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. F uentes uen tes de Desec Desecho hoss Sól Sól i dos
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, d esechos, 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 FUENTES INSTALACIONES, ACTIVIDADES O TIPOS DE DESECHOS LOCALIZACIONES DONDE SE SOLIDOS 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 ligeras y pesadas, refinerías, plantas químicas, madera, minería, generación de electricidad, demolición, etc.
Areas libres
Calles, avenidas, parques, terrenos vacantes, terrenos de juego, playas, autopistas, áreas recreacionales, etc. Agua, aguas residuales y procesos industriales de tratamiento, etc.
Sitio de Plantas de tratamiento.
Desechos de alimentos, desperdicios, cenizas, desechos de demolición y construcción, desechos especiales, desechos peligrosos. Desechos especiales, desperdicios.
Desechos de plantas de 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 desh acerse de ellos. Para evitar confusión, el término términ o 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 s er 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 F ísica
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 PORCENTAJE EN PESO Rango Típico
Materiales de Empaque* 55,8
Desechos de alimentos 6 – 26 15 Papel 25 – 45 40 Cartón 3 – 15 4 Plásticos 2 – 8 3 3,6 Textiles 0 – 4 2 0,4 Caucho 0 – 2 0,5 Cuero 0 – 2 0,5 Residuos de jardín 0 – 20 12 Madera 1 – 4 2 7,8 Vidrio 4 – 16 8 18,1 Envases de hojalata 2 – 8 6 14,3 Metales no ferrosos 0 – 1 1 Metales ferrosos 1 – 4 2 Tierra, ceniza, ladrillo, etc. 0 - 10 4 * 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 *
American Public- Works Association
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. 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. Componente
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
Desechos de alimentos
TOTAL
100
4,5
78,1
Contenido de humedad = (100 – 78,1) = 100 = 21,9 100 2. Determine el peso seco de los componentes del desecho sólido utilizando la relación siguiente: Peso seco
=
(100 - contenido de humedad, %) (peso como se entrega)
3. 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 *
Basado en el peso de la muestra de 100 lb como se entrega.
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 Quími ca
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/yd ) 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
Residencia (sin compactar)
Cenizas Residencial (compactado)
En relleno (bien compactado) *
Adaptado en parte a la Ref. 10 No incluye cenizas
+
Residencial (después de procesado) 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
Embalado Desmenuzado (sin compactar) Desmenuzado (compactado) Comercial – Industrial (sin compactar) Desechos de alimentos (húmedo)
TABLA 4.6. DENSIDADES TÍPICAS DE LOS COMPONENTES DE DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES COMO SE DESCARTAN* Componente
DENSIDAD (lb/yd ) 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
2. ++
Punto de fusión de la ceniza
Compactación de poca presión, menos de 100 lb/pg 2 NOTA: lb/yd3 x 0.5933 = kg/m 3 Lb/pg2 x 6.895 = kg/m 2 * 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/m 3
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
Componente
(4.4)
=
100_____________ 100 - % ceniza - % humedad TABLA 4.7. ANÁLISIS INMEDIATO TÍPICO PARA DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES 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
0,6 – 2
1,5
7500 – 8500
8000
Madera
*
Después de combustión completa
Vidrio
96 - 99+
98
50 – 100
60
Envases de hojalata
96 – 99+
98
100 – 500
300
Metales no ferrosos
90 – 99+
96
Metales ferrosos
94 – 99+
98
100 – 500
300
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
60 – 80
70
1000 – 5000
3000
4000 - 5500
4500
Desechos sólidos municipales
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.
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 alimentos
+
En base a la forma en que son descartados NOTA: Btu/lb x 2.326 = kj/kg * Los datos fueron deducidos de las Tablas 4.2 y 4.9 NOTA: Btu/lb x 2.326 = kj/kg
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
100 Contenido de energía
4.3.
476.230 Btu = 100 lb
4.762 Btu lb
476.230 (11.053 Kj) Kg
TASAS DE PRODUCCIÓN
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
Volumen Promedio
Peso Unitario Peso Total lb/yd3 lb
yd Camión compactador
10
20
350
70.000
Camión de plataforma
10
1,5
150
2.250
Vehículo privado individual
20
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 Produ cción
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. F actores que afectan l as 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
lb/hab/día
Población Reportada 46,970
Residencial y comercial+ combinado
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 7.92
TOTAL
TABLA 4.13. DESECHOS SÓLIDOS PRODUCIDOS EN CALIFORNIA, 1968* Fuente
TASA DE PRODUCCIÓN Ton/Año
lb/hab/día
Municipal
22.9 x 10
6.5
Industrial
13.7 x 10
3.9
Agrícola
34.9 x 10
9.8
71.5 x 10
20.2
TOTAL *
Adaptado del estudio de California (9) NOTA: Ton/año x 907.2 = Kg/año *
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 b ase 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 +
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
Demolición
0.1 – 0.8
0.6
Otros Municipales+
0.1 – 0.6
0.4
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 Unidades
Fuente
Industrial
Rango
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
*
Adaptado de datos del Estado de California (3) NOTA: ton x 907.2 = Kg Lb x 0.4536 = Kg
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. Al cance de las Operacion es de Recuperación y Recir cul ación
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 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
Por ciento en peso 15 35
Cartón Plástico Textiles Caucho Cuero Desechos de jardín Madera
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 yd /día de recolección
FRECUENCIA Martes
Sábado
800 – 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
CUADRO PARA EL PROBLEMA 4.9 Tasa de Producción
yd /día
34
170
48
120
290
75
61
110
205
90
F ig. 4.3. Cur vas de frecuencia de distri buci ón para Tasas de produ cción de desecho sólido para Pr obl. 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.
