Consulta de Aguas Ph

Universidad Poiitcnica de Madrid

E.T.S. de Ingenieros de.Caminos, Canales y Puertos

INVESTIGACIN RELATIVA A LA MINIMIZACION DE LIXVL4DOS EN VERTEDEROS Y SU DEPURACIN

Tesis Doctoral

Mohaiiimad Nader Lutfi Al-Mefleh

Ingeniero Civil

Profesor: Dr. Aurelio Hernndez Muoz

Madrid 2003

Tribunal nombrado por el Mgfco, y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politcnica de Madrid, el da de de 2003.

Presidente D.

VocalD

VocalD

VocalD

Secretario D.,

Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el da de de 2002, en

Calificacin

EL PRESIDENTE LOS VOCALES

EL SECRETARIO

NDICE

1. ANTECEDENTES 2

1.1. PRESENTACIN DEL DOCTORANDO 2

1.2. PROGRAMA DE DOCTORADO 3

1.3. DOCUMENTOS DE LA TESIS 4

2. OBJETIVOS INICIALES DE LA TESIS 6

3. GENERALIDADES SOBRE LOS LIXIVIADOS 8

3.1. INTRODUCCIN 8

3.2. ORIGIN DE LOS LIXIVIADOS 9

3.3. PRODUCCIN DE LOS LIXIVIADOS 9

3.4. COMPOSICIN DE LOS LIXIVIADOS 15

3.4,1,Factores que afectan a la composicin de los lixiviados 22

3.5. MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CONTAMINANTES 24

3.6. ALTERNATIVAS EN LA GESTIN DE LIXIVIADOS 25

3.7. LA PELIGROSIDAD DE LOS LIXIVIADOS 26

3.8. REQUESITOS GENERALES PARA TODAS LAS CLASES DE VERTEDEROS . 27

i

3.9. TRATAMIENTO DE LOS LIXIVIADOS 28

3.9. L Opciones de tratamiento 28

3.9.2. La solucin ms adecuada es un tratamiento integral de los lixiviados.... 32

3.10. PLANTA DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS 33

4. INVESTIGACIN BmiLOGRPICA 36

4.1. INTRODUCCIN 36

4.2. OBJETIVO 1 37

4.3. OBJETIVOS 2 Y 3 54

4.4. OBJETIVO 4 73

5. OBJETIVOS FINALES 103

6. METODOLOGA Y DESARROLLO DE LA INVESTIGACIN 107

6.1. INTRODUCCIN 107

6.2. DESCRIPCIN DEL PLANEAMIENTO DE LA INVESTIGACIN 107

6.2.1. Respecto al primer objetivo 107 6.2.2. Respecto al segundo objetivo : 110

6.2.3. Respecto al tercer objetivo 110

6.3. DIGESTIN ANAEROBIA 110

6.3.1. Descripcin del proceso 110

6.3.2. Fermentacin acida 111 6.3.3. Fermentacin metnica 112 6.3.4. Parmetros condicionantes de la fermentacin metnica 112 6.3.5.Comportamietno especfico de las bacterias productoras de metano 113

ii

6.3.6. El factor de mezclado 113 6.3.7. Efecto de la temperatura 114 6.3.8. Efecto de cidos voltiles 114 6.3.9. Diseo de un digestor 115

6.4. DIGESTIN ANAEROBIA EN FASES 115

6.5. PREPARACIN DE INSTALACIONES, EQUIPOS Y MATERIALES 117 6.5.1. Respecto al primer objetivo 117 6.5.2. Respecto al segundo objetivo 118 6.5.3. Respecto al tercer objetivo 119

6.6. PREPARACIN DE LA CAPA DE DRENAJE DE LOS TUBOS 122

6.7. RELLENO Y COMPACTACIN DE LOS RSU 122

6.8. CONDICIONES METEREOLGICAS DE FUNCIONAMIENTO 124

6.9. LA CAJA DE LLUVIA 125

6.10. ENSAYOS DE LLUVIA A DESARROLLAR 126

6.11. TOMA DE MUESTRA 128

6.11.1. Respecto al primer objetivo 128 6.11.2. Respecto al segundo objetivo 128

6.11.3. Respecto al tercer objetivo 128

6.12 ENSAYOS CHOQUES 128

6.12.1 Respecto al primer objetivo 128 6.12.2 Respecto al segundo objetivo 129 6.12.3 Respecto al tercer objetivo 129

6.13. ANLISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS CHOQUES 130

6.14. ACTIVIDADES DESARROLLADAS DURANTE LA INVESTIGACIN 135

iii

7. PRESENTACIN DE RESULTADOS 137

7. T Caractersticas de RSU 137 7.2. Ensayos de la caja de lluvia 140 7.3. Resultados de simulacin de lluvias sobre los tubos de RSU 145 7.4. En cuanto al segundo objetivo 187

7.5. Respecto al tercer objetivo 198

8. ANLISIS DE RESULTADOS 224

8.1. Introduccin 224

8.2. Caractersticas de los RSU 224

8.3. Produccin de lixiviados en un estado seco 226

8.4. Ensayos de la caja de lluvia 226

8.5. Simulacin de lluvias sobre los tubos de RSU 228

8.5.1. Tubo nmero 1 228

8.5.2. Tubo nmero 2 231 8.5.3. Tubo nmero 3 233 8.5.4. Tubo nmero 4 235 8.5.5. Tubo nmero 5 237 8.5.6. Tubo nmero 6 242

8.6. Caractersticas de los lixiviados 246

.7. Digestin anaerobia en fases 253

8.7.1. Fase acida 253 8.7.2. Fase metnica 256

9. CONCLUSIONES 260

IV

9.1. INTRODUCCIN 260

9.2. CONCLUSIONES RESPCTO AL PRIMER OBJETIVO 260

9.3. CONCLUSIONES RESPCTO AL SEGUNDO OBJETIVO 261

9.4. CONCLUSIONES RESPCTO AL TERCER OBJETIVO 261

9.4.1. Fase acida 263

9.4.2. Fase metnica 263

10. PROPUESTA INVESTIGACIN 267

ll.BIBLIOGRAFILLA 269

CAPITULO 1

Capitulo 1 ANTECEDENTES

Captulo 1

ANTECEDENTES

1.1 PRESENTACIN DEL DOCTORANDO

Nombre Y Apellidos:

Lugar y Fecha de

nacimiento:

Nacionalidad:

Estado Civil:

Direccin Fijo: Direccin en Espaa:

DATOS PERSONALES

Mohammad Nader Lutfi Al Mefleh

Ammn, 19 de julio de 1975 Jordana

Soltero P.O.Box 1495 Ammn 11118 Jordn Tel.+ 3462 6 5930163

Plaza Pico Salvaguardia 13 bajo C 28035 Madrid Tel. : 636376284 E-Mail: [email protected]

Nac en la ciudad de Ammn (Jordania), donde realiz mi educacin primaria y universitaria. En 1998 obtuve el grado de Bachelor of Science, in Civil Engineering de Jordn University of Science and Technology.

Mi primer trabajo fue en una consultora de Ingeniera Civl en Jordania, desde la cual me fui a trabajar a la ciudad de Meca (Arabia Saudita) en otra consultora semejante. Al cabo de un ao de trabajo, se me concidi una beca


para realizar estudios de. Doctorado por la Agencia Espaola de Cooperacin

Internacional (AECI).

En Septiempre de 1999 comenc un curso de Postgrado de Especialista de

Evaluacin de Impacto Medio Ambiental y Auditoras Ambientales por la

Universidad de Valladolid.

En Octubre 2000 empec mis estudios de Doctorado en la E.T.S. de

Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, en el departamento de Ordenacin del

Territorio, Urbanismo y Medio Ambiente .

Durante el primer ao me matricul en tres asignaturas:

Residuos Slidos Urbanos: Disposicin ,Eliminacin y Reutilizacin (6 crditos).

Recuperacin de Suelos (3 crditos). Residuos Peligrosos(6 crditos).

El ao siguietne, empiezo el trabajo de Invesigacin, por lo que termino los 32 crditos (cinco de ellos fueron convalidados de asignaturas cursadas en la Universidad de Valladolid). A partir de entonces empiezo la preparacin del tema de la tesis doctoral.

1.2 PROGRAMA DE DOCTORADO

1.2.1 Asignaturas cursadas durante el curso acadmico 2000-2001 en UPM,

departamento de Ordenacin del territorio, Urbanismo y Medio Ambiente.

Residuos Slidos Urbanos: Disposicin ,Eliminacin y Reutilizacin (6 crditos).

Recuperacin de Suelos (3 crditos). Residuos Peligrosos(6 crditos).


1.2.2 cinco crditos cursados en la Universidad de Valladolid, departamento de Ingeniera Agrcola y Forestal. Curso acadmico 1999-2000.

1.2.3 Trabajo de investigacin.: El 18 de julio de 2001, expongo mi trabajo de invesigacin, titulado:

Procesos Anaerobicos en el Compostaje de Residuos Slidos.

1.3 DOCUMENTACIN DE LA TESIS

En la reunin de la comisin de Doctores del departamento de Ordenacin del Territorio, Urbanismo y Medio Ambiente celebrada en Madrid el da 1 de febrero de 2001, se acept la siguiente propuesta de la Tesis Doctoral: 'Investigacin relativa a la minimizacin de lixiviados en vertederos y su depuracin' bajo la direccin del prof.D. Aurelio Hernndez Muoz.

CAPITULO 2

Capitulo 2 OBJETIVOS INICIALES DE LA TESIS

Capitulo 2

OBJETIVOS INICIALES DE LA TESIS

2.1 Caracterizar los lixiviados procedentes de vertedero de RSU.

2.2 Evitar problemas, minimizar la produccin de lixiviados buscando sistemas naturales o escalones en el proceso de los vertederos para disminuir al mximo su existencia.

2.3 Forma de captar los lixiviados para poder recoger los lixiviados sin generar impactos ambientales.

2.4 Optimizar el tratamiento buscando la mxima economa.

CAPITULO 3

Capitulo 3 GENERALIDADES SOBRE LOS LIXIVIADOS

Capitulo 3

GENERALIDADES SOBRE LOS LIXIVIADOS

3.1 INTRODUCCIN Una de los problemas ms importantes, en cuanto a la contaminacin por

residuos slidos ,es que son lquidos percolados o escurridos de los depsitos de

almacenamiento de residuos .Estos liquidos reciben el nombre genrico de

LIXIVIADOS y su importancia, en cuanto a contaminacin, viene dada por su

fuerte carga orgnica, la cual es fruto de su paso, con arrastre y disolucin ,a

travs de los residuos almacenados.

Segn el articulo 2 de la Directiva 1999/31/CE del Consejo, de 26 de abril de 1999, relativa al vertido de residuos Diario Oficial n L 182 de 16/07/1999 P. 0001 - 0019:

Se entiende por "lixiviado": cualquier lquido que percole a travs de los

residuos depositados y que sea emitido o est contenido en un vertedero

Para impedir la contaminacin de suelos y acuferos, por infiltracin en el terreno de los lixiviados, se hace preciso construir el deposito de almacenamiento sobre suelos impermeables. De este modo, el liquido de lixiviacin se acumula en el fondo del deposito, de donde es recogido para proceder a su tratamiento y depuracin.

La mejor gestin de residuos conducira a la no produccin de lixiviados, si bien esto es tcnicamente imposible en la mayora de las ocasiones. Sin embargo, se ha de procurar la minimizacin la produccin de lixiviados

8


mediante el control estricto de los aportes de las fuentes extemas, y la correcta

disposicin y control de los residuos dentro del propio deposito.

Dentro de los lixiviados existe un caso particular de gran transcendencia,

por su extensin, el de los lixiviados de depsitos de Residuos Slidos Urbanos,

RSU.

Los lixiviados de RSU son lquidos muy contaminados, formados como

consecuencia de la penetracin del agua a travs de la masa de residuos y por la

propia descomposicin de estos.

Coiillevan, por tanto, una gran complejidad, ya que presentan fuerte carga orgnica, altos contenidos de nitrgeno y presencia de metales pesados.

3.2 ORIGEN DE LIXIVIADOS

El origen de estos lquidos contaminados puede atribuste a muchos

factores, incluyendo el liquido producido en la descomposicin del residuos o el

extrado por presin del residuos almacenado. Sin embargo, los principales

contribuciones son las fuentes de agua tanto subterrneas como superficiales

como precipitacin, escorrentas, as como la codisposicn lquidos y fangosos.

3.3 PRODUCCIN DE LIXIVIADOS

De forma general se pueden agrupar los distintos factores condicionantes de la produccin de lixiviados en cuatro grupos:

Entradas de agua.

Condiciones de la superficie del depsito.

Condiciones de suelo.


Condiciones de residuos.

La figura 3.1 representa dichos factores.

Aa:. .P^rficial p,ij,,a,t ., ,^igci

InftlifflciSti Eva{iotiS}>ifacift

Mnteria! de ctibda

Bscorfcnia

Figura 3.1: Factores en la produccin de lixiviados en un depsito, (Bueno et al. 1997)

A continuacin, se analizan brevemente los diferentes factores:

Precipitacin (P).

En la mayora de las ocasiones, representa la principal fuente de lixiviados.

Hay cuatro caractersticas de la precipitacin que influyen en la generacin de lixiviados: cantidad, intensidad, fi^ecuencia, y duracin de la misma.

Agua Superficial (AS)

Representa el agua que puede aportaise a travs de la superficie teniendo su origen en la escorrenta superficial de las zonas adyacentes, y en la

10


misma influyen distintos factores: topografa de la superficie, material de

cubricin, vegetacin, permeabilidad y humedad del suelo. Siendo

probablemente la pendiente superficial el factor determinante. Realmente

las As pueden estimarse mediante de un factor de escorrenta (Fes) sobre las partes superficiales de agua, tales como P.

Es = Fes X P

Del estudio de diferentes coberturas se han obtenido valores de Fes que se

presentan en la tabla 3.1.

Tabla:3.1:Valores medios de Fes para diferentes coberturas y pendientes, (Bueno et al. 1997)

Tipo de cubertura (vegetacin)

Suelo pelado (arcilla y barros) Paradera y pastizal (arcilla y barros) Cultivado/impermeable (arcilla) Cultivado/permeable (arena)

Pendiete < 2 % 0.60 0.30 0.45 0.20

2-10 % 0.70 0.40 0.55 0.25

>10% 0.80 0.45 0.65 0.35

Penetracin de agua subterrnea (PA)

Corresponde a la entrada de aguas subterrneas en el deposito .Tiene lugar cuando el depsito est situado a una cota inferior a la del nivel fretico del terreno circundante.

Irrigacin (Ir)

Tiene lugar cuando sobre la superficie del deposito se extienden aguas, generalmente lixiviados, con el fin de reducir el volumen de los lixiviados.

Descomposicin del residuo (D)

En los RSU existe un cierto volumen de lixiviados generado por la descomposicin de los propios residuos, que si bien, en la cantidad aportada no es importante, es decisiva en la caracterizacin qumica de los lixiviados.

11


Residuos lquidos y fangosos (RLF)

El aporte de este tipo de residuos se minimiza impidiendo la deposicin de residuos muy lquidos colocando los mismos cerca de otros que permitan la impregnacin y por tanto la retencin del liquido.

Evaporacin (E) y Evapotranspiracin (ET).

Es la liberacin de agua a la atmsfera por dos procesos: evaporacin y

transpiracin. En una superficie libre de agua, la tasa de evaporacin

depende de las presiones de vapor de agua y del aire circundante. A su

vez, ambas presiones de vapor estn afectadas por: temperatura del aire y

del agua, intensidad del viento, humedad, presin atmosfrica, naturaleza

y pendiente de la superficie.En la transpiracin, adems de los factores

ambientales fsicos influyen los factores fisiolgicos, caractersticos de la

vegetacin . En la evapotranspiracin se deben diferenciar dos acepciones:

- Evaporacin potencial

Es la que tendra lugar si el suelo suministrase en todo momento el agua

suficiente.

- Evaporacin real

Es la prdida de agua teniendo en cuenta la cantidad real de agua disponible para las plantas.

Escorrenta superficial (ES)

Representa el agua que circula por la superficie del deposito, en la misma influyen factores similares a los de la escorrenta de las aguas superficiales, solamente que referidos al propio deposito, tambin han de considerarse los drenajes superficiales. Los factores ms importantes que influyen en ella son el material de cubricin y la pendiente superficial del depsito.

12


De igual forma, ES puede estimarse mediante la introduccin de un factor

de escorreta (Fes) sobre los aportes superficiales de agua, tales como P, AS e Ir.

ES = Fes.( P + As + Ir)

Infiltracin (I)

Representa el volumen global de agua que penetra a travs de la superficie

del suelo(material de cubricin). Est afectada por la evapotranspiracin y la escorreta superficial, as como por la humedad del material de

cubricin : si la humedad disminuye la infiltracin aumenta. Tambin

influye la humedad del residuo, cuando el mismo no est saturado la tasa

de infiltracin viene regulada por la permeabiUdad de las capas superiores:

cuando estn saturadas la infiltracin viene regulada por la capa de menor

permeabilidad.

Retencin de la humedad (ARHs y ARHr)

Representa el contenido mximo de humedad que un suelo (ARHs)o un residuo (ARhr) puede retener en un campo gravitacional sin que tenga lugar escape de agua de la masa sHda.

Percolacin (PEs y PEr)

Es la cantidad de agua que excede la capacidad de campo, contenido mximo de humedad, que para un suelo (PEs)o para un residuo (PEr) escapa de la masa slida. Generalmente, el volumen de lixiviados coincide con el volumen de precolacin .

Todos estos factores se relacionan entre s por medio de los siguientes ecuaciones:

P + As + Ir - ES = 1 13

Captulos GENERALIDADES SOBRE LOS LIXIVIADOS

PEs = I -E - ET - ARHs

PEr = PEs + D + RLF - ARHr

L = PEr + PA

Por tanto, la cantidad de lixiviado generado puede presentarse en la forma

de un balance hdrico general, siendo diferente para un depsito en activo o

clausurado:

- para depsito activo

L = ( P + AS + Ir + D + RLF + P A ) - ( E + ES + ARHs + ARHr)

- para depsito clausurado

L = (P + AS + PA) - ( E + ET)

A partir de estas expresiones bsicas se han realizado diferentes modelos para estimar tanto el tiempo de primera aparicin como la produccin de lixiviados. Si bien las dificultades de medir o estimar ciertos parmetros tales como la descomposicin, escorrenta e infiltracin, hacen que la aplicacin prctica de esta ecuacin no sea fcil y que slo se utilice para obtener una aproximacin del orden de magnitud de los volmenes producidos . La EPA (Environment Agency Protection) ha desarrollado un programa para la modelizacin de la hidrologa de un depsito, conocido como Evaluacin Hidrolgico del Funcionamiento de un Vertedero (HELP), basado en series histricos de lluvias y un conocimiento amplio sobre el suelo y la vegetacin . Dicho programa puede ser utilizado para modelar depsitos de hasta nueve capas diferentes.

Con todo, y mediante una gran simplificacin, se puede estimar una produccin entre 5 y 7,5 m^ / Ha para una zona con precipitacin media anual de 750 mm.

La cantidad de lixiviados producidos en los depsitos de RSU se estima en orden a la forma de explotacin, as se considera que un depsito aerobio, de alta

14


densidad y sin cubricin, genera un 11 % de la precipitacin media, mientras

que un anaerobio, de media densidad y con cubricin, genera valores del orden

del 40-50 % de la precipitacin media.

3.4 COMPOSICIN DE LIXIVIADOS

De forma simple los lixiviados se generan por descomposicin de los

residuos y por el agua de lluvia que se infiltra a travs de los mismos Esta lluvia

cada sobre la masa de residuos percola a travs de los mismos, disolviendo y

arrastrando a su paso diversos elementos contaminantes. Por lo que , la

composicin de los lixiviados vendr dada fimdamentalmente por los

contaminantes que el residuo contiene, y su concentracin se relaciona con la

capacidad que existe una buena correlacin entre la concentracin de lixiviados

y el volumen total producido.

Existe un ensayo de laboratorio, desarrollado por la EPA, que utilizando

una muestra de residuo, de al menos 5 kg , permite estimar la composicin del lixiviado. Se trata de un ensayo de lixiviado realizado en forma similar a como se

producir en el depsito, (vase la figura 3.2)

15


MUESTRA DE RESIDUOS SLIDOS

Adicin del medio de lixiviacin (HjO

destilada)

Muestra para orgnicos voltiles

Liquido

Anlisi Qumico

Leyenda Etapas especificadas

Etapas opcionales

Extraccin con

extractor rotativo

(ISh)

Adicin de material de cobertura intermitente

Repetir la extraccin cuatro veces

Fisura 3.2: Protocolo de un ensayo de lixiviacin, (Bueno et al. 1997)

En la tabla 3.2 se presentan datos representativos sobre las caractersticas de los lixiviados en vertederos nuevos y maduros.

16


Tabla 3.2: Datos tpicos sobre la composicin de los lixiviados procedentes de vertederos nuevos y maduros, (Tchobanoglous et al. 1996)

Valor, mg/1 a

Constituyente

DOBs (demanda de oxgeno bioqumico de 5 das)

COT (carbono orgnico total)

DQO (demanda de oxgeno qumico)

Total de slidos en suspensin

Nitrgeno orgnico

Nitrgeno amoniacal

Nitrato

Fsforo Total

Ortofosfato

Vertedero nuevo

(menos de 2 aos)

Rango

2.000-30.000

1.500-20.000

3.000-60.000

200-2.000

10-800

10-800

5-40

5-100

4-80

Tpico b

10.000

6.000

18.000

500

200

200

25

30

20

Vertedero maduro (mayor

de 10 aos)

100-200

80-160

100-500

100-400

80-120

20-40

5-10

5-10

4-8

17


Tabla 3.2: Datos tpicos sobre la composicin de los lixiviados procedentes de vertederos nuevos y maduros (cont.)) (Tchobanoglous et al. 1996)

Valor, mg/l a

Constituyente

Alcalinidad como CaCOs

pH

Dureza total como CaCOs

Calcio

Magnesio

Potasio

Sodio

Cloro

Sulfatos

Total hierro

Vertedero nuevo

(menos de 2 aos)

Rango

1.000-10.000

4.5-7.5

300-10.000

200-3.000

50-1.500

200-1.000

200-2.500

200-3.000

50-1.000

50-1.200

Tpico b

3.000

6

3.500

1.000

250

300

500

500

300

60

Vertedero maduro (mayor

de 10 aos)

Rango

200-1.000

6.6-7.5

200-500

100-400

50-200

50-400

100-200

100-400

20-50

20-200

a : Excepto el pH, que no tiene unidades.

b: los valores tpicos para los vertederos nuevos variarn segn el estado metablico del vertedero. 18


Como el rango de los valores de concentracin observados para varios constituyentes presentados en la tabla 3.2 es bastante grande, especialmente en vertederos nuevos, se debe tener mucho cuidado en la utilizacin de los diversos valores que se presentan. En tal tabla 3,3 se resumen los parmetros fsicos, qumicos y biolgicos a supervisar.

Tabla 3.3:Parmetros de muestreo de los lixiviados, (Tchobanoglous et al. 1996)

Fsico

Aspecto

pH

Potencial de reduccin oxidacin

Conductividad

Color

Turbicidad

Temperatura

Olor

Constituyentes orgnicos

Qumicos orgnicos

Fenoles

Demanda Qumica de Oxgeno (DQO)

Carbono Orgnico Ootal (COT)

cidos voltiles

Taninos, ligninas

N-Orgnico

Solubles en ter (aceite y grasa)

Constituyentes inorgnicos

Slidos en Suspensin (SS), Slidos Toatales Disueltos (STD)

Slidos Voltiles en Suspensin (SVS), Slidos Voltiles Disueltos (SDV)

Cloruros

Sulfato s

Fosfatos

Alcalinidad y acidez

N-Nitrato

N-Nitrito

Biolgicos

Demanda Bioqumica de Oxgeno (DBO)

Bacterias Coliformes (totales, fecales, fecales estreptococo)

Recuento sobre placas estndar

19


Tabla 3.3:Parnietros de muestreo de los lixiviados (cont.) (Tchobanoglous et al. 1996)

Fsico Constituyentes orgnicos

Sustancias activas al azul de metileno (SAAM)

Grupos funcionales orgnicos segn sean requeridos

Hidrocarburos clorados

Constituyentes inorgnicos

N-Amonaco

Sodio

Potasio

Calcio

Magnesio

Dureza

Metales pesados (Pb, Cu, Ni, Cr, Zn, Cd, Fe, Mn, Hg, Ba, Ag)

Arsenio

Cianuro

Flor

Selenio

Biolgicos

Debe resaltarse que la composicin qumica de los lixiviados variar mucho segn la antigedad del vertedero y la historia previa al momento de muestreo. Por ejemplo , si se recoge una muestra de los lixiviados durante la fase acida de la descomposicin, el pH ser bajo y las concentraciones de DBOs , COT, DQO, nutrientes y metales pesados sern altos. Por otro lado, si se recoge

20


una muestra de los lixiviados durante la fase de fermentacin del metano , el pH estar dentro del rango de 6.5 a 7.5 y los valores de concentracin de DBO5, COT, DQO y de los nutrientes sern significativamente ms bajos. Similarmente , sern ms bajas las concentraciones de metales pesados porque la mayora de los metales son menos solubles para valores de pH neutros. El pH del lixiviado depender no solamente de la concentracin de los cidos que estn presentes, sino tambin de la presin parcial del CO2 en el gas de vertedero que est en contacto con el lixiviado. La figura 3.3 muestra las fases de transformacin del lixiviado.

Tiompo

Figura 3.3: Fases de transformacin del lixiviado, (Tchobanoglous et al. 1996)

21


La biodegradabilidad del lixiviado variar con el tiempo. Se pueden supervisar los cambios en la biodegradabilidad del lixiviado mediante el control de la relacin DBO5/DQO . Inicialmente, las relaciones estarn en el rango de 0,5 o ms. Las relaciones en el rango de 0,4 a 0,6 se toman como un indicador de que la materia orgnica en los lixiviados es fcilmente biodegradable. En vertederos antiguos, la relacin DBOs/DQO est a menudo en el rango de 0,05 a 0,2. La relacin cae porque los lixiviados procedentes de vertederos antiguos normalmente contienen cidos hmicos y flvicos, que no son fcilmente biodegradables.

Como resultado de la diversidad en las caractersticas del lixiviado, el

diseo de los sistemas de tratamiento del lixiviado es complicado . por ejemplo, ima planta de tratamiento diseado para tratar un lixiviado con las caractersticas

presentadas por un vertedero nuevo sera bastante diferente de una diseada para

tratar el lixiviado procedente de un vertedero antiguo. El problema de

interpretacin de los resultados que est generndose en im momento dado es una

mezcla del lixiviado derivado de residuos slidos de distintas edades.

3.4.1 FACTORES QUE AFECTAN A LA COMPOSICIN DEL LIXIVIADO

Los factores que ms influencia tienen en la composicin del lixiviado

son:

- La naturaleza del residuo:

Es el factor de influencia ms obvia y clara. Evidentemente, todos los contaminantes presentes en el lixiviado proceden, de ima u otra forma, de los residuos depositados; as para el caso de RSU se representa en la figura 3.4 los contaminantes aportados por las basuras domsticas.

22


, Fraccin orgnica

BASURA

, Fcilmente biodegradable

Resistene a la biodegradacin

S o l u b l e

Fraccin -inorgnica

insoluble

PapeljCartn

. Vegetal y putrescible

Textile, madera, plstico

Constituyentes de cenizas

Procesos de degradacin B

^

B Degradacin lenta

A

Metal

Vidrio, piedra

A C

Composicin de los lixiviados

- ^ cidos grasos y otros compuestos orgnicos

Amoniaco, nitratos. nitritos y cidos grasos Degradacin lenta

Na*, K*, Ca\ Mg*\ ^ c r , SO4 ,P03 - Sulforos

" ^ Fe*\ Mn*^ otros

^ Inertes

A: Disolucin directa de substancias solubles B: Disolucin de compuestos soubles formados por biodegradacin C: Disolucin acida por reduccin qumica de la forma insoluble a 1 forma soluble

Figura 3.4: Factores que afectan a la composicin del lixiviado, (Bueno et al. 1997)

- la edad de depsito:

para el caso de RSU, la edad del depsito marca la composicin del lixiviado de acuerdo con las fases anteriormente indicados. Incluso con la edad del depsito se ha llegado a caracterizar el lixiviado segn la relacin DBOs/DQO.

En aras a su posible tratabilidad, en tres categoras:

I Relacin > 0.3 lixiviado j oven II Relacin entre 0.1 y 0.3 lixiviado medio III Relacin < 0.1 lixiviado viejo

- La tecnologa empleada, grado de compactacin, frecuencia y forma de la cubricin entre otros, condicionan significativamente tanto el lixiviado producido como su composicin .

23


Otros factores que se pueden considerar son:

- l tratamiento previo del residuo

- La hidrogeologa del lugar.

- El clima

- La estacin del ao.

- La forma de explotacin ( recirculacin del lixiviado, altura y tipo de relleno, etc.)

3.5 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CONTAMINANTES

Los principales mecanismos de transferencia entre el residuo y el agua

infiltrada son:

Arrastre de material particulado por el agua.

Disolucin de sales solubles del residuo.

Descomposicin o estabilizacin del residuo por conversin de la

materia orgnica en formas solubles y gaseosas.

De esta forma, el lixiviado cambia de acuerdo don la fase de

descomposicin.

En el caso particular de los RSU, al estar constituidos por una gran parte de compuestos orgnicos biodegradables, estos comenzaran a descomponerse por medio de procesos aerbicos, debido al oxigeno ocluido en la masa .La infiltracin de agua y las sucesivas compactaciones contribuyen a desplazar el aire atrapado, por lo que al cabo de un tiempo al degradacin se realiza en forma anaerobia .El tiempo necesario para el paso de un proceso a otro varia dependiendo de la explotacin del deposito y de la altura del residuo dentro del

24


mismo. Realmente se puede distinguir tres fases en la vida de un depsito o

vertedero:

- Fase aerobia

De duracin variable, pero generalmente corta, entre horas y das, y es

debida a la cantidad limitada de oxgeno presente y al contenido elevado

de materia orgnica. El lixiviado se caracteriza por la presencia de slidos

arrastrados, disolucin de sales y cantidades pequeas de especies

orgnicas de la degradacin aerobia.

- Fase anaerobia inicial

Es la fase de la fermentacin acida. El lixiviado se caracteriza por la

presencia de cidos grasos voltiles, alcoholes, amonio y altos niveles de

iones inorgnicos, con bajo pH. La relacin DBOs/DQO es alta. El potencial redox baja en esta fase por debajo de cero.

- Fase anaerobia final

Posteriormente, al iniciarse la fermentacin metnica, aproximadamente un ao despus de la disposicin del residuo, se produce metano, disminuyendo la cantidad de cidos grasos voltiles y aumentando el pH. La relacin DBO5/DQO es baja. Tambin y con el transcurrir del tiempo va apareciendo una parte importante de compuestos no biodegradables, constituidos fundamentalmente por compuestos aromticos tipo lignina, estos compuestos participan de los mecanismos de adsorcin y acomplejacin, que son los procesos ms importantes en la atenuacin y movilidad de los metales incluidos en la masa del residuo.

3.6 ALTERNATIVAS EN LA GESTIN DE LIXIVIADOS

25


La gestin de lixiviados es clave para la eliminacin del potencial que

tiene un vertedero para contaminar acuferos subterrneos. Se han utilizado

varias alternativas para gestionar el lixiviado recogido de los vertederos,

incluyendo: o

Procesos qumicos: Neutralizacin, Precipitacin, Oxidacin.,...

Procesos fsicos: Sedimentacin/flotacin, Filtracin, Abosrcin, Ultrafiltracin,..

3.6.1 Descaiga a una planta de tratamiento de aguas residuales:

En aquellas zonas donde el vertedero est localizado cerca de un sistema

para la recogida de aguas residuales o donde se puede utilizar una alcantarilla a

presin para conectar el sistema para la recogida del lixiviado a un sistema para

la recogida de aguas residuales. En muchos casos, quiz, ser necesario un

pretratamietno, utilizando uno de los mtodos presentados en el apartado interior,

para reducir el contenido orgnico antes de proceder a la descarga del lixiviado

en la alcantarilla. En lugares donde no hay alcantarillas disponibles, y no es

factible la evacuacin y riego , puede ser necesario un tratamiento completo

seguido de una descarga superficial.

3.7 LA PELIGROSIDAD DE LOS LIXIVIADOS

Los lixiviados arrastran las sustancias txicas producidas en el vertedero. La Agencia de Medio Ambiente de EE.UU. (USEPA) ha analizado hasta 200 compuestos diferentes presentes en los lixiviados en los vertederos de residuos slidos urbanos. Algunos como cloruro de vinilo, cloruro de metilo, tetracloruro de carbono, clorobencenos (de los que destaca el hexaclorobenceno, por su toxicidad) y arsnico son sustancias cancergenas. Al igual que el resto de las sustancias organocloradas, son persistentes y bioacumulativas en todos los eslabones de la cadena trfica. El plomo, cadmio y el mercurio son metales pesados presentes en los lixiviados de los vertederos. El plomo procede principalmente de las bateras de los coches y de aparatos

26


electrnicos, plsticos, vidrio, cermica, pigmentos, etc. El plomo ocasiona lesiones cerebrales n los nios e hipertensin arterial en adultos. El mercurio produce lesiones renales y neurolgicas. Las fuentes de cadmio y mercurio proceden fundamentalmente de las pilas. El cadmio, adems, se encuentra en los aparatos electrnicos, plsticos, etc.; produce lesiones renales y hepticas. La contaminacin del agua de los pozos y acuferos tiene consecuencias perjudiciales para la salud humana.

3.8 REQUISITOS GENERALES PARA TODAS LAS CLASES DE VERTEDEROS

Segn el Anexo I de la Directiva 1999/31/CE del Consejo, de 26 de abril de 1999, relativa al vertido de residuos Diario Oficial n L 182 de 16/07/1999 P. 0001 - 0019.

Se hace notar los siguientes puntos:

1. Control de aguas y gestin de lixiviados

Se tomarn las medidas oportunas con respecto a las caractersticas del vertedero y a las condiciones meteorolgicas, con objeto de:

-Controlar el agua de las precipitaciones que penetre en el vaso de

vertedero.

-Impedir que las aguas superficiales o subterrneas penetren en los residuos vertidos.

-Recoger las aguas contaminadas y los lixiviados. Cuando una evaluacin basada en la ubicacin del vertedero y los residuos que se admitan muestre que el vertedero no es potencialmente peligroso para el medio ambiente, la autoridad competente podr decidir que no se aplique esta disposicin.

-Tratar las aguas contaminadas y los lixiviados recogidos del vertedero de forma que cumplan la norma adecuada requerida para su vertido.

27


Lo arriba dispuesto puede no aplicarse a los vertederos para residuos

inertes.

2. Proteccin del suelo y de las aguas

2.1. Todo vertedero deber estar situado y diseado de forma que cumpla

las condiciones necesarias para impedir la contaminacin del suelo, de las

aguas subterrneas o de las aguas superficiales y garantizar la recogida

eficaz de los lixiviados en las condiciones establecidas en el pimto 2. La

proteccin del suelo, de las aguas subterrneas y de las aguas de superficie

se realizar mediante la combinacin de una barrera geolgica y un

revestimiento inferior durante la fase activa o de explotacin, y mediante

la combinacin de una barrera geolgica y un revestimiento superior

durante la fase pasiva o posterior a la clausura.

2.2. Existe barrera geolgica cuando las condiciones geolgicas e hidrogeolgicas subyacentes y en las inmediaciones de un vertedero tienen la capacidad de atenuacin suficiente para impedir un riesgo potencial para el suelo y la aguas subterrneas.

2.3. Adems de las barreras geolgicas anteriormente descritas deber aadirse un sistema de impermeabilizacin y de recogida de lixiviados de manera que se garantice que la acumulacin de lixiviados en la base del vertedero se mantiene en un mnimo.

3.9 TRATAMIENTO DE LOS LIXIVIADOS

3.9.1 OPCIONES DE TRATAMIENTO

Dadas las caractersticas de los contaminantes, pueden contemplarse, entre otras, las siguientes opciones de tratamiento de los lixiviados producidos:

Tratamiento biolgico

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Tratamiento fsico-qumico con reactivos

Tratamiento de adsorcin mediante carbn activo

Oxidacin UV

Ultrafiltracin

Osmosis inversa

Combinaciones de los anteriores

Cuando no se utiliza el reciclaje y la evaporacin de los lixiviados, y no es posible evacuarlos directamente a una instalacin de tratamiento, ser necesaria

alguna forma de pretratamiento o un tratamiento completo. Como las

caractersticas de los lixiviados pueden variar tanto, se han utilizado varias

opciones parar el tratamiento del lixiviado.

En la tabla 3.4 se resumen las principios operaciones y procesos de

tratamiento biolgicos y fsico/qumicos utilizados para el tratamiento de

lixiviados. El proceso o los procesos de tratamiento elegidos dependern en gran

parte del contaminante o contaminantes que haya que separar.

Tabla 3.4: Procesos y operaciones biolgicos, qumicos y fsicos representativos, utilizados para el tratamiento de lixiviados, (Tchobanoglous et al. 1996)

Proceso de tratamiento

Procesos biolgicos

Fangos activados

Aplicacin Observaciones

Separacin de orgnicos Pueden ser necesarios aditivos de desespumamiento; necesario clarificador separador

29


Tabla 3.4: Procesos y operaciones biolgicos, qumicos y fsicos representativos, utilizados para el tratamiento de lixiviados, (cont.) (Tchobanoglous et al. 1996)

Proceso de tratamiento Aplicacin Observaciones

Reactores en serie Separacin de orgnicos Similar a fangos activados, pero no se precisa un clarificador separado; solamente aplicable con tasas de flujo relativamente lentas

Estanques aireados de estabilizacin

Separacin de orgnicos Requiere una gran superficie de terreno

Procesos de pelcula fija(filtros percoladores, contactores biolgicos rotatorios)

Separacin de orgnicos Frecuentemente utilizado con efluentes industriales similares a los lixiviados, pero no ensayado con lixiviados de vertederos

Lagunas anaerobias Separacin de orgnicos Requisitos de energa y produccin de fangos menores que en los sistemas aerobios; requiere calefaccin; mayor potencial para la inestabilidad del proceso; ms lento que los sistemas aerobios

Nitrificacin / desnitrificacin

Separacin de nitrgeno La nitrificacin / desnitrificacin puede llevarse a cabo

simultneamente con la separacin de orgnicos

Procesos qumicos

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Tabla 3.4: Procesos y operaciones biolgicos, qumicos y fsicos representativos, utilizados para el tratamiento de lixiviados (cont.), (Tchobanoglous et al. 1996)

Proceso de tratamiento

Neutralizacin

Precipitacin

Oxidacin

Oxidacin por aire hmedo

Operacin fsicas

Sedimentacin / flotacin

Filtracin

Arrastre por aire

Aplicacin

Control del pH

Separacin de metales y algunos aniones

Separacin de orgnicos; detoxicacin de algunas especies inorgnicas

Separacin de orgnicos

Observaciones

De aplicacin limitada para la mayora de los lixiviados

Produce un fango, que posiblemente requiera la evacuacin como residuo peligroso

Funciona mejor con flujos de residuos diluidos; el uso de cloro puede provocar la formacin de hidrocarburos clorados

Costoso; funciona bien con orgnicos refractarios

Separacin de materia en suspensin

Separacin de materia en suspensin

Separacin de amonaco u orgnicos voltiles

Slo tiene una aplicacin limitada; puede utilizarse conjuntamente con otros procesos de tratamiento

Solamente til como proceso de afino

Puede requerir equipamiento de control de la contaminacin atmosfrica

31


Tabla 3.4: Procesos y operaciones biolgicos, qumicos y fsicos representativos, utilizados para el tratamiento de lixiviados (cont.), (Tchobanoglous et al. 1996)

Proceso de tratamiento Aplicacin Observaciones

Separacin por vapor Separacin de orgnicos voltiles

Altos costos energticos; el vapor de condensado requiere un tratamiento adicional

Absorcin Separacin de orgnicos Tecnologa probada; costes variables segn lixiviado

Intercambio inico Separacin de inorgnicos disueltos

til solamente como un paso de acabado

Ultrafiltracin Separacin de bacterias y de orgnicos con alto peso molecular

Propenso al atascamiento; d aplicacin limitada para los lixiviados

Osmosis inversa Disoluciones diluidas de inorgnicos

Costoso; necesario un pretratamiento extensivo

Evaporacin Cuando no se permite la descarga de lixiviados

Los fangos resultante pueden ser peligroso; puede ser costoso excepto en zonas ridas

3.9.2 LA SOLUCIN MAS ADECUADA ES UN TRATAMIENTO INTEGRAL DE LOS LIXIVIADOS

Las variaciones de caudal y concentracin de contaminantes de los lixiviados, debidas a la evolucin del vertedero con su edad y condiciones ambientales, obligan al diseo de una planta con una gran flexibilidad de funcionamiento.

32


Entre los tratamientos posibles estn el biolgico, el fsico-qumico o ma

combinacin de ambos. Dada la concentracin de contaminantes orgnicos de los

lixiviados, el ms adecuado es el tratamiento biolgico que permite la

eliminacin del nitrgeno en forma amoniacal y reduce la carga de DBO5, mientras que el fsico-qumico es ms indicado para la reduccin de DQO y metales.

Los procesos biolgicos tradicionales precisan una gran superficie de instalacin, debido a la disposicin en balsas en que el aporte de oxgeno por aireacin es de escaso rendimiento y no han obtenido resultados satisfactorios.

3.10 Planta de tratamiento de lixiviados

Para el tratamiento de los lixiviados se pueden utilizar dos tipos de

sistemas. En su primera fase, el vertedero produce lixiviados con un alto

contenido en DQO/DBO. Para esta fase el mejor tratamiento sera un sistema anaerobio. Una vez en pleno funcionamiento (10 aos) el contenido en DQO/DBO bajar muy rpidamente y el mejor sistema sera un aerbico.

Un sistema aerbico muy efectivo es el PERCOTRON, basado en la tecnologa del Biorotor Staehlermatic. Este sistema combina una superficie muy grande para los lodos activados y una aireacin de los lixiviados sin soplantes. Un procesp simultaneo de nitrificacin y desnitrificacin puede ser realizado en el mismo sistema.

El sistema consiste en los siguientes componentes: - Depsito regulador - Depsito biolgico con uno o ms biorotores - Regulacin del pH

- Fase de calentamiento de los lixiviados - Depsito de sedimentacin

33


- Bomba para la recirculacin de lodos

- Bombas para los lixiviados

El grado de efectividad de la instalacin, en cuanto a los parmetros ms importantes, es:

DQO: 60-70 %

DBO: 95 %

N.T.K.: 95-100%

P: ^95 %

34

CAPITULO 4

Capitulo 4 INVESTIGACIN BIBLIOGRFICA

Capitulo 4

INVESTIGACIN BIBLIOGRFICA

4.1 INTRODUCCIN

Como ya se seal en el captulo dos de esta Tesis, los objetivos iniciales propuestos son los siguientes:

1. Investigar sobre las caractersticas fundamentales de los lixiviados.

2. Investigar sobre la forma de evitar problemas, minimizando la produccin

de lixiviados, buscando sistemas naturales o escalones en el proceso de los

vertederos para disminuir al mximo su existencia.

3. Investigar sobre la forma de captar los lixiviados, para poder recoger los

lixiviados sin generar impactos ambientales.

4. Investigar sobre la forma de optimizar el tratamiento, buscando la mxima

economa.

Uno de los problemas ms importantes, en cuanto a la contaminacin por

residuos slidos, es que son lquidos percolados o escurridos de los depsitos de

almacenamiento de residuos. Estos lquidos reciben el nombre genrico de

LIXIVIADOS y su importancia, en cuanto a contaminacin, viene dada por su

fuerte carga orgnica, la cual es fruto de su paso, con arrastre y disolucin, a

travs de los residuos almacenados.

Se han estudiado varios artculos e investigaciones para contestar a los

objetivos anteriormente mencionados.

36

Captulo 4 INVESTIGACIN BIBLIOGRFICA

4.2 OBJETIVO V

En cuanto al objetivo 1, el fruto de la bsqueda bibliogrfica que abarc docenas de vertederos en varios lugares del mundo, fue el siguiente:

Algunos parmetros como: pH, Color, SST, SSV, Conductividad elctrica,

alcalinidad, DBO5, DQO, P04~^ S04~^ N-NH3, Sodio , Potasio, Calcio y metales pesados, fueron estudiados en el vertedero de Ano Liosia en Grecia Fatta, D. et al

(1998), con el objetivo de caracterizar los lixiviados generados en un vertedero de RSU y sus variaciones con el tiempo.

Es preciso destacar las siguientes observaciones:

El pH oscil entre 8.07 y 8.63. Este valor neutro-alcalino se atribuye a la antigedad del vertedero. Adems, este valor indica que la actividad

bioqumica en el cuerpo del vertedero est casi terminada y que la carga

orgnica se establiliz biolgicamente. En cuanto a la fase en la cual se

encuentra el vertedero, los valores del pH indican una fase metanognica.

El color de los lixiviados fue marrn oscuro, que es una indicacin de la

existencia de cidos hmicos y flvicos.

La conductividad elctrica tuvo un valor entre 21.0 y 26.9 mS/cm.

La DBO5 oscila entre 500 y 1196 mg/1 y el DQO entre 3250 y 6489 mg/1,. Segn estos valores, la relacin DBO5 /DQO fue bastante baja (0.1 - 0.2), lo que indica que el vertedero funcion en su ltima fase y que la mayora

de los compuestos orgnicos no eran biodegradables.

Los valores de amonio oscilan entre 720 y 1350 mg/1. Esto era debido a las condiciones anaerbicas en el vertedero, lo que ayuda a que los nitratos se convierta en amonio. Adems, otra causa es por la biodegradacin de orgnicos que contienen nitrgeno, protenas.

37


aminocidos. Hay que destacar tambin que la concentracin de amonio

es txica para los microorganismos responsables del proceso anaerbico.

La tabla 4. 1 Muestra un rango de valores para todos los parmetros

estudiados.

Es importante remarcar que la investigacin detect valores que superan

lo que est citado en la bibliografa.

Tabla 4.1: Caractersticas de lixiviados del vertedero de Ano Liosia ,Grecla, (Fatta et al 1998)

Parmetro

pH

Color

ST

SS

SD

DBO5

DQO

Conductividad

Rango

8.29-8.62

4500 - 9900

8967-16150 (mg/1)

120-388(mg/l)

8632-15860 (mg/1)

500 - 880 (mg/1)

3250 - 6300 (mg/1)

21.1-26.1 (mg/1)

38


Tabla 4.1: Caractersticas de lixiviados del vertedero de Ano Liosia ,Grecia.(cont.), (Fatta et al 1998)

Parmetro

Alcalinidad

SO4"'

P04"^

N-NH3

Cloruro

Potasio

Sodio

Calcio

Cadmio

Cromo

Cobre

Hierro

Nquel

Rango

2000 - 2850 (mg/1)

205 - 770 (mg/1)

11.1-14.2 (mg/1)

720-1215 (mg/1)

3500-5073 (mg/1)

1210-2197 (mg/1)

1389-2996 (mg/1)

41.9-78.1 (mg/1)

0.02 - 0.04 (mg/I)

1.21-2.14 (mg/1)

0.15-0.35 (mg/1)

6.24 - 9.02 (mg/1)

0.57 - 0.97 (mg/1)

39


Tabla 4.1: Caractersticas de lixiviados del vertedero de Ano Liosia ,Greca.(cont.), (Fatta et al 1998)

Parmetro

Plomo

Cinc

DBO5/DQO

Rango

0.68 - 0.94 (mg/1)

0.40-0.61 (mg/1)

0.10-0.194

En Espaa, Vadillo, I. et al (1999), realizaron un estudio sobre la composicin qumica de lixiviados de vertederos de RSU en la zona del

Mediterrneo, poniendo Marbella como un ejemplo.

Varios anlisis de muestras de lixiviados fueron realizados durante un

perodo de tiempo de tres aos para poder resumir las caractersticas qumicas y

fsicas de dicho vertedero.

Los resultados fueron comparados con las concentraciones mximas

permisibles por la legislacin de Aguas Pblicas Espaola (Decreto 849/1986). La tabla 4.2 Resume lo dicho anteriormente:

Tabla 4.2: Caractersticas de lixiviados del vertedero de Marbella,Espaa. (Vadillo et ai 1999)

Parmetro

pH

Mximo permisible

5.5-9.5

Rango obtenido

7.97-8.61

40


Tabla 4.2: Caractersticas de lixiviados del vertedero de Marbella,Espaa.(cont.), (Vadillo et al 1999)

Parmetro

T

Conductividad

Calcio

Magnesio

Sodio

Potasio

NH4''

Alcalinidad

Cloruro'

SO4 "^

Nitratos

Mximo permisible

15.0 (mg/1)

2000 (mg/1)

2000 (mg/1)

Rango obtenido

12.3-36.4 C

4050 - 40900 |iS/cm

44 - 308 (mg/1)

11.7-422.8 (mg/1)

400 - 3040 (mg/1)

250-1800 (mg/1)

16.1-16358.9 (mg/1)

2025.2-18727 (mg/1)

781-7810 (mg/1)

41.2-802.4 (mg/I)

28.9 - 2524.3 (mg/1)

41


Se puede observar aqu que el pH tuvo valor mayor que 7. En cuanto a la

conductividad elctrica, sus elevados valores se pueden atribuir a la alta

concentracin de los compuestos inorgnicos. Algunos de estos compuestos

exceden los lmites fijados por la legislacin espaola. Parmetros como alcalinidad, cloruro, Sodio, Potasio y NH4"^ controlan la mineralizacin, y por lo

tanto, la conductividad.

Otra parte de sta investigacin fue dedicada a la influencia del clima en

las caractersticas de los compuestos de lixiviados. En general, se pueden resumir

tres tipos de lixiviados que fueron observados durante el estudio:

1. Lixiviados producidos durante sequas muy fuertes.

2. Lixiviados producidos durante lluvias fuertes.

3. Lixiviados producidos en perodos normales.

Se concluy que el primer tipo de lixiviados fue el que ms mineralizacin

obtuvo, mientras que el segundo alcanz una baja mineralizacin y concentracin qumica, lo que quiere decir que fueron los lixiviados ms diluidos, y en ltimo

lugar, se encontraron los lixiviados de la tercera categora que son los que se

producen en condiciones normales de lluvia.

El pasado estudio fue en la zona del Mediterrneo. En cambio, la siguiente

investigacin fie realizada en una zona rida que pertenece al mundo rabe,

KUWAIT.

Al-Muzaini, S. Et al (1995) estudiaron varias muestras procedentes del vertedero Al-Shiookh (ms de 20 aos de antigedad) con el objetivo de determinar sus caractersticas fsico-qumicas.

La tabla 4. 3 Muestra la variedad de los lixiviados sometidos a la

investigacin.

42


Tabla 4.3: Caractersticas de lixiviados del vertedero de Al-shiookh, Kuwait, (El-Muzaini et al 1995)

Parmetro

pH

Turbided

COT

CT

SD

DBO5

DQO

Conductividad

Alcalinidad

Nitratos

N-NH3

Rango

6.0-9.0

3.0-303.0 U.N.T.

23.0-950.0 (mg/1)

32.0-641.0 (mg/1)

3.7-23.0 (mg/1)

5.0-400.0 (mg/1)

23.0-950.0 (mg/1)

7.0 - 50.0|Li S/cm

429 - 6988.0 (mg/1)

0.20-100.0 (mg/1)

0.6-216.0 (mg/1)

43


Tabla 4.3: Caractersticas de lixiviados del vertedero de Al-shiookh, Kuwait, (cont.), (El-Muzaini et al 1995)

Parmetro

Magnesio

Calcio

Cadmio

Hierro

Nquel

Plomo

Cinc

Rango

93.0-2800.0

556-3080.0

2.0-159.0 |Lig/l

370.0 - 8550.0 pig/1

2.0 - 322.0 i^g/l

0.02-301.0 ^g/l

42.0 - 469.0 ng/1

La importancia de la edad de un vertedero en la definicin de las

caractersticas de los parmetros fundamentales de los compuestos existentes en

los lixiviados, fue el motivo de iniciacin de un estudio sobre este tema,

realizado por Ragle, N. et al (1995).

En general, se lleg a la conclusin de que las concentraciones de la materia orgnica de los lixiviados procedentes de un vertedero antiguo (16 aos), son mucho ms altas que las generadas por un vertedero joven (3.7 aos). Ambos vertederos se encuentran al lado de Seattle, Washington (USA).

44


La tabla 4.4 muestra una comparacin entre ambos vertederos

Tabla 4.4: Caractersticas de lixiviados del vertedero de Seattle ,USA, (Ragle et al. 1995)

Parmetro

DQO

COT

SDT

Vertedero antiguo

1200-75000(mg/l)

79-81000 (mg/1)

840-12600 (mg/1)

Vertedero joven

220-21600 (mg/1)

31-6800 (mg/1)

858-10120 (mg/1)

Adems, el estudio investig la influencia del temporal en las

caractersticas de los lixiviados y concluy que un anlisis a escala muy pequea

de tiempo (minutos) indica que la variacin es muy poca (< 10% ), tanto para compuestos orgnicos como inorgnicos, mientras que dicha variacin subi

hasta dos y tres veces ms en una escala de tiempo de horas o das.

Ms all del Este, concretamente en Hong Kong, Irene M. encabez un

grupo de investigacin, cuya finalidad era desarrollar una base de datos sobre las

caractersticas de los lixiviados generados en su pas, utilizando los registros de

diez vertederos distintos.

El estudio reconoce la complejidad de los lixiviados, de manera que es muy difcil llegar a una alta certeza y confianza en los valores de los

constituyentes de los lixiviados. Sin embargo, la tabla 4.5 resume las caractersticas generales de vertederos antiguos y jvenes.

45


Tabla 4.5: Caractersticas de lixiviados de un vertedero deHong Kong, (Irene et al 1996)

Parmetro

pH

COT

ss

DB05

DQO

Conductividad

N-NH3

Magnesio

Calcio

Hierro

Nquel

Plomo

Cinc

Vertedero antiguo

7.1-9.0

230.0-915.0 (mg/1)

480.0 - >5000 (mg/1)

81.0-22000 (mg/1)

750 - 50000 (mg/1)

20.0 - 90.0 [iS/cm

760-13000 (mg/1)

29.0-31.0 (mg/1)

26.0-43.0 (mg/1)

1.0-15.0 (mg/1)

0.06 - 0.5 (mg/1)

0.06-1.0 (mg/1)

0.04-1.0 (mg/1)

Vertedero joven

5.6-9.1

1565.0 (mg/1)

1000->2500 (mg/1)

1600-5000 (mg/1)

6610-30000 (mg/1)

20 ^S/cm

1500-11000 (mg/1)

190 (mg/1)

280 (mg/1)

0.1-0.25 (mg/1)

0.04 - 0.3 (mg/1)

1.0-2.2 (mg/1)

46


Y para poder imaginar los cambios ocurridos en un vertedero a lo largo de

su vida, se presenta la figura 4.4

DQO X 1000

Leyenda: 1. Ma Ysu Tong(Este) 2, Ms Ysu Tong (oeste) 3. SaTsoWan(p,l) 4. Sai Tso Wan (p 2) 5, Jordn Valley 6, Pillar point 7. Shuen Wan. 8, Junk Bay

o

10 11 12

Figura 4.1: Resultados de la DQO en varios vertederos en Hong Kong (Irene et al 1996)

Un estudio amplio de dos vertederos de la zona de Madrid fue realizado

por Andrs et al.(2000), en el cual se tomaron varias muestras mensualmente durante un ao con el fin de analizarlos.

Pinto.

Los vertederos estudiados ieron: el vertedero de Valdemingmez y el del

Tabla 4.6 Muestra los resultados obtenidos:

47


Tabla 4.6: caractersticas de lixiviados de los vertederos de Valdemingmez y Pinto, Espaa, (Andrs et al 2000)

Parmetro

pH

DBO5

DQO

DBO5/DQO

SS (mg/1)

SSV

SSF

ssv/ss

N-Kjeldahl

N-NH3

Cobre

Hierro

Valdemingmez

8.00-8.49

81-410 (mg/1)

939 - 5033 (mg/1)

0.05-0.10

9 - 3 5 (mg/1)

5 - 2 4 (mg/1)

2 - 1 3 (mg/1)

0.06-0.55 (mg/1)

2383 (mg/1)

775-2120 (mg/1)

0.1-1.4 (mg/1)

1.3-14.4 (mg/1)

Pinto

7.50-8.80

130-408 (mg/1)

1127-3546 (mg/1)

0.10-0.

51-253 (mg/1)

36-150 (mg/1)

15-103 (mg/1)

0.60-0.71 (mg/1)

3729 (mg/1)

3529 (mg/1)

0.0-0.1 (mg/1)

2.4-4.5 (mg/1)

48


Tabla 4.6: caractersticas de lixiviados de los vertederos de Valdemingmez y Pinto, Espaa, (cont.), (Andrs et al 2000)

Parmetro

Manganesio

Plomo

Nquel

Valdemingmez

0.01-0.1 (mg/1)

0.1-0.6(mg/l)

0.3-1.0 (mg/1)

Pinto

0.0 0.1 (mg/1)

0.0-0.1 (mg/1)

0.0-0.1 (mg/1)

Zess et al., se refirieron, en una investigacin bibliogrfica amplia, a las

caractersticas de los lixiviados procedentes de varios vertederos de mucha

diversidad en cuanto a sus antigedades. Se hizo una clasificacin de cuatro

categoras: vertedero entre 0 - 5 aos de edad, entre 5-10, 10 - 20, > 20 aos. La tabla 4.6 resume los valores de algunos parmetros

Tabla 4.6 :Cambios de concentraciones de lixiviados con la edad del vertedero, (Zeiss et al. 1995)

Parmetro

DB05(mg/l)

DQO (mg/1)

0 - 5

10000-25000

15000-40000

Edad del vertedero (aos)

5 - 1 0

1000-4000

10000-20000

10-20

50-1000

1000-5000

>20


Tabla 4.6 :Cambios de concentraciones de lixiviados con la edad del vertedero, (cont.), (Zeiss et al. 1995)

Parmetro

N-Kjeldahl (mg/1)

N-amonio

(mg/1)

TDS (mg/1)

pH

Calcio (mg/1)

Sodio y Potasio

(mg/1)

Magnesio y

Hierro (mg/1)

Cinc y Aluminio (mg/1)

Cloruro (mg/1)


0 - 5

1000-3000

500-1500

10000-25000

3 - 6

2000 - 4000

2000 - 4000

500-1500

100-200

1000-3000

5 - 1 0

400 - 600

300-500

5000-10000

6 - 7

500-2000

500-1500

500-1500

50-100

500 - 2000

10-20

75 - 300

50-200

2000 - 5000

7-7 .5

300 - 500

100-500

100-500

10-50

100-500

>20


Tabla 4.6 Cambios de concentraciones de lixiviados con la edad del vertedero, (cont.), (Zeiss et al. 1995)

Parmetro

Sulfato (mg/1)

Fsforo (mg/1)

0 - 5

500-2000

100-300


5 - 1 0

200- 1000

10- 100

10-20

50 - 200

>20


Tabla 4.7: Caractersticas de lixiviados de varios pases

Parmetro

pH

DQO (mg/l)

DBOsmg/l)

SS (mg/l)

cidos orgnicos voltiles (mg/l)

Alcalinidad

CaC03(mg/l)

N-NH3(nig/l)

N-NH4(mg/l)

NKJ (mg/l)

P-PO-%(mg/l)

S04-'(mg/l)

Fsforo Total (iiig/l)

Cloruro (mg/l)

Hierro (mg/l)

A

7.5-7.8

14900-

19980

6900-11000

7040-13050

1120-2780

1350-3280

48-79

5620-6330

14.2-44.0

B

5.6-7.5

30100-

70000

21000-31000

1020-3930

11500-13150

1345-2033

1630^490

1.0-6.0

60-130

c 6.6-8.4

11760-32380

6450-23000

1300

1400

8

1210-1706

22.2-95.9

D

6.0-7.6

35800-

60950

26120-45070

1065-2230

12260-15670

635-1020

850-1410

0.6-138

2990-3620

244-1710

E

5.6-6.3

60000-77500

31500-41000

1120-7700

900-1510

1560-2020

6.5-22.8

14.6-23.8

3780-3820

8.7-43

F

8.2

4100

2000

200

1040

2.4

5420

0.91

G

6.1-7.8

10000-

64000

100-3280

850-7700

100-1991

0.1-6.8

105-1156

H

6,1-7.8

176-6440

33-4500

I

7.5

2390

150

490

9.7

2800

3.0

J

5.7-6.4

15000

13500

1200

6700

4930

350

8.96

160

K

7.6-7.8

3300

1650

1250

4780

715

750

1.0

7

L

7.7-7.9

1500

450


Tabla 4.7: Caractersticas de lixiviados de varios pases (cont.)

Parmetro

Mingaiicso (iiig/l)

Cobre (tng/l)

Cinc (mg/l)

Plomo (mg/l)

Cadmio (mg/l)

Cromo (mg/l)

Nquel (mg/l)

A

0.11-5.3

0.02-0.13

0.38-1.06


Resumiendo todo lo anterior, la composicin de los lixiviados vendr dada

fundamentalmente por los contaminantes que el residuo contiene, y su

concentracin se relaciona con la capacidad de que exista una buena correlacin

entre la concentracin de lixiviados y el volumen total producido.

Debe resaltarse que la composicin qumica de los lixiviados variar

ampliamente segn la antigedad del vertedero y la historia previa al momento

de muestreo. Por ejemplo, si se recoge una muestra de los lixiviados durante la fase acida de la descomposicin, el pH ser bajo y las concentraciones de DBO5, COT, DQO, nutrientes y metales pesados sern altos. Por otro lado, si se recoge una muestra de los lixiviados durante la fase de fermentacin del metano, el PH

estar dentro del rango de 6.5 a 7.5 y los valores de concentracin de DBO5, COT, DQO y de los nutrientes sern significativamente ms bajos. Similarmente, sern ms bajas las concentraciones de metales pesados, porque la mayora de los metales spn menos solubles para valores de pH neutros. El pH del lixiviado

depender no solamente de la concentracin de los cidos que estn presentes,

sino tambin de la presin parcial del CO2 en el gas de vertedero que est en

contacto con el lixiviado.

4.3 OBJETIVOS 2 Y 3"

Los conceptos a contemplar en los objetivos 2 y 3 estn muy relacionados uno con el otro, por lo que la investigacin se desarroll de forma que se estudiaron ambos objetivos a la vez.

A continuacin se presenta un resumen de toda la investigacin

bibliogrfica realizada respecto a este tema.

Rodriguiz et al. (2000), de la E.T.S.l. de Industriales e Informtica (Universidad de Oviedo), han utilizado una planta piloto para el estudio de lixiviados en el vertedero de Zoreda, Asturias ( Espaa).

S4


El objetivo principal del estudio fue el control y la optimizacin de condiciones de funcionamiento con el fin de aumentar la produccin de biogs y

disminuir la cantidad contaminante de los lixiviados.

La planta piloto fue construida con tuberas de PVC, con dimetro de 0.5 m y longitud de 3.6, con simulacin de lluvia, los lixiviados se recircularon con

una bomba.

La planta piloto se rellen con 3 celdas de residuos slidos urbanos. El

estudio del comportamiento de la primera celda dur im ao, al cabo del ao se

aadi la segunda celda, que fue estudiada durante cinco meses, y finalmente la

tercera y ltima.

Los parmetros estudiados fueron: pH, DQO, cidos orgnicos voltiles, N-amoniacai, y metales pesados.

Despus de hacer los ensayos y los anlisis correspondientes a ambas

plantas (piloto y vertedero), se detect que la DQO disminuye ms rpidamente en la planta piloto que en el vertedero. Esto se atribuy a la manera de depositar

los residuos en el vertedero, es decir, el depsito diario de los residuos en

diferentes capas de residuos se encontraron en diferentes fases de procesos

anaerobios.

Cuando una celada de los residuos se deposita encima de otra, si la flora

de bacterias anaerobias de la celda inferior est estabilizada, dicha flora degrada

los lixiviados producidos en la celda justo encima, por eso, cuanto ms uniforme sea el paso de lixiviados y lluvia entre celdas, ms rpido ser el proceso de

estabilizacin de residuos, y la carga contaminante de lixiviados ser ms baja. Por todo lo anterior, los lixiviados formados en cada celda tienen que

pasar por la celda inferior inmediatamente en la forma ms uniforme posible.

El vertedero tiene que ser diseado de tal manera que la infiltracin de

lixiviados entre los cubiertos de cada celda, sea uniforme.

Adems, es preferible que sean perforadas las celdas con agujeros pequeos antes de poner la nueva celda, sto podra garantizar buen flujo

55


hidrodinmico, asi los procesos biolgicos se mejoraran y al mismo tiempo se evitaran posibles inundaciones de biogs en los pozos de extraccin como

consecuencia de acumulacin de los lixiviados.

La composicin y la cantidad generada de los lixiviados depende del

funcionaniiento del vertedero, es decir si la recirculacin de los lixiviados se

realiza, cosa que no se hizo en el vertedero, la carga orgnica de los lixiviados

disminuira. En consecuencia se generarla una aceleracin de la biodegradacin

de los residuos.

Incluso bajo las condiciones ms adecuadas, la DQO de los lixiviados ha llegado a un valor lmite, que es muy difcil reducir por procesos biolgicos. Si

se requiere bajar del valor lmite sera preciso un tratamiento fsico-qumico. El valor lmite fue 1.5 g O2 d / m en ambas plantas. Este valor sera debido a la

presencia de materia orgnica que no se puede degradar fcilmente bajo condiciones anaerobias.

Conclusiones fmales:

Cuando una celda nueva se pone encima de otra, ya digerida, los

lixiviados generados tienen bajo contenido de orgnicos, porque la celda precedente digerida ha actuado como lecho anaerbico para los lixiviados

generados en la nueva celda.

Las composiciones de lixiviados producidos en una planta piloto varan,

dependiendo del nmero de capas o celdas por las que el lixiviado tiene

que pasar.

Los vertederos ubicados en un clima semi-rido podran funcionar bajo condiciones de emisin mnima de lixiviados, incluso con la disposicin de

fangos?

La respuesta a sta pregunta viene dada en un estudio realizado por Fourie

et al. (1999).

En esta investigacin, se intent demostrar que no haca falta construir un

sistema de revestimiento (geomembrana), en los vertederos que se ubican en un

56


clima semi-rido, donde la evaporacin es superior a la precipitacin.

Mencinese como ejemplo el caso del vertedero de Valdemingmez, (Madrid), en donde el volumen de los lixiviados es menor que el 1% del volumen de la

precipitacin (Nolting et al. 1995 ).

La investigacin que se realiz en el vertedero de Goudkoppies, en el

sureste de la ciudad de Johaimesburg, en tres celdas. En una se rellen con

residuos mientras que las otras dos se rellenaron con residuos mezclados con

fangos (1:11 y 1:5.5 respectivamente). La generacin de lixiviados se notaba, despus de un ao, slo en una cantidad muy pequea de lixiviados, que se

haban generado en la primera celda, la que no tena fango. Se concluy que el

hecho de aadir fango tena el efecto contrario. Lo mismo se realiz en el

laboratorio obteniendo resultados muy similares.

La explicacin de lo anterior puede ser la siguiente:

La adicin de fangos a los residuos reduce la permeabilidad de los residuos y,

como consecuencia, se retrasa el desplazamiento de contenido de humedad entre

la masa de residuos , facilitando su extraccin por evaporacin en la capa

superficial.

Se concluye que en zonas de clima semi-rido, pueden ser posibles importantes ahorros en costos si se toma en consideracin la evaporacin.

En cuanto al sistema de recogida de lixiviados de RSU, hay que destacar

que el diseo del filtro del sistema de recogida de lixiviados es de gran

importancia.

Koemer et al. (1994), hicieron un estudio cuyo objetivo era conseguir una frmula de diseo del filtro. Se trata de un filtro cuyo material puede ser o suelo

granular o geotextiles, aunque la tendencia general es a utilizar el geotextil por

las siguientes razones:

1. Tiene bajo espesor, lo que permite ms capacidad al vertedero. 2. Est disponible en varios tamaos de poros.

57


3. Es fcil de aplicar, a pesar de las dificultades de acceso a unas zonas

determinadas.

4. Se debe usar el geotextil al cubrir un sistema de drenaje cuyas materias son geosintticos, por ejemplo; geonets o geocompositos.

Respecto al diseo del filtro, hay tres caractersticas primarias:

1. Que el filtro permita un flujo adecuado de lixiviados mediante la capa de drenaje, de tal manera que no se genere una prdida hidrulica en la masa de residuos.

2. Que el filtro tenga una buena conservacin de partculas encima de la capa del filtro, de tal manera que la parte inferior de su capa de drenaje no sea inundada con partculas finas.

3. Que el diseo sea para un tiempo largo evitando el atascamiento excesivo.

Se entiende por atascamiento excesivo el momento en el que el sistema de

coleccin de lixiviado se colapsa, de manera que ya resulta inefectivo para su

aphcacin en el sitio.

Existen varios intentos para el balance de los tres criterios mencionados

anterioimente, como el de Ficher y Christopher (1992), el de Christopher y Holtz (1985) y el de Comer et al. (1994) quien propuso una frmula de diseo para el flujo de agua subterrnea en las carreteras.

Esta frmula debera ser modificada para el diseo de filtros de geotextiles

que se utilizan en el sistema de recogida de lixiviados de vertederos de RSU, de

tal manera que se considere el atascamiento excesivo, por lo cual se necesita un

factor de seguridad.La frmula propuesta es la siguiente:

FS = Kp/(Kr X FCD) (Ecu. 4.1)

FS = %/(^R X FCD) (Ecu. 4.2)

Donde:

FS: Factor de seguridad contra el atascamiento excesivo.

58


Kp! Permeabilidad permitida.

KR: Permeabilidad requerida.

FCD: Factor de correccin de drenaje. ^^p. Permitividad permitida.

TR: Permitividad requerida.

Como 4.1 es igual a 4.2, pues

4^ = k/t (Ecu. 4.3)

T: espesor de la capa de geotextil.

Los valores de Kp o ^p se obtienen de pruebas de laboratorio, utilizando

el geotextil del filtro en cuestin y un lixiviado del vertedero, bajo un flujo anticipado.

Los valores de KR O H[^R se obienen mediante un programa de ordenador usando laS; informaciones hidrulicas y las caractersticas de los residuos del vertedero, el programa se denomina HELP (HYDROLIC EVALUATION OF LANDFILL PERFORMANCE), (Schroeder 1983), que se usa para pronosticar las cantidades de lixiviados que se generarn en el vertedero.

El rnodelo estima las cantidades de lixiviados generadas en incin de la

hidrologa del sitio y las caractersticas de los residuos, es decir, tratar con la

humedad del suelo en incin del tiempo. Con este modelo se puede hacer un

anlisis diario de escorrenta, evapotranspiracin, percolacin y drenaje lateral. El valor de FCD est obtenido por la apUcacin del geotextil en el sitio

con respecto a la capa inferior del sistema de drenaje. Para determinar los parmetros precedentes, se utilizaron 12 materiales

distintos, 10 de geotextiles y 2 de suelo.

59

Capitulo 4 INVESTIGACIN BmLIOGRAFICA

Es preciso destacar la importancia de los valores obtenidos de FCD. Tales

valores cambian bastante, dependiendo de la geometra del sistema de drenaje. Los valores oscilan entre 1.0 ( en el caso de un filtro que cubre la base entera del vertedero) y 24,000 para el geotextil de tubo perforado de camisa de pared lisa, obviamente, tales valores al ser muy altos estropean cualquier tipo de filtros.

Figura 4.2 muestra los rangos de los valores mencionados anteriormente .

. ^

Geomembrana

^ ^ -Je ^ if ^ t ^' 1" t

* * * * * *

J O ^ * *

* * * *

* Tabo^erforado * *>fc***

* * J N ^ : * *

A) Filtro de celda entera ( FCD = 1)

GetMiieiiibiaiia

Tubo comigado

c) Tubo corrugado de encaje (FCD = 50 - 250)

Geotextil

\

+ + + + + + +

+ + -no

Ttibo perforado

B) Dren cubierto de geotextil ( FCD =10-4)

Geotextil

Ttibo perforado

Geonieinbrana

D) Tubo porfbrado de camisa con pared lisa (FCD = 7500 - 24000)

Fi


El flujo preferencial es ms significante en vertederos jvenes debido a su estructura gruesa. Este flujo fue investigado en varios estudios (Harris 1979; Blakey 1982; Korfatis et al. 1984; Bengtsson et al. 1994 entre otros).

A medida que los residuos se van biodegradando y estabilizando, el medio

se hace ms homogneo, la densidad seca aumenta y el volumen de poros

disminuye, cosa que limita el flujo rpido preferencial en rellenos antiguos. La estructura del vertedero y el volumen de poros no son los nicos

factores que influyen en el flujo preferencial, sino tambin la intensidad de la precipitacin. Jasper et al. (1985), suponen que unas rutas adicionales estn desanolladas durante los periodos de alta infiltracin.

La existencia del flujo preferencial es muy importante y se cree que es la razn por la cual los modelos existentes de prediccin de lixiviados no coinciden

con las observaciones reales en el campo (Ehrig 1983; Stegmann y Ehrig 1989).

La prediccin de cantidades de lquidos almacenadas en un vertedero es

muy difcil. Esto se atribuye a la larga variabilidad espacial del contenido de

agua, oscilando entre condiciones secas y saturadas. Adems, importantes

investigaciones mostraron la existencia de zonas y regiones secas dentro del

depsito de residuos (Harris 1979).

El almacenamiento de agua a largo plazo en un vertedero se encuentra

retenido a causa de dos factores importantsimos:

1. Tensin Superficial.

2. Capas impermeables que crean columnas de aguas atascadas.

Para entender bien este fenmeno, hace falta definir lo que es la capacidad

de campo. Es el volumen mximo de agua por unidad de volumen del material

del vertedero, que puede retener aguas encontradas de las opuestas a la gravedad.

Este concepto originado en las ciencias del suelo es un poco impreciso por

el hecho de que el drenaje por gravedad puede tardar bastante tiempo antes que ocuiTa, especialmente cuando sabemos que no hay un mtodo estndar para

determinar la capacidad del campo.

61


Como el volumen del agua atascada en columnas es probablemente

pequeo, comparado con la capacidad del campo, el ltimo ser utilizado para

denotar el mximo contenido de agua que a largo tiempo puede almacenarse en

el vertedero.

Segn un resumen hecho por Bengtsson et al. (1991) sobre bastantes datos bibliogrficos, el contenido de agua inicial es del 35 % del peso, la capacidad de campo est en el orden de 0.4 y el incremento del contenido de agua antes de

generar el lixiviado est en el orden del 0.10.

El tiempo transcurrido para que llegue el contenido de agua en el cuerpo

de un vertedero desde su valor inicial hasta la capacidad del campo, es

significante. La de acumulacin de lixiviados depende de varios factores:

composicin y antigedad de residuos, el contenido inicial del agua, la densidad,

la presencia de macro poros y el flujo preferencial (Blakey 1982, Holmes 1983).

Bengtsson et al. (1994) notaron que el agua todava est acumulada en depsitos con 10 aos de antigedad.

Holmes (1983), realiz experimentos extensivos sobre muestras de residuos domsticos escogidos in situ con el objetivo de investigar la capacidad de absorcin. l catalog las muestras en tres grupos segn sus edades: 3.3, 9.6 y 15.5 aos, not que todas las muestras tuvieron una potencia para ms recogida de agua. Adems, observ que el contenido de agua para el grupo ms antiguo

fue ms bajo que el de media antigedad y atribuy este fenmeno a la liberacin de aguas a medida que la estructura bsica del medio absorbente fue degradada.

La dependencia de la capacidad de almacenamiento de los cambios en las

estructuras de la materia orgnica por causa de degradacin fue relevada tambin

por Ehring (1982). Holmes (1983) encontr que la capacidad de campo disminuy con la edad del vertedero, dato que est de acuerdo con las

observaciones de Blight et al. (1992).

62


Es razonable esperar que haya una correlacin positiva entre el

almacenamiento y la produccin de lixiviados, sto fue explcitamente anotado

por Fungaroli y Steiner (1971) Blakey (1992).

Resumiendo, y volviendo al modelo HELP, los investigadores

recomiendan que la ecuacin del balance de agua tiene que estar acompaada de

una relacin de almacenamiento de lixiviados para poder resolver la ecuacin de

continuidad para la produccin de lixiviados. Es ms, el contenido de agua de un

vertedero, incluso al dar un valor nico, constituye un valor importante de

entrada a los modelos que escriben el proceso bioqumico en trminos de calidad

de lixiviados y medicin de gas.

En zonas tropicales, en concreto en la ciudad de Mrida (Mxico), se llev a cabo otro intento de prediccin de lixiviados de un vertedero de 5 aos de antigedad. Gonzlez et al. (1998), anotan que en este caso el modelo HELP no fue utilizado por no tener dimensiones en sus algortmicas que consideren el

crecimiento fsico del vertedero. Por lo cual, fue usada una modificacin del

modelo HELP por Jarvis (1989). El concepto aqu era modelizar un conglomerado de lisimetros, cada uno con distinto tamao, posicin y tiempo de

iniciacin respecto a los otros.

Se lleg a una prediccin de concentraciones de lixiviados basada en la

edad del vertedero y el flujo de los lixiviados, utilizando curvas exponenciales de descomposicin. Sin embargo, la falta de informacin hizo que tales curvas

fueran dudosas.

En el caso de que se pudiera conocer la concentracin inicial, unas

concentraciones fiables podran ser pronosticadas.

Si bien el modelo HELP es el ms usado, Uguccionu et al. (1997), profundizaron bastante investigando sobre el grado de confianza de HELP en la

prediccin de lixiviados en un vertedero. Se hizo un experimento en un vertedero

piloto, observando las cantidades generadas de lixiviados. Los valores obtenidos

se compararon con los resultados logrados por el HELP (un modelo de balance

63

Capitulo 4 INVESTIGACIN BIBLIOGRAPICA

de agua en un dominio) y del PREFLO (un modelo de balance de agua en dos dominios).

Los resultados muestran la importancia de llegar a una solucin en un tiempo prolongado, con el fin de mejorar la generacin de lixiviados.

El HELP tiene muchas limitaciones (como modelo de un dominio). En concreto las siguientes:

Tener slo una capacidad de campo, y por otro lado, tener una conductividad

hidrulica gruesa. Est claro que se necesita o un modelo explcito de dos

dominios u otro modelo de un dominio que permita una variacin de parmetros

de caudal. En ambos casos se puede tener un modelo que represente los

mecanismos obtenidos del movimiento de humedad en la tierra. En resumen, se

recomienda un modelo en el que se integren los siguientes principios:

1. Permitir la infiltracin por ambos mtodos: matrices y canales.

2. Especificar la capacidad de campo para el rea de canales y matrices.

3. Detenninar la conductividad hidrulica experimentalmente de las

matrices. As, las matrices podran hacer fluir los lixiviados rpidamente

para llegar a su capacidad de almacenamiento efectivo.

4. Dejai" que termine el drenaje por los residuos cuando la humedad de estos residuos llegue a la capacidad de drenaje. Adems, se dan por necesarios ms experimentos para determinar los

valores de los parmetros que hay que usar, como: la conductividad hidrulica de

las matrices, el rea de la seccin transversal de la matrices y los canales, las

capacidades prcticas de campos para matrices y canales.

Una investigacin bibliogrfica basada en 190 artculos y estudios en varios lugares del mundo, examin proindamente varios modelos matemticos

que fueron diseados para estimar las cantidades generadas de lixiviados de

vertederos y sus caractersticas.

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Este estudio fue realizado por El-Fadel et al. (1997), de la American University of Beirut (Lbano) con la colaboracin de otros investigadores de Standfor University (USA).

Veinticuatro modelos matemticos fueron destacados, desde el de Fuller et

al. (1979), con el que se empieza, hasta el de Piotrowski, J.J. (1995). A continuacin se resumen algunos :

Bemades, 1984: desarroll un modelo que describa la fijacin de metales pesados en los residuos domsticos y lodos industriales.

Williams et al. 1987, Battaglia, 1990, Battaglia et al. 1991:

ampliaron modelos biocenticos para incluir un diseo hidrogeolgico

que describa el flujo del agua dentro del campo del vertedero. Williams et al. utilizaron una modificacin del HELP para presentar el

modelo hidrogeolgico.

Al-Soufi, 1991: desarroll un modelo de tres dimensiones para simular

el movimiento de aguas a travs del suelo y para simular datos de

columnas experimentales.

Findikakis y NG, 1991:combinaron el modelo HELP con un modelo existente de tres dimisiones.

Al-Yousfi, 1992: dise el modelo (Pittleach-2) para simular las cantidades de lixiviados generados y sus caractersucas. Adems de la

generacin de biogs en un vertedero, este modelo se bas en otros

antiguos de Mcgowan Y Battaglia.

Ahmed 1992, Ahmed et al. 1990: presentaron una investigacin de un flujo inestable de lixiviados en dos dimensiones (modelo Fill).

Ballestero y Castro, 1993: presentaron un modelo de una dimensin

que simula la generacin de lixiviados por causa de una precipitacin

larga.

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Khanbilvardi y Ahmed, 1993, Khanbilvardi et al. 1992, 1995: compararon los resultados obtenidos por (Fill) con otros modelos como: HELP, EPA, el modelo del balance de agua y leyes de Darcy.

Una vez que los modelos anteriormente resumidos fueron estudiados,

se puede concluir lo siguiente:

La mayora de estos modelos no fueron diseados para el efecto de la

generacin de gas al flujo de lixiviados y sus compuestos.

La capacidad predictiva de los modelos de caracterizacin de

lixiviados est muy limitada por los datos inadecuados obtenidos del

campo, adems, de por el insuficiente entendimiento de la complejidad de las transformaciones bioqumicas y procesos de biodegradacin en

el vertedero.

Todava no existe un modelo que pueda simular con una gran certeza

cientfica la complejidad inherente y la incertidumbre asociada a tales ecosistemas, por lo tanto, una estimacin matemtica de caractersticas

de lixiviados es casi imposible. I

Un modelo de multi fases que empareje el flujo de gases y lixiviados con modelos geoqumicos y microbios, puede resultar un modelo

integrado y exhaustivo que sera particularmente til en evaluar las

transformaciones qumicas, procesos biolgicos y fsicos en un

vertedero. Tal modelo seguramente ser bastante complejo. Utilizar las rodajas de ruedas para el control de lixiviados de vertederos.

Tradicionalmente, la arena o la grava suelen usarse como un medio de

filtracin en un sistema de coleccin de lixiviados.

Pins, un especialista medioambiental explica al Waste Managemente

Assistance Divisin en el departamento de recursos naturales de lowa (USA), que las rodajas poseen una porosidad grande. Por lo tanto, se puede conseguir mayor infiltracin a travs de ellas. Es ms, necesitan menos mantenimiento que

los filtros de arena porque el arena podra entrar en las bombas del sistema,

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adems de causar atascamientos. Otra ventaja frente a la arena es que las rodajas de ruedas no se atascan con tanta rapidez como la arena .

Eluso de las rodajas es tan variable que se utilizan dimetros entre el 1 -18 pulgadas.

En cuanto al costo de estas rodajas, la tonelada vale entre 9 - 1 2 Euros, mientras que la tonelada de filtros de arena cuesta ente 6 - 8 Euros. Por lo cual,

hay que intentar hacer la competencia con la arena.

El vertedero de black hawk county fie el pionero en utilizar esta novedad.

Es preciso aclarar que este tema es nuevo y necesita muchas

investigaciones para probar su eficiencia y su impacto ambiental.

En Francia, Wagner et al. (1998), Desarrollaron una investigacin cuyo objetivo era una simulacin del proceso de generar los lixiviados, adems de perseguir los cambios ocurridos en las caractersticas de la materia orgnica de

los lixiviados durante las distintas fases de descomposicin de los residuos

domsticos.

El procedimiento consiste en rellenar columnas de 0.6 m de dimetro y 2 m de altura (0.80 m de residuos) con 120 kg de RSU trituradas rugosamente, y con una seleccin de los residuos triturados que pasan de tamices de 50 mm y otios retenidos por estos mismos tamices. La capa de drenaje fue construida por 10 cm de altura de gravas, mientras que la capa de recubrimiento consisti en 10

cm de arena, con el fin de evitar la evaporacin y limitar el traspaso de aire al

contenido de los tubos.

Unas cantidades de aguas que representan una lluvia de 700 mm/ao

fueron aplicadas semanalmente sobre la capa de recubrimiento (despus de haber llegado los residuos a su capacidad de campo) durante un periodo de 7 a 8 meses.

Es necesario mencionar que todo el proceso fue realizado bajo condiciones mesoflicas; 35 C.

Otro estudio que trat el fenmeno del atascamiento en la capa de d

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