CANTIDAD Y CONTENIDOS DE LIXIVIADOS DE

RELLENOS DE DESECHOS DOMESTICOS

 

 

 

 

 

 

 

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ESTA TRADUCCION ES PARA ORIENTACION E INFORMACION CON PROPOSITOS ESPECIFICOS, NO PODRA SER USADA OFICIALMENTE

NI CON FINES COMERCIALES.

 

 

 

 

 

 

 

 

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TRADUCIDO POR ACADEMIA TICA DE ESPAÑOL.

REVISADO POR EL COMITE CALIDAD DE MATERIAL DIDACTICO, CAPRE/ANDESAPA. NOVIEMBRE 1992.

SAN JOSE, COSTA RICA.

 

PN 88.2965.6-03.100 PROYECTO CEPIS/GTZ

FORTALECIMIENTO TECNICO DE CEPIS

 

 

 

 

CANTIDAD Y CONTENIDOS DE LIXIVIADOS DE RELLENOS DE

DESECHOS DOMESTICOS

Autor: Dr. Ing. Hans-Jürgen Ehrig

 

 

 

 

Antecedentes:

 

El presente documento es la traducción del original "Cantidad y Contenidos de Lixiviados de Rellenos de Desechos Domésticos", del Dr. Ing. Hans-Jürgen Ehrig.

El Proyecto CEPIS/GTZ, ha realizado la traducción de este material para ser utilizado como fuente de orientación e información. Es un documento interno que no podrá ser utilizado oficialmente ni con fines comerciales.

 

 

 

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Preparado por la:

Coordinación Sectorial Regional para Latinoamérica en Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la GTZ.

 

INDICE

PAGINA

1. CANTIDAD DE LIXIVIADOS 1

- CUADRO No. l:

- PRODUCCION DE LIXIVIADOS EN DEPENDENCIA DE LA TECNICA

- DE OPERACION 2

- FIGURA No. l:

- ESQUEMA DE LAS AGUAS DE RELLENOS DE DESECHOS DOMESTI-

COS. 3

- FIGURA No. 2:

- EJEMPLO DE LAS PRECIPITACIONES SEMANALES Y DE LA CUR-

VA DE LIXIVIADOS DEL RELLENO DE SENNE. 5

2. COMPOSICION DE LOS LIXIVIADOS 5

- CUADRO No. 2:

- VALORES MEDIOS Y MAXIMOS DE ALGUNOS PARAMETROS EN LA FASE DE FERMENTACION ACIDA Y FERMENTACION METANOGENI-

CA. 8

- CUADRO No. 3:

- VALORES MEDIOS, MINIMO Y MAXIMO DE CONTENIDOS LIXI-

VIADOS SIN UNA TENDENCIA MARCADA. 9

- FIGURA No. 3:

- COMPOSICION DE LOS LIXIVIADOS DE UN RELLENO EN OPERA-

CION EN FUNCION DE SU EDAD. 10

- FIGURA No. 4:

- DISTRIBUCION DE FRECUENCIA DE LAS CONCENTRACIONES Y VALORES DE PLOMO, NIQUEL Y ARSENICO QUE APARECEN EN

LA LITERATURA. 12

- FIGURA No. 5:

- DISTRIBUCION DE FRECUENCIA DE LAS CONCENTRACIONES Y VALORES DE COBRE, CADMIO, CROMO Y COBALTO QUE APARE-

CEN EN LA LITERATURA. 13

- FIGURA No. 6:

- CURVAS DE CONCENTRACION DE LA DQO Y DE LA DB05 EN DI- VERSAS TECNICAS DE OPERACION 14

CANTIDAD Y CONTENIDOS DE LIXIVIADOS DE RELLENOS

DE DESECHOS DOMESTICOS

 

Autor: Dr.-Ing. Hans-Jürgen Ehrig

 

 

1. Cantidad de lixiviados

De acuerdo con los conocimientos actuales, las cantidades de lixiviados pueden determinarse según el grado de compactación del relleno:

- Rellenos compactados con compactadores: 25% de la tasa de precipitación anual (aproximadamente 5 m3/ha/d para el caso de 750 mm de precipitación anual).

- Rellenos compactados con orugas: 40% de la tasa de precipitación anual (aproximadamente 9 m3/ha/d para el caso de 750 mm de precipitación anual).

 

Las cantidades para rellenos con producción de compostaje se ubican aproximadamente entre estos valores.

 

Estos valores representan un resumen de los análisis de lixiviados de rellenos ubicados en las zonas con 500 a 1050 mm de precipitación anual (cuadro 1).

 

En la práctica pueden darse desviaciones de estos valores, condicionadas por particularidades locales, por ejemplo mayores cantidades de lixiviados en las laderas; compactado natural causado por el agua del subsuelo que penetra en el relleno; disminución por retención en el relleno, en el caso de rellenos que estén ubicados en depresiones o cuando hay recubrimientos con material aglutinante. En este tipo de rellenos pueden retenerse cantidades considerables de lixiviados, que pueden conducir a problemas en la operación y en la estabilidad.

 

La cantidad de agua de los rellenos es mucho más difícil de calcular que la de un cuerpo de tierra con crecimiento natural. Una razón para ello es la estructura y la composición de los desechos dispuestos con una sola proporción de 5 a 30% de desechos menudos (< 8 mm de diámetro) y el predominio de partes con un diámetro > 8 mm. Esta estructura gruesa de la basura impide que el relleno se humedezca en forma homogénea, de tal modo que a menudo se pueden formar canales gruesos de lixiviados. Además, el contenido de sustancias orgánicas en el suelo, con excepción, entre otros, de los lodos con aprox. 1-4%, es mucho menor que el del relleno (aproximadamente 65% del peso, sin porcentaje de humedad alrededor de un 40%). Según las condiciones ambientales, tales como temperatura, humedad, etc., la sustancia orgánica puede estar sometida a procesos de reacción bioquímica que, a su vez, conducen a cambios de estructura del relleno. Por estas razones la descripción de la cantidad de agua de un relleno sólo puede hacerse en forma muy esquemática (figura l).

Figura 1.- Esquema de las aguas de rellenos de desechos domésticos

 

 

 

 

El agua puede penetrar en el relleno por precipitación, por procesos bioquímicos y por la propia humedad de la basura fresca. La humedad propia es de un 20-30% del peso. En el caso de compactado con compactadores, pueden producirse escapes de agua por presión en algunos puntos. Ya que el volumen de agua de la basura compactada es mucho mayor que estos valores, la propia humedad se queda, en buena medida, en la basura. En procesos bioquímicos sólo se produce agua cuando éstos son procesos aeróbicos. En el relleno predominan los procesos anaeróbicos, en los cuales se consume agua. La fuente principal de agua es, pues, la lluvia.

El agua sale del relleno o es eliminada ya antes, desaguando la superficie, por evaporación, por procesos bioquímicos y como lixiviado. En el caso de rellenos en operación, la salida por la superficie tiene poca importancia y lo mismo sucede cuando la superficie muestra un declive fuerte, ya que es muy irregular debido al compactado con compactadores. Después del cierre del relleno puede eliminarse una gran parte del agua de lluvia, configurando en forma adecuada la superficie, pero deberán tomarse en cuenta los peligros de la erosión. La cantidad de la evaporación depende esencialmente del grado de compactación de la superficie, ya que en caso de una superficie muy compacta el agua de lluvia se queda más largo tiempo y puede evaporarse.

En el caso de los procesos de degradación anaeróbica en el relleno se requiere humedad. Los valores calculados son menores que 1 mm/m de altura del relleno y por año.

Las cantidades de lixiviados en dependencia de la técnica de operación se exponen en el cuadro 1. En los valores se muestra que el tipo de compactación de la superficie es la magnitud decisiva para la cantidad de agua.

Los efectos de los recubrimientos con tierra o recubrimientos y recultivos no son uniformes. Dependiendo del tipo pueden surgir desviaciones de los valores medios (véase cuadro l). Al respecto hay que tomar en cuenta que el suelo descubierto o con poca vegetación, que es el predominante en los rellenos en los años posteriores al cierre de operaciones, en Alemania permite infiltrarse más o menos el 35-80% de las aguas de lluvia. Esto significa que después de que las operaciones terminan se hace necesario un drenaje cuidadoso de la superficie para mantener bajas las cantidades de lixiviados.

Al calcular las cantidades de lixiviados hay que tomar en cuenta que, por lo general, su producción no está distribuida en forma equitativa a lo largo del año, con excepción de la retención débil a media en el relleno. En la figura 2 se presentan como ejemplo las precipitaciones semanales y las cantidades de lixiviados de un relleno, que muestran el posible gran margen de variación de estos valores. En la representación se puede reconocer que los valores extremos de la salida de lixiviados pueden ser hasta 300-400% mayores que los valores medios.

Precipitación (mm/semana)

Flujo de lixiviados (m3/ha - d)

Figura 2: Ejemplo de las precipitaciones semanales y de la curva de lixiviados del relleno de Senne

 

2. Composición de los lixiviados

Los datos sobre la composición de los lixiviados se basan, en buena medida, en los estudios del Departamento de Aguas Urbanas del Instituto de Construcción Urbana de la Universidad Técnica de Braunschweig, realizados, durante un periodo cercano a los 5 años, en 20 rellenos con diversos tipos de operación, en los cuales se dispone basura doméstica y sustancias afines. Para cada parámetro se hicieron aprox. 500-750 análisis. Adicionalmente se tomaron en cuenta otros datos de Alemania, Gran Bretaña y, en menor medida, de los Estados Unidos.

La calidad de los lixiviados es determinada fundamentalmente por los procesos de reacción bioquímica que tienen lugar en el relleno y por sus condiciones ambientales. En el agua caen espontáneamente sustancias solubles y sustancias que se han hecho solubles en agua a través de los procesos bioquímicos, así como los productos finales correspondientes a los procesos de reacción bioquímica.

En un relleno no pueden verse separados las aguas, los procesos de reacción bioquímica y de lixiviación. Por la inhibición también se refuerzan, a la par de los procesos bioquímicos, los procesos de lixiviación que además se ven influidos por la progresiva reacción bioquímica. Todo cambio de la estructura y composición del relleno tiene efectos sobre las corrientes y la acumulación, de tal modo que el agua y los procesos en el relleno son magnitudes que se influyen recíprocamente.

En términos generales, los procesos de reacción bioquímica que tienen lugar en el relleno pueden ser aeróbicos o anaeróbicos. Después de colocar la basura se inician procesos aeróbicos, que toman un período que va de unos pocos días a semanas, hasta que se haya consumido el oxígeno que la carga contenía. La degradación anaeróbica que tiene lugar a continuación se da, de manera análoga a la descomposición de los lodos, en dos fases. En la primera de ellas, la "fermentación ácida", los organismos facultativos o anaeróbicos descomponen las sustancias orgánicas de partida, entre otras, proteínas, grasas e hidratos de carbono en CO2, H2 y ácidos grasos menores. Aquí participa una gran cantidad de organismos diferentes con condiciones de crecimiento óptimas y diferenciadas, de tal modo que la degradación, excepto en el caso de condiciones extremas, casi no está sometida a factores negativos. En la segunda fase, conocida como "fermentación metanogénica," organismos estrictamente anaeróbicos -las bacterias metanogénicas- descomponen los productos de la "fermentación ácida" y los convierten en CH4, sustancias húmicas y agua. Tales sustancias húmicas se producen igualmente en los suelos y ahí pueden producir coloraciones parduscas de lixiviados naturales. Para ello la primera fase debe estar tan avanzada que sólo se deben tener como productos intermedios ácido acético, ácido fórmico y H2 y CO2 gaseosos. La tasa de crecimiento de las bacterias es baja y va ligada a condiciones ambientales relativamente limitadas, por ej. valores de PH entre 6,5 y 7,5; bajas oscilaciones de temperatura y suficiente contenido de humedad.

Para una degradación anaeróbica profunda en el relleno se requiere que ambas fases conformen un equilibrio. En el relleno se desarrollan primero los organismos de la "fermentación ácida" con una alta tasa de crecimiento. Las bacterias metanogénicas no pueden mantener el paso de este proceso, ya que su tasa de crecimiento es mucho menor. Además, los productos de descomposición de la "fermentación ácida" cambian las condiciones ambientales en forma desfavorable, de tal modo que la tasa de crecimiento disminuye aún más. De este modo, por lo general puede lograrse una situación de equilibrio hasta después de algunos años.

Los ácidos grasos menores producidos junto con el CO2 y H2 durante la "fermentación ácida" representan una alta carga orgánica en los lixiviados y generan valores de pH ácidos. En la fase de la fermentación metanogénica, los ácidos grasos menores son descompuestos a tal punto que los productos restantes pueden escapar como gases y con ello reducir en buena medida la carga orgánica de los lixiviados.

La estructura de los materiales formados por componentes orgánicos e inorgánicos es destruida por la degradación bioquímica, con lo cual cambian las condiciones para la lixiviación y la absorción de agua, así como el tipo e intensidad de los procesos de reacción bioquímica. El agua que se filtra muestra, según la fase de descomposición predominante, diferentes características (PH, carga orgánica, etc.), de tal modo que por este medio existen diferentes condiciones de disolución. En general, existe una estrecha relación entre el agua y los procesos bioquímicos, químicos y físicos.

De la explicación de los procesos bioquímicos se desprende que la carga orgánica tiene mucha mayor importancia para calcular los lixiviados. Los parámetros más importantes para ello son la DQO y la DBO5. Adicionalmente, la razón DBO5/DQO refleja el grado de degradación de los lixiviados en el relleno y con ello los procesos de reacción bioquímica que están teniendo lugar en un momento determinado. La "fermentación ácida" está caracterizada por valores > 0.4, es decir, una gran parte de la carga orgánica puede descomponerse bioquímicamente en forma fácil. En la fase de la "fermentación metanogénica", por el contrario, se alcanzan valores < 0.1, que indican que la sustancia orgánica tiene dificultades para continuar su degradación.

En la purificación de loa lixiviados este valor tiene una influencia esencial sobre la velocidad de su degradación.

En el caso de valores absolutos bajos de la DBO5 y la DQO, un valor alto (> 0.4) puede estar indicando la entrada de aguas externas. Ya que las altas concentraciones de DQO y DBO5 durante la "fermentación ácida" representan ácidos grasos menores en los lixiviados, disminuye al mismo tiempo el valor de PH. Las diferentes condiciones ambientales de ambas fases de la degradación anaeróbica producen también diferencias en la solubilidad de algunos metales, cuyo rango de concentración se correlaciona estrechamente con los parámetros orgánicos. La solubilidad se ve influida adicionalmente, entre otros, por la formación de complejos, quelatos y sulfuro. Los valores medios y máximos para ambas fases de la degradación anaeróbica se exponen en el cuadro 2. En la figura 3 se presentan los rangos de la concentración de algunos parámetros de un relleno a modo de ejemplo, rangos que exponen claramente el paso entre ambas fases.

 

 

 

 

 

"Fermentación ácida"

"Fermentación metanogénica"

x

max

x

Max

PH ( - )

6.1

5.51

8.0

8.5

DBO5/DQO

0.58

-

0.06

-

DQO (mg/l)

22000

38100

3000

4340

DBO5 (mg/l)

13000

30425

180

383

Fe (mg/l)

925

2120

15

29.3 (282)

Ca (mg/l)

1300

2480

80

575

Mg (mg/l)

600

1130

250

534

Mn (mg/l)

24

65.5

0.65

1.73 (43.5)

Zn (mg/l)

5.6

68.4 (113)

0.64

3.78

Sr (mg/l)

7.2

14.7

0.94

7.25

SO4 (mg/l)

-

1745

-

884

 

 

 

 

 

Parámetro

x

Min.

Máx.

Conductividad

13986

2100

27150

(uS/cm)

     

NH4-N (mg/l)

741

26.3

3075

NO3-N (mg/l)

3.3

0.2

35.0

Norg (mg/l)

593

8.3

4245

Cl (mg/l)

2119

134

4953

K (mg/l)

1085

94

2420

Na (mg/l)

1343

70

3560 (5750)

P total (mg/l)

5.7

0.5

30.2

Alcalinidad

6609

677 (54)

11575 (28368)

(mg CaCO3/l)

     

As (mg/l)

0.126

0.007

1.56

Pb (mg/l)

0.087

0.008

1.02

Cd (mg/l)

0.0052

0.001

0.00629 (0.141)

Cr (mg/l)

0.275

0.029

1.57

Co (mg/l)

0.05

0.004

0.954 (1.70)

Cu (mg/l)

0.065

0.010

1.39

Ni (mg/l)

0.166

0.0183

2.05 (25.3)

Hg (mg/l)

 

0.0002

0.061 (0.16)

F (mg/l)

 

--

0.6

Fenol (mg/l)

 

0.022

75

La mayor parte de las sustancias inorgánicas (figura 3) no muestra modificaciones al cambiar las fases de degradación y por el contrario, muestra márgenes de variación a menudo grandes. En el caso de algunos parámetros se observa un aumento ligero al aumentar la edad del relleno, lo cual puede explicarse en virtud de mejores condiciones de solubilidad como consecuencia del material sometido a degradación bioquímica. Los parámetros conductividad, cloruro, amonio, potasio y sodio muestran una estrecha correlación. Por lo general, los valores de nitrato y fósforo para lixiviados son menores de 10 mg/l.

Las distribuciones de las frecuencias de algunas concentraciones de metales pesados de los lixiviados se muestran en las figuras 4 y 5. A modo de comparación se dan también las concentraciones límite para tratar aguas superficiales para agua potable (DVGW, Norma de trabajo W 151, 1975) y valores normales para el procedimiento de tratamiento de aguas residuales. De aquí se desprende claramente que las concentraciones medidas de metales pesados de los lixiviados son bajas y que no es de esperar que se den influencias negativas de los procesos bioquímicos. En general, un buen índice de ello es una degradación anaeróbica profunda en el relleno, ya que las bacterias metanogénicas que participan son muy sensibles a las influencias del medio.

Para el tratamiento de los lixiviados sería oportuno disminuir la duración de la "fermentación ácida" con las altas cargas orgánicas. Según los conocimientos que se tienen hasta ahora esto es posible modificando la técnica de operación. En la figura 6 se muestran, como ejemplo, las cargas orgánicas de lixiviados de rellenos con diferente tipo de operación. Se manifiesta que, con una disposición altamente compactada en capas delgadas o en capas de dos metros, con la recirculación de los lixiviados en la superficie se logra la "fermentación metanogénica" mucho más rápidamente. Este efecto puede lograrse también con un composteo inicial de la basura, mediante el cual mejoran las condiciones para la fermentación metanogénica posterior, ya que la producción espontánea de ácidos orgánicos se ve inhibida en buena medida. Por lo general bastará con el composteo de las capas inferiores de un relleno, ya que en una capa de basura que se encuentre en la fase de fermentación metanogénica también se degradan las cargas orgánicas superiores de las capas que se encuentran encima. En la actualidad se están haciendo más pruebas en el Instituto de Construcción Urbana de la Universidad Técnica de Braunschweig.