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Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambie. 29 (Sup. 3) 127-133, 2013
PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA DEGRADABILIDAD DE
PLÁSTICOS MEDIANTE COMPOSTEO
María Fernanda RABELL CONTRERAS, Alethia VÁZQUEZ MORILLAS*,
Rosa María ESPINOSA VALDEMAR, Margarita BELTRÁN VILLAVICENCIO,
Miriam Hidemi OSADA VELÁZQUEZ y Jorge Ulises GONZÁLEZ FILIO
Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco, Av. San Pablo No. 180 Colonia Reynosa
Tamaulipas, Delegación Azcapotzalco, México D.F., C.P. 02200, México
*Autora responsable; alethia@correo.azc.uam.mx
(Recibido agosto 2011, aceptado abril 2013)
Palabras clave: polietileno, oxo-biodegradable, residuos sólidos orgánicos
RESUMEN
Las modifcaciones realizadas a la Ley de Residuos del D.F. en 2009 y 2010 propiciaron
el uso de bolsas fabricadas con polímeros oxo-biodegradables. Estos materiales son sus-
ceptibles de biodegradarse si se han sometido a una etapa previa de oxidación mediante
temperatura, radiación UV, fricción o una combinación de ellas. El método propuesto
por la ASTM (5338) para evaluar la biodegradabilidad de estos materiales implica el
uso de composta madura en reactores sometidos a aireación permanente y a una tem-
peratura de 58 ºC. En este trabajo se evaluó la factibilidad de evaluar la degradabilidad
de estos materiales mediante un proceso controlado de composteo que, a diferencia del
método de la ASTM, utiliza residuos orgánicos y condiciones ambientales equiparables
a las locales. El sistema, construido en reactores de 200 L, demostró la factibilidad de
compostear plásticos oxobiodegradables, que después de 45 días mostraron degradación
evidenciada por fragmentación, disminución de la elongación a la ruptura y aumento en
el índice de carbonilo. Con ello se propone una metodología alternativa para evaluar la
degradabilidad de este tipo de materiales, lo que permitirá dar un cumplimiento adecuado
a las disposiciones normativas establecidas en la Ciudad de México.
Key words: polyethylene, oxo-biodegradable, organic solid waste
ABSTRACT
The changes in the regulations regarding solid waste management in Mexico City dur-
ing 2009 and 2010 promoted the use of oxo-biodegradable plastic bags. These kind of
materials can be biodegraded after oxidation by temperature, UV radiation, friction or
a combination of them. The standard ASTM method (5338) to asses biodegradability
o± plastics requires the use o± mature compost, in closed reactors with a constant ²ow
of air and a temperature of 58 ºC. This work assessed the feasibility of testing degrad-
ability o± oxo-biodegradable plastic flms in a controlled composted process, which uses
organic waste and local environmental conditions. The system, built in 200 L reactors,
showed the ±easibility to compost oxo-biodegradable plastics. A±ter 45 days the flms
showed degradation, assessed by fragmentation, a decrease in elongation at breaking
M.F. Rabell Contreras
et al.
128
and and increase in the carbonyl index. This method is an alternative to evaluate de-
gradability of these kind of materials, which can help to accomplish the requirements
of the regulations developed in Mexico City.
INTRODUCCIÓN
Los plásticos, y en especial las bolsas fabricadas
a partir de los mismos, han recibido considerable
atención debido a su acumulación como residuos en
el ambiente. En 2006 fueron fabricadas en México
219 724 toneladas de bolsas y sacos de polietileno
(INEGI 2007); en ese mismo año se generaron
36 135 000 toneladas de residuos sólidos urbanos.
En ese sentido, si todas las bolsas de plástico que se
producen se desechan como residuo sólido urbano, el
porcentaje en masa que representarían dentro de los
RSU en México no es mayor al 0.61% (INE 2009).
El reciclaje mecánico de este tipo de materiales es
poco frecuente, debido a su bajo peso, la diversidad
de sus propiedades y el hecho de que generalmente se
encuentran mezclados con otros residuos. Ante esto,
su reciclaje biológico puede considerarse como una
alternativa que reduzca su impacto en el ambiente.
Esto estimuló en los últimos 30 años la modifcación
de los polímeros sintéticos existentes, así como la
síntesis de nuevos polímeros que puedan incorporarse
a los ciclos biológicos al ser desechados (Scott 2000).
Los grupos principales de plásticos degradables son
los hidrolizables y los que requieren, para su biode-
gradación, de un proceso previo de oxidación por
acción de la radiación UV o la temperatura, conocidos
como oxo-biodegradables.
En la Ciudad de México como consecuencia de
reformas a la Ley de Residuos (GDF 2003 y 2009) se
integraron al mercado bolsas de polietileno oxobio-
degradable. Esta tendencia se debe principalmente a
que para el empleo de esta tecnología no es necesario
modifcar los procesos de producción de bolsas, y a
que éstas presentan las mismas propiedades mecá-
nicas y ópticas respecto a las resinas termoplásticas
originales (Botelho
et al.
2004 y Koutny
et al.
2006).
El uso de los materiales oxobiodegradables se exten-
dió y en la actualidad pueden encontrarse en muchas
de las bolsas de plástico que los establecimientos
comerciales obsequian a sus clientes.
En la Ciudad de México el proceso de biodegra-
dación de bolsas plásticas modifcadas con aditivos
prooxidantes, una vez que se convierten en residuos,
puede llevarse a cabo mediante el compostaje, ya
que existen seis plantas de composta. La que cuenta
con mayor capacidad es la de Bordo Poniente, que
trata 73 000 ton/año y se encuentra en proceso de
ampliación para tratar 730 000 ton/año (SMA 2011).
Las restantes se encuentran en algunas delegaciones
del Distrito Federal y son de menor capacidad, pues
en promedio manejan 1430.2 ton/año (SMA 2008).
El destino o uso de la composta producida puede
variar de una planta a otra, sin embargo, se emplea
por lo general en áreas verdes y de cultivo, así como
en parques y jardines; para donación a la población
en general y, en algunos casos, para escuelas (SMA
2006). El fn principal de las plantas de composta es
reducir la cantidad de RSU que ingresen al relleno
sanitario Bordo Poniente.
La biodegradabilidad de las bolsas de plástico
oxobiodegradables se evalúa mediante el método de
prueba ASTM 6954-04, que permite cuantifcar la
degradación en aquellos plásticos que se degradan
por la combinación de procesos de oxidación y biode-
gradación, tomando en cuenta la posible ecotoxicidad
de los productos de la degradación. Este estándar,
sin embargo, no reFeja las condiciones locales que
podrían conducir a la degradación de los plásticos
oxobiodegradables. México no cuenta actualmente
con normatividad ni instituciones que certifquen
la degradabilidad, biodegradabilidad o viabilidad
de compostaje de materiales plásticos, lo que hace
necesario desarrollar investigación relacionada con
la evaluación de la efectividad de degradación de los
mismos. Esto permitirá obtener las bases técnicas que
ayuden a cubrir las necesidades legales y ecológicas
adecuadas a las condiciones ambientales, al tipo de
residuos que se generan en el Distrito Federal y a la
forma en que se manejan.
MATERIALES Y MÉTODOS
Sistema de compostaje
La Ley de Residuos del Distrito Federal establece
la separación y reaprovechamiento de la fracción or-
gánica. Por ello, para simular el manejo de residuos
sólidos orgánicos en el Distrito Federal se desarrolló
un sistema de compostaje en un reactor de polietileno
de alta densidad de 200 L, con un sistema de aireación
artifcial y natural para mantener condiciones aero
-
bias durante el proceso de biodegradación, como se
muestra en la
fgura 1
. El sistema de aireación natural
METODOLOGÍA PARA DEGRADACIÓN DE PLÁSTICOS
129
consistió en un sistema de dos tuberías de 40 mm
en cada reactor, con perforaciones para asegurar el
fujo de aire en el centro del sustrato. Las superFcies
frontal y posterior del tanque fueron perforadas para
mejorar el fujo de aire, eliminar el vapor de agua y
CO
2
generados por el proceso de biodegradación e
incorporar oxígeno al sistema de manera constante.
El sistema artiFcial consistió en tres tuberías de 40
mm con perforaciones, las cuales se conectaban a
un compresor.
Proceso de compostaje
Se utilizó un sustrato en el cual se incorporaron
residuos orgánicos. La proporción de los sustratos
fue medida en volumen, la mezcla general fue de
1100 L de los cuales el 50 % fueron residuos sólidos
orgánicos (RSO), 25 % residuos obtenidos a partir de
la molienda de corteza de árbol y 25 % composta ma-
dura. Una vez homogeneizada la mezcla de sustratos
se llenaron cuatro reactores de 200 L: el reactor 1 se
usó como testigo sin plástico, el reactor 2 fue llenado
con composta y con 110 tiras de 30 × 5 cm y 3 tiras de
100 × 30 cm de polietileno de baja densidad (PEBD)
convencional oxidado previamente, distribuidas en
todo el reactor, en los reactores 3 y 4 se realizó el mis-
mo procedimiento pero se cambió el tipo de plástico
por polietileno de baja densidad con aditivo prooxi-
dante (oxo-PEBD) sin oxidar y oxidado previamente,
respectivamente. La oxidación previa de las muestras
correspondientes se realizó en una cámara UV, en
la que los plásticos se sometieron a 16.9 watt/m
2
de radiación ultravioleta tipo A por 96 horas.
La composta de cada reactor ±ue aireada artiF
-
cialmente una vez al día por 20 minutos durante la
primera semana. Adicionalmente fue aireada manual-
mente por el sistema de paleo cada ocho días, para
eliminar el exceso de humedad generado por el tipo
de residuos orgánicos seleccionados. Durante las dos
primeras semanas se midió diariamente la humedad
y la temperatura con vástagos en seis puntos Fjos de
monitoreo en el reactor y el pH por método poten-
ciométrico tomando una muestra de cada reactor.
Para evaluar la degradación se determinó la elon-
gación a la ruptura por el método de prueba ASTM
D-882 (ASTM 2010) y el índice de carbonilo con
un espectrofotómetro FTIR. Para ello se realizaron
muestreos de 10 tiras de plástico a los 11, 30 y 45 días
del proceso. Al Fnalizar el tratamiento se realizó un
registro ±otográFco de cada tipo de plástico.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Evolución del proceso de compostaje
El proceso de compostaje tuvo una duración de 45
días. A los ocho días hubo una disminución de ¼ del
volumen en los cuatro reactores y para los 15 días el
volumen había disminuido a la mitad, manteniéndose
así hasta el término de la prueba.
Para asegurar que el proceso de compostaje sea
aerobio se requiere monitorear pH, temperatura y hu-
medad; en la prueba estos parámetros evolucionaron
de acuerdo a lo esperado. El pH inicial estuvo cerca
de la neutralidad los primeros días, disminuyó por
la actividad fúngica y después comenzó a aumentar
como se muestra en la
fgura 2
; si bien este pará-
metro no incide directamente en la degradación de
las muestras, si es un indicador de la evolución del
proceso de composteo y la actividad microbiana re-
querida para llevar a cabo la biodegradación. Debido
Fig. 1.
Reactores para proceso de compostaje y sistema de aireación
VISTA SUPERIOR
DEL REACTOR
VISTA LATERAL E INTERIOR
DEL REACTOR
Alineación natural
Alineación forzada
M.F. Rabell Contreras
et al.
130
a que el objetivo de la prueba es evaluar de forma
sencilla y práctica la degradabilidad de los plásticos,
el proceso se detuvo a los 45 días y no se llegó a
la maduración fnal de la composta. Respecto a la
temperatura, como se esperaba, los procesos de bio-
degradación por bacterias termofílicas se llevaron a
cabo entre los días 2 y 5, alcanzando las temperaturas
máximas al tercer día de proceso, en que se tuvieron
temperaturas de 60 ºC en el centro de la composta. En
promedio se registraron temperaturas entre 50 y 55
ºC, como se muestra en la
fgura 3
. La disminución
de la temperatura fue directamente proporcional a la
reducción del volumen, lo que indicó un descenso de
los procesos de biodegradación.
Otro cambio relacionado con la evolución de
los procesos de degradación de la materia orgánica
fue el color y textura del sustrato; conforme pasó
el tiempo el sustrato se obscureció y la textura se
homogeneizó, a los 45 días de proceso los residuos
orgánicos estaban completamente degradados y la
composta comenzaba su etapa de maduración, como
se muestra en la
fgura 4
.
La humedad depende del contenido inicial de
agua en los sustratos y de los procesos de biode-
gradación, sin embargo se puede controlar para
favorecer el proceso. En los primeros días se registró
exceso de humedad; esto es indeseable ya que puede
favorecer la formación de núcleos anaerobios, los
cuales afectan el proceso de biodegradación aerobia.
Por tal motivo en la primera semana de proceso las
compostas se airearon de manera artifcial diaria
-
mente y posteriormente se palearon y dejaron a la in-
temperie una vez a la semana para eliminar el exceso
de humedad. Conforme disminuyó la actividad mi-
crobiana la humedad se estabilizó y comenzó a dis-
minuir, sin embargo se mantuvo entre el 90 y 100 %
de la capacidad de campo para asegurar actividad
biológica durante los 45 días de prueba.
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0
12345
11
17
31
45
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
3
Temperatura ºC
pH
457 89
11
Días
Control
Oxo-PEBD sin oxidar
PEBD convencional oxidado
Oxo-PEBD oxidado
Días
14 17 21 23 25 26 29 31 37 39 42
Fig. 2.
Temperatura y pH promedio del proceso de compostaje de cada reactor
Residuos orgánicos
Sustrato a los 45 días
Sustrato inicial
Fig. 3.
Evidencia Fotográfca de la evolución del proceso de compostaje
METODOLOGÍA PARA DEGRADACIÓN DE PLÁSTICOS
131
Evaluación de la biodegradación de polietileno de
baja densidad con aditivo pro-oxidante
Los plásticos que no han sido degradados tienen
pesos moleculares cercanos a 200 000 y presentan
elongaciones de 300 % o más antes de la ruptura. Para
que un plástico sea susceptible a la biodegradación,
de acuerdo con el estándar ASTM 6954 (ASTM
2004), debe presentar un peso molecular promedio
cercano a 5000 o 5 % de elongación antes de la rup-
tura. Las muestras de oxo-PEBD que se introdujeron
al proceso de compostaje tenían en promedio 27.09 %
de elongación a la ruptura, debido al proceso previo
de irradiación UV al que fueron sometidas. La Fgura
4 muestra la evidencia visual del estado de los plás-
ticos antes del proceso de compostaje y una vez que
se concluyó el mismo. En el día 11 del composteo las
películas plásticas de oxo-PEBD oxidado previamen-
te presentaron una tonalidad amarillenta, opacidad y
fragmentación, aunque aún existían tiras completas
dentro del reactor. Para el día 45 todas las muestras
de oxo-PEBD previamente oxidado estaban fragmen-
tadas, mientras que las de oxo-PEBD sin oxidación
previa y las de PEBD convencional no presentaron
cambios físicos evidentes.
En la
fgura 5
se muestra en escala logarítmica el
porcentaje promedio de elongación de las muestras de
oxo-PEBD en los diferentes tratamientos. La dismi-
nución del porcentaje de elongación en las muestras
oxidadas con respecto al tiempo fue de 77.79, 86.03
y 88.95 % para 11, 30 y 45 días respectivamente, el
porcentaje de elongación promedio en los diferentes
tiempos de muestreo fue de 6.02 ±1.26, 3.79 ± 5.31,
y 3.00 ± 3.96 para 11, 30 y 45 días (
fg. 5
). La dis-
persión entre las réplicas de oxo-PEBD oxidado fue
elevada, esto se atribuyó a que las muestras no se
degradaron homogéneamente debido a su distribu-
ción dentro del reactor; las muestras que presentaron
menor porcentaje de elongación probablemente
estuvieron en los puntos de mayor temperatura, lo
cual favoreció su degradación, en comparación con
las muestras que estuvieron cerca de la superFcie de
la composta. Una diFcultad que se presentó al utilizar
este método de prueba (ASTM 2010) es que el proce-
dimiento no permite analizar muestras que presenten
Fsuras en el área de prueba, debido a la diFcultad
para encontrar tiras de plástico íntegras en el caso
de las muestras de oxo-PEBD previamente oxidado.
Por otro lado el oxo-PEBD que no fue sometido a
oxidación previa y el PEBD convencional oxidado
Antes del compostaje
Sin oxidar
Sin oxidar
Oxidado
Oxidado
Después de 45 días del compostaje
Fig. 4.
Evidencia visual del biodeterioro y biofragmentación
del Oxo-PEBD por el proceso de compostaje
27.09
237.67
330.75
316.90
279.67
280.03
224.54
226.24
213.19
6.02
0
1
100
% de elongación antes de la ruptura
10000
51
01
52
02
53
03
54
04
55
0
3.79
3.00
PEBD convencional oxidado
Oxo-PEBD oxidado
Oxo-PEBD sin oxidar
Fig. 5.
Porcentaje de elongación promedio de oxo-PEBD sometido a un proceso de compostaje
M.F. Rabell Contreras
et al.
132
al fnal del proceso de compostaje disminuyeron su
elongación sólo el 15.33 % y 10.30 %. Por lo tanto
puede afrmarse que este método permite distinguir
el efecto del proceso de compostaje entre películas
plásticas convencionales y degradables que han sido
oxidadas previamente
El índice de carbonilo (IC) es una medida de la
proporción de enlaces C–O y C=O existentes en las
muestras. Dado que este tipo de enlaces se forma
debido a la oxidación de los materiales, se utilizan
como indicadores de los procesos de degradación. El
IC aumentó con respecto al tiempo durante el proceso
de compostaje en los tres tipos de plástico (
fg. 6
).
Para la muestra de oxo-PEBD oxidada se obtuvieron
mediciones de hasta 0.36 y en promedio se obtuvo,
0.147 ± 0.0392 y 0.171 ± 0.0939 para 11 y 45 días,
respectivamente. Al igual que en la evaluación de la
elongación la dispersión en los datos es alta debido a
que el tratamiento en la fase termofílica no fue homo-
géneo debido a la posición de las muestras dentro de
los reactores. En este caso el oxo-PEBD sin oxidar y
el PEBD convencional presentaron un ligero aumento
en el IC, que sin embargo no resulta signifcativo en
ninguno de ambos casos. El IC promedio del PEBD
convencional (0.0638 ± 0.0195) fue mayor que el del
oxo-PEBD sin oxidar (0.0435 ± 0.0449).
Tanto en la evaluación del IC como del porcen-
taje de elongación las muestras de oxo-PEBD pre-
viamente oxidado presentaron un comportamiento
notablemente diferenciado al del mismo material sin
oxidación previa y el PEBD convencional. Aunque
los parámetros que se analizaron no son específcos
para evaluar biodegradación, sí permiten constatar
las modifcaciones mecánicas y químicas suFridas
por el material mediante el proceso de composteo y
han sido utilizados previamente (Lucas
et al.
2008)
como indicadores de biodeterioro y biofragmentación
en películas plásticas.
CONCLUSIONES
Este estudio permitió evaluar la factibilidad de
degradar oxo-PEBD previamente oxidado por medio
de un proceso controlado de compostaje a pequeña
escala, a través de la observación del deterioro y
fragmentación de películas plásticas, la disminución
de la elongación a la ruptura y el aumento en el índice
de carbonilo de las mismas. Aunque existe variabili-
dad entre los distintos especímenes sometidos a los
diferentes tratamientos, este factor puede atenuarse
mediante el análisis de un número sufcientemente
grande de muestras, con el fn de garantizar la con
-
fabilidad de la prueba.
Los métodos estandarizados propuestos como el
ASTM 5338 (ASTM 1998) y los de las normas ISO
14855 (ISO 2005) evalúan la biodegradabilidad de
los plásticos a partir de la cantidad de CO
2
producido
mediante la degradación de las muestras en composta
madura, mantenida artifcialmente a temperaturas ele
-
vadas. Este procedimiento presenta dos inconvenientes:
a) Es poco representativo de las condiciones rea-
les de manejo de residuos. En el sistema de manejo
de la Ciudad de México la posible degradación de
los plásticos oxobiodegradables se daría mediante
su composteo en pilas, mezclados con los residuos
orgánicos, a las temperaturas que alcanzara el sustrato
de forma natural.
b) Su costo es elevado y la duración de la prueba
es de hasta seis meses, lo que lo hace poco viable
para su aplicación cotidiana en la evaluación de las
bolsas de plástico.
Fig. 6.
Índice de carbonilo en películas plásticas sometidas a compostaje
0.20
0.15
0.10
0.05
0
Índice carbonilo
51
01
52
02
53
03
54
04
55
0
Días
PEBD convencional oxidado
OXO-PEBD oxidado
OXO-PEBD sin oxidado
0.00
0.00
0.03
0.06
0.01
0.04
0.16
0.15
0.17
METODOLOGÍA PARA DEGRADACIÓN DE PLÁSTICOS
133
El proceso propuesto permite diferenciar clara-
mente los materiales oxobiodegradables de los que no
lo son, a través de propiedades que pueden evaluarse
de manera simple, como el porcentaje de elongación
a la ruptura y el índice de carbonilo. En este sentido
constituye una alternativa viable para determinar la
degradabilidad potencial de películas plásticas, debida
a la combinación de factores bióticos y abióticos que
tienen lugar en un proceso de composteo, tales como la
biodegradación microbiana y la degradación producida
por la temperatura y el desgaste mecánico. Al igual
que los métodos estandarizados de la ASTM y la ISO
relacionados con la biodegradación de los plásticos,
no garantiza la degradación de los materiales en un
tiempo específco, pero Funciona adecuadamente en
la comparación de materiales.
La degradación y biodegradación de los plásticos
es una de las opciones de fn de vida de los plásticos,
pero debe considerarse en el contexto de la gestión
de los residuos a nivel local. En conjunto con la
minimización, el reuso, el reciclaje y la valorización
puede contribuir a mitigar el impacto ambiental de
estos materiales, esenciales en el mundo actual.
AGRADECIMIENTOS
Este estudio se realizó gracias al proyecto
PICS09-327 fnanciado por Instituto de Ciencia y
Tecnología del Distrito Federal en el Programa Ciu-
dad Sostenible.
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