Tratamiento Fisicoquímico y biológico de lixiviado del Relleno Sanitario de … · 2016-10-31 · En fin, un agradecimiento a cada una de las personas que hicieron posible la realización

RESUMEN

CENTRO DE INVESTIGACION EN MATERIALES AVANZADOS.

DEPARTAMENTO DE ESTUDIOS DE POSGRADO.

Tratamiento Fisicoquímico y

Biológico de lixiviado del Relleno

Sanitario de la ciudad de

Chihuahua.

Tesis que para obtener el grado de

MAESTRÍA EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA AMBIENTAL.

Presenta:

Ana M aría Valles Chávez

CHIHUAHUA, CHIH. OCTUBRE2013

Director de Tesis: Luis Armando Lozoya Márquez Codirector de Tesis: Guillermo González Sánchez

TRATAMIENTO FISICOQUÍMICO Y BIOLÓGICO DE LIXIVIADO DEL RELLENO SANITARIO DE LA CIUDAD DE CHIHUAHUA, 2013

II

RECONOCIMIENTOS.

Externo un sincero reconocimiento a:

CONACYT y CIMAV por proporcionar la beca por la cual se pudo realizar el presente proyecto.

La empresa CLARIMEX y JMAS de Chihuahua por proporcionar reactivos para la realización de la

fase experimental.

Al personal del Departamento de Servicios Públicos del Municipio de Chihuahua por las facilidades

otorgadas para la ejecución el proyecto.

A la UACH en la Facultad de Ciencias Químicas por el análisis que realizaron como parte de este

trabajo.

MC. Luis Armando Lozoya Márquez, por fungir como asesor y por todo el apoyo brindado.

Dr. Guillermo González Sánchez, por su orientación, apoyo y por centrar nuestras ideas y

su asesoría.

Dr. Germán Cuevas Rodríguez, por compartir su experiencia.

A personas que contribuyeron para la realización de este proyecto:

MC. Damaris Acosta Slane

MC. Ramón Gómez Vargas

Dr. Luis Miguel Rodríguez Vázquez

Ing. Alejandro Benavides Montoya

MC. Jorge Ortiz Prieto

Dra. Hilda Piñón Castillo

MC. Wendy Chávez Montes

Ing. Alfredo López Fuentes

Ing. Mayra Lizeth Núñez Torres

Ing. Carlos Ontiveros

Oscar Salgado Posada.

José Luis Olivas


III

AGRADECIMIENTOS

Hay propósitos en la vida que sin el entusiasmo y la dedicación jamás pueden verse culminados.

Ese es el caso del presente trabajo.

Agradezco a DIOS por dotarme de vida y con ella de dones, habilidades y de la capacidad para

desarrollar este y todos los proyectos.

A mis Padres por ser instrumentos y guías. Por su apoyo incondicional para la realización de cada

uno de mis sueños. Por ese impulso que siempre me dan para que estos se realicen.

A mi Familia por ser siempre fuente de inspiración y admiración y los que hacen palanca para que

jamás toque fondo.

A mis Amigos porque desde que aparecieron en mi vida me han llenado de apoyo y han estado

presente en cada una de las alegrías, logros y también decepciones. Porque inyectan de alegría

tanto mis serenos como mis agobiados días.

A mis compañeros de generación, que hoy forman parte de mis muy apreciados amigos, por

compartir conmigo esta etapa de formación y ser parte de “la alegría de CIMAV”.

En fin, un agradecimiento a cada una de las personas que hicieron posible la realización de este

proyecto de vida por el cual hoy logro uno más de mis sueños.

Finalmente y no por eso con menos importancia a TI que lees esta tesis. Si lo haces es porque te

interesa el tema y lo que en ella se hizo, con eso está cumple su función para la que fue creada. Si

no es así será entonces porque fuiste parte de ella, con tu orientación, apoyo. Por esas palabras y

acciones de aliento que llegaron en momentos clave cuando este proyecto se realizaba.

Por eso GRACIAS!


IV

ABREVIATURAS.

EAA Espectroscopia de Absorción Atómica

EEA- HG Espectroscopia de Absorción Atómica con Generador de Hidruros

AGV Ácidos Grasos Volátiles.

ARS Agua Residual Sintética.

CA Carbón Activado

COT Compuestos Orgánicos Totales

DBO Demanda Biológica de Oxigeno.

DBO5 Demanda Biológica de Oxígeno a 5 días

DQO. Demanda Química de Oxigeno.

EPA Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.

ICP-OES Espectroscopia óptica de emisión con plasma inductivamente acoplado.

LC Límite de cuantificación

LD Límite de Detección

PAC Polvo de Carbón Activado

POA Procesos de Oxidación avanzada.

RSU Residuos Sólidos Urbanos

SBR Reactor Biológico discontinuo.

SDT Solidos Disueltos Totales

ST Solidos Totales.

TRC Tiempo de Retención Celular.

TRH Tiempos de Retención Hidráulica.


V

RESUMEN

Los rellenos sanitarios por su bajo costo y su fácil operación son el sitio de disposición final de

residuos más utilizado en el mundo. Durante el proceso de estabilización generan 2 principales

grupos de contaminantes: lixiviados y biogás. Los lixiviados por presentarse en fase liquida,

presentan movilidad por lo que al no ser controlados y tratados de forma correcta es

relativamente sencillo que lleguen a contaminar fuentes fluviales, aguas superficiales y/o

subterráneas.

En este estudio se planteó una metodología de tratamiento sobre este tipo de subproducto

basada en procesos fisicoquímicos y biológicos en cuatro etapas: I: Coagulación-Floculación/

Sedimentación mediante coagulante inorgánico, II: Adsorción con carbón activado, III: Reactor

Biológico discontinuo por lotes y IV: oxidación química mediante reactivo Fenton.

Se realizó la caracterización del lixiviado considerando los parámetros como DQO, DBO5, NT y

metales de manera previa al experimento así como antes y después de cada tratamiento para

evaluar la eficiencia de cada proceso. Obteniendo remociones de 41 y 95% de DQO en Fase I y

Fase II respectivamente. 92% DBO5 y 52% Nitrógeno Total en Fase II. Eliminación completa de

metales como Bario, Cromo, Cobre, Níquel y Zinc además de remociones de 96% Aluminio, 79%

Calcio, 51% Fierro y 17% Manganeso.

Palabras clave: Lixiviado, fisicoquímico, biológico, tratamiento.


VI

INDICE

RECONOCIMIENTOS. ........................................................................................................................... II

AGRADECIMIENTOS............................................................................................................................ III

ABREVIATURAS. .................................................................................................................................. IV

RESUMEN ............................................................................................................................................ V

ABSTRACT ............................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................................................. 3

3. JUSTIFICACIÓN............................................................................................................................. 4

4. HIPÓTESIS. ................................................................................................................................... 6

5. OBJETIVO GENERAL. .................................................................................................................... 7

5.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................................................... 7

6. MARCO TEÓRICO ......................................................................................................................... 8

6.1 Generación de gas del vertedero y composición de lixiviado. .......................................... 11

6.1.1 Etapa I Ajuste inicial .................................................................................................. 11

6.1.2 Etapa II: Fase de Transición ....................................................................................... 11

6.1.3 Etapa III. Fase de Acidogénesis.................................................................................. 11

6.1.4 Etapa IV. Fase de Metanogénesis. ............................................................................. 12

6.1.5 Etapa V. Fase de Maduración. ................................................................................... 12

6.2 Caracterización del lixiviado. ............................................................................................. 13

6.2.1 Demanda química de Oxigeno (DQO). ...................................................................... 16

6.2.2 Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO). ................................................................. 16

6.2.3 Relación DBO5/DQO. ................................................................................................. 16

6.2.4 pH .............................................................................................................................. 16

6.2.5 Conductividad eléctrica. ............................................................................................ 17

6.2.6 Solidos Totales (ST) y Sólidos Disueltos Totales (SDT). ............................................. 17


VII

6.2.7 Grasas y aceites. ........................................................................................................ 17

6.2.8 Cianuros. .................................................................................................................... 18

6.2.9 Sulfuros. ..................................................................................................................... 18

6.2.10 Metales. ..................................................................................................................... 18

6.3 Tratamientos. .................................................................................................................... 25

6.3.1 Tratamientos biológicos. ........................................................................................... 25

6.3.2 Tratamientos fisicoquímicos. .................................................................................... 29

6.4 Elección de un tratamiento adecuado. ............................................................................. 33

6.4.3.1 Aclimatación de tratamientos biológicos. ................................................................. 36

6.4.3.2 Parámetros medidos de un reactor aerobio discontinuo. ........................................ 36

6.4.3 Oxidación Fenton ...................................................................................................... 38

6.5 Descripción del Área de Estudio ........................................................................................ 39

6.6 Normatividad aplicada. ..................................................................................................... 44

6.6.1 NOM- 001- SEMARNAT-1996.(Modificación 2000) ................................................... 44

6.6.2 NOM-004-SEMARNAT-2002 y NORMA 503 EPA. ...................................................... 45

6.6.2 NOM-127-SSA-1994. ................................................................................................. 46

7. METODOLOGÍA .......................................................................................................................... 46

7.1 GENERALIDADES ................................................................................................................ 46

7.2 DISEÑO DEL MUESTREO Y TOMA DE MUESTRA. ............................................................... 47

7.3 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL LIXIVIADO ......................................................... 49

7.3.1 Determinación de pH, conductividad y oxígeno disuelto. ........................................ 49

7.3.2 Determinación de Cianuros Totales. ......................................................................... 49

7.3.3 Determinación Sulfuros Totales. ............................................................................... 50

7.3.4 Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS ................................................. 51

7.3.5 Determinación de ST y SDT ....................................................................................... 52

7.3.6 Determinación de DBO5 y NT ..................................................................................... 52


VIII

7.3.7 Determinación de Metales ........................................................................................ 52

7.4 TRATAMIENTO DE LIXIVIADO. ........................................................................................... 53

7.4.1 Etapa I: Coagulación –Floculación/ Sedimentación. ................................................. 53

7.4.2 Etapa II: Adsorción. ................................................................................................... 54

7.4.3 Dilución y aclimatación ............................................................................................. 55

7.4.4 Etapa III: Reactor biológico discontinuo (SBR) .......................................................... 55

7.4.5 Etapa IV: Oxidación Química. .................................................................................... 56

8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. ....................................................................................................... 58

8.1 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL LIXIVIADO ......................................................... 58

8.1.1 Características fisicoquímicas de Celda 1 .................................................................. 59

8.1.2 Características fisicoquímicas de celda 2 .................................................................. 60

8.2 TRATAMIENTO ................................................................................................................... 62

8.2.1 Etapa I: Coagulación Floculación. .............................................................................. 62

8.2.2 Etapa II: Adsorción. ................................................................................................... 62

8.2.3 Etapa III: Reactor Biológico Discontinuo ................................................................... 63

8.2.4 Etapa IV: Oxidación Quimica. .................................................................................... 67

8.2.5 Comportamiento del tratamiento completo. ........................................................... 68

8.2.6 Ventajas y desventajas del tratamiento propuesto. ................................................. 73

9. CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 74

10. RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 75

11. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................. 76

ANEXO A CERTIFCADO DE ANALISIS DE ESTANDAR DE DQO ............................................................ 83

ANEXO B HOJA ESPECIFICACIÓN DE COAGULANTE POLY-CAT N 901 CF .......................................... 84

ANEXO C HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE CARBÓN ACTIVADO CARG 8X30 ......................................... 85


IX

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Relleno Sanitario convencional ............................................................................................ 9

Figura 2: Balance de agua en relleno sanitario (Hickman,1999) ....................................................... 10

Figura 3 Fases Generales de la producción de biogás y lixiviado. ..................................................... 13

Figura 4 Imagen satelital que muestra las colindancias y la localización del relleno sanitario de la

Cd. de Chihuahua (Fuente: Google earth, 2013) ............................................................................... 40

Figura 5:Corrientes hidrológicas presentes en el relleno sanitario (SIATL,2013) ............................. 41

Figura 6:Situación actual del Relleno Sanitario de Cd. Chihuahua ................................................... 42

Figura 7 Tren de tratamiento propuesto .......................................................................................... 47

Figura 8: Vertido de lixiviado de celda 2 a la laguna de evaporación. .............................................. 48

Figura 9: Equipo de destilación de cianuros...................................................................................... 50

Figura 10: Equipo de extracción de sulfuros ..................................................................................... 51

Figura 11: Métodos determinación de metales ................................................................................ 53

Figura 12: Lixiviado en tratamiento de coagulación floculación ....................................................... 54

Figura 13: Lixiviado en tratamiento con carbón activado ................................................................. 54

Figura 14: Lixiviado en tratamiento oxidación química .................................................................... 57

Figura 15: Diseño de Reactor SBR ..................................................................................................... 64

Figura 16 Sedimentador de SBR ........................................................................................................ 64

Figura 17:Gráfica de Remoción de DQO Fase 1 ................................................................................ 68

Figura 18: Gráfica Remoción de DQO en Fase 2 ............................................................................... 69

Figura 19: Gráfica Remoción de DBO5 y Nitrógeno Total en Fase 1 .................................................. 70

Figura 20: Comportamiento de metales en Fase 1 ........................................................................... 72

Figura 21: Comportamiento de metales en Fase2 ............................................................................ 72

Figura 22:Remoción de color por oxidación química (Galeano et al.,2011) ..................................... 73

Figura 23: Comportamiento del color de lixiviado en tratamiento completo .................................. 73


X

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Concentraciones típicas de los componentes de los lixiviados generados en los rellenos

sanitarios ........................................................................................................................................... 14

Tabla 2: Límites máximos permisibles de contaminantes metálicos en agua potable y su afección a

la salud humana. ............................................................................................................................... 20

Tabla 3: Caracterización de lixiviados de Relleno Sanitario de Cd. Chihuahua 2002-2010 .............. 43

Tabla 4 Límites máximos permisibles para contaminantes básicos.................................................. 44

Tabla 5: Límites máximos permisibles de metales pesados en biosólidos ....................................... 45

Tabla 6: Aprovechamiento de Biosólidos .......................................................................................... 46

Tabla 7: Ubicación de puntos de muestreo de lixiviado celda 1. ...................................................... 48

Tabla 8: Ubicación de Puntos de muestreo de lixiviado celda 2 ....................................................... 48

Tabla 9: Dosis de Coagulante POLY-CAT-N901-CF ............................................................................ 53

Tabla 10: Composición media del agua residual sintética ................................................................ 55

Tabla 11: Caracterización Relleno Sanitario Cd. Chihuahua ............................................................. 58

Tabla 12: Comparación de lixiviado de la Ciudad de Chihuahua en el tiempo ................................. 60

Tabla 13: Características de metales en lixiviados de México .......................................................... 61

Tabla 14 Condiciones de operación del Reactor de Lodos Activados de mezcla completa. ............. 65

Tabla 15: Características de alimentación de SBR ............................................................................ 66

Tabla 16: Caracterización de metales en lodos de reactor biológico ............................................... 67

Tabla 17: Concentración de Metales en Tratamiento. ...................................................................... 70


1

I. INTRODUCCIÓN

En México según cifras del INEGI en 2013, se recolectan cada día, en promedio, 86 mil 343

toneladas de residuos sólidos urbanos, que son principalmente generados en viviendas, parques,

jardines y edificios públicos. Siendo el 93% de los municipios y delegaciones los que cuentan con

servicios de recolección y disposición de residuos; de los cuales, sólo el 6% da tratamiento al

menos a una parte de los residuos recolectados.

Como en la mayoría de los países, en México, los residuos recolectados son puestos en sitios de

disposición final llamados rellenos sanitarios (Renou et al., 2008). Los cuales, con el tiempo al

menos en la regulación y normatividad, han venido evolucionando desde tiraderos a cielo abierto,

hasta rellenos altamente tecnificados donde se debiesen controlar las emisiones tanto liquidas

como gaseosas que resultan potencialmente peligrosas para el ambiente (Méndez et al., 2002).

Los lixiviados son las emisiones liquidas producidas en un sitio de disposición final. Se definen

como el efluente acuoso producto de procesos bioquímicos en las células de los residuos y el

contenido de agua inherente de los mismos desechos; son generados a consecuencia de

percolación a través de los residuos (Renou et al., 2008).

La composición del lixiviado depende de las características de los desechos confinados en este

sitio. Siendo esta constitución un indicador del tipo como del tiempo y por ende de la etapa en la

cual están los procesos que ocurren dentro del relleno sanitario (Foo y Hameed, 2009).

Las características del lixiviado tanto físicas como químicas y biológicas son consecuencia de las

reacciones que se realizan dentro de un relleno sanitario y son estas, las que dan pauta al

desarrollo de un tratamiento adecuado (Chistensen, 1989).

La creciente demanda de la sociedad por la remediación de sitios y aguas contaminadas de

diversos orígenes incluyendo el lixiviado de relleno sanitario, se ha visto materializada en

regulaciones cada vez más estrictas. Mismas que han llevado al desarrollo de tratamientos para

reducir la cantidad de contaminantes. Incluyendo tratamientos convencionales, como la

recirculación del lixiviado a los residuos o más sofisticados como tratamientos biológicos y

fisicoquímicos (Renou et al., 2008).


2

En nuestros días se estudian tratamientos innovadores. Sin embargo, el mayor reto en el

tratamiento del lixiviado es la aplicación de metodologías destinadas a las características

particulares de cada lixiviado; que combinen métodos convencionales con tecnologías nuevas ya

que de esta forma se ha demostrado tienen mayor eficiencia en la remoción de contaminantes

(Renou et al., 2008).

En este estudio, se plantea la caracterización del lixiviado del relleno sanitario de la ciudad de

Chihuahua como un medio para establecer las características específicas del lixiviado producido y

sobre esta implementar un tren de tratamiento consistente en un proceso de

coagulación/floculación/sedimentación, seguido de adsorción utilizando carbón activado, luego un

reactor biológico discontinuo por lotes y finalmente un proceso de oxidación avanzada del tipo

Fenton. Todos ellos para la reducción de contaminantes.

Se pretende que con la información generada de este tratamiento queden sentadas las bases para

reproducir dicho tratamiento en lixiviado generado en rellenos sanitarios con características

similares al experimentado.


3

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El crecimiento exponencial de la población mundial en las últimas décadas, la deficiente cultura

ambiental aunada a la mentalidad consumista; ha ocasionado la rápida degradación de los

ecosistemas principalmente por la contaminación de los núcleos principales del planeta.

Una de las principales afecciones al medio ambiente es la excesiva generación per cápita de

residuos. Mismos que por mucho tiempo se han dispuesto en sitios de confinamiento sin las

medidas esenciales que impidan que estos sigan contaminando.

En la actualidad con el objetivo de remediar las afectaciones ambientales, que el ser humano ha

magnificado, la autoridad ha decretado normas más exigentes. Para el caso de los residuos, en

México fue hasta el 2003 que se estableció la normatividad que obliga a los organismos

encargados del manejo de los residuos sólidos urbanos la implementación de medidas para la

disposición adecuada de estos en sitios donde su perjuicio sea menor. Obligando a su vez a

controlar los productos contaminantes principales de la degradación: lixiviados y biogás.

En el caso del lixiviado, la contaminación que genera es considerable ya que al presentarse en

forma líquida su daño es directo a suelos y corrientes acuíferas cercanas al sitio de disposición;

tanto superficiales como subterráneas. Es en este punto, donde surge la necesidad de asignarle un

tratamiento a los lixiviados el cual permita eliminar contaminantes y reducir el riesgo de generar

contaminación al medio ambiente y/o afectaciones a la salud de la población.

Para el caso específico del sitio de disposición final de la ciudad de Chihuahua no existe el

tratamiento adecuado que aminore la ocurrencia de este posible problema de contaminación

ambiental.

Por otra parte en el área en la que se estableció el sitio se presume que se encuentra el manto

acuífero de Tabalaopa- Aldama; uno de los mantos acuíferos subterráneos principales que forma

parte de la batería de fuentes de suministro de agua potable a la población chihuahuense. Lugar

donde los lixiviados posiblemente pudieran infiltrarse y llegar a contaminarlo.


4

III. JUSTIFICACIÓN.

Si bien, la naturaleza tiene capacidad de diluir, extender, degradar, absorber o reducir el potencial

contaminante en la atmósfera, en las vías fluviales y en la tierra; parte de la contaminación del aire

y del agua ha sido atribuida a la gestión inapropiada de los residuos. Se han generado importantes

desequilibrios ecológicos donde se ha excedido la capacidad de asimilación natural. El desarrollo

de la tecnología propiciada por el ser humano transmite grandes beneficios, sin embargo, nacen

problemas asociados a la evacuación de los residuos resultantes (Tchobanoglous, et al., 1994).

Hasta hace poco tiempo las políticas gubernamentales no prestaban especial atención a los

residuos y apenas se tomaban medidas respecto al control de estos. Muchas veces el criterio era

desprenderse del residuo y confiar en la aparente inagotabilidad del ciclo de recuperación de los

recursos naturales. En el caso de las industrias, a medida que fueron desarrollándose se

produjeron casos de exposición a sustancias tóxicas fuera del ámbito laboral y a través de distintas

vías medioambientales. Pese a que el progreso tecnológico ha proporcionado nuevos productos

que han mejorado la calidad de vida de la población, es característico de este tipo de progresos el

avanzar a mayor velocidad que el propio conocimiento acerca sus consecuencias y lo que éstas

significan, produciéndose errores más por ignorancia que por negligencia (Lagrega, et al., 1996)

Sin embargo, en la actualidad, los rellenos sanitarios son uno de los métodos más utilizados en el

mundo para la disposición final de residuos sólidos al haber mostrado ser una forma barata de

tratamiento de los residuos en comparación con procedimientos como la incineración (Renou et

al., 2008). A los rellenos sanitarios se les ha asociado un problemática ambiental relacionada con

la amplia gama de compuestos que liberan en su ciclo de vida (Ziyang et al., 2009).

Uno de los problemas más importantes que conlleva el diseño y mantenimiento de un relleno

sanitario es la gestión de los lixiviados que se generan. Los cuales dependen del tipo de residuo

depositado y la edad del mismo (Netzaj, et al. 2008). Por lo tanto, el tratamiento de lixiviado se ha

convertido, junto con la captación de biogás, en la mayor preocupación ambiental relacionada a

los rellenos sanitarios.

A partir del 2003 que en México se publica la norma que establece las especificaciones de

protección ambiental para la selección del sitio, diseño, operación, monitoreo, clausura y obras

complementarias de un sitio de disposición final de residuos sólidos urbanos y de manejo especial

denominada NOM-083-SEMARNAT los rellenos sanitarios deben ser construidos con respecto a los


5

criterios que en ella se establecen. Sin embargo, la realidad es que los rellenos en operación previa

a dicha publicación, como es el caso del relleno sanitario de ciudad de Chihuahua que inició

operaciones en 1993, pueden presentar riesgo de infiltración de lixiviados al subsuelo y

posteriormente la contaminación de agua subterránea.

Por esto, es necesario aplicar o establecer en estos sitios de disposición final un tratamiento para

el lixiviado generado que elimine contaminantes y permita cumplir con las especificaciones que

dicta la autoridad en cuanto a calidad de agua, instaurados en la NOM- 001-SEMARNAT-1996 y

poder verterlos como descargas de aguas residuales.

Se ha demostrado que para el tratamiento de los lixiviados la aplicación de métodos

convencionales con tecnologías nuevas, operando de manera conjunta, tienen mayor eficiencia en

la remoción de los contaminantes que si fuese de forma aislada (Renou et al., 2008). Así que el

reto es experimentar con esta opción a modo tal que las descargas de este tipo de contaminante

cumplan con la normatividad vigente.

El modo de operación del relleno sanitario de la ciudad de Chihuahua lo convierte en una fuente

potencial de contaminación de acuíferos por lixiviado. Las condiciones áridas de la región, la

escases del recurso hídrico y que el abastecimiento de agua potable sea de mantos subterráneos,

hace inminente la aplicación de un tratamiento que mitigue contaminantes presentes en el

lixiviado que puedan convertirse en un problema de salud pública.


6

IV. HIPÓTESIS.

Con tratamientos (fisicoquímicos y biológicos) es posible disminuir los contaminantes del lixiviado

de relleno sanitario de la Cd. de Chihuahua a un nivel aceptable por la norma NOM-001-

SEMARNAT-2003.


7

V. OBJETIVO GENERAL.

Caracterizar y formular un tren de tratamiento de lixiviado mediante procesos fisicoquímicos y

biológicos con la finalidad de descargar el efluente en aguas y bienes nacionales.

5.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Caracterizar muestras de lixiviados determinando los siguientes parámetros: DQO, DBO5,

nitrógeno total, ST, SDT, pH, cianuros y sulfuros totales, grasas y aceites, conductividad

eléctrica, metales y metaloides (Aluminio, Arsénico, Bario, Berilio, Calcio, Cadmio, Cobre,

Cromo, Fierro, Mercurio, Manganeso, Níquel, Plomo, Selenio, Talio, Vanadio y Zinc)

Implementar en el tren un tratamiento en cuatro etapas el cual incluye Coagulación-

Floculación/ Sedimentación, Adsorción, Dilución- Reactor Biológico Discontinuo y Oxidación

química.

Operar el Reactor Biológico Discontinuo en las condiciones que logren la mayor degradación

de contaminantes.

Determinar metales en biosólidos resultantes del tratamiento biológico y comparar los

resultados aplicables a la NOM-004-SEMARNAT-2002.

Comparar el estado inicial y final del lixiviado con la legislación nacional y estándares

internacionales para establecer la remoción de contaminantes obtenida.


8

VI. MARCO TEÓRICO

Las actividades antropogénicas producto de la transformación de materia prima en bienes y

servicios, arrastra consigo la obtención de afectaciones negativas al medio ambiente, propiciando

la degradación de ecosistemas mediante la contaminación de aire, agua y suelo. En particular la

producción de residuos sólidos ha estado siempre ligada a estas actividades antropogénicas, sin

embargo, en un mundo consumista como el actual, el volumen generado es inmenso y el término

“basuras” para muchos es sinónimo de problema.

Se ha estimado que el promedio mundial de producción por persona se encuentra por encima de

un kilogramo diario (Muñoz & Bedoya, 2009), cifra alarmante teniendo en cuenta que la población

mundial según datos del Banco Mundial en 2013 supera los 7 000 millones de habitantes. De

hecho, entre otros factores, la producción de residuos varía en forma proporcional al consumo, al

poder adquisitivo y las costumbres de cada población.

En América Latina, la producción per cápita de basura, aunque se ha duplicado en las últimas tres

décadas, oscila entre 0,5 y 1 kilogramo diario, con el agravante de la participación creciente de

materiales no degradables y tóxicos (Ripoll, 2003). Específicamente en la Ciudad de Chihuahua la

generación promedio de residuos en 2006 per cápita fue de 0.676 kg por día. Los cuales se

clasifican en: 48% fracción orgánica, 16% a papel, 11.9% plástico, 2.4% metales, 5.6% vidrio y 16%

otros residuos. (Gómez, et al., 2008)

Los residuos una vez recolectados pueden ser asignados a diversos procesos de transformación

dentro de los cuales se incluye el reciclaje, el aprovechamiento energético, la elaboración de

composta, la producción de biogás, la formulación de combustibles alternos entre otros. Estos

procesos deben estar enmarcados dentro de una Gestión Integral de Residuos Sólidos, de tal

forma que representen beneficios sanitarios, ambientales, sociales, económicos e incluso

culturales. Cuando el aprovechamiento no sea posible, el relleno sanitario, y en algunos casos la

incineración, resultan como opciones viables para la disposición final de los residuos (Comisión

Mexicana de Infraestructura Ambiental, 2003).

Para los países latinoamericanos donde los recursos son limitados y construir una cultura de

reciclaje toma tiempo, los rellenos sanitarios constituyen una opción segura a mediano y corto

plazo, amigable con el ambiente y además económica, en comparación con otros métodos como

la incineración (Collazos, 2009).


9

Los rellenos sanitarios, con el tiempo, han venido evolucionando desde tiraderos a cielo abierto,

hasta rellenos altamente tecnificados donde se controlan las emisiones (liquidas y gaseosas)

potencialmente peligrosos para el ambiente. Así como pasa con los tiraderos a cielo abierto, en los

primeros rellenos sanitarios no se controlan las emisiones liquidas llamadas lixiviados y estos

escurren a fuentes superficiales de agua, o bien, se infiltran a las capas inferiores del terreno y en

muchos casos contaminan los acuíferos. Existe en la bibliografía numerosos reportes de ejemplos

de impacto a acuíferos ocasionados por rellenos sanitarios y sus emisiones de lixiviado. Este hecho

ha incitado a la generación de normatividades y legislación nacional y/o regionales encaminadas a

proteger los cuerpos de agua de contaminantes provenientes de rellenos sanitarios o en general

de sitios de disposición final de residuos sólidos. (Méndez et al., 2004). La Figura 1 muestra la

constitución de un relleno sanitario diseñado y operado en las condiciones adecuadas.

La correcta gestión de lixiviados es clave para la eliminación del potencial que tiene un vertedero

para contaminar acuíferos subterráneos (Tchobanoglous et al., 1994).

Figura 1: Relleno Sanitario convencional

Los lixiviados son el resultado de la percolación de líquidos a través de los desechos que se

encuentran en el proceso de estabilización; es decir, fluidos que brotan a la superficie o se infiltran

hacia el terreno donde se encuentra instalado un relleno sanitario o un vertedero de basura y que

arrastran a su paso compuestos que son producto de las reacciones que ocurren con la finalidad

de alcanzar el equilibrio tras su degradación. Una de sus principales fuentes es el agua de lluvia o

el agua de composición y de la humedad de los desechos que drenan y percolan a través de las

grietas y capas de basura, proporcionando a su paso reacciones y procesos fisicoquímicos y

biológicos.


10

La generación de lixiviado en los rellenos sanitarios depende de muchos factores, entre los que se

encuentran:

El grado de compactación de los desechos.

El grado de humedad inicial de la basura.

El tipo de material de cubierta de las celdas.

Condiciones ambientales como: la precipitación pluvial, humedad atmosférica,

temperatura, evaporación, evapotranspiración, escurrimiento, infiltración.

La capacidad del relleno sanitario.

Lo cual se resume en el balance hídrico de un relleno sanitario que se muestra en la o la Figura 2.

Figura 2: Balance de agua en relleno sanitario (Hickman,1999)

A su vez, la composición de los lixiviados depende del tipo de desecho confinado en el relleno

sanitario ya que no pueden separarse los líquidos provenientes de procesos de reacción

bioquímica de los de lixiviación. Todo cambio en la estructura y composición del relleno tiene

efecto sobre las corrientes y la acumulación, de tal modo que el agua y los procesos en el relleno

son magnitudes que se influyen recíprocamente (Méndez et al., 2002).

Los lixiviados son líquidos altamente contaminantes en los que se han ensayado diferentes

tratamientos, tanto biológicos (aerobios o anaerobios) como fisicoquímicos (Coulter et. al., 1997).


11

6.1 Generación de gas del vertedero y composición de lixiviado.

6.1.1 Etapa I Ajuste inicial

La fase de ajuste inicial en un relleno sanitario es principalmente un proceso de degradación

aeróbica. En esta fase se encuentra principalmente la presencia de Nitrógeno y Oxígeno,

componentes principales de la atmósfera terrestre; esto debido a que hay cierta cantidad de aire

atrapado dentro del vertedero. Los residuos orgánicos inician su proceso de degradación

microbiana. En la medida en que se van cubriendo va precipitando la humedad presente en los

residuos donde se comienza a disminuir la actividad microbiana.

6.1.2 Etapa II: Fase de Transición

Durante la fase de transición se empieza a evidenciar la degradación anaeróbica y se disminuye la

actividad microbiana de origen aeróbico. Como evidencia de esa degradación disminuye la

concentración de nitrógeno y oxígeno, y comienza a presentarse el dióxido de carbono. La

finalización de la etapa de transición trae consigo también la ausencia de oxígeno en los residuos

sólidos y en el biogás. El comienzo de condiciones anaerobias se puede supervisar midiendo el

potencial de reducción-oxidación que tiene el residuo. Las condiciones de reducción suficientes

para el nitrato y sulfato se dan aproximadamente entre -50 a -100 milivoltios. El metano se

produce cuando los valores del potencial de reducción-oxidación están dentro del rango de -150 a

-300 milivoltios. Mientras sigue bajando el potencial de reducción-oxidación, los miembros de la

comunidad microbiana responsables de la conversión del material orgánico de los RSU en metano

y CO2 empiezan su proceso, con la conversión de material orgánico complejo en ácidos orgánicos y

otros productos intermedios.

El pH del lixiviado comienza a caer debido a la presencia de ácidos orgánicos y al efecto de las

elevadas concentraciones de CO2 dentro del vertedero.

6.1.3 Etapa III. Fase de Acidogénesis.

En esta fase se aumenta la actividad microbiana anaeróbica y se inicia la generación de ácidos

grasos (principalmente ácido acético). Los microorganismos presentes son de tipo acidogénicos y

son los que logran la degradación inicial del carbono celular presente en los residuos de origen

orgánico. En esta etapa se encuentra la presencia del hidrógeno en el biogás. El pH del lixiviado

frecuentemente caerá hasta un valor de 5 o menos, por la presencia de ácidos orgánicos y por

elevadas concentraciones de CO2 dentro del vertedero. La DBO5, DQO y la conductividad del


12

lixiviado se incrementará significativamente durante esta fase como se observa en la Figura 3

debido a la disolución de ácidos orgánicos en el lixiviado.

6.1.4 Etapa IV. Fase de Metanogénesis.

El grupo de microorganismos que convierten el ácido acético y el gas hidrógeno producidos por los

formadores de ácidos en la fase ácida en metano y CO2, llegan a ser más predominantes. Son

estrictamente anaerobios y se llaman metanogénicos. La formación de metano y ácido se produce

simultáneamente, aunque la velocidad de formación de ácidos es considerablemente más

reducida.

Como los ácidos y el gas hidrógeno se han convertido en CH4 y CO2, el pH dentro del vertedero

subirá a valores más neutros y se reducirán las concentraciones de DBO5 y DQO y el valor de la

conductividad del lixiviado. Con valores más altos de pH, menos constituyentes inorgánicos

quedan en disolución y, como resultado, la concentración de metales pesados presentes en el

lixiviado se reducirá como se observa en la Tabla 1.

Durante esta fase es común que la temperatura de la masa de residuos alcance temperaturas

entre 40 y 60°C.

6.1.5 Etapa V. Fase de Maduración.

Se produce después de convertirse el material inorgánico biodegradable en metano y CO2.

Mientras la humedad sigue migrando a través de los residuos se convierten porciones de material

biodegradable que anteriormente no estaban disponibles. La velocidad de generación del gas de

vertedero disminuye significativamente porque los nutrientes disponibles se han separado con el

lixiviado durante las fases anteriores, y los sustratos que quedan en el vertedero son de

degradación lenta.

Los principales gases de vertedero que han evolucionado son metano y CO2. También puede

encontrarse N2 y O2 según las medidas de sellado. Durante esta fase el lixiviado a menudo

contendrá ácidos húmico y flúvico que son difíciles de degradar biológicamente.

La Figura 3 muestra la esquematización de las fases de generación de gases de vertedero y

composición de lixiviado. (Tchobanoglous et al., 1998)


13

Figura 3 Fases Generales de la producción de biogás y lixiviado.

6.2 Caracterización del lixiviado.

La concentración de contaminantes de los lixiviados varía con el tiempo, por lo que difícilmente

puede emplearse con éxito un único tratamiento a estos líquidos. Lixiviados jóvenes, poseen

elevadas concentraciones de materia orgánica e índices de biodegradabilidad (DBO5/DQO)

superiores a 0.4, lo que hace posible que sean tratados eficientemente por procesos biológicos;

pero en lixiviados de rellenos viejos, con índices inferiores a 0.02, estos tratamientos no son

eficientes (Waritch et al., 1998)

Las características que puede presentar un lixiviado están influenciadas en gran medida por los

procesos biológicos, químicos y físicos que tienen lugar en el relleno sanitario (Chistensen, 1989).

Por otra parte los parámetros más importantes del lixiviado son: DBO5, DQO, sólidos disueltos

totales (STD), metales pesados y constituyentes tóxicos (Galdames et al., 2000).Otros autores le

suman a estos parámetros por la complejidad que presentan y la abundancia de sustancias

hidrocarbonadas solubles, abundancia de nitrógeno orgánico y amoniacal y la presencia de otros

metales (Cadmio, Níquel, Zinc, Plomo, etc.) (Seoáñez et al., 1999).

La Tabla 1 muestra una caracterización típica de rellenos sanitarios alrededor del mundo. Los

datos se manejan en concentraciones de los constituyentes del lixiviado a través del tiempo de

explotación del relleno.


14

Tabla 1 Concentraciones típicas de los componentes de los lixiviados generados en los rellenos sanitarios

Valor expresado según:

Tchobanoglous et al. (1994)

basándose en la edad del vertedero,

(mg/l)

Hester y Harrison (2002) basándose en la etapa del lixiviado

Constituyente (mg·L-1)

Vertedero nuevo

(menos de 2 años)

Vertedero

maduro

(mayor de

10 años)

Acetogénico Metanogénico

Intervalo Típico Intervalo Promedio Intervalo Promedio

DBO5 2000-

30000 10000 100-200 2000-68000 18632 97-1770 374

DBO20 — — — 2000-125000 25108 110-1900 544

DQO 3000-

60000 18000 100-500 2740-152000 36817 622-8000 2307

pH (unidad pH) 4.5-7.5 6 6.6-7.5 5.12-7.8 6.73 6.8-8.2 7.52

Conductividad (mS cm-1) — — — 5800-52000 16921 5990-19300 11502

COT (carbón orgánico

total)

1500-

20000 6000 80-160 1010-29000 12217 184-2270 733

Sólidos totales en

suspensión 200-2000 500 100-400 — — — —

Ácidos grasos — — — 963-22414 8197 <5-146 18

Nitrógeno orgánico 10-800 200 80-120 — — — —

N-amoniacal 10-800 200 20-40 194-3610 922 283-2040 889

N-Nitratos 5-40 25 05-10 <0.2-18.0 1.8 0.2-2.1 0.86

N-Nitritos — — — 0.01-1.4 0.2 <0.01-1.3 0.17

Cloruros — — — 659-4670 1805 570-4710 2074

Fósforo total 5-100 30 05-06 — — — —

Ortofosfato 4-80 20 04-06 — — — —

Alcalinidad como CaCO3 1000-

10000 3000 200-1000 2720-15870 7251 3000-9130 5376

Dureza total como

CaCO3 300-10000 3500 200-500 — — — —

Fosfatos (como P) — — — 0.6-22.6 5 0.3-18.4 4.3

Cloro 200-3000 500 100-400 — — — —

Calcio 200-3000 1 100-400 270-6240 2241 23-501 151

Cadmio — — — <0.01-0.10 0.02 <0.01-0.08 0.015


15

Tabla 1 Concentraciones típicas de los componentes de los lixiviados generados en los rellenos sanitarios

Valor expresado según:

Tchobanoglous et al. (1994)

basándose en la edad del vertedero,

(mg/l)

Hester y Harrison (2002) basándose en la etapa del lixiviado

Constituyente (mg·L-1)

Vertedero nuevo

(menos de 2 años)

Vertedero

maduro

(mayor de

10 años)

Acetogénico Metanogénico

Intervalo Típico Intervalo Promedio Intervalo Promedio

Arsénico — — — <0.001-0.148 0.024 <0.001-0.485 0.034

Magnesio 50-1500 250 50-200 25-820 384 40-1580 250

Mercurio — — — <0.0001-0.0015 0.0004 <0.0001-

0.0008

Manganeso — — — 1.40-164.0 32.94 0.04-3.59 0.46

Potasio 200-1000 300 50-400 350-3100 1143 100-1580 854

Níquel — — — <0.03-1.87 0.42 <0.03-0.6 0.17

Sodio 200-2.500 500 100-200 474-2400 1371 474-3650 1480

Cromo — — — 0.03-0.3 0.13 <0.03-0.56 0.09

Cobre — — — 0.0201.10 0.13 <0.02-0.62 0.17

Hierro 50-1200 60 20-200 48.3-2300 653.8 1.6-160 27.4

Mientras el lixiviado se filtra a través del estrato inferior del suelo, se separan muchos de los

constituyentes químicos y biológicos originalmente contenidos en él, mediante la acción filtrante y

absorbente del material que compone el estrato. Por lo general, la amplitud de esta acción

depende de las características del suelo, especialmente del contenido en arcilla. Por el riesgo

potencial que implica el permitir que se filtre el lixiviado hasta el agua subterránea, la mejor

práctica exige su eliminación o contención (Tchobanoglous et al., 1994).

El lixiviado puede contener concentraciones extremadamente altas de SDT (50,000 mg·L-1) que

pueden ser difíciles de tratar biológicamente. Para concentraciones altas de DBO5 es preferible

emplear procesos de tratamientos anaeróbicos, ya que los procesos de tratamientos aeróbicos

son caros debido al suministro continuo de oxígeno a través de compresores que inyectan aire en

los tanques. Las concentraciones altas de sulfato pueden limitar el uso de procesos de

tratamientos anaeróbicos, debido a la producción de olores procedentes de la reducción biológica


16

de sulfatos a sulfuros. La toxicidad producida por metales pesados es un problema para los

procesos biológicos de tratamiento (Galdames, 2000).

La cantidad de lixiviado generado impacta en los costos de operación, de recolección del lixiviado y

de su posterior tratamiento. La planta de tratamiento debe ajustarse a un tamaño adecuado para

manejar el periodo de la cúspide en la producción del flujo del lixiviado (Zepeda, 1993).

Los parámetros con mayor importancia en la caracterización del lixiviado son definidos a

continuación.

6.2.1 Demanda química de Oxigeno (DQO).

Se llama así a la cantidad de materia orgánica e inorgánica en un cuerpo de agua susceptible de

ser oxidada por un oxidante fuerte.

Las pruebas de DQO miden el carbón orgánico total con excepción de ciertos compuestos

aromáticos, tales como el benceno, el cual no es oxidado completamente con la reacción. La

prueba de DQO es una reacción de oxidación-reducción, la cual reduce substancias como sulfuros,

sulfitos y ion férrico entre otros (Bernard et al., 1987).

6.2.2 Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO).

Es el parámetro más utilizado en la caracterización de la contaminación de agua residual y agua

superficial. La determinación de DBO se basa en la medición de oxígeno disuelto usado por los

microorganismos durante la oxidación bioquímica de la materia orgánica en un lapso de tiempo

dado (Qarani et al., 2010).

6.2.3 Relación DBO5/DQO.

Esta relación indica la edad del lixiviado. Generalmente la relación DBO5/DQO para un lixiviado

joven es más alta (>0.05) que el de un lixiviado maduro (<0.05) derivado de una estabilización. Una

baja relación DBO5/DQO indica que el lixiviado es estable y difícil de degradar biológicamente. Por

lo tanto, se recomienda su tratamiento de lixiviado estable con técnicas fisicoquímicas (Qarani et

al., 2010).

6.2.4 pH

Es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. En un lixiviado el potencial de hidrogeno

(pH) varía de acuerdo a su edad. Tal como lo describe Tchobanoglous et al., (1998) el pH del


17

lixiviado disminuye hasta 5 o menos por la presencia de ácidos orgánicos durante la fase acida,

incrementando después hasta un valor de 8 durante la fase de maduración.

6.2.5 Conductividad eléctrica.

Al ser la medida de la capacidad de un cuerpo de dejar pasar la corriente a través de si, representa

un parámetro que indirectamente cuantifica la cantidad de iones disueltos que presenta el

material que a su vez pueden resultar tóxicos.

6.2.6 Solidos Totales (ST) y Sólidos Disueltos Totales (SDT).

Los sólidos que pasan a través de un filtro apropiado son definidos como los SDT, mientras que los

sólidos que son retenidos por el filtro son los SST (Mogens et al., 2000). Estos junto con otros más

suman los sólidos totales presentes en una muestra liquida.

Esta división de los contaminantes en solidos disueltos totales (SDT) y solidos suspendidos totales

(SST) es fundamental ya que muchos tratamientos solo son efectivos contra uno de ellos. Además

de que en lixiviados proporciona una noción de que tratamiento aplicar y la cantidad de residuos

que se generarán mediante este.

6.2.7 Grasas y aceites.

Los lípidos son componentes biológicos que son solubles en solventes no polares como benceno,

cloroformo y éter, y son prácticamente insolubles en agua. Se distinguen en entre otros a los

ácidos grasos, las grasas y aceites y los jabones. La denominación de “grasas y aceites” se refiere

únicamente al estado físico sólido o líquido de este tipo de lípidos y no tienen ninguna relación con

cualquier otra propiedad; la estructura y la química no varía (Alais y Linden, 1990)

Las grasas y aceites son de los compuestos orgánicos más estables y no son fácilmente

biodegradables. En presencia de álcalis, tales como el hidróxido sódico, la glicerina se libera y se

forman sales alcalinas de los ácidos grasos (Bailey y Ollis, 1986).También desembocan al

alcantarillado, el queroseno y los aceites lubricantes y los procedentes de materiales bituminosos

derivados del petróleo, utilizados en la construcción de carreteras. En su mayoría flotan sobre el

agua residual, aunque una parte de ellos es arrastrada con el fango por los sólidos sedimentables.

Incluso en mayor proporción que las grasas, aceites y jabones, los aceites minerales tienden a

recubrir las superficies. Las partículas interfieren con la actividad biológica y causan problemas de

mantenimiento. En lixiviados la concentración de aceites y grasas en general corresponden a

valores bajos ya que son poco solubles en agua (Metcalf y Eddy, 1996).


18

6.2.8 Cianuros.

Determinados como ion cianuro. Los cianuros son compuestos potencialmente tóxicos ya que un

cambio de pH en el medio puede liberar ácido cianhídrico, compuesto generalmente asociado con

la máxima toxicidad de estos compuestos es por ello que es de suma importancia determinar

cómo ion Cianuro (CN-) la presencia de todos los compuestos cianurados en aguas naturales,

potables, residuales y residuales tratadas.

6.2.9 Sulfuros.

Los compuestos azufrados son contaminantes naturales muy comunes en aguas contaminadas

siendo predominantes en forma de sulfatos. Las corrientes ricas en este compuesto pueden

derivar en sulfuros, los cuales son compuestos tóxicos, corrosivos y que generan mal olor.

La forma más común de encontrarlos en matrices acuosas es diluido. Es tratado mediante la

precipitación. Esto para evitar que forme complejos ácidos (como el ácido sulfúrico) que llegasen a

ser más tóxicos al ambiente. (Lewis, 2010).

6.2.10 Metales.

El aumento de las concentraciones de los metales puede afectar negativamente a la salud

humana. Estos existen como diversas especies químicas en medio acuoso, incluyendo iones

metálicos libres y complejos con ligandos inorgánicos y orgánicos (tanto de aniones y de cationes).

Las formas fisicoquímicas influyen significativamente en su movilidad, la biodisponibilidad y la

toxicidad. En algunas áreas, los lixiviados son la fuente circundante de metales al medio ambiente.

Por lo que en presencia en aguas aledañas al relleno sanitario proporcionan información acerca de

la movilidad y potencial biodisponibilidad (Yanyu et al., 2011).

En suelos, cuando el contenido de metales pesados alcanza niveles que rebasan los límites

máximos permitidos causan efectos inmediatos como inhibición del crecimiento normal y el

desarrollo de las plantas, además que un disturbio funcional en otros componentes del ambiente

así como la disminución de las poblaciones microbianas del suelo (Martín, 2000).

6.2.10.1 Metales pesados.

Dentro de los metales se encuentran los metales pesados los cuales estrictamente desde el punto

de vista químico son metales de transición o post-transición cuyo peso específico es superior a 5 g

cm-3 o que tienen un número atómico superior a 20. Algunos de ellos, en pequeñas cantidades,

son esenciales para los organismos (Fierro, Manganeso, Zinc, Boro, Cobalto, Vanadio, Cobre,


19

Níquel y Molibdeno) convirtiéndose en nocivos cuando se presentan en concentraciones elevadas,

mientras que otros no desempeñan ninguna función biológica y resultan altamente tóxicos, como

el Cadmio, Mercurio o el Plomo (Ortiz et al., 2007). Cuando están presentes, además del

incremento del índice de toxicidad generado por sus altos niveles de biodisponibilidad, otros

factores como la lixiviación, absorción por las plantas y el paso a la cadena trófica constituyen

potenciales riesgos (Alcalá et al., 2009).

Los metales normados están sustentados en el análisis de riesgo, a través del cual se determina la

probabilidad o posibilidad de que se produzcan efectos adversos a la salud de la población y con

ello establece los límites máximos permisibles de contaminantes ambiente como consecuencia de

su exposición (SEMARNAT, 2004). Para suelos considerados como sitio contaminado, en México se

consideran tóxicos el Arsénico, Selenio, Vanadio, Berilio, Talio, Cadmio, Cromo, Plata, Plomo,

Bario, Níquel y Mercurio.

La Tabla 2 muestra los límites máximos permisibles de las entidades reguladoras de contaminantes

metálicos en agua potable, su fuente de exposición y sus posibles daños a la salud.


20

Tabla 2: Límites máximos permisibles de contaminantes metálicos en agua potable y su afección a la salud humana.

Elemento Unidades OMS

(2010)

EPA

(2000)

NOM-127-SEMARNAT-1994

Posibles afecciones a la salud

(ASTDR, 2010)

Fuente de contaminación ambiental

(ASTDR, 2010)

Aluminio

(Al) mg L

-1 0.2 0.05-0.2 0.02

En pequeñas cantidades no se ha

demostrado algún problema a la salud.

En casos de exposición prolongada y en

concentraciones muy altas puede

producir baja respuesta a estímulos

nerviosos, enfermedades de los huesos

y problemas renales.

Constituye aproximadamente el 8% de la a

corteza terrestre. Las sales de aluminio son

ampliamente utilizados en el tratamiento

del agua como coagulantes.

Arsénico

(As) mg L

-1 0.01 0.01 0.025

Lesiones en la piel; trastornos

circulatorios; alto riesgo de cáncer.

Erosión de depósitos naturales; agua de

escorrentía de huertos; aguas con residuos

de fabricación de vidrio y productos

electrónicos.

Bario

(Ba) mg L

-1 ND 2 0.7

Aumento de presión arterial. Aguas con residuos de perforaciones;

efluentes de refinerías de metales; erosión

de depósitos naturales.

Berilio

(Be) mg L

-1 ND 0.004 ND

Lesiones intestinales. Efluentes de refinerías de metales y fábricas

que emplean carbón; efluentes de

industrias eléctricas, aeroespaciales y de

defensa.


21



(2010)

EPA

(2000)



(ASTDR, 2010)


(ASTDR, 2010)

Calcio

(Ca) mg L

-1 2500 ND ND

Puede producir Hipercalcemia y daños

multiorganicos y renales

Es un macronutriente esencial para el

cuerpo humano, sin embargo en ingestas de

concentraciones superiores a los 2500 mgL-1

puede ocasionar daños a la salud humana

Cadmio

(Cd) mg L

-1 0.003 0.005 0.005

Lesiones renales. Corrosión de tubos galvanizados; erosión de

depósitos naturales; efluentes de refinerías

de metales; líquidos de escorrentía de

baterías usadas y de pinturas.

Cromo

(Cr) mg L

-1 0.05 0.1 0.05

El Cromo IV es más toxico que el Cr III.

Puede producir cáncer de pulmón, Daño

hepático y renal.

Es un micronutriente esencial que el cuerpo

requiere para promover la acción de la

insulina de manera que los azúcares, las

proteínas y las grasas puedan ser utilizadas

por el organismo.


22



(2010)

EPA

(2000)



(ASTDR, 2010)


(ASTDR, 2010)

Cobre

(Cu) mg L

-1 2 1.3 2

Exposición a corto plazo: molestias

gastrointestinales. Exposición a largo

plazo: lesiones hepáticas o renales.

Aquellos con enfermedad de Wilson

deben consultar a su médico si la

cantidad de cobre en el agua superara el

nivel de acción.

Se encuentra naturalmente en las rocas, el

agua, los sedimentos y, en niveles bajos, el

aire. Su concentración promedio en la

corteza terrestre es aproximadamente

50mgL-se encuentra naturalmente en las

rocas, el agua, los sedimentos y, en niveles

bajos, el aire. Su concentración promedio

en la corteza terrestre es aproximadamente

50mgL-Corrosión de cañerías en el hogar;

erosión de depósitos naturales; percolado

de conservantes de madera.

Fierro

(Fe) mg L

-1 0.3 0.3 0.3

En cantidades excesivas puede producir

Hemocromatosis y por consiguiente falla

multiorgánica

Representa el 5% de la corteza terrestre y

es el cuarto elemento más abundante. Es

altamente utilizado en las fundiciones y es

el componente principal del acero.

Mercurio

(Hg) mg L

-1 0.006 0.002 0.001

Lesiones renales. Erosión de depósitos naturales; efluentes de

refinerías y fábricas; lixiviados de rellenos

sanitarios y tierras de cultivo.


23



(2010)

EPA

(2000)



(ASTDR, 2010)


(ASTDR, 2010)

Manganeso

(Mg) mg L

-1 0.4 0.05 0.15

Produce efectos neurológicos tras la

exposición por inhalación.

En el ambiente no se presenta como

elemento puro. Forma principalmente

compuestos solidos con oxígeno, cloro y

azufre. es parte de organismos vivientes,

incluso plantas y animales, de manera que

está presente en los alimentos

Níquel

(Ni) mg L

-1 0.07 0.1 ND

Los compuestos de níquel inhalados son

cancerígenos para los humanos. En

contacto con la piel produce dermatitis.

Tiene propiedades que lo hacen muy

deseable para combinarse con otros

metales y formar mezclas llamadas

aleaciones.

Plomo

(Pb) mg L

-1 0.01 0 0.01

Bebés y niños: retardo en desarrollo

físico o mental; Adultos: trastornos

renales; hipertensión

Corrosión de cañerías en el hogar; erosión

de depósitos naturales.

Selenio

(Se) mg L

-1 0.01 0.05 ND

Caída del cabello o de las uñas;

adormecimiento de dedos de manos y

pies; problemas circulatorios.

Efluentes de refinerías de petróleo; erosión

de depósitos naturales; efluentes de minas.

Talio

(Tl) mg L

-1 ND 0.002 ND

Caída del cabello; alteración de la

sangre; trastornos renales, intestinales o

hepáticos.

Percolado de plantas procesadoras de

minerales; efluentes de fábricas de vidrio,

productos


24



(2010)

EPA

(2000)



(ASTDR, 2010)


(ASTDR, 2010)

Vanadio

(V) mg m-3 ND 0.5 ND

La exposición a niveles altos de vanadio

en el aire puede dañar los pulmones

Es un compuesto que ocurre en la

naturaleza como un metal blanco-grisáceo;

generalmente se le encuentra en forma de

cristales. Comúnmente el vanadio se

combina con otros metales en mezclas

llamadas aleaciones.

Zinc

(Zn) mg L

-1 3 ND 5

La ingesta prolongada puede producir

anemia, daño del páncreas y

disminución del tipo de colesterol

beneficioso (HDL) en la sangre.

El zinc metálico también se mezcla con

otros metales para formar aleaciones tales

como el latón y bronce. Es un oligoelemento

esencial que se encuentra prácticamente en

todos los alimentos y el agua potable en

forma de sales o complejos orgánicos. La

dieta es normalmente la principal fuente de

zinc.

ND= No Determinado.


25

Los metales pesados incorporados al suelo pueden seguir cuatro diferentes vías: la primera,

quedar retenidos en él, ya sea disueltos en la fase acuosa u ocupando sitios de intercambio;

segunda, específicamente adsorbidos sobre constituyentes inorgánicos del mismo; tercera,

asociados con la materia orgánica del suelo y cuarta, precipitados como sólidos puros o mixtos.

Por otra parte, pueden ser absorbidos por las plantas y así incorporarse a las cadenas tróficas;

pueden pasar a la atmósfera por volatilización y pueden ser movilizados a las aguas superficiales o

subterráneas (García y Dorronsoro, 2005).

6.3 Tratamientos.

Los Tratamientos convencionales de lixiviados de vertederos pueden ser clasificados en tres

grandes grupos: La transferencia de lixiviados: reciclaje y tratamiento combinado con las aguas

residuales domésticas, La biodegradación o biológicos: procesos aeróbicos y anaeróbicos y

métodos fisicoquímicos: la oxidación química, adsorción, precipitación química, coagulación-

floculación/sedimentación / flotación y aire (Renou et al., 2008).

6.3.1 Tratamientos biológicos.

Los procesos biológicos se han basado en el crecimiento de biomasa en suspensión que se

encargue del consumo de contaminantes para la realización de sus procesos metabólicos,

degradando estos a compuestos simples (Loukidou et al., 2001).

Las más importantes características del lixiviado que pueden influenciar el tratamiento biológico

son la alta concentración de sustancias orgánicas como compuestos recalcitrantes e inorgánicos

como metales pesados. La producción irregular dependiente directamente de la precipitación, las

variaciones de la fracción biodegradable de las sustancias orgánicas y las bajas o despreciables

cantidades de fósforo (Christensen et al., 1989). Invariablemente, la bibliografía al respecto señala

a los tratamientos biológicos como métodos útiles solo para condiciones especiales e incluso

algunos autores como Vlyssides et al., (2003) señalan que los tratamientos biológicos en general

son bastante eficaces en las fases primarias de producción del lixiviado, cuando las proporciones

de DBO5/DQO son altas (> 0,5) pero debido a que esta proporción generalmente disminuye con el

pasar del tiempo, los tratamientos biológicos van perdiendo eficacia. Fisher y Fell (1998), por

ejemplo, tuvieron que adicionar carbono orgánico a un lixiviado que tenía una baja DBO para


26

poder utilizar un tratamiento biológico (que en su caso fue lagunas de aireación y posteriormente

el reactor de lotes secuenciados) y disminuir los altos niveles de N-amoniacal.

Por otra parte, el lixiviado de los rellenos sanitarios contiene sustancias que pueden ser capaces

de limitar la eficacia del tratamiento, como pueden ser los metales pesados, los compuestos de

carbono, el amoniaco, los cloruros y sulfatos (Christensen et al., 1989). Respecto a este punto,

Kargi y Pamukoglu (2004a y 2004b) señalan que debido a la poca eficacia que presentan los

tratamientos biológicos para una combinación de variables específicas como altos valores de DQO

con altas concentraciones de nitrógeno amoniacal y en presencia de compuestos tóxicos (como

metales pesados) es necesario establecer el tratamiento biológico como un tratamiento

secundario.

6.3.1.1 Tratamientos aerobios.

Debido a su fiabilidad, sencillez y alta rentabilidad el tratamiento biológico es comúnmente

utilizado para la eliminación de la mayor parte de lixiviado que contiene una alta concentración de

DBO. La biodegradación se lleva a cabo por microorganismos, que pueden atacar compuestos

orgánicos de carbono y dióxido en condiciones aeróbicas y en biogás (una mezcla que comprende

principalmente CO2 y CH4) bajo condiciones anaeróbicas. Los procesos biológicos han demostrado

ser muy eficaces en la eliminación de materia orgánica y nitrógeno de lixiviados inmaduros cuando

la relación DBO5/DQO tiene un alto valor (> 0,5). Con el tiempo, la mayor presencia de compuestos

refractarios (principalmente ácidos húmicos y fúlvicos) tiende a limitar la eficiencia del proceso.

Se han desarrollado una serie de procedimientos para la eliminación de contaminantes por vía

biológica de los cuales se definen a continuación los que se han considerado como trascendentales

(Renou et al., 2008).

6.3.1.1.1 Reactores de lodos activados.

Este sistema separa los compuestos orgánicos del lixiviado (Tchobanoglous et al., 1994). Difiere de

los estanques de aireación en que, en comparación de estos últimos, el periodo de retención es

menor (Christensen et al., 1989). Del Borghi et al. (2003) señalan que el tratamiento combinado de

lixiviados junto con aguas negras, para este tipo de reactor en particular, podría constituir una

alternativa económicamente factible en la degradación de contaminantes orgánicos que sería

favorecida por la dilución y la habilidad de adaptación del lodo. Las desventajas de este método

son que en ocasiones son necesarios antiespumantes y clarificadores (Tchobanoglous et al., 1994).


27

El proceso de lodos activados o fangos biológicos es el sistema de tratamiento más habitual para el

tratamiento de aguas residuales tanto domesticas como industriales dentro de las cuales se

encuentran los lixiviados. Fue desarrollado en Inglaterra en 1914 por Ardern y Lockett, (Alleman y

Prakasam, 1893).

6.3.1.1.2 Reactores de lotes secuenciados (SBR).

Separa los compuestos orgánicos. Similar a lodos activados, pero no se precisa de un clarificador

separado. En un inicio Tchobanoglous et al. (1994) determinó que el reactor es solamente

aplicable a tasas de flujo relativamente lentas, sin embargo, más tarde, Fisher y Fell en el 2000,

trabajando este reactor para un lixiviado con grandes flujos concluyeron que el reactor tiene

buenas eficiencias para lo cual se concluyó que para ambos tipos de flujo el reactor resulta eficaz.

La estrategia de proceso de SBR se caracteriza por un cambio periódico controlado de las

condiciones del proceso tales como la concentración de oxígeno, y la disponibilidad para otros

reactivos biológicos. Estas condiciones ambientales están controladas mediante llenar y extraer el

material en distintos intervalos de tiempo. (Ewa, et al., 2005).

6.3.1.1.3 Humedales Artificiales (HA).

Los humedales artificiales son sistemas de tratamiento de tipo natural, que a partir de la

emulación de procesos físicos, químicos y biológicos, mejoran la calidad del agua residual que

fluye a través de estos. Ofrecen la alternativa con mayor rentabilidad y ecológicamente racional en

el tratamiento de lixiviados de rellenos sanitarios.

Los HA se clasifican, de acuerdo con el sistema de circulación de las aguas, en humedales de flujo

libre, flujo subsuperficial horizontal y flujo subsuperficial vertical, configuraciones que han sido

aplicadas para el tratamiento de lixiviados, presentando diferencias respecto de las eficiencias de

remoción de contaminantes según los procesos de eliminación y degradación presentados en cada

uno de estos.

La vegetación cumple un papel clave en el desempeño de los humedales, ya que contribuye a la

reducción de carga contaminante a partir de procesos de fitoextracción, fitoestabilización,

transpiración y rizofiltración. Para el caso del tratamiento de lixiviados, es determinante

seleccionar la vegetación que se va a implantar teniendo en cuenta que esta debe estar en

capacidad de adaptarse al crecimiento y desarrollo en un medio altamente agresivo; debido a la


28

toxicidad del líquido influente, es recomendable hacer uso de vegetación que sea autóctona

(Beltrán et al.,2012).

La tarea principal del proceso biológico de lixiviados es la reducción de la materia orgánica

biodegradable y compuestos de nitrógeno con el fin de minimizar costo de tratamiento

secundario. Modificando condiciones ambientales como oxígeno y disponibilidad de sustrato

(Ewa, et al., 2005). En lo que respecta a nitrógeno, la mayoría de los autores han obtenido a través

de experimentación buenas remociones; para el caso de Sirianuntapiboon y Ungkaprasatcha

(2007) se aproximaron al 62.9% para nitrógeno total, 88% en Plomo, 94% Níquel, 91% DBO5 y 81%

DQO.

6.3.1.2 Tratamientos anaerobios.

El tratamiento de digestión anaeróbica de lixiviados permite muy lentamente poner fin al proceso

de estabilización, siendo por lo tanto adecuado para tratar alta resistencia a efluentes orgánicos,

tales como corrientes de lixiviado de complejos jóvenes (Renou et al., 2008)

Contrario a los procesos aeróbicos, la digestión anaeróbica conserva energía y produce muy pocos

sólidos, pero sufre de baja tasa de reacción. Por otra parte, es posible utilizar el CH4 producido

para calentar el digestor, que por lo general funciona a 35 °C y, bajo condiciones favorables, para

propósitos externos (Renou, et al., 2008)

6.3.1.2.1 Lagunas anaerobias.

Separa los compuestos orgánicos y remueve el nitrógeno por asimilación (Christensen et al.,

1989). Los requisitos de energía y producción de lodos son menores que en los sistemas aerobios.

Algunas de sus características son que requiere calefacción; un mayor potencial para la

inestabilidad del proceso. Siendo además un proceso más lento que los sistemas aerobios

(Tchobanoglous et al., 1994). Puede ser usada con mucho éxito en lugares de clima templado, no

es un tratamiento completo pero puede ser usado en sistemas de almacenamiento y

homogenización de los lixiviados. Los microorganismos pueden ser fácilmente inhibidos por un pH

desfavorable y por la presencia de algunos metales (Christensen et al., 1989).

6.3.1.2.2 Digestores anaerobios.

La digestión anaerobia es un proceso biológico por medio del cual la materia orgánica, en ausencia

de oxígeno, es transformada en metano, dióxido de carbono y otros componentes del biogás. El

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852406004974

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852406004974


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principal inconveniente del proceso anaerobio es el bajo crecimiento de las bacterias productoras

de metano, por lo que en reactores de tipo convencional, es necesario trabajar a elevados tiempos

de retención hidráulico (TRH) (Alkalay et al., 1996).Este proceso se utiliza para remover materia

orgánica y metales pesados. Es un tratamiento costoso si se requiere una gran eficiencia, lo cual

está determinado por el tamaño del reactor y el modo de proporcionarle calor (Christensen et al.,

1989).

6.3.1.2.3 Lagunas facultativas.

En este sistema se utiliza tanques con una profundidad limitada (0.7-1.5 m). En las capas

superficiales, debido a la presencia de oxígeno causado por la fotosíntesis de algas y la aireación,

la degradación de la materia orgánica se lleva a cabo por vía aerobia. En las capas inferiores,

donde no hay luz ni oxígeno, tiene lugar un proceso anaerobio. A través de estos tanques, se

obtiene una importante nitrificación del nitrógeno amoniacal (Christensen et al., 1989).

6.3.2 Tratamientos fisicoquímicos.

Generalmente se considera que los procesos fisicoquímicos son de costos más elevados y de

efectividad más limitada (Vlyssides et al., 2003). Diversos autores marcan al tratamiento

fisicoquímico como una herramienta que puede funcionar como un pretratamiento o un

tratamiento avanzado. Se recomienda poner antes o después de un tratamiento biológico para

mejorar o corregir su efecto.

Tchobanoglous et al. (1994) señalan la necesidad de la utilización de tratamientos fisicoquímicos,

debido principalmente, a que en una degradación biológica el lixiviado no asegura la eliminación

de una gran variedad de sustancias como son metales pesados, biorefractarios, orgánicos

halogenados (OXA), entre otros muchos. Además un efluente tratado biológicamente puede tener

valores de DQO y niveles de nitrógeno altos (400-1500 mg·L-1 y 20-50mg·L-1 respectivamente).

Los tratamientos fisicoquímicos, según Vlyssides et al., (2003) son recomendables para el

tratamiento de lixiviados con DBO5/DQO bastante bajas.

6.3.2.1 Tratamientos químicos.

6.3.2.1.1 Oxidación química.

Consiste en la separación de orgánicos por la adición de agentes oxidantes como el peróxido de

hidrógeno o una solución de hipoclorito de sodio. Detoxificación de algunas especies inorgánicas


30

como algunos componentes azufrados, sulfatos, formaldehidos, cianuros y fenoles. Funciona

mejor con flujos de residuos diluidos; el uso de cloro puede provocar la formación de

hidrocarburos clorados (Tchobanoglous et al., 1994; Hester y Harrison, 2002).

6.3.2.1.1.1 Oxidación química avanzada (POA).

La capacidad de la tecnología de oxidación avanzada, ha sido ampliamente demostrada para

eliminar los compuestos orgánicos persistentes y microorganismos. Los procesos de oxidación

avanzada se basa en la generación in situ de especies transitorias altamente reactivos (H2O2, OH+,

O2, O3, entre otros) para la mineralización de compuestos orgánicos refractarios, los agentes

patógenos en agua y subproductos de la desinfección (Chong et al., 2010) incluso la

descomposición de nitrógeno, llevando estos compuestos complejos a CO2, H2O y en su caso N2

(Pill Sung et al., 2002).

Los procesos de oxidación avanzada más comunes son Fotocatálisis con TiO2, Foto-Fenton,

UV/H2O2, O3 y electro oxidación. La desventaja que presentan es su alto costo comparado con los

procesos biológicos, sin embargo el uso de POA puede mejorar la biodegradabilidad de

compuestos presentes en lixiviado. (García et al., 2011).

6.3.2.1.1.1.1 Ozonación

Es ampliamente utilizada en el tratamiento de las aguas potables y residuales, es una buena

alternativa a la cloración cuando en el agua hay fenoles y otras sustancias orgánicas precursoras

de trihalometanos; aunque es necesaria su generación in situ mediante descargas eléctricas y su

costo inicial es alto, es un potente desinfectante debido a su alta reactividad y poder de reducción

ya que permite la eliminación de compuestos orgánicos e inorgánicos, reduciéndose el COT, olor,

color, sabor y turbidez de las aguas, así como compuestos refractarios (sustancias tóxicas y

compuestos farmacéuticos) (Forero, et al., 2008).

En la investigación de Torres et al. (2009),se aplicaron dosis de O3 entre el 0 y 300 mgL-1 a los

lixiviados del relleno sanitario Bordo Poniente, en la ciudad de México. Con esas dosis fueron

obtenidas remociones de DQO entre el 0 y 10.3% y de color entre el 0 y 23%. A pesar que fueron

obtenidas bajas remociones, los autores recomiendan el empleo de este proceso.

6.3.2.1.1.1.2 UV/H2O2

En este proceso, los espectrofotones UV reaccionan con el peróxido de hidrógeno para formar

radicales hidroxilo. La fotólisis del H2O2 se realiza casi siempre utilizando lámparas de vapor de


31

mercurio de baja o media presión. El uso de UV/H2O2 ofrece grandes ventajas: el oxidante es

comercialmente accesible, es térmicamente estable y puede ser almacenado, así como también

posee solubilidad infinita en agua, y no existen problemas de transferencia de masa asociados a

gases (Domènech et al., 2001).

En el trabajo de Shu et al., (2006) para el tratamiento de lixiviados emplea UV/H2O2 a diferentes

concentraciones logrando remover el 65% de la DQO, en el estudio de Koh et al., (2004) evaluando

un tratamiento biológico previo se obtuvieron remociones del 47% de la DQO.

6.3.2.1.1.1.3 Foto Fenton

Este tratamiento utiliza H2O2 y sales ferrosas para la generación de radicales OH, así como

radiación ultravioleta, radiación visible o una combinación de ambas. El radical hidroxilo tiene alto

potencial redox, cercano a -2.80 V a 25°C, inferior sólo al flúor. En este proceso, la tasa de

degradación se incrementa significativamente, en comparación con el proceso Fenton tradicional

(Doménech et al., 2001). Para reducir contaminantes el proceso foto-Fenton ha resultado ser un

proceso económico si se emplea radiación solar (Chacón et al., 2005).

Lopes de Morais y Zamora (2005) tratan un lixiviado, aplicando 10 mgL-1 de Fe2+ y 2,000 mgL-1 de

H2O2 a pH de 2.8 y 125 W. La remoción de DQO alcanzada fue del 57%. En el trabajo de Primo et

al., (2008) se obtuvo un 85% de remoción de la DQO, con lixiviados de Cantabria, España al utilizar

este tratamiento.

6.3.2.1.1.1.4 Oxidación Fenton.

Uno de los tratamientos físico-químicos más prometedores para lixiviados es el de la oxidación

Fenton, que consiste en la oxidación de la carga contaminante con una combinación de peróxido

de hidrógeno y sulfato ferroso (reactivo Fenton), típicamente a presión atmosférica y temperatura

entre 20 °C y 40 °C. Las condiciones óptimas del reactivo Fenton se obtienen a valores ácidos de

pH y con ellas se pueden alcanzar altas remociones de los contaminantes orgánicos. El proceso

Fenton involucra un cambio estructural de los compuestos orgánicos y una oxidación parcial que

redunda en una disminución de la toxicidad del efluente. (Méndez et al., 2010)

6.3.2.1.1.1.5 Ozono- Peróxido de Hidrogeno (O3-H2O2)

El proceso pretende combinar la oxidación directa (y selectiva) del O3, con la reacción rápida y

poco selectiva de los radicales OH• con los compuestos orgánicos. El proceso es caro pero rápido,


32

y puede tratar contaminantes orgánicos presentes en muy bajas concentraciones, a pH entre 7 y 8;

el proceso se acelera a pH alcalino (Doménech et al., 2001).

El tratamiento ha resultado poco efectivo para los lixiviados, en un estudio hecho por Blandón et

al., (2004) con una dosis combinada de 9.3 mgL-1 de O3 y 1 750 mgL-1 de H2O2, el lixiviado fue

oxidado logrando una remoción del 25 % de su color.

6.3.2.2 Tratamientos físicos.

6.3.2.2.1 Coagulación/Floculación

Estos procesos tienen como objetivo eliminar las partículas suspendidas de la fase líquida; a

valores bajos de pH se remueven las partículas de tamaño pequeño que le confieren color al

lixiviado. Los procesos de adsorción y de oxidación Fenton intensiva pueden remover tanto

partículas suspendidas como disueltas, (Méndez et al., 2009)

Los procesos de coagulación-floculación pueden utilizarse conjuntamente con otros procesos de

tratamiento (Tchobanoglous et al., 1994). Para lograr la separación química se adicionan

sustancias como AlSO4, CaCO3, FeCl3, FeClSO4, poliacrilamida, cloruro de polialuminio, entre otros

muchos más. Tienen como finalidad reducir sólidos en suspensión, partículas coloidales, material

flotante, color y compuestos tóxicos (Renou et al., 2008).

6.3.2.2.2 Adsorción.

La adsorción es un proceso por el cual una sustancia se transfiere desde la fase líquida a la

superficie de un sólido obligado por interacciones fisicoquímicas. Debido a su gran área superficial

activada, la estructura microporosa y la superficie de reactividad el carbón activado en polvo es

uno de los métodos más atractivos utilizado para la adsorción ya que elimina compuestos

recalcitrantes de lixiviados.

La adsorción de contaminantes en polvos de carbón activado (PAC) ofrece una gran reducción en

los niveles iniciales de DQO, o la concentración inicial de materia orgánica Sin embargo, la

principal inconvenientes son la necesidad de regeneración frecuente y alto consumo de PAC.

Mediante el proceso de adsorción con carbón activado pueden ser removidos compuestos

orgánicos no biodegradables, DQO inerte y el color a niveles aceptables para tratar biológicamente

lixiviados de vertedero. (Renou et al., 2008).


33

Es clasificado como un proceso de separación de orgánicos. Esta tecnología provee un tratamiento

a costos variables según cada lixiviado (Tchobanoglous et al., 1994), sobre todo en la necesidad de

regeneración frecuente de columnas o equivalentemente un consumo elevado de carbón activado

en polvo. Se usa carbón activado, aunque este no es muy bueno por sí solo no es muy eficiente en

contra de los ácidos grasos volátiles ni para las moléculas de cadenas muy largas. Se obtienen

mejores resultados cuando se usa en combinación con un tratamiento de floculación (Christensen

et al., 1989). La adsorción con carbono activado debe reservarse para las fases finales de un

tratamiento (Hester y Harrison, 2002). Se ha utilizado junto con el tratamiento biológico para el

tratamiento eficaz de los lixiviados de vertedero (Renou et al., 2008).

6.4 Elección de un tratamiento adecuado.

Determinar el tratamiento más adecuado para un lixiviado de relleno sanitario es complicado, ya

que se trata de residuos líquidos con alto contenido de sustancias, tanto orgánicas como

inorgánicas. Se han realizado vastas investigaciones en busca de tratamientos adecuados para los

lixiviados; sin embargo, debido a la heterogeneidad en su composición y a la variabilidad de los

volúmenes generados, no se pueden extrapolar directamente los resultados obtenidos con

tratamientos de un lixiviado a otro. (Méndez et al., 2009)

Durante muchos años, los tratamientos biológicos convencionales y métodos clásicos

fisicoquímicos están siendo considerados como las tecnologías más adecuadas para la

manipulación y la gestión de los efluentes de lixiviados de vertedero (Renou et al., 2008).

Numerosas investigaciones han demostrado que la combinación de varias operaciones físicas,

químicas y biológicas presentan tratamientos eficientes para la remoción de contaminantes del

lixiviado. Como el caso de Jin-Song et al., (2010) que combinó tratamientos de aireación con

reactor biológico secuencial, coagulación y oxidación Fenton logrando remociones acumuladas de

96.8% de nitrógeno amoniacal, 82.8% de DBO5 y 83.1% en DQO.

Por otra parte, investigaciones realizadas en Guangdong Province, PR China donde se aplicó un

tratamiento mezclando procesos de reactor biológico discontinuo, coagulación, oxidación Fenton

y filtro biológico aireado y obteniendo remociones de 98.4% en DQO, 99.1% de DBO5 , 99.6% de

color y 99.2% de turbidez. Sin embargo es necesario hacer ciertos ajustes en la composición del

fluido y contribuir en la optimización del proceso. Por ejemplo, se ha demostrado que en la

aplicación de tratamientos biológicos de lixiviado es necesario realizar diluciones principalmente


34

con aguas residuales para garantizar la supervivencia de los microorganismos encargados de la

degradación de contaminantes (Jin-Song Guoa et al., 2010)

Combinaciones entre tratamientos fisicoquímicos y biológicos han demostrado ser eficientes para

la remoción total de metales como Cromo, Cadmio, Zinc y Níquel (Cotman y Zgajnar, 2010)

Para decidirse por un tratamiento adecuado de lixiviados se tiene que disponer de datos acerca de

su composición y/o tasas de generación. El calcular la humedad de los residuos sólidos,

proporciona una variable importante para la toma de decisiones; sin embargo, se debe hacer

constar, que son varios los parámetros que intervienen en la formación de lixiviado, que pueden

aumentar o disminuir su caudal.

La caracterización al mostrar el estado de composición del lixiviado permite evaluar la necesidad

de aplicación de un tratamiento específico de acuerdo a estudios anteriores a lixiviados similares.

Además de consultar la normatividad vigente referente a la posible descarga de los lixiviados

(tratados, diluidos y/o crudos) en bienes nacionales, donde las NOM-001-SEMARNAT-1996, NOM-

002- SEMARNAT -1996 y NOM-003-SEMARNAT-1997 establecen los límites máximos permisibles

de contaminantes en las descargas de agua residual provenientes de la industria, actividades

agroindustriales, servicios, y aguas residuales tratadas.

6.4.1 Coagulación - floculación.

Es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales (solidos disueltos) que se

producen al neutralizar las fuerzas que las mantienen separadas por medio de la adición de los

coagulantes y la aplicación de energía de mezclado. (Metcalf y Eddy, 2003)

Los coagulantes son productos químicos que al adicionar al lixiviado son capaces de producir una

reacción con los componentes químicos de este, especialmente con la alcalinidad del agua

presente en el lixiviado para formar un precipitado voluminosos, muy adsorbente, constituido

principalmente por el hidróxido metálico del coagulante que se está utilizando (Abría, 2002 )

Coagulantes y floculantes típicos incluyen (Metcalf y Eddy, 2003) polímeros orgánicos naturales y

sintéticos, sales de metales como el alumbre o el sulfato férrico, y metal prehidrolizados como el

cloruro de polialuminio (PACI) y cloruro de polifierro (PICI).

El grado de agitación que se le da a la masa durante la adición del coagulante determina si la

coagulación es completa, turbulencias desiguales hacen que cierta porción de agua tenga mayor


35

concentración de coagulante y la otra tenga poca o casi nada; la agitación debe ser uniforme e

intensa en toda la masa de líquido, para asegurar que la mezcla produzca la reacción química de

neutralización de cargas correspondiente. (Abría, 2002).

La coagulación floculación es una técnica relativamente simple que es empleada con éxito para el

tratamiento en vertederos que generan grandes cantidades de lixiviados como lo fue en el caso

del estudio realizado por Wei et al. (2010) en el relleno sanitario de la ciudad de Shuangkou Town,

China en donde se reciben 1000 toneladas de residuo en una extensión de 50 hectáreas o el de

relleno del área protegida de Penang, Malaysia el cual recibe 1500 toneladas de residuos por día

obteniendo remociones de DQO del 60 al 80%.Sin embargo, este método puede dar lugar a sólo

mudanzas moderadas de DQO o COT de contenido, además de la presentación de una serie de

inconvenientes: ya que generan una cantidad excesiva de lodos y en ciertos casos dependiendo

del producto químico convencional que se utiliza ocasionan el aumento de las concentraciones de

aluminio o de hierro que pueden ser encontradas en el efluente resultante.

La coagulación-floculación por lo tanto se ha propuesto principalmente como método de

pretratamiento para la lixiviación fresca, o como un post-tratamiento de lixiviado parcialmente

estabilizado.

6.4.2 Adsorción.

La adsorción es la acumulación preferencial de una substancia en una fase liquida o gaseosa sobre

la superficie de un sólido. (Renou et al., 2009).

La adsorción en carbón activado de compuestos orgánicos en solución acuosa, se ha encontrado

como un eficiente proceso para remover numerosos compuestos orgánicos resistentes a la

biodegradación. Siendo actualmente el adsorbente usado con más frecuencia; esto se debe

principalmente a su estructura porosa ya que presenta gran área superficial en las paredes

laterales de los poros y la gran distribución del área disponible (Leyva et al., 1987).

Son extensos los estudios realizados para el tratamiento de lixiviados mediante adsorción con

carbón activado, como es el caso del relleno sanitario de Zoreda, España en donde el carbón

activado presentó las más altas capacidades de adsorción. Obteniendo valores de DQO para el

lixiviado tratado de 5 108 a 200 mgL-1. (Rodríguez et al, 2004). Además de que este tratamiento

resulta eficiente para la eliminación de metales en lixiviado en etapa metanogénica del 20 al 80%


36

Aluminio, Calcio, Cobre, Molibdeno, Níquel, Plomo y Zinc. (Modin et al., 2011) obteniendo una

mayor capacidad de adsorción en concentraciones de 50 g L-1 (Cotman y Zgajnar, 2010).

6.4.3 Reactor biológico secuencial

6.4.3.1 Aclimatación de tratamientos biológicos.

Varios autores coinciden que es necesaria la adaptación de los reactores biológicos secuenciales

ya que es preciso que el lodo con que se inocula el sistema se adapte a las condiciones y

características del lixiviado con el cual se alimenta. Además permite garantizar la óptima actividad

de la biomasa fijada. (Sirtori, 2010; Sandoval, 2009).

Sandoval (2009) al aplicar el tratamiento biológico de lixiviado para la eliminación de 4-Clorofenol

de un reactor secuencial discontinuo inoculado con lodos activados adaptó a los microorganismos

a las condiciones del medio aumentando paulatinamente la concentración del contaminante

basándose en el comportamiento del pH para definir la máxima cantidad de 4-Clorofenol que

podrían resistir los lodos activados en un lapso de tiempo de 3 semanas.

6.4.3.2 Parámetros medidos de un reactor aerobio discontinuo.

6.4.3.2.1 Tiempo de retención hidrológico (TRH).

El tiempo de retención hidráulica es el tiempo que el agua permanece en el reactor. Es uno de los

parámetros más importantes en el tratamiento de aguas residuales, en donde es necesario un

tiempo de retención óptimo que permita una máxima remoción de sólidos y materia orgánica. El

TRH varía de acuerdo a lo que se requiere remover y de acuerdo al proceso de lodos activado

seleccionado, por ejemplo: para un sistema de mezcla completa de 3-5 días, para remoción de

nitrógeno usando un reactor discontinuo de 20 a 30 días. (Metcalf y Eddy, 2003).

6.4.3.2.2 Tiempo de retención celular (TRC).

El tiempo de retención celular es el tiempo promedio durante el cual los lodos permanecen en el

sistema. Este parámetro es el más crítico en el diseño de los lodos activados porque afecta el

funcionamiento del proceso de tratamiento, tanque de aireación, producción de lodos y

requerimiento de oxígeno. El TRC varía de acuerdo con lo que se desea realizar: para remoción de

DBO5 se requiere de rangos de 3 – 5 días, para nitrificación un tiempo mayor a 8 días. También

varía con respecto a la variación de procesos de lodos activados como por ejemplo: estabilización

por contacto 5 – 10 d, aireación extendida de 20 – 40 días, entre otros (Metcalf y Eddy, 2003).


37

6.4.3.2.3 pH

El pH al igual que en todos los procesos químicos en los procesos biológicos juega un papel

primordial; ya que de este depende la subsistencia de los lodos activados en un sistema de este

tipo. Para un reactor biológico aireado este debe oscilar entre los 6.5 y 8.5. Esto para que los

microorganismos que consumen la materia tenga condiciones óptimas de desarrollo. (Metcalf y

Eddy, 2003)

6.4.3.2.4 Carga orgánica.

La carga orgánica puede ser superficial, volumétrica y másica y es la relación alimento-

microorganismo, esto es, la cantidad de alimento que le corresponde a cada microorganismo.

Juega un papel importante en un reactor biológico ya que de este depende el tiempo de

degradación del contaminante y la subsistencia de los microorganismos. (Metcalf y Eddy, 2003).

6.4.3.2.5 Temperatura.

La dependencia de la temperatura de tasa de reacción biológica es muy importante en la

determinación de la eficacia total de un proceso de tratamiento biológico. La temperatura no

solamente influencia las actividades metabólicas de la población microbiana, sino también

presenta efecto en otros factores como en la tasa de transferencia de gas y las características de

sedimentación de los sólidos biológicos. Las temperaturas de operación adecuadas para un

tratamiento biológico aerobio son las temperaturas ambientales (Metcalf y Eddy, 2003).

6.4.3.2.6 Oxígeno disuelto (OD).

El oxígeno debe ser suministrado para satisfacer las necesidades de los microorganismos. Por lo

general, esto se logra por la introducción de aire, aunque se puede emplear oxígeno puro. Existen

varias maneras de suministrar o distribuir el oxígeno en el tanque de aireación. La aireación en los

procesos de lodos activados tiene dos propósitos: suministro de oxígeno y mezclado (Rittmann y

McCarty, 2001).

El oxígeno es suministrado por: aireación por difusión o aireación mecánica. En el primer caso, el

aire es comprimido y bombeado a través de difusores colocados en el fondo del tanque de

aireación. Las burbujas de aire causan mezclado en el tanque, y al mismo tiempo, el oxígeno en las

burbujas es transferido al agua a través de procesos de transferencia de masa. En la aireación

mecánica, un mezclador mecánico agita la superficie del tanque de aireación, manteniendo los

flóculos en suspensión y generando gotas de agua en donde se lleva a cabo una rápida


38

transferencia de oxígeno del aire al agua (Metcalf y Eddy, 2003; Rittmann y McCarty, 2001;

Ramalho, 1993).

6.4.3 Oxidación Fenton

Los conocidos ensayos de Fenton de fines del siglo XIX demostraron que las soluciones de

peróxido de hidrógeno y sales ferrosas eran capaces de oxidar los ácidos tartárico y málico, y otros

compuestos orgánicos (Fenton, 1984). Más tarde, Haber y Weiss en 1993 sugirieron que se

formaba HO•, por la Reacción 1.

Fe2+ H2O2 → Fe3+ + HO- + HO• Reacción 1

A pH menor a 3, la reacción es autocatalítica, ya que el Fe (III) descompone H2O2 en O2 y H2O a

través de un mecanismo en cadena (Pignatello et al., 1999; Safazadeh et al., 1996):

Fe3+ + H2O2 → Fe-OOH2+ + H+ Reacción 2

Procesos avanzados de oxidación para la eliminación de contaminantes

Fe-OOH2+ → HO2• + Fe2+ Reacción 3

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO- + HO• Reacción 4

HO2• + Fe2+ → Fe3+ + HO2 Reacción 5

HO2• + Fe3+ → Fe2+ + O2 + H+ Reacción 6

HO• + H2O2 → H2O + HO2• Reacción 7

El proceso es potencialmente útil para destruir contaminantes, ya que es muy efectivo para la

generación de HO•, pero un exceso de iones Fe+2, puede atraparlos junto a los halógenos, siendo

el mismo H2O2 el radical perhidroxilo (Hunter, 1997):

HO• + HO2• → O2 + H2O Reacción 8

El proceso Fenton ha resultado efectivo para degradar compuestos alifáticos y aromáticos

clorados, policloruro de vinilos (PCB), nitroaromáticos, clorobenceno, fenoles, fenoles clorados,

octacloro-p-dioxina y formaldehído. Son muy pocos los compuestos que no pueden ser atacados

por este reactivo, entre ellos la acetona, el ácido acético, el ácido oxálico, las parafinas y los

compuestos organoclorados (Bigda, 1995. Se ha aplicado exitosamente el reactivo de Fenton en la

reducción de DQO de aguas municipales y subterráneas y en el tratamiento de lixiviados. Es útil

como pretratamiento de compuestos no biodegradables (Saferzadeh et al., 1996).

Las ventajas del método son varias:


39

El Fe(II) es abundante y no tóxico, el peróxido de hidrógeno es fácil de manejar y

ambientalmente benigno.

No se forman compuestos clorados como en otras técnicas oxidantes, y no existen

limitaciones de transferencia de masa por tratarse de un sistema homogéneo. El diseño de

reactores para la aplicación tecnológica es bastante sencillo (Bigda, 1995).

En contraposición:

Requiere la adición continua y estequiometrica de Fe (II) y H2O2, es decir, necesita una alta

concentración de Fe. Sin embargo, debe tenerse en cuenta siempre que un exceso de Fe

(II) puede causar condiciones para el atrapamiento de HO•, como se ha mencionado, de

acuerdo con las reacciones

HO2• + Fe3+

→ Fe2+ + O2 + H+ Reacción 9

HO• + H2O2 → H2O + HO2 Reacción 10

HO• + HO2• → O2 + H2O Reacción 11

A pH mayor a 5 se genera Fe (III) particulado; si bien se generan así fangos que obligan a su

posterior gestión, es frecuente alcalinizar las aguas al final del proceso con el agregado simultáneo

de un floculante para eliminar el hierro remanente.

En el laboratorio, el agregado del metal se realiza tradicionalmente en forma de sales ferrosas

puras, pero en escalas mayores el uso de éstas se vuelve caro, y normalmente se utiliza

Fe2(NH4)2SO4, que contiene 20% de hierro activo. Los procesos de oxidación avanzada son

especialmente útiles como pretratamiento de un tratamiento biológico para contaminantes

resistentes a la biodegradación o como proceso de postratamiento para efectuar un pulido de las

aguas o lixiviado antes de la descarga a los cuerpos receptores (Scott y Ollis, 1995).

6.5 Descripción del Área de Estudio

El lugar donde se centró la presente investigación es el Relleno sanitario de la ciudad de

Chihuahua México, ubicado geográficamente a 200 m de la calle “Valle del Rosario” y 2 140 m del

kilómetro 6 de la carretera “Chihuahua-Aldama”, en terrenos expropiados al ejido Tabalaopa.

Situado a 3 km. al este de la ciudad de Chihuahua, separado el sitio respecto a la principal mancha

urbana por una barrera natural geográfica, conocida como Sierra de Nombre de Dios. En la base

del predio, se encuentran los cerros llamados Colorados, mientras que al norte, sur y este colinda

con las tierras de uso común pertenecientes al ejido Tabalaopa (ver colindancias en la Figura 4).


40

La ciudad cuenta con condiciones climáticas semiáridas. En esta región se caracterizan por largos

períodos cálidos interrumpidos por cortos períodos de lluvia, con fuertes tormentas ocasionales.

De 1995 a 2005 la zona sufrió una prolongada sequía. La precipitación media anual en el año 2009

fue de 340 mm (Burillo, et al, 2012)

El sitio se encuentra dividido en 2 secciones principales, la nombrada celda 1 que fue puesta en

operación junto con el relleno sanitario en 1993 y que recibió residuos durante los 10 años

siguientes y que a la fecha se

encuentra en proceso de clausura

y la celda 2 la cual inició funciones

en 2010 en sustitución de la celda

1 y que a la fecha continua

operando de la cual se ha utilizado

aproximadamente un 80% de su

capacidad.

El modo de operación de este

sitio, que cabe señalar no cumple

con todas los requisitos de ley,

combina tecnologías del método de trinchera o “zanja” con el método de área, a partir de 1993

recibe todo tipo de residuos sólidos provenientes de complejos urbanos, comerciales y algunos

industriales. Los cuales contienen en menor proporción residuos peligrosos generados en los

hogares, la caracterización de los residuos domésticos del estado de Chihuahua realizada en 2007

revela que 2.83% de los desechos producidos son clasificados como peligrosos (Sandoval et al.,

2007). Además existe la evidencia publicada por el Departamento de Ecología de la administración

2001 al 2004, que en los primero años el relleno sanitario recibió desechos hospitalarios

considerados por la NOM-052-SEMARNAT-2005 como residuos peligrosos biológico infecciosos en

una proporción de 4 toneladas por día. Hasta antes del 2003 en que fuera puesta en vigor la NOM-

083-SEMARNAT-1996 no existió un control de los residuos tanto de manejo especial como

peligrosos que se dispusieron en el relleno sanitario; mismos que hasta el momento forman parte

de la composición de contaminantes del lixiviado.

El agua potable utilizada en la ciudad de Chihuahua por ser una zona árida, proviene escasamente

de fuentes de aprovechamiento superficial y en su mayoría pozos profundos. Los cuales según el

Figura 4 Imagen satelital que muestra las colindancias y la localización del relleno

sanitario de la Cd. de Chihuahua (Fuente: Google earth, 2013)


41

Instituto Nacional para el Federalismo y el Desarrollo Municipal en 2009 se alimentan de una

insuficiente precipitación pluvial de 470 mm anuales.

La extracción de agua de la ciudad se concentra en siete baterías principales, ordenadas por grado

de importancia: El Sauz, Tabalaopa, Aldama, Ojos del Chuvíscar, Sacramento Norte, Sacramento

Viejo y Mancha Urbana. El 95.67% del volumen de agua potable de la ciudad proviene de los pozos

y el otro 4.33% del total del agua consumida es de la presa Chihuahua. (Instituto Nacional para el

Federalismo y el Desarrollo Municipal, 2009). Siendo el manto acuífero de Tabalaopa el de interés

para el presente estudio ya que se presume que pasa bajo del relleno sanitario de esta ciudad. Del

cual se extraen 65.6 hm3 provenientes de 148 aprovechamientos.

Estudios litográficos practicados en la zona de construcción del relleno sanitario reportados por

Huesca et al en 2002 arrojan que es una escasa capa de arcilla de aproximadamente 0.50m la que

sirve como sello de suelo, por lo cual existe la posibilidad de que si los lixiviados llegaran a

atravesar esta capa, no tendrían ninguna dificultad para llegar a una profundidad de 100m donde

se encuentra una capa de material impermeable que presenta fracturas en su conformación, lo

que incrementa el riesgo de contaminación.

Presentándose en la Figura 5 las corrientes hidrológicas superficies y subterráneas del relleno

sanitario, mismas que forman parte del manto acuífero Tabalaopa- Aldama. Dichas corrientes

pudiesen ser contaminadas con lixiviado .

Figura 5:Corrientes hidrológicas presentes en el relleno

sanitario (SIATL,2013)


42

Aunado a estas características de construcción, el tratamiento que en la actualidad se le realiza al

lixiviado del relleno sanitario de esta localidad es la reducción de volumen mediante una laguna de

evaporación ubicada en la parte superior de la celda 1, la cual está siendo insuficiente para la

acumulación de lixiviado que fue generado por la celda 1 y el de la celda 2 que se produce en la

actualidad

Según datos proporcionados por las autoridades municipales encargadas de la operación del

relleno, el volumen generado de lixiviados de la celda 2 en la actualidad es aproximado a 30m3por

día mismos que son depositados en la laguna de evaporación donde se realiza la concentración o

reducción en volumen de lixiviado y su posterior degradación mediante procesos lentos y poco

eficientes de degradación.

Por otra parte, como consecuencia de visitas al Relleno sanitario de la Ciudad de Chihuahua se

observó que este no opera de acuerdo a las condiciones instauradas por la NOM-083 de

SEMARNAT-2003. Percibiendo, como se muestra en Figura 6, que el relleno desde hace tiempo, no

cuenta con la cubierta mínima diaria que esta norma demanda. Esto es, el relleno se encuentra

operando como tiradero a cielo abierto. Lo cual propicia en condiciones extremas la ignición

espontanea de los residuos, además de la fácil percolación del agua de lluvia. Lo que contribuye el

arrastre de mayor cantidad de contaminantes en el lixiviado.

Figura 6:Situación actual del Relleno Sanitario de Cd.

Chihuahua

Por esta situación es importante la caracterización y el desarrollo de tecnología de tratamiento

para el lixiviado generado en el relleno sanitario de la ciudad de Chihuahua, que contribuya en la

mitigación de contaminación de mantos acuíferos superficiales y subterráneos. Así mismo la

remediación de posibles suelos considerados como sitios contaminados.


43

Por ello anteriormente se han realizado investigaciones para caracterizar los lixiviados producidos

en este relleno sanitario obteniendo los resultados presentados en la Tabla 3.

Tabla 3: Caracterización de lixiviados de Relleno Sanitario de Cd. Chihuahua 2002-2010

Parámetro Unidades Chávez, Lozoya, Huesca,

2010 2004 2002

DQO mgL-1 23162.95 19880 NM

DBO mgL-1 955 NM NM

N Kjeldahl mgL-1 2275.56 NM NM

Relación DBO/DQO

0.04 NM NM

ST gL-1 36.85 437.55 NM

SDT gL-1 36.69 762.6 NM

pH

8.11 7.83 NM

Conductividad mSm-1 41.63 30.3 NM

Grasas y Aceites gL-1 NM NM NM

Aluminio mgL-1 11.43 NM NM

Arsénico μg L-1 0.11 0.128 0.045

Bario mgL-1 1.65 NM NM

Berilio mgL-1 NM NM NM

Calcio mgL-1 159.67 33.12 124.4

Cadmio mgL-1 ND 0.08 0.012

Cromo mgL-1 3.09 ND <0.05

Cobre mgL-1 0.41 0.435 0.215

Fierro mgL-1 5.09 25 27.39

Mercurio μg L-1 18.46 0.025 0.227

Manganeso mgL-1 1.01 NM NM

Níquel mgL-1 0.8 2.81 0.214

Plomo mgL-1 NM 0.83 0.314

Selenio μg L-1 2.36 NM NM

Talio mgL-1 NM NM NM

Vanadio mgL-1 NM NM NM

Zinc mgL-1 1.89 5.98 3.408

NM= No medido, ND= No detectado


44

6.6 Normatividad aplicada.

6.6.1 NOM- 001- SEMARNAT-1996.(Modificación 2000)

Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas

residuales en el agua y bienes nacionales y cuyos límites se especifican en Tabla 4.

Tabla 4 Límites máximos permisibles para contaminantes básicos

Parámetro en (mgL-1, a menos que se indique)

Temperatur

a °C

Grasa

s y

aceite

s

Materi

a

Flotant

e

Sólidos

Sedimentabl

es (ml/L)

Sólidos

Suspendid

os Totales

Demand

a

Química

de

Oxigeno

Nitrógen

o Total

Fosfor

o Total

Ríos Uso en

riego

agrícola

P.M

.

N.A. 15

Au

sente

1 150 150 40 20

P.D. N.A. 25 2 200 200 60 30

Uso

público

Urbano

P.M

.

40 15 1 75 75 40 20

P.D. 40 25 2 125 150 60 30

Protecció

n de vida

acuática

P.M

.

40 15 1 40 30 15 5

P.D. 40 25 2 60 60 25 10

Embalses

Naturale

s y

artificiale

s

Uso en

riego

agrícola

público.

P.M

.

40 15 1 75 75 40 20

P.D. 40 25 2 125 150 60 30

Uso

público

Urbano

P.M

.

40 15 1 40 30 15 N.A.

Embalses

Naturale

s y

artificiale

s

P.D. 40 25 2 60 60 25 N.A.

Aguas

Costeras

Explotació

n

pesquera,

navegació

n y otros

usos

P.M

.

40 15 1 150 150 N.A. N.A.

P.D. 40 25 2 200 200 N.A. N.A.

Recreació

n

P.M

.

40 15 1 75 75 15 5


45

Tabla 4 Límites máximos permisibles para contaminantes básicos

Parámetro en (mgL-1, a menos que se indique)

Temperatur

a °C

Grasa

s y

aceite

s

Materi

a

Flotant

e

Sólidos

Sedimentabl

es (ml/L)

Sólidos

Suspendid

os Totales

Demand

a

Química

de

Oxigeno

Nitrógen

o Total

Fosfor

o Total

Estuarios P.D. 40 25 2 125 150 25 10

Suelo Uso en

riego

agrícola

P.M

.

N.A. 15 N.A. N.A. N.A. N.A. N.A.

P.D. N.A. 25 N.A. N.A. N.A. N.A. N.A.

Humedale

s

Naturales

P.M

.

40 15 1 75 75 N.A. N.A.

P.D. 40 25 2 125 150 N.A. N.A.

P.M.= Periodo Mensual, P.D.= Periodo diario, N.A.= No aplica

6.6.2 NOM-004-SEMARNAT-2002 y NORMA 503 EPA.

Concerniente a protección ambiental, lodos y biosólidos. Especificaciones y límites máximos

permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final. La cual clasifica a los

lodos activados en tipo: excelente y bueno en función de su contenido de metales pesados y 3

clases: A, B y C en función de su contenido de patógenos y parásitos. Cuyos límites máximos de

metales se presentan en la Tabla 5.

Tabla 5: Límites máximos permisibles de metales pesados en biosólidos

Contaminante

NOM-004-SEMARNAT-2002 EPA 1996

Excelente (mg kg-1

)

en base seca

Bueno (mg kg-1

)

en base seca

Bueno (mg kg-1

)

en base seca

Arsénico 41 75 75

Cadmio 39 85 85

Cromo 1200 3000 3000

Cobre 1500 4300 4300

Plomo 300 840 840

Mercurio 17 57 57

Níquel 420 420 420

Zinc 2800 7500 7500


46

Dependiendo del tipo de biosólidos que se obtienen se determina el uso posterior que se le puede

dar tal como se muestra en la Tabla 6. Tomando en cuenta las altas concentraciones de metales no

normados para evitar la salinización de suelos, principalmente cuando son de uso agrícola y

forestal. Sin embargo unos metales son utilizados para desplazar a otros y cambiar las condiciones

alcalinas de suelo a acidas, condiciones que favorecen la absorción de nitrógeno por las plantas y

su correcto desarrollo. (Bermejo, 2011).

Tabla 6: Aprovechamiento de Biosólidos

Tipo Clase Aprovechamiento

Excelente A

Usos urbanos con contacto púbico directo durante su aplicación

Los establecidos para B y C

Excelente o bueno B

Usos urbanos sin contacto publico directo durante su aplicación

Los establecidos para C

Excelente o bueno C

Usos Forestales

Mejoramiento de suelo o uso agrícola

6.6.2 NOM-127-SSA-1994.

La Norma Oficial Mexicana 127 de la Secretaria de Salud establece la concentración máxima de

contaminantes en agua potable, de la cual se extrajo la concentración de metales normado y se

presentan en la Tabla 2.

VII. METODOLOGÍA

7.1 GENERALIDADES

El estudio de tesis se dividió en los siguientes pasos:

PASO 1. Se realizaron muestreos de lixiviado en el relleno sanitario de la ciudad de Chihuahua, a lo

largo de varios periodos de tiempo.

PASO 2. Después de cada muestreo se caracterizó el lixiviado y se estudió la variación en la

composición de los lixiviados, comparando la caracterización actual con caracterizaciones

realizadas con anterioridad.

PASO 3. Se Inició con la aplicación de métodos para constituir un tren de tratamiento mediante la

aplicación de métodos fisicoquímicos y biológicos. De la siguiente forma:


47

Etapa 1: Se realizaron dos coagulaciones consecutivas a partir de un coagulante

inorgánico ya que en muchos casos ha sido utilizado como vía de eliminación de

compuestos orgánicos no biodegradables en lixiviados.

Etapa 2: Posteriormente se aplicó una adsorción mediante carbón activado el cual

ha sido utilizado como tratamiento efectivo para la remoción de compuestos

orgánicos recalcitrantes; para de esta forma refinar la carga de contaminantes y

disminuirlos a la mínima concentración posible.

Etapa 3: Se diseñó un reactor biológico discontinuo. El cual se aclimato a diferentes

concentraciones del lixiviado con agua residual sintética. El lixiviado se alimentó

primero de forma cruda, luego se alimentó del resultante de la etapa 2 Etapa

planteada para la remoción de DQO y nutrientes.

Etapa 4: Por último un tratamiento por proceso de oxidación avanzada, el llamado,

Fenton para eliminar contaminantes persistentes de las etapas anteriores y lodos

activados remanentes. Además de reducir el consumo de reactivos y manipular las

condiciones de pH.

Como se esquematiza en la Figura 7

7.2 DISEÑO DEL MUESTREO Y TOMA DE MUESTRA.

Se tomó muestra de lixiviado en diferentes períodos de tiempo: Marzo 2012 y Marzo y Mayo de

2013 en el relleno sanitario de la Ciudad de Chihuahua, México.

Figura 7 Tren de tratamiento propuesto

Coagulación/floculación/

sedimentación. Adsorción

Reactor Biológico

Oxidación Fentón

Dilución


48

Para la caracterización se tomaron muestras del lixiviado del relleno sanitario en los puntos

mostrados en la Tabla 7.

Tabla 7: Ubicación de puntos de muestreo de lixiviado celda 1.

Punto de muestreo Ubicación Lugar

PM1 Latitud 28°42.166’ N y Longitud 106°02.334’ O Canaleta de afloramiento inferior de celda 1

PM2 Latitud 28°41.989’ N y Longitud 106°02.312’ O Canaleta de afloramiento superior de celda 1

PM3 Latitud 28°42.069’ N y Longitud 106°02.275’ O Fosa de evaporación del relleno sanitario.

No obstante, al encontrarse en la zona de muestreo se percató de la existencia de lixiviado

generado por la celda 2. Mismo que es depositado en la laguna de evaporación de celda 1 como se

muestra en la Figura 8, sitio al cual pertenece el PM3

Figura 8: Vertido de lixiviado de celda 2 a la laguna de evaporación.

Es por ello que en una segunda etapa se procedió a la caracterización de la celda 2 en sus puntos

de afloramiento descritos en la Tabla 8

Tabla 8: Ubicación de Puntos de muestreo de lixiviado celda 2

Punto de muestreo Ubicación Lugar

PM1 Latitud 28°42.166’ N y Longitud 106°02.334’ O Punto de Afloramiento inferior de celda 2

PM2 Latitud 28°41.989’ N y Longitud 106°02.312’ O Punto de afloramiento medio de celda 2

PM3 Latitud 28°42.069’ N y Longitud 106°02.275’ O Punto de afloramiento externo de celda 2


49

Las muestras recolectadas fueron preservadas de la forma siguiente:

Cianuros Totales y Sulfuros Totales: Se llevó pH >9 mediante adición de hidróxido de

sodio (NaOH) 10N, y Na2S2O3 2N.

Metales: Se llevó pH<2 mediante la adición de ácido nítrico (HNO3) concentrado.

Nitrógeno Total y DQO: Se llevó pH<2 mediante adición de ácido sulfúrico (H2SO4)

concentrado.

DBO, Conductividad, pH, ST, SDT y OD: Mantener en condiciones originales.

Todas las muestras preservadas fueron almacenadas en refrigeración a 4°C hasta su análisis.

7.3 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL LIXIVIADO

7.3.1 Determinación de pH, conductividad y oxígeno disuelto.

Estas técnicas se realizaron mediante métodos de potenciómetricos, basados en la norma

mexicana vigente de la siguiente forma:

Para el pH se realizó por la NMX-AA-008-SFCI-2000, mediante un medidor de mesa pH/MV

marca Thermo Electron modelo Orion 3-star plus benchtop,

Para conductividad por la NMX-AA-093-SCFI-2000 con un equipo marca Oakton modelo

CON 510

Para oxígeno disuelto mediante la NMX-AA-012-1980 mediante ion selectivo en un equipo

multiparamétrico. Marca Thermo Scientific Orion modelo Star A329

7.3.2 Determinación de Cianuros Totales.

La determinación de cianuros se realizó mediante la normatividad EPA, con el método 9010, el

cual consiste en realizar una destilación con reflujo extrayendo los cianuros en forma de ácido

cianhídrico (HCN) mediante ácidos fuertes como el ácido sulfúrico (H2SO4) y capturando los

vapores mediante el burbujeo en una solución alcalina como el hidróxido de sodio (NaOH) como

se muestra en la Figura 9. El procedimiento consiste en adicionar una cantidad de muestra

preservada a 4 °C y pH > 9 por un lapso no mayor a 7 días, dentro del matraz perteneciente al


50

equipo de destilación. Adicionar 50 ml de ácido sulfúrico (H2SO4) 18N y 20ml de cloruro de

magnesio (MgCl2) y dejar hervir durante 60 minutos.

Adicionar 50mL de hidróxido de sodio (NaOH) 1.25N a un depurador y conectar al equipo de

destilación, propiciar el burbujeo, el cual deberá ser de 2 burbujas por segundo proporcionado por

una bomba peristáltica.

Figura 9: Equipo de destilación de cianuros

7.3.3 Determinación Sulfuros Totales.

La determinación de sulfuros totales fue realizada por el método EPA 9034 – 1996 en el cual se

establecen los procedimientos para la determinación de concentración de sulfuros en muestras

que contengan de 0.2 a 50 mg kg-1. Consistente en extraer los sulfuros mediante una destilación

ácida y atraparlos en depurador de acetato de zinc como precipitado de sulfuro de zinc. El sulfuro

se oxida a azufre mediante la adición de exceso de yodo. Dicho exceso se determina mediante

pruebas titulométricas con una solución de tiosulfato de sodio (Na2S2O3) utilizando como indicador

el almidón.

Para la extracción se colocó un volumen de 100 ml de muestra en un matraz de 3 cuellos y se llevó

a un volumen de 200mL mediante la adición de agua desionizada. El matraz es conectado por un

cuello a un embudo donde se adicionaron 53 mL de ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado, por otro

al suministro de nitrógeno (N2) por medio de un difusor de piedra porosa; y finalmente por el

tercer cuello al depurador donde se adicionaron 10 mL de acetato de zinc (Zn (O2CCH3)2), 5 mL de

formaldehido (CH2O) y 100 mL de agua desionizada. Producto de la experimentación se optó por

que el depurador fuese sumergido en hielo y la parrilla de calentamiento se estabilizara en 70 °C y

agitación de 125 rpm ya que así obtuvo mayor eficiencia en la recuperación del sulfuro. Alcanzada


51

la temperatura de 70 °C se comenzó el goteo de ácido sulfúrico (H2SO4) y se dejó reaccionar por 90

minutos como se observa en la Figura 10

Se extrajo la solución resultante en el depurador y se le agregó una cantidad necesaria de yodo

hasta que el color amarillo ámbar permaneció, esta nueva solución fue titulada con tiosulfato de

sodio (Na2S2O3) 0.025N previamente estandarizado.

Figura 10: Equipo de extracción de sulfuros

7.3.4 Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS

La determinación de DQO se realizó mediante la técnica propuesta por HACH basado en el método

EPA 8000, a través de viales de digestión de un rango de 20-1500mgL-1 al cual se les añaden 2ml de

muestra homogenizada con los reactivos de reacción.

Esta agitación se realiza mediante un movimiento oscilatorio en 10 repeticiones, posterior a esto

se llevaron a digestión por 2 horas a 150°C en un digestor COD Reactor marca HACH, se esperó a

que alcanzaran temperatura ambiente y se procedió a la determinación colorimétrica. Descrita a

continuación.

Determinación colorimétrica. Se utilizó un espectrofotómetro UV-Vis marca HACH modelo

DR/4000 empleando el programa HACH 2720 DQO 1500 mgL-1 con una longitud de onda de 620

nm.

Se elaboró una curva de calibración mediante viales digeridos con la adición de una solución

estándar marca HACH de 1000mgL-1 cuyo certificado de análisis se presenta en el ANEXO A

CERTIFCADO DE ANALISIS DE ESTANDAR DE DQOen diluciones de 10, 25, 50, 75, 100, 150 y 200

mgL-1.


52

Es preciso mencionar que en la determinación de muestras fue necesario realizar diluciones para

ajustar la concentración a la curva definida.

7.3.5 Determinación de ST y SDT

La determinación de Solidos Totales y Solidos Disueltos Totales se realizó en el Laboratorio de

Calidad del Agua de CIMAV. Mediante el método descrito en la norma NMX-AA-034-SCFI-2001. La

cual establece la técnica a seguir para la determinación de estos parámetros en aguas naturales y

residuales.

7.3.6 Determinación de DBO5 y NT

Estos parámetros se determinaron en el Laboratorio de Análisis de Agua y Alimentos de la

Universidad Autónoma de Chihuahua en la Facultad de Ciencias Químicas, con base a la norma

NMX-AA-028-SCFI-2001 para la determinación de DBO5 en aguas naturales, residuales y residuales

tratadas; y a la norma NMX-AA-099-SCFI-2006 para la determinación de nitrógeno en aguas

naturales y residuales.

7.3.7 Determinación de Metales

Los metales analizados fueron determinados por un Espectrofotómetro de Absorción atómica

(AAS) marca GBC modelo Avanta Σ mediante el método de la EPA 7000B Flame Atomic Absorption

Spectrophotometry. La selección de los metales a cuantificar estuvo basada en estudios anteriores

de determinación multielemental por ICP-OES para 27 elementos, los cuales incluyen entre otros,

Arsénico, Aluminio, Bario, Berilio, Calcio, Cromo, Cadmio, Cobre, Fierro, Magnesio, Manganeso,

Níquel, Plata, Silicio, Selenio, Estroncio, Titanio, Talio, Vanadio y Zinc de los cuales fueron

detectados en concentraciones todos con excepción de Estroncio, Silicio, Titanio y Magnesio.

Incluyendo así los metales que establece la NOM-147-SEMARNAT vigente como elementos

normados con excepción de plata ya que esta no fue detectada en el análisis multielemental. Estos

elementos fueron determinados de la forma mostrada en la Figura 11.


53

Figura 11: Métodos determinación de metales

7.4 TRATAMIENTO DE LIXIVIADO.

7.4.1 Etapa I: Coagulación –Floculación/ Sedimentación.

Para esta etapa se empleó coagulante inorgánico POLY + CAT N901 del cual sus especificaciones se

presentan en el ANEXO B HOJA ESPECIFICACIÓN DE COAGULANTE POLY-CAT N 901 CF. Se preparó

una dilución pesando en una balanza 200g del coagulante y diluyéndolo a 1L. La adición de

coagulante se realizó mediante el Método ASTM D 2035 – 80 Standard Practice for Coagulation-

Flocculation Jar Test of Water en 2 fases. Se colocaron 2L de lixiviado en cada jarra, se adicionó la

dosis mostrada dependiendo de la fase que se estaba ejecutando en base a la ¡Error! No se

ncuentra el origen de la referencia. y se colocó en un equipo convencional de prueba de jarras

marca Phipps y Bird modelo PB-700 para 6 jarras en el cual se mantuvo el pH de origen y una

agitación de 120 rpm por un minuto, seguido de 20 min a 20 rpm y finalmente 30 min en reposo

total con la finalidad de permitir la sedimentación del floculo. Como se ilustra en la Figura 12.

Tabla 9: Dosis de Coagulante POLY-CAT-N901-CF

Fase Dosis (mgL-1

) Fase Dosis (mgL-1

)

Primera Fase 8 Segunda Fase 10

El líquido sobrenadante fue extraído y llevado a la siguiente fase o siguiente etapa según fuese el

caso. Se extrajo una alícuota para determinación de DQO y metales en el sobrenadante final y el

resto se pasó a la siguiente etapa. Como se describe en 7.3.4 Determinación de DQO por

espectroscopia UV-VIS y 7.3.7 Determinación de Metales

Espectroscopia de absorción Atomica

Por Flama

Aire- Acetileno Zn, Cd, Cu, Fe, Ni,

Pb , Tl

NO2- Acetileno Al, As, Ba, Be, Ca,

Cr, V

Generador de HIdruros

Por Flama Se

Vapor Frío Hg


54

Figura 12: Lixiviado en tratamiento de coagulación floculación

Se trató de obtener una cantidad suficiente para garantizar el volumen requerido para las

siguientes etapas de tratamiento

7.4.2 Etapa II: Adsorción.

Esta etapa consistió en tomar el producto obtenido de la etapa 1, para el cual se utilizó carbón

activado marca CA CAGR del cual se definen sus características en ANEXO C HOJA DE

ESPECIFICACIÓN DE CARBÓN ACTIVADO CARG 8X30 en una dosis de 50gL-1 el cual se puso en

agitación continua a 60 rpm por 8 horas en parrillas de agitación, concluido el tiempo de agitación

se dejó reposar como se muestra en Figura 13, haciéndose pasar con la ayuda de vacío por una

tela de fieltro de tamaño de poro entre 60 y 140 µm, seguida por un filtro con retención de

partículas de entre 12 y 15 µm. Se tomó una alícuota para determinación de DQO y metales como

se describe en 7.3.4 Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS y 7.3.7 Determinación de

Metales respectivamente El resto se pasó a la siguiente etapa.

Figura 13: Lixiviado en tratamiento con carbón activado


55

7.4.3 Dilución y aclimatación

Debido a que el lixiviado aun presenta concentraciones muy altas de contaminantes fue necesario

diluirlo, utilizando agua residual sintética (ARS) para evitar alteraciones en la composición química

y biológica.

Encontrando viable la mezcla propuesta por Holler y Trösh en 2001 en las concentraciones

mostradas en la Tabla 10 ya que los reactivos que utilizan son de fácil adquisición. La

concentración de lixiviado en ARS; fue aumentando paulatinamente. Con la finalidad de aclimatar

el reactor a las condiciones de este contaminante.

Tabla 10: Composición media del agua residual sintética

Compuesto mgL-1

Dextrosa monohidratada (C6H12O6) 446.107

Extracto de levadura 237.725

Urea(CH4N2O) 129.670

Fosfato dibásico de potasio (K2HPO4) 121.025

Cloruro de Sodio (NaCl) 15.130

Cloruro de Calcio monohidratado (CaCl2 H2O) 8.645

Sulfato de Magnesio hetahidratado (MgSO4 7H2O) 4.322

La dilución de lixiviado en agua residual se modificó dependiendo de la adaptación del reactor con

el lixiviado de la etapa anterior, iniciando en 3% seguido por diluciones de 5,8 y 10%.

7.4.4 Etapa III: Reactor biológico discontinuo (SBR)

El llamado reactor biológico fue diseñado y construido en el taller de CIMAV a partir de piezas

reutilizadas de proyectos anteriores desarrollados en el centro.

Este fue inoculado con una mezcla de 50% lodo y agua residual doméstica, proveniente de la

planta de tratamiento de agua residual norte de la ciudad de Chihuahua. En un volumen de

operación de 20 litros, de los cuales se extrajeron 5 litros al día, mismos que fueron repuestos por

una nueva solución de alimentación. El reactor fue operado 13 horas en fase aerobia y 11 horas en

fase anaerobia controlado con un temporizador de 24 horas de encendido y apagado automático;

para propiciar que ambos tipos de bacterias consuman la materia presente en el lixiviado y

eliminen los contaminantes presentes.


56

Se midieron diariamente parámetros de OD y pH como se describe en Determinación de pH,

conductividad y oxígeno disuelto.7.3.1 Determinación de pH, conductividad y oxígeno disuelto. y

DQO como se enuncia en 7.3.4 Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS.

En lo que respecta a DBO5, NT y metales se midieron en afluente, efluente y reactor como se

describe en y 7.3.6 Determinación de DBO5 y NT y 7.3.7 Determinación de Metales.

Finalmente se caracterizaron los metales en los biosólidos obtenidos durante la operación del

reactor para determinar la concentración presente y su correcta disposición final. Tal como se

establece en 7.3.7 Determinación de Metales.

7.4.5 Etapa IV: Oxidación Química.

Se utilizó una relación molar H2O2/Fe+2=1.5. Los experimentos de oxidación Fenton se llevaron a

cabo a temperatura ambiente (25°C) y presión atmosférica (877 hPa) en una parrilla de

calentamiento y agitación magnética marca Corning modelo 45600 con monitoreo de pH

constante por medio de un medidor de mesa pH/MV marca Thermo Electron modelo Orion 3-star

plus benchtop, el pH fue ajustado a 3 usando una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) 2M. Esta fue

preparada a partir de ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado marca J.T. Baker al 97.7%. La dosis de

Fe+2 fue alcanzada mediante la adición de18.39g de sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4•7H2O)

marca J.T. Baker grado reactivo analítico, enseguida se adicionan 10 ml de una solución de

peróxido de hidrógeno (H2O2) al 30% (p/v) en un solo paso en 500 mL de lixiviado. La agitación se

mantuvo durante 2 horas, al paso de este tiempo se llevó la reacción a un pH > 6 mediante la

adición de una solución de hidróxido de sodio (NaOH) 2M, para detener la reacción ocurrida a

partir de NaOH la agitación se detuvo y se permitió que el hierro oxidado como Hidróxido de

Fierro (Fe (OH)3), precipitara como se muestra en la Figura 14. El líquido sobrenadante fue

separado y una muestra fue tomada para la determinación de DQO y metales como se describe en

7.3.4 Determinación de DQO por espectroscopia UV-VIS y 7.3.7Determinación de Metales

respectivamente.


57

Figura 14: Lixiviado en tratamiento oxidación química


58

VIII. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

En esta sección se presentan los resultados obtenidos en la presente investigación. Iniciando con

la caracterización seguido de la evaluación de los efectos y eficiencia del tren de tratamiento.

8.1 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL LIXIVIADO

Se realizó la caracterización de la Celda 1 que se encuentra en proceso de clausura y de la Celda 2

que al momento está operando. Obteniendo como resultados los mostrados en la Tabla 11

Tabla 11: Caracterización Relleno Sanitario Cd. Chihuahua

Concentración promedio

CELDA 1 CELDA 2

Parámetro Unidades Norma PM1 PM2 PM3 PM1 PM2 PM3

DQO mgL-1

14676 33568 11925 23360 12986 14024

DBO mgL-1

150 324 486 1668 1002 1350 1086

Nitrógeno Total mgL-1

40 1456 3405 1710 1387 1352 1560

Relación DBO/DQO

0.02 0.01 0.14 0.04 0.1 0.1

ST gL

-1 27.3 54.1 23.3 45.9 21.5 20.9

SDT gL-1

26.7 53.6 23.1 45.2 20.8 20.5

pH 8.090 8.170 8.010 8.245 7.851 8.375

Conductividad mSm-1

19.8 21.6 23.0 31.2 22.4 23.0

Cianuros totales mgL-1

1 ND ND ND ND ND ND

Grasas y Aceites mgL-1

15 103 196 781 14.63 13.01 11.16

Sulfuros totales mgL-1

ND ND ND ND ND ND

Aluminio mgL-1

5.55 11.14 1.74 2.5 1.67 1.44

Arsénico ** mgL-1

0.2 ND ND ND ND 1.49 ND

Bario mgL-1

2.79 2.9 1.67 3.07 1.87 ND

Berilio mgL-1

ND ND ND ND ND ND

Calcio mgL-1

287.4 172.3 168.4 128.5 161.85 125.9

Cadmio mgL-1

0.2 ND ND ND ND ND ND

Cromo mgL-1

1 4.15 ND 2.02 2.2 1.52 1.53

Cobre mgL-1

0.4 0.23 0.31 0.12 0.11 0.86 0.14

Fierro mgL-1

30.6 98.81 12.41 32.86 17.89 8.63

Mercurio * μgL- 10 ND ND ND 2.27 1.67 1.46


59

Tabla 11: Caracterización Relleno Sanitario Cd. Chihuahua

Concentración promedio

CELDA 1 CELDA 2

Parámetro Unidades Norma PM1 PM2 PM3 PM1 PM2 PM3

Manganeso mgL-1

2.97 0.86 1.2 1.0 1.09 0.86

Níquel mgL-1

2 ND 1.01 ND 2.37 1.05 0.67

Plomo mgL-1

0.5 0.1 0.2 0.1 ND ND ND

Selenio * μgL-1

1.12 0.51 1 1.87 1.18 1.6

Talio mgL-1

ND ND ND ND ND ND

Vanadio mgL-1

1.00 1.00 ND 1.06 ND ND

Zinc mgL-1

10 1.52 2.74 ND 2.83 2.9 1.02

*Cuantificado por EEA -HG ** Cuantificado por EEA

8.1.1 Características fisicoquímicas de Celda 1

Para la celda 1, se obtuvo una relación DBO/DQO promedio de 0.015, que comparado con Qarani

et al. (2010) se trata de un lixiviado maduro que a su vez Tchobanoglous (1998) lo clasifica en la

etapa de metanogénesis por el valor promedio de DQO que presenta el cual se cuantificó

aproxima a 20 000 mgL-1.

Como se observa en Tabla 11, la concentración de grasas y aceites en lixiviado es superior a la

norma y a otros lixiviados como el de la ciudad de Mérida estudiado en 2009 el cual presenta

concentraciones de 29mgL-1 mientras que el de este caso de estudio exhibe una concentración

media de 360mgL-1 (Méndez et al., 2009)

Los resultados de DQO, NT, sólidos totales, solidos disueltos y metales (con excepción de Fierro y

Aluminio) concuerdan con los obtenidos en caracterizaciones anteriores y más aun con los

determinados por Chávez (2010) en el lixiviado de la ciudad de Chihuahua en esta celda. Como se

muestra en la Tabla 12 observándose que el lixiviado no ha presentado cambios significativos en el

periodo 2002-2013. En lo referente al DBO5 de este estudio, se ve reducida como consecuencia de

la degradación biológica que se ha dado en los últimos años y del envejecimiento paulatino de los

residuos en la celda.


60

Tabla 12: Comparación de lixiviado de la Ciudad de Chihuahua en el tiempo

Parámetro Unidades Este estudio,

2010 a 2004

b 2002

c Desviación

2013 estándar

DQO mgL-1

20057 23162.95 19880 NM ±1846.44

DBO mgL-1

826 955 NM NM ±91.22

N Kjeldahl mgL-1

2190.6 2275.56 NM NM ±60.08

Relación DBO/DQO

0.06 0.04 NM NM ±0.01

Sólidos Totales gL-1

34.87 36.85 437.55 NM ±231.92

Sólidos Disueltos Totales gL-1

34.45 36.69 762.6 NM ±419.75

pH

8.09 8.11 7.83 NM ±0.16

Conductividad mSm-1

21.45 41.63 30.3 NM ±10.12

Grasas y Aceites gL-1

360 NM NM NM -

Aluminio mgL-1

6.14 11.43 NM NM ±3.74

Arsénico μg L-1

ND 0.11 0.128 0.045 ±0.01

Bario mgL-1

2.45 1.65 NM NM ±0.57

Berilio mgL-1

ND NM NM NM -

Calcio mgL-1

209.38 159.67 33.12 124.4 -

Cadmio mgL-1

ND ND 0.08 0.012 -

Cromo mgL-1

3.09 3.09 ND <0.05 0.00

Cobre mgL-1

0.22 0.41 0.435 0.215 ±0.12

Fierro mgL-1

47.27 5.09 25 27.39 ±21.10

Mercurio μg L-1

0.91 18.46 0.025 0.227 ±10.40

Manganeso mgL-1

1.68 1.01 NM NM ±0.47

Níquel mgL-1

0.66 0.8 2.81 0.214 ±1.20

Plomo mgL-1

0.12 NM 0.83 0.314 ±0.50

Selenio μg L-1

0.88 2.36 NM NM ±1.05

Talio mgL-1

ND NM NM NM -

Vanadio mgL-1

0.89 NM NM NM -

Zinc mgL-1

1.68 1.89 5.98 3.408 ±2.42

NM= No medido, ND= No detectado; a

Extraído de Chávez, 2010; b

Extraído de Lozoya, 2004;

c Extraído de

Huesca, 2002.

8.1.2 Características fisicoquímicas de celda 2

La concentración de contaminantes de celda 2 difiere de la celda 1. Se obtiene la concentración de

DQO promedio en 16 790 mg L-1, valor inferior al de celda 1. La relación DBO5/DQO media es de


61

0.08, para lo cual Tchobanoglous (1994), Hester y Harrison (2002) en su clasificación lo determinan

como lixiviado nuevo y la etapa de la celda es de acidogénesis.

En lo concerniente a grasas y aceites, esta celda presenta concentraciones apenas inferiores al

límite máximo de NOM- 001- SEMARNAT -1996 descritos en la Tabla 4, oscilando entre los 11 y los

14 mgL-1 dependiendo del punto de muestreo. Lo cual es un indicativo del tipo de residuos que al

día de hoy se depositan en el relleno.

El lixiviado producido en esta celda presenta concentración de metales similares a la celda 1, con

excepción de casos particulares como el plomo que en los puntos muestreados de la celda 2 no

fue detectado. El fierro por su parte, presenta altas concentraciones en ambas celdas, pero exhibe

variaciones entre los puntos. Llegando en algún punto hasta 98.81 mgL-1.Coincidiendo con la

variación en concentración de fierro que presentan los lixiviados estudiados en varias ciudades del

país tal como se observa en la Tabla 13.

Tabla 13: Características de metales en lixiviados de México

Elemento

(mgL-1

) Chihuahua Méridaa

Veracruzb

Guanajuatoc

Elemento

(mgL-1

) Chihuahua Méridaa

Veracruzb

Guanajuatoc

Aluminio 1.74 NM NM 28.1 Hg ND NM NM ND

Arsénico ND NM NM NM Mg NM NM NM 401.59

Bario 1.67 NM NM NM Mn 1.2 1.28 NM 7.59

Berilio ND NM NM ND Ni ND NM 0.024 3.06

Calcio 168.4 NM NM 603.05 Pb 0.1 0.384 0.089 NM

Cadmio ND 0.01 NM ND Se 1 NM NM 1.7

Cobalto NM NM NM ND Tl ND NM NM NM

Cromo ND 6.98 NM 17.09 V ND NM NM NM

Cobre 2.02 0.302 NM 1.86 Zn ND 5.02 0.398 ND

Fierro 12.41 1022.9 NM 265.86 ND= No detectado NM= No medido

a :Extraído de Méndez et. al., 2001;

b: Extraído de González et. al., 2001

c: Extraído de Barquín et. al.2011

En lo que respecta a valores de pH en lixiviados, se reportan en el rango de 4.5 a 8.2. Méndez et al.

(2009) reportan un pH de 8.3 para el lixiviado de Mérida, González et al. (2001) encontraron el

lixiviado de Veracruz con pH de 7.25 y finalmente el determinado en el lixiviado de Guanajuato en

8.5 (Barquín, et al., 2011). Siendo el lixiviado de la Ciudad de Chihuahua cuantificado en el rango

de 7.8 a 8.3 similar al de los lixiviados de varias ciudades México.


62

Para cianuros y sulfuros en el lixiviado bajo estudio por la técnica de determinación utilizada no

fue detectada su concentración. Asumiendo que el lixiviado no contiene dichos compuestos. Para

los lixiviados estudiados en 5 vertederos sanitarios de Huelva al sur de España con

concentraciones de DQO similares a las del presente caso de estudio, se detectó la presencia de

cianuros en 3 de ellos en concentraciones inferiores a 0.25mgL-1, mientras que para sulfuros estos

fueron detectados en solo uno de los vertederos (Moreno, et al., 2002) deducciones que coinciden

con las de esta investigación.

8.2 TRATAMIENTO

8.2.1 Etapa I: Coagulación Floculación.

Fue analizada la eliminación de DQO a dos diferentes dosis de coagulante. Los resultados

muestran que a mayor cantidad de coagulante la concentración de DQO residual es menor. Sin

embargo, en concentraciones superiores a 20 gL-1 los flóculos no sedimentan. Lo cual coincide con

lo encontrado por Chávez en 2010.Por lo que se decidió aplicar una primera coagulación de 10 gL-1

en la cual se obtienen 100 mL de residuo por litro; seguida por otra de 8 gL-1 donde obtienen 80

mL de residuo por litro de lixiviado tratado y una remoción conjunta de 32% en DQO además de la

remoción de todos los metales presentes con excepción de cobre. Resultando lógico por la sal de

aluminio utilizada como coagulante el aumento en su concentración.

La eliminación de DQO concuerda con estudios realizados en lixiviados de relleno sanitario de la

ciudad de Diyarbakir en Turquía, el cual presentó una concentración de DQO entre 8500–19,200 y

se trató con sales de aluminio. Obteniendo remociones del 36% en DQO (Hasara, et al., 2009),

contexto compatible con el de este estudio.

Se obtuvo un volumen de 8 litros de floculo residual y 32 de lixiviado tratado para ser llevado a la

siguiente etapa; removiendo además de DQO, sólidos suspendidos y diluidos del lixiviado.

8.2.2 Etapa II: Adsorción.

El lixiviado proveniente de etapa I fue tratado con adsorción por carbón activado. Obteniendo

remoción de contaminantes y olor. Debido al proceso de agitación efectuado, el carbón se diluyó

en el lixiviado obscureciéndolo e impidiendo una cuantificación precisa de DQO. La cual

aproximadamente se cuantifico con una remoción de 12%; otros autores han obtenido

remociones más altas con columnas empacadas de carbón activado, ya que así evitan la dilución


63

del carbón en el lixiviado tratado (Rodríguez et al en 2004). Sin embargo, este proceso resultó

eficiente para la remoción de metales al adsorber elementos como Calcio, Molibdeno, Fierro

Níquel, Cromo y reduciendo su concentración en 73, 57, 49, 45 y 43% respectivamente. Resultados

concordantes con los obtenidos al tratar lixiviado en etapa metanogénica donde se eliminaron del

20 al 80% de metales como: Aluminio, Calcio, Cobre, Molibdeno, Níquel, Plomo y Zinc. (Modin et

al., 2011)

El volumen tratado de lixiviado fue de 32 litros de los cuales se obtuvieron 31 como producto y el

litro restante fue adsorbido por en el carbón residual. Además de un total de 1.5kg de carbón

residual.

8.2.3 Etapa III: Reactor Biológico Discontinuo

8.2.3.1 Diseño de reactor discontinuo

El llamado Reactor es un hexaedro regular rectangular cuyo volumen total interior es de 52 L con

dimensiones de 42cm de alto, 27 cm de ancho y 46 cm de largo; construido de acrílico

transparente. Fue dotado a 5 cm de la base de 3 difusores de aire de piedra porosa equidistantes,

de 30 cm de longitud y 2 cm de ancho. Los cuales fueron colocados para disminuir el tamaño de

burbuja y mantener el sistema aireado, en agitación constante y homogenizado. Se le proporcionó

aire por una bomba de 280 L como se esquematiza en la Figura 15. Fue llenado por gravedad de

un tanque a desnivel de 20 litros.


64

Tubería de conexión

0.27

0.46

0.4

2

Válvula

Compresor

Difusor

Entrada de Aire

Figura 15: Diseño de Reactor SBR

La salida del reactor se conectó a un sedimentador cilindro-cono con un volumen de 5.58 L, en las

dimensiones que se observan en la Figura 16 el cual cuenta con una pantalla en donde el efluente

proveniente del reactor colisiona forzando a precipitar los lodos remanentes. El sedimentador se

colocó para recuperar los lodos que no alcanzaran a sedimentar durante la fase anaerobia para

luego ser recirculados.

11

cm

15.33 cm

26

.6 c

m

37

.6 c

m

Purga de Lodos

Efluente

17

.8 c

m

Figura 16 Sedimentador de SBR


65

8.2.3.2 Inoculo y aclimatación.

El reactor fue inoculado con 30L de una mezcla 50% agua-lodo activado proveniente del reactor

biológico de la planta de tratamiento de agua residual norte de la ciudad de Chihuahua (PTAR

norte). El cual fue trasladado de la planta al laboratorio en condiciones de temperatura y presión

ambiental.

El reactor fue alimentado durante el periodo de aclimatación como se muestra en la Tabla 15

controlando el tiempo y así ayudar a la adaptación de los lodos activados a las características del

sustrato. Se optó por hacerlo así para evitar que las condiciones agresivas del lixiviado ocasionaran

la muerte del material biológico contenida en los lodos activados.

8.2.3.3 Operación.

El reactor fue operado durante 14 semanas o 98 días en las condiciones mostradas en Tabla 14 .

Tabla 14 Condiciones de operación del Reactor de Lodos Activados de mezcla completa.

Parámetro Unidad Valor promedio

Volumen L 20

TRH días 4

Carga Orgánica kg DQOT kg SST -1

* d-1

0.844

TRC días 20

pH - 6.9±0.5

Oxígeno

disuelto

Fase Aerobia

mgL-1

5.2±1.09

Fase Anoxica 1.2±0.7

Temperatura o

C 21.6±1.3

Qaire L min-1

4.73

TRH: Tiempo de retención hidráulica TRC: Tiempo de retención celular

El primer día de operación se adicionó al reactor una mezcla de 50% agua residual y lodo activado;

del cual se midieron parámetros de DQO, OD, pH y temperatura.

En los siguientes días el rector fue operado a 20 litros y alimentado con una mezcla de agua

residual sintética mostrada en la Tabla 10 con una cantidad de lixiviado en 3, 5, 8 y 10% en un

volumen de 5 litros. La dosis lixiviado en la mezcla agua residual sintética-lixiviado fue aumentada

paulatinamente como se muestra en Tabla 15 dependiendo de la adaptación del reactor a la dosis

adicionada para propiciar con ello la estabilización de lodos del reactor y evitar la saturación.


66

Tabla 15: Características de alimentación de SBR

Lixiviado Alimentación Reactor Tiempo

Sin lixiviado 100% Agua Residual Sintética 4 días

Sin tratar

3% Lixiviado 6 días




Etapa I




Etapa II 8% Lixiviado 16 días


El volumen de extracción diario del sistema fue equivalente al de alimentación de 5 litros y fue

sustituido antes del cambio de proceso anoxico a aerobio. Con base a las recomendaciones

realizadas por Ewa et al en 2007, quienes luego de experimentar la combinación de diferentes

tiempos en sistema aerobio-anoxico para el tratamiento de lixiviados en un reactor secuencial por

lotes, comprobaron que al prolongar el tiempo del ciclo aerobio se aumenta la remoción de

nutrientes del lixiviado, en particular la eliminación de nitrógeno. Por lo tanto decidió el tiempo de

operación del proceso aerobio y anoxico; de 13 y 11 horas respectivamente.

En el reactor biológico secuencial discontinuo se eliminó hasta el 90% en DQO llevando

concentraciones de 5 700mgL-1 a 400 mgL-1 aproximadamente. La remoción de Nitrógeno total se

obtuvo del 57% pasando concentraciones de 334 a 159 mgL-1 y DBO5 de 90% llevando la

concentración de 570 a 48 mgL-1. En lo que respecta a los metales se removió en 97% de Aluminio,

27% de Calcio, 58% Manganeso y 87% Zinc además cabe mencionar que el Níquel se eliminó en su

totalidad. Todos estos resultados similares a los de Sirianuntapiboon y Ungkaprasatcha (2007).

8.2.3.4 Caracterización de lodos residuales del reactor biológico.

La Tabla 16 muestra las concentraciones de los metales en los lodos de desecho. Estos son

comparados con la NOM-004- SEMARNAT-2002, la cual establece la disposición y el uso posterior

de los lodos. Observándose que al menos para los metales normados su concentración en lodos se

encuentran por debajo de los límites máximos permisibles. Al no haber realizado la caracterización

de patógenos en biosólidos se determina que son de clase C, para lo cual comparando con la Tabla

6 su aprovechamiento se puede dar para el mejoramiento de suelos principalmente agrícolas o

forestales. Sin embargo, los lodos se encontraron ricos en Calcio, Fierro y Aluminio, metales que al


67

formar sales contribuyen a la salinización de los suelos y su posible absorción en plantas al

sustituir a los nutrientes. En el caso del calcio el suelo se alcaliniza. No obstante, las

concentraciones altas de hierro sirven para disminuir el pH y favorecer la asimilación de

micronutrientes por las plantas (Bermejo, 2011).

Tabla 16: Caracterización de metales en lodos de reactor biológico

Límites de NOM-004-SEMARNAT-2002

EPA

1994

Elemento Unidades Concentración

Promedio

Excelente (mg kg-1

)

en base seca

Bueno (mg kg-1

)

en base seca

Concentración limite

base seca (mg kg-1

)

Aluminio mg kg-1

45.34

Arsénico mg kg-1

ND 41 75 75

Bario mg kg-1

3.63

Berilio mg kg-1

ND

Calcio mg kg-1

234.80

Cadmio mg kg-1

ND 39 85 85

Cromo mg kg-1

1.74 1200 3000 3000

Cobre mg kg-1

2.41 1500 4300 4300

Fierro mg kg-1

56.41

Mercurio μg kg-1

6.696 17 57 57

Manganeso mg kg-1

0.51

Níquel mg kg-1

0.39 420 420 420

Plomo mg kg-1

0.56 300 840 840

Talio mg kg-1

ND

Vanadio mg kg-1

ND

Zinc mg kg-1

5.14 2800 7500 7500

8.2.4 Etapa IV: Oxidación Quimica.

La oxidación química aplicada al lixiviado proveniente de la etapa III fue del tipo Fenton Se realizó

el tratamiento en base a la revisión bibliográfica y las pruebas ejecutadas en el lixiviado en

estudios anteriores. Obteniendo una remoción de DQO de 86%, eliminando en su totalidad Cobre

y Zinc, 96% de Aluminio, 79% de Calcio, 51% en Fierro (esto a pesar de la adición de sal de Fierro

para el tratamiento) y 17% de Manganeso. Aunado a una disminución considerable de color en el

lixiviado como se muestra en la Figura 23. En lo concerniente a la eliminación de DQO el resultado

obtenido concuerda con lo obtenido en estudios realizados en el lixiviado de Mérida, México


68

donde se sometió el lixiviado a un tratamiento de oxidación Fenton en condiciones similares a este

estudio obteniendo remociones del 77.4% (Méndez et al., 2009)

La remoción de DQO coincide con el sistema de Méndez et al. (2009) quienes obtuvieron

remociones de 78% en lixiviados que fueron tratados a pH y tiempos de reacción similares a los

experimentados.

8.2.5 Comportamiento del tratamiento completo.

Para evaluar la eficiencia del tratamiento, las 4 etapas se dividieron en 2 fases. La 1 comprende la

etapa I y II y la 2 la etapa III y IV. Esta clasificación se realizó debido a que en la primera fase el

lixiviado se sometió al tratamiento “crudo”, es decir, sin diluir. En tanto que en la fase 2 el lixiviado

fue diluido con agua residual sintética. Y sus porcentajes de remoción acumulados no pueden ser

determinados directamente.

8.2.5.1 Remoción de DQO.

Fase 1: En esta fase comprendida por la etapa de coagulación-floculación/sedimentación y

la etapa de adsorción, se obtuvo una remoción acumulada de DQO de 41%.Llevando la

concentración de 11 925 mgL-1 a 7 870 mgL-1. como se observa en la Figura 17. Lo cual

representa una disminución de contaminantes en el lixiviado.

Figura 17:Gráfica de Remoción de DQO Fase 1

44.06%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Concentración Inicial CoaguaciónFloculación

Adsorción

Re

mo

ció

n

Co

nce

ntr

ació

n

Remoción DQO Fase I

Concentración(mgL-1)

% Remoción

% RemociónAcumulada


69

Fase 2. En esta fase comprendida por la dilución- reactor biológico secuencial y el proceso

de oxidación avanzada se redujo la cantidad de DQO en un 95%, reduciendo la

concentración de alimentación del reactor biológico secuencial; la cual en promedio fue

de 1 780 mgL-1 a una de 86 mgL-1. Como se observa en la Figura 18.Dándose con este

proceso una evidente disminución de carga contaminante

Figura 18: Gráfica Remoción de DQO en Fase 2

8.2.5.2 Remoción de DBO5 y NT

La remoción de DBO5 y NT fue medida en el reactor Biológico. Obteniendo remociones de 92% y

52% respectivamente como se aprecia en la Figura 19. Llevando la concentración de nitrógeno

total de 334.5 mgL-1 a 159.6 mgL-1. En lo que respecta a DBO5 se llevó la concentración de 528 mgL-

1 a 41.4 mgL-1. Resultados comparables con los obtenidos en otros estudios en los que se han

logrado remociones de 57% en nitrógeno total (Wei Lim et al., 2012) y 90% en DBO5 (Renou et al.,

2008) a través de reactores biológicos para tratamiento de lixiviado.

0%

95%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Fase I Reactor biológico Oxidación FentonR

em

oci

ón

Co

nce

ntr

ació

n (

mgL

-1)

Remoción DQO Fase II

Concentración(mgL-1)

% Remoción

% RemociónAcumulada


70

Figura 19: Gráfica Remoción de DBO5 y Nitrógeno Total en Fase 1

8.2.5.3 Remoción de Metales.

La tabla muestra el comportamiento de los 17 metales medidos a lo largo del tratamiento

observándose claramente la remoción de metales en la Tabla 17.

Tabla 17: Concentración de Metales en Tratamiento.

ELEMENTO

CONCENTRACIÓN PROMEDIO

UNIDADES CONCENTRACIÓN

INICIAL

FASE I FASE II

ETAPA 3 ETAPA

4 ETAPA

1

ETAPA

2

Afluente

Reactor Reactor

Efluente

Reactor

Aluminio mg L-1

1.33 15.30 8.20 0.73 7.08 0.24 0.317

Arsénico mg L-1

ND ND ND ND ND ND ND

Bario mg L-1

0.824 0.26 1.29 ND ND ND ND

Berilio mg L-1


Calcio mg L-1

123.08 83.05 33.45 28.35 48.45 30.45 5.25

Cadmio mg L-1


Cromo mg L-1

1.75 1.66 0.99 0.11 0.38 ND ND

Cobre mg L-1

0.10 0.10 0.21 0.03 0.65 0.02 ND

Fierro mg L-1

8.09 7.74 4.42 0.13 5.54 ND 3.98

Mercurio μg L-1

4.06 12.187 ND ND 2.07 ND ND

Manganeso mg L-1

0.72 0.58 0.31 0.12 0.24 0.13 0.26

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0

100

200

300

400

500

600

Nitrógeno Total DBO5

Re

mo

ció

n

Co

nce

ntr

ació

n (

mgL

-1)

Remoción DBO5 y NT

Afluente deReactor

Efluente deReactor

52%

90%


71

Tabla 17: Concentración de Metales en Tratamiento.

ELEMENTO

CONCENTRACIÓN PROMEDIO

UNIDADES CONCENTRACIÓN

INICIAL

FASE I FASE II

ETAPA 3 ETAPA

4 ETAPA

1

ETAPA

2

Afluente

Reactor Reactor

Efluente

Reactor

Níquel mg L-1

0.56 0.53 0.29 ND 0.19 ND ND

Plomo mg L-1


Talio mg L-1


Vanadio mg L-1


Zinc mg L-1

1.32 1.21 1.39 ND 1.33 ND ND

ND= No detectado.

La Figura 20 muestra la concentración de metales en la primera fase del tratamiento, describiendo

como estos se fueron removiendo en estos tratamientos. Seguido de la Figura 21 que muestra la

concentración de los elementos remanentes en el lixiviado en cada una de las etapas y como estos

fueron removidos a lo largo del tratamiento. En el cual se eliminaron por completo Bario, Cromo,

Cobre, Níquel y Zinc además de remociones de 96% Aluminio, 79% Calcio, 51% Fierro y 17%

Manganeso.

Mediante experimentos realizados en lixiviado con tratamientos fisicoquímicos y biológicos se han

obtenido eliminaciones de metales. En uno de ellos se combinó un proceso biológico en un reactor

SBR, adsorción con carbón activado y zeolita, flotación y oxidación fenton obteniendo como en

este caso remociones totales de Cromo, Zinc, Cadmio y Níquel (Cotman y Zgajnar, 2010).


72

Figura 20: Comportamiento de metales en Fase 1

Figura 21: Comportamiento de metales en Fase2

8.2.5.4 Remoción de color

Como se muestra en la Figura 23 el tratamiento resulto eficiente para la remoción de color,

haciendo una comparación entre el lixiviado sin tratar mostrado en a) de la Figura 23 donde se

observa una coloración muy obscura del lixiviado, la cual se ve degradada en b) de la Figura 23, el

lixiviado que pertenece al afluente del reactor seguido por c) de la Figura 23 que es el producto

inicial de la oxidación Fenton al término de la reacción y finalmente el d) de la Figura 23 que

corresponde al producto final de la reacción Fenton que se ha dejado sedimentar por 2 h. Este

resultado coincide con resultados obtenidos en el tratamiento del lixiviado de la ciudad de Pasto,

Colombia mostrado en la Figura 22, el cual mediante procesos de oxidación química lograron la

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

Ba Cr Cu Hg Mn Ni Zn

Co

nce

ntr

ació

n (

mgL

¯¹)

Elemento en baja concentración

Concentración inicial

ETAPA 1: Coagulación-FloculaciónETAPA 2: Adsorción

0102030

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

CaAl

Fe

Co

nce

ntr

ació

n (

mgL

¯¹)

Elemento en alta concentración

Concentración Inicial

ETAPA 1: Coagulación-FloculaciónETAPA 2: Adsorción

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Cr Cu Hg Mn Ni Zn

Co

nce

ntr

ació

n

Elemento en baja concentración

ETAPA 3 AfluenteReactor

ETAPA 3 Reactor

ETAPA 3 EfluenteReactor

ETAPA 4

0

10

20

30

40

50

CaAl

Fe

Co

nce

ntr

ació

n

Elemento en alta concentración

ETAPA 3 AfluenteReactor

ETAPA 3 Reactor

ETAPA 3 EfluenteReactor

ETAPA 4


73

remoción de color como se muestra en la como se obtuvo en la presente investigación (Galeano et

al., 2011).

Figura 22:Remoción de color por oxidación química

(Galeano et al.,2011)

a) b) c) d)

Figura 23: Comportamiento del color de lixiviado en

tratamiento completo

8.2.6 Ventajas y desventajas del tratamiento propuesto.

El tratamiento coagulación /floculación/ sedimentación-adsorción, dilución-reactor biológico,

oxidación química presenta como principal ventaja la remoción de contaminantes en lixiviados

que presentan características de un lixiviado maduro o viejo cuyas concentraciones de DQO

exceden valores de 20000mgL-1cuyas características dificultan la eliminación de contaminantes por

sistemas de tratamiento convencionales (Tchobanoglous, 1998).

Por otra parte, es un tratamiento que se puede realizar en un lapso corto de tiempo y que

demanda de poco espacio para su operación comparado con tratamientos convencionales como

el reciclaje, recirculación, lagunas de evaporación, el tratamiento mezclando con aguas residuales,

entre otros (Renou et al., 2008).

Comparado con estos tratamientos convencionales el método planteado presenta como

desventaja un mayor costo de implementación y operación, tanto de infraestructura, equipo como

de consumo de reactivos. Sin embargo por la alta carga de contaminantes este método resulta ser

una de las alternativas de tratamiento con mayor viabilidad (Renou et al., 2008).

FeSO4/H2O2


74

IX. CONCLUSIONES

La caracterización fisicoquímica del lixiviado de celda 1 del relleno sanitario de la ciudad

de Chihuahua no presenta cambios evidentes con respecto a las caracterizaciones

realizadas en años anteriores.

Tomando como referencia publicaciones de Tchobanoglous en 1998 la relación DQO/DBO5

de celda 1 del relleno sanitario se encuentra en una etapa de maduración siendo un

lixiviado viejo. Mientras que el de celda 2 se encuentra en la etapa de acidogenesis y es

catalogado como un lixiviado nuevo.

Los metales que se determinaron en los lixiviados durante su caracterización no se

encuentran en concentraciones excedidas a la NOM-001-SEMARNAT-1996; con excepción

del Cromo que en ambas celdas excede la normatividad y que puede llegar a ocasionar

afecciones oncológicas a la salud humana. Sin embargo a través del tratamiento

planteado, se redujo la concentración de cromo llevándola por debajo de norma.

Los metales encontrados en mayores concentraciones son de Calcio y Fierro. Las cuales

son producto de las características típicas de los residuos depositados en el relleno

sanitario. Para el caso del Fierro ingerirlo en altas concentraciones puede ocasionar en

largos periodos de exposición una falla multiorgánica mientras que el Calcio ocasiona

Hipercalcemia, la cual origina daño renal al Ser Humano.

Según la experimentación realizada el tratamiento propuesto: coagulación /floculación/

sedimentación, adsorción, dilución-reactor biológico y oxidación química, resulto

adecuado para remover DQO, DBO5 y algunos metales del lixiviado establecidos por la

NOM-001-SEMARNAT- 1996 como contaminantes. Llevándolos a concentraciones por

debajo de los límites máximos permisibles para ser descargados en aguas y bienes

nacionales.

El tratamiento coagulación /floculación/ sedimentación-adsorción, dilución-reactor

biológico, oxidación química planteado presenta la ventaja de remover contaminantes en

lixiviados que por su elevado contenido de DQO (>20000mgL-1) son difícilmente

eliminados por otros tratamientos. No obstante presenta como principal desventaja un

costo elevado de operación.


75

X. RECOMENDACIONES

Realizar la dilución del lixiviado al inicio del tren de tratamiento para evaluar la eficiencia

global del proceso ya que en este proyecto se realizó la dilución al termino dela primer

fase; lo cual ocasionó que el tratamiento fuese continuo. Por lo cual no se pudo evaluar la

remoción total de contaminantes.

Someter el reactor biológico a concentraciones más altas de DQO para evaluar su máxima

capacidad de asimilar contaminantes.

En la etapa II o etapa de adsorción, incorporar el carbón activado mediante una columna

empacada para evitar su fragmentación y la consecuente dilución de carbón en lixiviado.

La cual resulta al adicionarlo en suspensión.

Caracterizar los parámetros establecidos en la NOM-001-SEMARNAT-1996 que no han sido

determinados hasta el momento para el lixiviado del relleno sanitario de la ciudad de

Chihuahua como lo son: fosfatos, solidos sedimentables y materia flotante.

Realizar un análisis económico del tratamiento planteado: coagulación /floculación/

sedimentación-adsorción, dilución-reactor biológico, oxidación química y compararlo con

tratamientos tradicionales.


76

XI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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83

ANEXO A CERTIFCADO DE ANALISIS DE ESTANDAR DE DQO


84

ANEXO B HOJA ESPECIFICACIÓN DE COAGULANTE POLY-CAT N 901 CF


85

ANEXO C HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE CARBÓN ACTIVADO CARG

8X30

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Tratamiento Fisicoquímico y biológico de lixiviado del Relleno Sanitario de … · 2016-10-31 · En fin, un agradecimiento a cada una de las personas que hicieron posible la realización