L
L
L
L
L
L
L
VR, De
VR, De
3, 4, 5, 6, 7, 8
3, 4, 6
De
De
De
De
De
De
3
3
3
3
3
3
S, L, G
S, L, G
L
L
L
L
L
L
Adaptado de la Referencia 12
Funciones: VR: Reducción del volumen; Se: separación; De: detoxificación y St: almacenamiento
‡
Tipos de desechos: 1: químicos inorgánicos sin metales pesados; 2: químicos inorgánicos con
metales pesados; 3: químicos orgánicos sin metales pesados; 4: químicos orgánicos con metales
pesados; 5: radiológicos; 6: biológicos; 7: inflamables y 8: explosivos.
&
Estados del desecho: S: sólido, L: líquido y G: gas
+
En la Figura 11.4 se muestra un diagrama de flujo para una instalación representativa de
procesado, recuperación y disposición (9). La secuencia operacional es como sigue: los
desechos peligrosos descargados de los vehículos de recolección son colocados en
recipientes o tanques separados de almacenamiento, o alguna otra instalación de retención.
(En la mayoría de las instalaciones receptoras, se usan tanques separados para tipos
específicos de desechos y evitar la mezcla de desechos que puedan producir reacciones
indeseables). Los desechos combustibles sin valor potencial en otros procesos de
tratamiento son encaminados directamente al incinerador; otros desechos no combustibles
son encaminados a la instalación de tratamiento.
Se puede usar uno o más de los siguientes procesos, dependiendo de los tipos de desechos a
tratar: neutralización (ácido base), precipitación de me tal pesado y lavado de vapor por
vapor. Los lodos separados de los procesos de tratamiento pueden recibir más tratamiento
en lagunas de biodegradación, extenderse sobre el suelo e integrarlos al suelo con discos, o
disponerlos directamente en un relleno; el efluente de los procesos de tratamiento es
descargado a lagunas de retención. Los vapores son incinerados después de lavar las
impurezas para remover los gases inorgánicos. El efluente de las lagunas de retención es
descargado, después de la cloración a lagunas de evaporación solar; el lodo que se pueda
acumular en las lagunas de retención y de evaporación solar es removido periódicamente y
dispuesto en el relleno; las cenizas del incinerador también son dispuestas en el relleno. El
aceite desnatado de los procesos de tratamiento y de las lagunas de retención y evaporación
solar es recuperado para su venta.
Revisando la secuencia operacional de la instalación que se muestra en la Figura 11.3, el
detalle clave es el conocimiento de las características de los desechos a ser tratados. Sin
esta información, es imposible el tratamiento efectivo; por esta razón, se deben conocer las
características de los desechos antes de que sean aceptados y acarreados al sitio de
tratamiento o disposición. En California, la identificación adecuada de los constituyentes
del desecho es responsabilidad del productor del desecho.
11.9. DISPOSICION
Independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), la mayoría de los desechos
peligrosos son dispuestos ya sea cerca de la superficie del suelo o mediante el entierro
profundo (Vea la Tabla 11.8); una excepción es la disposición en el océano (14), pero esta
práctica ha sido muy restringida en años recientes. Aunque los métodos de relleno
controlado han demostrado ser adecuados para desechos municipales y cantidades limitadas
de desechos peligrosos, ellos no son tan adecuados para la disposición de grandes
cantidades de desechos peligrosos; algunas razones son las siguientes: 1) La posible
percolación de desechos líquidos tóxicos al agua subterránea; 2) la disolución de sólidos
seguida por lixiviación y percolación al agua subterránea; 3) la disolución de desechos
peligrosos por lixiviados ácidos de desechos sólidos, seguido de lixiviado y percolación al
agua subterránea; 4) el potencial para reacciones indeseables en el relleno que puedan
conducir a la producción de gases explosivos o tóxicos; 5) la volatilización de desechos
peligrosos conduce al desprendimiento de vapores tóxicos o explosivos a la atmósfera (7).
Por consiguiente, se debe tener gran cuidado en la selección del sitio de disposición y su
diseño; en general, los sitios de disposición para desechos peligrosos deben estar separados
de aquellos para desechos sólidos municipales, en situaciones en las cuales no es posible
tener sitios separados, se debe tener gran cuidado para asegurar que se mantengan
operaciones separadas de disposición.
La operación de un relleno para desechos peligrosos es considerablemente diferente de
aquella para desechos municipales. Cuando se van a disponer desechos peligrosos en
recipientes, se deben tomar precauciones para evitar: 1) la ruptura de los recipientes durante
la operación de descarga y 2) la colocación de desechos incompatibles en el mismo lugar.
Para evitar la ruptura, los recipientes son descargados y colocados en posición
individualmente; el recubrimiento de los recipientes con tierra debe ser observado y
controlado cuidadosamente para asegurar de que exista una capa de tierra entre cada
recipiente y de que el equipo de colocar la tierra no aplaste o deforme el recipiente. Para
evitar la disposición de desechos incompatibles en el mismo lugar, se deben diseñar áreas
de almacenamiento separadas dentro del sitio del relleno para varias clases de desechos
compatibles.
TABLA 11.8. Métodos de Disposición y Almacenamiento de Desechos Peligrosos*
Operación/proceso
Funciones
Tipos de desechos‡
Estado de los
realizadas
desechos&
Inyección en pozo profundo
Di
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
L
Detonación
Di
6, 8
S, L, G
Almacenamiento diseñado
St
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
S, L, G
Entierro en el suelo
Di
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
S, L
Descarga en el océano
Di
1, 2, 3, 4, 7, 8
S, L, G
*
Adaptado de la Referencia 12
+
Funciones: Di, disposición; St, almacenamiento
‡
Tipos de desechos: 1, químico inorgánico sin metales pesados; 2, químico
inorgánico con metales pesados; 3, químicos orgánicos sin metales pesados; 4, químicos
orgánicos con metales pesados; 5, radiológico; 6, biológico; 7, inflamable y 8, explosivo.
&
Estados del desecho: S: sólido; L: líquido y G: gas
Además de los aspectos generales de ingeniería de los diseños de rellenos sanitarios
considerados en el Capítulo 10, se deben tomar precauciones para evitar el escape de
cualquier cantidad de lixiviado desde rellenos usados para desechos peligrosos; esto,
normalmente, exige una capa de arcilla. En algunos casos puede ser aconsejable usar una
capa de arcilla y una membrana impermeable (vea la Tabla 10.6). Se debe colocar una
capa de caliza en el fondo del relleno para neutralizar el pH del lixiviado.
También se debe proveer una cubierta sobre el relleno terminado con pendientes uniformes
bien acabadas en material impermeable; entonces se debe colocar una capa final de tierra de
2 pies de espesor o más sobre la capa impermeable. El sitio terminado debe ser observado
continuamente en forma visual y mediante pozos. Se debe llenar cualquier depresión que
aparezca, o se debe volver a igualar la cubierta del relleno, para evitar la infiltración
innecesaria de agua superficial. Para detalles adicionales sobre la operación y diseño de
rellenos para la disposición de desechos peligrosos, se deben consultar los reglamentos
locales y estadales.
También se puede revisar la literatura sobre este tema de la EPA y otras publicaciones
ingenieriles.
10.10. PLANIFICACION
La planificación para el manejo de desechos peligrosos comprende la documentación de los
tipos, cantidades y fuentes de desechos y la selección del sitio de disposición. La falta de
opciones en la disposición complica el problema de encontrar un sitio aceptable. El hecho
de que, actualmente, existe un alto grado de incertidumbre sobre los efectos a largo plazo
del entierro de desechos peligrosos en el suelo, complica aún más el problema. Tanto el
público como el personal de las agencias de control tienen dudas sobre la mayoría de los
sitios propuestos; por consiguiente, sólo hay disponible un número limitado de sitios
aceptables en áreas tan grandes como un estado. En el inventario nacional de 1975, se
resumieron las prácticas de manejo conocidas por la EPA de 64 instalaciones de manejo de
desechos peligrosos (4). En promedio, esto significa que sólo hay 1.28 instalaciones por
cada uno de los 50 estados.
Si hay suficiente demanda para un sitio de disposición en o cerca a una comunidad, una
manera de proceder apropiada es: 1) identificar un número de sitios técnicamente factibles,
2) documentar exhaustivamente la demanda para un sitio local y 3) someter los sitios
propuestos, uno cada vez, a audiencias por las agencias de control al público para su
aceptación o rechazo.
11.11. TEMAS PARA DISCUSION Y PROBLEMAS
11.1. Si es posible, identifique 10 fuentes de desechos peligrosos en su
comunidad. En base a sus conocimientos, ¿en cuáles categorías debiera
colocar los desechos?
11.2. Identifique y discuta como se manejan los desechos peligrosos en su
comunidad. ¿Parecen adecuados los procedimientos usados? En caso
contrario, ¿qué recomendaciones haría para mejorarlos?
11.3. ¿Cómo se manejan los desechos peligrosos en su colegio, liceo? ¿Qué puede
decir acerca de los desechos de clases de laboratorio de análisis químico?
¿Son descargados al sistema de alcantarillado, o son recogidos por separado?
Analice las diferentes pruebas de labora torio que se realizan durante el
cuarto semestre y si se usan o no productos químicos tóxicos.
11.4. ¿Qué tipo de etiquetas exige la agencia local para los recipientes usados para
almacenar desechos peligrosos? ¿Parecen adecuados? En caso contrario,
¿por qué no lo son?
11.5. Identifique los tipos de vehículos usados para la recolección de desechos en
su comunidad. ¿Qué medidas de seguridad se toman? En su opinión ¿son
adecuadas?, discuta.
11.6. Debido a que sería prácticamente imposible evitar que todos los materiales
peligrosos entren a un incinerador municipal, ¿cuáles precauciones se deben
tomar para minimizar el peligro?
11.7. Desarrolle un diagrama de flujo para el tratamiento de un desecho que
contiene cadmio, arsénico, y mercurio. ¿Cómo dispondría el lodo?
11.8. Desarrolle un diagrama de flujo para el tratamiento de un desecho que
contiene cromo hexavalente. ¿Cómo dispondría el lodo?
11.9. En base a una revisión de la literatura, desarrolle un conjunto de criterios de
diseño apropiados para un relleno a ser usado en la disposición de lodo de
una instalación de tratamiento de desechos peligrosos.
11.10. Revise las reglamentaciones de su estado que tratan del manejo de desechos
peligrosos. ¿Se incluyen disposiciones adecuadas para cada uno de los
elementos funcionales de producción, almacenamiento, recolección,
transporte, procesado y disposición en la medida en que están relacionados a
desechos peligrosos? En caso contrario, ¿cuáles áreas deben ser reforzadas?
11.12. REFERENCIAS
1.
Aware, Inc.: "Process Design Techniques for Industrial Waste Treatment," Enviro
Press, Nashville, Tenn., 1974.
2.
Christensen, H.E., et al (eds.): The Toxic Substances List. 1972 ed., U.S.
Department of Health, Education, and Welfare, Rockville, Md., 1972.
3.
Dawson, G.W., A.J. Shuckrow, and W.W. Swift: Control of Spillage of Hazardous
Polluting Substances, U.S. Department of the Interior, U.S. Government Printing
Office, Washington, D.C., 1970.
4.
Farb, D. and S.D. Ward: Information about Hazardous Waste Management
Facilities, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-145,
Washington, D.C., 1975.
5.
Fields, T. and A.W. Lindsey: Landfill Disposal of Hazardous Wastes: A Review of
Literature and Known Approaches. U.S. Environmental Protection Agency,
Publication SW-165, Washington, D.C., 1975.
6.
Hazard Waste Management: Laws, Regulations, and Guidelines for the Handling of
Hazardous Wastes, California Department of Public Health, Sacramento, 1975.
7.
Lindsey, A.W.- Ultimate Disposal of Spilled Hazardous Materials Chemical
Engineering, vol. 82, no. 23, 1975.
8.
Metcalf & Eddy, Inc.: "Wastewater Management: Collection, Treatment, Disposal,"
McGraw-Hill, New York, 1972.
9.
10.
Metealf & Eddy, Inc.: Contra Costa County Solid Waste Management Report,
Prepared for Public Works Department, Contra Costa County, Calif. 1975.
Nemerow, N.L.: "Liquid Waste of Industry: Theories, Practices, and Treatment,"
Addison-Wesley, Reading, Mass., 1971.
11.
Pittman, F.K.: Management of Radioactive Waste, Water, Air, and Soil Pollution,
vol. 4, no. 3, 1975.
12.
Report to Congress: Disposal of Hazardous Wastes, U.S. Environmental Protection
Agency, Publication SW-115, Washington, D.C. 1974.
13.
Schneider, K.J.: High Level Wastes, in L. A. Sagan (ed.). Human and Ecological
Effects of Nuclear Power Plant, Charles C. Thomas, Springfield, III. 1974.
14.
Smith, D.D. and R.P. Brown: Ocean Disposal of Barge-Delivered Liquid and Solid
Wastes from U.S. Coastal Cities, U.S. Environmental Protection Agency,
Publication SW-19c, Washington, D.C., 1971.