Metodología para la estimación de la producción y concentración de

METODOLOGÍA PARA LA ESTIMACIÓN DE LA PRODUCCIÓN Y CONCENTRACIÓN DE LIXIVIADO
DE UN RELLENO SANITARIO
Liliana Borzacconi, Iván López, Carlos Anido
Facultad de Ingeniería - Universidad de la República
J. Herrera y Reissig 565, Montevideo, Uruguay
e-mail: [email protected]
FAX: (00 598 2) 715446
RESUMEN
El lixiviado producido en un Relleno Sanitario es función de múltiples factores relacionados con las
condiciones climáticas, el diseño y operación del Relleno y la composición de la basura. El caudal generado
varía de acuerdo al estado de avance y el tipo de operación del Relleno y la composición también varía en
el tiempo. El diseño de una planta de tratamiento de lixiviado requiere conocer la caracterización del
lixiviado y su variación en el tiempo. El caudal se estima a partir de un balance hídrico, especificando las
condiciones de diseño y operación del Relleno. Además debe tenerse en cuenta la velocidad de avance en
superficie. Para estimar la variación de la concentración se parte del potencial contaminante de la basura y
se tienen en cuenta la velocidad de hidrólisis del material particulado y los fenómenos de transporte. Como
ejemplo de aplicación se calculó el caudal y composición del lixiviado del Relleno de la ciudad de
Montevideo. Los valores obtenidos se asemejan a los valores de campo: concentración de 20000
mgDQO/L y caudal promedio de 170 m3/día a los cinco años de comenzado el Relleno.
Palabras clave: lixiviado, relleno sanitario, residuos sólidos, hidrólisis, balance hídrico.
INTRODUCCIÓN
El Relleno Sanitario es la forma de disposición de residuos sólidos domésticos más extendida en el mundo.
Existe una gran variedad en las formas en que se lleva a cabo esta técnica, muchas veces en forma
defectuosa. Inclusive la composición de los propios residuos sólidos varía sustancialmente de lugar en
lugar, además de cambiar las condiciones climáticas y ambientales.
El lixiviado se genera como consecuencia de la humedad de la basura y la infiltración y percolación de
parte de las precipitaciones pluviales. Un correcto diseño del relleno debe prever una cobertura superior
que incluya capas impermeables y capas drenantes para minimizar el porcentaje de lluvia infiltrado. Dicha
cobertura debe presentar las pendientes adecuadas a los efectos de facilitar la escorrentía. A su vez, deben
preverse un sistema de separación de las aguas pluviales superficiales del lixiviado que sale del relleno y
una canalización adecuada para este último. En cuanto a la parte inferior del relleno debe asegurarse una
impermeabilización total que impida la infiltración al subsuelo con la consiguiente contaminación de las
aguas subterráneas que ello trae aparejado. Una correcta operación del relleno implica compactación y
cobertura diarias, que minimicen la exposición abierta de los residuos sólidos.
La calidad del lixiviado depende de factores tales como la composición de la basura y las condiciones en
que opera el relleno: grado de compactación, grado de humedad, etc.. A su vez, y como producto de la
actividad biológica que se desarrolla dentro del relleno, varía en el tiempo, tendiendo con el transcurso de
los años y la estabilización de la basura a concentraciones cada vez menores de contaminantes. El
producto de la concentración de materia orgánica por el caudal nos dará una serie de datos en el tiempo de
la carga del efluente que permitirán el dimensionamiento de la planta de tratamiento.
ESTIMACIÓN DEL CAUDAL
Para estimar el caudal de lixiviado a producir se tiene en cuenta por un lado el balance hídrico en una celda
o volumen de basura y por otro lado el avance en superficie del relleno. Considerando una celda o volumen
de basura, y sin tomar en cuenta drenes laterales y eventuales ascensos desde la napa por capilaridad, se
puede plantear el siguiente balance hídrico (Dass et al., 1977; Peyton y Schroeder, 1988):
Lix = P - Esc - Evt - Ret
(1)
donde Lix es la cantidad de lixiviado generada, P las precipitaciones pluviales, Esc la escorrentía
superficial, Evt la evapotranspiración del suelo de cobertura y Ret la variación de humedad retenida en la
basura y el suelo. Una vez establecido el equilibrio de humedad, el último término puede despreciarse. Si
los términos de la ec. 1 se expresan en alturas o columnas de agua, para el cálculo de los volúmenes se
deberá multiplicar por el área considerada. El balance ha de referirse entonces a una unidad de superficie y
debe fijarse una base de tiempo (por ejemplo el mes o el año), según el volumen de información del cual se
disponga y del grado de precisión con que se necesiten los cálculos. Las precipitaciones pluviales pueden
obtenerse de los registros pluviográficos o instalando un pluviómetro in situ. La escorrentía depende de la
pendiente del terreno y del tipo de suelo superficial; en general si no es posible determinarla en el terreno
se suele expresar como una fracción de las precipitaciones: Chow (1964) presenta un cuadro de
coeficientes de escorrentía según el tipo de suelo y pendiente (Tabla 1).
Tabla 1 . Coeficientes de escorrentía
coeficiente
Suelo arenoso y con gramilla o pasto
Plano (2% de pendiente)
Medio (2 a 7% de pendiente)
Abrupto (7% de pendiente)
Suelo pesado y con gramilla o pasto
Plano (2% de pendiente)
Medio (2 a 7% de pendiente)
Abrupto (7% de pendiente)
0.05 a 0.1
0.1 a 0.15
0.15 a 0.2
0.15 a 0.17
0.18 a 0.22
0.25 a 0.35
La evapotranspiración es función del tipo de suelo y de la vegetación, además de depender de la humedad
del suelo y la temperatura. Puede medirse directamente o calcularse mediante fórmulas empíricas que
tienen en cuenta la temperatura media y las precipitaciones.
Para cálculos precisos pueden usarse programas computacionales disponibles en el mercado tales como el
programa HELP (Hydrologic Evaluation of Landfill Performance) desarrollado para la EPA de Estados
Unidos (Peyton y Schroeder, 1988) que trabaja con un modelo cuasi bidimensional que tiene en cuenta
asimismo drenajes laterales (Peyton y Schroeder, 1993).
El avance en superficie del relleno, necesario para calcular los caudales una vez realizado el balance
hídrico, puede calcularse si se conoce el ritmo de disposición de residuos (toneladas diarias), el grado de
compactación, la altura del relleno y el régimen de cobertura. En cuanto a esto último se deberá considerar
si la cobertura es definitiva o transitoria e incluso si quedan áreas descubiertas, pues como se vio más
arriba el tipo de superficie incide en los términos de escorrentía y evapotranspiración.
ESTIMACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE CONTAMINANTE ORGÁNICO
El Relleno Sanitario se comporta como un reactor biológico donde los microorganismos presentes en la
basura se encargan de hidrolizar el material particulado; en esta hidrólisis juega un papel importante la
humedad propia de la basura así como el agua que infiltra. El material que pasó a la fase líquida sigue
siendo sustrato para los microorganismos presentes y comienza una etapa de degradación de la materia
orgánica en solución. Debido al rápido agotamiento del oxígeno presente, la mayor parte de los
mecanismos de degradación son de tipo anaerobio y tienen como resultado último la producción de biogás.
Debido a esta acción microbiológica el relleno se va estabilizando progresivamente, cambiando asimismo
la concentración de contaminantes (medida como DQO) y disminuyendo la fracción biodegradable
(Contreras et al., 1988; Méndez et al., 1989). La formulación de un modelo para predecir la concentración
requiere integrar a las ecuaciones de transporte de líquido los términos de generación (hidrólisis del
material particulado) y degradación (Borzacconi et al., 1994).
DQO
A los efectos de contar con datos para un diseño preliminar de una planta de tratamiento bastará con una
solución aproximada. Se ha encontrado que la evolución de la DQO en el tiempo presenta la forma
general que se muestra en la Fig. 1 (Pohland y Harper, 1985; Borzacconi et al., 1994).
tiempo
Fig. 1 . Evolución de la DQO del lixiviado
Si bien la curva concreta dependerá de las características locales, puede considerarse que el máximo se
alcanza en el entorno del año de comienzo de la disposición de residuos.
APLICACIÓN AL RELLENO DE MONTEVIDEO
Datos de campo recogidos en el Relleno de la ciudad de Montevideo (en el que se disponen diariamente
unas 1000 toneladas de basura) permiten verificar la metodología empleada. Los datos de concentración
de lixiviado que se muestran en la Tabla 2 son consecuencia de una campaña de muestreo y se ajustan a
la curva de la Fig. 1.
La precipitación promedio anual es de 1050 mm y se estima una evapotranspiración promedio para un
suelo normal de la zona de 720 mm. En función de las características de la operación se asumieron las
siguientes suposiciones: 2 Há por año de avance en el terreno, 75% de la evapotranspiración normal
(debido a la escasez de vegetación) y coeficientes de escorrentía del 15% para la superficie cubierta y del
2% para la descubierta. Se consideró además, teniendo en cuenta las deficiencias en la operación, que en
promedio hay 2 Há de basura descubiertas. Hechas estas consideraciones pudo calcularse la tercera
columna (caudal promedio) de la Tabla 2 y con ella la carga orgánica promedio a tratar cada año.
Tabla 2 . Carga estimada a producir por el Relleno de Montevideo
Año
1
2
DQO promedio
(mg/L)
35000
55000
caudal promedio
(m3/año)
6400
13400
carga promedio
(kgDQO/año)
0.22 * 106
0.74 * 106
3
4
5
30000
20000
15000
20500
27500
34600
0.62 * 106
0.55 * 106
0.52 * 106
De medidas de caudal realizadas en el quinto año durante tres meses con un promedio de lluvias un 45%
superior al promedio surge el valor de 170 m3/día, por lo que la cifra promedio anual real probablemente
sea menor. Dado que en el Relleno no existe separación de las aguas superficiales es necesario tenerlas
en cuenta en esta medida. Con las consideraciones realizadas más arriba las aguas superficiales pueden
estimarse en un promedio de 12900 m3/año para el quinto año que sumadas a los 34600 m3/año resultan
47500 m3/año, o sea unos 130 m3/día como promedio anual.
CONCLUSIONES
Conociendo las características de operación de un Relleno Sanitario, incluyendo grado de avance,
pendientes, coberturas, así como los datos climatológicos de precipitaciones pluviales y evapotranspiración
es posible realizar un balance simplificado que nos da cuenta del orden de magnitud del caudal de lixiviado
generado. Si se conocen asimismo datos de la concentración (DQO) del lixiviado (que pueden estimarse
conociendo las características de los residuos dispuestos) puede realizarse un cálculo preliminar de la
carga orgánica a tratar en una planta de tratamiento. Los datos de campo relevados en el vertedero de
Montevideo concuerdan razonablemente con las estimaciones realizadas.
REFERENCIAS
Borzacconi, L., Martínez, J., Anido, C., López, I., Díaz, C. (1994). Transporte de contaminante en la zona
no saturada de un Relleno Sanitario. Tratamiento Anaerobio - III Taller y Seminario Latinoamericano
"Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales", Montevideo, Uruguay, 1994.
Contreras, L. Castrillón, L., Blanco, J.M., Arcos, C. (1983). Caracterización analítica y tratamiento
fisicoquímico de los lixiviados de dos vertederos de R.S.U. de diferente antigüedad, Tecnología del Agua,
42, pp. 24-27.
Chow, V.T. (1964). Handbook of Applied Hidrology, Mc.Graw-Hill-N.Y.
Dass, P., Tamke, G.R., Stoffel, C.M. (1977). Leachate Production at Sanitary Landfill Sites. J. of the Env.
Eng., ASCE, 103, N° EE6, pp. 981-988.
Méndez, R., Lema, J.M., Blázquez, R., Pan, M., Forjan, C. (1989). Characterization, digestibility and
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Peyton, R.L., Schroeder, P.R. (1988). Field Verification of HELP Model for Landfills. J. of the Env. Eng.,
ASCE, 114, N° 2, pp. 247-269.
Peyton, R.L., Schroeder, P.R. (1993). Water balance for landfills. Cap. 10 de Geotechnical Practice for
Waste Disposal, De. D.E.Daniel, Chapman & Hall, London.
Pohland, F.G., Harper, S.R. (1985). Critical Review and Summary of Leachate and Gas Production from
Landfills. EPA/600/2-86/073.