Tratabilidad fisicoquímica de lixiviados generados en el

Tratabilidad fisicoquímica de lixiviados generados en el tiradero
municipal de Guanajuato
Luz María Georgina Barquín Bravo, Germán Cuevas Rodríguez, *Arodí Bernal Martínez
*arodiberna@ugto.mx.
Resumen
El principal problema ambiental en el tiradero municipal es el riesgo potencial de la contaminación
de aguas subterráneas y su influencia en la calidad de las aguas superficiales debido a que no existe
una obra de ingeniería para el aislamiento de estos. Por lo que, los procesos de descomposición
(físicos, químicos y biológicos) que sufre la basura, por lo que el lixiviado generado contiene una
carga contaminante mayor a la de los desagües domésticos. Por lo que es necesario aplicar procesos
de tratamiento y proponer alternativas para su disposición. El objetivo del siguiente trabajo fue
comparar dos procesos (sulfato de aluminio y Fenton) para la tratabilidad de un lixiviado producido
en el tiradero municipal de la ciudad de Guanajuato. Una vez caracterizado el lixiviado se probaron
los diferentes tratamientos; el proceso de coagulación-floculación consiste en la remoción de
partículas suspendidas mediante la adición de sustancias químicas (coagulantes). El proceso con
sales de aluminio fue eficiente tomando en cuenta que el lixiviado estudiado posee bajas
concentraciones de sólidos suspendidos. El método Fenton consiste en un proceso de oxidación en
el cual se utiliza Fe2SO4 y H2O2, con este tratamiento fueron obtenidas altas remociones de los
contaminantes orgánicos.
409
Palabras Clave: lixiviados, coagulación-floculación, fenton, tratabilidad fisicoquímica, oxidación
avanzada
1. Introducción
Enterrar los residuos sólidos urbanos (RSU) ha sido, y es aún, la práctica más utilizada por las
sociedades del mundo para su manejo. Una vez que se han enterrado los residuos sólidos es
necesario minimizar los impactos de esta práctica. Para empezar, el agua que ha entrado en contacto
con la basura recoge gran cantidad de las sustancias que originalmente estaban dentro del residuo,
quedando de esa manera altamente contaminada [1]. Esta agua se denomina lixiviado, y es uno de
los líquidos más contaminados y contaminantes que se conozcan. De no recogerse adecuadamente y
luego tratarse, el lixiviado puede contaminar a su vez aguas subterráneas, aguas superficiales y
suelos. Existen numerosos reportes del impacto que éstos provocan a los acuíferos [2]. Se postula
que, después de un tratamiento adecuado, estos efluentes pueden ser reutilizados con propósitos de
agua de riego. Sin embargo, el tratamiento de estos efluentes por métodos clásicos (lodos activados,
coagulación-floculación, etc.) es cada vez menos eficiente para lograr la calidad de agua de reúso
para riego [3]. En un estudio sobre estimación de la generación de RSU de la Semarnat/Ine/Sedesol
(1997), reportan que serán generados aproximadamente 87,027 toneladas para el año 2010. Es
difícil realizar una estimación de la generación de lixiviados en un tiradero, esta depende de muchos
factores entre ellos: grado de compactación de los desechos, grado de humedad de la basura,
precipitación pluvial, humedad atmosférica entre otros.
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 muchas 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
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011 pp 409-414 ISBN 978-607-607-015-4
generados, no se puede comparar directamente los resultados obtenidos con tratamientos de un
lixiviado a otro. Por lo tanto, cada lixiviado proveniente de un relleno sanitario o tiradero municipal
debe ser evaluado individualmente y sometido a pruebas de tratabilidad para encontrar el
tratamiento más adecuado para su manejo. En este trabajo se plantea que la remoción eficiente de
contaminantes de tipo químico y biológico se puede lograr mediante la aplicación de un proceso de
coagulación avanzada o método Fenton. En este trabajo se comparó el proceso clásico de
coagulación-floculación con sales de aluminio con respecto al método de Fenton.
2. Desarrollo
Este estudio se dividió en dos etapas: la primera consistió en la caracterización del lixiviado y la
segunda las pruebas de tratabilidad. A continuación son descritas cada una.
2.1 Caracterización del lixiviado y agua residual
El muestreo fue realizado en el tiradero municipal de Guanajuato, en época de estiaje. Los
lixiviados fueron recolectados de una laguna que se forma de manera natural en un escurrimiento
que proviene de una de las celdas en operación.
Se tomaron 100 litros en bidones con capacidad de 20 litros, para su caracterización y para la
realización de pruebas de tratabilidad. El agua residual proviene de la ciudad de Guanajuato, de la
planta para tratamiento. Los parámetros analizados para ambas aguas fueron: pH, DQO (total y
soluble), DBO, turbiedad, alcalinidad, sólidos suspendidos totales (SST), sólidos suspendidos
volátiles (SSV), sólidos totales (ST), sólidos totales volátiles (STV), conductividad, color, grasas y
aceites. Todas las determinaciones analíticas fueron realizadas de acuerdo a los Métodos
Normalizados [3].
Cabe mencionar que las pruebas de tratabilidad fueron realizadas con una mezcla de lixiviado:agua
residual (1:5 v/v). Esto debido a que en pruebas preliminares, no fue lograda la remoción de
contaminantes.
2.2 Pruebas de tratabilidad fisicoquímica
Los coagulantes empleados fueron el sulfato de aluminio y sulfato ferroso de la marca BAKER. A
partir de estos reactivos fueron preparadas las soluciones. El peróxido de hidrógeno fue de la marca
BAKER, grado analítico, al 30 % en pureza. Se realizaron ensayos de jarras con los que se probaron
un coagulante, sulfato de aluminio para la coagulación tradicional y para la coagulación avanzada,
método Fenton.
2.2.1 Coagulación con sulfato de aluminio
Las dosis de sulfato de aluminio fueron de 50 a 2,000 mg Al3+/L a un pH de 6. Cabe mencionar que
en ensayos anteriores fueron realizadas las pruebas en un rango de pH entre 3 a 11, siendo las
mejores a pH de 6. El proceso de coagulación se realizó a nivel laboratorio siguiendo la
metodología clásica de las pruebas de jarras. Como primera etapa, se acondicionó el agua a pH 6.0
con la adición de ácido sulfúrico. Este líquido fue puesto bajo agitación a 50 rpm, para
posteriormente adicionarle los volúmenes adecuados del coagulante para obtener las dosis probadas.
La mezcla se agitó durante 60 segundos a 100 rpm y después 30 minutos a 30 rpm. Al término de
este tiempo, se suspendió la agitación y se dejó sedimentar durante 30 minutos. Finalmente, se filtró
sobre papel Whatman para eliminar los sólidos del sobrenadante y, se analizó de acuerdo a las
técnicas descritas en los Métodos normalizados [4]. Para el efluente fueron determinados los
siguientes parámetros: DQO, DQO soluble, SST, turbiedad, pH, conductividad, color y producción
de lodos.
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011
410
2.2.2 Método Fenton
Las dosis para el reactivo de FeSO4 fueron: 50 a 3,000 mg Fe3+/L y para el H2O2 de 300 mg/L a
diferentes pHs. A un litro de lixiviado le fue ajustado el pH con la adición de ácido sulfúrico. Este
líquido fue puesto a agitación 50 rpm y, posteriormente le fueron adicionados de forma simultánea
cantidades conocidas de sulfato ferroso y de una solución de H2O2. La mezcla fue agitada durante 1
min a 100 rpm y después 30 minutos a 50 rpm. Al término de este tiempo, se suspende la agitación
y se deja sedimentar durante 30 minutos. Finalmente el sobrenadante es filtrado sobre papel
Whatman para eliminar los sólidos. Los análisis sobre el sobrenadante fueron los mismos citados en
el apartado anterior.
3. Resultados y Discusión
3.1 Caracterización
En la tabla 1, se presentan los resultados de la caracterización de lixiviados, agua residual y de la
mezcla entre ambos (1:5 v/v). Éstos lixiviados contienen una alta DQOt y soluble 43.4 y 40.4 g/L
respectivamente, presentan una alta turbiedad 561 UTN.
Tabla 1. Caracterización fisicoquímica de los lixiviados del municipio de Guanajuato.
PARAMETROS
411
pH
Turbiedad UNT
Conductividad mS/cm
DQO total (g/L)
DQO soluble (g/L)
DBO5 (mg/L)
Alcalinidad (mgCaCO3/L)
ST (g/L)
STV (g/L)
LIXIVIADOS
GUANAJUATO
8.5±0.1
561±42.4
20±3.04
43.4±2.4
40.4±2
12,540±20
2120±162
52.8±5.4
20.5±1.5
AGUA
RESIDUAL
7.16±0.01
140±10
1.59±0.23
0.33±0.08
0.106±0.002
180±15
80±10
1.20±0.007
0.298±0.07
MEZCLA
7.83±0.2
372.5±60
3.77±2.5
8.02±1.5
7.5±2
2,540±70
330±30
10.37±3.5
4.21±2.8
3.2 Coagulación tradicional con sulfato de aluminio
Estas pruebas fueron realizadas con los lixiviados mezclados con agua residual, ya que debido a la
alta concentración que estos presentan, fue imposible su tratamiento. Diferentes proporciones de
mezclas de lixiviados con agua residual, fueron probadas y de acuerdo a los mejores resultados, se
decidió trabajar con una mezcla de 1:5 (v/v). Las dosis probadas fueron de 50 a 1600 mg Al3+/L.
En la Figura 1, se presentan los porcentajes de remoción para la DQO t y s con las diferentes
concentraciones de Al2(SO4)3, a los que fueron sometidos los lixiviados. En general, se observan
muy buenas eficiencias de remoción tanto de DQO total como soluble, a partir de la dosis de 300
mg/L se obtuvieron remociones del 70%, siendo las mejores a 1000 mg/L. Cuando se manejan dosis
menores de 200 mg/L no se presenta la separación del lodo, el proceso de coagulación no se lleva a
cabo.
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011
% Remoción DQO t y s
120
DQO total
DQO soluble
100
80
60
40
20
0
200
300
500
700
800
900
1000 1250 1500 1600
Al2(SO4 )3 (mg/L)
Figura 1. Remoción de DQO t y s, para la coagulación con Sulfato de aluminio a diferentes concentraciones
3.3 Método Fenton
De la misma forma que para las pruebas con sulfato de aluminio, el lixiviado fue diluido (1:5, v/v),
para de esta manera proceder a realizar las pruebas de tratabilidad con Fenton.
Para dosis menores de 500 mg/L de sulfato ferroso, no se presentan remociones ni de DQO total ni
de soluble (figura 3). La dosis de peróxido de hidrógeno se mantuvo constante en 300 mg/L para
todas las pruebas. Se presentan porcentajes de eliminación cercanos al 90 % de remoción. En tanto,
para la DQO soluble no se observan diferencias. No se suministraron dosis más altas de peróxido de
hidrógeno, ya que este producía una gran cantidad de espuma, la cual provocaba que los lodos
flotarán. Para estudios posteriores, se aumentarán las dosis de peróxido de hidrógeno, para lograr
disminuir la DQO soluble a niveles más bajos. Las mejores eficiencias de remoción tanto de DQO
total como soluble se alcanzan a partir de dosis de 700 mg/L, arriba de estas dosis, la remoción no
se ve mejorada. Por lo tanto, se puede decir que esta dosis es la óptima, ya que aún
incrementándola, no se alcanzan porcentajes de remoción superiores al 90%.
% Remoción de DQO t y s
120
DQOt
100
DQOs
80
60
40
20
0
500
700
800
1000
1100
1200
1400
FeSO4/H2O2 mg/L
Figura 3. Remoción de DQO t y s, para la oxidación Fenton diferentes concentraciones de FeSO4 y a 300
mg/L H2O2
3.4 Comparación Fenton/ Sulfato de Aluminio
Al analizar las graficas la dosis optima del tratamiento con Al2(SO4)3 fue de 1000 mg/L y para el
tratamiento con Fenton fue de 700 mg/L. En la tabla 2, se presenta una comparación de los dos
procesos probados. Fueron comparados los porcentajes de remoción con cada uno de los parámetros
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011
412
más importantes. Los dos procesos fueron muy similares, salvo que con Fenton fueron empleados
menos reactivos para alcanzar las mismas eficiencias. El método Fenton alcanza una remoción de
material soluble del 98% en tanto, las sales de aluminio, alcanza un 90%.
Tabla 2. Comparación de los porcentajes de remoción para los dos procesos aplicados (Al 2(SO4)3 y Fenton).
Método
Fenton
700 mg/L
Al2(SO4)3
1000 mg/L
Parámetros
DQOt (g/L)
DQOs (g/L)
SST (g/L)
Color Pt-Co
Turbidez UNT
Conductividad
ms/cm
pH
Lixiviado
concentración
Inicial
8.02
7.5
2.18
ND*
372.5
3.77
7.83
Concentración
Residual
%
Remoción
Concentración
Residual
%
Remoción
0.45
0.36
0.25
1,825
13.6
11.8
94
90
88
-96
--
1.33
0.14
0.495
770
58.8
12.14
83
98
77
-84
--
3.89
--
3.04
--
*No detectado, fuera del límite
Por otro lado, fue calculada la masa de SST removida por los dos procesos. Para método Fenton se
remueven 616 mg, en tanto para sulfato de aluminio fueron removidos del efluente una masa de
419.3 mg. En cuanto a las masas de lodo producido, sulfato aluminio con dosis de 1000 mg/L,
genera menos masa que la producida en Fenton.
413
4. Conclusiones
El lixiviado del municipio de Guanajuato solo puede ser tratado si se realiza una dilución con agua
residual, se utilizó el agua residual para reducir costos en el proceso
Para el tratamiento con Al2(SO4)3 a concentraciones menores de 200 mg/L no se generan flóculos,
ni se sedimenta el lodo; lo mismo sucede a concentraciones menores de 500 mg/L en el método
Fenton.
La dosis óptima para Al2(SO4)3 fue de 1000 mg/L y para Fenton fue de 7000 mg/L (FeSO4) y 300
mg/L(H2O2).
Comparando ambos procesos aplicados: sulfato de aluminio y proceso Fenton, se concluye que los
dos procesos son similares. Sin embargo, el método Fenton elimina más material orgánico soluble.
Método Fenton resulta atractivo. Los estudios continuarán para optimizar la dosis de peróxido de
hidrógeno, para disminuir las concentraciones de la DQO soluble.
Agradecimientos
Al concyteg y conacyt por el apoyo económico recibido por el proyecto ―Caracterización y
tratabilidad de los lixiviados generados en los sitios de disposición de residuos sólidos en seis
ciudades del estado de Guanajuato―, Fomix-Guanajuato 2009-CO2-119987.
Referencias Bibliográficas
[1] Méndez R, Castillo B, Sauri M, Quintal C, Giacoman G, Jiménez B. ―Tratamiento fisicoquímico
de los lixiviados de un relleno sanitario‖. Ingeniería. Vol. 8-2. 2004. pp. 155-163.
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011
[2] Marttinen S, Kettunen R, Rintala J. ―Occurrence and removal of organic pollutants in sewages
and landfill leachates‖. Science Total Environmental. Vol. 301(1-12). 2003. pp. 1-12.
[3] Martínez C, López D. ―Tratamiento químico de contaminantes orgánicos: el proceso Fenton‖.
Ingeniería Química. Vol. 375. 2008. pp. 149-153.
[4] APHA, AWWA, WPCF. Standards methods for the examination of water and wastewater. 20a
edición. 1998. Díaz de Santos. Washington, EUA. pp. 1816.
414
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011