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Cáscara de café remueve metales pesados en rellenos sanitarios

El manejo de las basuras sigue siendo un gran reto para Colombia. Según datos revelados por el Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE) en 2016 el país produjo 21,9 millones de toneladas de basuras, un 2,1 % más que en 2015, una cifra preocupante si se tiene en cuenta que el Departamento Nacional de Planeación estima que en diez años la producción de residuos se incrementará en un 20 %. Además, cifras de la entidad indican que solo un 17 % de las basuras que se generan un año se reciclan.

Según el reporte del DANE, en 2016 cada hogar del país generó 1,58 toneladas de residuos al año, por lo que la producción promedio anual por persona (per cápita) fue de 450 kg. Sumado a las industrias y a las actividades comerciales, fueron más de 11 millones de toneladas de residuos que terminaron en los 144 rellenos sanitarios que existen en Colombia.

En dichos lugares, los desechos se convierten en una fuente de producción de lixiviados, líquidos resultantes de la descomposición de los residuos y el aporte de agua a través de la lluvia, que entran en contacto con las basuras del relleno sanitario arrastrando gran cantidad de los compuestos de los sólidos que atraviesa, como materia orgánica, compuestos inorgánicos y metales pesados.

Los lixiviados que se producen en los rellenos sanitarios son altamente contaminantes y se deben tratar para que no se conviertan en una amenaza para los recursos naturales cercanos a las zonas de funcionamiento de estos, en especial ríos, quebradas, humedales u otras fuentes hídricas.

En los lixiviados de los rellenos sanitarios del país se han identificado metales como cromo, plomo, cobre, mercurio, zinc y níquel, en concentraciones superiores a los límites establecidos en la Resolución 631 de 2015 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, por la cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se dictan otras disposiciones.

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Tradicionalmente, para tratar estos líquidos nocivos se han utilizado tecnologías como la precipitación, la filtración o la coagulación, que consiguen altas tasas de remoción de metales pesados pero con elevados costos. Por eso, desde hace un tiempo la biotecnología ha entrado a jugar un papel importante en el hallazgo de alternativas más económicas, como por ejemplo el uso de bacterias, hongos, algas o excedentes industriales y residuos de origen vegetal.

En esta línea trabaja la profesora Elizabeth Carvajal Flórez, del Departamento de Geociencias y Medio Ambiente de la Universidad Nacional de Colombia (UN) Sede Medellín, quien optó por utilizar la cáscara de café para remover cobre y plomo de los lixiviados de rellenos sanitarios.

Un residuo prometedor

El proyecto desarrollado por la doctora en Ingeniería de Recursos Hidráulicos tenía dos propósitos:

  • Buscar alternativas para aprovechar los residuos agroindustriales como la cáscara o pulpa del café.
  • Investigar sobre nuevos tratamientos de aguas y lixiviados, para cumplir con la normatividad ambiental en materia de vertimientos.

La investigadora señala que tras una revisión del estado del arte de algunos residuos generados en Colombia y de métodos convencionales y alternativos para remover metales pesados de lixiviados se dedujo que la sorción es un tratamiento alternativo en el que se pueden utilizar materiales provenientes de residuos industriales o de excedentes agrícolas.

¿Pero por qué café? Al respecto, responde que “la pulpa, borra, o cáscara es la piel que recubre el grano de café y de la que se obtiene una gran cantidad de material con alto contenido de humedad, que para muchos cafeteros no representa ningún valor, pero que al ser tratada en laboratorio se puede convertir en una gran alidada para la remoción de metales pesados en lixiviados de los rellenos sanitarios”.

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Así mismo optó por la cáscara del café porque es uno de los productos agrícolas con mayor producción en el país: alrededor de 13,5 millones de sacos de 60 kilos en 2018, según informó la Federación Nacional de Cafeteros. De los granos cosechados, cerca del 44 % del peso del fruto es pulpa, residuo que se obtiene por vía húmeda para extraer el grano de café. En este proceso se obtienen altas cantidades de residuos que pueden llegar a ser contaminantes si se dispone en sitios inadecuados, como cerca a fuentes agua superficial o de suelos.

La investigadora trabajó con cáscara de la variedad pergamino tomada de un cultivo orgánico en una finca cafetera del municipio de Santa Bárbara (Antioquia). Los residuos se lavaron con abundante agua destilada y se pusieron a secar durante tres días en un horno convencional; después se molió y tamizó (coló) hasta obtener partículas no superiores a 0,5 mm. Posteriormente el polvo obtenido se almacenó en bolsas con cierre hermético para que no ganara humedad y se sometió a un proceso de caracterización de sus propiedades fisicoquímicas en laboratorio; así, se verificó su alto potencial para usarlo como material adsorbente en la remoción de contaminantes.

“Una vez se tuvieron definidas las características principales se optó por hacer una modificación química y térmica de la pulpa de café. Aunque por sí sola puede lograr ciertas tasas de remoción, para optimizar el proceso y mejorar las cantidades de metales pesados a remover, se optó por modificarla”, comenta la profesora Carvajal.

La pulpa se caracterizó antes y después de modificarla para luego someterla a pruebas de remoción de metales pesados con lixiviados tomados del relleno sanitario Neil Road, de la ciudad de Chico, Norte de California (Estados Unidos), a lo cuales fue necesario adicionarles estándares de plomo y cobre para que alcanzaran las concentraciones previstas en el estudio, similares a las de los metales en los lixiviados de los rellenos de Colombia.

“A partir de ahí se encontraron tasas de entre un 60 y 95 %”, asegura la investigadora, y agrega que cuando los metales están solos, la pulpa de café los remueve eficientemente, con resultados por encima del 90 %, pero cuando están juntos puede existir un efecto de competencia porque ambos metales rivalizan para ser atraídos o adsorbidos en la superficie de la pulpa de café.

Una alternativa

Según el profesor Santiago Cardona Gallo, del Departamento de Geociencias y Medio Ambiente de la UN Sede Medellín y director del trabajo doctoral de la profesora Carvajal, “materias orgánicas como la cáscara del café son buenas porque tienen una alta capacidad de capturar metales y otros compuestos, debido a la gran cantidad de compuestos químicos, altamente reactivos, que están en la superficie, como los del grupo carboxílicos, y además de eso generan una alta porosidad”.

Las características el material obtenido favorecen la sorción con la que se remueven el cobre y el plomo de los lixiviados, un proceso que suele realizarse para el tratamiento de aguas con materiales como el carbón activado para conseguir que los contaminantes queden adheridos a la superficie del material adsorbente, gracias a diferentes fenómenos que se dan internamente, como el intercambio iónico y la incorporación en los poros de la superficie.

Además de la fase experimental, la investigadora construyó un modelo que permite evaluar o comparar desde las matemáticas lo que sucedió en el laboratorio; dicha herramienta permitirá representar el sistema y entender mejor el proceso, con el fin de desarrollar posteriores simulaciones que permitan perfeccionarlo.

Lea la tesis doctoral “Modelo de sorción para la remoción de cobre y plomo de lixiviados de rellenos sanitarios”

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