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

En

la ta

bla

4.2

se

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4.3

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12

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34

1,6

0 89

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10

24,

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57

,42

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70

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g/L

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1,0

0 18

5,0

0 21

3,0

0 56

,00

11

53,

00

15

3,0

0 38

5,0

0 29

4,0

0

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idos

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m

g/L

48

,75

6,7

5 10

5,0

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,25

18

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5,0

0 13

5,0

0 25

,50

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g/L

4

,5

1,7

0 3

,13

0,6

8 6

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1,0

1 4

,44

0,2

9 S

ólid

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Tota

les

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T

mg/L

72

2,0

0 15

2,0

0 11

05,

00

12

2,0

0 82

8,0

0 13

4,0

0 13

78,

00

32

4,0

0

Sól

idos

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80

,00

11

8,0

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3,0

0 11

6,0

0 18

4,0

0 12

0,0

0 10

0,0

0 15

5,0

0

Sól

idos

Tota

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8

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,00

27

0,0

0 12

28,

00

23

8,0

0 10

12,

00

25

4,0

0 14

78,

00

51

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olá

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T

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29

2,0

0 15

2,0

0 26

0,0

0 56

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52

0,0

0 13

8,0

0 29

8,0

0 24

0,0

0

Sól

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S

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g/L

56

,00

84

,00

44

,00

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0 12

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15

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tos

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D

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0,0

0 27

,00

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0 21

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07

2,4

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03

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07

2,3

0E+

01

4,3

0E+

06

4,3

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01

4,3

0E+

06

9,1

0E+

01

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18

8,0

0 84

,00

142

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12

,00

43

2,0

0 64

,00

12

4,0

0 62

,00

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