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Introducción
Las instituciones de educación superior (IES) que albergan un gran número de población estudiantil y realizan actividades de docencia, investigación y servicios, repercuten en una importante generación de residuos, y sus laboratorios, generan sustancias que pueden ser consideradas como residuos peligrosos (Bomant et al., 2016). La Secretaria del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) con la Asociación Nacional de Universidades e Instituciones de Educación Superior (ANUIES), firmaron un acuerdo en el 2000, con el objetivo de promover en varías IES Planes Ambientales Institucionales (PAI), con diferentes niveles de consolidación y en diferentes temporalidades (Espinoza et al., 2013). Esto permitió que las IES, implementen programas que buscan manejar adecuadamente sus residuos. Sin embargo, existe poca información sobre el manejo y tratamiento in situ de los residuos de laboratorio en IES. En México, algunas IES se han sumado al programa nacional de auditorías ambientales, que promueve la Procuraduría Federal de Protección Ambiental, la cual promueve que las empresas, organizaciones e instituciones participantes mejoren su desempeño ambiental, sean más eficientes y competitivas en sus procesos disminuyendo los impactos ambientales negativos que generen por sus operaciones, en materia de aire, agua, suelo y residuos, como resultado del cumplimiento de los propósitos ambientales, se obtienen certificaciones, una de ellas es la de “calidad ambiental” (PROFEPA, 2013). La LGPGIR (2015) menciona que los tratamientos de residuos pueden ser físicos, químicos, térmicos y biológicos. Dentro del grupo de tratamientos biológicos, el compostaje perdura, como el proceso mayormente utilizado en la degradación de materiales y algunos contaminantes orgánicos. Es un proceso biológico aeróbico en el que sustratos orgánicos son oxidados a formas biológicamente estables como el humus; los microorganismos transforman los compuestos orgánicos mediante reacciones metabólicas, en las que se separan los electrones de los compuestos y las estructuras de carbono se oxidan, generando dióxido de carbono y agua (Eweis et al., 1999). Las matrices del composteo y las compostas son fuentes de microorganismos de degradación xenobiótica incluyendo bacterias, actinomicetos y hongos lignolíticos, los cuales pueden degradar contaminantes (Semple et al., 2001). Se ha reportado un amplio rango de contaminantes ambientales comunes que se degradan rápidamente en la composta, tales como hidrocarburos totales del petróleo, hidrocarburos aromáticos polinucleares y plaguicidas. Sin embargo, no existe una tecnología de tratamiento apropiada para todos los contaminantes y todas las situaciones (Sauri et al., 2002). Durante el proceso de compostaje, se lleva a cabo la respiración microbiana y con ello, se alcanzan temperaturas termofílicas mayores a 40 °C, realizando la degradación de materia orgánica e inhibiendo y destruyendo microorganismos patógenos (Bertoldi et al., 1996, Burton & Turner 2003, Huang et al., 2006, Said-Pullicino et al., 2007). Krikorian (1991), menciona que los microorganismos requieren una variedad de nutrimentos, macros y micros, orgánicos e inorgánicos, generalmente las células de crecimiento pueden fabricar sus proteínas a partir de fuentes adecuada de nitrógeno y carbono, suministradas por el medio de cultivo. Muchas veces, el manejo de los medios de cultivo (agar) después de su uso, se realiza de forma inadecuada, sin embargo, es importante, que este lleve un tratamiento de esterilización a 134 °C durante 35 min (Méndez, 2014), para finalmente, disponerse como un residuo de manejo especial. Algunos autores plantean tiempos y temperaturas de inhibición y destrucción de patógenos, en procesos de compostaje. El tiempo de exposición y la temperatura requerida para inactivar Salmonella en matrices de compostaje se ha reportado de 1 a 13 días, con temperaturas de 38 a 55 °C en biosólidos (Burge et al., 1982, Ahmed & Sorensen 1995, Zaleski et al., 2005). Para el caso de E. coli, se reportan temperaturas de 65 °C durante 12 días, en el compostaje de heces fecales y residuos alimenticios (Himathongkham et al., 1999, Vinneras, 2007). Vázquez et al. (2015), menciona que una composta adecuada posee un rango óptimo de pH de 5.5 a 8, un alto contenido de materia orgánica y la baja conductividad eléctrica, ya que esto inhibe el crecimiento de semillas y crecimiento de plántulas. La NADF-020-AMBT-2011 plantea parámetros de control de calidad en compostaje, la calidad óptima de la composta terminada debe cumplir con los siguientes parámetros analíticos y fisicoquímicos: humedad 25 - 25%, pH de 6.7 - 7.5, conductividad eléctrica <4 dS m-1, temperatura con una diferencia <10 °C, respecto al ambiente. La División Académica de Ciencias Biológicas de la UJAT cuenta con el certificado de “calidad ambiental” lo cual, sustenta la aplicación de metodologías en pro del manejo adecuado de los residuos que en ella se generan, por lo que el presente trabajo tiene como objetivo tratar agar residual caduco, generado en los laboratorios de microbiología, mediante el proceso de compostaje aerobio.
Materiales y métodos
Sustratos de compostaje. El sustrato de interés fue el agar residual (caduco), el cual se obtuvo de distintos laboratorios de la DACBiol, obteniendo el mismo, del edificio multifuncional y del Almacén de Residuos Peligrosos, en su mayoría, de tipo hidroscópico con contenido de Agar de Hierro y Triple Azúcar (Lactosa, Sacarosa, Dextrosa), en polvo. Además, se utilizaron residuos orgánicos vegetales generados de las cafeterías (cáscaras de naranja, mango, pepino, piña, cacao, jícama), como sustrato para conformar las pilas de composta.
Compostaje. Para el proceso de compostaje se conformaron dos pilas de forma cónica de 50 cm de altura. A una de ellas se le añadió 24 kg de agar residual, residuos orgánicos y lodos digeridos (figura 1).
En la tabla 1, se muestran las proporciones de sustratos, que conforman cada pila de compostaje.
Tabla 1 Proporción de las pilas de composta.
*Nota: El 10% es proporcional a la cantidad total de la pila.
Aireación. Las pilas eran aireadas diariamente de forma manual. Esto consistió en extender las pilas con palas de forma horizontal, hasta alcanzar una altura de 10 cm, durante el lapso de una hora. Posteriormente los sustratos eran vueltos a su forma cónica y eran cubiertos con lonas hasta su próxima aireación.
Temperatura. Se realizó el registro diario de la temperatura de cada pila, para ello se utilizaron termómetros de mercurio de 110 °C. Se registró la temperatura en cuatro secciones (N, S, E y OE) y en el centro superior, con un total de nueve puntos por pila. Además, se registró la temperatura ambiente, como control.
Monitoreo de parámetros. Se realizó el monitoreo de parámetros durante 12 semanas, estos fueron hechos en la planta piloto tres de Tratamiento atmosférico y Residuos Sólidos de la DACBiol- UJAT. Las determinaciones se describen a continuación.
Parámetros analíticos
Humedad: para determinar humedad se empleó el método gravimétrico (SE, 1984a). Se tomaban muestras homogéneas de 100 g por cada pila. Las muestras eran secadas en un horno a 103 °C, durante 24 horas. La pérdida de peso, se considera como % de humedad.
Porciento de Materia Orgánica (MO) y Carbono orgánico Total (COT): para determinar la materia orgánica se tomaron 10 g de muestras de cada pila previamente secas y trituradas; posteriormente, se colocaban en una mufla a 550 °C durante un lapso de tiempo de dos horas, concluido este tiempo las muestras regresaban a la estufa por 20 minutos para regular su temperatura y luego eran colocadas en un desecador por 20 minutos (Sadzawka et al., 2006). Se registró el peso final de las muestras utilizando una balanza analítica para determinar el peso de las muestras y con la ecuación siguiente se determina el porciento de MO.
Donde:
a: masa (g) de la muestra seca, antes de calcinar
b: masa (g) de la muestra calcinada a 550 °C
Para la determinación de COT se utilizó el método propuesto por Sadzawka et al. (2006), utilizando el factor de Van Benmelemn, como se muestra en la siguiente ecuación. Estos procedimientos se realizaron semanalmente, a partir de la tercera semana de iniciado el proceso de compostaje.
Donde:
1.724: Factor Van Benmelen (Sadzawka et al., 2006).
Parámetros Fisicoquímicos
Semanalmente se determinaron parámetros fisicoquímicos, como pH y conductividad eléctrica (CE). Se tomaban 10 g de muestra seca, se trituraban en un mortero y se diluían en 90 ml de agua destilada. Posteriormente, se agitaban en una parrilla magnética a 100 rpm durante 10 minutos, posteriormente se dejaban reposar por 30 min (SE. 1984b), para finalmente tomar alícuotas de 20 ml del sobrenadante. Las alícuotas eran medidas con un equipo multiparamétrico marca Hanna® HI9828, por triplicado.
Análisis estadísticos. Los resultados obtenidos se analizaron estadísticamente mediante ANOVA´s de una vía, utilizando el paquete estadístico Statgraphics® Centurion XV.
Resultados y Discusión
Proceso de compostaje
Temperatura: la máxima temperatura registrada fue de 57.71±5.07 °C, en la pila 1 durante una semana, superior que la pila 2 (si agar) con un valor máximo de 50.23±4.30 °C, durante una semana (figura 2).
Los valores de temperatura registrados, cumplen con lo establecido en la NADF-020-AMBT-2011, y es similar a lo reportado por Bertoldi et al. (1996), Burton & Turner (2003), Huang et al. (2006), Said-Pullicino et al. (2007). Las temperaturas alcanzadas, son óptimas para la destrucción de Samonella sp., según reporta Burge et al. (1982), Ahmed & Sorensen (1995) y Zaleski et al. (2005).
Humedad: la humedad inicial fue superior al 50 % en la pila 1 y 2, al final del proceso los valores de humedad fueron de 26.35 % y 28.90 %, respectivamente (figura 3).
Materia Orgánica (MO): los valores porcentuales de MO inicial en la pila 1 y 2 fueron de 39.06 % y 33.86 %, respectivamente. En ambas pilas se presentó una muy ligera disminución, respecto al final, con valores de 34.60 % y 32.10 %, respectivamente (figura 4).
Carbono orgánico (CO): el porcentaje de CO inicial en la pila 1 y 2 fue de 10.27 % y 8.36 %, respectivamente. En ambas pilas se presentó una muy ligera disminución, respecto al final, con valores de 9.17 % y 7.356 %, respectivamente (figura 5).
Parámetros Fisicoquímicos
La variación de los valores registrados durante las 12 semanas del proceso son las siguientes.
pH: la figura 6, muestra el promedio semanal del comportamiento de los valores de pH para cada pila. El pH de la pila 1, presento un pH menor respecto a la pila 2, 5.93±0.02 y 7.02±0.01, respectivamente. Al final del proceso, el pH se estabilizó, con valores de 8.00±0.07 y 7.95±0.11, respectivamente.
Los valores de pH, son similares a lo reportado por Vázquez et al. (2015), y NADF-020-AMBT-2011.
Conductividad eléctrica (CE): la figura 7 muestra el promedio semanal del comportamiento de los valores de conductividad eléctrica para cada pila. En este parámetro, fue evidente el efecto del agar, ya que al final del proceso, la pila 1 presentaba 6.87±0.46 dS m-1 y la pila 2, 3.02±0.09 dS m-1. Esta diferencia, se debe al contenido de sales del agar, ya que gran parte de los nutrientes se presentan como sales y minerales, para su aprovechamiento en el cultivo de bacterias.
El % humedad está dentro de los parámetros de la SMADF (2011), sin embargo, la conductividad eléctrica se incumple en la pila 1. El tiempo de proceso (12 semanas), es óptima, debido a que la diferencia de la temperatura (<10 °C, respecto al ambiente), se cumple.
Análisis estadístico: el análisis de varianza de los valores registrados de temperatura durante las primeras 5 semanas (fase termofílica), demuestra que existen diferencias estadísticamente significativas entre los grupos, con un valor de P = 0.0001. Siendo las temperaturas de la Pila 1, mayores y diferentes entre los grupos (figura 8).
Conclusión
Los resultados obtenidos, indican que el proceso de compostaje es viable, al no presentarse inhibición alguna, durante el proceso. Se demuestra estadísticamente que los valores de temperatura, tienden a ser mayor, con el uso de agar caduco. Esta investigación debe proseguir, buscando combinaciones para abatir el aumento de la conductividad eléctrica. El compostaje es un proceso adecuado para el tratamiento in situ de agar residual (caduco), lo que podría implementarse en IES donde se tengan problemas de manejo de estos residuos, disminuyendo el posible costo de manejo. La DACBiol, alcanza el objetivo de minimización de residuos, generados en laboratorios, lo cual coadyuva en el cumplimiento de los requerimientos de su certificación de “calidad ambiental”.
