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MODULO 6. DESPERDICIOS

6.1. Introducción

En este módulo se trata la estimación de las emisiones de metano (CH4) desde los vertederos de residuos sólidos (VRS), el tratamiento de las aguas residuales y las emisiones de óxido nitroso (N2O) procedentes de los excrementos humanos.

El metano es el GEI más importante generado por la disposición y tratamiento de los desechos, especialmente desde los sistemas anaerobios utilizados para el manejo de los desechos biodegradables resultantes de las actividades humanas: los rellenos sanitarios y el tratamiento de las aguas residuales. Algunos expertos, han propuesto incluir aquí las emisiones que se producen desde los cementerios, especialmente debido a que los diversos tipos de bóvedas que se construyen modifican sensiblemente las emisiones de gases, entre ellas las de metano. El equipo de inventario no dispone de resultados experimentales en el país, o datos que puedan asumirse de la bibliografía internacional, para abordar el cálculo de esas emisiones.

6.2. Emisiones de Metano (CH4) por la Disposición en la Tierra de Desechos Sólidos

En esta sección se aborda la estimación de las emisiones de metano procedentes de los vertederos de residuos sólidos. La descomposición anaerobia de la materia orgánica, en vertederos de residuos sólidos, por parte de las bacterias metanogénicas es fuente de emisiones de CH4 que escapan a la atmósfera. Se estima que esta fuente representa entre el 5 % y el 20 % de las emisiones antropogénicas de CH4 en todo el mundo (IPCC-OECD-IEA, 1997; U.S. EPA, 1994; IPCC, 1992).

Al contrario de las emisiones al aire y los efluentes líquidos donde los tipos de contaminantes están por lo general bien definidos, en los desechos sólidos y peligrosos se presentan mezclas complejas de sustancias inertes, orgánicas, tóxicos, grasas etc. (Economopoulos, 1993).

Estos desechos, por lo general, se clasifican en categorías sobre la base de su origen utilizando como criterio, para este propósito, su potencial de contaminación del suelo o el agua. Para la clasificación de los variados tipos de fuentes de desechos sólidos puede utilizarse el sistema propuesto por el Banco Mundial/OMS/PNUMA que establece las siguientes seis categorías principales y varias subcategorias:

Los desechos sólidos municipales pertenecen en su mayoría a la categoría general de desperdicios orgánicos putrecibles. Se consideran residuos sólidos urbanos a todos aquellos residuos sólidos generados en fuentes domiciliarias, comerciales y de servicios cuyo contenido no representa ningún riesgo de peligrosidad para el medio ambiente en general y, principalmente, para la salud de la población. Este es el tipo de residuo tratado en el inventario de acuerdo a las Guías –es decir no se incluyen aquí los desechos peligrosos.

El mal manejo de los residuos sólidos municipales tiene impactos adversos diversos, tanto sanitarios como estéticos, incluyendo los fuegos ocasionados por la ignición espontánea del biogás, emitido en la descomposición anaeróbica del material orgánico contenido en estos.

En las Guías, los vertederos de residuos sólidos (VRS) se dividen en "controlados" y "no controlados" dependiendo del grado y del tipo de control activo en el vertedero. Un vertedero "controlado" debe disponer de una ubicación controlada de los residuos –áreas específicas de disposición, control de fuegos etc.–, e incluirá, al menos, uno de los siguientes aspectos: Material para cobertura, compactación mecánica, o nivelación del residuo. Todos los otros VRS que no caen en la anterior categoría son definidos como vertederos "no controlados " y son subdivididos en profundos (³ 5m de profundidad de los desperdicios) y poco profundos o superficiales (< 5 m de profundidad).

Los países que incluyen zonas donde no se realiza de forma organizada la colección y disposición de los residuos - por ejemplo las zonas rurales- , deben utilizar para los cálculos solamente los datos de la población urbana y de los residuos sólidos municipales. Los residuos sólidos en las áreas rurales son normalmente esparcidos sobre el suelo donde tienden a descomponerse aeróbicamente con muy bajas emisiones de CH4.

6.2.1. Características Generales de los Residuos Sólidos Municipales en Cuba

En esta caracterización se siguen, en lo fundamental, los resultados del Análisis Sectorial de los Residuos Sólidos en Cuba (OPS-OMS, 1997) elaborado por un equipo multidisciplinario conformado por consultores nacionales y extranjeros así como representantes de un grupo importante de instituciones del país. Este análisis tuvo como fin revisar y recomendar políticas sectoriales, estrategias y acciones para alcanzar el desarrollo del sector de residuos sólidos. En el inventario se utilizan, además, algunos de estos resultados como datos de actividad para la ejecución de los estimados de emisión en esta sección.

La generación de residuos sólidos está íntimamente vinculada al desarrollo socioeconómico, por lo que el comportamiento de la cuantificación y caracterización de los residuos sólidos urbanos en el país ha tenido importantes cambios en el tiempo. Por lo que respecta a la generación y composición, esta ha variado principalmente en su incremento per cápita hasta finales de los años 80 tendiendo a disminuir a principios de los 90 (Fig. 6.1).

Respecto a la composición física de los residuos urbanos, también se ha observado cambios importantes, principalmente en la disminución de algunos conceptos, como materia orgánica y metales y el aumento de residuos de plástico, vidrio y metales no ferrosos, entre otros el aluminio. Un análisis porcentual de los subproductos contenidos en los residuos sólidos para el año 1989 (citado en OPS-OMS, 1997) se muestra en la Fig. 6.2. En la preparación del inventario, no se dispuso de resultados de estudios sobre este tema desarrollados, para todo el país, en fecha más cercana al año 1994, debido a lo cual los resultados obtenidos incrementan su nivel de incertidumbre.
 
 

Fig. 6.1. Generación promedio de residuos sólidos urbanos en Cuba (fuente OPS-OMS, 1997).


Fig. 6.2. Análisis porcentual de los subproductos contenidos en los residuos sólidos en Cuba.
Año 1989 (citado en OPS-OMS, 1997).

El manejo de los residuos sólidos en el país comprende las etapas de almacenamiento, recogida, transporte y barrido de los residuos sólidos urbanos, servicio que es brindado por las direcciones de los servicios comunales. A escala nacional, la disposición final de los residuos sólidos urbanos es realizada por las direcciones de servicios comunales y, en lo que respecta a la planeación para la ubicación de vertederos, existe una comisión institucional compuesta por el Instituto de Planificación Física, MINSAP, Dirección de Servicios Comunales y el Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos, los cuales se encargan de apoyar a los municipios.

Durante 1994, como consecuencia de la crisis económica que experimentaba el país, la disposición final de los residuos sólidos, en este, se realizó fundamentalmente en vertederos a cielo abierto y de poca profundidad (OPS-OMS, 1997), habilitándose soluciones emergentes y temporales en las ciudades mayores, entre ellas la capital del país, para recepcionar los volúmenes de residuos generados por la población.

6.2.2. Cálculo de las Emisiones de Metano (CH4)

En el relleno sanitario el desecho orgánico primero se descompone aeróbicamente y es entonces atacado por bacterias anaerobias no metanogénicas que convierten el material orgánico a formas más simples como la celulosa, aminoácidos, azúcares, y grasas. Esas sustancias simples son posteriormente transformadas a gases y a compuestos orgánicos de cadena corta que forman el sustrato para las bacterias metanogénicas. En el inventario, se asume que el biogás resultante consiste de aproximadamente el 50% de CO2 y 50% de CH4 por volumen - aunque en la práctica el porcentaje de CO2 puede ser menor debido a que parte de este se disuelve en el agua del relleno sanitario.

La tasa de generación de metano en el relleno sanitario depende de muchos factores vinculados tanto a las prácticas de manejo utilizadas como a otras características. En estas se incluyen: a) la composición del desecho, b) la humedad del desecho, c) temperatura, d) acidez. El contenido de humedad es un aspecto crítico para la descomposición anaerobia debido a que el agua proporciona un medio adecuado para la distribución de las bacterias y nutrientes.

Las bacterias son afectadas por la temperatura y se estima que la tasa de producción de metano alcanza niveles máximos entre 50 y 60 °C, aunque este puede producirse desde 10 a 60 °C. Igualmente el sistema es sensible al pH, con un rango óptimo entre 6,8-7,2, aunque la producción de metano puede ocurrir entre 6,5 y 8,0. Además de los factores críticos citados anteriormente, existen un número importante de factores físicos que influyen, tales como la densidad y consistencia de la basura, el diseño del relleno etc. (U.S./Japan WG on CH4, 1992).

La metodología por defecto en las Guías establece para el cálculo de las emisiones (Gg/año) la siguiente expresión:

donde:

RSUT = Total de residuos sólidos municipales generados (Gg/año)
RSUF = Fracción de RSU eliminados en los VRS
FCM = Factor de corrección para el metano (fracción)
COD = Carbono orgánico degradable (fracción)
CODF = Fracción de COD asimilado
F = Fracción de CH4 en el gas del vertedero (valor por defecto 0.5)
R = Metano recuperado (Gg/año)
OX = Factor de oxidación (el valor por defecto es 0)

La aproximación del IPCC supone que el metano se libera en el mismo año en que los desechos se disponen en el relleno. Esto no es lo que sucede realmente, pero proporciona una primera aproximación a las emisiones reales. También la descomposición del carbono orgánico que se deposita en los VRS no es total y parte de este permanece durante largo tiempo en el relleno. El metano producido, cuando no es recuperado, es emitido totalmente a la atmósfera.

Para el cálculo de las emisiones - dada la ausencia de estadísticas oficiales detalladas en el país en este sector para el año 1994- , se procedió inicialmente a la estimación del total de residuos sólidos urbanos generados y eliminados en vertederos de residuos sólidos. Para esto, se determinó la población cuyos desperdicios se llevan a vertederos de residuos sólidos, fundamentalmente la población urbana (8 143 642 habitantes).

A partir de la generación media de residuos sólidos percápita en las ciudades estimada para el año 1994 (0,577 kg/hab/día) y de los datos de población urbana, se estimó un total de 1 538.44 Gg de residuos sólidos "urbanos".

El segundo paso del cálculo lo constituyó la determinación del factor de corrección para el metano. Para esto, se estimó la proporción de desperdicios, por peso para cada tipo de vertedero, del total anual de residuos sólidos dispuestos y a partir de los tipos de vertedero, se seleccionaron los factores de corrección para el metano y se calculó el factor ponderado de corrección para cada tipo y el total (Tabla 6.1).

Tabla 6.1. Cálculo del factor de corrección para el metano.

Tipo de vertedero
Proporción de desperdicios para cada tipo de VRS
Factor de corrección para el metano
FCM medio ponderado para cada tipo de vertedero de residuos sólidos
Controlados
0.1
1.0
0.1
No controlados profundos
0
0.8
0
No controlados poco profundos
0.9
0.4
0.36
Total
1
 
0.46




El tercer paso, comprendió la estimación de la tasa de producción de metano por unidad de desperdicios. Para esto, se estimó la fracción de carbono orgánico degradable (COD) en los residuos sólidos urbanos (RSU). Esta se calculó sobre la base de la composición de los desechos en el país y valores por defecto, indicados en las Guías, para el carbono orgánico degradable de cada fracción de los desechos. Se utilizó para esta estimación la siguiente ecuación:

donde:

A = porcentaje de los RSU que corresponden al papel y los textiles
B = porcentaje de los RSU que corresponden a los desechos de jardín y de los parques u a otros desechos orgánicos putrecibles (excluidos los alimentos).
C = porcentaje de los RSU que corresponde a los restos de alimentos
D = porcentaje de los RSU que corresponde a madera y paja

Se utilizan datos de la caracterización de los desechos sólidos comunales de Cuba, citados en OPS-OMS, 1997, combinados con valores por defecto de las Guías para desechos húmedos o frescos. Este cálculo dio 0,15 que coincide con el valor recomendado por defecto en las Guías del IPCC y es cercano o coincide con el valor utilizado para este cálculo por otros países de América Latina.

El carbono orgánico degradable no se descompone del todo y parte del material degradable permanece en el vertedero, incluso durante largos períodos. Aunque este es un tema de estudio dentro de las Guías, se utiliza un valor por defecto de 0,77 como la fracción de COD que realmente se degrada. Al no disponerse de datos locales con relación a la fracción de carbono liberado como metano se utilizó el valor por defecto de las Guías de 0,5.

A partir de estos datos, se calculó la tasa potencial de generación de metano por unidad de desperdicios, la tasa real de generación de metano para el país, así como el total bruto anual de metano generado. A este total bruto se le deduce la recuperación anual de metano correspondiente al quemado en antorchas o en los sistemas de recuperación para energía - se asume 0 para el año 1994- , con lo cual se obtuvo la generación neta anual de metano. Esta última se corrige por la oxidación del metano para obtener la emisión neta anual que resultó 55,91 Gg CH4. Debe señalarse que el valor utilizado como factor de corrección para la oxidación del metano es 1-0=1 que es el que por el momento recomiendan las Guías.

6.3. Emisiones de Metano Procedentes del Tratamiento de las Aguas Residuales

El tratamiento de aguas residuales con elevado contenido de material orgánico, incluidas las aguas residuales domésticas y comerciales y algunos efluentes industriales, puede dar origen a cantidades considerables de metano. Se ha estimado que las emisiones de este gas, procedentes de los efluentes industriales, oscilan entre 26 y 40 Tg (IPCC-OECD-IEA, 1997) mientras que las de las aguas residuales domésticas y comerciales se elevan a unos 2 Tg/año. Tomadas en su conjunto, representan entre el 8% y el 11% de las emisiones de metano en todo el mundo (IPCC, 1995).

En el inventario se calculan, por separado, las emisiones generadas por el tratamiento de dos tipos principales de aguas residuales:

El factor principal que determina el potencial de generación de metano de las aguas residuales es la cantidad de materia orgánica en ellas. En el caso de las aguas residuales y lodos domésticos y comerciales, esto corresponde a la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), mientras que en los efluentes industriales se emplea la Demanda Química de Oxígeno (DQO).

La DBO indica la cantidad de carbono biodegradable aeróbicamente, mientras que la DQO indica la cantidad total de carbono, tanto biodegradable como no biodegradable, que puede oxidarse.

Con relación a los datos necesarios para los cálculos, debe decirse que no pudo disponerse de datos de calidad a escala local pese a los esfuerzos desarrollados para su captación en varias instituciones cubanas vinculadas al tema y que disponen de inventarios de fuentes de contaminantes. Una parte importante de los datos necesarios para la estimación de las emisiones de GEI en este sector, no se captan de forma sistemática por el sistema de la Oficina Nacional de Estadísticas aunque se dan pasos para su instrumentación.

Esta situación motivó la utilización de valores por defecto recomendados por las Guías y otras metodologías (U.S. EPA, 1996, CORINAIR, 1996; Economopuolos, 1993) así como estimaciones de la generación de aguas residuales sobre la base de los datos de actividad disponibles, especialmente datos de población, producción industrial en los diferentes tipos de fuentes etc, así como información acerca de los sistemas de tratamiento utilizados.

La metodología de cálculo utilizada - que es la más simple a partir de los datos de actividad disponibles en el país- , da cuenta de las emisiones procedentes de las aguas residuales y los lodos. En ambos casos, el método incluye tres partes: el total de materia orgánica; los factores de emisión; y las estimaciones de las emisiones. El material orgánico en las aguas residuales o los lodos, medido como DBO o DQO, se multiplica por el factor medio de emisión para cada fuente de aguas residuales o de lodos a fin de obtener una estimación de las emisiones.

6.3.1. Aguas Residuales Domésticas y Comerciales

El primer paso para el cálculo de las emisiones es la estimación del total de las aguas residuales y los lodos orgánicos generados. Esta estimación depende de la población cuyas aguas residuales reciben tratamiento. Al igual que para los desechos sólidos, se parte aquí del total de población urbana del país con algunas correcciones derivadas del sector rural, asumiendo que en las zonas rurales el tratamiento de las aguas residuales es limitado o nulo. En general, recibieron tratamiento mecánico o biológico alrededor del 25% del total de las aguas residuales evacuadas por el alcantarillado en el año.

En 1994 (CITMA, 1995), el sector urbano contaba con una cobertura de alcantarillado del 44,5% lo que representa un total aproximado de 3 623 920 personas que disponía de este servicio. Además un total de 4 104 395 personas, tenía cobertura de fosas sépticas y letrinas. También, 143 627 personas, del sector rural, lo tenían de alcantarillado y 2 121 257 personas en fosas y letrinas. Esto hace un total de 9 993 199 personas con esta cobertura.

En particular el alcantarillado de la Ciudad de La Habana (Alonso y Mon, 1997) dispone básicamente de 1 570 km de colectores y redes, 23 estaciones de bombeo, dos plantas de tratamiento y 15 lagunas de estabilización. Este está estructurado en cinco sistemas para los municipios centrales de la ciudad y cubre el 55% de la población. La población de la ciudad que no cuenta con servicios de alcantarillado dispone sus residuales mediante ramales inadecuados que vierten directamente a ríos, arroyos, drenes etc. También como medio de disposición son empleadas las fosas sépticas –aproximadamente 16 500 unidades. Este sistema, al igual que las plantas de tratamiento que dispone requiere, de un fuerte proceso de rehabilitación tanto por los años de explotación que ya tiene como por el deterioro de las redes y el equipamiento de que dispone.

Dada la falta de disponibilidad de información local de calidad en este sector referente al año 1994, para el cálculo de las emisiones se utilizó un valor de 14 600 kg DBO/1000 personas/año a escala nacional en Cuba. Este valor es el recomendado en las Guías para América Latina y otras regiones.

Se asume como cero a la fracción del componente orgánico retirado como lodos. Estos datos proporcionan un estimado total de las aguas residuales orgánicas domésticas/comerciales generado en el país y que importó en ese año un total de 145 900 705,40 kg DBO/año.

El siguiente paso correspondió a la estimación del factor de emisión para los sistemas de tratamiento de las aguas residuales y los lodos domésticos y comerciales. En la Tabla 6.2 se ofrecen los datos utilizados para esta estimación considerando los valores por defecto de las Guías del IPCC para el caso general de sistema de tratamiento no especificado.

El valor por defecto (teórico) para la capacidad máxima de producción de metano en las aguas residuales es de 0,63 kg CH4/kg DBO si se toma en cuenta que el valor de la DQO es entre 2 y 2.5 veces mayor que la DBO (el valor de 0,63 se utilizó en sustitución al recomendado en las Guías de 0,25 para este tipo de aguas residuales). El factor de emisión medio para las aguas residuales domésticas/comerciales resultó 0,05 kg CH4/kg DBO.

Tabla 6.2. Estimación del factor de emisión para los sistemas de tratamiento de las aguas
residuales domésticas y comerciales. Cuba. Año 1994.

Sistema de tratamiento
Fracción de las aguas residuales tratadas
Factor de conversión en metano
Producto
Capacidad máxima de producción de metano

kg CH4/kg DBO

Factor de emisión medio

kg CH4/kg DBO

No especificado
0.1
0.8
0.08
   
   
FCM global
0.08
0.63
0.05

En Cuba, en las áreas urbanas, predomina el uso del alcantarillado centralizado y las fosas sanitarias. La letrina sanitaria es de amplio uso en las áreas rurales agrupadas mientras que la letrina no sanitaria es una práctica aún bastante extendida en las áreas de población rural dispersa (CITMA, 1995).

De igual forma, a la expuesta anteriormente, se procede a la estimación de los factores de emisión para los sistemas de tratamiento de los lodos domésticos y comerciales. Estos factores no fueron estimados por no disponerse de la información necesaria para el cálculo. No obstante se estima que las emisiones en el país por este concepto son insignificantes.

Para la estimación de las emisiones de metano, procedentes de las aguas residuales domésticas/comerciales, se partió del total de las aguas residuales orgánicas domésticas/comerciales del país en 1994 y el factor de emisión medio calculado en la Tabla 6.2. Esto proporcionó una emisión neta estimada de 7,35 Gg CH4 por este concepto –considerando como cero la cantidad de metano recuperado y/o quemado en antorchas.

6.3.2. Efluentes y Lodos Industriales

Se calculan, en este epígrafe, las emisiones de metano procedentes del tratamiento de los efluentes y lodos industriales. Se parte del total de la producción industrial para cada tipo de industria en las que pudo disponerse de información acerca del componente orgánico degradable (kg DQO/m3 aguas residuales) así como de los efluentes producidos (m3/t de producto). Estas producciones corresponden a las de conservas, cervezas, vinos, productos cárnicos, procesamiento de pescado, productos lácteos - incluye leche fluida, leche condensada, leche evaporada, leche en polvo, quesos, y yogur- , producción de azúcar, aceites y grasas comestibles, refrescos, bebidas alcohólicas, la producción de pulpa de papel, papel y cartón, fertilizantes, jabones, pasta dentífrica y detergentes así como perfumes, lociones y desodorantes.

Para otros tipos de producciones no pudieron obtenerse - con la calidad necesaria y representatividad para todo el país- , los datos requeridos para efectuar las estimaciones de emisiones por lo que las obtenidas son algo inferiores a las reales.

Hay que señalar, además, que en la versión actual de las Guías se dispone aún de pocos valores por defecto, representativos para los diferentes procesos y regiones en este sector, aspecto que dificulta aún más la ejecución de las estimaciones. A partir de los cálculos efectuados –considerando como cero la fracción del componente orgánico degradable retirado como lodos–, se obtuvo un total de efluentes orgánicos producidos por las fuentes industriales de 639 462 671,72 kg DQO/año.

A continuación se procedió al cálculo del factor de emisión para los sistemas de tratamiento de los efluentes industriales (Tabla 6.3). Para esto, se partió de un estimado del 0,2 para la fracción de los efluentes tratados en sistemas de tratamiento Además se utiliza un factor de conversión en metano del 90% –recomendado como un genérico en las Guías para América Latina y el Caribe– para todos los tipos de industria y sistemas de tratamiento no específicos.

Las Guías del IPCC sugieren un valor por defecto de 0,25 kg CH4/kg DQO, pero datos más recientes (Doorn et al., 1997) indican que un valor por defecto para la capacidad máxima de producción de metano Bo de 0,21 kg CH4/kg DQO es más apropiado. A partir de esos valores, el factor de emisión medio para las fuentes de efluentes industriales en el país se estimó en 0,0378 kg CH4/kgDQO.

Tabla 6.3. Estimación del factor de emisión para los sistemas de tratamiento de los
efluentes industriales. Cuba. Año 1994.


Sistema de tratamiento de efluentes
Fracción de los efluentes tratados
Factor de conversión en metano
Producto
Capacidad máxima de producción de metano

(kg H4/ kgDQO)

Factor de emisión medio para la fuente de efluentes industriales (kg CH4/ kg DQO)
No especificado
0.2
0.9
0.18
   
   
FCM global
0.18
0.21
0.0378

Considerando el total de los efluentes orgánicos de fuentes industriales y del factor de emisión medio, calculado en la Tabla 6.3, se estimó una emisión neta de CH4 de 24,17 Gg –considerando como cero la cantidad total de metano recuperado y/o quemado en antorchas.

6.4. Oxido Nitroso Procedente del Excremento Humano

La estimación de estas emisiones no pudo realizarse por no disponer el equipo de inventario de la información sobre los datos de actividad necesarios para efectuar los cálculos.

6.5. Resumen de las Emisiones del Módulo Desperdicios

En la Tabla 6.4 se expone un resumen de las emisiones de CH4 en el módulo desperdicios y que importan un total de 87,43 Gg. En la Fig. 6.3 se muestra la distribución porcentual de estas emisiones.

Tabla 6.4. Módulo Desperdicios. Emisiones totales de CH4 (Gg). Cuba. Año 1994.

Actividad
Emisión (Gg CH4)
Disposición de residuos sólidos en tierra
55.91
Tratamiento de las aguas residuales domésticas y comerciales
7.35
Tratamiento de los efluentes y lodos industriales
24.17
Total
87.43


Fig. 6.3. Distribución porcentual de las emisiones de CH4 en el módulo desperdicios, Cuba. Año 1994.


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