Tesis Ana Maria Valles Chávez

Transcripción

CENTRO DE INVESTIGACION EN MATERIALES AVANZADOS.
DEPARTAMENTO DE ESTUDIOS DE POSGRADO.
Tratamiento Fisicoquímico y
Biológico de lixiviado del Relleno
Sanitario de la ciudad de
Chihuahua.
Tesis que para obtener el grado de
MAESTRÍA EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA AMBIENTAL.
Presenta:
Ana M aría Valles Chávez
Director de Tesis: Luis Armando Lozoya Márquez
Codirector de Tesis: Guillermo González Sánchez
RESUMEN
CHIHUAHUA, CHIH.
OCTUBRE2013
TRATAMIENTO FISICOQUÍMICO Y BIOLÓGICO DE LIXIVIADO DEL RELLENO SANITARIO DE LA CIUDAD DE CHIHUAHUA, 2013
RECONOCIMIENTOS.
Externo un sincero reconocimiento a:
CONACYT y CIMAV por proporcionar la beca por la cual se pudo realizar el presente proyecto.
La empresa CLARIMEX y JMAS de Chihuahua por proporcionar reactivos para la realización de la
fase experimental.
Al personal del Departamento de Servicios Públicos del Municipio de Chihuahua por las facilidades
otorgadas para la ejecución el proyecto.
A la UACH en la Facultad de Ciencias Químicas por el análisis que realizaron como parte de este
trabajo.

MC. Luis Armando Lozoya Márquez, por fungir como asesor y por todo el apoyo brindado.

Dr. Guillermo González Sánchez, por su orientación, apoyo y por centrar nuestras ideas y
su asesoría.

Dr. Germán Cuevas Rodríguez, por compartir su experiencia.
A personas que contribuyeron para la realización de este proyecto:

MC. Damaris Acosta Slane

MC. Ramón Gómez Vargas

Dr. Luis Miguel Rodríguez Vázquez

Ing. Alejandro Benavides Montoya

MC. Jorge Ortiz Prieto

Dra. Hilda Piñón Castillo

MC. Wendy Chávez Montes

Ing. Alfredo López Fuentes

Ing. Mayra Lizeth Núñez Torres

Ing. Carlos Ontiveros

Oscar Salgado Posada.

José Luis Olivas
II
AGRADECIMIENTOS
Hay propósitos en la vida que sin el entusiasmo y la dedicación jamás pueden verse culminados.
Ese es el caso del presente trabajo.
Agradezco a DIOS por dotarme de vida y con ella de dones, habilidades y de la capacidad para
desarrollar este y todos los proyectos.
A mis Padres por ser instrumentos y guías. Por su apoyo incondicional para la realización de cada
uno de mis sueños. Por ese impulso que siempre me dan para que estos se realicen.
A mi Familia por ser siempre fuente de inspiración y admiración y los que hacen palanca para que
jamás toque fondo.
A mis Amigos porque desde que aparecieron en mi vida me han llenado de apoyo y han estado
presente en cada una de las alegrías, logros y también decepciones. Porque inyectan de alegría
tanto mis serenos como mis agobiados días.
A mis compañeros de generación, que hoy forman parte de mis muy apreciados amigos, por
compartir conmigo esta etapa de formación y ser parte de “la alegría de CIMAV”.
En fin, un agradecimiento a cada una de las personas que hicieron posible la realización de este
proyecto de vida por el cual hoy logro uno más de mis sueños.
Finalmente y no por eso con menos importancia a TI que lees esta tesis. Si lo haces es porque te
interesa el tema y lo que en ella se hizo, con eso está cumple su función para la que fue creada. Si
no es así será entonces porque fuiste parte de ella, con tu orientación, apoyo. Por esas palabras y
acciones de aliento que llegaron en momentos clave cuando este proyecto se realizaba.
Por eso GRACIAS!
III
ABREVIATURAS.
EAA
Espectroscopia de Absorción Atómica
EEA- HG
Espectroscopia de Absorción Atómica con Generador de Hidruros
AGV
Ácidos Grasos Volátiles.
ARS
Agua Residual Sintética.
CA
Carbón Activado
COT
Compuestos Orgánicos Totales
DBO
Demanda Biológica de Oxigeno.
DBO5
Demanda Biológica de Oxígeno a 5 días
DQO.
Demanda Química de Oxigeno.
EPA
Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.
ICP-OES
Espectroscopia óptica de emisión con plasma inductivamente acoplado.
LC
Límite de cuantificación
LD
Límite de Detección
PAC
Polvo de Carbón Activado
POA
Procesos de Oxidación avanzada.
RSU
Residuos Sólidos Urbanos
SBR
Reactor Biológico discontinuo.
SDT
Solidos Disueltos Totales
ST
Solidos Totales.
TRC
Tiempo de Retención Celular.
TRH
Tiempos de Retención Hidráulica.
IV
RESUMEN
Los rellenos sanitarios por su bajo costo y su fácil operación son el sitio de disposición final de
residuos más utilizado en el mundo. Durante el proceso de estabilización generan 2 principales
grupos de contaminantes: lixiviados y biogás. Los lixiviados por presentarse en fase liquida,
presentan movilidad por lo que al no ser controlados y tratados de forma correcta es
relativamente sencillo que lleguen a contaminar fuentes fluviales, aguas superficiales y/o
subterráneas.
En este estudio se planteó una metodología de tratamiento sobre este tipo de subproducto
basada en procesos fisicoquímicos y biológicos en cuatro etapas: I: Coagulación-Floculación/
Sedimentación mediante coagulante inorgánico, II: Adsorción con carbón activado, III: Reactor
Biológico discontinuo por lotes y IV: oxidación química mediante reactivo Fenton.
Se realizó la caracterización del lixiviado considerando los parámetros como DQO, DBO5, NT y
metales de manera previa al experimento así como antes y después de cada tratamiento para
evaluar la eficiencia de cada proceso. Obteniendo remociones de 41 y 95% de DQO en Fase I y
Fase II respectivamente. 92% DBO5 y 52% Nitrógeno Total en Fase II. Eliminación completa de
metales como Bario, Cromo, Cobre, Níquel y Zinc además de remociones de 96% Aluminio, 79%
Calcio, 51% Fierro y 17% Manganeso.
Palabras clave: Lixiviado, fisicoquímico, biológico, tratamiento.
V
INDICE
RECONOCIMIENTOS. ........................................................................................................................... II
AGRADECIMIENTOS............................................................................................................................ III
ABREVIATURAS. .................................................................................................................................. IV
RESUMEN ............................................................................................................................................ V
ABSTRACT ............................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
1.
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1
2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................................................. 3
3.
JUSTIFICACIÓN............................................................................................................................. 4
4.
HIPÓTESIS. ................................................................................................................................... 6
5.
OBJETIVO GENERAL. .................................................................................................................... 7
5.1
6.
OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................................................... 7
MARCO TEÓRICO ......................................................................................................................... 8
6.1
Generación de gas del vertedero y composición de lixiviado. .......................................... 11
6.1.1
Etapa I Ajuste inicial .................................................................................................. 11
6.1.2
Etapa II: Fase de Transición ....................................................................................... 11
6.1.3
Etapa III. Fase de Acidogénesis.................................................................................. 11
6.1.4
Etapa IV. Fase de Metanogénesis.............................................................................. 12
6.1.5
Etapa V. Fase de Maduración. ................................................................................... 12
6.2
Caracterización del lixiviado. ............................................................................................. 13
6.2.1
Demanda química de Oxigeno (DQO). ...................................................................... 16
6.2.2
Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO). ................................................................. 16
6.2.3
Relación DBO5/DQO. ................................................................................................. 16
6.2.4
pH .............................................................................................................................. 16
6.2.5
Conductividad eléctrica. ............................................................................................ 17
6.2.6
Solidos Totales (ST) y Sólidos Disueltos Totales (SDT). ............................................. 17
VI
6.2.7
Grasas y aceites. ........................................................................................................ 17
6.2.8
Cianuros..................................................................................................................... 18
6.2.9
Sulfuros...................................................................................................................... 18
6.2.10
Metales. ..................................................................................................................... 18
6.3
6.3.1
Tratamientos biológicos. ........................................................................................... 25
6.3.2
Tratamientos fisicoquímicos. .................................................................................... 29
6.4
7.
Tratamientos. .................................................................................................................... 25
Elección de un tratamiento adecuado. ............................................................................. 33
6.4.3.1
Aclimatación de tratamientos biológicos. ................................................................. 36
6.4.3.2
Parámetros medidos de un reactor aerobio discontinuo. ........................................ 36
6.4.3
Oxidación Fenton ...................................................................................................... 38
6.5
Descripción del Área de Estudio........................................................................................ 39
6.6
Normatividad aplicada. ..................................................................................................... 44
6.6.1
NOM- 001- SEMARNAT-1996.(Modificación 2000) ................................................... 44
6.6.2
NOM-004-SEMARNAT-2002 y NORMA 503 EPA. ...................................................... 45
6.6.2
NOM-127-SSA-1994. ................................................................................................. 46
METODOLOGÍA.......................................................................................................................... 46
7.1
GENERALIDADES................................................................................................................ 46
7.2
DISEÑO DEL MUESTREO Y TOMA DE MUESTRA................................................................ 47
7.3
CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL LIXIVIADO ......................................................... 49
7.3.1
Determinación de pH, conductividad y oxígeno disuelto. ........................................ 49
7.3.2
Determinación de Cianuros Totales. ......................................................................... 49
7.3.3
Determinación Sulfuros Totales. ............................................................................... 50
7.3.4
Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS ................................................. 51
7.3.5
Determinación de ST y SDT ....................................................................................... 52
7.3.6
Determinación de DBO5 y NT ..................................................................................... 52
VII
7.3.7
7.4
8.
Determinación de Metales ........................................................................................ 52
TRATAMIENTO DE LIXIVIADO. ........................................................................................... 53
7.4.1
Etapa I: Coagulación –Floculación/ Sedimentación. ................................................. 53
7.4.2
Etapa II: Adsorción. ................................................................................................... 54
7.4.3
Dilución y aclimatación ............................................................................................. 55
7.4.4
Etapa III: Reactor biológico discontinuo (SBR) .......................................................... 55
7.4.5
Etapa IV: Oxidación Química. .................................................................................... 56
RESULTADOS Y DISCUSIÓN........................................................................................................ 58
8.1
8.1.1
Características fisicoquímicas de Celda 1 .................................................................. 59
8.1.2
Características fisicoquímicas de celda 2 .................................................................. 60
8.2
9.
CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL LIXIVIADO ......................................................... 58
TRATAMIENTO................................................................................................................... 62
8.2.1
Etapa I: Coagulación Floculación. .............................................................................. 62
8.2.2
Etapa II: Adsorción. ................................................................................................... 62
8.2.3
Etapa III: Reactor Biológico Discontinuo ................................................................... 63
8.2.4
Etapa IV: Oxidación Quimica. .................................................................................... 67
8.2.5
Comportamiento del tratamiento completo. ........................................................... 68
8.2.6
Ventajas y desventajas del tratamiento propuesto. ................................................. 73
CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 74
10.
RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 75
11.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................. 76
ANEXO A CERTIFCADO DE ANALISIS DE ESTANDAR DE DQO ............................................................ 83
ANEXO B HOJA ESPECIFICACIÓN DE COAGULANTE POLY-CAT N 901 CF .......................................... 84
ANEXO C HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE CARBÓN ACTIVADO CARG 8X30 ......................................... 85
VIII
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Relleno Sanitario convencional ............................................................................................ 9
Figura 2: Balance de agua en relleno sanitario (Hickman,1999)....................................................... 10
Figura 3 Fases Generales de la producción de biogás y lixiviado. ..................................................... 13
Figura 4 Imagen satelital que muestra las colindancias y la localización del relleno sanitario de la
Cd. de Chihuahua (Fuente: Google earth, 2013)............................................................................... 40
Figura 5:Corrientes hidrológicas presentes en el relleno sanitario (SIATL,2013) ............................. 41
Figura 6:Situación actual del Relleno Sanitario de Cd. Chihuahua ................................................... 42
Figura 7 Tren de tratamiento propuesto .......................................................................................... 47
Figura 8: Vertido de lixiviado de celda 2 a la laguna de evaporación. .............................................. 48
Figura 9: Equipo de destilación de cianuros...................................................................................... 50
Figura 10: Equipo de extracción de sulfuros ..................................................................................... 51
Figura 11: Métodos determinación de metales ................................................................................ 53
Figura 12: Lixiviado en tratamiento de coagulación floculación ....................................................... 54
Figura 13: Lixiviado en tratamiento con carbón activado ................................................................. 54
Figura 14: Lixiviado en tratamiento oxidación química .................................................................... 57
Figura 15: Diseño de Reactor SBR ..................................................................................................... 64
Figura 16 Sedimentador de SBR ........................................................................................................ 64
Figura 17:Gráfica de Remoción de DQO Fase 1 ................................................................................ 68
Figura 18: Gráfica Remoción de DQO en Fase 2 ............................................................................... 69
Figura 19: Gráfica Remoción de DBO5 y Nitrógeno Total en Fase 1 .................................................. 70
Figura 20: Comportamiento de metales en Fase 1 ........................................................................... 72
Figura 21: Comportamiento de metales en Fase2 ............................................................................ 72
Figura 22:Remoción de color por oxidación química (Galeano et al.,2011) ..................................... 73
Figura 23: Comportamiento del color de lixiviado en tratamiento completo .................................. 73
IX
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Concentraciones típicas de los componentes de los lixiviados generados en los rellenos
sanitarios ........................................................................................................................................... 14
Tabla 2: Límites máximos permisibles de contaminantes metálicos en agua potable y su afección a
la salud humana. ............................................................................................................................... 20
Tabla 3: Caracterización de lixiviados de Relleno Sanitario de Cd. Chihuahua 2002-2010 .............. 43
Tabla 4 Límites máximos permisibles para contaminantes básicos.................................................. 44
Tabla 5: Límites máximos permisibles de metales pesados en biosólidos ....................................... 45
Tabla 6: Aprovechamiento de Biosólidos .......................................................................................... 46
Tabla 7: Ubicación de puntos de muestreo de lixiviado celda 1. ...................................................... 48
Tabla 8: Ubicación de Puntos de muestreo de lixiviado celda 2 ....................................................... 48
Tabla 9: Dosis de Coagulante POLY-CAT-N901-CF ............................................................................ 53
Tabla 10: Composición media del agua residual sintética ................................................................ 55
Tabla 11: Caracterización Relleno Sanitario Cd. Chihuahua ............................................................. 58
Tabla 12: Comparación de lixiviado de la Ciudad de Chihuahua en el tiempo ................................. 60
Tabla 13: Características de metales en lixiviados de México .......................................................... 61
Tabla 14 Condiciones de operación del Reactor de Lodos Activados de mezcla completa. ............. 65
Tabla 15: Características de alimentación de SBR ............................................................................ 66
Tabla 16: Caracterización de metales en lodos de reactor biológico ............................................... 67
Tabla 17: Concentración de Metales en Tratamiento....................................................................... 70
X
I. INTRODUCCIÓN
En México según cifras del INEGI en 2013, se recolectan cada día, en promedio, 86 mil 343
toneladas de residuos sólidos urbanos, que son principalmente generados en viviendas, parques,
jardines y edificios públicos. Siendo el 93% de los municipios y delegaciones los que cuentan con
servicios de recolección y disposición de residuos; de los cuales, sólo el 6% da tratamiento al
menos a una parte de los residuos recolectados.
Como en la mayoría de los países, en México, los residuos recolectados son puestos en sitios de
disposición final llamados rellenos sanitarios (Renou et al., 2008). Los cuales, con el tiempo al
menos en la regulación y normatividad, han venido evolucionando desde tiraderos a cielo abierto,
hasta rellenos altamente tecnificados donde se debiesen controlar las emisiones tanto liquidas
como gaseosas que resultan potencialmente peligrosas para el ambiente (Méndez et al., 2002).
Los lixiviados son las emisiones liquidas producidas en un sitio de disposición final. Se definen
como el efluente acuoso producto de procesos bioquímicos en las células de los residuos y el
contenido de agua inherente de los mismos desechos; son generados a consecuencia de
percolación a través de los residuos (Renou et al., 2008).
La composición del lixiviado depende de las características de los desechos confinados en este
sitio. Siendo esta constitución un indicador del tipo como del tiempo y por ende de la etapa en la
cual están los procesos que ocurren dentro del relleno sanitario (Foo y Hameed, 2009).
Las características del lixiviado tanto físicas como químicas y biológicas son consecuencia de las
reacciones que se realizan dentro de un relleno sanitario y son estas, las que dan pauta al
desarrollo de un tratamiento adecuado (Chistensen, 1989).
La creciente demanda de la sociedad por la remediación de sitios y aguas contaminadas de
diversos orígenes incluyendo el lixiviado de relleno sanitario, se ha visto materializada en
regulaciones cada vez más estrictas. Mismas que han llevado al desarrollo de tratamientos para
reducir la cantidad de contaminantes. Incluyendo tratamientos convencionales, como la
recirculación del lixiviado a los residuos o más sofisticados como tratamientos biológicos y
fisicoquímicos (Renou et al., 2008).
1
En nuestros días se estudian tratamientos innovadores. Sin embargo, el mayor reto en el
tratamiento del lixiviado es la aplicación de metodologías destinadas a las características
particulares de cada lixiviado; que combinen métodos convencionales con tecnologías nuevas ya
que de esta forma se ha demostrado tienen mayor eficiencia en la remoción de contaminantes
(Renou et al., 2008).
En este estudio, se plantea la caracterización del lixiviado del relleno sanitario de la ciudad de
Chihuahua como un medio para establecer las características específicas del lixiviado producido y
sobre
esta
implementar
un
tren
de
tratamiento
consistente
en
un
proceso
de
coagulación/floculación/sedimentación, seguido de adsorción utilizando carbón activado, luego un
reactor biológico discontinuo por lotes y finalmente un proceso de oxidación avanzada del tipo
Fenton. Todos ellos para la reducción de contaminantes.
Se pretende que con la información generada de este tratamiento queden sentadas las bases para
reproducir dicho tratamiento en lixiviado generado en rellenos sanitarios con características
similares al experimentado.
2
II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El crecimiento exponencial de la población mundial en las últimas décadas, la deficiente cultura
ambiental aunada a la mentalidad consumista; ha ocasionado la rápida degradación de los
ecosistemas principalmente por la contaminación de los núcleos principales del planeta.
Una de las principales afecciones al medio ambiente es la excesiva generación per cápita de
residuos. Mismos que por mucho tiempo se han dispuesto en sitios de confinamiento sin las
medidas esenciales que impidan que estos sigan contaminando.
En la actualidad con el objetivo de remediar las afectaciones ambientales, que el ser humano ha
magnificado, la autoridad ha decretado normas más exigentes. Para el caso de los residuos, en
México fue hasta el 2003 que se estableció la normatividad que obliga a los organismos
encargados del manejo de los residuos sólidos urbanos la implementación de medidas para la
disposición adecuada de estos en sitios donde su perjuicio sea menor. Obligando a su vez a
controlar los productos contaminantes principales de la degradación: lixiviados y biogás.
En el caso del lixiviado, la contaminación que genera es considerable ya que al presentarse en
forma líquida su daño es directo a suelos y corrientes acuíferas cercanas al sitio de disposición;
tanto superficiales como subterráneas. Es en este punto, donde surge la necesidad de asignarle un
tratamiento a los lixiviados el cual permita eliminar contaminantes y reducir el riesgo de generar
contaminación al medio ambiente y/o afectaciones a la salud de la población.
Para el caso específico del sitio de disposición final de la ciudad de Chihuahua no existe el
tratamiento adecuado que aminore la ocurrencia de este posible problema de contaminación
ambiental.
Por otra parte en el área en la que se estableció el sitio se presume que se encuentra el manto
acuífero de Tabalaopa- Aldama; uno de los mantos acuíferos subterráneos principales que forma
parte de la batería de fuentes de suministro de agua potable a la población chihuahuense. Lugar
donde los lixiviados posiblemente pudieran infiltrarse y llegar a contaminarlo.
3
III. JUSTIFICACIÓN.
Si bien, la naturaleza tiene capacidad de diluir, extender, degradar, absorber o reducir el potencial
contaminante en la atmósfera, en las vías fluviales y en la tierra; parte de la contaminación del aire
y del agua ha sido atribuida a la gestión inapropiada de los residuos. Se han generado importantes
desequilibrios ecológicos donde se ha excedido la capacidad de asimilación natural. El desarrollo
de la tecnología propiciada por el ser humano transmite grandes beneficios, sin embargo, nacen
problemas asociados a la evacuación de los residuos resultantes (Tchobanoglous, et al., 1994).
Hasta hace poco tiempo las políticas gubernamentales no prestaban especial atención a los
residuos y apenas se tomaban medidas respecto al control de estos. Muchas veces el criterio era
desprenderse del residuo y confiar en la aparente inagotabilidad del ciclo de recuperación de los
recursos naturales. En el caso de las industrias, a medida que fueron desarrollándose se
produjeron casos de exposición a sustancias tóxicas fuera del ámbito laboral y a través de distintas
vías medioambientales. Pese a que el progreso tecnológico ha proporcionado nuevos productos
que han mejorado la calidad de vida de la población, es característico de este tipo de progresos el
avanzar a mayor velocidad que el propio conocimiento acerca sus consecuencias y lo que éstas
significan, produciéndose errores más por ignorancia que por negligencia (Lagrega, et al., 1996)
Sin embargo, en la actualidad, los rellenos sanitarios son uno de los métodos más utilizados en el
mundo para la disposición final de residuos sólidos al haber mostrado ser una forma barata de
tratamiento de los residuos en comparación con procedimientos como la incineración (Renou et
al., 2008). A los rellenos sanitarios se les ha asociado un problemática ambiental relacionada con
la amplia gama de compuestos que liberan en su ciclo de vida (Ziyang et al., 2009).
Uno de los problemas más importantes que conlleva el diseño y mantenimiento de un relleno
sanitario es la gestión de los lixiviados que se generan. Los cuales dependen del tipo de residuo
depositado y la edad del mismo (Netzaj, et al. 2008). Por lo tanto, el tratamiento de lixiviado se ha
convertido, junto con la captación de biogás, en la mayor preocupación ambiental relacionada a
los rellenos sanitarios.
A partir del 2003 que en México se publica la norma que establece las especificaciones de
protección ambiental para la selección del sitio, diseño, operación, monitoreo, clausura y obras
complementarias de un sitio de disposición final de residuos sólidos urbanos y de manejo especial
denominada NOM-083-SEMARNAT los rellenos sanitarios deben ser construidos con respecto a los
4
criterios que en ella se establecen. Sin embargo, la realidad es que los rellenos en operación previa
a dicha publicación, como es el caso del relleno sanitario de ciudad de Chihuahua que inició
operaciones en 1993, pueden presentar riesgo de infiltración de lixiviados al subsuelo y
posteriormente la contaminación de agua subterránea.
Por esto, es necesario aplicar o establecer en estos sitios de disposición final un tratamiento para
el lixiviado generado que elimine contaminantes y permita cumplir con las especificaciones que
dicta la autoridad en cuanto a calidad de agua, instaurados en la NOM- 001-SEMARNAT-1996 y
poder verterlos como descargas de aguas residuales.
Se ha demostrado que para el tratamiento de los lixiviados la aplicación de métodos
convencionales con tecnologías nuevas, operando de manera conjunta, tienen mayor eficiencia en
la remoción de los contaminantes que si fuese de forma aislada (Renou et al., 2008). Así que el
reto es experimentar con esta opción a modo tal que las descargas de este tipo de contaminante
cumplan con la normatividad vigente.
El modo de operación del relleno sanitario de la ciudad de Chihuahua lo convierte en una fuente
potencial de contaminación de acuíferos por lixiviado. Las condiciones áridas de la región, la
escases del recurso hídrico y que el abastecimiento de agua potable sea de mantos subterráneos,
hace inminente la aplicación de un tratamiento que mitigue contaminantes presentes en el
lixiviado que puedan convertirse en un problema de salud pública.
5
IV. HIPÓTESIS.
Con tratamientos (fisicoquímicos y biológicos) es posible disminuir los contaminantes del lixiviado
de relleno sanitario de la Cd. de Chihuahua a un nivel aceptable por la norma NOM-001SEMARNAT-2003.
6
V. OBJETIVO GENERAL.
Caracterizar y formular un tren de tratamiento de lixiviado mediante procesos fisicoquímicos y
biológicos con la finalidad de descargar el efluente en aguas y bienes nacionales.
5.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Caracterizar muestras de lixiviados determinando los siguientes parámetros: DQO, DBO5,
nitrógeno total, ST, SDT, pH, cianuros y sulfuros totales, grasas y aceites, conductividad
eléctrica, metales y metaloides (Aluminio, Arsénico, Bario, Berilio, Calcio, Cadmio, Cobre,
Cromo, Fierro, Mercurio, Manganeso, Níquel, Plomo, Selenio, Talio, Vanadio y Zinc)

Implementar en el tren un tratamiento en cuatro etapas el cual incluye CoagulaciónFloculación/ Sedimentación, Adsorción, Dilución- Reactor Biológico Discontinuo y Oxidación
química.

Operar el Reactor Biológico Discontinuo en las condiciones que logren la mayor degradación
de contaminantes.

Determinar metales en biosólidos resultantes del tratamiento biológico y comparar los
resultados aplicables a la NOM-004-SEMARNAT-2002.

Comparar el estado inicial y final del lixiviado con la legislación nacional y estándares
internacionales para establecer la remoción de contaminantes obtenida.
7
VI. MARCO TEÓRICO
Las actividades antropogénicas producto de la transformación de materia prima en bienes y
servicios, arrastra consigo la obtención de afectaciones negativas al medio ambiente, propiciando
la degradación de ecosistemas mediante la contaminación de aire, agua y suelo. En particular la
producción de residuos sólidos ha estado siempre ligada a estas actividades antropogénicas, sin
embargo, en un mundo consumista como el actual, el volumen generado es inmenso y el término
“basuras” para muchos es sinónimo de problema.
Se ha estimado que el promedio mundial de producción por persona se encuentra por encima de
un kilogramo diario (Muñoz & Bedoya, 2009), cifra alarmante teniendo en cuenta que la población
mundial según datos del Banco Mundial en 2013 supera los 7 000 millones de habitantes. De
hecho, entre otros factores, la producción de residuos varía en forma proporcional al consumo, al
poder adquisitivo y las costumbres de cada población.
En América Latina, la producción per cápita de basura, aunque se ha duplicado en las últimas tres
décadas, oscila entre 0,5 y 1 kilogramo diario, con el agravante de la participación creciente de
materiales no degradables y tóxicos (Ripoll, 2003). Específicamente en la Ciudad de Chihuahua la
generación promedio de residuos en 2006 per cápita fue de 0.676 kg por día. Los cuales se
clasifican en: 48% fracción orgánica, 16% a papel, 11.9% plástico, 2.4% metales, 5.6% vidrio y 16%
otros residuos. (Gómez, et al., 2008)
Los residuos una vez recolectados pueden ser asignados a diversos procesos de transformación
dentro de los cuales se incluye el reciclaje, el aprovechamiento energético, la elaboración de
composta, la producción de biogás, la formulación de combustibles alternos entre otros. Estos
procesos deben estar enmarcados dentro de una Gestión Integral de Residuos Sólidos, de tal
forma que representen beneficios sanitarios, ambientales, sociales, económicos e incluso
culturales. Cuando el aprovechamiento no sea posible, el relleno sanitario, y en algunos casos la
incineración, resultan como opciones viables para la disposición final de los residuos (Comisión
Mexicana de Infraestructura Ambiental, 2003).
Para los países latinoamericanos donde los recursos son limitados y construir una cultura de
reciclaje toma tiempo, los rellenos sanitarios constituyen una opción segura a mediano y corto
plazo, amigable con el ambiente y además económica, en comparación con otros métodos como
la incineración (Collazos, 2009).
8
Los rellenos sanitarios, con el tiempo, han venido evolucionando desde tiraderos a cielo abierto,
hasta rellenos altamente tecnificados donde se controlan las emisiones (liquidas y gaseosas)
potencialmente peligrosos para el ambiente. Así como pasa con los tiraderos a cielo abierto, en los
primeros rellenos sanitarios no se controlan las emisiones liquidas llamadas lixiviados y estos
escurren a fuentes superficiales de agua, o bien, se infiltran a las capas inferiores del terreno y en
muchos casos contaminan los acuíferos. Existe en la bibliografía numerosos reportes de ejemplos
de impacto a acuíferos ocasionados por rellenos sanitarios y sus emisiones de lixiviado. Este hecho
ha incitado a la generación de normatividades y legislación nacional y/o regionales encaminadas a
proteger los cuerpos de agua de contaminantes provenientes de rellenos sanitarios o en general
de sitios de disposición final de residuos sólidos. (Méndez et al., 2004). La Figura 1 muestra la
constitución de un relleno sanitario diseñado y operado en las condiciones adecuadas.
La correcta gestión de lixiviados es clave para la eliminación del potencial que tiene un vertedero
para contaminar acuíferos subterráneos (Tchobanoglous et al., 1994).
Figura 1: Relleno Sanitario convencional
Los lixiviados son el resultado de la percolación de líquidos a través de los desechos que se
encuentran en el proceso de estabilización; es decir, fluidos que brotan a la superficie o se infiltran
hacia el terreno donde se encuentra instalado un relleno sanitario o un vertedero de basura y que
arrastran a su paso compuestos que son producto de las reacciones que ocurren con la finalidad
de alcanzar el equilibrio tras su degradación. Una de sus principales fuentes es el agua de lluvia o
el agua de composición y de la humedad de los desechos que drenan y percolan a través de las
grietas y capas de basura, proporcionando a su paso reacciones y procesos fisicoquímicos y
biológicos.
9
La generación de lixiviado en los rellenos sanitarios depende de muchos factores, entre los que se
encuentran:

El grado de compactación de los desechos.

El grado de humedad inicial de la basura.

El tipo de material de cubierta de las celdas.

Condiciones ambientales como: la precipitación pluvial, humedad atmosférica,
temperatura, evaporación, evapotranspiración, escurrimiento, infiltración.

La capacidad del relleno sanitario.
Lo cual se resume en el balance hídrico de un relleno sanitario que se muestra en la o la Figura 2.
Figura 2: Balance de agua en relleno sanitario (Hickman,1999)
A su vez, la composición de los lixiviados depende del tipo de desecho confinado en el relleno
sanitario ya que no pueden separarse los líquidos provenientes de procesos de reacción
bioquímica de los de lixiviación. Todo cambio en la estructura y composición del relleno tiene
efecto sobre las corrientes y la acumulación, de tal modo que el agua y los procesos en el relleno
son magnitudes que se influyen recíprocamente (Méndez et al., 2002).
Los lixiviados son líquidos altamente contaminantes en los que se han ensayado diferentes
tratamientos, tanto biológicos (aerobios o anaerobios) como fisicoquímicos (Coulter et. al., 1997).
10
6.1 Generación de gas del vertedero y composición de lixiviado.
6.1.1
Etapa I Ajuste inicial
La fase de ajuste inicial en un relleno sanitario es principalmente un proceso de degradación
aeróbica. En esta fase se encuentra principalmente la presencia de Nitrógeno y Oxígeno,
componentes principales de la atmósfera terrestre; esto debido a que hay cierta cantidad de aire
atrapado dentro del vertedero. Los residuos orgánicos inician su proceso de degradación
microbiana. En la medida en que se van cubriendo va precipitando la humedad presente en los
residuos donde se comienza a disminuir la actividad microbiana.
6.1.2
Etapa II: Fase de Transición
Durante la fase de transición se empieza a evidenciar la degradación anaeróbica y se disminuye la
actividad microbiana de origen aeróbico. Como evidencia de esa degradación disminuye la
concentración de nitrógeno y oxígeno, y comienza a presentarse el dióxido de carbono. La
finalización de la etapa de transición trae consigo también la ausencia de oxígeno en los residuos
sólidos y en el biogás. El comienzo de condiciones anaerobias se puede supervisar midiendo el
potencial de reducción-oxidación que tiene el residuo. Las condiciones de reducción suficientes
para el nitrato y sulfato se dan aproximadamente entre -50 a -100 milivoltios. El metano se
produce cuando los valores del potencial de reducción-oxidación están dentro del rango de -150 a
-300 milivoltios. Mientras sigue bajando el potencial de reducción-oxidación, los miembros de la
comunidad microbiana responsables de la conversión del material orgánico de los RSU en metano
y CO2 empiezan su proceso, con la conversión de material orgánico complejo en ácidos orgánicos y
otros productos intermedios.
El pH del lixiviado comienza a caer debido a la presencia de ácidos orgánicos y al efecto de las
elevadas concentraciones de CO2 dentro del vertedero.
6.1.3
Etapa III. Fase de Acidogénesis.
En esta fase se aumenta la actividad microbiana anaeróbica y se inicia la generación de ácidos
grasos (principalmente ácido acético). Los microorganismos presentes son de tipo acidogénicos y
son los que logran la degradación inicial del carbono celular presente en los residuos de origen
orgánico. En esta etapa se encuentra la presencia del hidrógeno en el biogás. El pH del lixiviado
frecuentemente caerá hasta un valor de 5 o menos, por la presencia de ácidos orgánicos y por
elevadas concentraciones de CO2 dentro del vertedero. La DBO5, DQO y la conductividad del
11
lixiviado se incrementará significativamente durante esta fase como se observa en la Figura 3
debido a la disolución de ácidos orgánicos en el lixiviado.
6.1.4
Etapa IV. Fase de Metanogénesis.
El grupo de microorganismos que convierten el ácido acético y el gas hidrógeno producidos por los
formadores de ácidos en la fase ácida en metano y CO2, llegan a ser más predominantes. Son
estrictamente anaerobios y se llaman metanogénicos. La formación de metano y ácido se produce
simultáneamente, aunque la velocidad de formación de ácidos es considerablemente más
reducida.
Como los ácidos y el gas hidrógeno se han convertido en CH4 y CO2, el pH dentro del vertedero
subirá a valores más neutros y se reducirán las concentraciones de DBO5 y DQO y el valor de la
conductividad del lixiviado. Con valores más altos de pH, menos constituyentes inorgánicos
quedan en disolución y, como resultado, la concentración de metales pesados presentes en el
lixiviado se reducirá como se observa en la Tabla 1.
Durante esta fase es común que la temperatura de la masa de residuos alcance temperaturas
entre 40 y 60°C.
6.1.5
Etapa V. Fase de Maduración.
Se produce después de convertirse el material inorgánico biodegradable en metano y CO2.
Mientras la humedad sigue migrando a través de los residuos se convierten porciones de material
biodegradable que anteriormente no estaban disponibles. La velocidad de generación del gas de
vertedero disminuye significativamente porque los nutrientes disponibles se han separado con el
lixiviado durante las fases anteriores, y los sustratos que quedan en el vertedero son de
degradación lenta.
Los principales gases de vertedero que han evolucionado son metano y CO2. También puede
encontrarse N2 y O2 según las medidas de sellado. Durante esta fase el lixiviado a menudo
contendrá ácidos húmico y flúvico que son difíciles de degradar biológicamente.
La Figura 3 muestra la esquematización de las fases de generación de gases de vertedero y
composición de lixiviado. (Tchobanoglous et al., 1998)
12
Figura 3 Fases Generales de la producción de biogás y lixiviado.
6.2 Caracterización del lixiviado.
La concentración de contaminantes de los lixiviados varía con el tiempo, por lo que difícilmente
puede emplearse con éxito un único tratamiento a estos líquidos. Lixiviados jóvenes, poseen
elevadas concentraciones de materia orgánica e índices de biodegradabilidad (DBO5/DQO)
superiores a 0.4, lo que hace posible que sean tratados eficientemente por procesos biológicos;
pero en lixiviados de rellenos viejos, con índices inferiores a 0.02, estos tratamientos no son
eficientes (Waritch et al., 1998)
Las características que puede presentar un lixiviado están influenciadas en gran medida por los
procesos biológicos, químicos y físicos que tienen lugar en el relleno sanitario (Chistensen, 1989).
Por otra parte los parámetros más importantes del lixiviado son: DBO5, DQO, sólidos disueltos
totales (STD), metales pesados y constituyentes tóxicos (Galdames et al., 2000).Otros autores le
suman a estos parámetros por la complejidad que presentan y la abundancia de sustancias
hidrocarbonadas solubles, abundancia de nitrógeno orgánico y amoniacal y la presencia de otros
metales (Cadmio, Níquel, Zinc, Plomo, etc.) (Seoáñez et al., 1999).
La Tabla 1 muestra una caracterización típica de rellenos sanitarios alrededor del mundo. Los
datos se manejan en concentraciones de los constituyentes del lixiviado a través del tiempo de
explotación del relleno.
13
Tabla 1 Concentraciones típicas de los componentes de los lixiviados generados en los rellenos sanitarios
Tchobanoglous
Valor expresado según:
et
al.
(1994)
basándose en la edad del vertedero,
Hester y Harrison (2002) basándose en la etapa del lixiviado
(mg/l)
-1
Constituyente (mg·L )
Vertedero nuevo
Vertedero
(menos de 2 años)
maduro
Metanogénico
(mayor de
Intervalo
2000-
DBO5
Acetogénico
Típico
10 años)
Intervalo
Promedio
Intervalo
Promedio
10000
100-200
2000-68000
18632
97-1770
374
—
—
2000-125000
25108
110-1900
544
18000
100-500
2740-152000
36817
622-8000
2307
4.5-7.5
6
6.6-7.5
5.12-7.8
6.73
6.8-8.2
7.52
—
—
—
5800-52000
16921
5990-19300
11502
6000
80-160
1010-29000
12217
184-2270
733
200-2000
500
100-400
—
—
—
—
—
—
—
963-22414
8197
<5-146
18
Nitrógeno orgánico
10-800
200
80-120
—
—
—
—
N-amoniacal
10-800
200
20-40
194-3610
922
283-2040
889
N-Nitratos
5-40
25
05-10
<0.2-18.0
1.8
0.2-2.1
0.86
N-Nitritos
—
—
—
0.01-1.4
0.2
<0.01-1.3
0.17
Cloruros
—
—
—
659-4670
1805
570-4710
2074
Fósforo total
5-100
30
05-06
—
—
—
—
Ortofosfato
4-80
20
04-06
—
—
—
—
3000
200-1000
2720-15870
7251
3000-9130
5376
300-10000
3500
200-500
—
—
—
—
—
—
—
0.6-22.6
5
0.3-18.4
4.3
Cloro
200-3000
500
100-400
—
—
—
—
Calcio
200-3000
1
100-400
270-6240
2241
23-501
151
—
—
—
<0.01-0.10
0.02
<0.01-0.08
0.015
30000
DBO20
—
3000-
DQO
60000
pH (unidad pH)
Conductividad (mS cm-1)
COT (carbón orgánico
1500-
total)
20000
Sólidos
totales
en
suspensión
Ácidos grasos
Alcalinidad como CaCO3
Dureza
total
CaCO3
Fosfatos (como P)
Cadmio
como
100010000
14
Tabla 1 Concentraciones típicas de los componentes de los lixiviados generados en los rellenos sanitarios
Tchobanoglous
Valor expresado según:
et
al.
(1994)
basándose en la edad del vertedero,
Hester y Harrison (2002) basándose en la etapa del lixiviado
(mg/l)
-1
Constituyente (mg·L )
Vertedero nuevo
Vertedero
(menos de 2 años)
maduro
Acetogénico
Metanogénico
(mayor de
Intervalo
Típico
10 años)
Intervalo
Promedio
Intervalo
Promedio
Arsénico
—
—
—
<0.001-0.148
0.024
<0.001-0.485
0.034
Magnesio
50-1500
250
50-200
25-820
384
40-1580
250
Mercurio
—
—
—
<0.0001-0.0015
0.0004
Manganeso
—
—
—
1.40-164.0
32.94
0.04-3.59
0.46
Potasio
200-1000
300
50-400
350-3100
1143
100-1580
854
Níquel
—
—
—
<0.03-1.87
0.42
<0.03-0.6
0.17
Sodio
200-2.500
500
100-200
474-2400
1371
474-3650
1480
Cromo
—
—
—
0.03-0.3
0.13
<0.03-0.56
0.09
Cobre
—
—
—
0.0201.10
0.13
<0.02-0.62
0.17
Hierro
50-1200
60
20-200
48.3-2300
653.8
1.6-160
27.4
<0.00010.0008
Mientras el lixiviado se filtra a través del estrato inferior del suelo, se separan muchos de los
constituyentes químicos y biológicos originalmente contenidos en él, mediante la acción filtrante y
absorbente del material que compone el estrato. Por lo general, la amplitud de esta acción
depende de las características del suelo, especialmente del contenido en arcilla. Por el riesgo
potencial que implica el permitir que se filtre el lixiviado hasta el agua subterránea, la mejor
práctica exige su eliminación o contención (Tchobanoglous et al., 1994).
El lixiviado puede contener concentraciones extremadamente altas de SDT (50,000 mg·L-1) que
pueden ser difíciles de tratar biológicamente. Para concentraciones altas de DBO5 es preferible
emplear procesos de tratamientos anaeróbicos, ya que los procesos de tratamientos aeróbicos
son caros debido al suministro continuo de oxígeno a través de compresores que inyectan aire en
los tanques. Las concentraciones altas de sulfato pueden limitar el uso de procesos de
tratamientos anaeróbicos, debido a la producción de olores procedentes de la reducción biológica
15
de sulfatos a sulfuros. La toxicidad producida por metales pesados es un problema para los
procesos biológicos de tratamiento (Galdames, 2000).
La cantidad de lixiviado generado impacta en los costos de operación, de recolección del lixiviado y
de su posterior tratamiento. La planta de tratamiento debe ajustarse a un tamaño adecuado para
manejar el periodo de la cúspide en la producción del flujo del lixiviado (Zepeda, 1993).
Los parámetros con mayor importancia en la caracterización del lixiviado son definidos a
continuación.
6.2.1
Demanda química de Oxigeno (DQO).
Se llama así a la cantidad de materia orgánica e inorgánica en un cuerpo de agua susceptible de
ser oxidada por un oxidante fuerte.
Las pruebas de DQO miden el carbón orgánico total con excepción de ciertos compuestos
aromáticos, tales como el benceno, el cual no es oxidado completamente con la reacción. La
prueba de DQO es una reacción de oxidación-reducción, la cual reduce substancias como sulfuros,
sulfitos y ion férrico entre otros (Bernard et al., 1987).
6.2.2
Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO).
Es el parámetro más utilizado en la caracterización de la contaminación de agua residual y agua
superficial. La determinación de DBO se basa en la medición de oxígeno disuelto usado por los
microorganismos durante la oxidación bioquímica de la materia orgánica en un lapso de tiempo
dado (Qarani et al., 2010).
6.2.3
Relación DBO5/DQO.
Esta relación indica la edad del lixiviado. Generalmente la relación DBO5/DQO para un lixiviado
joven es más alta (>0.05) que el de un lixiviado maduro (<0.05) derivado de una estabilización. Una
baja relación DBO5/DQO indica que el lixiviado es estable y difícil de degradar biológicamente. Por
lo tanto, se recomienda su tratamiento de lixiviado estable con técnicas fisicoquímicas (Qarani et
al., 2010).
6.2.4
pH
Es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. En un lixiviado el potencial de hidrogeno
(pH) varía de acuerdo a su edad. Tal como lo describe Tchobanoglous et al., (1998) el pH del
16
lixiviado disminuye hasta 5 o menos por la presencia de ácidos orgánicos durante la fase acida,
incrementando después hasta un valor de 8 durante la fase de maduración.
6.2.5
Conductividad eléctrica.
Al ser la medida de la capacidad de un cuerpo de dejar pasar la corriente a través de si, representa
un parámetro que indirectamente cuantifica la cantidad de iones disueltos que presenta el
material que a su vez pueden resultar tóxicos.
6.2.6
Solidos Totales (ST) y Sólidos Disueltos Totales (SDT).
Los sólidos que pasan a través de un filtro apropiado son definidos como los SDT, mientras que los
sólidos que son retenidos por el filtro son los SST (Mogens et al., 2000). Estos junto con otros más
suman los sólidos totales presentes en una muestra liquida.
Esta división de los contaminantes en solidos disueltos totales (SDT) y solidos suspendidos totales
(SST) es fundamental ya que muchos tratamientos solo son efectivos contra uno de ellos. Además
de que en lixiviados proporciona una noción de que tratamiento aplicar y la cantidad de residuos
que se generarán mediante este.
6.2.7
Grasas y aceites.
Los lípidos son componentes biológicos que son solubles en solventes no polares como benceno,
cloroformo y éter, y son prácticamente insolubles en agua. Se distinguen en entre otros a los
ácidos grasos, las grasas y aceites y los jabones. La denominación de “grasas y aceites” se refiere
únicamente al estado físico sólido o líquido de este tipo de lípidos y no tienen ninguna relación con
cualquier otra propiedad; la estructura y la química no varía (Alais y Linden, 1990)
Las grasas y aceites son de los compuestos orgánicos más estables y no son fácilmente
biodegradables. En presencia de álcalis, tales como el hidróxido sódico, la glicerina se libera y se
forman sales alcalinas de los ácidos grasos (Bailey y Ollis, 1986).También desembocan al
alcantarillado, el queroseno y los aceites lubricantes y los procedentes de materiales bituminosos
derivados del petróleo, utilizados en la construcción de carreteras. En su mayoría flotan sobre el
agua residual, aunque una parte de ellos es arrastrada con el fango por los sólidos sedimentables.
Incluso en mayor proporción que las grasas, aceites y jabones, los aceites minerales tienden a
recubrir las superficies. Las partículas interfieren con la actividad biológica y causan problemas de
mantenimiento. En lixiviados la concentración de aceites y grasas en general corresponden a
valores bajos ya que son poco solubles en agua (Metcalf y Eddy, 1996).
17
6.2.8
Cianuros.
Determinados como ion cianuro. Los cianuros son compuestos potencialmente tóxicos ya que un
cambio de pH en el medio puede liberar ácido cianhídrico, compuesto generalmente asociado con
la máxima toxicidad de estos compuestos es por ello que es de suma importancia determinar
cómo ion Cianuro (CN-) la presencia de todos los compuestos cianurados en aguas naturales,
potables, residuales y residuales tratadas.
6.2.9
Sulfuros.
Los compuestos azufrados son contaminantes naturales muy comunes en aguas contaminadas
siendo predominantes en forma de sulfatos. Las corrientes ricas en este compuesto pueden
derivar en sulfuros, los cuales son compuestos tóxicos, corrosivos y que generan mal olor.
La forma más común de encontrarlos en matrices acuosas es diluido. Es tratado mediante la
precipitación. Esto para evitar que forme complejos ácidos (como el ácido sulfúrico) que llegasen a
ser más tóxicos al ambiente. (Lewis, 2010).
6.2.10 Metales.
El aumento de las concentraciones de los metales puede afectar negativamente a la salud
humana. Estos existen como diversas especies químicas en medio acuoso, incluyendo iones
metálicos libres y complejos con ligandos inorgánicos y orgánicos (tanto de aniones y de cationes).
Las formas fisicoquímicas influyen significativamente en su movilidad, la biodisponibilidad y la
toxicidad. En algunas áreas, los lixiviados son la fuente circundante de metales al medio ambiente.
Por lo que en presencia en aguas aledañas al relleno sanitario proporcionan información acerca de
la movilidad y potencial biodisponibilidad (Yanyu et al., 2011).
En suelos, cuando el contenido de metales pesados alcanza niveles que rebasan los límites
máximos permitidos causan efectos inmediatos como inhibición del crecimiento normal y el
desarrollo de las plantas, además que un disturbio funcional en otros componentes del ambiente
así como la disminución de las poblaciones microbianas del suelo (Martín, 2000).
6.2.10.1
Metales pesados.
Dentro de los metales se encuentran los metales pesados los cuales estrictamente desde el punto
de vista químico son metales de transición o post-transición cuyo peso específico es superior a 5 g
cm-3 o que tienen un número atómico superior a 20. Algunos de ellos, en pequeñas cantidades,
son esenciales para los organismos (Fierro, Manganeso, Zinc, Boro, Cobalto, Vanadio, Cobre,
18
Níquel y Molibdeno) convirtiéndose en nocivos cuando se presentan en concentraciones elevadas,
mientras que otros no desempeñan ninguna función biológica y resultan altamente tóxicos, como
el Cadmio, Mercurio o el Plomo (Ortiz et al., 2007). Cuando están presentes, además del
incremento del índice de toxicidad generado por sus altos niveles de biodisponibilidad, otros
factores como la lixiviación, absorción por las plantas y el paso a la cadena trófica constituyen
potenciales riesgos (Alcalá et al., 2009).
Los metales normados están sustentados en el análisis de riesgo, a través del cual se determina la
probabilidad o posibilidad de que se produzcan efectos adversos a la salud de la población y con
ello establece los límites máximos permisibles de contaminantes ambiente como consecuencia de
su exposición (SEMARNAT, 2004). Para suelos considerados como sitio contaminado, en México se
consideran tóxicos el Arsénico, Selenio, Vanadio, Berilio, Talio, Cadmio, Cromo, Plata, Plomo,
Bario, Níquel y Mercurio.
La Tabla 2 muestra los límites máximos permisibles de las entidades reguladoras de contaminantes
metálicos en agua potable, su fuente de exposición y sus posibles daños a la salud.
19
Tabla 2: Límites máximos permisibles de contaminantes metálicos en agua potable y su afección a la salud humana.
Elemento
Unidades
OMS
EPA
(2010)
(2000)
NOM-127-SEMARNAT-1994
Posibles afecciones a la salud
Fuente de contaminación ambiental
(ASTDR, 2010)
(ASTDR, 2010)
En pequeñas cantidades no se ha Constituye aproximadamente el 8% de la a
demostrado algún problema a la salud. corteza terrestre. Las sales de aluminio son
Aluminio
(Al)
En casos de exposición prolongada y en ampliamente utilizados en el tratamiento
mg L
-1
0.2
0.05-0.2
0.02
concentraciones
muy
altas
puede del agua como coagulantes.
producir baja respuesta a estímulos
nerviosos, enfermedades de los huesos
y problemas renales.
Lesiones
Arsénico
(As)
mg L
-1
0.01
0.01
0.025
en
la
piel;
trastornos Erosión de depósitos naturales; agua de
circulatorios; alto riesgo de cáncer.
escorrentía de huertos; aguas con residuos
de fabricación de vidrio y productos
electrónicos.
Bario
(Ba)
Aumento de presión arterial.
mg L
-1
ND
2
0.7
efluentes de refinerías de metales; erosión
de depósitos naturales.
Lesiones intestinales.
Berilio
(Be)
Aguas con residuos de perforaciones;
mg L
-1
ND
0.004
ND
Efluentes de refinerías de metales y fábricas
que
emplean
carbón;
efluentes
de
industrias eléctricas, aeroespaciales y de
defensa.
20
Elemento
Unidades
OMS
EPA
(2010)
(2000)
(ASTDR, 2010)
(ASTDR, 2010)
Puede producir Hipercalcemia y daños
Calcio
(Ca)
mg L
-1
multiorganicos y renales
2500
ND
ND
Es un macronutriente esencial para el
cuerpo humano, sin embargo en ingestas de
concentraciones superiores a los 2500 mgL
-1
puede ocasionar daños a la salud humana
Lesiones renales.
Cadmio
(Cd)
mg L
-1
0.003
0.005
Corrosión de tubos galvanizados; erosión de
depósitos naturales; efluentes de refinerías
0.005
de metales; líquidos de escorrentía de
baterías usadas y de pinturas.
El Cromo IV es más toxico que el Cr III. Es un micronutriente esencial que el cuerpo
Cromo
(Cr)
Puede producir cáncer de pulmón, Daño requiere para promover la acción de la
mg L
-1
0.05
0.1
0.05
hepático y renal.
insulina de manera que los azúcares, las
proteínas y las grasas puedan ser utilizadas
por el organismo.
21
Elemento
Unidades
OMS
EPA
(2010)
(2000)
(ASTDR, 2010)
(ASTDR, 2010)
Exposición a corto plazo: molestias Se encuentra naturalmente en las rocas, el
gastrointestinales. Exposición a largo agua, los sedimentos y, en niveles bajos, el
plazo: lesiones hepáticas o renales. aire. Su concentración promedio en la
Aquellos con enfermedad de Wilson corteza
Cobre
(Cu)
terrestre
es
aproximadamente
deben consultar a su médico si la 50mgL-se encuentra naturalmente en las
mg L
-1
2
1.3
2
cantidad de cobre en el agua superara el rocas, el agua, los sedimentos y, en niveles
nivel de acción.
bajos, el aire. Su concentración promedio
en la corteza terrestre es aproximadamente
50mgL-Corrosión de cañerías en el hogar;
erosión de depósitos naturales; percolado
de conservantes de madera.
En cantidades excesivas puede producir Representa el 5% de la corteza terrestre y
Fierro
(Fe)
mg L
-1
0.3
0.3
0.3
Hemocromatosis y por consiguiente falla es el cuarto elemento más abundante. Es
multiorgánica
altamente utilizado en las fundiciones y es
el componente principal del acero.
Mercurio
(Hg)
Lesiones renales.
mg L
-1
0.006
0.002
0.001
Erosión de depósitos naturales; efluentes de
refinerías y fábricas; lixiviados de rellenos
sanitarios y tierras de cultivo.
22
Elemento
Unidades
OMS
EPA
(2010)
(2000)
(ASTDR, 2010)
(ASTDR, 2010)
Produce efectos neurológicos tras la En el ambiente no se presenta como
exposición por inhalación.
Manganeso
(Mg)
mg L
-1
0.4
0.05
elemento
puro.
Forma
principalmente
compuestos solidos con oxígeno, cloro y
0.15
azufre. es parte de organismos vivientes,
incluso plantas y animales, de manera que
está presente en los alimentos
Los compuestos de níquel inhalados son Tiene propiedades que lo hacen muy
Níquel
(Ni)
mg L
-1
0.07
0.1
ND
cancerígenos para los humanos. En deseable
para
contacto con la piel produce dermatitis.
y
metales
combinarse
formar
mezclas
con
otros
llamadas
aleaciones.
Bebés y niños: retardo en desarrollo Corrosión de cañerías en el hogar; erosión
Plomo
(Pb)
Selenio
(Se)
Talio
(Tl)
mg L
-1
mg L
-1
físico o mental; Adultos: trastornos de depósitos naturales.
0.01
0
0.01
renales; hipertensión
Caída del cabello o de las uñas; Efluentes de refinerías de petróleo; erosión
0.01
0.05
ND
adormecimiento de dedos de manos y de depósitos naturales; efluentes de minas.
pies; problemas circulatorios.
Caída del cabello; alteración de la Percolado de plantas procesadoras de
mg L
-1
ND
0.002
ND
sangre; trastornos renales, intestinales o minerales; efluentes de fábricas de vidrio,
hepáticos.
productos
23
Elemento
Unidades
OMS
EPA
(2010)
(2000)
(ASTDR, 2010)
(ASTDR, 2010)
La exposición a niveles altos de vanadio Es un compuesto que ocurre en la
en el aire puede dañar los pulmones
Vanadio
(V)
mg m-3
ND
0.5
naturaleza como un metal blanco-grisáceo;
generalmente se le encuentra en forma de
ND
cristales.
Comúnmente
el
vanadio
se
combina con otros metales en mezclas
llamadas aleaciones.
La ingesta prolongada puede producir El zinc metálico también se mezcla con
anemia,
daño
del
páncreas
y otros metales para formar aleaciones tales
disminución del tipo de colesterol como el latón y bronce. Es un oligoelemento
Zinc
(Zn)
mg L
-1
3
ND
5
beneficioso (HDL) en la sangre.
esencial que se encuentra prácticamente en
todos los alimentos y el agua potable en
forma de sales o complejos orgánicos. La
dieta es normalmente la principal fuente de
zinc.
ND= No Determinado.
24
Los metales pesados incorporados al suelo pueden seguir cuatro diferentes vías: la primera,
quedar retenidos en él, ya sea disueltos en la fase acuosa u ocupando sitios de intercambio;
segunda, específicamente adsorbidos sobre constituyentes inorgánicos del mismo; tercera,
asociados con la materia orgánica del suelo y cuarta, precipitados como sólidos puros o mixtos.
Por otra parte, pueden ser absorbidos por las plantas y así incorporarse a las cadenas tróficas;
pueden pasar a la atmósfera por volatilización y pueden ser movilizados a las aguas superficiales o
subterráneas (García y Dorronsoro, 2005).
6.3 Tratamientos.
Los Tratamientos convencionales de lixiviados de vertederos pueden ser clasificados en tres
grandes grupos: La transferencia de lixiviados: reciclaje y tratamiento combinado con las aguas
residuales domésticas, La biodegradación o biológicos: procesos aeróbicos y anaeróbicos y
métodos fisicoquímicos: la oxidación química, adsorción, precipitación química, coagulaciónfloculación/sedimentación / flotación y aire (Renou et al., 2008).
6.3.1
Tratamientos biológicos.
Los procesos biológicos se han basado en el crecimiento de biomasa en suspensión que se
encargue del consumo de contaminantes para la realización de sus procesos metabólicos,
degradando estos a compuestos simples (Loukidou et al., 2001).
Las más importantes características del lixiviado que pueden influenciar el tratamiento biológico
son la alta concentración de sustancias orgánicas como compuestos recalcitrantes e inorgánicos
como metales pesados. La producción irregular dependiente directamente de la precipitación, las
variaciones de la fracción biodegradable de las sustancias orgánicas y las bajas o despreciables
cantidades de fósforo (Christensen et al., 1989). Invariablemente, la bibliografía al respecto señala
a los tratamientos biológicos como métodos útiles solo para condiciones especiales e incluso
algunos autores como Vlyssides et al., (2003) señalan que los tratamientos biológicos en general
son bastante eficaces en las fases primarias de producción del lixiviado, cuando las proporciones
de DBO5/DQO son altas (> 0,5) pero debido a que esta proporción generalmente disminuye con el
pasar del tiempo, los tratamientos biológicos van perdiendo eficacia. Fisher y Fell (1998), por
ejemplo, tuvieron que adicionar carbono orgánico a un lixiviado que tenía una baja DBO para
25
poder utilizar un tratamiento biológico (que en su caso fue lagunas de aireación y posteriormente
el reactor de lotes secuenciados) y disminuir los altos niveles de N-amoniacal.
Por otra parte, el lixiviado de los rellenos sanitarios contiene sustancias que pueden ser capaces
de limitar la eficacia del tratamiento, como pueden ser los metales pesados, los compuestos de
carbono, el amoniaco, los cloruros y sulfatos (Christensen et al., 1989). Respecto a este punto,
Kargi y Pamukoglu (2004a y 2004b) señalan que debido a la poca eficacia que presentan los
tratamientos biológicos para una combinación de variables específicas como altos valores de DQO
con altas concentraciones de nitrógeno amoniacal y en presencia de compuestos tóxicos (como
metales pesados) es necesario establecer el tratamiento biológico como un tratamiento
secundario.
6.3.1.1
Tratamientos aerobios.
Debido a su fiabilidad, sencillez y alta rentabilidad el tratamiento biológico es comúnmente
utilizado para la eliminación de la mayor parte de lixiviado que contiene una alta concentración de
DBO. La biodegradación se lleva a cabo por microorganismos, que pueden atacar compuestos
orgánicos de carbono y dióxido en condiciones aeróbicas y en biogás (una mezcla que comprende
principalmente CO2 y CH4) bajo condiciones anaeróbicas. Los procesos biológicos han demostrado
ser muy eficaces en la eliminación de materia orgánica y nitrógeno de lixiviados inmaduros cuando
la relación DBO5/DQO tiene un alto valor (> 0,5). Con el tiempo, la mayor presencia de compuestos
refractarios (principalmente ácidos húmicos y fúlvicos) tiende a limitar la eficiencia del proceso.
Se han desarrollado una serie de procedimientos para la eliminación de contaminantes por vía
biológica de los cuales se definen a continuación los que se han considerado como trascendentales
(Renou et al., 2008).
6.3.1.1.1
Reactores de lodos activados.
Este sistema separa los compuestos orgánicos del lixiviado (Tchobanoglous et al., 1994). Difiere de
los estanques de aireación en que, en comparación de estos últimos, el periodo de retención es
menor (Christensen et al., 1989). Del Borghi et al. (2003) señalan que el tratamiento combinado de
lixiviados junto con aguas negras, para este tipo de reactor en particular, podría constituir una
alternativa económicamente factible en la degradación de contaminantes orgánicos que sería
favorecida por la dilución y la habilidad de adaptación del lodo. Las desventajas de este método
son que en ocasiones son necesarios antiespumantes y clarificadores (Tchobanoglous et al., 1994).
26
El proceso de lodos activados o fangos biológicos es el sistema de tratamiento más habitual para el
tratamiento de aguas residuales tanto domesticas como industriales dentro de las cuales se
encuentran los lixiviados. Fue desarrollado en Inglaterra en 1914 por Ardern y Lockett, (Alleman y
Prakasam, 1893).
6.3.1.1.2
Reactores de lotes secuenciados (SBR).
Separa los compuestos orgánicos. Similar a lodos activados, pero no se precisa de un clarificador
separado. En un inicio Tchobanoglous et al. (1994) determinó que el reactor es solamente
aplicable a tasas de flujo relativamente lentas, sin embargo, más tarde, Fisher y Fell en el 2000,
trabajando este reactor para un lixiviado con grandes flujos concluyeron que el reactor tiene
buenas eficiencias para lo cual se concluyó que para ambos tipos de flujo el reactor resulta eficaz.
La estrategia de proceso de SBR se caracteriza por un cambio periódico controlado de las
condiciones del proceso tales como la concentración de oxígeno, y la disponibilidad para otros
reactivos biológicos. Estas condiciones ambientales están controladas mediante llenar y extraer el
material en distintos intervalos de tiempo. (Ewa, et al., 2005).
6.3.1.1.3
Humedales Artificiales (HA).
Los humedales artificiales son sistemas de tratamiento de tipo natural, que a partir de la
emulación de procesos físicos, químicos y biológicos, mejoran la calidad del agua residual que
fluye a través de estos. Ofrecen la alternativa con mayor rentabilidad y ecológicamente racional en
el tratamiento de lixiviados de rellenos sanitarios.
Los HA se clasifican, de acuerdo con el sistema de circulación de las aguas, en humedales de flujo
libre, flujo subsuperficial horizontal y flujo subsuperficial vertical, configuraciones que han sido
aplicadas para el tratamiento de lixiviados, presentando diferencias respecto de las eficiencias de
remoción de contaminantes según los procesos de eliminación y degradación presentados en cada
uno de estos.
La vegetación cumple un papel clave en el desempeño de los humedales, ya que contribuye a la
reducción de carga contaminante a partir de procesos de fitoextracción, fitoestabilización,
transpiración y rizofiltración. Para el caso del tratamiento de lixiviados, es determinante
seleccionar la vegetación que se va a implantar teniendo en cuenta que esta debe estar en
capacidad de adaptarse al crecimiento y desarrollo en un medio altamente agresivo; debido a la
27
toxicidad del líquido influente, es recomendable hacer uso de vegetación que sea autóctona
(Beltrán et al.,2012).
La tarea principal del proceso biológico de lixiviados es la reducción de la materia orgánica
biodegradable y compuestos de nitrógeno con el fin de minimizar costo de tratamiento
secundario. Modificando condiciones ambientales como oxígeno y disponibilidad de sustrato
(Ewa, et al., 2005). En lo que respecta a nitrógeno, la mayoría de los autores han obtenido a través
de experimentación buenas remociones; para el caso de Sirianuntapiboon y Ungkaprasatcha
(2007) se aproximaron al 62.9% para nitrógeno total, 88% en Plomo, 94% Níquel, 91% DBO5 y 81%
DQO.
6.3.1.2
Tratamientos anaerobios.
El tratamiento de digestión anaeróbica de lixiviados permite muy lentamente poner fin al proceso
de estabilización, siendo por lo tanto adecuado para tratar alta resistencia a efluentes orgánicos,
tales como corrientes de lixiviado de complejos jóvenes (Renou et al., 2008)
Contrario a los procesos aeróbicos, la digestión anaeróbica conserva energía y produce muy pocos
sólidos, pero sufre de baja tasa de reacción. Por otra parte, es posible utilizar el CH4 producido
para calentar el digestor, que por lo general funciona a 35 °C y, bajo condiciones favorables, para
propósitos externos (Renou, et al., 2008)
6.3.1.2.1
Lagunas anaerobias.
Separa los compuestos orgánicos y remueve el nitrógeno por asimilación (Christensen et al.,
1989). Los requisitos de energía y producción de lodos son menores que en los sistemas aerobios.
Algunas de sus características son que requiere calefacción; un mayor potencial para la
inestabilidad del proceso. Siendo además un proceso más lento que los sistemas aerobios
(Tchobanoglous et al., 1994). Puede ser usada con mucho éxito en lugares de clima templado, no
es un tratamiento completo pero puede ser usado en sistemas de almacenamiento y
homogenización de los lixiviados. Los microorganismos pueden ser fácilmente inhibidos por un pH
desfavorable y por la presencia de algunos metales (Christensen et al., 1989).
6.3.1.2.2
Digestores anaerobios.
La digestión anaerobia es un proceso biológico por medio del cual la materia orgánica, en ausencia
de oxígeno, es transformada en metano, dióxido de carbono y otros componentes del biogás. El
28
principal inconveniente del proceso anaerobio es el bajo crecimiento de las bacterias productoras
de metano, por lo que en reactores de tipo convencional, es necesario trabajar a elevados tiempos
de retención hidráulico (TRH) (Alkalay et al., 1996).Este proceso se utiliza para remover materia
orgánica y metales pesados. Es un tratamiento costoso si se requiere una gran eficiencia, lo cual
está determinado por el tamaño del reactor y el modo de proporcionarle calor (Christensen et al.,
1989).
6.3.1.2.3
Lagunas facultativas.
En este sistema se utiliza tanques con una profundidad limitada (0.7-1.5 m). En las capas
superficiales, debido a la presencia de oxígeno causado por la fotosíntesis de algas y la aireación,
la degradación de la materia orgánica se lleva a cabo por vía aerobia. En las capas inferiores,
donde no hay luz ni oxígeno, tiene lugar un proceso anaerobio. A través de estos tanques, se
obtiene una importante nitrificación del nitrógeno amoniacal (Christensen et al., 1989).
6.3.2
Tratamientos fisicoquímicos.
Generalmente se considera que los procesos fisicoquímicos son de costos más elevados y de
efectividad más limitada (Vlyssides et al., 2003). Diversos autores marcan al tratamiento
fisicoquímico como una herramienta que puede funcionar como un pretratamiento o un
tratamiento avanzado. Se recomienda poner antes o después de un tratamiento biológico para
mejorar o corregir su efecto.
Tchobanoglous et al. (1994) señalan la necesidad de la utilización de tratamientos fisicoquímicos,
debido principalmente, a que en una degradación biológica el lixiviado no asegura la eliminación
de una gran variedad de sustancias como son metales pesados, biorefractarios, orgánicos
halogenados (OXA), entre otros muchos. Además un efluente tratado biológicamente puede tener
valores de DQO y niveles de nitrógeno altos (400-1500 mg·L-1 y 20-50mg·L-1 respectivamente).
Los tratamientos fisicoquímicos, según Vlyssides et al., (2003) son recomendables para el
tratamiento de lixiviados con DBO5/DQO bastante bajas.
6.3.2.1
Tratamientos químicos.
6.3.2.1.1
Oxidación química.
Consiste en la separación de orgánicos por la adición de agentes oxidantes como el peróxido de
hidrógeno o una solución de hipoclorito de sodio. Detoxificación de algunas especies inorgánicas
29
como algunos componentes azufrados, sulfatos, formaldehidos, cianuros y fenoles. Funciona
mejor con flujos de residuos diluidos; el uso de cloro puede provocar la formación de
hidrocarburos clorados (Tchobanoglous et al., 1994; Hester y Harrison, 2002).
6.3.2.1.1.1
Oxidación química avanzada (POA).
La capacidad de la tecnología de oxidación avanzada, ha sido ampliamente demostrada para
eliminar los compuestos orgánicos persistentes y microorganismos. Los procesos de oxidación
avanzada se basa en la generación in situ de especies transitorias altamente reactivos (H2O2, OH+,
O2, O3, entre otros) para la mineralización de compuestos orgánicos refractarios, los agentes
patógenos en agua y subproductos de la desinfección (Chong et al., 2010) incluso la
descomposición de nitrógeno, llevando estos compuestos complejos a CO2, H2O y en su caso N2
(Pill Sung et al., 2002).
Los procesos de oxidación avanzada más comunes son Fotocatálisis con TiO2, Foto-Fenton,
UV/H2O2, O3 y electro oxidación. La desventaja que presentan es su alto costo comparado con los
procesos biológicos, sin embargo el uso de POA puede mejorar la biodegradabilidad de
compuestos presentes en lixiviado. (García et al., 2011).
6.3.2.1.1.1.1
Ozonación
Es ampliamente utilizada en el tratamiento de las aguas potables y residuales, es una buena
alternativa a la cloración cuando en el agua hay fenoles y otras sustancias orgánicas precursoras
de trihalometanos; aunque es necesaria su generación in situ mediante descargas eléctricas y su
costo inicial es alto, es un potente desinfectante debido a su alta reactividad y poder de reducción
ya que permite la eliminación de compuestos orgánicos e inorgánicos, reduciéndose el COT, olor,
color, sabor y turbidez de las aguas, así como compuestos refractarios (sustancias tóxicas y
compuestos farmacéuticos) (Forero, et al., 2008).
En la investigación de Torres et al. (2009),se aplicaron dosis de O3 entre el 0 y 300 mgL-1 a los
lixiviados del relleno sanitario Bordo Poniente, en la ciudad de México. Con esas dosis fueron
obtenidas remociones de DQO entre el 0 y 10.3% y de color entre el 0 y 23%. A pesar que fueron
obtenidas bajas remociones, los autores recomiendan el empleo de este proceso.
6.3.2.1.1.1.2
UV/H2O2
En este proceso, los espectrofotones UV reaccionan con el peróxido de hidrógeno para formar
radicales hidroxilo. La fotólisis del H2O2 se realiza casi siempre utilizando lámparas de vapor de
30
mercurio de baja o media presión. El uso de UV/H2O2 ofrece grandes ventajas: el oxidante es
comercialmente accesible, es térmicamente estable y puede ser almacenado, así como también
posee solubilidad infinita en agua, y no existen problemas de transferencia de masa asociados a
gases (Domènech et al., 2001).
En el trabajo de Shu et al., (2006) para el tratamiento de lixiviados emplea UV/H2O2 a diferentes
concentraciones logrando remover el 65% de la DQO, en el estudio de Koh et al., (2004) evaluando
un tratamiento biológico previo se obtuvieron remociones del 47% de la DQO.
6.3.2.1.1.1.3
Foto Fenton
Este tratamiento utiliza H2O2 y sales ferrosas para la generación de radicales OH, así como
radiación ultravioleta, radiación visible o una combinación de ambas. El radical hidroxilo tiene alto
potencial redox, cercano a -2.80 V a 25°C, inferior sólo al flúor. En este proceso, la tasa de
degradación se incrementa significativamente, en comparación con el proceso Fenton tradicional
(Doménech et al., 2001). Para reducir contaminantes el proceso foto-Fenton ha resultado ser un
proceso económico si se emplea radiación solar (Chacón et al., 2005).
Lopes de Morais y Zamora (2005) tratan un lixiviado, aplicando 10 mgL-1 de Fe2+ y 2,000 mgL-1 de
H2O2 a pH de 2.8 y 125 W. La remoción de DQO alcanzada fue del 57%. En el trabajo de Primo et
al., (2008) se obtuvo un 85% de remoción de la DQO, con lixiviados de Cantabria, España al utilizar
este tratamiento.
6.3.2.1.1.1.4
Oxidación Fenton.
Uno de los tratamientos físico-químicos más prometedores para lixiviados es el de la oxidación
Fenton, que consiste en la oxidación de la carga contaminante con una combinación de peróxido
de hidrógeno y sulfato ferroso (reactivo Fenton), típicamente a presión atmosférica y temperatura
entre 20 °C y 40 °C. Las condiciones óptimas del reactivo Fenton se obtienen a valores ácidos de
pH y con ellas se pueden alcanzar altas remociones de los contaminantes orgánicos. El proceso
Fenton involucra un cambio estructural de los compuestos orgánicos y una oxidación parcial que
redunda en una disminución de la toxicidad del efluente. (Méndez et al., 2010)
6.3.2.1.1.1.5
Ozono- Peróxido de Hidrogeno (O3-H2O2)
El proceso pretende combinar la oxidación directa (y selectiva) del O3, con la reacción rápida y
poco selectiva de los radicales OH• con los compuestos orgánicos. El proceso es caro pero rápido,
31
y puede tratar contaminantes orgánicos presentes en muy bajas concentraciones, a pH entre 7 y 8;
el proceso se acelera a pH alcalino (Doménech et al., 2001).
El tratamiento ha resultado poco efectivo para los lixiviados, en un estudio hecho por Blandón et
al., (2004) con una dosis combinada de 9.3 mgL-1 de O3 y 1 750 mgL-1 de H2O2, el lixiviado fue
oxidado logrando una remoción del 25 % de su color.
6.3.2.2
Tratamientos físicos.
6.3.2.2.1
Coagulación/Floculación
Estos procesos tienen como objetivo eliminar las partículas suspendidas de la fase líquida; a
valores bajos de pH se remueven las partículas de tamaño pequeño que le confieren color al
lixiviado. Los procesos de adsorción y de oxidación Fenton intensiva pueden remover tanto
partículas suspendidas como disueltas, (Méndez et al., 2009)
Los procesos de coagulación-floculación pueden utilizarse conjuntamente con otros procesos de
tratamiento (Tchobanoglous et al., 1994). Para lograr la separación química se adicionan
sustancias como AlSO4, CaCO3, FeCl3, FeClSO4, poliacrilamida, cloruro de polialuminio, entre otros
muchos más. Tienen como finalidad reducir sólidos en suspensión, partículas coloidales, material
flotante, color y compuestos tóxicos (Renou et al., 2008).
6.3.2.2.2
Adsorción.
La adsorción es un proceso por el cual una sustancia se transfiere desde la fase líquida a la
superficie de un sólido obligado por interacciones fisicoquímicas. Debido a su gran área superficial
activada, la estructura microporosa y la superficie de reactividad el carbón activado en polvo es
uno de los métodos más atractivos utilizado para la adsorción ya que elimina compuestos
recalcitrantes de lixiviados.
La adsorción de contaminantes en polvos de carbón activado (PAC) ofrece una gran reducción en
los niveles iniciales de DQO, o la concentración inicial de materia orgánica Sin embargo, la
principal inconvenientes son la necesidad de regeneración frecuente y alto consumo de PAC.
Mediante el proceso de adsorción con carbón activado pueden ser removidos compuestos
orgánicos no biodegradables, DQO inerte y el color a niveles aceptables para tratar biológicamente
lixiviados de vertedero. (Renou et al., 2008).
32
Es clasificado como un proceso de separación de orgánicos. Esta tecnología provee un tratamiento
a costos variables según cada lixiviado (Tchobanoglous et al., 1994), sobre todo en la necesidad de
regeneración frecuente de columnas o equivalentemente un consumo elevado de carbón activado
en polvo. Se usa carbón activado, aunque este no es muy bueno por sí solo no es muy eficiente en
contra de los ácidos grasos volátiles ni para las moléculas de cadenas muy largas. Se obtienen
mejores resultados cuando se usa en combinación con un tratamiento de floculación (Christensen
et al., 1989). La adsorción con carbono activado debe reservarse para las fases finales de un
tratamiento (Hester y Harrison, 2002). Se ha utilizado junto con el tratamiento biológico para el
tratamiento eficaz de los lixiviados de vertedero (Renou et al., 2008).
6.4 Elección de un tratamiento adecuado.
Determinar el tratamiento más adecuado para un lixiviado de relleno sanitario es complicado, ya
que se trata de residuos líquidos con alto contenido de sustancias, tanto orgánicas como
inorgánicas. Se han realizado vastas investigaciones en busca de tratamientos adecuados para los
lixiviados; sin embargo, debido a la heterogeneidad en su composición y a la variabilidad de los
volúmenes generados, no se pueden extrapolar directamente los resultados obtenidos con
tratamientos de un lixiviado a otro. (Méndez et al., 2009)
Durante muchos años, los tratamientos biológicos convencionales y métodos clásicos
fisicoquímicos están siendo considerados como las tecnologías más adecuadas para la
manipulación y la gestión de los efluentes de lixiviados de vertedero (Renou et al., 2008).
Numerosas investigaciones han demostrado que la combinación de varias operaciones físicas,
químicas y biológicas presentan tratamientos eficientes para la remoción de contaminantes del
lixiviado. Como el caso de Jin-Song et al., (2010) que combinó tratamientos de aireación con
reactor biológico secuencial, coagulación y oxidación Fenton logrando remociones acumuladas de
96.8% de nitrógeno amoniacal, 82.8% de DBO5 y 83.1% en DQO.
Por otra parte, investigaciones realizadas en Guangdong Province, PR China donde se aplicó un
tratamiento mezclando procesos de reactor biológico discontinuo, coagulación, oxidación Fenton
y filtro biológico aireado y obteniendo remociones de 98.4% en DQO, 99.1% de DBO5 , 99.6% de
color y 99.2% de turbidez. Sin embargo es necesario hacer ciertos ajustes en la composición del
fluido y contribuir en la optimización del proceso. Por ejemplo, se ha demostrado que en la
aplicación de tratamientos biológicos de lixiviado es necesario realizar diluciones principalmente
33
con aguas residuales para garantizar la supervivencia de los microorganismos encargados de la
degradación de contaminantes (Jin-Song Guoa et al., 2010)
Combinaciones entre tratamientos fisicoquímicos y biológicos han demostrado ser eficientes para
la remoción total de metales como Cromo, Cadmio, Zinc y Níquel (Cotman y Zgajnar, 2010)
Para decidirse por un tratamiento adecuado de lixiviados se tiene que disponer de datos acerca de
su composición y/o tasas de generación. El calcular la humedad de los residuos sólidos,
proporciona una variable importante para la toma de decisiones; sin embargo, se debe hacer
constar, que son varios los parámetros que intervienen en la formación de lixiviado, que pueden
aumentar o disminuir su caudal.
La caracterización al mostrar el estado de composición del lixiviado permite evaluar la necesidad
de aplicación de un tratamiento específico de acuerdo a estudios anteriores a lixiviados similares.
Además de consultar la normatividad vigente referente a la posible descarga de los lixiviados
(tratados, diluidos y/o crudos) en bienes nacionales, donde las NOM-001-SEMARNAT-1996, NOM002- SEMARNAT -1996 y NOM-003-SEMARNAT-1997 establecen los límites máximos permisibles
de contaminantes en las descargas de agua residual provenientes de la industria, actividades
agroindustriales, servicios, y aguas residuales tratadas.
6.4.1
Coagulación - floculación.
Es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales (solidos disueltos) que se
producen al neutralizar las fuerzas que las mantienen separadas por medio de la adición de los
coagulantes y la aplicación de energía de mezclado. (Metcalf y Eddy, 2003)
Los coagulantes son productos químicos que al adicionar al lixiviado son capaces de producir una
reacción con los componentes químicos de este, especialmente con la alcalinidad del agua
presente en el lixiviado para formar un precipitado voluminosos, muy adsorbente, constituido
principalmente por el hidróxido metálico del coagulante que se está utilizando (Abría, 2002 )
Coagulantes y floculantes típicos incluyen (Metcalf y Eddy, 2003) polímeros orgánicos naturales y
sintéticos, sales de metales como el alumbre o el sulfato férrico, y metal prehidrolizados como el
cloruro de polialuminio (PACI) y cloruro de polifierro (PICI).
El grado de agitación que se le da a la masa durante la adición del coagulante determina si la
coagulación es completa, turbulencias desiguales hacen que cierta porción de agua tenga mayor
34
concentración de coagulante y la otra tenga poca o casi nada; la agitación debe ser uniforme e
intensa en toda la masa de líquido, para asegurar que la mezcla produzca la reacción química de
neutralización de cargas correspondiente. (Abría, 2002).
La coagulación floculación es una técnica relativamente simple que es empleada con éxito para el
tratamiento en vertederos que generan grandes cantidades de lixiviados como lo fue en el caso
del estudio realizado por Wei et al. (2010) en el relleno sanitario de la ciudad de Shuangkou Town,
China en donde se reciben 1000 toneladas de residuo en una extensión de 50 hectáreas o el de
relleno del área protegida de Penang, Malaysia el cual recibe 1500 toneladas de residuos por día
obteniendo remociones de DQO del 60 al 80%.Sin embargo, este método puede dar lugar a sólo
mudanzas moderadas de DQO o COT de contenido, además de la presentación de una serie de
inconvenientes: ya que generan una cantidad excesiva de lodos y en ciertos casos dependiendo
del producto químico convencional que se utiliza ocasionan el aumento de las concentraciones de
aluminio o de hierro que pueden ser encontradas en el efluente resultante.
La coagulación-floculación por lo tanto se ha propuesto principalmente como método de
pretratamiento para la lixiviación fresca, o como un post-tratamiento de lixiviado parcialmente
estabilizado.
6.4.2
Adsorción.
La adsorción es la acumulación preferencial de una substancia en una fase liquida o gaseosa sobre
la superficie de un sólido. (Renou et al., 2009).
La adsorción en carbón activado de compuestos orgánicos en solución acuosa, se ha encontrado
como un eficiente proceso para remover numerosos compuestos orgánicos resistentes a la
biodegradación. Siendo actualmente el adsorbente usado con más frecuencia; esto se debe
principalmente a su estructura porosa ya que presenta gran área superficial en las paredes
laterales de los poros y la gran distribución del área disponible (Leyva et al., 1987).
Son extensos los estudios realizados para el tratamiento de lixiviados mediante adsorción con
carbón activado, como es el caso del relleno sanitario de Zoreda, España en donde el carbón
activado presentó las más altas capacidades de adsorción. Obteniendo valores de DQO para el
lixiviado tratado de 5 108 a 200 mgL-1. (Rodríguez et al, 2004). Además de que este tratamiento
resulta eficiente para la eliminación de metales en lixiviado en etapa metanogénica del 20 al 80%
35
Aluminio, Calcio, Cobre, Molibdeno, Níquel, Plomo y Zinc. (Modin et al., 2011) obteniendo una
mayor capacidad de adsorción en concentraciones de 50 g L-1 (Cotman y Zgajnar, 2010).
6.4.3
Reactor biológico secuencial
6.4.3.1
Aclimatación de tratamientos biológicos.
Varios autores coinciden que es necesaria la adaptación de los reactores biológicos secuenciales
ya que es preciso que el lodo con que se inocula el sistema se adapte a las condiciones y
características del lixiviado con el cual se alimenta. Además permite garantizar la óptima actividad
de la biomasa fijada. (Sirtori, 2010; Sandoval, 2009).
Sandoval (2009) al aplicar el tratamiento biológico de lixiviado para la eliminación de 4-Clorofenol
de un reactor secuencial discontinuo inoculado con lodos activados adaptó a los microorganismos
a las condiciones del medio aumentando paulatinamente la concentración del contaminante
basándose en el comportamiento del pH para definir la máxima cantidad de 4-Clorofenol que
podrían resistir los lodos activados en un lapso de tiempo de 3 semanas.
6.4.3.2
Parámetros medidos de un reactor aerobio discontinuo.
6.4.3.2.1
Tiempo de retención hidrológico (TRH).
El tiempo de retención hidráulica es el tiempo que el agua permanece en el reactor. Es uno de los
parámetros más importantes en el tratamiento de aguas residuales, en donde es necesario un
tiempo de retención óptimo que permita una máxima remoción de sólidos y materia orgánica. El
TRH varía de acuerdo a lo que se requiere remover y de acuerdo al proceso de lodos activado
seleccionado, por ejemplo: para un sistema de mezcla completa de 3-5 días, para remoción de
nitrógeno usando un reactor discontinuo de 20 a 30 días. (Metcalf y Eddy, 2003).
6.4.3.2.2
Tiempo de retención celular (TRC).
El tiempo de retención celular es el tiempo promedio durante el cual los lodos permanecen en el
sistema. Este parámetro es el más crítico en el diseño de los lodos activados porque afecta el
funcionamiento del proceso de tratamiento, tanque de aireación, producción de lodos y
requerimiento de oxígeno. El TRC varía de acuerdo con lo que se desea realizar: para remoción de
DBO5 se requiere de rangos de 3 – 5 días, para nitrificación un tiempo mayor a 8 días. También
varía con respecto a la variación de procesos de lodos activados como por ejemplo: estabilización
por contacto 5 – 10 d, aireación extendida de 20 – 40 días, entre otros (Metcalf y Eddy, 2003).
36
6.4.3.2.3
pH
El pH al igual que en todos los procesos químicos en los procesos biológicos juega un papel
primordial; ya que de este depende la subsistencia de los lodos activados en un sistema de este
tipo. Para un reactor biológico aireado este debe oscilar entre los 6.5 y 8.5. Esto para que los
microorganismos que consumen la materia tenga condiciones óptimas de desarrollo. (Metcalf y
Eddy, 2003)
6.4.3.2.4
Carga orgánica.
La carga orgánica puede ser superficial, volumétrica y másica y es la relación alimentomicroorganismo, esto es, la cantidad de alimento que le corresponde a cada microorganismo.
Juega un papel importante en un reactor biológico ya que de este depende el tiempo de
degradación del contaminante y la subsistencia de los microorganismos. (Metcalf y Eddy, 2003).
6.4.3.2.5
Temperatura.
La dependencia de la temperatura de tasa de reacción biológica es muy importante en la
determinación de la eficacia total de un proceso de tratamiento biológico. La temperatura no
solamente influencia las actividades metabólicas de la población microbiana, sino también
presenta efecto en otros factores como en la tasa de transferencia de gas y las características de
sedimentación de los sólidos biológicos. Las temperaturas de operación adecuadas para un
tratamiento biológico aerobio son las temperaturas ambientales (Metcalf y Eddy, 2003).
6.4.3.2.6
Oxígeno disuelto (OD).
El oxígeno debe ser suministrado para satisfacer las necesidades de los microorganismos. Por lo
general, esto se logra por la introducción de aire, aunque se puede emplear oxígeno puro. Existen
varias maneras de suministrar o distribuir el oxígeno en el tanque de aireación. La aireación en los
procesos de lodos activados tiene dos propósitos: suministro de oxígeno y mezclado (Rittmann y
McCarty, 2001).
El oxígeno es suministrado por: aireación por difusión o aireación mecánica. En el primer caso, el
aire es comprimido y bombeado a través de difusores colocados en el fondo del tanque de
aireación. Las burbujas de aire causan mezclado en el tanque, y al mismo tiempo, el oxígeno en las
burbujas es transferido al agua a través de procesos de transferencia de masa. En la aireación
mecánica, un mezclador mecánico agita la superficie del tanque de aireación, manteniendo los
flóculos en suspensión y generando gotas de agua en donde se lleva a cabo una rápida
37
transferencia de oxígeno del aire al agua (Metcalf y Eddy, 2003; Rittmann y McCarty, 2001;
Ramalho, 1993).
6.4.3
Oxidación Fenton
Los conocidos ensayos de Fenton de fines del siglo XIX demostraron que las soluciones de
peróxido de hidrógeno y sales ferrosas eran capaces de oxidar los ácidos tartárico y málico, y otros
compuestos orgánicos (Fenton, 1984). Más tarde, Haber y Weiss en 1993 sugirieron que se
formaba HO•, por la Reacción 1.
Fe2+ H2O2 → Fe3+ + HO- + HO•
Reacción 1
A pH menor a 3, la reacción es autocatalítica, ya que el Fe (III) descompone H2O2 en O2 y H2O a
través de un mecanismo en cadena (Pignatello et al., 1999; Safazadeh et al., 1996):
Fe3+ + H2O2 → Fe-OOH2+ + H+
Reacción 2
Procesos avanzados de oxidación para la eliminación de contaminantes
Fe-OOH2+ → HO2• + Fe2+
Reacción 3
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO- + HO•
Reacción 4
HO2• + Fe2+ → Fe3+ + HO2
Reacción 5
HO2• + Fe3+ → Fe2+ + O2 + H+
Reacción 6
HO• + H2O2 → H2O + HO2•
Reacción 7
El proceso es potencialmente útil para destruir contaminantes, ya que es muy efectivo para la
generación de HO•, pero un exceso de iones Fe+2, puede atraparlos junto a los halógenos, siendo
el mismo H2O2 el radical perhidroxilo (Hunter, 1997):
HO• + HO2• → O2 + H2O
Reacción 8
El proceso Fenton ha resultado efectivo para degradar compuestos alifáticos y aromáticos
clorados, policloruro de vinilos (PCB), nitroaromáticos, clorobenceno, fenoles, fenoles clorados,
octacloro-p-dioxina y formaldehído. Son muy pocos los compuestos que no pueden ser atacados
por este reactivo, entre ellos la acetona, el ácido acético, el ácido oxálico, las parafinas y los
compuestos organoclorados (Bigda, 1995. Se ha aplicado exitosamente el reactivo de Fenton en la
reducción de DQO de aguas municipales y subterráneas y en el tratamiento de lixiviados. Es útil
como pretratamiento de compuestos no biodegradables (Saferzadeh et al., 1996).
Las ventajas del método son varias:
38

El Fe(II) es abundante y no tóxico, el peróxido de hidrógeno es fácil de manejar y
ambientalmente benigno.

No se forman compuestos clorados como en otras técnicas oxidantes, y no existen
limitaciones de transferencia de masa por tratarse de un sistema homogéneo. El diseño de
reactores para la aplicación tecnológica es bastante sencillo (Bigda, 1995).
En contraposición:
 Requiere la adición continua y estequiometrica de Fe (II) y H2O2, es decir, necesita una alta
concentración de Fe. Sin embargo, debe tenerse en cuenta siempre que un exceso de Fe
(II) puede causar condiciones para el atrapamiento de HO•, como se ha mencionado, de
acuerdo con las reacciones
3+
2
HO2• + Fe → Fe + + O2 + H+
Reacción 9
HO• + H2O2 → H2O + HO2
Reacción 10
HO• + HO2• → O2 + H2O
Reacción 11
A pH mayor a 5 se genera Fe (III) particulado; si bien se generan así fangos que obligan a su
posterior gestión, es frecuente alcalinizar las aguas al final del proceso con el agregado simultáneo
de un floculante para eliminar el hierro remanente.
En el laboratorio, el agregado del metal se realiza tradicionalmente en forma de sales ferrosas
puras, pero en escalas mayores el uso de éstas se vuelve caro, y normalmente se utiliza
Fe2(NH4)2SO4, que contiene 20% de hierro activo. Los procesos de oxidación avanzada son
especialmente útiles como pretratamiento de un tratamiento biológico para contaminantes
resistentes a la biodegradación o como proceso de postratamiento para efectuar un pulido de las
aguas o lixiviado antes de la descarga a los cuerpos receptores (Scott y Ollis, 1995).
6.5 Descripción del Área de Estudio
El lugar donde se centró la presente investigación es el Relleno sanitario de la ciudad de
Chihuahua México, ubicado geográficamente a 200 m de la calle “Valle del Rosario” y 2 140 m del
kilómetro 6 de la carretera “Chihuahua-Aldama”, en terrenos expropiados al ejido Tabalaopa.
Situado a 3 km. al este de la ciudad de Chihuahua, separado el sitio respecto a la principal mancha
urbana por una barrera natural geográfica, conocida como Sierra de Nombre de Dios. En la base
del predio, se encuentran los cerros llamados Colorados, mientras que al norte, sur y este colinda
con las tierras de uso común pertenecientes al ejido Tabalaopa (ver colindancias en la Figura 4).
39
La ciudad cuenta con condiciones climáticas semiáridas. En esta región se caracterizan por largos
períodos cálidos interrumpidos por cortos períodos de lluvia, con fuertes tormentas ocasionales.
De 1995 a 2005 la zona sufrió una prolongada sequía. La precipitación media anual en el año 2009
fue de 340 mm (Burillo, et al, 2012)
El sitio se encuentra dividido en 2 secciones principales, la nombrada celda 1 que fue puesta en
operación junto con el relleno sanitario en 1993 y que recibió residuos durante los 10 años
siguientes y que a la fecha se
encuentra en proceso de clausura
y la celda 2 la cual inició funciones
en 2010 en sustitución de la celda
1 y que a la fecha continua
operando de la cual se ha utilizado
aproximadamente un 80% de su
capacidad.
El modo de operación de este
Figura 4 Imagen satelital que muestra las colindancias y la localización del relleno
sitio, que cabe señalar no cumple
sanitario de la Cd. de Chihuahua (Fuente: Google earth, 2013)
con todas los requisitos de ley,
combina tecnologías del método de trinchera o “zanja” con el método de área, a partir de 1993
recibe todo tipo de residuos sólidos provenientes de complejos urbanos, comerciales y algunos
industriales. Los cuales contienen en menor proporción residuos peligrosos generados en los
hogares, la caracterización de los residuos domésticos del estado de Chihuahua realizada en 2007
revela que 2.83% de los desechos producidos son clasificados como peligrosos (Sandoval et al.,
2007). Además existe la evidencia publicada por el Departamento de Ecología de la administración
2001 al 2004, que en los primero años el relleno sanitario recibió desechos hospitalarios
considerados por la NOM-052-SEMARNAT-2005 como residuos peligrosos biológico infecciosos en
una proporción de 4 toneladas por día. Hasta antes del 2003 en que fuera puesta en vigor la NOM083-SEMARNAT-1996 no existió un control de los residuos tanto de manejo especial como
peligrosos que se dispusieron en el relleno sanitario; mismos que hasta el momento forman parte
de la composición de contaminantes del lixiviado.
El agua potable utilizada en la ciudad de Chihuahua por ser una zona árida, proviene escasamente
de fuentes de aprovechamiento superficial y en su mayoría pozos profundos. Los cuales según el
40
Instituto Nacional para el Federalismo y el Desarrollo Municipal en 2009 se alimentan de una
insuficiente precipitación pluvial de 470 mm anuales.
La extracción de agua de la ciudad se concentra en siete baterías principales, ordenadas por grado
de importancia: El Sauz, Tabalaopa, Aldama, Ojos del Chuvíscar, Sacramento Norte, Sacramento
Viejo y Mancha Urbana. El 95.67% del volumen de agua potable de la ciudad proviene de los pozos
y el otro 4.33% del total del agua consumida es de la presa Chihuahua. (Instituto Nacional para el
Federalismo y el Desarrollo Municipal, 2009). Siendo el manto acuífero de Tabalaopa el de interés
para el presente estudio ya que se presume que pasa bajo del relleno sanitario de esta ciudad. Del
cual se extraen 65.6 hm3 provenientes de 148 aprovechamientos.
Estudios litográficos practicados en la zona de construcción del relleno sanitario reportados por
Huesca et al en 2002 arrojan que es una escasa capa de arcilla de aproximadamente 0.50m la que
sirve como sello de suelo, por lo cual existe la posibilidad de que si los lixiviados llegaran a
atravesar esta capa, no tendrían ninguna dificultad para llegar a una profundidad de 100m donde
se encuentra una capa de material impermeable que presenta fracturas en su conformación, lo
que incrementa el riesgo de contaminación.
Presentándose en la Figura 5 las corrientes hidrológicas superficies y subterráneas del relleno
sanitario, mismas que forman parte del manto acuífero Tabalaopa- Aldama. Dichas corrientes
pudiesen ser contaminadas con lixiviado .
Figura 5:Corrientes hidrológicas presentes en el relleno
sanitario (SIATL,2013)
41
Aunado a estas características de construcción, el tratamiento que en la actualidad se le realiza al
lixiviado del relleno sanitario de esta localidad es la reducción de volumen mediante una laguna de
evaporación ubicada en la parte superior de la celda 1, la cual está siendo insuficiente para la
acumulación de lixiviado que fue generado por la celda 1 y el de la celda 2 que se produce en la
actualidad
Según datos proporcionados por las autoridades municipales encargadas de la operación del
relleno, el volumen generado de lixiviados de la celda 2 en la actualidad es aproximado a 30m3por
día mismos que son depositados en la laguna de evaporación donde se realiza la concentración o
reducción en volumen de lixiviado y su posterior degradación mediante procesos lentos y poco
eficientes de degradación.
Por otra parte, como consecuencia de visitas al Relleno sanitario de la Ciudad de Chihuahua se
observó que este no opera de acuerdo a las condiciones instauradas por la NOM-083 de
SEMARNAT-2003. Percibiendo, como se muestra en Figura 6, que el relleno desde hace tiempo, no
cuenta con la cubierta mínima diaria que esta norma demanda. Esto es, el relleno se encuentra
operando como tiradero a cielo abierto. Lo cual propicia en condiciones extremas la ignición
espontanea de los residuos, además de la fácil percolación del agua de lluvia. Lo que contribuye el
arrastre de mayor cantidad de contaminantes en el lixiviado.
Figura 6:Situación actual del Relleno Sanitario de Cd.
Chihuahua
Por esta situación es importante la caracterización y el desarrollo de tecnología de tratamiento
para el lixiviado generado en el relleno sanitario de la ciudad de Chihuahua, que contribuya en la
mitigación de contaminación de mantos acuíferos superficiales y subterráneos. Así mismo la
remediación de posibles suelos considerados como sitios contaminados.
42
Por ello anteriormente se han realizado investigaciones para caracterizar los lixiviados producidos
en este relleno sanitario obteniendo los resultados presentados en la Tabla 3.
Tabla 3: Caracterización de lixiviados de Relleno Sanitario de Cd. Chihuahua 2002-2010
Parámetro
DQO
Chávez,
Lozoya,
Huesca,
Unidades
2010
2004
2002
-1
23162.95
19880
NM
-1
mgL
DBO
mgL
955
NM
NM
N Kjeldahl
mgL-1
2275.56
NM
NM
0.04
NM
NM
gL-1
36.85
437.55
NM
-1
36.69
762.6
NM
8.11
7.83
NM
41.63
30.3
NM
Relación DBO/DQO
ST
SDT
gL
pH
-1
Conductividad
mSm
Grasas y Aceites
gL-1
NM
NM
NM
Aluminio
mgL-1
11.43
NM
NM
Arsénico
-1
μg L
0.11
0.128
0.045
Bario
mgL-1
1.65
NM
NM
-1
NM
NM
NM
-1
Berilio
mgL
Calcio
mgL
159.67
33.12
124.4
Cadmio
mgL-1
ND
0.08
0.012
Cromo
-1
3.09
ND
<0.05
Cobre
-1
mgL
0.41
0.435
0.215
Fierro
mgL-1
Mercurio
mgL
5.09
25
27.39
-1
18.46
0.025
0.227
-1
μg L
Manganeso
mgL
1.01
NM
NM
Níquel
mgL-1
0.8
2.81
0.214
Plomo
-1
mgL
NM
0.83
0.314
Selenio
μg L-1
2.36
NM
NM
-1
NM
NM
NM
Vanadio
-1
mgL
NM
NM
NM
Zinc
mgL-1
1.89
5.98
3.408
Talio
mgL
NM= No medido, ND= No detectado
43
6.6 Normatividad aplicada.
6.6.1
NOM- 001- SEMARNAT-1996.(Modificación 2000)
Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas
residuales en el agua y bienes nacionales y cuyos límites se especifican en Tabla 4.
Tabla 4 Límites máximos permisibles para contaminantes básicos
Parámetro en (mgL-1, a menos que se indique)
Temperatur
Grasa
Materi
Sólidos
Sólidos
Demand
Nitrógen
Fosfor
a °C
sy
a
Sedimentabl
Suspendid
a
o Total
o Total
aceite
Flotant
es (ml/L)
os Totales
Química
s
e
de
Oxigeno
Ríos
Uso en
P.M
riego
.
N.A.
15
1
150
150
40
20
agrícola
P.D.
N.A.
25
2
200
200
60
30
Uso
P.M
40
15
1
75
75
40
20
.
P.D.
40
25
2
125
150
60
30
Protecció
P.M
40
15
1
40
30
15
5
n de vida
.
acuática
P.D.
40
25
2
60
60
25
10
Embalses
Uso en
P.M
40
15
1
75
75
40
20
Naturale
riego
.
sy
agrícola
P.D.
40
25
2
125
150
60
30
artificiale
público.
s
Uso
P.M
40
15
1
40
30
15
N.A.
público
.
Urbano
P.D.
40
25
2
60
60
25
N.A.
Explotació
P.M
40
15
1
150
150
N.A.
N.A.
Ausente
público
Urbano
Embalses
Naturale
sy
artificiale
s
Aguas
Costeras
n
.
pesquera,
P.D.
40
25
2
200
200
N.A.
N.A.
Recreació
P.M
40
15
1
75
75
15
5
n
.
navegació
n y otros
usos
44
Tabla 4 Límites máximos permisibles para contaminantes básicos
Parámetro en (mgL-1, a menos que se indique)
Temperatur
Grasa
Materi
Sólidos
Sólidos
Demand
Nitrógen
Fosfor
a °C
sy
a
Sedimentabl
Suspendid
a
o Total
o Total
aceite
Flotant
es (ml/L)
os Totales
Química
s
e
de
Oxigeno
Suelo
Estuarios
P.D.
40
25
2
125
150
25
10
Uso en
P.M
N.A.
15
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
riego
.
agrícola
P.D.
N.A.
25
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
Humedale
P.M
40
15
1
75
75
N.A.
N.A.
40
25
2
125
150
N.A.
N.A.
s
.
Naturales
P.D.
P.M.= Periodo Mensual, P.D.= Periodo diario, N.A.= No aplica
6.6.2
NOM-004-SEMARNAT-2002 y NORMA 503 EPA.
Concerniente a protección ambiental, lodos y biosólidos. Especificaciones y límites máximos
permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final. La cual clasifica a los
lodos activados en tipo: excelente y bueno en función de su contenido de metales pesados y 3
clases: A, B y C en función de su contenido de patógenos y parásitos. Cuyos límites máximos de
metales se presentan en la Tabla 5.
Tabla 5: Límites máximos permisibles de metales pesados en biosólidos
EPA 1996
-1
Contaminante
-1
Excelente (mg kg )
en base seca
-1
Bueno (mg kg )
Bueno (mg kg )
en base seca
en base seca
Arsénico
41
75
75
Cadmio
39
85
85
Cromo
1200
3000
3000
Cobre
1500
4300
4300
Plomo
300
840
840
Mercurio
17
57
57
Níquel
420
420
420
Zinc
2800
7500
7500
45
Dependiendo del tipo de biosólidos que se obtienen se determina el uso posterior que se le puede
dar tal como se muestra en la Tabla 6. Tomando en cuenta las altas concentraciones de metales no
normados para evitar la salinización de suelos, principalmente cuando son de uso agrícola y
forestal. Sin embargo unos metales son utilizados para desplazar a otros y cambiar las condiciones
alcalinas de suelo a acidas, condiciones que favorecen la absorción de nitrógeno por las plantas y
su correcto desarrollo. (Bermejo, 2011).
Tabla 6: Aprovechamiento de Biosólidos
Tipo
Clase
A
Excelente
Excelente o bueno
Excelente o bueno
6.6.2
B
C
Aprovechamiento

Usos urbanos con contacto púbico directo durante su aplicación

Los establecidos para B y C

Usos urbanos sin contacto publico directo durante su aplicación

Los establecidos para C

Usos Forestales

Mejoramiento de suelo o uso agrícola
NOM-127-SSA-1994.
La Norma Oficial Mexicana 127 de la Secretaria de Salud establece la concentración máxima de
contaminantes en agua potable, de la cual se extrajo la concentración de metales normado y se
presentan en la Tabla 2.
VII.
METODOLOGÍA
7.1 GENERALIDADES
El estudio de tesis se dividió en los siguientes pasos:
PASO 1. Se realizaron muestreos de lixiviado en el relleno sanitario de la ciudad de Chihuahua, a lo
largo de varios periodos de tiempo.
PASO 2. Después de cada muestreo se caracterizó el lixiviado y se estudió la variación en la
composición de los lixiviados, comparando la caracterización actual con caracterizaciones
realizadas con anterioridad.
PASO 3. Se Inició con la aplicación de métodos para constituir un tren de tratamiento mediante la
aplicación de métodos fisicoquímicos y biológicos. De la siguiente forma:
46
Etapa 1: Se realizaron dos coagulaciones consecutivas a partir de un coagulante
inorgánico ya que en muchos casos ha sido utilizado como vía de eliminación de
compuestos orgánicos no biodegradables en lixiviados.
Etapa 2: Posteriormente se aplicó una adsorción mediante carbón activado el cual
ha sido utilizado como tratamiento efectivo para la remoción de compuestos
orgánicos recalcitrantes; para de esta forma refinar la carga de contaminantes y
disminuirlos a la mínima concentración posible.
Etapa 3: Se diseñó un reactor biológico discontinuo. El cual se aclimato a diferentes
concentraciones del lixiviado con agua residual sintética. El lixiviado se alimentó
primero de forma cruda, luego se alimentó del resultante de la etapa 2 Etapa
planteada para la remoción de DQO y nutrientes.
Etapa 4: Por último un tratamiento por proceso de oxidación avanzada, el llamado,
Fenton para eliminar contaminantes persistentes de las etapas anteriores y lodos
activados remanentes. Además de reducir el consumo de reactivos y manipular las
condiciones de pH.
Como se esquematiza en la Figura 7
Dilución
Coagulación/floculación/
sedimentación.
Adsorción
Reactor
Biológico
Oxidación
Fentón
Figura 7 Tren de tratamiento propuesto
7.2 DISEÑO DEL MUESTREO Y TOMA DE MUESTRA.
Se tomó muestra de lixiviado en diferentes períodos de tiempo: Marzo 2012 y Marzo y Mayo de
2013 en el relleno sanitario de la Ciudad de Chihuahua, México.
47
Para la caracterización se tomaron muestras del lixiviado del relleno sanitario en los puntos
mostrados en la Tabla 7.
Tabla 7: Ubicación de puntos de muestreo de lixiviado celda 1.
Punto de muestreo
Ubicación
Lugar
PM1
Latitud 28°42.166’ N y Longitud 106°02.334’ O
Canaleta de afloramiento inferior de celda 1
PM2
Canaleta de afloramiento superior de celda 1
PM3
Fosa de evaporación del relleno sanitario.
No obstante, al encontrarse en la zona de muestreo se percató de la existencia de lixiviado
generado por la celda 2. Mismo que es depositado en la laguna de evaporación de celda 1 como se
muestra en la Figura 8, sitio al cual pertenece el PM3
Figura 8: Vertido de lixiviado de celda 2 a la laguna de evaporación.
Es por ello que en una segunda etapa se procedió a la caracterización de la celda 2 en sus puntos
de afloramiento descritos en la Tabla 8
Tabla 8: Ubicación de Puntos de muestreo de lixiviado celda 2
Punto de muestreo
Ubicación
Lugar
PM1
Punto de Afloramiento inferior de celda 2
PM2
Punto de afloramiento medio de celda 2
PM3
Punto de afloramiento externo de celda 2
48
Las muestras recolectadas fueron preservadas de la forma siguiente:

Cianuros Totales y Sulfuros Totales: Se llevó pH >9 mediante adición de hidróxido de
sodio (NaOH) 10N, y Na2S2O3 2N.

Metales: Se llevó pH<2 mediante la adición de ácido nítrico (HNO3) concentrado.

Nitrógeno Total y DQO: Se llevó pH<2 mediante adición de ácido sulfúrico (H2SO4)
concentrado.

DBO, Conductividad, pH, ST, SDT y OD: Mantener en condiciones originales.
Todas las muestras preservadas fueron almacenadas en refrigeración a 4°C hasta su análisis.
7.3 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL LIXIVIADO
7.3.1
Determinación de pH, conductividad y oxígeno disuelto.
Estas técnicas se realizaron mediante métodos de potenciómetricos, basados en la norma
mexicana vigente de la siguiente forma:

Para el pH se realizó por la NMX-AA-008-SFCI-2000, mediante un medidor de mesa pH/MV
marca Thermo Electron modelo Orion 3-star plus benchtop,

Para conductividad por la NMX-AA-093-SCFI-2000 con un equipo marca Oakton modelo
CON 510

Para oxígeno disuelto mediante la NMX-AA-012-1980 mediante ion selectivo en un equipo
multiparamétrico. Marca Thermo Scientific Orion modelo Star A329
7.3.2
Determinación de Cianuros Totales.
La determinación de cianuros se realizó mediante la normatividad EPA, con el método 9010, el
cual consiste en realizar una destilación con reflujo extrayendo los cianuros en forma de ácido
cianhídrico (HCN) mediante ácidos fuertes como el ácido sulfúrico (H2SO4) y capturando los
vapores mediante el burbujeo en una solución alcalina como el hidróxido de sodio (NaOH) como
se muestra en la Figura 9. El procedimiento consiste en adicionar una cantidad de muestra
preservada a 4 °C y pH > 9 por un lapso no mayor a 7 días, dentro del matraz perteneciente al
49
equipo de destilación. Adicionar 50 ml de ácido sulfúrico (H2SO4) 18N y 20ml de cloruro de
magnesio (MgCl2) y dejar hervir durante 60 minutos.
Adicionar 50mL de hidróxido de sodio (NaOH) 1.25N a un depurador y conectar al equipo de
destilación, propiciar el burbujeo, el cual deberá ser de 2 burbujas por segundo proporcionado por
una bomba peristáltica.
Figura 9: Equipo de destilación de cianuros
7.3.3
Determinación Sulfuros Totales.
La determinación de sulfuros totales fue realizada por el método EPA 9034 – 1996 en el cual se
establecen los procedimientos para la determinación de concentración de sulfuros en muestras
que contengan de 0.2 a 50 mg kg-1. Consistente en extraer los sulfuros mediante una destilación
ácida y atraparlos en depurador de acetato de zinc como precipitado de sulfuro de zinc. El sulfuro
se oxida a azufre mediante la adición de exceso de yodo. Dicho exceso se determina mediante
pruebas titulométricas con una solución de tiosulfato de sodio (Na2S2O3) utilizando como indicador
el almidón.
Para la extracción se colocó un volumen de 100 ml de muestra en un matraz de 3 cuellos y se llevó
a un volumen de 200mL mediante la adición de agua desionizada. El matraz es conectado por un
cuello a un embudo donde se adicionaron 53 mL de ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado, por otro
al suministro de nitrógeno (N2) por medio de un difusor de piedra porosa; y finalmente por el
tercer cuello al depurador donde se adicionaron 10 mL de acetato de zinc (Zn (O2CCH3)2), 5 mL de
formaldehido (CH2O) y 100 mL de agua desionizada. Producto de la experimentación se optó por
que el depurador fuese sumergido en hielo y la parrilla de calentamiento se estabilizara en 70 °C y
agitación de 125 rpm ya que así obtuvo mayor eficiencia en la recuperación del sulfuro. Alcanzada
50
la temperatura de 70 °C se comenzó el goteo de ácido sulfúrico (H2SO4) y se dejó reaccionar por 90
minutos como se observa en la Figura 10
Se extrajo la solución resultante en el depurador y se le agregó una cantidad necesaria de yodo
hasta que el color amarillo ámbar permaneció, esta nueva solución fue titulada con tiosulfato de
sodio (Na2S2O3) 0.025N previamente estandarizado.
Figura 10: Equipo de extracción de sulfuros
7.3.4
Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS
La determinación de DQO se realizó mediante la técnica propuesta por HACH basado en el método
EPA 8000, a través de viales de digestión de un rango de 20-1500mgL-1 al cual se les añaden 2ml de
muestra homogenizada con los reactivos de reacción.
Esta agitación se realiza mediante un movimiento oscilatorio en 10 repeticiones, posterior a esto
se llevaron a digestión por 2 horas a 150°C en un digestor COD Reactor marca HACH, se esperó a
que alcanzaran temperatura ambiente y se procedió a la determinación colorimétrica. Descrita a
continuación.
Determinación colorimétrica. Se utilizó un espectrofotómetro UV-Vis marca HACH modelo
DR/4000 empleando el programa HACH 2720 DQO 1500 mgL-1 con una longitud de onda de 620
nm.
Se elaboró una curva de calibración mediante viales digeridos con la adición de una solución
estándar marca HACH de 1000mgL-1 cuyo certificado de análisis se presenta en el ANEXO A
CERTIFCADO DE ANALISIS DE ESTANDAR DE DQOen diluciones de 10, 25, 50, 75, 100, 150 y 200
mgL-1.
51
Es preciso mencionar que en la determinación de muestras fue necesario realizar diluciones para
ajustar la concentración a la curva definida.
7.3.5
Determinación de ST y SDT
La determinación de Solidos Totales y Solidos Disueltos Totales se realizó en el Laboratorio de
Calidad del Agua de CIMAV. Mediante el método descrito en la norma NMX-AA-034-SCFI-2001. La
cual establece la técnica a seguir para la determinación de estos parámetros en aguas naturales y
residuales.
7.3.6
Determinación de DBO5 y NT
Estos parámetros se determinaron en el Laboratorio de Análisis de Agua y Alimentos de la
Universidad Autónoma de Chihuahua en la Facultad de Ciencias Químicas, con base a la norma
NMX-AA-028-SCFI-2001 para la determinación de DBO5 en aguas naturales, residuales y residuales
tratadas; y a la norma NMX-AA-099-SCFI-2006 para la determinación de nitrógeno en aguas
naturales y residuales.
7.3.7
Determinación de Metales
Los metales analizados fueron determinados por un Espectrofotómetro de Absorción atómica
(AAS) marca GBC modelo Avanta Σ mediante el método de la EPA 7000B Flame Atomic Absorption
Spectrophotometry. La selección de los metales a cuantificar estuvo basada en estudios anteriores
de determinación multielemental por ICP-OES para 27 elementos, los cuales incluyen entre otros,
Arsénico, Aluminio, Bario, Berilio, Calcio, Cromo, Cadmio, Cobre, Fierro, Magnesio, Manganeso,
Níquel, Plata, Silicio, Selenio, Estroncio, Titanio, Talio, Vanadio y Zinc de los cuales fueron
detectados en concentraciones todos con excepción de Estroncio, Silicio, Titanio y Magnesio.
Incluyendo así los metales que establece la NOM-147-SEMARNAT vigente como elementos
normados con excepción de plata ya que esta no fue detectada en el análisis multielemental. Estos
elementos fueron determinados de la forma mostrada en la Figura 11.
52
Aire- Acetileno
Zn, Cd, Cu, Fe, Ni,
Pb , Tl
NO2- Acetileno
Al, As, Ba, Be, Ca,
Cr, V
Por Flama
Se
Vapor Frío
Hg
Por Flama
Espectroscopia de absorción
Atomica
Generador de
HIdruros
Figura 11: Métodos determinación de metales
7.4 TRATAMIENTO DE LIXIVIADO.
7.4.1
Etapa I: Coagulación –Floculación/ Sedimentación.
Para esta etapa se empleó coagulante inorgánico POLY + CAT N901 del cual sus especificaciones se
presentan en el ANEXO B HOJA ESPECIFICACIÓN DE COAGULANTE POLY-CAT N 901 CF. Se preparó
una dilución pesando en una balanza 200g del coagulante y diluyéndolo a 1L. La adición de
coagulante se realizó mediante el Método ASTM D 2035 – 80 Standard Practice for CoagulationFlocculation Jar Test of Water en 2 fases. Se colocaron 2L de lixiviado en cada jarra, se adicionó la
dosis mostrada dependiendo de la fase que se estaba ejecutando en base a la ¡Error! No se
ncuentra el origen de la referencia. y se colocó en un equipo convencional de prueba de jarras
marca Phipps y Bird modelo PB-700 para 6 jarras en el cual se mantuvo el pH de origen y una
agitación de 120 rpm por un minuto, seguido de 20 min a 20 rpm y finalmente 30 min en reposo
total con la finalidad de permitir la sedimentación del floculo. Como se ilustra en la Figura 12.
Tabla 9: Dosis de Coagulante POLY-CAT-N901-CF
Fase
Primera Fase
-1
Dosis (mgL ) Fase
8
Segunda Fase
-1
Dosis (mgL )
10
El líquido sobrenadante fue extraído y llevado a la siguiente fase o siguiente etapa según fuese el
caso. Se extrajo una alícuota para determinación de DQO y metales en el sobrenadante final y el
resto se pasó a la siguiente etapa. Como se describe en 7.3.4 Determinación de DQO por
espectroscopia UV-VIS y 7.3.7 Determinación de Metales
53
Figura 12: Lixiviado en tratamiento de coagulación floculación
Se trató de obtener una cantidad suficiente para garantizar el volumen requerido para las
siguientes etapas de tratamiento
7.4.2
Etapa II: Adsorción.
Esta etapa consistió en tomar el producto obtenido de la etapa 1, para el cual se utilizó carbón
activado marca CA CAGR del cual se definen sus características en ANEXO C HOJA DE
ESPECIFICACIÓN DE CARBÓN ACTIVADO CARG 8X30 en una dosis de 50gL-1 el cual se puso en
agitación continua a 60 rpm por 8 horas en parrillas de agitación, concluido el tiempo de agitación
se dejó reposar como se muestra en Figura 13, haciéndose pasar con la ayuda de vacío por una
tela de fieltro de tamaño de poro entre 60 y 140 µm, seguida por un filtro con retención de
partículas de entre 12 y 15 µm. Se tomó una alícuota para determinación de DQO y metales como
se describe en 7.3.4 Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS y 7.3.7 Determinación de
Metales respectivamente El resto se pasó a la siguiente etapa.
Figura 13: Lixiviado en tratamiento con carbón activado
54
7.4.3
Dilución y aclimatación
Debido a que el lixiviado aun presenta concentraciones muy altas de contaminantes fue necesario
diluirlo, utilizando agua residual sintética (ARS) para evitar alteraciones en la composición química
y biológica.
Encontrando viable la mezcla propuesta por Holler y Trösh en 2001 en las concentraciones
mostradas en la Tabla 10 ya que los reactivos que utilizan son de fácil adquisición. La
concentración de lixiviado en ARS; fue aumentando paulatinamente. Con la finalidad de aclimatar
el reactor a las condiciones de este contaminante.
Tabla 10: Composición media del agua residual sintética
Compuesto
mgL
-1
Dextrosa monohidratada (C6H12O6)
446.107
Extracto de levadura
237.725
Urea(CH4N2O)
129.670
Fosfato dibásico de potasio (K2HPO4)
121.025
Cloruro de Sodio (NaCl)
15.130
Cloruro de Calcio monohidratado (CaCl2  H2O)
8.645
Sulfato de Magnesio hetahidratado (MgSO4  7H2O)
4.322
La dilución de lixiviado en agua residual se modificó dependiendo de la adaptación del reactor con
el lixiviado de la etapa anterior, iniciando en 3% seguido por diluciones de 5,8 y 10%.
7.4.4
Etapa III: Reactor biológico discontinuo (SBR)
El llamado reactor biológico fue diseñado y construido en el taller de CIMAV a partir de piezas
reutilizadas de proyectos anteriores desarrollados en el centro.
Este fue inoculado con una mezcla de 50% lodo y agua residual doméstica, proveniente de la
planta de tratamiento de agua residual norte de la ciudad de Chihuahua. En un volumen de
operación de 20 litros, de los cuales se extrajeron 5 litros al día, mismos que fueron repuestos por
una nueva solución de alimentación. El reactor fue operado 13 horas en fase aerobia y 11 horas en
fase anaerobia controlado con un temporizador de 24 horas de encendido y apagado automático;
para propiciar que ambos tipos de bacterias consuman la materia presente en el lixiviado y
eliminen los contaminantes presentes.
55
Se midieron diariamente parámetros de OD y pH como se describe en Determinación de pH,
conductividad y oxígeno disuelto.7.3.1 Determinación de pH, conductividad y oxígeno disuelto. y
DQO como se enuncia en 7.3.4 Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS.
En lo que respecta a DBO5, NT y metales se midieron en afluente, efluente y reactor como se
describe en y 7.3.6 Determinación de DBO5 y NT y 7.3.7 Determinación de Metales.
Finalmente se caracterizaron los metales en los biosólidos obtenidos durante la operación del
reactor para determinar la concentración presente y su correcta disposición final. Tal como se
establece en 7.3.7 Determinación de Metales.
7.4.5
Etapa IV: Oxidación Química.
Se utilizó una relación molar H2O2/Fe+2=1.5. Los experimentos de oxidación Fenton se llevaron a
cabo a temperatura ambiente (25°C) y presión atmosférica (877 hPa) en una parrilla de
calentamiento y agitación magnética marca Corning modelo 45600 con monitoreo de pH
constante por medio de un medidor de mesa pH/MV marca Thermo Electron modelo Orion 3-star
plus benchtop, el pH fue ajustado a 3 usando una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) 2M. Esta fue
preparada a partir de ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado marca J.T. Baker al 97.7%. La dosis de
Fe+2 fue alcanzada mediante la adición de18.39g de sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4•7H2O)
marca J.T. Baker grado reactivo analítico, enseguida se adicionan 10 ml de una solución de
peróxido de hidrógeno (H2O2) al 30% (p/v) en un solo paso en 500 mL de lixiviado. La agitación se
mantuvo durante 2 horas, al paso de este tiempo se llevó la reacción a un pH > 6 mediante la
adición de una solución de hidróxido de sodio (NaOH) 2M, para detener la reacción ocurrida a
partir de NaOH la agitación se detuvo y se permitió que el hierro oxidado como Hidróxido de
Fierro (Fe (OH)3), precipitara como se muestra en la Figura 14. El líquido sobrenadante fue
separado y una muestra fue tomada para la determinación de DQO y metales como se describe en
7.3.4 Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS y 7.3.7Determinación de Metales
respectivamente.
56
Figura 14: Lixiviado en tratamiento oxidación química
57
VIII.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
En esta sección se presentan los resultados obtenidos en la presente investigación. Iniciando con
la caracterización seguido de la evaluación de los efectos y eficiencia del tren de tratamiento.
8.1 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL LIXIVIADO
Se realizó la caracterización de la Celda 1 que se encuentra en proceso de clausura y de la Celda 2
que al momento está operando. Obteniendo como resultados los mostrados en la Tabla 11
Tabla 11: Caracterización Relleno Sanitario Cd. Chihuahua
Concentración promedio
CELDA 1
Parámetro
DQO
DBO
Nitrógeno Total
Unidades
mgL
-1
mgL
-1
mgL
-1
Norma
PM1
PM2
PM3
PM1
PM2
PM3
14676
33568
11925
23360
12986
14024
150
324
486
1668
1002
1350
1086
40
1456
3405
1710
1387
1352
1560
0.02
0.01
0.14
0.04
0.1
0.1
27.3
54.1
23.3
45.9
21.5
20.9
26.7
53.6
23.1
45.2
20.8
20.5
8.090
8.170
8.010
8.245
7.851
8.375
19.8
21.6
23.0
31.2
22.4
23.0
1
ND
ND
ND
ND
ND
ND
15
103
196
781
14.63
13.01
11.16
ND
ND
ND
ND
ND
ND
5.55
11.14
1.74
2.5
1.67
1.44
ND
ND
ND
ND
1.49
ND
2.79
2.9
1.67
3.07
1.87
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
287.4
172.3
168.4
128.5
161.85
125.9
0.2
ND
ND
ND
ND
ND
ND
1
4.15
ND
2.02
2.2
1.52
1.53
0.4
0.23
0.31
0.12
0.11
0.86
0.14
30.6
98.81
12.41
32.86
17.89
8.63
ND
ND
ND
2.27
1.67
1.46
Relación DBO/DQO
ST
SDT
gL
-1
gL
-1
pH
Conductividad
mSm
-1
mgL
-1
mgL
-1
mgL
-1
Aluminio
mgL
-1
Arsénico **
mgL
-1
mgL
-1
Berilio
mgL
-1
Calcio
mgL
-1
Cadmio
mgL
-1
mgL
-1
mgL
-1
Fierro
mgL
-1
Mercurio *
μgL
Cianuros totales
Grasas y Aceites
Sulfuros totales
Bario
Cromo
Cobre
-
CELDA 2
0.2
10
58
Tabla 11: Caracterización Relleno Sanitario Cd. Chihuahua
Concentración promedio
CELDA 1
Parámetro
Unidades
Norma
CELDA 2
PM1
PM2
PM3
PM1
PM2
PM3
2.97
0.86
1.2
1.0
1.09
0.86
mgL
-1
Níquel
mgL
-1
2
ND
1.01
ND
2.37
1.05
0.67
Plomo
mgL
-1
0.5
0.1
0.2
0.1
ND
ND
ND
Selenio *
μgL
1.12
0.51
1
1.87
1.18
1.6
ND
ND
ND
ND
ND
ND
1.00
1.00
ND
1.06
ND
ND
1.52
2.74
ND
2.83
2.9
1.02
Manganeso
-1
mgL
-1
Vanadio
mgL
-1
Zinc
mgL
-1
Talio

8.1.1
10
*Cuantificado por EEA -HG
** Cuantificado por EEA
Características fisicoquímicas de Celda 1
Para la celda 1, se obtuvo una relación DBO/DQO promedio de 0.015, que comparado con Qarani
et al. (2010) se trata de un lixiviado maduro que a su vez Tchobanoglous (1998) lo clasifica en la
etapa de metanogénesis por el valor promedio de DQO que presenta el cual se cuantificó
aproxima a 20 000 mgL-1.
Como se observa en Tabla 11, la concentración de grasas y aceites en lixiviado es superior a la
norma y a otros lixiviados como el de la ciudad de Mérida estudiado en 2009 el cual presenta
concentraciones de 29mgL-1 mientras que el de este caso de estudio exhibe una concentración
media de 360mgL-1 (Méndez et al., 2009)
Los resultados de DQO, NT, sólidos totales, solidos disueltos y metales (con excepción de Fierro y
Aluminio) concuerdan con los obtenidos en caracterizaciones anteriores y más aun con los
determinados por Chávez (2010) en el lixiviado de la ciudad de Chihuahua en esta celda. Como se
muestra en la Tabla 12 observándose que el lixiviado no ha presentado cambios significativos en el
periodo 2002-2013. En lo referente al DBO5 de este estudio, se ve reducida como consecuencia de
la degradación biológica que se ha dado en los últimos años y del envejecimiento paulatino de los
residuos en la celda.
59
Tabla 12: Comparación de lixiviado de la Ciudad de Chihuahua en el tiempo
Parámetro
Unidades
Este estudio,
2010
2013
a
2004
b
2002
c
Desviación
estándar
DQO
mgL
-1
DBO
mgL
-1
826
955
NM
NM
±91.22
mgL
-1
2190.6
2275.56
NM
NM
±60.08
0.06
0.04
NM
NM
±0.01
N Kjeldahl
Relación DBO/DQO
20057
23162.95
19880
NM
±1846.44
gL
-1
34.87
36.85
437.55
NM
±231.92
gL
-1
34.45
36.69
762.6
NM
±419.75
8.09
8.11
7.83
NM
±0.16
21.45
41.63
30.3
NM
±10.12
360
NM
NM
NM
-
-1
6.14
11.43
NM
NM
±3.74
-1
ND
0.11
0.045
±0.01
mgL
-1
2.45
1.65
NM
NM
±0.57
Berilio
mgL
-1
ND
NM
NM
NM
-
Calcio
mgL
-1
209.38
159.67
33.12
124.4
-
mgL
-1
ND
ND
0.08
0.012
-
Cromo
mgL
-1
3.09
3.09
ND
<0.05
0.00
Cobre
mgL
-1
0.22
0.41
0.435
0.215
±0.12
mgL
-1
47.27
5.09
25
27.39
±21.10
-1
0.91
18.46
0.025
0.227
±10.40
mgL
-1
1.68
1.01
NM
NM
±0.47
mgL
-1
0.66
0.8
2.81
0.214
±1.20
mgL
-1
0.12
NM
0.83
0.314
±0.50
-1
0.88
2.36
NM
NM
±1.05
ND
NM
NM
NM
-
0.89
NM
NM
NM
-
1.89
5.98
3.408
±2.42
Sólidos Totales
Sólidos Disueltos Totales
pH
Conductividad
mSm
Grasas y Aceites
gL
Aluminio
mgL
Arsénico
Bario
Cadmio
Fierro
Mercurio
Manganeso
Níquel
Plomo
Selenio
-1
-1
μg L
μg L
μg L
Talio
mgL
-1
Vanadio
mgL
-1
mgL
-1
Zinc
1.68
a
b
0.128
c
NM= No medido, ND= No detectado; Extraído de Chávez, 2010; Extraído de Lozoya, 2004; Extraído de Huesca, 2002.
8.1.2
Características fisicoquímicas de celda 2
La concentración de contaminantes de celda 2 difiere de la celda 1. Se obtiene la concentración de
DQO promedio en 16 790 mg L-1, valor inferior al de celda 1. La relación DBO5/DQO media es de
60
0.08, para lo cual Tchobanoglous (1994), Hester y Harrison (2002) en su clasificación lo determinan
como lixiviado nuevo y la etapa de la celda es de acidogénesis.
En lo concerniente a grasas y aceites, esta celda presenta concentraciones apenas inferiores al
límite máximo de NOM- 001- SEMARNAT -1996 descritos en la Tabla 4, oscilando entre los 11 y los
14 mgL-1 dependiendo del punto de muestreo. Lo cual es un indicativo del tipo de residuos que al
día de hoy se depositan en el relleno.
El lixiviado producido en esta celda presenta concentración de metales similares a la celda 1, con
excepción de casos particulares como el plomo que en los puntos muestreados de la celda 2 no
fue detectado. El fierro por su parte, presenta altas concentraciones en ambas celdas, pero exhibe
variaciones entre los puntos. Llegando en algún punto hasta 98.81 mgL-1.Coincidiendo con la
variación en concentración de fierro que presentan los lixiviados estudiados en varias ciudades del
país tal como se observa en la Tabla 13.
Tabla 13: Características de metales en lixiviados de México
Elemento
-1
Elemento
(mgL )
Chihuahua
Mérida
Aluminio
1.74
NM
Arsénico
ND
Bario
a
c
-1
c
NM
28.1
Hg
ND
NM
NM
ND
NM
NM
NM
Mg
NM
NM
NM
401.59
1.67
NM
NM
NM
Mn
1.2
1.28
NM
7.59
Berilio
ND
NM
NM
ND
Ni
ND
NM
0.024
3.06
Calcio
168.4
NM
NM
603.05
Pb
0.1
0.384
0.089
NM
Cadmio
ND
0.01
NM
ND
Se
1
NM
NM
1.7
Cobalto
NM
NM
NM
ND
Tl
ND
NM
NM
NM
Cromo
ND
6.98
NM
17.09
V
ND
NM
NM
NM
Cobre
2.02
0.302
NM
1.86
Zn
ND
5.02
0.398
ND
Fierro
12.41
1022.9
NM
265.86
ND= No detectado
Veracruz
b
(mgL )
b
Chihuahua Mérida
a
Guanajuato
a
Veracruz
b
Guanajuato
NM= No medido
c
:Extraído de Méndez et. al., 2001; : Extraído de González et. al., 2001 : Extraído de Barquín et. al.2011
En lo que respecta a valores de pH en lixiviados, se reportan en el rango de 4.5 a 8.2. Méndez et al.
(2009) reportan un pH de 8.3 para el lixiviado de Mérida, González et al. (2001) encontraron el
lixiviado de Veracruz con pH de 7.25 y finalmente el determinado en el lixiviado de Guanajuato en
8.5 (Barquín, et al., 2011). Siendo el lixiviado de la Ciudad de Chihuahua cuantificado en el rango
de 7.8 a 8.3 similar al de los lixiviados de varias ciudades México.
61
Para cianuros y sulfuros en el lixiviado bajo estudio por la técnica de determinación utilizada no
fue detectada su concentración. Asumiendo que el lixiviado no contiene dichos compuestos. Para
los lixiviados estudiados en 5 vertederos sanitarios de Huelva al sur de España con
concentraciones de DQO similares a las del presente caso de estudio, se detectó la presencia de
cianuros en 3 de ellos en concentraciones inferiores a 0.25mgL-1, mientras que para sulfuros estos
fueron detectados en solo uno de los vertederos (Moreno, et al., 2002) deducciones que coinciden
con las de esta investigación.
8.2 TRATAMIENTO
8.2.1
Etapa I: Coagulación Floculación.
Fue analizada la eliminación de DQO a dos diferentes dosis de coagulante. Los resultados
muestran que a mayor cantidad de coagulante la concentración de DQO residual es menor. Sin
embargo, en concentraciones superiores a 20 gL-1 los flóculos no sedimentan. Lo cual coincide con
lo encontrado por Chávez en 2010.Por lo que se decidió aplicar una primera coagulación de 10 gL-1
en la cual se obtienen 100 mL de residuo por litro; seguida por otra de 8 gL-1 donde obtienen 80
mL de residuo por litro de lixiviado tratado y una remoción conjunta de 32% en DQO además de la
remoción de todos los metales presentes con excepción de cobre. Resultando lógico por la sal de
aluminio utilizada como coagulante el aumento en su concentración.
La eliminación de DQO concuerda con estudios realizados en lixiviados de relleno sanitario de la
ciudad de Diyarbakir en Turquía, el cual presentó una concentración de DQO entre 8500–19,200 y
se trató con sales de aluminio. Obteniendo remociones del 36% en DQO (Hasara, et al., 2009),
contexto compatible con el de este estudio.
Se obtuvo un volumen de 8 litros de floculo residual y 32 de lixiviado tratado para ser llevado a la
siguiente etapa; removiendo además de DQO, sólidos suspendidos y diluidos del lixiviado.
8.2.2
Etapa II: Adsorción.
El lixiviado proveniente de etapa I fue tratado con adsorción por carbón activado. Obteniendo
remoción de contaminantes y olor. Debido al proceso de agitación efectuado, el carbón se diluyó
en el lixiviado obscureciéndolo e impidiendo una cuantificación precisa de DQO. La cual
aproximadamente se cuantifico con una remoción de 12%; otros autores han obtenido
remociones más altas con columnas empacadas de carbón activado, ya que así evitan la dilución
62
del carbón en el lixiviado tratado (Rodríguez et al en 2004). Sin embargo, este proceso resultó
eficiente para la remoción de metales al adsorber elementos como Calcio, Molibdeno, Fierro
Níquel, Cromo y reduciendo su concentración en 73, 57, 49, 45 y 43% respectivamente. Resultados
concordantes con los obtenidos al tratar lixiviado en etapa metanogénica donde se eliminaron del
20 al 80% de metales como: Aluminio, Calcio, Cobre, Molibdeno, Níquel, Plomo y Zinc. (Modin et
al., 2011)
El volumen tratado de lixiviado fue de 32 litros de los cuales se obtuvieron 31 como producto y el
litro restante fue adsorbido por en el carbón residual. Además de un total de 1.5kg de carbón
residual.
8.2.3
Etapa III: Reactor Biológico Discontinuo
8.2.3.1
Diseño de reactor discontinuo
El llamado Reactor es un hexaedro regular rectangular cuyo volumen total interior es de 52 L con
dimensiones de 42cm de alto, 27 cm de ancho y 46 cm de largo; construido de acrílico
transparente. Fue dotado a 5 cm de la base de 3 difusores de aire de piedra porosa equidistantes,
de 30 cm de longitud y 2 cm de ancho. Los cuales fueron colocados para disminuir el tamaño de
burbuja y mantener el sistema aireado, en agitación constante y homogenizado. Se le proporcionó
aire por una bomba de 280 L como se esquematiza en la Figura 15. Fue llenado por gravedad de
un tanque a desnivel de 20 litros.
63
Válvula
Entrada de Aire
Tubería de
conexión
0.42
Compresor
Difusor
0.4
6
0.27
Figura 15: Diseño de Reactor SBR
La salida del reactor se conectó a un sedimentador cilindro-cono con un volumen de 5.58 L, en las
dimensiones que se observan en la Figura 16 el cual cuenta con una pantalla en donde el efluente
proveniente del reactor colisiona forzando a precipitar los lodos remanentes. El sedimentador se
colocó para recuperar los lodos que no alcanzaran a sedimentar durante la fase anaerobia para
luego ser recirculados.
15.33 cm
26.6 cm
11 cm
17.8 cm
37.6 cm
Efluente
Purga de Lodos
Figura 16 Sedimentador de SBR
64
8.2.3.2
Inoculo y aclimatación.
El reactor fue inoculado con 30L de una mezcla 50% agua-lodo activado proveniente del reactor
biológico de la planta de tratamiento de agua residual norte de la ciudad de Chihuahua (PTAR
norte). El cual fue trasladado de la planta al laboratorio en condiciones de temperatura y presión
ambiental.
El reactor fue alimentado durante el periodo de aclimatación como se muestra en la Tabla 15
controlando el tiempo y así ayudar a la adaptación de los lodos activados a las características del
sustrato. Se optó por hacerlo así para evitar que las condiciones agresivas del lixiviado ocasionaran
la muerte del material biológico contenida en los lodos activados.
8.2.3.3
Operación.
El reactor fue operado durante 14 semanas o 98 días en las condiciones mostradas en Tabla 14 .
Tabla 14 Condiciones de operación del Reactor de Lodos Activados de mezcla completa.
Parámetro
Unidad
Valor promedio
Volumen
L
20
TRH
días
4
Carga Orgánica
kg DQOT kg SST * d
0.844
TRC
días
20
pH
-
6.9±0.5
Oxígeno
disuelto
-1
-1
Fase Aerobia
Fase Anoxica
Temperatura
Qaire
5.2±1.09
mgL
o
-1
1.2±0.7
C
21.6±1.3
-1
L min
4.73
TRH: Tiempo de retención hidráulica TRC: Tiempo de retención celular
El primer día de operación se adicionó al reactor una mezcla de 50% agua residual y lodo activado;
del cual se midieron parámetros de DQO, OD, pH y temperatura.
En los siguientes días el rector fue operado a 20 litros y alimentado con una mezcla de agua
residual sintética mostrada en la Tabla 10 con una cantidad de lixiviado en 3, 5, 8 y 10% en un
volumen de 5 litros. La dosis lixiviado en la mezcla agua residual sintética-lixiviado fue aumentada
paulatinamente como se muestra en Tabla 15 dependiendo de la adaptación del reactor a la dosis
adicionada para propiciar con ello la estabilización de lodos del reactor y evitar la saturación.
65
Tabla 15: Características de alimentación de SBR
Lixiviado
Alimentación Reactor
Tiempo
Sin lixiviado
100% Agua Residual Sintética
4 días
3% Lixiviado
6 días
5% Lixiviado
6 días
8% Lixiviado
6 días
10% Lixiviado
6 días
5% Lixiviado
6 días
8% Lixiviado
16 días
10% Lixiviado
16 días
8% Lixiviado
16 días
10% Lixiviado
16 días
Sin tratar
Etapa I
Etapa II
El volumen de extracción diario del sistema fue equivalente al de alimentación de 5 litros y fue
sustituido antes del cambio de proceso anoxico a aerobio. Con base a las recomendaciones
realizadas por Ewa et al en 2007, quienes luego de experimentar la combinación de diferentes
tiempos en sistema aerobio-anoxico para el tratamiento de lixiviados en un reactor secuencial por
lotes, comprobaron que al prolongar el tiempo del ciclo aerobio se aumenta la remoción de
nutrientes del lixiviado, en particular la eliminación de nitrógeno. Por lo tanto decidió el tiempo de
operación del proceso aerobio y anoxico; de 13 y 11 horas respectivamente.
En el reactor biológico secuencial discontinuo se eliminó hasta el 90% en DQO llevando
concentraciones de 5 700mgL-1 a 400 mgL-1 aproximadamente. La remoción de Nitrógeno total se
obtuvo del 57% pasando concentraciones de 334 a 159 mgL-1 y DBO5 de 90% llevando la
concentración de 570 a 48 mgL-1. En lo que respecta a los metales se removió en 97% de Aluminio,
27% de Calcio, 58% Manganeso y 87% Zinc además cabe mencionar que el Níquel se eliminó en su
totalidad. Todos estos resultados similares a los de Sirianuntapiboon y Ungkaprasatcha (2007).
8.2.3.4
Caracterización de lodos residuales del reactor biológico.
La Tabla 16 muestra las concentraciones de los metales en los lodos de desecho. Estos son
comparados con la NOM-004- SEMARNAT-2002, la cual establece la disposición y el uso posterior
de los lodos. Observándose que al menos para los metales normados su concentración en lodos se
encuentran por debajo de los límites máximos permisibles. Al no haber realizado la caracterización
de patógenos en biosólidos se determina que son de clase C, para lo cual comparando con la Tabla
6 su aprovechamiento se puede dar para el mejoramiento de suelos principalmente agrícolas o
forestales. Sin embargo, los lodos se encontraron ricos en Calcio, Fierro y Aluminio, metales que al
66
formar sales contribuyen a la salinización de los suelos y su posible absorción en plantas al
sustituir a los nutrientes. En el caso del calcio el suelo se alcaliniza. No obstante, las
concentraciones altas de hierro sirven para disminuir el pH y favorecer la asimilación de
micronutrientes por las plantas (Bermejo, 2011).
Tabla 16: Caracterización de metales en lodos de reactor biológico
Límites de NOM-004-SEMARNAT-2002
-1
Elemento
Unidades
Aluminio
mg kg
Arsénico
Bario
Berilio
Calcio
Cadmio
Cromo
Cobre
Fierro
Mercurio
Manganeso
Níquel
Plomo
Talio
Vanadio
Zinc
8.2.4
Concentración Excelente (mg kg )
Promedio
-1
Bueno (mg kg )
EPA
1994
Concentración limite
-1
en base seca
en base seca
base seca (mg kg )
41
75
75
-1
45.34
-1
ND
-1
3.63
-1
ND
-1
234.80
-1
ND
39
85
85
-1
1.74
1200
3000
3000
-1
2.41
1500
4300
4300
-1
56.41
-1
6.696
17
57
57
-1
0.51
-1
0.39
420
420
420
-1
0.56
300
840
840
-1
ND
-1
ND
-1
5.14
2800
7500
7500
mg kg
mg kg
mg kg
mg kg
mg kg
mg kg
mg kg
mg kg
μg kg
mg kg
mg kg
mg kg
mg kg
mg kg
mg kg
Etapa IV: Oxidación Quimica.
La oxidación química aplicada al lixiviado proveniente de la etapa III fue del tipo Fenton Se realizó
el tratamiento en base a la revisión bibliográfica y las pruebas ejecutadas en el lixiviado en
estudios anteriores. Obteniendo una remoción de DQO de 86%, eliminando en su totalidad Cobre
y Zinc, 96% de Aluminio, 79% de Calcio, 51% en Fierro (esto a pesar de la adición de sal de Fierro
para el tratamiento) y 17% de Manganeso. Aunado a una disminución considerable de color en el
lixiviado como se muestra en la Figura 23. En lo concerniente a la eliminación de DQO el resultado
obtenido concuerda con lo obtenido en estudios realizados en el lixiviado de Mérida, México
67
donde se sometió el lixiviado a un tratamiento de oxidación Fenton en condiciones similares a este
estudio obteniendo remociones del 77.4% (Méndez et al., 2009)
La remoción de DQO coincide con el sistema de Méndez et al. (2009) quienes obtuvieron
remociones de 78% en lixiviados que fueron tratados a pH y tiempos de reacción similares a los
experimentados.
8.2.5
Comportamiento del tratamiento completo.
Para evaluar la eficiencia del tratamiento, las 4 etapas se dividieron en 2 fases. La 1 comprende la
etapa I y II y la 2 la etapa III y IV. Esta clasificación se realizó debido a que en la primera fase el
lixiviado se sometió al tratamiento “crudo”, es decir, sin diluir. En tanto que en la fase 2 el lixiviado
fue diluido con agua residual sintética. Y sus porcentajes de remoción acumulados no pueden ser
determinados directamente.
8.2.5.1

Remoción de DQO.
Fase 1: En esta fase comprendida por la etapa de coagulación-floculación/sedimentación y
la etapa de adsorción, se obtuvo una remoción acumulada de DQO de 41%.Llevando la
concentración de 11 925 mgL-1 a 7 870 mgL-1. como se observa en la Figura 17. Lo cual
representa una disminución de contaminantes en el lixiviado.
Remoción DQO Fase I
14000
100%
90%
12000
80%
70%
60%
8000
50%
44.06%
6000
40%
Remoción
Concentración
10000
Concentración
(mgL-1)
% Remoción
30%
4000
20%
2000
% Remoción
Acumulada
10%
0
0%
Concentración Inicial
Coaguación
Floculación
Adsorción
Figura 17:Gráfica de Remoción de DQO Fase 1
68

Fase 2. En esta fase comprendida por la dilución- reactor biológico secuencial y el proceso
de oxidación avanzada se redujo la cantidad de DQO en un 95%, reduciendo la
concentración de alimentación del reactor biológico secuencial; la cual en promedio fue
de 1 780 mgL-1 a una de 86 mgL-1. Como se observa en la Figura 18.Dándose con este
proceso una evidente disminución de carga contaminante
Remoción DQO Fase II
2000
100%
95%
90%
1600
80%
1400
70%
1200
60%
1000
50%
800
40%
600
30%
400
20%
200
10%
0
0%
Fase I
Remoción
Concentración (mgL-1)
1800
Concentración
(mgL-1)
% Remoción
% Remoción
Acumulada
0%
Reactor biológico
Oxidación Fenton
Figura 18: Gráfica Remoción de DQO en Fase 2
8.2.5.2
Remoción de DBO5 y NT
La remoción de DBO5 y NT fue medida en el reactor Biológico. Obteniendo remociones de 92% y
52% respectivamente como se aprecia en la Figura 19. Llevando la concentración de nitrógeno
total de 334.5 mgL-1 a 159.6 mgL-1. En lo que respecta a DBO5 se llevó la concentración de 528 mgL1
a 41.4 mgL-1. Resultados comparables con los obtenidos en otros estudios en los que se han
logrado remociones de 57% en nitrógeno total (Wei Lim et al., 2012) y 90% en DBO5 (Renou et al.,
2008) a través de reactores biológicos para tratamiento de lixiviado.
69
Remoción DBO5 y NT
600
100%
90%
90%
80%
70%
400
60%
52%
300
50%
40%
200
Afluente de
Reactor
Remoción
Concentración (mgL-1)
500
Efluente de
Reactor
30%
20%
100
10%
0
0%
Nitrógeno Total
DBO5
Figura 19: Gráfica Remoción de DBO5 y Nitrógeno Total en Fase 1
8.2.5.3
Remoción de Metales.
La tabla muestra el comportamiento de los 17 metales medidos a lo largo del tratamiento
observándose claramente la remoción de metales en la Tabla 17.
Tabla 17: Concentración de Metales en Tratamiento.
CONCENTRACIÓN PROMEDIO
FASE I
ELEMENTO
Aluminio
Arsénico
Bario
Berilio
Calcio
Cadmio
Cromo
Cobre
Fierro
Mercurio
Manganeso
UNIDADES
FASE II
ETAPA 3
CONCENTRACIÓN
INICIAL
ETAPA
ETAPA
Afluente
1
2
Reactor
Reactor
Efluente
Reactor
ETAPA
4
mg L
-1
1.33
15.30
8.20
0.73
7.08
0.24
0.317
mg L
-1
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
mg L
-1
0.824
0.26
1.29
ND
ND
ND
ND
mg L
-1
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
mg L
-1
123.08
83.05
33.45
28.35
48.45
30.45
5.25
mg L
-1
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
mg L
-1
1.75
1.66
0.99
0.11
0.38
ND
ND
mg L
-1
0.10
0.10
0.21
0.03
0.65
0.02
ND
mg L
-1
8.09
7.74
4.42
0.13
5.54
ND
3.98
-1
4.06
12.187
ND
ND
2.07
ND
ND
-1
0.72
0.58
0.31
0.12
0.24
0.13
0.26
μg L
mg L
70
Tabla 17: Concentración de Metales en Tratamiento.
CONCENTRACIÓN PROMEDIO
FASE I
ELEMENTO
Níquel
Plomo
Talio
Vanadio
Zinc
UNIDADES
FASE II
ETAPA 3
CONCENTRACIÓN
INICIAL
ETAPA
ETAPA
Afluente
1
2
Reactor
Reactor
Efluente
Reactor
ETAPA
4
mg L
-1
0.56
0.53
0.29
ND
0.19
ND
ND
mg L
-1
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
mg L
-1
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
mg L
-1
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
mg L
-1
1.32
1.21
1.39
ND
1.33
ND
ND
ND= No detectado.
La Figura 20 muestra la concentración de metales en la primera fase del tratamiento, describiendo
como estos se fueron removiendo en estos tratamientos. Seguido de la Figura 21 que muestra la
concentración de los elementos remanentes en el lixiviado en cada una de las etapas y como estos
fueron removidos a lo largo del tratamiento. En el cual se eliminaron por completo Bario, Cromo,
Cobre, Níquel y Zinc además de remociones de 96% Aluminio, 79% Calcio, 51% Fierro y 17%
Manganeso.
Mediante experimentos realizados en lixiviado con tratamientos fisicoquímicos y biológicos se han
obtenido eliminaciones de metales. En uno de ellos se combinó un proceso biológico en un reactor
SBR, adsorción con carbón activado y zeolita, flotación y oxidación fenton obteniendo como en
este caso remociones totales de Cromo, Zinc, Cadmio y Níquel (Cotman y Zgajnar, 2010).
71
Concentración inicial
1.8
1.4
ETAPA 1: CoagulaciónFloculación
ETAPA 2: Adsorción
Concentración (mgL¯¹)
Concentración (mgL¯¹)
1.6
Concentración Inicial
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
ETAPA 1: CoagulaciónFloculación
ETAPA 2: Adsorción
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Ba
Cr
Cu
Hg
Mn
Ni
Ca
Zn
Al
Fe
Elemento en alta concentración
Elemento en baja concentración
Figura 20: Comportamiento de metales en Fase 1
1.4
50
ETAPA 3 Afluente
Reactor
1.0
ETAPA 3 Reactor
0.8
0.6
ETAPA 3 Efluente
Reactor
0.4
ETAPA 4
0.2
0.0
ETAPA 3 Afluente
Reactor
ETAPA 3 Reactor
40
Concentración
Concentración
1.2
30
ETAPA 3 Efluente
Reactor
ETAPA 4
20
10
0
Cr
Cu Hg
Mn
Ni
Zn
Elemento en baja concentración
Ca
Al
Fe
Elemento en alta concentración
Figura 21: Comportamiento de metales en Fase2
8.2.5.4
Remoción de color
Como se muestra en la Figura 23 el tratamiento resulto eficiente para la remoción de color,
haciendo una comparación entre el lixiviado sin tratar mostrado en a) de la Figura 23 donde se
observa una coloración muy obscura del lixiviado, la cual se ve degradada en b) de la Figura 23, el
lixiviado que pertenece al afluente del reactor seguido por c) de la Figura 23 que es el producto
inicial de la oxidación Fenton al término de la reacción y finalmente el d) de la Figura 23 que
corresponde al producto final de la reacción Fenton que se ha dejado sedimentar por 2 h. Este
resultado coincide con resultados obtenidos en el tratamiento del lixiviado de la ciudad de Pasto,
Colombia mostrado en la Figura 22, el cual mediante procesos de oxidación química lograron la
72
remoción de color como se muestra en la como se obtuvo en la presente investigación (Galeano et
al., 2011).
FeSO4/H2O2
Figura 22:Remoción de color por oxidación química
(Galeano et al.,2011)
a)
b)
c)
d)
Figura 23: Comportamiento del color de lixiviado en
tratamiento completo
8.2.6
Ventajas y desventajas del tratamiento propuesto.
El tratamiento coagulación /floculación/ sedimentación-adsorción, dilución-reactor biológico,
oxidación química presenta como principal ventaja la remoción de contaminantes en lixiviados
que presentan características de un lixiviado maduro o viejo cuyas concentraciones de DQO
exceden valores de 20000mgL-1cuyas características dificultan la eliminación de contaminantes por
sistemas de tratamiento convencionales (Tchobanoglous, 1998).
Por otra parte, es un tratamiento que se puede realizar en un lapso corto de tiempo y que
demanda de poco espacio para su operación comparado con tratamientos convencionales como
el reciclaje, recirculación, lagunas de evaporación, el tratamiento mezclando con aguas residuales,
entre otros (Renou et al., 2008).
Comparado con estos tratamientos convencionales el método planteado presenta como
desventaja un mayor costo de implementación y operación, tanto de infraestructura, equipo como
de consumo de reactivos. Sin embargo por la alta carga de contaminantes este método resulta ser
una de las alternativas de tratamiento con mayor viabilidad (Renou et al., 2008).
73
IX. CONCLUSIONES

La caracterización fisicoquímica del lixiviado de celda 1 del relleno sanitario de la ciudad
de Chihuahua no presenta cambios evidentes con respecto a las caracterizaciones
realizadas en años anteriores.

Tomando como referencia publicaciones de Tchobanoglous en 1998 la relación DQO/DBO5
de celda 1 del relleno sanitario se encuentra en una etapa de maduración siendo un
lixiviado viejo. Mientras que el de celda 2 se encuentra en la etapa de acidogenesis y es
catalogado como un lixiviado nuevo.

Los metales que se determinaron en los lixiviados durante su caracterización no se
encuentran en concentraciones excedidas a la NOM-001-SEMARNAT-1996; con excepción
del Cromo que en ambas celdas excede la normatividad y que puede llegar a ocasionar
afecciones oncológicas a la salud humana. Sin embargo a través del tratamiento
planteado, se redujo la concentración de cromo llevándola por debajo de norma.

Los metales encontrados en mayores concentraciones son de Calcio y Fierro. Las cuales
son producto de las características típicas de los residuos depositados en el relleno
sanitario. Para el caso del Fierro ingerirlo en altas concentraciones puede ocasionar en
largos periodos de exposición una falla multiorgánica mientras que el Calcio ocasiona
Hipercalcemia, la cual origina daño renal al Ser Humano.

Según la experimentación realizada el tratamiento propuesto: coagulación /floculación/
sedimentación, adsorción, dilución-reactor biológico y oxidación química, resulto
adecuado para remover DQO, DBO5 y algunos metales del lixiviado establecidos por la
NOM-001-SEMARNAT- 1996 como contaminantes. Llevándolos a concentraciones por
debajo de los límites máximos permisibles para ser descargados en aguas y bienes
nacionales.

El tratamiento coagulación /floculación/ sedimentación-adsorción, dilución-reactor
biológico, oxidación química planteado presenta la ventaja de remover contaminantes en
lixiviados que por su elevado contenido de DQO (>20000mgL-1) son difícilmente
eliminados por otros tratamientos. No obstante presenta como principal desventaja un
costo elevado de operación.
74
X. RECOMENDACIONES

Realizar la dilución del lixiviado al inicio del tren de tratamiento para evaluar la eficiencia
global del proceso ya que en este proyecto se realizó la dilución al termino dela primer
fase; lo cual ocasionó que el tratamiento fuese continuo. Por lo cual no se pudo evaluar la
remoción total de contaminantes.

Someter el reactor biológico a concentraciones más altas de DQO para evaluar su máxima
capacidad de asimilar contaminantes.

En la etapa II o etapa de adsorción, incorporar el carbón activado mediante una columna
empacada para evitar su fragmentación y la consecuente dilución de carbón en lixiviado.
La cual resulta al adicionarlo en suspensión.

Caracterizar los parámetros establecidos en la NOM-001-SEMARNAT-1996 que no han sido
determinados hasta el momento para el lixiviado del relleno sanitario de la ciudad de
Chihuahua como lo son: fosfatos, solidos sedimentables y materia flotante.

Realizar un análisis económico del tratamiento planteado: coagulación /floculación/
sedimentación-adsorción, dilución-reactor biológico, oxidación química y compararlo con
tratamientos tradicionales.
75
XI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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ANEXO A CERTIFCADO DE ANALISIS DE ESTANDAR DE DQO
83
ANEXO B HOJA ESPECIFICACIÓN DE COAGULANTE POLY-CAT N 901 CF
84
ANEXO C HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE CARBÓN ACTIVADO CARG
8X30
85

Tesis Ana Maria Valles Chávez

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