Metodologías de tratamiento. Compostaje

1. CAPÍTULO IV
TECNICAS DE
BIORREMEDIACIÓN
1

2. Objetivos
 Identificar las características y ventajas operativas de los
distintas metodologías de biorremediación.
 Conocer la gama de residuos tratados por las diferentes
metodologías de biorremediación.
 Comprender las diferentes operaciones unitarias y estrategias
empleadas en biorremediación.
 Analizar las diferencias operativas y de distribución espacial
de las instalaciones necesarias para cada metodología de
biorremediación.
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3. Clasificación de las técnicas 3
Biorremediación
Aeróbicas y
anaeróbicas
In situ y ex
situ
En sólido,
líquido o
lechada
Bacteriana.
Fúngica o
fitrorremedia
ción

4. Clasificación de las técnicas 4
Biorremediación
aeróbica
Compostaje
Landfarming
Bioventing/
Bioflushing
Fitorremediación

5. Clasificación de las técnicas
anaeróbicas
5
Fermentación
Bokashi
Biodigestores
Compostaje
anaeróbico
Matanogenesis

6. TRATAMIENTO VENTAJAS DESVENTAJAS
BIOLÓGICO Son efectivos en cuanto a costos
Son tecnologías más benéficas para el
ambiente
Los contaminantes generalmente son
destruidos.
Se requiere un mínimo o ningún
tratamiento posterior
Requieren mayores tiempos de
tratamiento
Es necesario verificar la toxicidad de
intermediarios y/o productos
No pueden emplearse si el tipo de suelo
no favorece el crecimiento microbiano
FISICO-QUIMICO Son efectivos en cuanto a costos
Pueden realizarse en periodos
cortos
El equipo es accesible y no se
necesita de mucha energía ni
ingeniería
Los residuos generados por
técnicas de separación, deben
tratarse o disponerse: aumento en
costos y necesidad de permisos
Los fluidos de extracción pueden
aumentar la movilidad de los
contaminantes: necesidad de
sistemas de recuperación
TÉRMICO Permite tiempos rápidos de
limpieza
Es el grupo de tratamientos más
costoso,
los costos aumentan en función
del empleo de energía y equipo
intensivos en mano de obra y
capital
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7. Rutas de biodegradación
 Las rutas de biodegradación de los contaminantes
sometidos a biodegradación en dependencia de su
naturaleza química y su estructura, también
depende de la especie microbiana empleada. Las
reacciones son:
1. Óxido-reducción,
2. Sorción,
3. Intercambio iónico,
4. Reacciones de complejamiento;
5. Quelación.
6. Mineralización.
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8. Estrategias de
biorremediación
 Bioaumentación.- Consiste en la introducción intencionada
de microorganismos específicos, especializados en la
degradación de un contaminante particular sujeto a
tratamiento. Con frecuencia, los microorganismos presentes
en los suelos (residuos) a tratar no son capaces de
metabolizarlos; por esta razón se hace necesario introducir
consorcios microbianos que degraden los contaminantes en
un sistema de tratamiento.
 Los microorganismos introducidos deben ser autóctonos(en lo
posible), no patógenos y de eficiencia probada.
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9. Estrategias de
biorremediación
 Bioestimulación.- Es la introducción de nutrientes que son
deficitarios en el sistema de tratamiento e indispensables
para el metabolismo microbiano.
 Por lo general, el residuos a tratar es la única fuente de
carbono, sin embargo; la disponibilidad de otros nutrientes
fundamentales como N, P, K y minerales es deficitaria.
 Los nutrientes pueden adicionarse en forma de abonos
químicos (Nitrato de amonio, fosfato de potasio, nitrato de
potasio, etc.). Una alternativa puede ser el abono orgánico:
compost, humus, gallinaza, estiércol, residuos orgánicos
(frutas y hortalizas). Los micro elementos en forma de sales,
quelatos, compuestos organominerales, o extractos
vegetales.
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10. Bioestimulación
 Implica la circulación de soluciones acuosas (que contengan
nutrientes y/u oxígeno) a través del suelo o sustrato
contaminado, para estimular la actividad de los
microorganismos autóctonos, y mejorar así la biodegradación
de contaminantes orgánicos o bien, la inmovilización de
contaminantes inorgánicos in situ
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11. Estrategias de
biorremediación
 Empleo de cosustratos.- Como se mencionó en los factores
que inciden sobre el proceso de Biorremediación; el empleo
de cosustratos es determinante para estimular, mejorar y
acelerar los procesos de degradación de una amplia gama de
contaminantes ambientales sujetos a tratamiento.
 Su elección debe corresponder a criterios de:
1. Costos
2. Eficiencia
3. Disponibilidad
4. Seguridad
5. Afinidad estructural.
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12. Técnicas existentes
Según el lugar donde se ejecutan.
 Ex situ.- Trabajos de biorremediación que debido a
las dificultades de ejecución local (condiciones
ambientales inadecuadas, nivel freático alto,
cercanía de poblaciones, toxicidad de los residuos,
falta de espacio para su tratamiento), deben
ejecutarse en otros sitios.
 Los residuos son transportados a instalaciones
adecuadas de gestores ambientales autorizados.
Esta alternativa incrementa los costos por cuanto el
trasporte supera el 50% de los costos de
tratamiento.
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13. Técnicas existentes
 In situ.- Trabajos de biorremediación de contaminantes
ejecutado en los sitios de derrame o de disposición, siempre y
cuando existan las condiciones ambientales, geológicas,
sociales y económicas.
 Con frecuencia el tratamiento de suelos, se ejecuta in situ; en
especial en las zonas de explotación de hidrocarburos, que
disponen de vías de acceso, están alejadas de centros
poblados.
 Los lodos residuales aceitosos debido a su alto poder de
contaminación, estado y propiedades químicas, son
preferentemente tratados con técnicas de tratamiento ex situ.
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14. Técnicas existentes
Tanto las técnicas in situ como ex situ pueden ser:
1. Aeróbicas o anaeróbicas
2. Landfarming,
3. Compostaje
4. Fitorremediación
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15. Tipos de biorremediación
 Tratamiento anarobio. En ausencia de oxígeno, produce
gases indeseables como: metano, amoníaco, gas sulfhídrico,
mercaptanos.
 Tratamiento aerobio. En presencia de oxígeno, produce gas
carbónico, vapor de agua y compuestos simples inertes.
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16. Técnicas existentes
 En fase líquida.- Muchos contaminantes ambientales son
líquidos o se encuentran en fase líquida (altamente
hidratados); para su tratamiento, se pueden implementar
técnicas de Biorreactores aeróbicos o anaeróbicos,
fitorremediación, lodos activados.
 A manera de ejemplos los PCBs, son residuos líquidos
altamente tóxicos aún a bajas concentraciones, razón por la
que se debe diluirlos profusamente para ser tratados
mediante fitorremediación.
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17. Técnicas existentes
 Fase de lechada.- Similar al sistema convencional para el
tratamiento líquido excepto que el contenido de sólidos
no volátiles en el reactor puede oscilar de un 5 a un 50 por
ciento. Residuos específicos como cortes y ripios de
perforación, tienden a ser tratados mediante esta técnica en
piscinas.
 Fase sólida, Fangos o sólidos, (por ejemplo suelos
contaminados). Condiciones insaturadas o mínimo
contenido en agua libre; los principales ejemplos son el
tratamiento sobre el terreno, el compostaje y el
amontonamiento
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18. Tratamiento en lechada 18
Laguna modificada para el tratamiento en fase de lechada

19. Tratamiento en fase de lechada en
biorreactor
19

20. Técnicas existentes
 Fermentación.- Esta metodología está diseñada para obtener
a partir de los residuos orgánicos, otros productos de interés
comercial , tales como metano, hidrógeno, etanol, ácidos
orgánicos. Estas operaciones se ejecutan en sistemas de
ingeniería que garantizan las condiciones anaeróbicas ideales
(fermentadores- digestores).
 Para el efecto se deben emplear cepas microbianas
específicas de alto rendimiento, que garanticen los más altos
índices de productividad (relación, residuos productos
generados).
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21. Biodigestor
21

22. Compostaje
 Proceso biológico controlado, por el cual
pueden tratarse suelos y sedimentos
contaminados con compuestos orgánicos
biodegradables, para obtener subproductos
inocuos estables. El material contaminado se
mezcla con agentes estructurantes que son
sustancias orgánicas sólidas biodegradables,
adicionadas para mejorar el balance de
nutrientes, así como para asegurar una mejor
aireación y la generación del calor durante el
proceso.
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23. Compostaje
 Técnica de tratamiento aeróbica de fácil ejecución, empleada
ampliamente para la obtención de abono agrícola a partir de
residuos vegetales.
 Para asegurar el éxito, se deben considerar los siguientes
aspectos:
1. Tamaño del materia vegetal ( o residuo) a compostar: 3-5 cm
2. Relación C:N.P:K (100:3:1:1)
3. Humedad: 40-60%
4. Material estructurante (Catalizador), zeolita, bentonita.
5. Micro elementos: sales minerales, extractos o quelatos.
6. Control de temperatura
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24. Compostaje en pilas con
volteo
 La tecnología para el compostaje en pilas es relativamente
simple, y es el sistema más económico y el más utilizado. Los
materiales se amontonan sobre el suelo o pavimento, sin
comprimirlos en exceso, siendo muy importante la forma y
medida de la pila.
 Las medidas óptimas oscilan entre 1,2 - 2 metros de altura,
por 2 - 3 metros de anchura, siendo la longitud variable. La
sección tiende a ser trapezoidal, aunque en zonas muy
lluviosas es semicircular para favorecer el drenaje del agua.
 Las pilas son ventiladas por convección natural. El aire
caliente que sube desde el centro de la pila crea un vacío
parcial que aspira el aire de los lados.
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25. Compostaje en pilas
 El tamaño de la pila depende de:
1. Tamaño de partícula,
2. Contenido de humedad,
3. Porosidad y
4. Nivel de descomposición del residuo.
25

26. Compostaje en pilas con
volteo
El volteo, su frecuencia depende del tipo de material, de la
humedad y de la rapidez con que deseamos realizar el proceso,
siendo habitual realizar un volteo cada 6 - 10 días.
Los volteos sirven para homogeneizar la mezcla y su
temperatura. Después de cada volteo, la temperatura desciende
del orden de 5 o 10 ºC, subiendo de nuevo en caso que el
proceso no haya terminado.
26

27. Técnica de compostaje 27
Dinámica del
proceso de
compostaje , que
muestra la
variación de la
temperatura , las
etapas y los
microorganismos
responsables del
proceso.

28. Microorganismos
responsables
28

29. Variación de parámetros
durante el compostaje
29

30. Etapa mesofílica
30
MICROORGANISMOS FASE
MESOFILICA

31. MICROORGANISMOS PRESENTES EN EL COMPOSTAJE 31

32. Etapa mesofílica
32

33. Etapa termófila 33

34. Etapa termófila
34
Federico Laich (2011). El papel de los microorganismos en el proceso de compostaje.
Instituto Canario de investigaciones. Proyecto BIOMUSA 1

35. Pila venteada
 Estos sistemas permiten tener un mayor control de la
concentración de oxígeno y mantenerla en un intervalo
apropiado (15-20 %) para favorecer la actividad metabólica de
los microorganismos aerobios que des arrollan el proceso.
 El aporte de oxígeno se realiza por varias vías, su acción o
insuflado, así como las variantes que incluyen a los dos tipos.
En forma continua, a intervalos o ligados a un termostato que,
llegada una determinada temperatura (aprox. 60ºC) acciona el
mecanismo de inyección de aire hasta que la temperatura
desciende hasta el valor deseado.
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36. Pila estática
 Se considera que este sistema es muy apropiado realizando
un análisis coste/eficacia de dicho sistema comparado con
otros como aireación forzada o pilas con volteo.
 Para favorecer la ventilación natural de la pila, se emplea en
la base material poroso (grava, cascajo), que permite el flujo
del aire desde abajo hacia arriba, la salida de lixiviados, hasta
los canales perimetrales impermeabilizados.
 En la parte superior se colocan tubos de evacuación para
disipar el exceso de calor que se genera en las pilas de
compostaje, adicionalmente para humectar las pilas y
adicionar nutrientes.
36

37. Sistemas de compostaje 37

38. Biopilas
 Son una forma de composteo en el cual,
además de agentes de volumen, el sistema
se adiciona con agua y nutrientes, y se coloca
en áreas de tratamiento (que incluyen alguna
forma de aireación y sistemas para colectar
lixiviados). Las pilas de suelo generalmente
se cubren con plástico para controlar los
lixiviados, la evaporación y la volatilización de
contaminantes, además de favorecer su
calentamiento.
38

39. 39
ESQUEMA DE UNA
PLANTA DE
TRATAMIENTO POR
COMPOSTAJE
El área administrativa , de
servicios y la operativa
deben estar aislados
mediante una cerca viva.
El ingreso de materiales y
maquinaria debe ser por un
acceso independiente.
Las camas poseen canales
perimetrales para recoger
lixiviados.

40. Planta de compostaje
A.- Área administrativa: Guardianía, patio de reuniones, QHSE,
Oficinas, parqueadero y servicio médico. Paso al área B.
B.- Área de servicios: B1: Camper vivienda, Camper comedor,
Camper baños, duchas y lavandería. B2: Planta de agua potable,
Planta de generación de energía, Planta de tratamiento de aguas
residuales y gestión de RSU. Paso al área C.
C.- Área Operativa: Plataformas de Compostaje, Bodega de
materiales y herramientas, plataforma de mezcla y estabilización,
plataforma de recepción y deshidratación, Parqueadero de
maquinarias, Taller de mantenimiento y reparación, Planta de
tratamiento de lixiviados, entrada y salida de materiales y
maquinaria, báscula , control de entrada (guardianía).
40

41. Compostaje
 Los microorganismos se pueden aplica mediante:
1. Duchas en solución nutritiva (a baja presión o por gravedad)
2. Mediante goteo (micro goteo a baja presión, o por gravedad)
3. Por inyección (bomba manual), mediante pulsos de volumen
definido
4. Con sustrato sólido. Material lignificado (cascarilla de arroz,
bagazo, etc.), o roca porosa (zeolita, bentonita, arcilla),
esterilizado, impregnado con m/o.
41

42. Mecanismos de adición
microbiana
42

43. Residuos que se pueden
tratar por compostaje
 Residuos de cultivos.
 Residuos orgánicos domésticos.
 Suelos contaminados con hidrocarburos (no volátiles)
 Suelos contaminados por pesticidas.
 Suelos y sustratos contaminados con metales pesados,
 Lodos residuales aceitosos deshidratados y estabilizados.
 Lodos residuales de plantas de tratamiento de aguas
residuales
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44. Conclusiones
 El compostaje es una técnica versátil de fácil realización y de
alto rendimiento, que puede ser ejecutada en forma manual o
mecanizada y para una amplia gama de contaminantes
ambientales
 Al igual que en otras metodologías de tratamiento, el
compostaje emplea estrategias de bioaumentación,
bioestimulación, empleo de cosustratos. Sus operaciones
unitarias son sencillas y de fácil aplicación.
 Las instalaciones dedicadas al compostaje deben cumplir el
mínimo de condiciones de seguridad para el personal y el
ambiente, en conformidad con el marco legal nacional y local.
44

45. Cuestionario
 ¿Cuál es la diferencia entre bioaumentación y
bioestimulación?
 ¿Para qué tipo de residuos, el compostaje es inadecuado y
por qué? Explique su respuesta.
 ¿Cuáles son los mecanismos de introducción de fluido
microbiano en las pilas de compostaje?. De todos ellos ¿Cuál
es para usted el mejor y por qué?
 ¿Cuáles son las áreas operativas de una planta de
compostaje y que actividades se ejecutan en ella?
 ¿Qué aspectos se deben considerar para asegurar el éxito de
una trabajo de compostaje?
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46. Cuestionario
 ¿Cuáles son las características del compostaje en pilas con
volteo?
 Grafique a variación de la temperatura durante el proceso de
compostaje y explique su comportamiento.
 ¿Cómo varía de población microbiana durante el proceso de
compostaje? Explique los cambios.
 Diferencias entre pila venteada y pila estática.
 ¿Cuándo se opta por ejecutar un tratamiento in situ y cuándo
por un tratamiento ex situ?, sustente su respuesta.
 ¿De qué factores depende el empleo de cosustratos?
 De las rutas de biodegradación analizadas, ¿cuál es para
usted la más importante y por qué?
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47. Cuestionario
 ¿Por qué la biorremediación es una expresión de procesos de
Óxido-reducción?
 ¿Cómo las reacciones de Intercambio iónico, favorecen los
procesos de biorremediación?
 ¿En qué consiste el proceso de Quelación?.
 Describa el proceso de mineralización de materia orgánica e
inorgánica
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48. Bibliografía
 Gómez J. M. y D. Cantero. (1999). Soporte para la
inmovilización de un biocatalizador, Rev. Ing. Química
Española.
 Hidalgo M. D. y P. A. García Encina. (2002). Reactores
biológicos de lecho fluidizado, Rev. Ing. Quím. Española.
 Federico Laich (2011). El papel de los microorganismos en el
proceso de compostaje. Instituto Canario de investigaciones.
Proyecto BIOMUSA 1
48