Vertedero

A medida que los residuos se depositan en el vertedero, los espacios vacíos contienen grandes volúmenes de oxígeno molecular (O₂ ₎ . Con la adición y compactación de los residuos, el contenido de O₂ _en los estratos del biorreactor del vertedero disminuye gradualmente. Las poblaciones microbianas crecen y la densidad aumenta. Predomina la biodegradación aeróbica, es decir, el aceptor primario de electrones es el _O₂ .

El O₂ _es rápidamente degradado por las poblaciones microbianas existentes. La disminución del O₂ _conlleva condiciones menos aeróbicas y más anaeróbicas en las capas. Los principales aceptores de electrones durante la transición son los nitratos y sulfatos, ya que el O₂ _es rápidamente desplazado por el CO₂ _en el gas efluente.

La hidrólisis de la fracción biodegradable de los residuos sólidos comienza en la fase de formación de ácido, lo que conduce a una rápida acumulación de ácidos grasos volátiles (AGV) en el lixiviado. El aumento del contenido de ácidos orgánicos disminuye el pH del lixiviado de aproximadamente 7,5 a 5,6. Durante esta fase, los compuestos intermedios de descomposición, como los AGV, contribuyen significativamente _a la demanda química de oxígeno (DQO). Los ácidos orgánicos volátiles (AOVE) de cadena larga se convierten en ácido acético (C₂H₄O₂ ) _{, CO₂} e _hidrógeno gaseoso (H₂ ₎ . Las altas concentraciones de AGV aumentan tanto la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) como las concentraciones de AOVE, lo que inicia la producción de H₂ _por bacterias fermentativas, estimulando así el crecimiento de bacterias oxidantes de H₂ _. La fase de generación de H₂ _es relativamente corta, ya que se completa al final de la fase de formación de ácido. El aumento de la biomasa de bacterias acidogénicas incrementa la cantidad de degradación del material residual y el consumo de nutrientes. Los metales, que generalmente son más solubles en agua a un pH más bajo, pueden volverse más móviles durante esta fase, lo que conlleva un aumento de las concentraciones de metales en el lixiviado.

Los productos intermedios de la fase de formación de ácido (por ejemplo, ácidos acético, propiónico y butírico) se convierten en CH₄ _y CO₂ _por acción de microorganismos metanogénicos. A medida que los metanógenos metabolizan los AGV, el pH del agua del vertedero vuelve a la neutralidad. La concentración de materia orgánica del lixiviado, expresada como demanda de oxígeno, disminuye rápidamente a medida que aumenta la producción de CH₄ _y CO₂ _. Esta es la fase de descomposición más prolongada.

La tasa de actividad microbiológica disminuye durante la última fase de descomposición de los residuos, ya que el suministro de nutrientes limita las reacciones químicas, por ejemplo, a medida que el fósforo biodisponible se vuelve cada vez más escaso. La producción de CH₄ _desaparece casi por completo, mientras que el _O₂ y las especies oxidadas reaparecen gradualmente en los pozos de gas a medida que el O₂ _se infiltra desde la troposfera. Esto transforma el potencial de oxidación-reducción (ORP) en el lixiviado hacia procesos oxidativos. Los materiales orgánicos residuales pueden convertirse gradualmente a la fase gaseosa, y a medida que la materia orgánica se composta, es decir, se transforma en compuestos similares a los ácidos húmicos . ^{[ 6 ]}

Cuando la precipitación cae sobre vertederos abiertos, o cuando el agua se libera por la descomposición de los residuos, el agua se filtra a través de los residuos y se contamina con material suspendido y disuelto, formando lixiviados enriquecidos con materia orgánica , metales pesados , contaminantes orgánicos y otros contaminantes presentes en los residuos. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} Si esto no se contiene, puede contaminar las aguas subterráneas . Todos los vertederos modernos utilizan una combinación de revestimientos impermeables de varios metros de espesor, sitios geológicamente estables y sistemas de recolección para contener y capturar este lixiviado. Luego se puede tratar y evaporar. Una vez que un vertedero está lleno, se sella para evitar que la precipitación entre en él y se forme nuevo lixiviado. Sin embargo, los revestimientos tienen una vida útil, a menudo de varios cientos de años o más, pero eventualmente cualquier revestimiento de vertedero podría tener fugas, ^{[ 10 ]} por lo que el suelo alrededor de los vertederos debe analizarse para detectar lixiviados y evitar que los contaminantes contaminen las aguas subterráneas.

El principal problema en los vertederos sanitarios con respecto a la calidad del lixiviado es el nitrógeno , particularmente en forma de nitrógeno amoniacal . ^{[ 11 ]} La hidrólisis de los residuos produce la liberación de especies de carbono como el bicarbonato y el ácido acético, así como la liberación de amonio. El ambiente anaeróbico presente en los vertederos no permite la nitrificación - desnitrificación acoplada , la vía típica de eliminación de nitrógeno en los suelos, lo que puede conducir a una acumulación de amonio en el lixiviado y concentraciones superiores a varios miles de miligramos por litro. ^{[ 7 ]}

La digestión anaeróbica de residuos orgánicos por microorganismos produce gases de descomposición , en particular CO₂ _y CH₄ _. La fracción de los componentes gaseosos depende principalmente del oxígeno disponible y varía según la antigüedad del vertedero, el tipo de residuo, el contenido de humedad y otros factores. En promedio, aproximadamente la mitad de la concentración volumétrica del gas de vertedero es CH₄ _y un poco menos de la mitad es CO₂ _; la proporción se desplaza hacia un mayor CO₂ _al aumentar la degradación aeróbica. ^{[ 12 ]} El gas de vertedero promedio contiene además alrededor del 5 % de nitrógeno molecular (N₂ ₎ , menos del 1 % de sulfuro de hidrógeno (H₂S ₎ y bajas concentraciones de compuestos orgánicos no metánicos (CONM), alrededor de 2700 partes por millón en volumen. ^{[ 13 ]} La cantidad máxima de gas de vertedero producido se puede ilustrar mediante una reacción neta simplificada del oxalato de dietilo que tiene en cuenta estas reacciones simultáneas: ^{[ 13 ]}

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

Los gases de los vertederos pueden filtrarse desde el vertedero hacia el aire y el suelo circundantes. Esto convierte a los vertederos en una fuente importante de gases de efecto invernadero en forma de CO₂ _y particularmente CH₄ _, siendo los vertederos el tercer mayor emisor de CH₄ _a nivel mundial ^{[ 14 ] [ 15 ]} y el CH₄ _tiene un potencial de calentamiento global de 29,8 ± 11 en relación con el CO₂ _durante un período de 100 años, y de 82,5 ± 25,8 durante un período de 20 años. ^{[ 16 ]} Los vertederos gestionados adecuadamente garantizan la recolección y el uso de los gases. Esto puede abarcar desde la simple quema para deshacerse del gas hasta la utilización del gas de vertedero para la generación de electricidad . ^{[ 17 ]} El monitoreo del gas de vertedero alerta a los trabajadores sobre la presencia de una acumulación de gases a un nivel perjudicial. En algunos países, la recuperación de gas de vertedero es extensa; en los Estados Unidos, por ejemplo, más de 850 vertederos tienen sistemas activos de recuperación de gas de vertedero. ^{[ 18 ]}

Otros problemas potenciales de los vertederos incluyen la alteración de la vida silvestre debido a la ocupación del hábitat ^{[ 19 ]} y la alteración de la salud animal causada por el consumo de desechos de los vertederos, ^{[ 20 ]} polvo, olor, contaminación acústica , ^{[ 21 ]} y reducción del valor de las propiedades locales. ^{[ 22 ]} Los vertederos mal gestionados pueden convertirse además en molestias debido a vectores como ratas y moscas que pueden propagar enfermedades infecciosas . La presencia de dichos vectores puede mitigarse mediante el uso de cobertura diaria . ^{[ 23 ]}

La práctica del vertido sanitario plantea desafíos en cuanto a la sostenibilidad . Una vez finalizada la vida útil del vertedero y entrando en su período de postratamiento, la práctica habitual de sellar los residuos con revestimientos restringe los contaminantes dentro del vertedero y evita que los residuos se degraden por factores ambientales. De este modo, el potencial de los residuos para contaminar el medio ambiente se mantiene dentro del vertedero, y la sustitución de los revestimientos y el tratamiento de los lixiviados se convierten en un requisito indefinido. Algunos países, como los Países Bajos, consideran, por consiguiente, la necesidad de un postratamiento a largo plazo, incluso indefinido. ^{[ 25 ]} Una estrategia alternativa es operar el vertedero como un biorreactor, que estimula el proceso de degradación mediante la aireación de los residuos ^{[ 26 ]} o la recirculación de los lixiviados a través del cuerpo de los residuos. ^{[ 27 ]} Los vertederos biorreactores estimulan la eliminación de contaminantes hasta un punto en el que las emisiones contaminantes ya no representan una amenaza para el medio ambiente. En este punto, ya no se requiere la colocación de revestimientos ni el tratamiento del gas y el lixiviado, lo que limita significativamente los costos y reduce el impacto en las generaciones futuras. ^{[ 28 ]} Entre los beneficios adicionales se incluye una producción de gas estimulada durante el período de tratamiento activo, lo que permite un potencial más eficiente para la generación de energía en un plazo más corto. ^{[ 28 ]}

Los vertederos pueden considerarse una fuente viable y abundante de materiales y energía . En los países en desarrollo, los recolectores de residuos suelen buscar materiales aún utilizables. En el ámbito comercial , las empresas también han descubierto vertederos y muchas han comenzado a aprovechar los materiales y la energía. ^{[ 29 ]} Ejemplos conocidos incluyen las plantas de recuperación de gas. ^{[ 30 ]} Otras instalaciones comerciales incluyen incineradoras de residuos con recuperación de materiales integrada. Esta recuperación es posible mediante el uso de filtros ( electrofiltro , filtro de carbón activado y potasio, enfriamiento rápido, lavador de HCl, lavador de SO₂ _, rejilla de cenizas de fondo , etc.).

Tras la colocación de la tapa y el cierre del vertedero, la zona suele ser reutilizada. Entre los usos alternativos más comunes se incluyen fines recreativos (por ejemplo, circuitos de ciclismo de montaña ^{[ 31 ]} ), la instalación de paneles solares para crear parques solares, ^{[ 32 ]} parques ^{[ 33 ]} o zonas residenciales.

Los vertederos en Canadá están regulados por agencias ambientales provinciales y legislación de protección ambiental. ^{[ 34 ]} Las instalaciones más antiguas tienden a estar sujetas a las normas vigentes y se monitorean para detectar lixiviaciones . ^{[ 35 ]} Algunos antiguos emplazamientos se han convertido en parques.

En la Unión Europea, los Estados miembros están obligados a promulgar leyes para cumplir con los requisitos y obligaciones de la Directiva europea sobre vertederos .

La mayoría de los Estados miembros de la UE tienen leyes que prohíben o restringen severamente la eliminación de basura doméstica a través de vertederos. ^{[ 36 ]}

El vertido en rellenos sanitarios es actualmente el principal método de eliminación de residuos municipales en la India. La India también cuenta con el vertedero más grande de Asia en Deonar, Mumbai . ^{[ 37 ]} Sin embargo, con frecuencia surgen problemas debido al alarmante ritmo de crecimiento de los vertederos y a la mala gestión por parte de las autoridades. ^{[ 38 ]} En los últimos años se han observado incendios superficiales y subterráneos en los vertederos indios. ^{[ 37 ]}

Las prácticas de vertido en el Reino Unido han tenido que modificarse en los últimos años para cumplir con los requisitos de la Directiva Europea sobre Vertederos . Actualmente, el Reino Unido aplica un impuesto sobre los residuos biodegradables depositados en vertederos. Además, se ha establecido el Sistema de Comercio de Cuotas de Vertido para que las autoridades locales de Inglaterra intercambien cuotas de vertido. En Gales, funciona un sistema diferente donde las autoridades no pueden intercambiar cuotas entre sí, pero sí disponen de asignaciones conocidas como el Sistema de Cuotas de Vertido.

Los vertederos estadounidenses están regulados por la agencia ambiental de cada estado, que establece directrices mínimas; sin embargo, ninguna de estas normas puede ser inferior a las establecidas por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). ^{[ 39 ]}

La obtención de un permiso para un vertedero generalmente tarda entre cinco y siete años, cuesta millones de dólares y requiere estudios y demostraciones rigurosas de ubicación, ingeniería y medio ambiente para garantizar que se satisfagan las preocupaciones ambientales y de seguridad locales. ^{[ 40 ]}