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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
ESTUDIO PILOTO PARA EL TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS GENERADOS EN EL BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS
BANCOS
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA
AMBIENTAL
LIZBETH ESTHEFANÍA PESANTES PIZARRO lizteffy@hotmail.es
VANESSA VERÓNICA RUIZ BELTRÁN vvanne26_@hotmail.com
DIRECTOR: ING. MARÍA BELÉN ALDÁS SANDOVAL maria.aldas@epn.edu.ec
Quito, Agosto 2017
DECLARACIÓN
Nosotras, Lizbeth Pesantes y Vanessa Ruiz, declaramos que el trabajo aquí
descrito es de nuestra autoría; que no ha sido presentado previamente para ningún
grado o calificación profesional; y que hemos consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su reglamento y por la normativa vigente.
LIZBETH ESTHEFANÍA PESANTES PIZARRO
VANESSA VERÓNICA RUIZ BELTRÁN
III
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Lizbeth Esthefanía Pesantes
Pizarro y Vanessa Verónica Ruiz Beltrán, bajo mi supervisión.
ING. MARÍA BELÉN ALDÁS SANDOVAL DIRECTORA DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN
IV
AGRADECIMIENTO
A Dios, por darme sabiduría y fortaleza cada día para seguir adelante y cumplir mis
metas, objetivos y sueños.
A mis padres, por demostrarme que con trabajo y buenos valores se consigue el éxito
y superación, por escucharme y confiar en mí, especialmente a mi madre, por ser la
mejor amiga y consejera que puedo tener a toda hora y en todo lugar, por haber sido
mi apoyo incondicional, por entenderme y ser la razón de mis triunfos.
A mis hermanos: Wilson, porque siempre estuviste a una llamada o un mensaje para
escucharme y ayudarme a resolver cualquier inconveniente que se me presentaba
tanto académicamente como sentimentalmente. Mathews, mi mayor tesoro, porque
desde que naciste mi vida es mejor, cada día que despierto pienso en superarme para
acompañarte en cada pasito de tu vida, tú eres mi mayor inspiración.
A Luis, porque has estado a mi lado desde siempre, como compañero y amigo, como
confidente y consejero, especialmente en este último tiempo dónde tu apoyo ha sido
fundamental para crecer como persona y tu presencia mi mayor motivación para
alcanzar grandes cosas a futuro.
A Vane, por su amistad, por haber compartido toda mi etapa universitaria y este
proyecto de titulación con éxito. Gracias a tu papi, por haber sido nuestro soporte.
Asimismo a los amiguis Joha, Wen, Belén y Abrahan por ser parte de mi vida.
A la Ing. María Belén Aldás e Ing. Marcelo Muñoz, por compartir su experiencia y
conocimiento durante la etapa universitaria y la ejecución de este proyecto. Al GAD-
SMB, al LDIA y al CICAM, por haberme acogido durante la etapa experimental del
presente proyecto de titulación y estar prestos a resolver cualquier duda.
LIZ
V
AGRADECIMIENTO
La gratitud es el arte de pintar una adversidad en una imagen encantadora (Kak Sri)
A Dios por devolverme a la vida aquel 20/12/16 y permitirme llegar hoy al culmino de
esta etapa. A mis padres Hernán y Blanca, por su esfuerzo, su apoyo incondicional,
pero sobre todo por tanto amor. Gracias por todo y por tanto. Un agradecimiento
especial para mi padre por su total entrega a este proyecto, por estar en cada muestreo
y ser el mejor compañero de tesis que la vida me ha dado. A Paola por sus consejos,
su ejemplo, por ser mí hermana y amiga.
A Andrés, por ser mi persona, mi soporte, mi cómplice y mi compañero de aventuras,
por permanecer conmigo en los buenos y malos momentos, por enseñarme a vivir y
disfrutar cada instante, gracias por construir esta historia.
A Liz, por la constancia y la dedicación, por haber formado un equipo y hoy compartir
este logro, por no ser solo mi compañera de tesis sino también mi amiga. A la familia
de Liz por abrirme las puertas de su hermoso hogar.
A David, por acompañarme durante 4 años de mi etapa académica y en la vida y por
seguir aquí. A Wendy, Belén, Johanna, Lizbeth y Abrahan, por hacer de esta carrera
universitaria la mejor, gracias por todo lo vivido.
Al Ing. Marcelo Muñoz y la Ing. María Belén Aldás, por ser nuestros guías y brindarnos
su ayuda y conocimientos de manera desinteresada. Al GAD-SMB, al CICAM, al LDIA
y a todos aquellos que con una palabra de aliento aportaron al pronto culminar del
mismo. Finalmente a mi alma Mater la Escuela Politécnica Nacional, institución que
me ha formado profesionalmente y me ha dado a mi segunda familia, mis amigos.
Gracias a todos por formar parte de este afán loco de querer ser Ingeniera.
Vanessa.
VI
DEDICATORIA
Mathews, aunque eres muy pequeño para comprender muchas cosas quiero que
sepas que te has ganado el cielo con tus ocurrencias, nuestros corazones con tus
demostraciones desinteresadas de amor y la unión de la familia con tu cariño
constante.
A mis padres, porque sin su apoyo el camino hubiera sido más difícil. Me apoyaron y
confiaron en mí siempre, se sacrificaron y esforzaron cada día, quiero que sepan que
mi objetivo logrado es también de ustedes, no los defraudaré.
A Luis, porque conoces todas mis versiones y aun así estás. Porque en ti encontré la
seguridad y confianza que todo amor busca. Por tu amor, cariño, constancia y
comprensión diaria. Porque prefiero una guerra contigo, al invierno sin ti.
A aquel que estuvo durante casi toda mi etapa universitaria, alentándome y creyendo
en mí, para que asimismo consiga lograr sus objetivos y sueños propuestos.
A la Escuela Politécnica Nacional, por ser mi segundo hogar, por acogerme desde
hace varios años y darme los conocimientos necesarios para enfrentar el mundo
profesional.
LIZ
VII
DEDICATORIA
Dedico enteramente este trabajo a mis ángeles en la tierra mis padres: Hernán Ruiz y
Blanca Beltrán por demostrarme con su ejemplo de superación diaria que no existen
los límites, pero sobre todo por inculcarme su calidad humana, por vivir y sentir
conmigo cada paso en toda mi carrera universitaria. Ustedes lo han hecho todo. Este
triunfo es NUESTRO.
A mi hermana, por brindarme su experiencia de vida, sus enseñanzas, por ser mi
confidente y amiga, por su ejemplo, por compartir conmigo sus éxitos y por estar en
los míos.
A mi ángel en el cielo mi hermano Juan.
A Andrés, por mantener alegre mi alma con su locura, por estar ahí sin importar la hora
ni el día, por ser mí soporte durante la realización de esta tesis, por ser TÚ y permitirme
ser libre juntos.
A los futuros Ingenieros Ambientales, que este proyecto sirva de guía, satisfaga sus
curiosidades y contribuya a sus conocimientos.
La calidad nunca es un accidente. Siempre es resultado de un esfuerzo
inteligente (John Ruskin).
Vanessa.
VIII
CONTENIDO
DECLARACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------------ I
CERTIFICACIÓN --------------------------------------------------------------------------------------- III
AGRADECIMIENTO ---------------------------------------------------------------------------------- IV
AGRADECIMIENTO ----------------------------------------------------------------------------------- V
DEDICATORIA ----------------------------------------------------------------------------------------- VI
DEDICATORIA -----------------------------------------------------------------------------------------VII
CONTENIDO ------------------------------------------------------------------------------------------ VIII
ÍNIDICE DE FIGURAS ------------------------------------------------------------------------------ XIII
ÍNIDICE DE TABLAS -------------------------------------------------------------------------------- XV
ÍNIDICE DE MAPAS --------------------------------------------------------------------------------XVII
RESUMEN ------------------------------------------------------------------------------------------- XVIII
ABSTRACT ------------------------------------------------------------------------------------------- XIX
PRESENTACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------- XX
CAPÍTULO I -----------------------------------------------------------------------------------------------1
1. ASPECTOS GENERALES -----------------------------------------------------------------1
INTRODUCCIÓN ----------------------------------------------------------------------------- 1
JUSTIFICACIÓN ------------------------------------------------------------------------------ 3
OBJETIVOS ------------------------------------------------------------------------------------ 5
1.3.1 OBJETIVO GENERAL -----------------------------------------------------------------------5
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ---------------------------------------------------------------5
ALCANCE -------------------------------------------------------------------------------------- 5
CAPÍTULO II ----------------------------------------------------------------------------------------------6
2. MARCO TEÓRICO ---------------------------------------------------------------------------6
2.1 RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES -------------------------------------------------- 6
2.1.1 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
MUNICIPALES --------------------------------------------------------------------------------6
IX
2.1.2 PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
MUNICIPALES --------------------------------------------------------------------------------7
2.1.3 PROPIEDADES BIOLÓGICAS DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
MUNICIPALES --------------------------------------------------------------------------------8
2.2 DESTINO FINAL ------------------------------------------------------------------------------ 9
2.2.1 TIPOS DE DESTINO FINAL PARA LOS RESIDUOS SÓLIDOS
MUNICIPALES --------------------------------------------------------------------------------9
2.2.2 PROBLEMÁTICA DE UN RELLENO SANITARIO --------------------------------- 10
2.3 GENERACIÓN DE LIXIVIADOS -------------------------------------------------------- 11
2.3.1 DESCOMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS ---------------------------- 12
2.3.2 CONTAMINANTES PRESENTES EN LOS LIXIVIADOS ------------------------ 13
2.3.3 COMPOSICIÓN TÍPICA DE LOS LIXIVIADOS ------------------------------------- 13
2.3.4 TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS DE LOS LIXIVIADOS -------------------------- 14
2.3.5 LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN ------------------------------------------------------ 15
2.4 LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA ------------------------------------------ 16
2.4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO -------------------------------------------------- 16
2.4.2 FACTORES QUE INTERFIEREN EN EL FUNCIONAMIENTO DE
LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN ----------------------------------------------- 17
2.4.2.1 Factores climáticos ------------------------------------------------------------------------ 17
2.4.2.2 Factores físicos ----------------------------------------------------------------------------- 18
2.4.2.3 Factores químicos y bioquímicos ------------------------------------------------------ 19
2.4.3 CONDICIONES IDEALES PARA UNA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA ------------------------------------------------------------ 19
2.4.4 VENTAJAS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA ------------------------------------------------------------ 20
2.4.5 DESVENTAJAS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA ------------------------------------------------------------ 21
2.4.6 ARRANQUE, FUNCIONAMIENTO, OPERACIÓN, MANTENIMIENTO
Y CONTROL --------------------------------------------------------------------------------- 21
2.5 MARCO LEGAL APLICABLE ------------------------------------------------------------ 22
X
2.6 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO ------------------------------------------- 24
2.6.1 UBICACIÓN DEL CANTÓN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ----------------- 24
2.6.2 CLIMA ----------------------------------------------------------------------------------------- 25
2.6.3 HIDROLOGÍA -------------------------------------------------------------------------------- 25
2.6.4 METEOROLOGÍA -------------------------------------------------------------------------- 26
2.6.5 TEMPERATURA ---------------------------------------------------------------------------- 27
2.6.6 PRECIPITACIÓN --------------------------------------------------------------------------- 27
2.6.7 POBLACIÓN --------------------------------------------------------------------------------- 28
2.7 SITUACIÓN ACTUAL DE LA GESTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS
DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS -------------------------------------------------- 28
2.8 TRATAMIENTO ACTUAL DE LOS LIXIVIADOS GENERADOS EN
EL BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ---------------------------- 30
CAPÍTULO III ------------------------------------------------------------------------------------------- 33
3. METODOLOGÍA ---------------------------------------------------------------------------- 33
3.1 PARÁMETROS DE CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO ------------------------------------------------ 33
3.1.1 ÁREA ------------------------------------------------------------------------------------------ 33
3.1.2 PROFUNDIDAD ----------------------------------------------------------------------------- 33
3.1.3 VOLUMEN ------------------------------------------------------------------------------------ 34
3.1.4 CONCENTRACIÓN DE LA CARGA ORGÁNICA ---------------------------------- 35
3.1.5 CARGA SUPERFICIAL ------------------------------------------------------------------- 36
3.1.6 CAUDAL -------------------------------------------------------------------------------------- 36
3.1.7 TIEMPO DE RETENCIÓN ---------------------------------------------------------------- 37
3.2 CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA
PILOTO ---------------------------------------------------------------------------------------- 38
3.3 MUESTREO DE LIXIVIADOS ----------------------------------------------------------- 41
3.3.1 PROCEDIMIENTO Y SITIO DE MUESTREO --------------------------------------- 41
3.3.2 PERIODO Y FRECUENCIA DEL MUESTREO ------------------------------------- 43
3.3.3 PARÁMETROS DETERMINADOS EN CAMPO ------------------------------------ 44
3.3.4 PARÁMETROS DETERMINADOS EN LABORATORIO ------------------------- 45
XI
3.4 AFORO DEL LIXIVIADO QUE ALIMENTA EL SISTEMA PILOTO ------------ 46
3.5 AFORO EN CAMPO DE LIXIVIADOS GENERADOS EN EL
BOTADERO CONTROLADO SAN MIGUEL DE LOS BANCOS --------------- 48
3.6 AFORO TEÓRICO DE LOS LIXIVIADOS GENERADOS EN EL
BOTADERO CONTROLADO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ---------- 49
3.7 CARACTERIZACIÓN DE LOS LIXIVIADOS DEL BOTADERO DE
SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ------------------------------------------------------- 51
3.8 MONITOREO DEL LIXIVIADO TRATADO EN LA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO ------------------------------------------------ 52
3.9 EFICIENCIA DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA
PILOTO ---------------------------------------------------------------------------------------- 53
CAPÍTULO IV ------------------------------------------------------------------------------------------- 55
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ---------------------------------------------------------- 55
4.1 MONITOREO DE LOS PARÁMETROS MUESTREADOS A LA
ENTRADA Y SALIDA DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN
AEROBIA PILOTO EN CAMPO --------------------------------------------------------- 55
4.2 ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS A LA ENTRADA Y SALIDA DE
LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO ------------------------- 59
4.2.1 ALCLINIDAD Y ACIDEZ --------------------------------------------------------------------- 59
4.2.2 TURBIDEZ Y COLOR REAL ---------------------------------------------------------------- 60
4.2.3 NITRÓGENO TOTAL KJELDAHL (N-TKN) Y FÓSFORO TOTAL ---------------- 61
4.2.4 OXÍGENO DISUELTO ------------------------------------------------------------------------ 62
4.2.5 CONDUCTIVIDAD ----------------------------------------------------------------------------- 63
4.2.6 SÓLIDOS TOTALES, SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS Y SÓLIDOS
TOTALES SUSPENDIDOS -------------------------------------------------------------- 64
4.2.7 SÓLIDOS TOTALES VOLÁTILES, SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS
VOLÁTILES Y SÓLIDOS TOTALES SUSPENDIDOS VOLÁTILES ----------- 65
4.3 EFICIENCIA DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA
PILOTO ---------------------------------------------------------------------------------------- 66
4.3.1 DQO -------------------------------------------------------------------------------------------- 66
XII
4.3.2 DBO5 ------------------------------------------------------------------------------------------- 68
4.3.3 COLIFORMES FECALES ---------------------------------------------------------------- 69
4.4 COMPARACIÓN CON LA NORMATIVA AMBIENTAL VIGENTE DE
LÍMITES DE DESCARGA A UN CUERPO DE AGUA DULCE ----------------- 70
4.5 CAUDAL TEÓRICO DEL LIXIVIADO GENERADO EN EL BOTADERO
DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS -------------------------------------------------- 72
4.6 PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN DE UNA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA PARA EL BOTADERO CONTROLADO
DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS -------------------------------------------------- 74
4.6.1 PARÁMETROS DE DISEÑO ------------------------------------------------------------ 74
CAPÍTULO V ------------------------------------------------------------------------------------------- 77
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES --------------------------------------------------- 77
5.1 CONCLUSIONES --------------------------------------------------------------------------- 77
5.2 RECOMENDACIONES -------------------------------------------------------------------- 78
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS -------------------------------------------------------------- 80
ANEXOS ------------------------------------------------------------------------------------------------- 88
XIII
ÍNIDICE DE FIGURAS
FIGURA 2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA ............................................................... 17
FIGURA 2.2 CELDA ACTUAL DE DISPOSICIÓN FINAL DE LOS RESIDUOS GENERADOS ...................................................................................... 29
FIGURA 2.3 SISTEMA ACTUAL DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS .................... 30
FIGURA 2.4 TANQUE DE SEDIMENTACIÓN .......................................................... 31
FIGURA 2.5 FILTRO DE GRAVA Y ARCILLA........................................................... 32
FIGURA 2.6 TANQUE DE ALMACENAMIENTO PREVIO A LA DESCARGA AL CUERPO HÍDRICO ........................................................................ 32
FIGURA 3.1 ÁREA ASIGNADA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN PILOTO ............................................................ 33
FIGURA 3.2 PROFUNDIDAD DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN PILOTO ................................................................................................ 34
FIGURA 3.3 TANQUE DE TOMA DE MUESTRA DE LIXIVIADO ............................. 41
FIGURA 3.4 TOMA DE MUESTRA A LA SALIDA DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO ................................................. 42
FIGURA 3.5 PRECIPITACIÓN MEDIA MENSUAL DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ...................................................................................... 44
FIGURA 3.6 CONTROL DEL CAUDAL DE LIXIVIADO QUE ALIMENTA LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO ............................ 47
FIGURA 3.7 MEDICIÓN DEL CAUDAL DE LIXIVIADO EN EL BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ................................................ 48
FIGURA 3.8 COLAPSO DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DEBIDO A LAS FUERTES LLUVIAS ..................................................................... 48
FIGURA 3.9 TOMA DE MUESTRA DE LIXIVIADO EN LA ÚLTIMA UNIDAD DE PRE TRATAMIENTO (TANQUE DE ALMACENAMIENTO) DEL GAD MUNICIPAL SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ............... 51
FIGURA 3.10 TOMA DE MUESTRA EN LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO ............................................................................... 53
FIGURA 4.1 ALCALINIDAD Y ACIDEZ DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA PILOTO .......................................................... 60
XIV
FIGURA 4.2 TURBIDEZ Y COLOR REAL DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA PILOTO .......................................................... 61
FIGURA 4.3 NITRÓGENO TOTAL KJELDAHL (N-TKN) Y FÓSFORO TOTAL DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA PILOTO ................................................................................................ 62
FIGURA 4.4 OXÍGENO DISUELTO DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA PILOTO ....................................................................... 63
FIGURA 4.5 CONDUCTIVIDAD DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA PILOTO ....................................................................... 64
FIGURA 4.6 SÓLIDOS TOTALES, SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS Y SÓLIDOS TOTALES SUSPENDIDOS DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA PILOTO ..................................... 65
FIGURA 4.7 SÓLIDOS TOTALES VOLÁTILES, SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS VOLÁTILES Y SÓLIDOS TOTALES SUSPENDIDOS VOLÁTILES DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA PILOTO ....................................................... 66
FIGURA 4.8 COMPARACIÓN DE LA NORMATIVA AMBIENTAL CON LOS VALORES DEL LIXIVIADO PROMEDIO DEL BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS Y EL LIXIVIADO TRATADO CON LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO .............. 70
FIGURA 4.9 COMPARACIÓN DE LA NORMATIVA AMBIENTAL CON LOS VALORES DEL LIXIVIADO PROMEDIO DEL BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS Y EL LIXIVIADO TRATADO CON LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO .............. 71
XV
ÍNIDICE DE TABLAS
TABLA 2.1 COMPOSICIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES .................... 6
TABLA 2.2 CONTAMINANTES PRESENTES EN LOS LIXIVIADOS ....................... 13
TABLA 2.3 COMPOSICIÓN TÍPICA DE LOS LIXIVIADOS ...................................... 14
TABLA 2.4 CONDICIONES IDEALES PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UNA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA ................................... 20
TABLA 2.5 LÍMITES DE DESCARGA A UN CUERPO DE AGUA DULCE ............... 23
TABLA 2.6 TIPOS DE CLIMA ................................................................................. 25
TABLA 2.7 ESTACIONES METEOROLÓGICAS REPRESENTATIVAS DE LA ZONA .......................................................................................... 27
TABLA 2.8 RESUMEN DE LA TEMPERATURA DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ........................................................................................ 27
TABLA 2.9 PRECIPITACIÓN DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS PARA EL PERIODO 1976-2011 ..................................................................... 28
TABLA 3.1 DETALLE DEL PROCEDIMIENTO DE LA CONSTRUCCIÓN Y MONITOREO DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO ................................................................................................ 38
TABLA 3.2. PERIODO DE MUESTREO .................................................................. 43
TABLA 3.3 PARÁMETROS EN CAMPO .................................................................. 45
TABLA 3.4 PARÁMETROS EN LABORATORIO ..................................................... 46
TABLA 3.5. CONTROL DE CAUDAL EN EL MES DE ABRIL .................................. 47
TABLA 3.6 CAUDAL DE LIXIVIADO GENERADO EN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS PARA EL MES DE MAYO .............................................. 49
TABLA 3.7 MONITOREO A LA ENTRADA DEL SISTEMA DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO ................................................ 52
TABLA 3.8 MONITOREO A LA SALIDA DEL SISTEMA DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO ................................................ 53
TABLA 4.1 INDICADORES DEL MONITOREO IN SITU ---------------------------------- 56
TABLA 4.2 MONITOREO DE INDICADORES PARA EL PERIODO
MARZO-MAYO ----------------------------------------------------------------------- 58
XVI
TABLA 4.3 MONITOREO DE INDICADORES PARA EL PERIODO
MAYO-JULIO ------------------------------------------------------------------------- 59
TABLA 4.4 EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE CARGA ORGÁNICA EN
FUNCIÓN DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO ------------------ 67
TABLA 4.5 EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE CARGA ORGÁNICA EN
FUNCIÓN DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO ------------ 68
TABLA 4.6 EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE PATÓGENOS EN FUNCIÓN
DE COLIFORMES FECALES ---------------------------------------------------- 69
TABLA 4.7 CÁLCULO TEÓRICO DEL CAUDAL DE LIXIVIADO GENERADO
EN EL BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ----------------- 72
TABLA 4.8 MEDICIÓN EN CAMPO DEL CAUDAL DE LIXIVIADO GENERADO
EN EL BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ----------------- 73
TABLA 4.9 PARÁMETROS DE DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA
LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA ------------------------------------ 74
XVII
ÍNIDICE DE MAPAS
MAPA 2.1 DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS ........................................................................................ 24
MAPA 2.1 CUENCA A LA QUE PERTENECE EL CANTÓN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS .................................................................................. 26
XVIII
RESUMEN
En el presente trabajo se desarrolló la evaluación de la eficiencia de una laguna de
estabilización aerobia piloto como alternativa para el afinamiento del tratamiento
primario existente para los lixiviados producidos en el botadero controlado del Cantón
San Miguel de los Bancos, con el propósito de disminuir la concentración de la carga
orgánica contaminante.
Se caracterizó el lixiviado a la entrada y salida del sistema piloto durante un lapso de
4 meses con una frecuencia de 14 días y un tiempo de retención de 51 días. El lixiviado
con el que se alimentó a la laguna piloto alcanzó una concentración máxima de DBO5
de 722 mg/L y de DQO de 1338 mg/L, es decir, valores no adecuados para descargas
a cuerpos de agua según lo estipulado en la normativa ambiental vigente del Libro VI
del Texto Unificado de Legislación Secundaria Ambiental del Ministerio del Ambiente.
Luego del tratamiento el lixiviado presentó una DBO5 de 9 mg/L y una DQO de 91
mg/L para el primer periodo y para el segundo periodo la DBO5 y DQO fue de 62 mg/L
y 294 mg/L respectivamente. La diferencia de remoción en cada periodo se debió al
aumento de fitoplancton, lo cual se comprobó mediante un análisis de DQO soluble
para el segundo periodo con un resultado de 54 mg/L. La eficiencia del tratamiento
anexo en función de DQO fue del 91,17 % y en términos de DBO5 del 98,24 %. Además
una remoción del 99,99 % de coliformes fecales corroborando el buen funcionamiento
como laguna de maduración. Adicionalmente se analizaron 15 parámetros físico-
químicos para observar el aporte del sistema piloto a la calidad del lixiviado.
Finalmente con los datos de carga orgánica y aforo del lixiviado se determinó los
parámetros de diseño para una futura implementación de este tratamiento biológico
como anexo al pre tratamiento existente en el GAD municipal San Miguel de los
Bancos.
XIX
ABSTRACT
In the present study, a pilot aerobic stabilization lagoon was used as an alternative for
the improvement of the existing primary treatment of the leachates produced in the
controlled dump of San Miguel de los Bancos to reduce the concentration of the organic
polluting load.
The leachate was characterized at the input and output of the pilot system in a period
of 4 months, every 15 days and the retention time was 51 days. The leachate used to
fill the pilot lagoon reached a maximum concentration of BOD5 of 722 mg/L and COD
of 1030,75 mg/L respectively, values not suitable for discharges to water bodies
according to the regulations reflected in Book VI of the Unified Text of Secondary
Environmental Legislation of the Ministry of Environment.
However, after the treatment the leachate presented a BOD5 of 9 mg/L and a COD of
91 mg/L for the first period, while for the second period the BOD5 and COD was 62 mg
/ L and 294 mg / L respectively. The removal difference in each period was due to the
gradual increase of phytoplankton, which could be verified by performing a soluble
COD analysis for the second period with a result of 54 mg/L. In fact, the efficiency
according to COD was 91,17% and in terms of BOD5 98,24%. A 99,99 % removal of
fecal coliforms was also obtained, corroborating the good functioning as a ripening
lagoon. Additionally, 15 physical-chemical parameters were analyzed to observe the
contribution of the pilot aerobic lagoon to the leachate quality.
Finally, with data of organic load and flow of leachate was possible to determine the
design parameters for a future implementation of this biological treatment as an annex
to the existing pre-treatment in the municipal GAD San Miguel de los Bancos. The
purpose of implementing this lagoon is improving the quality of the leachate before
being discharged to the river or giving it an irrigation use in tall stem plants.
XX
PRESENTACIÓN
La generación de lixiviados es uno de los problemas que más atención requiere dentro
de la temática de rellenos sanitarios, es uno de los inconvenientes de alto potencial
contaminante cuando se descargan a cuerpos hídricos, así como la infiltración en
suelos y por ende la contaminación de aguas subterráneas. En este trabajo se busca
afinar la calidad del lixiviado que sale del pre tratamiento existente en el botadero
controlado de San Miguel de los Bancos, reduciendo la concentración de carga
orgánica mediante la implementación de una laguna de estabilización aerobia piloto.
Los resultados que se presentan en este escrito responden al análisis de varios
parámetros con los que se comprueba la alta eficiencia del sistema para disminuir la
contaminación del lixiviado. Es así como el trabajo se encuentra conformado por cinco
capítulos, descritos a continuación:
El primer capítulo hace referencia a aspectos generales del presente proyecto, como
son: la introducción, el planteamiento del problema, justificación teórica y práctica,
además del objetivo general y específicos que justifican el alcance del presente
proyecto.
El capítulo dos cuenta con una revisión bibliográfica que sirve como base teórica para
la posterior ejecución de la etapa experimental. Se presenta antecedentes y
propiedades físicas, químicas y biológicas de los residuos sólidos municipales, así
como su disposición final, haciendo énfasis en la generación de lixiviados, los posibles
tratamientos biológicos y sus respectivas ventajas y desventajas, además de los
factores que interfieren en el correcto funcionamiento de una laguna de estabilización
aerobia. También se incluye la descripción del área de estudio con su respectiva
ubicación, clima, hidrología, meteorología, población y la situación actual de la gestión
integral de residuos sólidos en el cantón de San Miguel de Los Bancos.
XXI
En el capítulo tres se detalla la metodología utilizada para la elaboración de la parte
experimental, se puntualiza los parámetros para la construcción de la laguna de
estabilización aerobia piloto como el área, profundidad, volumen, concentración de la
carga orgánica, carga superficial, tiempo de retención y caudal, se especifica los
periodos y la frecuencia de muestreo, los procedimientos para los análisis realizados
en laboratorio y en campo y se explica además como se procedió a determinar la
eficiencia del sistema basado en parámetros relacionados con la carga orgánica
contaminante.
En el capítulo cuatro se encuentra la discusión de resultados de cada uno de los
parámetros analizados en laboratorio y en campo, se presenta el cálculo de la
eficiencia de la laguna de estabilización aerobia piloto en función de la demanda
bioquímica de oxígeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO) y la remoción de
patógenos mediante el parámetro coliformes fecales. De esta forma se ve reflejado
claramente el cumplimiento del objetivo pudiendo exponer los parámetros de diseño
dentro de la propuesta de implementación de una laguna de estabilización aerobia a
escala real.
Finalmente en el capítulo cinco se presentan las conclusiones y recomendaciones de
este proyecto.
1
CAPÍTULO I
1. ASPECTOS GENERALES
INTRODUCCIÓN
Los residuos han formado parte de la naturaleza desde el inicio de la historia, ya sea
sirviendo de abono para las plantas o como alimento para los animales. Al ser
arrojados directamente a los recursos agua, suelo y aire, éstos podían ser auto
depurados o auto degradados por la naturaleza misma. Sin embargo, esta capacidad
de regeneración de los recursos se ha visto afectada con el transcurso del tiempo
debido a la inadecuada utilización de la materia prima por parte del ser humano
(Cárdenas, 2000). La problemática de los residuos sólidos inicia cuando la calidad de
los residuos generados es de carácter tóxico y peligroso para la naturaleza. La
generación de residuos sólidos se debe principalmente al incremento demográfico no
planificado, el crecimiento industrial, los malos hábitos de consumo y disposición final
de residuos (Acosta, 2007).
Debido a la problemática y la preocupación por salvaguardar la calidad del ambiente y
consecuentemente contribuir a la mejora de las condiciones de vida del ser humano y
mantener armonía entre ambos, se crea la normativa ecuatoriana estipulada en el
Libro VI del Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del
Ambiente (TULSMA), Anexos 6 y 7 describiendo el manejo adecuado de los residuos
sólidos peligrosos y no peligrosos. Otorgando de esta manera a los municipios la
responsabilidad de implementar una adecuada gestión de residuos en sus
comunidades. Desafortunadamente, durante el periodo 2002-2010 se observa una
respuesta insatisfactoria en el estudio elaborado por el Ministerio del Ambiente de
Ecuador (MAE), dónde se describe que de los 221 municipios, 160 vertían sus residuos
a cielo abierto, mientras que los restantes 61 los vertían en rellenos sanitarios con
insuficientes criterios técnicos o parcialmente controlados.
2
El Ministerio del Ambiente de Ecuador en el año 2010, crea el Programa Nacional para
la Gestión Integral de Desechos Sólidos (PNGIDS) con el afán de incentivar y a su vez
colaborar con los Gobiernos Autónomos Descentralizados Municipales para la
obtención de rellenos sanitarios que brinden la adecuada disposición de los desechos
sin generar daños al ambiente ni a la salud humana (Ministerio del Ambiente de
Ecuador, 2011).
El GAD municipal de San Miguel de los Bancos en 2014, se propone combatir los
problemas existentes en su botadero iniciando con la selección de un sitio adecuado
para la disposición final de los residuos, así como la construcción de una celda
emergente. Luego de análisis técnicos, económicos y ambientales se determinó como
mejor opción al mismo sitio que se encontraba ya en funcionamiento como botadero a
cielo abierto, el día de hoy opera bajo condiciones de botadero controlado.
Actualmente, se cuenta con las tuberías de conducción de lixiviados, así como las
chimeneas de gas metano (Gobierno Autónomo Descentralizado de San Miguel de los
Bancos, 2014).
Mediante la visita realizada al botadero de SMB en diciembre de 2016 se identificaron
problemas como la presencia de vectores, producción de gas metano y la generación
de lixiviados, siendo este último un tema de carácter urgente a ser tratado en el Cantón
puesto que éstos aportan a la disminución de la calidad de vida de la población aledaña
y al ambiente.
El botadero controlado de San Miguel de los Bancos presenta un tratamiento primario
de lixiviados, el cual consta de una cámara de decantación, un filtro de gravas y una
piscina para el almacenamiento de los lixiviados antes de ser vertido al cuerpo hídrico,
por lo tanto, es necesario anexar un tratamiento biológico aerobio que permita
disminuir las cargas contaminantes del lixiviado antes de ser vertidos a la naciente del
río Guadalupe. Es así como mediante un estudio piloto y análisis físico-químicos y
biológicos correspondientes a la entrada y salida de la laguna se pretende determinar
la mejora de la calidad del lixiviado luego del tratamiento biológico aerobio piloto
implementado.
3
JUSTIFICACIÓN
La abundante generación de residuos sólidos y su inadecuado tratamiento, hacen
que la presencia de lixiviados sea inevitable, su alto grado de toxicidad amenaza las
condiciones propias y originarias del ambiente así como las del medio en el que se
desarrolla la vida de una población, pues la generación de vectores, malos olores y
emisión de gases representan un inconveniente que impide mantener la interrelación
humano-naturaleza en armonía (Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales
México, 2006).
Uno de los tratamientos biológicos más viables económicamente por no necesitar
equipos mecánicos extras para su funcionamiento son las lagunas de estabilización
aerobias, dónde la aireación es natural debido al oxígeno provisto por la atmósfera y
primordialmente por la actividad fotosintética de las algas (Rodríguez, 2012).
La implementación de una laguna de estabilización aerobia para tratar lixiviados es
considerada un método viable, que bajo condiciones de profundidad pequeña tienen
el objetivo de garantizar el óptimo aprovechamiento de la radiación solar para la
formación de biomasa y la aireación natural para evitar el uso de energía mecánica
extra, proceso que se lleva a cabo dentro de un tiempo de retención, el cual garantiza
la disminución eficiente de la nocividad del lixiviado en cuanto a la remoción de carga
orgánica así como eliminación de patógenos (Álvarez & Suárez, 2006).
El estudio piloto se realiza en una zona determinada del botadero controlado de San
Miguel de los Bancos donde se pretende colocar una laguna aerobia piloto que permita
verificar la validez del tratamiento mediante el análisis físico-químico y biológico como:
Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5),
alcalinidad, pH, sólidos, nutrientes y coliformes (Londoño, Monje, Rojas, Velásquez &
Yánez, 2005).
4
Se propone entonces una alternativa para el afinamiento del tratamiento primario
existente de los lixiviados producidos en el botadero controlado del Cantón San Miguel
de los Bancos (SMB), debido a los efectos adversos que éstos pueden causar al
ambiente y a la salud de la población aledaña al ser vertidos directamente al cuerpo
hídrico con una carga contaminante representativa. Además, al no ser controlados ni
monitoreados por parte de la autoridad competente, no se poseen datos acerca de las
características y cantidad del lixiviado generado que permitan definir el tratamiento
adecuado de los lixiviados con la finalidad de disminuir su nocividad antes de ser
vertidos al cuerpo hídrico. Mediante la implementación de una laguna de estabilización
aerobia piloto in situ para el tratamiento biológico de los lixiviados actualmente vertidos
al cuerpo hídrico correspondiente en el botadero de San Miguel de los Bancos, se
pretende definir el porcentaje de remoción de la carga orgánica de los lixiviados, así
como monitorear las mejoras que este tratamiento provee a ciertos parámetros físico-
químicos y biológicos antes de ser descargados al cuerpo hídrico.
Se aprovecha el tratamiento primario con el que cuenta el GAD municipal, cuyas
unidades consisten en una cámara de sedimentación y un filtro de gravas, seguido por
un tanque de almacenamiento antes de ser vertido al cuerpo hídrico, en dicho tanque
se toma la muestra compuesta para la entrada a la laguna de estabilización aerobia
piloto. Con los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de las muestras de
lixiviado a la entrada y salida de la laguna de estabilización aerobia piloto, durante un
periodo aproximado de 4 meses, se espera contar con una propuesta de tratamiento
biológico eficiente de los lixiviados del botadero de San Miguel de los Bancos para
mejorar la calidad obtenida hasta el momento por su previo tratamiento primario.
A manera de recomendación se presentan los parámetros de diseño de la laguna de
estabilización aerobia de los lixiviados generados en el botadero de San Miguel de los
Bancos para que sirva como insumo al GAD Municipal, en caso de anexar dicha unidad
como afinamiento del tratamiento primario con el que cuentan actualmente.
5
OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL
Estudiar a nivel piloto el tratamiento biológico de los lixiviados vertidos actualmente en
el cuerpo hídrico correspondiente al botadero controlado de San Miguel de los Bancos
mediante una laguna de estabilización aerobia para afinar la calidad del lixiviado
disminuyendo su carga orgánica.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
· Recopilar información base del botadero controlado mediante visitas técnicas
para la identificación del área de estudio.
· Determinar condiciones iniciales del lixiviado mediante un análisis físico-
químico y biológico para definir una línea base del estudio.
· Implementar un sistema piloto que permita determinar la eficiencia del
tratamiento a través de una serie de análisis de laboratorio del lixiviado a la
entrada y salida del sistema.
ALCANCE
El presente estudio busca reducir la carga orgánica del lixiviado generado en el
botadero controlado de San Miguel de los Bancos ubicado en la provincia de
Pichincha, basado en una laguna de estabilización aerobia piloto para el afinamiento
del lixiviado luego del tratamiento primario existente.
6
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
2.1 RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES
Son aquellos que proceden de actividades residenciales, industriales (pequeña
industria y artesanía), institucionales y comerciales, así como aquellos que se originan
por el barrido de calles pertenecientes al sector urbano como se puede observar en la
tabla 2.1 y cuya gestión corresponde a las autoridades municipales (Acurio, Rossin,
Teixeira , & Zepeda, 1997).
TABLA 2.1 COMPOSICIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES
FUENTE DOMÉSTICA COMERCIAL INSTITUCIONAL INDUSTRIAL BARRIDO
DE CALLES
C O M P O S I C I Ó N
Desperdicios
de cocina,
papeles,
plásticos,
depósitos de
vidrio y
metálicos,
cartones,
textiles,
desechos de
jardín, tierra.
Residuos
procedentes
de almacenes
comerciales,
oficinas,
mercados,
restaurantes,
hoteles y
otros.
Residuos
procedentes de
oficinas públicas,
escuelas,
universidades,
servicios
públicos y otros.
Pequeña
industria
(baterías,
confecciones
de ropa,
zapaterías,
etc.) y talleres
artesanales
(sastrerías,
carpinterías,
textiles, etc.).
Residuos
sólidos que
arrojan los
peatones,
tierra, poda
de árboles,
etc.
FUENTE: (Acurio, Rossin, Teixeira , & Zepeda, 1997)
2.1.1 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES
Según Muñoz (2015) las propiedades físicas de los residuos sólidos son:
· Peso Específico: Es la relación existente entre el peso de los residuos sólidos,
el cual no varía, y el volumen de los residuos sólidos que va a depender de la
7
forma de presentación de los residuos, pudiendo ser sueltos, compactados o
semi compactados. El peso específico de los residuos mezclados sueltos oscila
entre 120-180 kg/m3 y en el caso de los residuos mezclados compactados es
de 500 kg/m3. El peso específico óptimo para un relleno sanitario debe ser
mayor a 700 kg/m3.
· Humedad: Es la cantidad de sustancia líquida que contienen los residuos y
además una de las causas principales de la formación de lixiviados. Cuando la
humedad es mayor al 70% la generación de lixiviados es inevitable, mientras
que si la humedad es menor al 30% se obtiene un residuo seco almacenado.
· Capacidad de campo: Es la capacidad de los residuos sólidos o suelo para
retener agua en contra de la gravedad. En un relleno sanitario, la capacidad de
campo normalmente es 30%. Es decir, si la humedad de los residuos sólidos
sobrepasa el valor de la capacidad de campo (30%), se generarán lixiviados.
2.1.2 PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
MUNICIPALES
Las propiedades químicas de los residuos sólidos según Muñoz (2015) son las
descritas a continuación:
· Material volátil: Son aquellos que al introducirlos en una mufla a 550°C se
volatilizan dejando como restos cenizas correspondientes a sólidos fijos. Están
formados por material orgánico biodegradable como los restos de alimentos y
no biodegradable como papel, plástico y caucho. Los sólidos fijos corresponden
a materia inorgánica y los volátiles a materia orgánica.
· Poder calorífico: Es la cantidad de calor que producen los residuos sólidos una
vez que son sometidos al proceso de incineración. Para evitar la generación de
gases tóxicos y contaminantes se aconseja incinerar solo la materia orgánica
biodegradable. El poder calorífico de la materia orgánica biodegradable es de
aproximadamente 3000 kcal/kg.
8
· Análisis elemental: Es importante realizar análisis químicos de los residuos
sólidos como pH, nitrógeno, fósforo, potasio, azufre, carbono e hidrógeno. Si la
relación C/N es igual a 30, se puede utilizar a los residuos como buen material
de compostaje.
2.1.3 PROPIEDADES BIOLÓGICAS DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
MUNICIPALES
De acuerdo a Oropeza (2006) las propiedades biológicas de los residuos sólidos son:
· Digestión Aerobia: Como se señala en la ecuación 1, es la descomposición de
la materia orgánica (MO) por acción de microorganismos aerobios, es decir, que
trabajan en presencia de oxígeno para descomponer dicha materia en dióxido
de carbono (CO2), agua (H2O) y material estable.
MO!+!O2!+!Microorganismos!"!CO2!+!H2O!+!Material!Estable (1)
· Digestión Anaerobia: Corresponde a la intervención de microorganismos para
la descomposición de la materia orgánica (MO) en ácidos orgánicos y a su vez
por acción de microorganismos anaerobios (en ausencia de oxígeno), se
produce metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) como se indica en la
ecuación 2 a continuación.
MO!+!Microorganismos!"!Ác.!orgánicos!+!Microorganismos!anaerobios!!"!CH4!+!CO2 (2)
· Vectores: Pueden ser microorganismos mecánicos como la mosca que
contamina principalmente los alimentos o biológicos como ratas, cucarachas y
mosquitos que son portadores de enfermedades.
· Patógenos: Microorganismos correspondientes a hongos, bacterias y
protozoarios.
9
2.2 DESTINO FINAL
2.2.1 TIPOS DE DESTINO FINAL PARA LOS RESIDUOS SÓLIDOS
MUNICIPALES
· Botadero
Se puede denominar como botadero a un sitio que no ha sido seleccionado bajo
criterios técnicos, económicos, sociales y ambientales, no se realizan procesos de
compactación, monitoreo y control adecuado de los residuos, además al verter los
residuos sólidos a cielo abierto se generan problemas relacionados con la
presencia de vectores, malos olores, gases y líquidos contaminantes.
· Botadero controlado
Es aquel que luego de los análisis técnicos, económicos, sociales y ambientales es
designado como sitio adecuado de disposición final de residuos sólidos, por lo que
se empieza a implementar la infraestructura necesaria para ser considerado como
un relleno sanitario a futuro. Los residuos en este lugar pasan por procesos de
compactación y confinación periódica con material de cobertura, se implementan
las tuberías de conducción de lixiviados y las chimeneas para el control de gas
metano.
· Relleno sanitario
Se considera un relleno sanitario a las instalaciones de infraestructura
indispensables para la correcta operación de los residuos generados por la
población asegurando la protección del ambiente y el cuidado de la salud. En este
lugar se toma en consideración el control y mantenimiento de la generación de
lixiviados y su planta de tratamiento correspondiente, las chimeneas para gas
metano, el control de olores y presencia de vectores de manera frecuente. Así
mismo se posee el plan de manejo de residuos sólidos donde consta la manera en
la que opera el relleno así como su vida útil (Ramos, 2012).
10
2.2.2 PROBLEMÁTICA DE UN RELLENO SANITARIO
Según el Banco Interamericano de Desarrollo (1997) un relleno sanitario puede
generar diversos inconvenientes como la contaminación de los componentes agua,
aire y suelo, así como la biodiversidad y la salud de la población si no posee un
adecuado manejo y control de los residuos dispuestos en el mismo.
· Contaminación al aire
Debido a la digestión de materia orgánica mediante bacterias, uno de los impactos
asociados al aire corresponde a los malos olores y generación de gases en los
alrededores del sitio de disposición final, además en la etapa de construcción que
resulta tener más impactos que la fase de operación de un relleno sanitario.
· Contaminación al agua
Los residuos sólidos sin tratamiento ocasionan contaminación en aguas
superficiales y subterráneas, además si se vierten residuos sólidos sin control en
lugares como alcantarillas pueden ocasionar obstrucción de canales. En las aguas
superficiales afectadas es notable el aumento de la carga orgánica y
consecuentemente la disminución de oxígeno disuelto en el recurso hídrico.
La formación de lixiviados por descomposición de materia orgánica y acción de las
lluvias puede afectar tanto a las aguas superficiales como subterráneas, siendo una
de las principales características de contaminación la presencia de materia
orgánica y sustancias tóxicas, de todo esto se puede tener como resultado, la
pérdida total del recurso hídrico que podría ser destinado para consumo humano o
recreación.
· Contaminación al suelo
La acumulación de los residuos sólidos produce malos olores, polvos irritantes e
impactos estéticos, además el volcamiento de los mismos en sitios inestables y
11
depresiones causa erosiones que pueden ocasionar derrumbes de franjas.
También contaminan el suelo con patógenos, metales pesados, sustancias tóxicas
e hidrocarburos encontrados en los lixiviados de los desechos producto de la
descomposición de la materia orgánica mezclada con productos inorgánicos u
orgánicos tóxicos.
· Amenazas a la flora y fauna
Durante la fase de construcción y operación se puede ocasionar impactos
asociados a la remoción y perturbación de la flora y fauna nativa respectivamente.
· Contaminación a la salud pública
La acumulación de residuos sólidos y su inadecuado manejo conllevan a la
transmisión de enfermedades debido a que los contaminantes biológicos y
químicos de los residuos son transportados por aire, agua y suelo pudiendo
contaminar alimentos causando un riesgo a la salud pública. Los residuos con alta
cantidad de materia orgánica pueden generar gases orgánicos volátiles, tóxicos y
algunos cancerígenos.
La población más afectada comúnmente es aquella que vive en asentamientos con
bajos recursos económicos y en zonas marginales, puesto que no cuentan con un
sistema de recolección de residuos sólidos adecuado. Las personas con un grado
de exposición más alto son los recolectores y los recicladores los cuales mantienen
contacto directo con los residuos, en su mayoría sin protección adecuada.
2.3 GENERACIÓN DE LIXIVIADOS
Los lixiviados resultan de la percolación de líquidos a través de los desechos, es decir,
líquidos que salen a la superficie o a su vez se infiltran en el sitio donde se depositan
los residuos sólidos. La generación de lixiviados depende de varios factores: humedad
de los residuos, compactación de los desechos, material de cubierta de las celdas,
12
temperatura, precipitación, escurrimiento, evaporación, capacidad de campo,
infiltración, entre otros (Méndez , Yocoman, Jiménez, & Otros, 2004).
2.3.1 DESCOMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
La descomposición de los residuos sólidos ocurre bajo diferentes fases en el
transcurso del tiempo, las cuales son descritas a continuación según Reyes (2015):
Descomposición inicial: Debido a la presencia de microorganismos en el suelo y
oxígeno atrapado en los residuos se produce una reacción aerobia hasta que todo el
oxígeno es consumido.
Descomposición anaerobia: Se caracteriza por la transformación de nitratos en gas
nitrógeno y de sulfatos a ácido sulfhídrico. Gracias a microorganismos la materia
orgánica se transforma en metano y en dióxido de carbono. Debido a la presencia de
gases orgánicos y alta concentración de CO2, el pH del lixiviado empieza a descender.
Acidificación: Se genera menor cantidad de ácidos orgánicos y gas hidrógeno. Se
genera ácido acético. El pH del lixiviado desciende a valores de 5 o menos y como
consecuencia se solubilizan ciertos metales pesados. Se forma dióxido de carbono.
Aumenta la Demanda Química de Oxígeno y la Demanda Bioquímica de Oxígeno.
Metanogénesis: El ácido acético y el gas hidrógeno forman metano y dióxido de
carbono. La producción de ácidos reduce por lo que el pH del lixiviado aumenta a
valores entre 6,8 a 8. De esta forma tanto constituyentes inorgánicos como metales
disueltos van a precipitar.
Maduración: Disminuye considerablemente la generación de gas puesto que no hay
nutrientes presentes ya que fueron arrastrados por los lixiviados en fases anteriores.
Empieza a entrar en el relleno pequeñas cantidades de oxígeno y nitrógeno. La
duración de esta fase es muy larga y no se volverá a producir metano.
13
2.3.2 CONTAMINANTES PRESENTES EN LOS LIXIVIADOS
Según Castillo (1994) los contaminantes más relevantes presentes en los lixiviados
son los descritos en el tabla 2.2 a continuación:
TABLA 2.2 CONTAMINANTES PRESENTES EN LOS LIXIVIADOS
PARÁMETRO DESCRIPCIÓN
Sólidos
Los lixiviados contienen sólidos suspendidos y disueltos. Los sólidos disueltos son
aquellos representados por partículas muy pequeñas cuya carga eléctrica
comanda su comportamiento y por ello están relacionados con la turbiedad y
además representan la cantidad de materia orgánica biodegradable en la muestra.
Los sólidos suspendidos representan solo un 3% de la DBO y se determinan a
través de sólidos suspendidos totales (SST).
Materia
orgánica
Se encuentra generalmente en estado soluble y particulada. Los sólidos
suspendidos volátiles representan a la materia orgánica particulada, por lo general
no son valores muy altos puesto que en lixiviados la mayor parte de materia
orgánica se encuentra soluble.
La DBO5 indica cuantitativamente el grado de contaminación del lixiviado puesto
que determina la cantidad de oxígeno necesario para oxidar bioquímicamente los
compuestos orgánicos degradables existentes.
Nutrientes Existe tanto la generación de nitrógeno como fósforo debido a la descomposición
de la materia orgánica.
Tóxicos Corresponde a la presencia de metales pesados.
Otros
parámetros
Aceites y grasas que por lo general corresponden a valores bajos puesto que son
poco solubles en agua.
FUENTE: (Castillo, 1994)
2.3.3 COMPOSICIÓN TÍPICA DE LOS LIXIVIADOS
Según Johannessen (1999) la composición de los lixiviados se encuentra definida
principalmente por los parámetros descritos en la tabla 2.3:
14
TABLA 2.3 COMPOSICIÓN TÍPICA DE LOS LIXIVIADOS
COMPONENTE RELLENO NUEVO
(Menor a 2 años)
RELLENO MADURO
(Mayor a 10 años)
Demanda Química de Oxígeno
(DQO)
3000-60000 100-500
Demanda Bioquímica de
Oxígeno (DBO5)
2000-30000 100-200
Sólidos Totales en suspensión 200-2000 100-400
Nitrógeno Total Kjeldahl 20-1600 100-160
Fósforo Total 5-100 5-10
Alcalinidad como CaCO3 1000-10000 200-1000
pH 4,7-7,5 6,6-7,5
*Todas las unidades están en miligramos por litro (mg/L), excepto el pH.
FUENTE: (Johannessen, 1999)
2.3.4 TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS DE LOS LIXIVIADOS
De acuerdo a Roberts (1992) el tratamiento biológico consiste en el uso de
microorganismos como bacterias, algas, hongos, plantas para remover, transformar o
degradar compuestos orgánicos tóxicos en compuestos menos nocivos. Esta técnica
hace uso de la capacidad de los microorganismos para utilizar los contaminantes como
fuente de energía y alimento. Así por ejemplo, se puede citar a las micro algas que en
condiciones aerobias pueden disminuir la carga orgánica de aguas residuales y
lixiviados.
La biodegradación puede utilizar microorganismos propios del sitio contaminado
(autóctonos) o de otros sitios (exógenos), se realiza in situ (en el lugar donde se
encuentra el contaminante) o ex situ (cuando el contaminante es trasladado de su
fuente de generación) y puede ser llevada a cabo en condiciones aerobias (presencia
de oxígeno) o anaerobias (ausencia de oxígeno).
15
La eficiencia de remoción de contaminantes obtenida mediante el tratamiento biológico
va a depender de varios factores: tipo de contaminantes, concentración de nutrientes,
cantidad de microorganismos, condiciones climáticas, entre otras.
2.3.5 LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
Son sistemas empleados para el tratamiento de contaminantes mediante procesos
naturales con tiempos de retención adecuados y que consisten en estanques
generalmente rectangulares y abiertos en un terreno específico. Las lagunas de
estabilización son uno de los métodos menos costosos de implementar. Los procesos
de purificación que ocurren en las lagunas de estabilización corresponden a la
actividad de bacterias y algas en una relación mutualista. El sistema es muy simple y
no requiere de personal especializado, sin embargo los resultados obtenidos luego del
tratamiento son bastante satisfactorios (Arthur, 1983).
Los principales procesos que ocurren son los siguientes:
1. Sedimentación primaria
2. Biodegradación de compuestos orgánicos
3. Efectos diversos debido al tipo de reservorio
Además, de acuerdo a la Comisión Nacional del Agua (2007) en su estudio relacionado
con el diseño de lagunas de estabilización, las lagunas de estabilización pueden
clasificarse de distintas maneras dependiendo de factores como: el tipo de reacción
biológica dominante, la duración y frecuencia de descarga, la presencia o ausencia de
equipo de aireación, la extensión y el tipo de células presentes. Por lo general, la forma
más adecuada de clasificar a las lagunas es por el tipo de reacción biológica
dominante, así se tiene:
· Laguna aerobia
La conversión de los nutrientes y la estabilización de la materia orgánica soluble
se realizan en presencia de oxígeno disuelto, el cual es suministrado de forma
16
natural. Aquellas lagunas cuyo oxígeno es suministrado de forma mecánica son
conocidas como aireadas.
· Laguna facultativa
La estabilización de la materia orgánica se lleva a cabo tanto en condiciones
aerobias en la parte superficial de la laguna como anaerobias en el fondo. En
ocasiones el oxígeno puede ser suministrado mecánicamente.
· Laguna de maduración
Se diseña primordialmente para la remoción de organismos patógenos sin la
necesidad de adicionar agentes químicos desinfectantes. Además se pueden
usar para nitrificar efluentes.
2.4 LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA
2.4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Según González (2016) las lagunas de estabilización aerobias presentan condiciones
aerobias (presencia de oxígeno) en la parte superior debido a la acción del viento y a
la actividad fotosintética que se da en la laguna por la proliferación de algas en la
superficie. Además, los nutrientes como el fósforo y nitrógeno presentes en los
lixiviados contribuyen a la eutrofización, es decir, la alta formación de algas debido al
proceso de fotosíntesis y consecuentemente la producción de biomasa. Debido al
proceso fotosintético las algas captan el dióxido de carbono del aire o del medio
circundante para sintetizar carbohidratos, proteínas y liberar oxígeno como se observa
en la ecuación 3:
Algas + Nutrientes + CO2 + Energía solar à Biomasa + O2
(3)
La biomasa comprende carbohidratos y proteínas, además todo el oxígeno que se
integra por la atmósfera y por medio de la fotosíntesis es consumido por los
microorganismos que degradan aeróbicamente la materia orgánica, todo este proceso
es posible gracias a la presencia de energía solar que penetra en todo el sistema y a
la oxigenación debido a su poca profundidad (0,30 a 0,45) m, de ésta manera se evita
17
la necesidad de adicionar aparatos mecánicos que incrementen los costos de
implementación de una laguna de estabilización aerobia. Este principio de
funcionamiento se puede observar en la figura 2.1 a continuación:
FIGURA 2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA
FUENTE: (Gonzales, 2016)
2.4.2 FACTORES QUE INTERFIEREN EN EL FUNCIONAMIENTO DE LAS
LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
De acuerdo a León (1996) los factores que intervienen en el funcionamiento de las
lagunas de estabilización pueden ser climáticos, físicos, químicos y bioquímicos, tal
como se describe a continuación:
2.4.2.1 Factores climáticos
· Temperatura: La velocidad de degradación aumenta con la temperatura,
especialmente en la actividad de bacterias, muchas de las veces la actividad
bacteriana se vuelve lenta por temperaturas bajas, si la temperatura baja a 10
ºC la actividad se reduce un 50%.
· Radiación solar: La actividad fotosintética depende directamente de la
radiación solar que alcanza la superficie y la que penetra en profundidad, así
18
también la velocidad de crecimiento bacteriano irá cambiando conforme la
cantidad de radiación solar a lo largo del año.
· Viento: Ayuda a la mezcla vertical del líquido de la laguna, una buena mezcla
asegura una distribución uniforme del oxígeno disuelto, parámetro importante
para la estabilización y funcionamiento de las lagunas aerobias y facultativas en
presencia de bacterias y algas.
· Evaporación: Este factor incide en la concentración de sólidos que contiene el
agua que se ha almacenado, por lo tanto el aumento de la salinidad.
· Precipitación: Cuando existen fuertes tormentas se adiciona una demanda de
oxígeno que es provocada por los sólidos arrastrados por el agua lluvia y los
sedimentos de las lagunas que se mezclan con la columna de agua, por lo cual
el oxígeno disuelto suele bajar en el sistema. Además se puede dar una cierta
oxigenación en la superficie de la laguna, debido al oxigeno de la lluvia así como
turbulencia por la caída sobre la laguna.
2.4.2.2 Factores físicos
· Estratificación: Por efectos de la variación de temperatura, hay ocasiones que
el agua es más cálida y ligera por lo que tiende a flotar sobre las capas más
frías, lo cual evita que se produzca una mezcla completa.
· Flujo a través de las lagunas: La circulación del agua en la laguna es afectada
por la forma y tamaño, entradas y salidas, velocidad y dirección de los vientos
así como las diferentes densidades. Normalmente las anomalías del flujo se dan
en las zonas muertas.
· Profundidad: La profundidad de las lagunas aerobias va desde los 0,30 a 0,45
metros posibilitando el crecimiento de algas, generando la productividad de
biomasa y contribuyendo a la oxigenación del sistema por medio de la
fotosíntesis.
19
2.4.2.3 Factores químicos y bioquímicos
· pH: La escala de pH que maneja el sistema determina la actividad fotosintética
del fitoplancton y la degradación de la materia orgánica por acción de las
bacterias, las algas consumen anhídrido carbónico durante el proceso, esto
hace que se desplace el equilibrio de los carbonatos y da lugar al aumento del
pH, por otro lado la formación de dióxido de carbono como producto final, lo que
causa la disminución del pH. Como la fotosíntesis depende de la radiación solar
este parámetro va a cambiar durante el día incluso el año, cuando la intensidad
lumínica es mayor los valores de pH son más altos.
· Oxígeno disuelto: Es uno de los indicadores más importantes de cómo está
funcionando la laguna, siendo las principales fuentes el proceso de fotosíntesis
y el ingreso de oxígeno atmosférico. El oxígeno disuelto presenta variaciones
importantes en la profundidad, en la superficie es máxima y a medida que
aumenta la profundidad va disminuyendo hasta anularse, esta profundidad se
le denomina oxipausa, en definitiva la concentración de oxígeno disuelto
depende del consumo de oxígeno por parte de las bacterias y la acción del
viento.
· Nutrientes: A medida que el tratamiento va avanzando se va produciendo la
eliminación de nutrientes, en las lagunas de estabilización solo ocurre una
disminución drástica de los nutrientes cuando la eliminación de la materia
orgánica disminuye significativamente.
2.4.3 CONDICIONES IDEALES PARA UNA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN
AEROBIA
León (1996) establece que las condiciones ideales para una laguna de estabilización
aerobia corresponden a los descritos en la tabla 2.4:
20
TABLA 2.4 CONDICIONES IDEALES PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UNA
LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA
PARÁMETROS LAGUNA AEROBIA DE CORTO TIEMPO
DE RETENCIÓN
Tiempo de retención en días 2-6
Profundidad en metros 0,30 a 0,45
pH 6,5 a 10,5
Rango de temperatura en ºC 5 a 30
Temperatura optima en ºC 20
Carga orgánica en kg DBO/ ha.día 90 a 180
% conversión de DBO 80 a 95
Principales productos de conversión Algas, CO2, tejido celular
Concentración de algas en mg/L 100 a 260
Sólidos suspendidos en el efluente en mg/L 150 a 300
FUENTE: (León, 1996)
2.4.4 VENTAJAS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA
A continuación se presentan algunas ventajas y desventajas según el Manual de agua
potable, alcantarillado y saneamiento (2007):
· La estabilización de la materia orgánica es elevada.
· La eliminación de microorganismos patógenos es alta.
· Tienen alta flexibilidad en el tratamiento respecto al caudal.
· Pueden ser utilizadas para el tratamiento de aguas con alta carga orgánica.
· El consumo de energía no es necesario.
· En términos económicos requieren de bajos costos a comparación de otros
métodos convencionales.
· Bajo costo de operación.
· No se necesita personal calificado para operarlas.
· En algunos casos existe remoción de nutrientes.
21
2.4.5 DESVENTAJAS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA
· Ocupa un área extensa para su implementación.
· Altas concentraciones de fitoplancton.
· Al ser un tratamiento totalmente natural puede someterse a diluciones debido a
la presencia de altas precipitaciones, lo cual impide conocer la eficiencia real del
tratamiento en épocas de lluvia, por eso es conveniente realizar el estudio en
épocas de verano e invierno.
· Generación de olores desagradables y deterioro de la calidad del efluente por
sobrecargas de contaminante bajo ciertas condiciones climáticas.
· Su funcionamiento depende de condiciones ambientales como la temperatura,
irradiación solar, velocidad del viento, entre otros.
2.4.6 ARRANQUE, FUNCIONAMIENTO, OPERACIÓN, MANTENIMIENTO Y
CONTROL
El funcionamiento, operación, arranque, mantenimiento y control de las lagunas de
estabilización según lo menciona Rodríguez (2012) se efectúa de la siguiente manera:
Inicio o arranque
· No debe existir plantas y vegetación en el fondo ni en los taludes del interior de
la laguna.
· Debe fijarse el correcto funcionamiento de la unidad de aforo, del paso y de la
salida del sistema.
Funcionamiento
· De ser posible las lagunas deben arrancar en verano a mayor temperatura, ya
que se obtendrá mayor eficiencia del tratamiento y menor tiempo de
aclimatación.
22
· El llenado de laguna debe hacerse lo más rápido posible para prever el
crecimiento de vegetación emergente y la erosión de taludes.
· Deben llenarse las lagunas al menos al nivel de operación entre 0,3 y 0,45
metros para evitar malos olores.
Operación y mantenimiento
· Mantener limpias las estructuras de entrada, interconexión y salida.
· Mantener la laguna de color verde intenso brillante el cual indica un pH y
oxígeno disuelto.
· Prevenir problemas de insectos y erosión.
· Mantener al efluente en concentraciones bajas de DBO y sólidos suspendidos.
2.5 MARCO LEGAL APLICABLE
· Competencias de Gestión Ambiental de Gobiernos Descentralizados.
Según la resolución 5, Art. 18, inciso 4) corresponde a los GAD municipales controlar
el cumplimiento de normas y reglamentos para la recolección, transporte y gestión
integral de residuos sólidos en el medio urbano y rural (Consejo Nacional de
Competencias, 2015).
· Texto Unificado de Legislación Secundaria Ambiental, Libro VI, Anexo1: Norma
de Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes: Recurso Agua, Tabla 12:
Límites máximos permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce.
Según el Art. 4.2 Criterios generales para la descarga de efluentes, en el inciso
4.2.1.15 Los lixiviados generados en los rellenos sanitarios cumplirán con los rangos
y límites establecidos en las normas de descargas a un cuerpo de agua.
En el artículo 4.2.3 Normas de descarga de efluentes a un cuerpo de agua o receptor
se obtienen los límites máximos permisibles, como se puede observar a continuación
en la tabla 2.5, donde se especifica los parámetros que serán tomados en cuenta para
el estudio piloto de los lixiviados en este proyecto de titulación.
23
TABLA 2.5 LÍMITES DE DESCARGA A UN CUERPO DE AGUA DULCE
PARÁMETROS EXPRESADO
COMO UNIDAD
LÍMITE MÁXIMO
PERMISIBLE
Coliformes
Fecales *NMP/100 mL -
**Remoción > al
99,9 %
Color real Color real unidades
de color
* Inapreciable
en dilución: 1/20
Demanda
Bioquímica de
Oxígeno
DBO5 mg/L
100
Demanda
Química de
Oxígeno
DQO mg/L
250
Fósforo Total P mg/L 10
Materia flotante Visibles Ausencia
Nitrógeno Total
Kjedahl N mg/L 15
Potencial de
hidrógeno pH _ 5-9
Sólidos
Sedimentables _ ml/L 1,0
Sólidos
Suspendidos
Totales
_ mg/L
100
Sólidos totales _ mg/L 1 600
Temperatura _ ºC < 35
FUENTE: (Libro VI del Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria).
**Aquellos regulados con descargas de coliformes fecales menores o iguales a 3000, quedan
exentos de tratamiento
*NMP/100 mL: Número más probable por cada 100 mL
24
2.6 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
2.6.1 UBICACIÓN DEL CANTÓN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
El cantón San Miguel de los Bancos se encuentra ubicado al noroccidente de la
Provincia de Pichincha como se observa en el mapa 2.1 y más a detalle en el anexo
cartográfico 1 y cuyos límites son:
· Norte: Cantón Pedro Vicente Maldonado y Distrito Metropolitano de Quito
· Sur: Provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas
· Este: Distrito Metropolitano de Quito
· Oeste: Provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas
· Noroeste: Cantón Puerto Quito.
ELABORACIÓN: Pesantes, L., Ruiz V.
MAPA ¡Error! No hay texto con el estilo especificado en el documento..1 DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
25
2.6.2 CLIMA
Según la clasificación Köppen y Geiger el tipo de clima para el cantón San Miguel de
los Bancos es Af (clima ecuatorial), el cual se caracteriza por temperaturas altas casi
constantes a lo largo del año con abundantes lluvias y con temperatura promedio de
20.6 ºC (Climate Data, 2016). Además, según un estudio realizado en el 2016 por parte
del municipio de San Miguel de los Bancos, se tiene los siguientes tipos de clima
identificados en la tabla 2.6:
TABLA 2.6 TIPOS DE CLIMA
SÍMBOLO
TIPO DE CLIMA
TEMPERATURA
°C
PRECIPITACÍÓN
mm
Af Tropical Lluvioso >22 >3000
Cw Ecuatorial Mesotérmico
Húmedo 12-18 1000-2000
Sp Subtropical Mesotérmico
Lluvioso 18-22 >3000
Cw Ecuatorial Frío Húmedo 12-18 1000-2000
Cm Ecuatorial Mesotérmico. Muy
húmedo 12-18 >2000
FUENTE: (Vega, 2016)
2.6.3 HIDROLOGÍA
El cantón San Miguel de los Bancos se encuentra dentro de la cuenca del río
Esmeraldas, siendo el río Blanco el principal cuerpo hídrico que atraviesa el cantón
como se puede observar en el mapa 2.2 y al final del trabajo como anexo 2 (Gobierno
de la Provincia de Pichincha, 2016).
26
ELABORACIÓN: Pesantes, L., Ruiz V.
2.6.4 METEOROLOGÍA
Según un estudio realizado por parte del GAD municipal San Miguel de los Bancos en
el año 2016 (Estudios de factibilidad y diseños definitivos para la gestión integral de
residuos sólidos) para condiciones meteorológicas se toma en cuenta las 3 estaciones
meteorológicas descritas en la tabla 2.7:
M-025 La Concordia
M-216 San Miguel de los Bancos
M-339 Nanegalito
MAPA ¡Error! No hay texto con el estilo especificado en el documento..1
CUENCA A LA QUE PERTENECE EL CANTÓN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
27
TABLA 2.7 ESTACIONES METEOROLÓGICAS REPRESENTATIVAS DE LA ZONA
Estación Código Latitud Longitud Elevación Entidad
La Concordia M-025 0° 1'36.00"N 79°22'17.00"O 360 msnm INAMHI
San Miguel de
los Bancos
M-216 0° 1'0.00"N 78°53'24.00"O 1.115 msnm INECEL
Nanegalito M-339 0° 2'59.99"N 78°35'35.00"O 1.633 msnm INAMHI
FUENTE: (Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología, 2012)
2.6.5 TEMPERATURA
Según la estación meteorológica de San Miguel de los Bancos como se observa en la
tabla 2.8, se obtiene que la temperatura media se mantiene uniforme a lo largo del
año. La temperatura media anual oscila entre 20,6 y 19,8 °C. Los más altos promedios
se observan en los meses de marzo, abril y noviembre tomando en cuenta que las
oscilaciones entre el mes más frío y el más cálido es de 1°C.
TABLA 2.8 RESUMEN DE LA TEMPERATURA DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
TEMPERATURA
COD. NOMBRE ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC T.A.
M216
SAN
MIGUEL
DE LOS
BANCOS 19,82 20,21 20,43 20,58 20,51 20,22 20,14 20,07 20,14 20,01 20,03 19,99 20,18
FUENTE: (Sistema Nacional de Información, 2005)
2.6.6 PRECIPITACIÓN
Para la determinación de la precipitación se realizó una correlación entre las
estaciones de La Concordia, San Miguel de los Bancos y Nanegalito con la finalidad
de obtener datos de precipitación cercanos a la actualidad. Esta correlación fue
realizada por parte del GAD municipal de San Miguel de los Bancos dónde se
28
obtuvieron los resultados recopilados en la tabla 2.9. En la estación seleccionada para
el análisis (M-216), la precipitación mensual luego de la correlación oscila entre 672,0
y 114,5 mm. Los valores anuales llegan a un promedio de 4217,2 mm. Los meses de
precipitación más alta son enero, febrero, marzo y abril, mientras que los meses de
julio, agosto, septiembre, octubre y noviembre son los meses con menos
precipitaciones.
TABLA 2.9 PRECIPITACIÓN DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS PARA EL
PERIODO 1976-2011
PRECIPITACIÓN
COD. ESTACION ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
PREC.
ANUAL
M216
SAN
MIGUEL
DE LOS
BANCOS 520.5 611.2 657.1 672.0 440.0 202.5 157.1 114.5 153.5 172.8 183.8 332.2 4.217,2
FUENTE: (Vega, 2016)
2.6.7 POBLACIÓN
La población de San Miguel de los Bancos según el último censo del año 2010
corresponde a 17573 habitantes (Instituto Nacional de Estadísticas y Censos, 2010).
2.7 SITUACIÓN ACTUAL DE LA GESTIÓN DE RESIDUOS
SÓLIDOS DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
De acuerdo a Vega (2016) en el estudio realizado para la gestión integral de residuos
sólidos en San Miguel de los Bancos, la situación actual es la siguiente:
El GAD municipal de San Miguel de los Bancos cuenta actualmente con un botadero
controlado como se observa en la figura 2.2 ubicado a 3.5 km del GAD municipal en el
cual se dispone aproximadamente 5 toneladas diarias de desechos. Además, con la
utilización de una máquina sobre orugas de más de 10 toneladas, se alcanza un peso
específico de 0,4 t/m3.
29
FIGURA 2.2 CELDA ACTUAL DE DISPOSICIÓN FINAL DE LOS RESIDUOS
GENERADOS
La celda tiene un área de 1434,04 m2 donde se disponen los residuos generados en
el Cantón SMB y además cuenta con la tubería de conducción de lixiviados que se
dirigen a un sistema de tratamiento primario tal como se observa en la figura 2.3 que
cuenta con una cámara de decantación, un filtro de gravas y una piscina que no cumple
ningún tratamiento sino solamente como tanque de almacenamiento. Se espera que
la celda que opera actualmente funcione hasta aproximadamente abril de 2019. La
presencia de vectores ha disminuido en comparación a cuando era un botadero a cielo
abierto, sin embargo sigue siendo evidente. De acuerdo a las autoridades de gestión
ambiental del municipio de San Miguel de los Bancos, entre los inconvenientes por
resolver para lograr su objetivo de obtención de un relleno sanitario técnica y
ambientalmente eficiente se debe solucionar los problemas relacionados a la correcta
operación de chimeneas, próximo cierre técnico, compostaje y el tratamiento de
lixiviados, siendo este último entre los inconvenientes de mayor relevancia debido a
que no se poseen datos de caracterización, caudal ni análisis de funcionamiento del
actual sistema en operación.
30
FIGURA 2.3 SISTEMA ACTUAL DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS
2.8 TRATAMIENTO ACTUAL DE LOS LIXIVIADOS GENERADOS
EN EL BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
· Tanque de sedimentación: El GAD San Miguel de los Bancos cuenta con un
tanque sedimentador como se puede ver en la figura 2.4 cuya función es
separar por gravedad las partículas en suspensión del lixiviado generado en el
lugar (CEPIS-UNATSABAD, 2005).
31
FIGURA 2.4 TANQUE DE SEDIMENTACIÓN
· Filtro de gravas: Realiza una filtración gruesa, el filtro con el que cuenta el
GAD-SMB, se encuentra constituido por grava y arcilla de forma horizontal, en
la visita previa se pudo determinar que opera en paralelo como se observa en
la figura 2.5, de esta forma garantiza que el caudal entrante se distribuya de
manera uniforme por todo el filtro, contribuyendo al trabajo que realiza el
sedimentador.
32
FIGURA 2.5 FILTRO DE GRAVA Y ARCILLA
· Tanque de almacenamiento: Denominado por el GAD municipal como piscina
como se indica en la figura 2.6, en la cual se recoge el lixiviado filtrado y cuyo
objetivo era el de brindar un tratamiento biológico, acogiéndose así al modelo
para el tratamiento de los lixiviados generados en todos los GAD municipales a
nivel nacional emitidos por la entidad rectora MAE (Ministerio del Ambiente de
Ecuador) frente a esta problemática.
FIGURA 2.6 TANQUE DE ALMACENAMIENTO PREVIO A LA DESCARGA AL
CUERPO HÍDRICO
33
CAPÍTULO III
3. METODOLOGÍA
3.1 PARÁMETROS DE CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO
3.1.1 ÁREA
El área correspondiente a la laguna de estabilización aerobia piloto es de 3 m de largo
y 2 m de ancho como se ve en la figura 3.1. El sitio de construcción fue junto al sistema
de tratamiento primario pre existente y cerca del sitio de descarga, el lugar de
construcción de la laguna piloto fue asignado por parte de las autoridades de la
Dirección Sanitaria del GAD municipal de San Miguel de los Bancos.
FIGURA 3.1 ÁREA ASIGNADA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN PILOTO
3.1.2 PROFUNDIDAD
Como se observa en la figura 3.2 la profundidad a la que se excavó la laguna de
estabilización piloto fue de 0,30 metros, dimensión que fue sustentada en literatura
según Muñoz, Cabrera & Villacrés (2000), en su artículo técnico lagunas de bajo
calado. Donde menciona que a profundidades de 0,10; 0,20; 0,30 y hasta de 0,45
metros, la penetración de la radiación solar es total y se garantiza el aporte natural de
34
oxígeno hacia el sistema, es decir, la aireación se realizará solamente por medio del
oxígeno atmosférico y por la fotosíntesis que realiza el fitoplancton, por lo que no es
necesario el adicionamiento de oxígeno artificial que representaría costos extras, así
mismo por la penetración total de luz solar, la acción de los rayos ultravioleta es muy
efectiva en la mortalidad de los organismos patógenos.
FIGURA 3.2 PROFUNDIDAD DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN PILOTO
3.1.3 VOLUMEN
El volumen de la laguna de estabilización aerobia piloto se calculó con la ecuación 4
como se indica a continuación.
Volumen=!área*profundidad
(4)
Volumen=!6 m2*0,30 m
Volumen=!1,8 m3
35
3.1.4 CONCENTRACIÓN DE LA CARGA ORGÁNICA
Puesto que el GAD municipal no cuenta con datos preliminares de las características
fisicoquímicas del lixiviado se asume una DBO teórica de 5000 mg DBO5/L ya que por
literatura según Tchobanoglous, Theisen & Vigil (2000), señala que un lixiviado que se
genera en un vertedero joven, es decir, que no tienen un tiempo de operación mayor
a dos años la DBO5 fluctúa en un rango de 2000 – 30000 mg DBO5/L; se procedió a
determinar la media con la ecuación 5 con estos valores para los respectivos cálculos.
!!!!!!!!!!!DBO5!media =valor mínimo + valor máximo
2 (5)
DBO5!media =!2000!mg DBO5
L# + 30000!mg DBO5L#
2 = 16000 mg DBO5
L#
Como el GAD municipal cuenta con un tratamiento primario convencional con base en
la literatura según Valencia (2010) el porcentaje de remoción de Demanda Bioquímica
de Oxigeno es de 70%, por lo tanto se estimó el valor de DBO5 teórica removida con
base en la ecuación 6.
!!!!!!!!!!!!!!!DBO5 teórica removida!=! DBO5!media!*!70% (6)
DBO5 teórica removida = 16000 mg DBO5L# *!70!% =!11200 mg DBO5
L#
Finalmente se determinó mediante la ecuación 7 la concentración de la carga orgánica
al final del pre tratamiento con el que el municipio cuenta.
DBO5al final del pre tratamiento = DBO5 media - DBO5 teórica removida (7)
DBO5!al final del tratamiento primario=!(16000!-!11200 ) mg DBO5L#
DBO5!al final del tratamiento primario =!4800!mg DBO5L#
DBO5!al final del tratamiento primario (Teórica)=!5000 mg DBO5L#
36
Concentración de la carga orgánica (CO)= 5 kg DBO5m3#
Se obtiene así un valor teórico de la concentración de la carga orgánica al final del pre
tratamiento correspondiente a 5 kg DBO5m3# , valor que se utilizará para cálculos
posteriores durante el presente proyecto.
3.1.5 CARGA SUPERFICIAL
Según el modelo de remoción de materia orgánica y determinación de carga superficial
de Mac Garry –Prescod y Marac se tiene la ecuación 8.
Ls=20 (ta)-120
(8)
Dónde:
ta = temperatura del aire en ºC
Se toma en consideración la temperatura de acuerdo con Köppen y Geiger que
clasifican al clima de este cantón como Af (clima ecuatorial) que se caracteriza por
temperaturas altas casi constantes a lo largo del año y con abundantes lluvias, para el
caso de San Miguel de los Bancos se tiene una temperatura promedio anual de 20,6
ºC y se usa la ecuación 8:
Ls!=!20 (20,6!°C)!-120
Ls!=!292 kg DBO5
ha*día#
3.1.6 CAUDAL
Finalmente para la determinación del caudal se tiene la ecuación 9.
Q= Ls*A
CO
(9)
37
Dónde:
Ls: carga superficial en kg DBO5ha*día#
A: área de la laguna de estabilización en ha
CO: concentración de la carga orgánica en kg DBO5m3#
Q= Ls*A
CO
Q= 292! kg DBO5
ha*día# *0,0006!ha
5
Q= 35,04 Ldía#
Q= 24,3 mLmin#
3.1.7 TIEMPO DE RETENCIÓN
El tiempo de retención se determinó con la ecuación 10.
tr= V
Q
(10)
Dónde:
V: volumen total de la laguna de estabilización en m3
Q: caudal en m3
día#
tr= 1,8!m3
0,035!m3
día#
tr!= 51,42 días
El tiempo de retención estimado es de aproximadamente 2 meses. Sin embargo, se
realizó el monitoreo del lixiviado por un tiempo aproximado de 4 meses con la finalidad
de corroborar la eficiencia del tratamiento biológico adicionado al actual pre
tratamiento.
38
3.2 CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN
AEROBIA PILOTO
La construcción de la laguna del sistema piloto se describe en la tabla 3.1:
TABLA 3.1 DETALLE DEL PROCEDIMIENTO DE LA CONSTRUCCIÓN Y
MONITOREO DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO
Materiales y
equipos
· Herramientas
· Geomembrana
· Llave de Compuerta
· Tanque de almacenamiento
· Alambre y varillas para cercar
Preparación
del sitio
Se localizó y marcó el sitio.
Se contrató trabajador.
Se llevó materiales y herramientas.
Se despejó el sitio de construcción de la laguna.
Marcaje del
sitio
Se fijó las varillas de referencia, y se midió los
límites del fondo de la alguna.
Se midió las distancias.
Excavación de
la laguna
Se excavó en la zona destinada hasta alcanzar la
elevación interior correspondiente a 40 cm de
profundidad.
39
Realización del
desfogue.
Se realizó el desfogue a los 30 cm de profundidad,
el cual fue cubierto con la geomembrana.
Colocación de
la
geomembrana
Se colocó el plástico evitando dobleces de tal
manera que pueda hacer la función de una
geomembrana evitando la infiltración del lixiviado.
Colocación del
tanque de
descarga
Se colocó un tanque de 500 L para contener el
lixiviado.
El tanque posee una llave de compuerta para la
entrada de lixiviado a la laguna.
Preparación
del inóculo
Se llenó la laguna con lixiviado y se dejó reposar
por una semana con el propósito de que se forme
el inóculo de micro algas.
Una semana después se observó la creación del
inóculo observando el color verde de la laguna
como indicador.
Colocación del
lixiviado en el
tanque y
regulación del
caudal.
Según los cálculos previos se colocó en el tanque
manualmente cada 14 días aproximadamente 490
L de lixiviado para operar a un caudal de 35 L/d.
Se reguló el caudal del sistema con la ayuda de
una probeta de 100 mL midiendo un volumen
aproximado de 24 mL cada minuto.
40
Muestreo
A partir del 28 de marzo de 2017 se procedió a
tomar la muestra de entrada y salida del lixiviado
en el sistema piloto cada 14 días durante un
periodo aproximado de 4 meses.
Se tomaron dos muestras adicionales de lixiviado:
una a la entrada de la cámara de decantación y
otra a la entrada del filtro de gravas para obtener
una idea de su actual tratamiento primario.
Se analizaron parámetros en campo como:
Temperatura (Termómetro marca Promolab), pH
(pH-metro: Marca Hanna H198127 y tiras de pH
marca Macherey Nagel), oxígeno disuelto
(Medidor de OD marca HACH Competeurs
portatifs HQ series, 2006), turbidez (2100p
turbidímetro portátil marca HACH), y
conductividad (Conductivímetro marca YSI Model
30M Handheld salinity, conductivity and
temperature system)
Laboratorio
Se analizaron varios parámetros físicos: color real
(APHA 2120 C) , químicos: Demanda Química de
Oxígeno (PEE/CICAM/06 (APHA 5210B),
Nitrógeno Total Kjeldahl (Nessler APHA 4500*N
BAPG), Fósforo Total (APHA 4500*P C*
Colorímetro), Alcalinidad y Acidez (APHA 2320 B,
Titulación y APHA 2320 B, titulación), Sólidos
Sedimentables (APHA 2540 F), Sólidos Totales
(APHA 2540 B), Sólidos Totales Volátiles (APHA
2540 E), Sólidos Totales Suspendidos (APHA
2540 D), Sólidos Totales Disueltos (APHA 2540 C),
solidos suspendidos volátiles (APHA 2540 E),
Sólidos Disueltos Volátiles (APHA 2540 E) y
biológicos: Demanda Bioquímica de Oxígeno
(PEE/CICAM/06 (APHA 5220B), Coliformes
Totales y fecales (APHA 9222 C) en el Centro de
Investigaciones y Control Ambiental ubicado en la
Escuela Politécnica Nacional.
41
3.3 MUESTREO DE LIXIVIADOS
En el botadero controlado de San Miguel de los Bancos se contempló realizar el
análisis de parámetros físico-químicos y biológicos como indicadores de
contaminación de los lixiviados generados por los desechos depositados. El análisis
de dichos parámetros se efectuó en la última unidad de tratamiento actual que posee
el GAD municipal de San Miguel de los Bancos antes de ser descargados, puesto que
se aprovechó su sistema primario actual para de esa manera corroborar el
mejoramiento de la calidad del lixiviado una vez que atravesó la laguna de
estabilización aerobia piloto implementada. Además se realizaron los muestreos
correspondientes a la salida de la laguna piloto para verificar el afinamiento del lixiviado
en ciertos parámetros físico-químicos y biológicos ayudando a disminuir
principalmente la carga orgánica del mismo.
3.3.1 PROCEDIMIENTO Y SITIO DE MUESTREO
SITIO 1: Al aprovechar el tratamiento primario actual el cual se muestra en la figura
3.3 que posee el GAD municipal, el sitio de muestreo fue en la última unidad de
tratamiento antes de ser vertidos al cuerpo hídrico correspondiente, es decir, el tanque
de almacenamiento. El lixiviado almacenado en el tanque fue aprovechado para ser
colocado en un tanque de 500 L que alimentó a la laguna de estabilización aerobia
piloto con un caudal de 24 mL/min durante un tiempo de monitoreo de 4 meses.
FIGURA 3.3 TANQUE DE TOMA DE MUESTRA DE LIXIVIADO
42
SITIO 2: Se tomó la muestra de lixiviados a la salida de la laguna de estabilización
aerobia piloto como se observa en la figura 3.4 con el objetivo de analizar la mejora de
la calidad del lixiviado antes de ser vertido al cuerpo hídrico, luego de pasar por la
laguna de estabilización aerobia piloto implementada para su afinamiento.
FIGURA 3.4 TOMA DE MUESTRA A LA SALIDA DE LA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO
SITIO 3 y 4. Con la finalidad de obtener datos acerca del funcionamiento del pre
tratamiento de lixiviados que posee el GAD municipal San Miguel de los Bancos se
tomó una muestra a la entrada de la cámara de decantación y se obtuvo una DBO5 de
2402 mg/L y otra a la entrada del filtro de gravas con una DBO5 de 753 mg/L (ambas
muestras fueron analizadas en el laboratorio). Esto se realizó por una sola ocasión
como muestras adicionales para tener conocimiento de la calidad del lixiviado que sale
del pre tratamiento que posteriormente fue afinado con ayuda de la laguna de
estabilización aerobia piloto implementada para la experimentación.
El procedimiento para el muestreo se indica a continuación:
· Medición de los parámetros en campo con los equipos correspondientes.
· Recolección de la muestra compuesta y llenado del envase de plástico
(polipropileno) de 1 galón para el análisis de parámetros físico-químicos y
biológicos.
43
· Recolección de muestra y llenado del envase estéril, para determinación de
coliformes totales y fecales.
· Medición del caudal del lixiviado que ingresa a la laguna de estabilización
aerobia piloto mediante el método volumétrico con una probeta de 1000 mL y
un cronómetro.
· Medición del caudal de lixiviados generados en el botadero de San Miguel de
los Bancos mediante el método volumétrico con un recipiente de volumen
conocido (11 L) y un cronómetro.
· Observaciones y toma de fotografías.
· Transporte de la muestra al Centro de Investigaciones y Control Ambiental de
la Escuela Politécnica Nacional.
3.3.2 PERIODO Y FRECUENCIA DEL MUESTREO
· Periodo de muestreo
Las muestras se empezaron a tomar a finales del mes de marzo, todo el mes de abril,
mayo, junio y julio como se indica en la tabla 3.2, donde marzo, abril y mayo
corresponden a los meses más lluviosos mientras que junio y julio a meses con
precipitaciones menores como se observa en la figura 3.5.
TABLA 3.2. PERIODO DE MUESTREO
MES FECHA
Marzo 28/03/2017
Abril
11/04/2017
25/04/2017
Mayo 09/05/2017
23/05/2017
Junio 06/06/2017
20/06/2017
Julio 04/07/2017
18/07/2017
44
FIGURA 3.5 PRECIPITACIÓN MEDIA MENSUAL DE SAN MIGUEL DE LOS
BANCOS
ELABORACIÓN: Pesantes, L., Ruiz V
FUENTE: (Vega, 2016)
· Frecuencia de muestreo
El muestreo se realizó cada 2 semanas (14 días), se realizaron 9 monitoreos, todas
las muestras fueron tomadas a la misma hora (9:00 am) de los cuales se obtuvieron 8
muestreos del lixiviado a la entrada y 8 a la salida de la laguna de estabilización aerobia
piloto, además se recolectaron dos muestras adicionales, una a la entrada de la
cámara de decantación y otra a la entrada del filtro de gravas con la finalidad de
obtener información adicional acerca del pre tratamiento que posee el GAD municipal.
El tipo de muestra que se manejó fue compuesta.
3.3.3 PARÁMETROS DETERMINADOS EN CAMPO
Los parámetros determinados en campo tanto a la entrada como a la salida de la
laguna de estabilización aerobia piloto se observan en la tabla 3.3:
0100200300400500600700
EN
E
FE
B
MA
R
AB
R
MA
Y
JUN
JUL
AG
O
SE
P
OC
T
NO
V
DIC
Pre
cip
itac
ión
(m
m)
Estación de San Miguel de los BancosPrecipitación media mensual
45
TABLA 3.3 PARÁMETROS EN CAMPO
PARÁMETRO EQUIPO FOTOGRAFÍA
Temperatura
Termómetro marca
Promolab
pH
pH-metro: Marca Hanna
H198127y tiras de pH
marca Macherey Nagel
Oxígeno disuelto
Medidor de OD marca
HACH Competeurs
portatifs HQ series, 2006
Turbidez
2100p turbidímetro portátil
marca HACH
Conductividad
Conductivímetro marca
YSI Model 30M Handheld
salinity, conductivity and
temperature system
3.3.4 PARÁMETROS DETERMINADOS EN LABORATORIO
En la tabla 3.4 se describen los parámetros físicos, químicos y biológicos realizados
en laboratorio a cada una de las muestras tomadas en campo tanto a la entrada como
la salida de la laguna de estabilización aerobia piloto.
46
TABLA 3.4 PARÁMETROS EN LABORATORIO
FÍSICOS MÉTODO QUÍMICOS MÉTODOS BIOLÓGICOS MÉTODOS
Color
Real
APHA
2120 C
Demanda
Química de
Oxígeno
PEE/CICAM/06
(APHA 5210B)
Demanda
Bioquímica de
Oxígeno
PEE/CICAM/06
(APHA 5220B)
Nitrógeno Total
Kjeldahl
Nessler APHA
4500*N BAPG
Fósforo Total
APHA 4500*P C*
Colorímetro
Alcalinidad y
Acidez
APHA 2320 B,
Titulación y APHA
2320 B, titulación
Sólidos
Sedimentables
APHA 2540 F Coliformes
Totales
APHA 9222 C
Sólidos Totales APHA 2540 B
Sólidos Totales
Volátiles
APHA 2540 E
Sólidos Totales
Suspendidos
APHA 2540 D
Sólidos Totales
Disueltos
APHA 2540 C Coliformes
Fecales
APHA 9222 C
Sólidos
Suspendidos
Volátiles
APHA 2540 E
Sólidos
Disueltos
Volátiles
APHA 2540 E
3.4 AFORO DEL LIXIVIADO QUE ALIMENTA EL SISTEMA
PILOTO
Con el objetivo de mantener y asegurar un caudal constante que alimenta al sistema
piloto, cada dos semanas, mientras se realizaba la toma de muestras, se efectuó un
47
control del caudal de lixiviado que alimentaba a la laguna de estabilización aerobia
piloto realizando aproximadamente 3 mediciones de caudal con la ayuda de una
probeta de 1000 mL y un cronómetro verificando la obtención de 24 mL/min
aproximadamente como se observa en la figura 3.6.
FIGURA 3.6 CONTROL DEL CAUDAL DE LIXIVIADO QUE ALIMENTA LA LAGUNA
DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO
En la tabla 3.5 se puede observar las mediciones realizadas durante los muestreos en
el mes de abril con la finalidad de corroborar que el caudal que alimenta a la laguna
es constante y semejante al caudal deseado de experimentación 24,03 mL/min. De
igual manera se procedió para todos los meses de experimentación.
TABLA 3.5. CONTROL DE CAUDAL EN EL MES DE ABRIL
Fecha Volumen (mL) Tiempo (min) Caudal (mL/min) Caudal Promedio (mL/min)
49 2,01 24,38
11/04/2017 48 2 24,00 24,09 ±0,25
49 2,05 23,90
50 2,06 24,27
24,07±0,19 25/04/2017 49 2,05 23,90
49 2,04 24,02
48
3.5 AFORO EN CAMPO DE LIXIVIADOS GENERADOS EN EL
BOTADERO CONTROLADO SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
Para la medición del caudal de lixiviados generados en el botadero controlado de San
Miguel de los Bancos como se ve en la figura 3.7, se utilizó un recipiente de 11 L y un
cronómetro con la finalidad de medir el caudal mediante el método volumétrico. De
esta forma cada 14 días, durante la toma de muestras, se midió el caudal con 7
repeticiones para obtener el caudal medio durante los meses de experimentación
correspondientes a marzo, abril, mayo, junio y julio. Es importante mencionar que
durante el mes de marzo y abril no fue posible la medición de caudal debido al colapso
de la planta de tratamiento primaria del GAD municipal por las fuertes lluvias como se
ve en la figura 3.8.
FIGURA 3.7 MEDICIÓN DEL CAUDAL
DE LIXIVIADO EN EL BOTADERO DE
SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
FIGURA 3.8 COLAPSO DEL TANQUE
DE ALMACENAMIENTO DEBIDO A
LAS FUERTES LLUVIAS
En la tabla 3.6 descrita a continuación, se observa el resultado de la medición de
caudal realizada en campo para el mes de mayo.
49
TABLA 3.6 CAUDAL DE LIXIVIADO GENERADO EN SAN MIGUEL DE LOS
BANCOS PARA EL MES DE MAYO
Fecha Volumen (L) Tiempo (s) Caudal (L/s) Caudal Promedio (L/s)
09/05/2017
11 17,65 0,62
0,62±0,00
11 17,63 0,62
11 17,62 0,62
11 17,64 0,62
11 17,68 0,62
11 17,71 0,62
11 17,69 0,62
23/05/2017
11 31,02 0,35
0,37±0,01
11 29,87 0,37
11 30,01 0,37
11 29,95 0,37
11 29,96 0,37
11 29,95 0,37
11 29,92 0,37
3.6 AFORO TEÓRICO DE LOS LIXIVIADOS GENERADOS EN EL
BOTADERO CONTROLADO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
El caudal de los lixiviados corresponde a la humedad de los residuos y la precipitación
media anual en la zona de estudio. La generación de lixiviados se presenta
fundamentalmente en los meses lluviosos y se ausenta en épocas secas por lo que es
recomendable calcular la generación del lixiviado en función de la precipitación
mensual de los meses más lluviosos y no de todo el año.
Para calcular dicho valor se utiliza la ecuación 11 según el método suizo recopilada en
la Guía para el diseño, construcción y operación de rellenos sanitarios manuales
(2002):
Q = P * A * K (11)
50
Dónde:
Q1m=Caudal medio de lixiviado generado (m3/mes)
P!=!Precipitación máxima mensual (mm/mes)
A!=!Área requerida para el relleno (m2)
Para el caso se cuenta con un área de 1 434, 0427 m2.
K=!Coeficiente del grado de compactación de la basura
Para rellenos débilmente compactados con peso específico de 0,4 a 0,7 t/m3, se estima
una producción de lixiviado entre 25 y 50% (k = 0,25 a 0,50) de precipitación media
anual correspondiente al área del relleno.
Para el caso de estudio se toma el coeficiente de 0,25 (De acuerdo al peso específico
de los residuos sólidos municipales de San Miguel de los Bancos mencionado en el
capítulo 2.7 correspondiente a 0,4 t/m3)
1 m!=!103 mm (Para aplicar la fórmula 12 se debe tomar en cuenta este factor de
conversión)
Según los datos obtenidos de la correlación de precipitación realizada por parte del
GAD municipal de San Miguel de los Bancos en su estudio denominado “Estudios de
Factibilidad y Diseños Definitivos para la Gestión Integral de Residuos Sólidos (GIDS)
para San Miguel de los Bancos”, para el mes de mayo se posee el siguiente dato de
precipitación:
P!=!440,0 mm/mes
A!=!1434,0427 m2
K!=!0,25
Qmayo!=!P*A*K
Qmayo=!440,0mm
mes*
1 m
103 mm*1434,0427 m2!*!0,25=1 531,50
m3
mes
Qmayo=!1 531,50m3
mes*1 000 L
m3 *mes
31 d*
d
86 400 s=0,57 L/s
51
Es decir, que en el mes de mayo se obtiene un caudal teórico correspondiente a 0,57
L/s en el relleno sanitario de San Miguel de los Bancos. Así mismo, se efectúa para
todos los meses del año con sus respectivas precipitaciones.
3.7 CARACTERIZACIÓN DE LOS LIXIVIADOS DEL BOTADERO
DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
Para la caracterización del lixiviado de entrada obtenido en la última unidad de pre
tratamiento como se ve en la figura 3.9 del GAD municipal de San Miguel de los Bancos
se calculó un promedio de los valores obtenidos de cada parámetro físico, químico y
biológico analizado durante cada periodo de muestreo, es decir, durante el periodo
marzo-mayo y mayo-julio.
FIGURA 3.9 TOMA DE MUESTRA DE LIXIVIADO EN LA ÚLTIMA UNIDAD DE PRE
TRATAMIENTO (TANQUE DE ALMACENAMIENTO) DEL GAD
MUNICIPAL SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
Así por ejemplo como se observa en la tabla 3.7, para el parámetro Demanda
Bioquímica de Oxígeno (DBO5) se tiene un promedio característico del lixiviado de
entrada igual a 511 mg/L para el periodo marzo-mayo y 221,5 mg/L para el periodo
mayo-julio respectivamente.
52
TABLA 3.7 MONITOREO A LA ENTRADA DEL SISTEMA DE LA DEMANDA
BIOQUÍMICA DE OXÍGENO
PERIODO MARZO - MAYO
FECHA DE MUESTREO 22/03/2017 11/04/2017 25/04/2017 09/05/2017 Promedio
DBO5 mg/L 483 722 613 224 511±214,55
PERIODO MAYO - JULIO
FECHA DE MUESTREO 23/05/2017 06/07/2017 20/06/2017 04/07/2017 Promedio
DBO mg/L 188 142 432 124 221,50±142,90
Para los restantes parámetros tanto en campo como en laboratorio se efectúa de igual
manera un promedio con la finalidad de caracterizar el lixiviado de entrada a la laguna
de estabilización aerobia piloto permitiendo conocer la mejora de la calidad del
lixiviado, así como la eficiencia de remoción de carga orgánica y organismos
patógenos luego de los 51 días de tiempo de retención.
3.8 MONITOREO DEL LIXIVIADO TRATADO EN LA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO
En la tabla 3.8 se observa los resultados obtenidos de Demanda Bioquímica de
Oxígeno (DBO5) del lixiviado luego de ser afinado con la ayuda de la laguna de
estabilización aerobia piloto, donde el resultado correspondiente al 23 de mayo de
2017 igual 9 mg/L y al 18 de julio de 2017 igual a 62 mg/L son los que representan la
eficiencia de la laguna a los 51 días de tiempo de retención aproximadamente para
cada periodo de muestreo, así también se puede observar la toma de muestra a la
salida del sistema en la figura 3.10.
53
FIGURA 3.10 TOMA DE MUESTRA EN LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN
AEROBIA PILOTO
TABLA 3.8 MONITOREO A LA SALIDA DEL SISTEMA DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO
PERIODO MARZO-MAYO
FECHA DE MUESTREO 22/03/2017 11/04/2017 25/04/2017 09/05/2017
DBO mg/L 4 13 27 9
PERIODO MAYO-JULIO
FECHA DE MUESTREO 23/09/2017 06/06/2017 20/06/2017 04/07/2017
DBO mg/L 84 12 64 62
3.9 EFICIENCIA DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA
PILOTO
Para determinar la eficiencia de la laguna de estabilización aerobia piloto se efectuó
los cálculos correspondientes de acuerdo a la ecuación 13 y los parámetros de DBO5,
DQO, Sólidos Volátiles y además para la verificación de funcionamiento como laguna
de maduración se calcula la eficiencia de remoción de coliformes fecales. Para los
cálculos de eficiencia se tomó en cuenta los valores promedio del lixiviado de entrada
y el resultado obtenido a los 51 días de tiempo de retención para cada periodo de
muestreo.
54
Así por ejemplo para la Demanda Bioquímica de Oxígeno DBO5 se obtiene una
eficiencia del 98,04% para el periodo marzo-mayo y del 72,07% para el periodo mayo-
julio:
Eficiencia=DBO5Entrada-!DBO5Salida
DBO5Entrada
!*!100 % (10)
Para el periodo marzo-mayo:
Eficiencia=511!mg/L-10!mg/L
511!mg/L!*!100= 98,04 %
Para el periodo mayo-julio:
Eficiencia=222 mg/L-62 mg/L
222 mg/L!*!100= 72,07 %
55
CAPÍTULO IV
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En este estudio se realizó el monitoreo del lixiviado generado en el botadero controlado
de San Miguel de los Bancos por un periodo aproximado de 4 meses, con la finalidad
de conocer la eficiencia de implementar una laguna de estabilización aerobia como
tratamiento anexo al pre tratamiento de lixiviados con el que cuenta actualmente el
GAD municipal San Miguel de los Bancos.
Es así como a continuación se presentan los resultados y los valores de eficiencia
logrados una vez que el lixiviado obtenido del tanque de almacenamiento fue tratado
mediante la laguna de estabilización aerobia piloto implementada y su comparación
con la normativa ambiental vigente. Para ello se cuenta con dos periodos de monitoreo:
de marzo a mayo y de mayo a julio, pudiendo corroborar la eficiencia del tratamiento
observando los resultados con un tiempo de retención de 51 días aproximadamente.
4.1 MONITOREO DE LOS PARÁMETROS MUESTREADOS A LA
ENTRADA Y SALIDA DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN
AEROBIA PILOTO EN CAMPO
En la tabla 4.1 se presenta las mediciones de temperatura y pH durante los 4 meses
de muestreo tanto para el lixiviado de entrada como el lixiviado luego del tratamiento.
Asimismo, las mediciones del caudal que alimenta a la laguna de estabilización aerobia
piloto, donde se puede constatar que no hubo grandes variaciones. Se observa
también que el rango de pH fluctúa entre valores de 6,5 y 7,5 por lo tanto es posible
afirmar que el botadero controlado se encuentra en la etapa de fermentación de
metano (Mendoza, López, 2004).
Además, el pH del lixiviado tratado aumenta para ambos periodos, presentando
valores mayores a 8,0 debido a la alcalinidad producida por una elevada concentración
de nitrógeno amoniacal, concediéndole una alta capacidad buffer al sistema facilitando
56
la vida de micro algas las cuales contribuyen a la degradación de materia orgánica
haciendo que la eficiencia del tratamiento biológico sea alta (Peña, 2014).
La temperatura disminuyó aproximadamente en dos grados, cabe señalar que las altas
temperaturas y la radiación solar hacen que las concentraciones de patógenos también
disminuyan (Muñoz, Cabrera & Villacrés, 2000).
TABLA 4.1 INDICADORES DEL MONITOREO IN SITU
Fecha
Temperatura (°C) pH Caudal (L/s) Lixiviado
Crudo Lixiviado Tratado
Lixiviado Crudo
Lixiviado Tratado
28/03/2017 24,00 --- 6,82 --- 23,98 11/04/2017 25,20 22,50 6,74 7,02 24,09 25/04/2017 24,00 22,20 7,06 7,83 24,07 09/05/2017 25,10 22,10 7,90 7,58 24,09 23/05/2017 24,00 22,10 7,35 8,34 23,80 06/06/2017 23,70 22,80 7,72 8,29 24,10 20/06/2017 22,50 20,50 6,50 8,58 24,07 04/07/2017 24,20 21,80 7,84 8,69 24,08 18/07/2017 24,10 21,60 6,90 8,41 24,07
57
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00
12
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0 13
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00
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12
4,0
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59
4.2 ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS A LA ENTRADA Y SALIDA
DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO
4.2.1 ALCLINIDAD Y ACIDEZ
En la figura 4.1 se observa que el resultado promedio del lixiviado de entrada de los
parámetros alcalinidad y acidez son mayores respecto a los obtenidos luego del
tratamiento biológico tanto para el periodo marzo-mayo como el periodo mayo-julio. La
alcalinidad y acidez no se pueden considerar como contaminantes, sino más bien
como efectos resultantes de una combinación de sustancias (Correa, 2008), para el
presente proyecto se observa una alta capacidad amortiguadora, es decir que los
carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos presentes en el lixiviado absorben iones
hidrógeno para constituir moléculas que no aportan con acidez.
Las variaciones de alcalinidad y acidez se deben principalmente a la actividad
fotosintética durante el día, puesto que si la cantidad de CO2 producida por las
bacterias no es suficiente para las algas, estas tienden a extraerlo de los bicarbonatos
y carbonatos presentes en el lixiviado causando un aumento de pH (Glynn, Heinke &
Burton, 1999). Los valores de alcalinidad obtenidos luego del tratamiento de acuerdo
a los rangos propuestos por Kevern (1989) se encuentran en un rango bajo, mientras
que los valores de acidez del lixiviado tratado son nulos debido a la remoción de
materia orgánica y reducción de ácidos.
NOTA: Las unidades en que se reporta alcalinidad y acidez pertenecen al
procedimiento APHA 2320 B, titulación basado en el STANDAR METHODS que usa
el Centro de Investigación y Control Ambiental CICAM donde se realizaron los análisis
para el desarrollo de esta investigación.
60
FIGURA 4.1 ALCALINIDAD Y ACIDEZ DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA
DEL SISTEMA PILOTO
4.2.2 TURBIDEZ Y COLOR REAL
En la figura 4.2 se observa los resultados de turbidez y color real promedio para los
dos periodos de muestreo. La turbidez para el primer periodo disminuye
considerablemente mientras que en el segundo periodo es incluso mayor al lixiviado
de entrada debido al aumento significativo de algas las cuales actúan como sustancias
en suspensión orgánicas (Marín, 2006), haciendo que la turbidez aumente a la salida
del sistema piloto. El color real no representa mayor inconveniente ni en el lixiviado de
entrada ni en el de salida pues llega incluso a ser nulo según el procedimiento a seguir
para la medición de este parámetro, mediante lo expuesto en la normativa ambiental
vigente (tabla 12 del Anexo 1, Libro VI del Texto Unificado de Legislación Secundaria
del Medio Ambiente Ecuador), sirviendo este como indicador de reducción de materia
orgánica, pues el color real tiene relación directa con los residuos orgánicos, sales y
sólidos disueltos (Roldán, 2003).
897,92
457,48
112,62 83,0271,28 72,000,00 0,00
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Lixiviado promedio Lixiviado tratado
61
FIGURA 4.2 TURBIDEZ Y COLOR REAL DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA
DEL SISTEMA PILOTO
4.2.3 NITRÓGENO TOTAL KJELDAHL (N-TKN) Y FÓSFORO TOTAL
En la figura 4.3 se tiene los resultados promedios de los nutrientes analizados para
esta experimentación, observándose una disminución considerable tanto para
nitrógeno amoniacal, nitrógeno orgánico y fósforo total. Los nutrientes son de vital
importancia para el desarrollo adecuado de microorganismos, sin embargo en
cantidades excesivas pueden generar sustancias tóxicas para la vida acuática
(Sandoval & Cisneros, 2012).
Es decir, para el tratamiento biológico empleado es importante la presencia de
nutrientes con la finalidad de obtener una simbiosis entre algas y bacterias, sin
embargo, en caso de la excesiva presencia de nitrógeno y fósforo se puede llegar a la
eutrofización. Una de las ventajas del tratamiento biológico por medio de lagunas de
estabilización aerobias es la posible remoción de nutrientes generados principalmente
por la presencia de desechos humanos y materia orgánica (Villaseñor, 1998). Se tiene
entonces que la laguna de estabilización aerobia de maduración además de su efecto
desinfectante, presentó la nitrificación del nitrógeno amoniacal y cierta eliminación de
otros nutrientes principalmente en épocas de intensa actividad biológica precedida por
la eliminación de materia orgánica.
163,24
87,65
8,50 6,00
44,00
187,00
0,00 0,000
20406080
100120140160180200
Turbidez (NTU)Marzo-Mayo
Turbidez (NTU)Mayo-Julio
Color real (Pt-Co)Marzo-Mayo
Color real (Pt-Co)Mayo-Julio
Lixiviado promedio Lixiviado tratado
62
FIGURA 4.3 NITRÓGENO TOTAL KJELDAHL (N-TKN) Y FÓSFORO TOTAL DEL
LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA PILOTO
4.2.4 OXÍGENO DISUELTO
En la figura 4.4 se observa la mejora de los valores de oxígeno disuelto luego del
tratamiento, esto indica que la calidad del lixiviado ha aumentado significativamente,
pues el oxígeno que inyecta la atmosfera al sistema así como el generado en el
proceso de fotosíntesis por las algas hacen que los microorganismos presentes en el
mismo puedan degradar la materia orgánica.
Así, el valor que alcanzó el oxígeno disuelto en el primer periodo fue de 5,26 mg/L y
de 8,33 mg/L para el segundo, los cuales se encuentran dentro de los valores típicos
para un efluente de buena calidad (Creus, 2011). Sustentando de esta manera la
funcionalidad de la laguna de estabilización aerobia piloto pues con estos niveles de
oxígeno es posible la vida de algas acuáticas, además con las fluctuaciones de
oxígeno disuelto las algas se multiplican rápidamente (Vernier, 2009), justificando así
el aumento de fitoplancton y el aumento de oxígeno disuelto para el periodo dos de
muestreo.
82,5076,88
5,79 4,703,00
25,50
2,60 0,290
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Nitrógeno TotalKjeldahl (mg/L)
Marzo-Mayo
Nitrógeno TotalKjeldahl (mg/L)
Mayo-Julio
Fósforo Total(mg/L)
Marzo-Mayo
Fósforo Total(mg/L)
Mayo-Julio
Lixiviado promedio Lixiviado tratado
63
FIGURA 4.4 OXÍGENO DISUELTO DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL
SISTEMA PILOTO
4.2.5 CONDUCTIVIDAD
Normalmente, el agua pura no posee conductividad eléctrica por si sola mientras que
el agua contaminada presenta valores de conductividad entre 1000 y 10000 us/cm
(Delgadillo, Camacho, Pérez & Andrade, 2010). En la figura 4.5 se puede observar que
la conductividad en el lixiviado de salida del sistema piloto disminuye
considerablemente para los dos periodos de muestreo, entrando así a condiciones de
un lixiviado menos nocivo para el ambiente debido a la disminución de impurezas y
sales disueltas. Muchas plantas son sensibles a la presencia de sales disueltas y su
riego podría ocasionar la inutilización de un lugar como terreno de cultivo (Centro de
Investigación y Desarrollo Tecnológico Ambiental, 2010).
0,13 0,35
5,26
8,33
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Oxígeno Disuelto (mg/L)Marzo-Mayo
Oxígeno Disuelto (mg/L)Mayo-Julio
Lixiviado promedio Lixiviado tratado
64
FIGURA 4.5 CONDUCTIVIDAD DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL
SISTEMA PILOTO
4.2.6 SÓLIDOS TOTALES, SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS Y SÓLIDOS
TOTALES SUSPENDIDOS
En la figura 4.6 se puede evidenciar la disminución de los sólidos totales, solidos
totales disueltos y sólidos totales suspendidos luego del tratamiento debido a la
remoción de la materia orgánica durante los dos periodos de muestreo, además se
observa que para el segundo periodo de muestreo la cantidad de sólidos totales a la
salida del sistema piloto aumentó respecto al primer periodo, esto se debe a la
presencia de fitoplancton en altas cantidades, además las algas con el tiempo mueren
y se van descomponiendo haciendo que la materia orgánica en el sistema aumente.
Asimismo, se puede observar claramente que el tratamiento contribuye a la mejora del
lixiviado mediante la disminución de sólidos disueltos presentes en el lixiviado de
entrada teniendo estos que ver con la cantidad de sustancias orgánicas presentes en
el efluente y la materia disuelta en el medio (García, Mamani & Suárez, 2003).
2456,002314,25
167,00 196,60
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Conductividad(us/cm)
Marzo-Mayo
Conductividad(us/cm)
Mayo-Julio
Lixiviado promedio Lixiviado tratado
65
FIGURA 4.6 SÓLIDOS TOTALES, SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS Y SÓLIDOS
TOTALES SUSPENDIDOS DEL LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA
DEL SISTEMA PILOTO
4.2.7 SÓLIDOS TOTALES VOLÁTILES, SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS
VOLÁTILES Y SÓLIDOS TOTALES SUSPENDIDOS VOLÁTILES
En la figura 4.7 se observa los valores de solidos volátiles para los sólidos totales,
disueltos y suspendidos de entrada y salida de la laguna de estabilización aerobia
piloto para ambos periodos de muestreo. Los sólidos volátiles generalmente están
relacionados con la presencia de materia orgánica, mientras que los sólidos fijos con
materia inorgánica y mineral (Molina & Tigreros, 2005). A través de estos resultados
se corrobora la disminución de carga orgánica y como es evidente una mejora en la
calidad del lixiviado en cuanto a los sólidos volátiles presentes en la muestra. Para el
segundo periodo la cantidad de solidos volátiles aumentó debido a que se utilizó el
mismo inóculo para ambos periodos de muestreo, es decir, que se obtuvo un
crecimiento mayor de algas causando un aumento de sólidos suspendidos volátiles,
sin embargo los valores siguen siendo significativamente más bajos en relación a los
valores de entrada.
1709,50
1142,501275,50
1020,75
434,00
121,75158,00
514,00
98,00
324,00
60,00155,00
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
SólidosTotales(mg/L)
Marzo-Mayo
SólidosTotales(mg/L)
Mayo-Julio
SólidosTotales
Disueltos(mg/L)
Marzo-Mayo
SólidosTotales
Disueltos(mg/L)
Mayo-Julio
SólidosTotales
Suspendidos(mg/L)
Marzo-Mayo
SólidosTotales
Suspendidos(mg/L)
Mayo-Julio
Lixiviado promedio Lixiviado tratado
66
FIGURA 4.7 SÓLIDOS TOTALES VOLÁTILES, SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS
VOLÁTILES Y SÓLIDOS TOTALES SUSPENDIDOS VOLÁTILES DEL
LIXIVIADO DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA PILOTO
4.3 EFICIENCIA DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA
PILOTO
La eficiencia de la laguna se determinó en función de la remoción de materia orgánica
mediante los parámetros de Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Demanda
Bioquímica de Oxígeno (DBO5), además se comprobó el buen funcionamiento como
laguna de maduración anexa al pre tratamiento mediante la remoción de coliformes
fecales.
4.3.1 DQO
En la tabla 4.4 se muestran los resultados de eficiencia de remoción de DQO la cual
fue de 91,17 % para el primer periodo y de 44,85 % para el segundo periodo, se
observa además que para el segundo periodo la DQO del lixiviado de entrada
disminuye considerablemente, debido a que para el mes de mayo el GAD-SMB atendió
536,00
342,50383,50
232,00275,00
75,0082,00
240,00
28,0084,00
54,00
155,00
0
100
200
300
400
500
600
SólidosTotales Volátiles
(mg/L)Marzo-Mayo
SólidosTotales Volátiles
(mg/L)Mayo-Julio
SólidosTotales
DisueltosVolátiles (mg/L)
Marzo-Mayo
SólidosTotales
DisueltosVolátiles(mg/L)
Mayo-Julio
SólidosTotales
SuspendidosVolátiles (mg/L)
Marzo-Mayo
SólidosTotales
SuspendidosVolátiles (mg/L)
Mayo-Julio
Lixiviado promedio Lixiviado tratado
67
satisfactoriamente el inconveniente con el colapso del pre tratamiento ocurrido por las
fuertes lluvias.
Con ese rango de eficiencia se puede afirmar que hay reducción significativa de la
concentración de la carga orgánica para el primer periodo. Para el segundo periodo se
realizó además un análisis de DQO soluble para identificar la razón del aumento en el
valor de DQO del lixiviado de salida en el segundo tiempo de retención, obteniéndose
una DQO soluble de 56 mg/L con lo que se determina que el tratamiento está
trabajando bien, pero al no haber realizado el mantenimiento de la laguna durante los
4 meses de muestreo se dio un incremento de algas que contribuyen con materia
orgánica al sistema.
Según el estudio “Propuesta para tratamiento de lixiviados en un vertedero de residuos
sólidos urbanos” realizado por Espinosa, López, González & Pellón (2015) el
tratamiento a base de lagunas alcanzó una eficiencia de remoción de DQO del 60%,
es decir, el sistema piloto que ha sido objeto del presente proyecto removió más DQO,
esto se debió especialmente a la acción de las algas y de los microorganismos
presentes. Cabe señalar que el parámetro está bajo la normativa ecuatoriana
ambiental vigente con respecto a descargas a un cuerpo hídrico.
TABLA 4.4 EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE CARGA ORGÁNICA EN FUNCIÓN DE
LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO
Periodo de
muestreo
Frecuencia de
muestreo (días)
Lixiviado de
Entrada
(mg/L)
Promedio
Lixiviado
Entrada (mg/L)
Lixiviado tratado
tr = 51 días
(mg/L)
Eficiencia
%
marzo - mayo
0 985,00
1030,75 ± 309,56 91,00 91,17 14 1338,00
28 1180,00
42 620,00
mayo - junio
0 381,00
533,00 ± 435,00 294,00 44,85 14 213,00
28 1153,00
42 385,00
68
4.3.2 DBO5
Al implementar el sistema biológico aerobio se observa una eficiencia de remoción de
materia orgánica en la tabla 4.5 del 98,24 % para el primer periodo y del 72 % para el
segundo periodo de muestreo. Es decir, que la implementación de una laguna de
estabilización aerobia piloto como anexo al actual pre tratamiento del GAD municipal
San Miguel de los Bancos genera una remoción de carga orgánica considerable.
Es importante tomar en cuenta que para el periodo de muestreo mayo-julio los
resultados de lixiviado de entrada disminuyeron puesto que se realizó el
mantenimiento respectivo del filtro de gravas que se encontraba colapsado por las
fuertes lluvias por parte del GAD municipal San Miguel de los Bancos.
Según el estudio “Propuesta para tratamiento de lixiviados en un vertedero de residuos
sólidos urbanos” realizado por Espinosa, López, González & Pellón (2015), los
lixiviados luego de pasar por la laguna de estabilización presentan una eficiencia de
remoción de materia orgánica en función de la DBO5 del 75%, es decir que el
tratamiento utilizado para el presente proyecto trabajó eficientemente para los dos
periodos de muestreo.
TABLA 4.5 EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE CARGA ORGÁNICA EN FUNCIÓN DE
LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO
Periodo de
muestreo
Frecuencia de
muestreo (días)
Lixiviado de
Entrada (mg/L)
Promedio
Lixiviado Entrada
(mg/L)
Lixiviado
tratado
tr = 51 días
(mg/L)
Eficiencia
%
marzo - mayo
0 483,00
510,50 ± 214,43 9,00 98,24 14 722,00
28 613,00
42 224,00
mayo - junio
0 188,00
221,50 ± 142,90 62,00 72,00 14 142
28 432
42 124
69
4.3.3 COLIFORMES FECALES
En la tabla 4.6 se puede apreciar que existe una alta eficiencia de remoción de
coliformes fecales que alcanza el 99,99 % para cada periodo, reduciendo su
concentración hasta los valores permitidos por la normativa ambiental vigente.
La concentración de estos organismos a la entrada del sistema piloto es alta, por lo
que se puede afirmar la presencia de heces fecales y por ende la presencia de
patógenos del género Escherichia coli y cepas de Klebsielfa pneumoniae (Jiménez,
2001). Además según el estudio ya mencionado “Propuesta para tratamiento de
lixiviados en un vertedero de residuos sólidos urbanos” por Espinosa, López, González
& Pellón (2015) se alcanzaron eficiencias de remoción de coliformes fecales del 80 %,
valor menor al alcanzado en el presente proyecto, esto se debe especialmente a la
penetración de rayos solares lo cual favorece a la eliminación de estos patógenos.
Según la tabla 6: Criterios de calidad admisibles para aguas de uso agrícola del libro
VI, Anexo 1 del Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria el límite máximo
permisible de Coliformes fecales es 1000 NMP/100 mL por lo que el lixiviado luego de
su tratamiento puede ser empleado para riego de plantas de tallo alto.
TABLA 4.6 EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE PATÓGENOS EN FUNCIÓN DE
COLIFORMES FECALES
Periodo de
muestreo
Frecuencia de
muestreo
(días)
Lixiviado de
Entrada
(NMP/100mL)
Promedio
Lixiviado Entrada
(NMP/100mL)
Lixiviado
tratado
tr = 51 días
(NMP/100mL)
Eficiencia
%
marzo -
mayo
0 2,40E+08
1,98E+08 ±
1,99E+08 9,30E+02 99,99
14 7,50E+07
28 4,60E+08
42 1,50E+07
mayo - junio
0 4,30E+07
7,29E+07 ±
1,85E+07 9,1E+01 99,99
14 2,30E+07
28 4,30E+06
42 4,30E+06
70
4.4 COMPARACIÓN CON LA NORMATIVA AMBIENTAL
VIGENTE DE LÍMITES DE DESCARGA A UN CUERPO DE
AGUA DULCE
En la figura 4.8 se observa los resultados obtenidos luego del tratamiento; comparados
con la normativa vigente de descarga a un cuerpo de agua dulce, Tabla 12, Anexo 1,
Libro VI del Texto Unificado de Legislación Secundaria, donde se puede evidenciar
que luego del tratamiento se consigue una mejora y cumplimiento de normativa para
todos los parámetros analizados. Se tiene entonces que la implementación de una
laguna de estabilización aerobia para los lixiviados generados en el botadero
controlado de San Miguel de los Bancos como anexo al pre tratamiento existente
garantizan una descarga del lixiviado al cuerpo hídrico bajo norma, lo cual asegura
una adecuada gestión de los lixiviados por parte del GAD municipal.
FIGURA 4.8 COMPARACIÓN DE LA NORMATIVA AMBIENTAL CON LOS
VALORES DEL LIXIVIADO PROMEDIO DEL BOTADERO DE SAN
MIGUEL DE LOS BANCOS Y EL LIXIVIADO TRATADO CON LA
LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO
250
10015 10 100
1600
1030,75
510,50
101,25
5,79
284
1684,50
9110 3 2,61 90
158
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
DQO (mg/L) DBO5 (mg/L) Nitrógeno TKN(mg/L)
Fósforo Total(mg/L)
SólidosSuspendidos
Totales (mg/L)
Sólidos Totales(mg/L)
Normativa Lixiviado promedio Lixiviado tratado
71
Por otro lado, en la figura 4.9 se observa los resultados obtenidos luego del tratamiento
comparados con la normativa vigente de descarga a un cuerpo de agua dulce tabla 12
del Anexo 1, Libro VI del Texto Unificado de Legislación Secundaria del Medio
Ambiente Ecuador, donde únicamente los parámetros DQO, nitrógeno y solidos
suspendidos no están bajo norma debido a que hubo aporte extra de materia orgánica
por el aumento considerable de algas debido a que no se realizó un mantenimiento de
la laguna de estabilización aerobia piloto cuando se inició el muestreo del segundo
periodo.
Sin embargo, siempre y cuando se realice el mantenimiento superficial de la laguna de
estabilización evitando la carga excesiva de fitoplancton, hojas y natas de algas se
garantiza la obtención de resultados que permitan la descarga directa al cuerpo hídrico
correspondiente.
FIGURA 4.9 COMPARACIÓN DE LA NORMATIVA AMBIENTAL CON LOS
VALORES DEL LIXIVIADO PROMEDIO DEL BOTADERO DE SAN
MIGUEL DE LOS BANCOS Y EL LIXIVIADO TRATADO CON LA
LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA PILOTO
250
10015 10
100
1600
533
221,50
774,70
121,75
1142,50
294
6225,50 0,29
155
514
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
DQO (mg/L) DBO5 (mg/L) Nitrógeno TKN(mg/L)
Fósforo Total(mg/L)
SólidosSuspendidos
Totales (mg/L)
Sólidos Totales(mg/L)
Normativa Lixiviado promedio Lixiviado tratado
72
4.5 CAUDAL TEÓRICO DEL LIXIVIADO GENERADO EN EL
BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
Como se observa en la tabla 4.7 para los meses de experimentación de marzo, abril
y mayo se posee un caudal entre 0,57 y 0,90 L/s para los meses más lluviosos y entre
0,20 a 0,27 para junio y julio que corresponden a meses con menores precipitaciones
e incluso inicio de época seca en San Miguel de los Bancos.
Estos resultados se obtuvieron teóricamente a partir del método suizo, cabe mencionar
que fue necesaria la estimación teórica debido a que por fuertes lluvias el sistema de
tratamiento con el que cuenta el GAD municipal San Miguel de los Bancos colapsó
durante marzo y abril debido a las fuertes lluvias, siendo imposible medir el caudal en
campo para dichos meses.
TABLA 4.7 CÁLCULO TEÓRICO DEL CAUDAL DE LIXIVIADO GENERADO EN EL
BOTADERO DE SMB
MES Precipitación (mm) Área (m2) K Q (L/s)
Enero 520,50 1 434,04 0,25 0,67
Febrero 611,20 1 434,04 0,25 0,87
Marzo 657,10 1 434,04 0,25 0,85
Abril 672,00 1 434,04 0,25 0,90
Mayo 440,00 1 434,04 0,25 0,57
Junio 202,50 1 434,04 0,25 0,27
Julio 157,10 1 434,04 0,25 0,20
Agosto 114,50 1 434,04 0,25 0,14
Septiembre 153,50 1 434,04 0,25 0,20
Octubre 172,80 1 434,04 0,25 0,22
Noviembre 183,80 1 434,04 0,25 0,24
Diciembre 332,20 1 434,04 0,25 0,43
73
Así mismo, mediante el método de medición volumétrica en campo del caudal de
lixiviado generado en el botadero de San Miguel de los Bancos durante los meses de
mayo, junio y julio se obtuvieron los siguientes resultados expuestos en la tabla 4.8:
TABLA 4.8 MEDICIÓN EN CAMPO DEL CAUDAL DE LIXIVIADO GENERADO EN
EL BOTADERO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
CAUDAL (L/s)
MAYO JUNIO JULIO
0,62 0,37 0,11 1,19 0,14 0,059
Se observa entonces que existe un rango de diferencia entre el caudal de lixiviado
medido teóricamente y el caudal medido en campo, lo cual puede deberse
principalmente a los datos de precipitación que no corresponden a la actualidad sino
solamente hasta el año 2011, además existió dificultad en cuanto al punto de aforo del
lixiviado, puesto que no fue posible ingresar al tanque de almacenamiento debido a su
profundidad.
Asimismo se considera que durante este año las precipitaciones han sido mayores
respecto a años anteriores (Vega, 2016). Sin embargo, lo más recomendable para la
construcción de una laguna de estabilización aerobia es usar el caudal medio durante
el periodo de muestreo e implementar un aliviadero para el caso de lluvia extrema ya
que en este caso se estaría evacuando un efluente diluido y apto para descarga
directa. Se toma en cuenta entonces el caudal correspondiente a mayo de 0,62 L/s
debido a que es un valor medio cercano al calculado teóricamente y además
representa a uno de los meses más lluviosos de San Miguel de los Bancos.
74
4.6 PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN DE UNA LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN AEROBIA PARA EL BOTADERO
CONTROLADO DE SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
Luego del estudio realizado durante los meses de experimentación correspondientes
a marzo, abril, mayo, junio y julio se pudo confirmar la eficiencia de la implementación
de la laguna de estabilización aerobia como un tratamiento de afinamiento al actual
pre tratamiento que posee el GAD municipal de San Miguel de los Bancos.
Además, existe la necesidad de implementar un tratamiento adicional puesto que el
actual lixiviado descargado al cuerpo hídrico no cumple con la normativa ecuatoriana
de descarga a un cuerpo de agua dulce. Sin embargo, con la implementación de una
laguna de estabilización aerobia se obtiene un efluente menos nocivo para el ambiente
y dentro de los límites permisibles de la norma ecuatoriana.
Para ello, se propone al GAD municipal San Miguel de los Bancos utilizar los
parámetros de diseño identificados en el presente estudio para la futura construcción
de una laguna de estabilización aerobia como anexo a su actual tratamiento.
4.6.1 PARÁMETROS DE DISEÑO
En la tabla 4.9 se observan los parámetros propuestos a utilizar para conocer las
dimensiones de la laguna de estabilización aerobia anexada al actual tratamiento que
posee el GAD municipal de San Miguel de los Bancos.
TABLA 4.9 PARÁMETROS DE DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA
LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN AEROBIA
PARÁMETRO UNIDAD VALOR
Caudal m3
día# 53,57
Tiempo de retención días 51
Carga Orgánica kgDBO5m3# 0,72
75
Para efectos del cálculo de los parámetro de diseño se toma en consideración el aforo
medio medido en campo más próximo al caudal teórico durante el tiempo de
monitoreo, a continuación se utiliza la ecuación 10 mencionada anteriormente en el
presente trabajo para determinar la carga superficial del sistema a escala real.
Q= Ls*A
CO
Ls= Q*CO
A
Dónde:
Ls: carga superficial kg DBO5ha*día#
Q: caudal de lixiviado
A: área de la laguna de estabilización en ha
CO: concentración de la carga orgánica kg DBO5m3#
· Volumen de la laguna de estabilización aerobia
V=Q*tr
V=53,57 m3
día# *51 días
V=2732,07m3
· Área de la laguna de estabilización aerobia
A=V
h=
2732,07!m3
0,30= 9106,9!m2!=!0,91!ha
· Cálculo de la carga superficial de la laguna de estabilización
Ls= Q*CO
A=
53,57 m3
día# * 0,72 kgDBO5m3#
0,91
Ls= 42,39 kg DBO5
ha*día#
76
El área de la laguna de estabilización aerobia para un tiempo de retención de 51 días
corresponde a 0,91 ha lo cual no sería inconveniente para el municipio puesto que
cuentan actualmente con un terreno de aproximadamente 29 hectáreas para
disposición final de los residuos sólidos generados en San Miguel de los Bancos.
Además, la carga orgánica que va a alimentar la laguna será pequeña y
consecuentemente los indicadores de contaminación físicos, químicos y biológicos
luego del tratamiento estarán acorde a la normativa vigente y serán descargados al
cuerpo hídrico bajo la norma establecida en el Libro VI del Texto Unificado de
Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del Ambiente.
77
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
· El tratamiento biológico para los lixiviados generados en el botadero controlado
de San Miguel de los Bancos mediante una laguna de estabilización aerobia es
un método natural altamente efectivo que alcanza una eficiencia por sobre el 90
% en remoción de materia orgánica en función de la Demanda Bioquímica de
Oxígeno.
· El botadero controlado de San Miguel de los Bancos cuenta con un tratamiento
primario de sus lixiviados. Según el estudio realizado mediante la laguna de
estabilización aerobia durante los meses de marzo a julio, la carga orgánica no
excede los 2000 mg/L en función de la Demanda Química de Oxígeno.
· El cantón San Miguel de los Bancos se caracteriza por abundantes lluvias la
mayor parte del año. Por lo tanto, la generación de lixiviados puede ser alta
durante dicho fenómeno y a su vez influir en la concentración de la carga
orgánica puesto que actúa como diluyente de la contaminación presente al
mezclarse con el lixiviado. La cantidad promedio de lixiviados generados para
el mes de mayo es de 0,62 L/s.
· Todos los parámetros analizados luego del tratamiento biológico presentan una
mejora en la calidad del lixiviado, al mismo tiempo la Demanda Bioquímica de
Oxígeno y Demanda Química de Oxígeno se encuentran bajo la normativa
ambiental vigente, por lo que se afirma que el efluente es apto para descarga a
un cuerpo hídrico una vez afinado mediante la laguna de estabilización aerobia.
· La profundidad utilizada correspondiente a 0,30 m garantizó la penetración total
de los rayos ultravioletas, cuya acción es muy efectiva en la mortalidad de los
organismos patógenos obteniendo una remoción del 99,99%. Asimismo, se
evitó la implementación de oxígeno artificial debido al uso del oxígeno
atmosférico y el generado mediante la fotosíntesis de las algas.
78
· Para la implementación a escala real de la laguna de estabilización aerobia es
necesario que el GAD disponga de 0,91 ha, esto no es inconveniente puesto
que el Municipio cuenta con un terreno amplio para la colocación de la misma,
por lo tanto es factible la incorporación del sistema de afinamiento que trabajará
con una carga superficial considerable correspondiente a 42,38 kgDBO5/ha*día.
5.2 RECOMENDACIONES
· El efluente puede ser utilizado para riego de plantas que no se consuman crudas
y de tallo alto.
· El GAD no cuenta con una separación de residuos sólidos por lo que se
recomienda la elaboración de campañas de reciclaje para todo el cantón y de esta
manera evitar metales pesados por la presencia de desechos como pilas.
· Monitorear el botadero controlado en dos periodos distintos, es decir, en época
de lluvia y en época de sequía para obtener datos más específicos sobre el caudal
y caracterización de los lixiviados generados en el botadero controlado de San
Miguel de los Bancos.
· Se sugiere dar un mantenimiento adecuado al pre tratamiento existente, para que
la eficiencia sea óptima y así el tratamiento aerobio anexo cumpla netamente con
el objetivo de afinar el lixiviado antes de ser descargado a un cuerpo hídrico.
· Se recomienda que la implementación de la laguna aerobia cumpla con los
requerimientos necesarios para su buen funcionamiento como la vegetación
alrededor, la cual debe ser nula para evitar que contribuya al sistema con materia
orgánica extra.
· Recircular el efluente para las actividades de mantenimiento en el lavado de filtros
del pre tratamiento con el que el GAD cuenta y de esta manera fomentar la
simbiosis ambiental dentro del botadero controlado.
· Colocar bajo cubierta el filtro de gravas con la finalidad de evitar la acumulación
de aguas lluvias sobre el mismo provocando su saturación y colapso como ya ha
ocurrido anteriormente.
79
· Colocar aliviaderos para evitar el colapso de la laguna de estabilización aerobia
en épocas de lluvia permitiendo el desalojo directo del lixiviado diluido.
· Contar con áreas extensas para la implementación de lagunas de estabilización
aerobias de maduración, de esta forma se podría implementar este tratamiento
sin ningún costo representativo y con mano de obra no necesariamente
profesional.
· No se debe sobrepasar la capacidad de asimilación del contaminante, es decir, la
carga superficial pues esto provocaría que el sistema se sature y su rendimiento
no sea óptimo.
· Para evitar la generación de lixiviados in situ se recomienda colocar una
geomembrana eficiente, así como realizar el recubrimiento adecuado y colocar
canales de agua lluvia.
80
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88
ANEXOS
89
ANEXO N°1: MAPA DE UBICACIÓN Y DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA DEL
CANTÓN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
90
91
ANEXO N°2
MAPA DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS A LA QUE PERTENECE EL CANTÓN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
92
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