CAPÍTULO 3 GENERACIÓN Y CONTROL DE LIXIVIADOS

CAPÍTULO 3
GENERACIÓN Y CONTROL DE LIXIVIADOS
3.1 GENERALIDADES
Como ya se mencionó en el capítulo 2 del presente documento, en el relleno sanitario se
presentan diversos cambios biológicos, químicos y físicos. Los cambios químicos
importantes que se presentan dentro del relleno sanitario son la disolución y la suspensión
de materiales del relleno y conversiones biológicas de los productos en los líquidos
percolándose a través de los residuos; la evaporación y vaporización de compuestos
químicos y el agua dentro del biogás; la absorción de compuestos orgánicos volátiles y
semivolátiles dentro del material del relleno; la deshalogenización y descomposición de los
compuestos orgánicos, y la óxido-reducción que afecta a los metales y a la solubilidad de
las sales metálicas.
La disolución de los productos de la conversión biológica y de otros compuestos,
particularmente de los compuestos orgánicos, dentro del lixiviado es de vital importancia
porque estos materiales pueden ser transportados fuera del relleno junto con el lixiviado.
Estos compuestos orgánicos pueden ser subsecuentemente liberados hacia la atmósfera a
través del suelo donde el lixiviado tiende a moverse sin una dirección fija, o a partir de
lixiviados que no han sido tratados.
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Además del movimiento del biogás presente en el relleno sanitario, el agua que entra en el
relleno acelera la producción de dicho biogás y, por otro lado contribuye a la formación de
lixiviado cuando está presente en exceso. Otro factor físico considerado dentro de un
relleno sanitario es el desplazamiento del lixiviado. Cuando éste emigra hacia abajo,
arrastra consigo compuestos y otros materiales depositándolos en lugares donde podrían
reaccionar. El lixiviado ocupa los poros dentro del relleno sanitario y puede interferir con la
emisión del biogás.
Como ya se mencionó, el agua que penetra a través del relleno sanitario pasando también
por los residuos sólidos que están en proceso de descomposición, tanto los constituyentes
químicos como los biológicos se disuelven en la solución. Un lixiviado puede ser definido
como un líquido que se ha filtrado a través de residuos sólidos y tiene materiales
suspendidos, o disueltos. En todos los rellenos sanitarios el lixiviado está compuesto del
líquido que ha entrado a dicho relleno, como agua de drenaje o agua de lluvia o agua
subterránea y del líquido producido a partir de la descomposición de los residuos.
La composición química del lixiviado puede variar dependiendo de la edad del relleno
sanitario y de los eventos que precedan al muestreo de los mismos. Si el lixiviado es
muestreado durante las primeras fases de descomposición, el pH será bajo y la
concentración de DBO5, COT, DQO, nutrientes y metales pesados será alta. Por otro lado,
si se realiza el muestreo durante las fases finales de descomposición, las condiciones serán
a la inversa. El pH del lixiviado no solo dependerá de la concentración de ácidos presente
sino también de la presión parcial del bióxido de carbono en el biogás producido que está
contacto con el lixiviado.
La biodegradabilidad del lixiviado variará con el tiempo. Los cambios en la
biodegradabilidad pueden ser monitoreados revisando la relación DBO5/DQO.
Inicialmente, estas relaciones estarán dentro de un rango de 0.5 y más. Los valores de 0.4 a
0.6 indican que la materia orgánica en el lixiviado es fácilmente biodegradable. Conforme
pasa el tiempo, los valores de las relaciones son de entre 0.05 y 0.20, indicando el
contenido de ácidos húmico y fúlvico los cuales no son fácilmente biodegradables. Debido
a tales características, el diseño de los sistemas de tratamiento es complicado.
En condiciones normales, el lixiviado se encuentra en el fondo del relleno sanitario. En
rellenos sanitarios con paredes porosas, el lixiviado tiende a moverse hacia abajo fuera de
los límites de dichos rellenos dependiendo también del material circundante a los rellenos.
Debido a este movimiento se le da gran importancia a los constituyentes encontrados en el
lixiviado. Por lo cual, los mecanismos utilizados para atenuar sus constituyentes son la
filtración mecánica, la precipitación y coprecipitación, el intercambio iónico, el
intercambio gaseoso, la dilución y dispersión y la actividad microbiana.
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Conforme el lixiviado se infiltra hacia los estratos del subsuelo que están por debajo del
relleno sanitario, muchos de los compuestos químicos y biológicos del lixiviado serán
removidos por la acción filtrante y absorbente del material que constituye dicho estrato.
3.2 GENERACIÓN DE LIXIVIADOS
La generación esperada de lixiviados, se estima mediante la realización de un balance
hídrico en el relleno sanitario. En este balance, se consideran la humedad intrínseca de los
residuos, la precipitación promedio de la región, la producción de biogás y el porcentaje de
recirculación de lixiviados, entre otros factores. Los resultados obtenidos se muestran en
las siguientes tablas y gráfica.
Tabla 3.1
Producción de Lixiviados (kg/m2 de
relleno sanitario)
Año
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
Lixiviados
307.3788
648.0040
340.6252
340.6252
340.6252
340.6252
340.6252
363.5640
565.8336
327.3959
327.3959
327.3959
327.3959
327.3959
522.8606
331.2962
331.2962
331.2962
Año
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
2034
2035
Lixiviados
331.2962
331.2962
314.1278
303.4503
302.9231
302.5057
302.1311
301.7725
301.4275
301.0932
300.7669
300.4457
300.2933
300.3002
300.3002
300.3002
300.3002
300.3002
Fuente: SEPSA
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Tabla 3.2
Producción de Lixiviados (kg/m2 relleno
sanitario)
Período
1 (Etapa 1)
2 (Etapa 2)
3 (Etapa 3)
4 (Etapa 4)
5 (Año 19)
6 (Año 20)
7 (Año 21)
8 (Año 22)
9 (Año 23)
10 (Año 24)
11 (Año 25)
12 (Año 26)
13 (Año 27)
14 (Año 28)
15 (Año 29)
16 (Año 30)
17 (Año 31)
18 (Año 32)
19 (Año 33)
20 (Año 34)
21 (Año 35)
Producción total de
lixiviados
307.3788
2282.1891
1830.1431
2037.4713
217.5802
340.8069
322.7569
314.1278
307.1478
303.9333
303.4503
302.9231
302.5057
302.1311
301.7725
301.4275
301.0932
300.7669
300.4457
300.2933
300.3002
Fuente: SEPSA
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Año de Inicio de Operaciones: 2000
Porcentaje de Recirculación: 0.00
Número de Etapas:
4
Año de Clausura: 2019
2,500
2
Lixiviados (litros/m )
2,000
1,500
1,000
500
0
2000
2005
2010
Producción total anual de lixiviados
2015
2020
2025
2030
2035
Año
Producción total periódica de lixiviados
Figura 3.1. Producción anual y periódica de lixiviados
3.3 CRITERIOS DE DISEÑO
El sistema de recolección de lixiviados está diseñado con base en los resultados
presentados en el apartado anterior, para la condición más crítica, que se presentaría en el
último año de operación del relleno sanitario, y construido para recolectar y conducir los
lixiviados a la laguna de evaporación del relleno sanitario.
Para el diseño y construcción del sistema de recolección de lixiviados, se debe considerar
lo siguiente:
Área de recolección.- Drenaje que cubre el revestimiento y ayuda a la recolección de
lixiviados.
Colectores laterales.- Tubería que drena la recolección del área.
Diseño de fosa o laguna de lixiviados.- Es el punto en donde se concentran para su
evaporación los lixiviados.
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Sistema de bombeo.- Para llevar los lixiviados que no se alcanzaron a evaporar en la laguna
y antes de que alcancen el nivel de bordo libre de la laguna.
Estos componentes deben diseñarse para manejar mayores flujos de lixiviados asociados
con las operaciones iniciales y para resistir problemas, tales como la obstrucción, que
puede destruir la capacidad de flujo del sistema a largo plazo.
Recolector de área
El colector de área, cubre la superficie de la membrana de revestimiento y lixiviados
recolectados. El sistema de colector de área se construye comúnmente con una capa de
arena de menos de 30 cm con una conductividad hidráulica mayor a 10–2 cm/seg.
Recolección lateral
En general, el límite máximo de líquido lixiviado es de 30 cm, sobre el revestimiento, no se
alcanza con la instalación del colector de área, por lo que se instalarán los colectores
laterales. Estos colectores son en general, tubos perforados que dirigen los lixiviados a la
fosa en donde se remueven del relleno. Durante la operación del relleno, los lixiviados
pasarán a través del colector de área, dentro de los colectores laterales y drenan hacia la
fosa o laguna en donde se removerán del relleno.
El espacio de los tubos de recolección lateral depende de la permeabilidad del colector, la
inclinación del revestimiento, y la tasa de flujo de los lixiviados. Se debe disminuir la
permeabilidad y cerrar los espacios entre los tubos. La inclinación de los recolectores
laterales deberá ser mayor al 2.0 % para adquirir una velocidad de flujo adecuada que
ayude a su vez a limpiar los tubos y a asegurar que los sedimentos originados por el peso de
los desechos no regresen sobre la inclinación del tubo.
El espacio horizontal de los tubos recolectores y la cantidad de milímetros de precipitación
por minuto, deberán estar basados en las condiciones reales de operación; a un tiempo de
24 horas, considerando la probabilidad de tormentas en 15 años, que generará una presión
excesiva sobre el revestimiento durante la presentación de estos eventos.
Fosa o laguna de lixiviados
Como se mencionó anteriormente, la fosa o laguna de lixiviados, es el punto donde se
concentran y construido para evaporar los lixiviados. Comúnmente, el sistema de
revestimiento se localiza en un área de depresión para crear la fosa o laguna, para abatir
costos por excavaciones o movimientos de tierra, éste no es el caso. El área de la laguna o
fosa se diseñó revestida con una capa de geomembrana de polietileno de alta densidad de
1.5 mm, la llegada del lixiviado es por gravedad por tuberías con dos opciones según se
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describen más adelante (obstrucción biológica), con un tubo de 10 cm de diámetro
conectado con el cárcamo de bombeo, en la cota de descarga de 829.92 m; por lo que
cuando el nivel de lixiviado esté 60 cm abajo del nivel de descarga de la laguna (bordo
libre de 60 cm), se deben drenar o recircular los lixiviados al relleno (las capas terminadas),
empleándose:
Sistema de bombeo de lixiviados
El lixiviado proveniente de la laguna de evaporación se descargará a un cárcamo de sección
cuadrada de 1.50 m por 2.0 m de profundidad con muros de 15 cm de espesor de concreto
de f’c = 200 kg/cm2 reforzado con varillas del Nº 5 a cada 15 cm en ambas direcciones, en
el que se instalará una bomba sumergible de 8 HP con electroniveles para arranque y paro
automático, mismos que se definirán de acuerdo a las condiciones de operación, la bomba
estará conectada a una manguera de descarga de PVC de 50 mm de diámetro misma que
conducirá los lixiviados a las capas terminadas.
Obstrucción biológica
El crecimiento de organismos biológicos sobre el drenaje de arena puede causar la
obstrucción del sistema de recolección de lixiviados. Esta obstrucción afecta directamente
al revestimiento disponible para mantener una presión hidráulica de menos de 30
centímetros. El crecimiento biológico se puede dar por un alto nivel en la demanda
bioquímica de oxígeno de los lixiviados que se remueven. Este crecimiento no ataca
directamente al revestimiento o al drenaje, sin embargo, obstruye los elementos del drenaje.
La obstrucción del sistema de recolección de lixiviados se puede reducir usando piedra de
grava alrededor de los tubos de recolección. No se recomienda utilizar geotextiles alrededor
de los tubos de recolección. Para el caso particular se recomiendan dos opciones cuya
diferencia estriba en:
♦
♦
Opción 1: Tubería de PVC ranurada de 10 cm de diámetro cubierta con grava en una
zanja de 60 cm de ancho, y
Opción 2: Tubería multi-flow de 15 cm o 30 cm de alto en una zanja de 10 cm de
ancho.
Por costos y sistemas constructivos la opción dos es mejor que la uno, sin embargo está
sujeto a disponibilidad y/o tiempos de entrega del material (multi-flow).
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3.4 CONTROL DE LIXIVIADOS
Los lixiviados infiltrados a través de las capas de los diversos estratos se removerán por
acción de filtración y adsorción de los constituyentes químicos y biológicos en los diversos
materiales que componen los estratos del suelo.
Un sistema de control para los lixiviados, es la distribución de capas de arcilla utilizadas
como material de protección, está permite reducir favorablemente los líquidos filtrados de
los lixiviados a través del relleno. La arcilla es un material que favorece la capacidad de
absorción y retiene muchos de los constituyentes químicos encontrados en los lixiviados.
Sin embargo, existe un método compuesto de la combinación de geomembranas y arcilla,
que ofrece mayor resistencia a los movimientos de los gases y de los lixiviados.
Este método combinado, tiene el objetivo de minimizar la infiltración de lixiviados en la
superficie del suelo y de eliminar potencialmente la contaminación de los mantos freáticos
y las aguas subterráneas.
El sistema de control de lixiviados contará con impermeabilización de plantillas y taludes
con geomembrana HDPE, un sistema de ductos y canales para conducir estos líquidos
percolados por gravedad hacia la laguna de lixiviados, los cuales serán evaporados y en su
caso recirculados hacia el relleno sanitario.
El manejo de los lixiviados cuando estos están presentes en un relleno sanitario, consiste en
eliminar el potencial de contaminación de los acuíferos. Las alternativas para el manejo de
los lixiviados podrían ser:
♦
El recirculado del lixiviado. Durante las primeras etapas de operación del relleno
sanitario el lixiviado contiene cantidades significativas de DBO5, DQO, nutrientes y
metales pesados. Cuando el lixiviado es recirculado, los constituyentes son atenuados
por la actividad biológica y por las reacciones químicas que se presentan en el relleno.
Por ejemplo, los ácidos orgánicos simples son transformados a bióxido de carbono y
metano. Debido al incremento del pH dentro del relleno, cuando se produce metano,
los metales se precipitan y son retenidos dentro del relleno sanitario. Cabe señalar que
el hecho de recircular el lixiviado se incrementa la producción de biogás, que como ya
se comentó en el capítulo anterior, esta a su vez aumenta la presión del biogás dentro
del relleno, por lo cual se debe tener la precaución de haber instalado un sistema de
recobro de gases, o suficientes pozos de extracción de biogás, para posteriormente
quemarlo.
♦
Evaporación. También, el lixiviado puede ser evaporado en unas tinas especiales, y
los residuos de lixiviado que no sean evaporados pueden ser rociados sobre las celdas
del relleno sanitario en operación. Este procedimiento es recomendable de preferencia
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en verano y en lugares calurosos. Además, debe considerarse que hay que instalar un
sistema de aireación debido a los olores desagradables que los lixiviados desprenden.
Por otro lado, en tiempo de lluvias, sobre todo si la precipitación es alta, se deben de
cubrir las tinas donde se encuentran los lixiviados para evitar que la lluvia se mezcle
con ellos.
♦
Tratamientos alternativos. Si se presenta el caso de que no se recircule el lixiviado, o
no se evapore y rocíe, se puede optar por una serie de tratamientos biológicos,
químicos o físicos. Todos estos tratamientos requieren de equipo y de un espacio
adicional al relleno para instalar dichos equipo, además, de que se requerirá por lo
menos de una persona que se encargue de vigilar y operar dicho equipo para que
funcione correctamente. Cabe recalcar que este tipo de tratamientos requieren de una
inversión adicional, por lo cual son recomendables para rellenos sanitarios muy
grandes.
♦
Envío a planta de tratamiento de aguas negras. Para el caso de que no se proceda
con ninguno de los tratamientos anteriores, si cerca del relleno está localizada una
planta de tratamiento de aguas negras, cabe la posibilidad de enviarles los lixiviados
para que los traten igual que a las aguas negras. Sin embargo, antes de enviar dichos
lixiviados hacia la planta de tratamiento, habría que pretratar al lixiviado
fundamentalmente con algún método físico enfocándolo hacia la remoción de los
contaminantes considerados más peligrosos. De esta manera, se busca que cuando el
lixiviado sea enviado a la planta de tratamiento de aguas negras no lleve consigo
demasiados compuestos tóxicos.
Por lo cual, sabiendo que la velocidad de generación de los lixiviados depende de la
cantidad de agua que contengan los residuos, de acuerdo a su origen, y del volumen de
precipitación pluvial que logre infiltrarse por la cubierta final, o al caer directamente sobre
éstos cuando están siendo confinados. Los líquidos percolados varían su flujo y
composición de acuerdo a la estación del año, complicando su incorporación a una planta
de tratamiento de aguas negras, lo mismo sucedería en una instalación diseñada y
construida específicamente para manejarlos. Se ha comprobado que es necesario combinar
métodos fisicoquímicos y biológicos para abatir el potencial contaminante que presentan
los lixiviados. Por esta razón, si se lleva a cabo la recirculación, que es un método
biológico anaerobio, se logra en menor tiempo la estabilización de los materiales
confinados, a la vez que se controlan y tratan los lixiviados, aplicando una sola técnica.
Para superar estos inconvenientes se han propuesto algunas técnicas para operar los
rellenos de manera diferente. Una de las más prometedoras es la recirculación de los
lixiviados a través de los desechos confinados. Se han llevado a cabo una cantidad
considerable de investigaciones en diversos países, con el fin de demostrar las ventajas de
este método; los resultados proporcionan datos de operación y diseño, tales como
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velocidades de flujo, métodos de distribución y cuantificación de los sistemas de
almacenamiento para la recirculación.
Por medio de la recirculación de los lixiviados se puede aumentar la velocidad de
producción del biogás, haciéndose económicamente factible su recuperación y utilización
como fuente de energía; la masa de materiales se transformaría en menos tiempo,
reduciendo los costos de las obras de postclausura, mantenimiento y monitoreo que deben
realizarse en el relleno hasta por más de 30 años, tiempo en el que es posible seguir
detectando el gas. La composición y el porcentaje de humedad que presenten los desechos
confinados determinarán el grado y la velocidad de la transformación que se llevará a cabo.
La optimización del contenido de humedad dentro de las celdas se puede lograr utilizando
el método de recirculación de lixiviados.
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