MINIMIZACIÓN POR BIOTRANSFORMACIÓN DE UN RESIDUO
SÓLIDO MUNICIPAL: PAÑALES DESECHABLES
Espinosa, V.R.M.; Turpin, M.S.; *Delfín, A. I.; Hernández, O.A. y González, C.G. Universidad Autónoma Metropolitana- Azcapotzalco. * ENEP Iztacala /UNAM
Av. San Pablo 180 Col, Reynosa Tamaulipas 02200 México D.F. rmev@hp9000a1.uam.mx
I. Resumen
El pañal desechable usado representa en la ZMCM entre 5 y 11% de los desechos sólidos municipales potencialmente peligrosos, este desecho en la actualidad se deposita en los camiones recolectores de basura.
El 90 % de los componentes de los pañales desechables es celulosa, un material biodegradable. La celulosa es un sustrato conveniente para el cultivo de hongos comestibles si su subsana la carencia de lignina combinándola con otro desecho, por ejemplo, orujo de uva.
Este tratamiento, además de minimizar significativamente el volumen (75 %) y el peso (90 %) del desecho, podría contribuir a la producción de un recurso alimentario para consumo humano o un complemento proteínico destinado a otras especies.
El desecho se puede recolectar fácilmente en establecimientos de atención a bebés y niños pequeños, por lo que su acopio no requiere instalaciones ni procedimientos especiales. El tratamiento propuesto representa una alternativa de solución para esta problemática.
II Introducción
En relación con la generación de desechos municipales, la SEMARNAP distingue en el país 5 regiones: Sureste, Distrito Federal, Centro, Norte y fronteriza. Los datos estadísticos indican para 1996 la generación de 87 560 toneladas diarias de desechos, equivalentes a 31 950 000 toneladas anuales, lo que equivale a 0.917 kg/día/habitante. La generación de basura tiene una tendencia creciente aunque diferencial en las diferentes regiones o localidades ya que tanto el aumento de población como el cambio de hábitos (tendencia al consumismo) contribuyen a dicho incremento, como puede verse en la figura 1
Fig. 1. Generación de Residuos Sólidos Municipales por Región
Fuente: INE, 1999. Indicadores ambientales.
Entre las "ciudades" mexicanas, no es difícil identificar, a la Zona Metropolitana Ciudad de México (ZMCM), como la mayor generadora de desechos municipales. Además de esta zona, otras que también generan gran cantidad de desechos urbanos son las grandes concentraciones urbanas (zonas metropolitanas) de otras ciudades importantes, como Guadalajara y Monterrey. Los volúmenes menores corresponden a ciudades que podrían clasificarse como "pequeñas". Ver cuadro 1
Cuadro 1. Generación de RSM en algunas ciudades del país. No. de
orden como generadora de residuos
Ciudad Región Residuos sólidos
municipales Ton / día 1990 1995 % de incremento 1990-95
1 ZM Ciudad de México Distrito Federal 16 462 17 494 1.3
2 ZM Guadalajara, Jal. Centro 2 473 2 866 2.6
3 ZM Monterrey, N.L. Norte 2 434 2 825 2.7
8 Tijuana, B.C. Fronteriza 751 997 5
24 Morelia, Mich. Centro 408 478 2.8
41 Cancún, Q.R. Sureste 158 278 10.1
66 Puerto Vallarta, Jal. Centro 92.3 124.1 5.3
74 Valle de Santiago, Gto.
Centro 109 108 -0.1
88 Acámbaro, Gto Centro 93 93 0
100 Sahuayo, Mich. Centro 45 50 1.9
En el Distrito Federal se presentó menor incremento en la generación de basura durante el periodo 1991-96 en comparación con Guadalajara y Monterrey. Lo anterior puede deberse a que fue entonces, cuando Guadalajara y Monterrey incorporaron a su zona urbana las poblaciones vecinas, lo que condujo a una connurbación y su reconocimiento como “zonas metropolitanas" (ZM).
Destaca el elevado porcentaje de incremento en generación de “basura” en ciudades como Cancún, Tijuana y Puerto Vallarta, lo que es explicable por la alta afluencia turística. En contraste, en ciudades como Valle de Santiago y Acámbaro, en las que no ha habido cambios significativos en el número de habitantes, el volumen de generación de residuos se mantuvo prácticamente constante de 1991 a 1996.
En la ZMCM, el pañal desechable usado representa entre 5 y 11% del total de los desechos sólidos municipales (INEGI-SEMARNAP 97). Aunque en la legislación mexicana no se le clasifica como un residuo peligroso, dado su origen, puede ser considerado como un residuo peligroso biológico infeccioso de bajo riesgo. Actualmente, este desecho es recolectado en los carros de “basura” municipales, que lo depositan en tiraderos a cielo abierto o, en el mejor de los casos en rellenos sanitarios. Por comunicaciones personales se sabe que se han realizado esfuerzos aislados para recuperar algunos de los componentes de este material, pero dichos esfuerzos no han prosperado y se han abandonado; en la literatura especializada no se han encontrado datos concretos al respecto.
El pañal desechable está constituído por materiales diversos, en su mayor parte reciclables o biodegradables. El material más abundante es el textil, que es casi en su totalidad celulosa pura. Otro componente es el plástico (polietileno) y hay además, una pequeña cantidad de un material sintético superabsorbente, que si bien no es biodegradable en el corto plazo, es inerte y no tiene carácter tóxico. La degradación de la materia orgánica (celulosa) podría representar un beneficio adicional a la simple desaparición del desecho, al ser aprovechada como fuente de carbono y energía para el cultivo de algunas especies de hongos o la obtención de biomasa de otros organismos degradadores de la madera. En este sentido hay un estudio de Alvarado et al (1993) en que propone el cultivo de hongos silvestres en desechos vegetales de los bosques.
Entre las especies de hongos comestibles, el trabajo se enfocó al cultivo de la “seta” u “oreja” (Pleurotus ostreatus). Esta especie es de muy alta productividad, sus requerimientos son mínimos y el proceso de producción no exige grandes cuidados. Actualmente se le cultiva, a escala comercial, usando como sustrato paja de trigo, pero se han realizado numerosos trabajos a escala laboratorio para aprovechar como sustrato esquilmos agroindustriales lignocelulósicos u otros materiales de desecho como viruta y papel.
Dada la composición del pañal desechable y su carácter de desecho cotidiano considerado “basura”, se vislumbra la posibilidad de recolectar los pañales desechables usados y utilizarlos como sustrato para el cultivo de P. ostreatus. Este proceso biotecnológico puede conducir no sólo a la minimización del volumen y peso del desecho sino que puede permitir la obtención de un recurso alimentario
que contiene un porcentaje importante de proteína, que puede ser utilizado directamente por el hombre o servir como alimento para animales.
III. Metodología
El trabajo se realizó con base en un diseño experimental de 3 X 3. Se usó como sustrato-control, “paja de trigo”.
Los pañales desechables fueron colectados y separados en el CENDI-1 de la UAM Azcapotzalco, seleccionando, para la realización de este estudio, los que sólo contenían residuos líquidos. Los sustratos para los diferentes tratamientos se prepararon como se indica en el cuadro 2
Cuadro 2. Diseño experimental y relación de sustratos utilizados
CON PLÁSTICO SIN PLÁSTICO
Desmenuzados Molidos Desmenuzados Molidos
con “uva” CPDU sin “uva” CPD con “uva” CPMU sin “uva” CPM con “uva” SPDU sin “uva” SPD con “uva” SPMU sin “uva” SPM
Se trabajó con las siguientes variables: Con plástico vs sin plástico.
• El pañal se procesó completo, sin retirarle la cubierta plástica.
• Se desprendió manualmente la cubierta plástica exterior del pañal antes de utilizarlo.
Desmenuzado vs molido.
• El pañal se desmenuzó manualmente reduciéndolo a trozos irregulares de tamaño entre 2 y 5 cm.
• El pañal se molió hasta que se redujo a polvo, en un molino de martillos. Complementado con “uva” vs sin “uva”.
• Se le adicionó un tercio de su peso seco de orujo de uva al pañal ya reducido a fragmentos o polvo.
• No se le adicionó orujo de uva.
Con el sustrato-testigo (paja de trigo) se montaron las unidades experimentales control con 5 repeticiones de cada tratamiento incluyendo el control.
La cepa que se utilizó fue P. ostreatus IE8 donada por el Instituto de Ecología de Xalapa, Ver. El cultivo se desarrolló utilizando la metodología clásica propuesta por Guzmán en 1993, para el cultivo de P. ostreatus en bolsa. Los tiempos y las
condiciones de humedad, iluminación, aereación y temperatura fueron adaptados a las condiciones ambientales en las instalaciones destinadas al cultivo de hongos en la UAM-Azcapotzalco. Para subsanar la carencia de lignina en los pañales, algunos de los sustratos fueron complementados con orujo de uva, desecho que tiene un alto contenido de este componente de la madera, previendo la posibilidad de que la lignina fuera un factor limitante para el desarrollo del cultivo.
Dado el origen y la posible contaminación de los pañales con agentes patógenos, se sustituyó la pasteurización propuesta en la técnica original, por el proceso de esterilización del sustrato en autoclave.
Como variables de respuesta se emplearon: porcentaje de reducción de peso, porcentaje de reducción de volumen, peso volumétrico (NOM-AA-19-1985) y eficiencia biológica (rendimiento del cultivo/masa de sustrato). Se evaluó la calidad nutricional y sanitaria de los hongos, por las técnicas de análisis cuantitativos químicos y microbiológicos, descritos en las normas oficiales vigentes.
Figura 2. Metodología general del trabajo experimental
Obtención cepa
Obtención muestra CENDI-1 UAM-A Selección de pañales
Resiembra de la cepa
Preparación de sustratos , clasificación CP y SP Molienda Desmenuzado, Orujo de Uva, Paja
Mezclas CP+UVA y SP +UVA
Esterilización Autoclave
Obtención del inoculo Siembra
Determinaciones analíticas sustrato % reducción en peso
% reducción de volumen Fructificación Cosecha Hongos Análisis bromatólogico Análisis microbiológico
IV. Resultados
A) Minimización del Residuo
Las figuras 3 y 4 muestran, respectivamente, las reducciones de volumen y de peso de los diferentes sustratos en función del tiempo transcurrido a partir del montaje de las unidades experimentales
Figura 3. Reducción de Volumen
Figura 4. Reducción de Peso
PROMEDIO REDUCCION EN VOLUMEN
0 500 1000 1500 2000 2500
SPD CPD SPDU CPDU SPM CPM CPMU SPMU PAJA
SUSTRATO VOLUMEN EN ML Volumen Inicial Volumen Final % REDUCCION EN PESO 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 TIEMPO (DIAS) REDUCCION EN PESO (%) SPD CPDU SPDU CPD CPM CPMU SPMU SPM
La relación entre los valores de peso y volumen (peso volumétrico) se determinó conforme a la norma oficial mexicana y se muestra en la figura 5
Figura 5. Variación del Peso Volumétrico
En todas las unidades experimentales, la mayor reducción de peso y consecuentemente de volumen correspondió a la primera etapa, periodo de invasión del sustrato, intervalo en que la minimización fue más notable
Los sustratos más eficientes en cuanto a reducción de peso fueron SPD y SPDU lo que puede asignarse al tratamiento que recibió el sustrato antes de la inoculación: desmenuzado manualmente, estructura que favorece el metabolismo aerobio y permite una mayor degradación del sustrato. El menos eficiente fue CPMU, lo que al igual que en el caso anterior se explicaría por el tratamiento previo del sustrato: molido mecánicamente, es decir reducido a polvo fino, que condujo a una estructura compacta, carente de espacios de aire, que incidió negativamente en el desarrollo aerobio del hongo y por lo tanto dio lugar a una menor reducción de peso.
El peso volumétrico inicial osciló entre los valores de 0.07 a 0.28 g/mL, en tanto que el peso volumétrico final varió desde 0.14 hasta 0.38 g/mL, diferencias esperadas dado la composición de los sustratos. En el cuadro 3 se observa que en el 75% de los sustratos hubo un incremento en el peso volumétrico, excepto en CPDU y SPM.
PESOS VOLUMETRICOS INCIAL Y FINAL
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
SPD CPD SPDU CPDU SPM CPM CPMU SPMU PAJA
SUSTRATO
PESO VOLUMETRICO
Peso volumetrico inicial Peso volumetrico final
Cuadro 3. Porcentaje de Variación en el Peso Volumétrico Sustrato Variación de peso
volumétrico (%) SPD + 50 CPD + 137 SPDU +10 CPDU 0 SPM - 20 CPM +122 SPMU +192 CPMU +428
♠ La reducción es mayor en el caso de los sustratos con plástico, excepto en la pareja SPDU y CPDU. La presencia de plástico actúa como una barrera impermeable que contribuye a mantener espacios aéreos en el sustrato inicial, los que desaparecen durante el desarrollo del cultivo
♠ Al comparar los sustratos molidos vs los desmenuzados se observa una notable diferencia en incremento de peso volumétrico en los sustratos complementados con uva; siendo ésta mucho mayor en los molidos que en los desmenuzados. En los sustratos sin uva las diferencias son menores y favorecen a los sustratos desmenuzados en relación con los molidos.
♠ Los sustratos complementados con uva no muestran un comportamiento regular de variación en el peso volumétrico, al compararlos con los que no tienen uva.
♠ La mejor combinación, es decir, el mayor incremento de peso volumétrico corresponde a los sustratos en que se combinan las características de material desmenuzado y complementado con uva. La combinación menos eficiente corresponde a los sustratos en que se combinan las características de material molido y complementado con uva.
♠ El incremento en el peso volumétrico significa que el sustrato además de estar siendo minimizado se está compactando, es decir que aumenta su densidad.
B) Eficiencia Biológica y Calidad de las Setas Cultivadas
El sustrato que tuvo mayor eficiencia biológica fue SPDU con un valor de 5 %. Este valor es bajo si se le compara con los reportados para desechos agroindustriales, pero en nuestro estudio no sólo los tratamientos propuestos sino también los cultivos en que se usó paja de trigo (control) como sustrato, tuvieron valores bajos de eficiencia biológica. Esto indica que las condiciones ambientales
prevalecientes en el área de experimentación de la UAM-Azcapotzalco, distan de ser las más convenientes para el cultivo de P. ostreatus.
Las setas obtenidas eran de tamaño pequeño pero bien formadas y de coloración y aspecto general similar a los de las setas comerciales, sin patógenos humanos. Su composición química corresponde a la reportada en la literatura. De lo expuesto podemos afirmar que la calidad microbiológica, apariencia y valor nutricional de las setas cultivadas fueron buenos.
V. Conclusiones
La generación de desechos, sean de origen municipal o industrial, representa un problema no sólo en México sino en todos los países. En Estados Unidos, la Agencia de Protección al Ambiente (EPA) puso en marcha una nueva política nacional de protección al ambiente, cuyo primer punto se refiere a evitar que la contaminación se genere.
Evitar de ese modo la contaminación, si bien es altamente deseable, no es fácil de lograr. El consumo de pañales desechables y la consecuente generación de altos volúmenes de este desecho se inscribe entre los hábitos de vida adoptados por la mayoría de las familias de las zonas urbanas, incluyendo las comunidades de zonas marginadas, a las que sería difícil convencer de volver a usar pañales "de tela" que deberán ser lavados después de cada uso. Algunos países tienen políticas encaminadas no a desterrar el uso del pañal pero sí a limitar su periodo de uso: en Rusia se proporciona a la madre una tarjeta que le permite adquirir este bien sólo durante el primer año de vida del hijo.
Los resultados obtenidos en este proceso de minimización de un desecho por biotransformación, además de reducir de manera importante el volumen (75 %) y peso (90 %) del mismo, muestran la factibilidad de obtener como beneficio adicional un alimento de alto contenido proteínico que podría destinarse al consumo humano o adicionarse como complemento en el alimento destinado a otras especies animales.
Un aspecto interesante de esta propuesta es que el pañal desechable podría ser recolectado con facilidad en establecimientos como hospitales de maternidad, guarderías, centros de desarrollo infantil y centros educativos para preescolares, en que se dá atención a los pequeños usuarios. Su separación y acopio no requeriría instalaciones ni procedimientos especiales y la problemática derivada del alto consumo de pañales desechables tendría una posible alternativa de solución.
El proceso de reciclaje que se propone se dirige, en esta primera etapa, a la reutilización de sólo uno de los subproductos, la fibra de celulosa, pero un tratamiento posterior podría permitir la separación, recuperación y reciclamiento de otros componentes del pañal, por ejemplo, el plástico y el polímero superabsorbente.
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