Estudio preliminar de un sistema de retención de lixiviados en un relleno sanitario simulado

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(1)UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. ESTUDIO PRELI MINAR DE UN SISTEMA DE RETENCIÓN DE LIXIVIADOS EN UN RELLENO SANI TARIO SIMULADO. JUAN PABLO BELTRÁN RINCÓN. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAM ENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AM BIENTAL Bogotá 2007. 1.

(2) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. ESTUDIO PRELI MINAR DE UN SISTEMA DE RETENCIÓN DE LIXIVIADOS EN UN RELLENO SANI TARIO SIMULADO. JUAN PABLO BELTRÁN RINCÓN. Tesis para optar al título de Ingeniero Ambiental. Asesor M anuel Rodríguez Susa Docente Departamento de Ingeniería Ambiental y Civil. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAM ENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AM BIENTAL Bogotá 2007. 2.

(3) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Nota de aceptación. Bogotá, 05 de Febrero de 2007. 3.

(4) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. AGRAD ECIMIENTOS. Este trabajo de investigación ha sido un medio para profundizar y conocer más a fondo un tema que a lo largo de la carrera despertó en mí un gran interés. Sin embargo, para lograr un conocimiento adecuado y llevar acabo este proyecto fue necesario contar con personas que me brindaron orientación adecuada personal y académicamente. A estas personas les agradezco enormemente su contribución y colaboración durante el desarrollo de mi tesis. Al profesor M anuel Rodríguez Susa por su colaboración y conocimiento los cuales fueron la guía principal desde el inicio; a Nancy, M ariela y Jhon quienes con su paciencia y colaboración me ayudaron al desarrollo de todos los ensayos en el laboratorio; a Edna y Olga quienes igualmente me orientaron. A mis papás y a mi hermana por su apoyo en cada uno de mis logros y su ayuda en mi formación personal y a mi futura esposa que desde el primer momento creyó en mí y fue la base e inspiración de este trabajo.. 4.

(5) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. TABLA DE CONTENIDO. 1.. INTRODUCCIÓN......................................................................................................... 7. 2.. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................... 11. 3.. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.................................................................... 12. 4.. OBJETIVOS ................................................................................................................ 14. 5.. MARCO TEÓRICO..................................................................................................... 15. 6.. METODOLOGÍA........................................................................................................ 22 6.1. ETAPA PRELIMINAR......................................................................................... 22. 6.1.1. Selección del material ............................................................................................. 22. 6.1.2. Construcción del reactor .......................................................................................... 27. 6.2. ETAPA EJ ECUCIÓ N........................................................................................... 31. 6.2.1. Montaje del reactor ................................................................................................. 31. 6.2.2. Toma de datos ....................................................................................................... 35. 6.3 6.3.1. ETAPA FINAL ..................................................................................................... 39 Cálculos y resultados .............................................................................................. 40. 7.. CONCLUSIONES Y/O RECOMENDACIONES ...................................................... 62. 8.. BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................... 64. 5.

(6) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02 RES UMEN. “Lo que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos es el océano.” Isaac Newton (1642-1727).. Los seres humanos enfrentan cada día problemas ambientales cada vez mas complejos y que atentan con mayor fuerza contra la salud de la humanidad en general. La disposición de los desechos generados por el hombre ha sido una de estas situaciones que él mismo ha tenido que enfrentar sin encontrar aún una solución definitiva. Los lixiviados son generados por las basuras y si no existe un correcto tratamiento antes de ser dispuestos se convierten en una amenaza para las fuentes de agua, para el medio ambiente y la comunidad en general. Además, es claro que debido al aumento de la población mundial y de la sociedad de consumo, las cantidades de lixiviados generados cada día en los rellenos sanitarios van en aumento. Este trabajo tiene como fin explorar de forma preliminar una posible solución para mitigar y/o reducir la producción de lixiviados, mediante el aumento del tiempo de retención de los mismos dentro del relleno sanitario con el uso de materiales que sean degradables y generen la menor cantidad de efectos secundarios en el medio ambiente.. No obstante, la investigación dejó muchas inquietudes que sirven como punto de partida para trabajos futuros. Al ser un tema con escaso estudio y material de referencia, queda mucho por explorar para entender más a fondo el comportamiento de los lixiviados ante diferentes condiciones y de esta forma lograr una aplicación positiva a los problemas que día a día enfrenta el hombre en cuanto a este aspecto.. 6.

(7) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. 1. INTRODUCCIÓN El hombre desde sus inicios ha afrontado diversos problemas para lograr su subsistencia, los cuales, poco a poco se convirtieron en desafíos que ha enfrentado mediante diferentes métodos, invenciones o estrategias, logrando así, sobrellevarlos de una manera u otra. Los residuos sólidos y su manejo han sido uno de estos obstáculos que han progresado a la par del desarrollo y la evolución del ser humano como especie.. La generación y evacuación de residuos sólidos se remonta al momento en el cual, los seres humanos modifican su estilo de vida nómada a sedentaria, conformando asentamientos en 1 donde la acumulación de residuos pasó a ser una consecuencia misma de la vida . Uno de. los efectos negativos más representativos de esta condición fue la peste bubónica en Europa, la cual se logró controlar al descubrirse que la gestión de residuos en las urbes no era la apropiada y potencializaba la dispersión de la enfermedad; se calcula que este hecho redujo la población europea a la mitad. En la actualidad este problema no está únicamente localizado en las grandes urbes sino en cualquier lugar donde confluyan personas: ciudades, pueblos, fábricas, fincas, empresas, hogares, etc. y su gestión aunque ha ido evolucionando enormemente desde el siglo pasado, sigue siendo un reto que genera nuevos desafíos al pasar de los días.. Hoy en día una de las alternativas más utilizadas para la disposición de residuos sólidos son los rellenos sanitarios, los cuales correctamente administrados, son un sistema de disposición de desechos, económica e higiénicamente viable. Sin embargo, dos de los desafíos ambientales más importantes que surgen de la utilización de los mismos son los lixiviados y la generación de gases. Si no existe un manejo adecuados de dichos problemas. 1. TCHOBANOGLOUS, George. Gestión Integral de Residuos Sólidos. España: Mc Graw Hill 1994. v.1 p. 485.. 7.

(8) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. se pueden generar peligros aún mayores para el funcionamiento del relleno y de igual forma, para la salud pública.. La formación de lixiviados se debe a dos fuentes importantes: la escorrentía producida por el agua lluvia de la cuenca del relleno y por la humedad natural que posee la basura al llegar a la zona de disposición. Esta se filtra entre la basura captando una gran variedad de sustancias a lo largo de su trayecto como metales, grasas y microorganismos 2, que deben ser evacuados y tratados para que su incidencia en el ambiente y la salud pública no sea tan negativa y lleve a problemas en los ecosistemas y el bienestar de los habitantes circundantes y aguas abajo del relleno.. Aunque en Colombia ha mejorado con el pasar de los años la disposición de los desechos aún hoy no se tiene un sistema eficiente y la infraestructura adecuada no es suficiente. Solo algunas de las ciudades capitales tienen rellenos sanitarios que cumplen con los requisitos adecuados para minimizar los impactos al medio ambiente y la sociedad. A lo largo y ancho del país se han podido encontrar gran cantidad de amenazas y problemas generados por este 3 tipo de situaciones. Como explica Rodríguez Rico , el más importante ocurrió el 27 de. septiembre de 1997 en el relleno sanitario de Doña Juana ubicado las afueras de Bogotá, donde un total de 3 millones de toneladas de basura se desacomodaron de su estado en el relleno, de las cuales 500 mil toneladas fueron a parar en el cause del río Tunjuelo, ocasionando un impacto ambiental incuantificable. Para explicar las causas del suceso ocurrido es necesario nombrar los antecedentes y la situación por la cual estaba atravesando el relleno. Los antecedentes se pueden resumir de la siguiente forma:. 2. La composición de los lixiviados varía con las condiciones propias del relleno, como edad y ubicación. Esta generación puede estar presente por cientos de años.. 3. JOSÉ JUAN RODRÍGUEZ RICO. Manejo de Basuras en Bogotá y Viena. Bogotá: Ediciones Multicolor. 2002. 8.

(9) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES •. IAM B 200620 02. Excavaciones y construcción: Firma PROSANTANA Ltda. Realiza adecuación de terrazas de zonas 1 y 2 con arcilla compactada (base del relleno). Seguido de esto se adecuaron las terrazas de las zonas 3, 4 y 5.. •. Control de aguas: El control de aguas superficiales es uno de los puntos mas importantes de los rellenos, para este se construyeron tres sistemas de canales con el fin de aislar y drenar el agua y lograr disminuir la producción de lixiviados. •. Impermeabilización: El sistema de impermeabilización es el encargado de no dejar que los lixiviados formados por la escorrentía y descomposición anaerobia de los residuos se filtre a fuentes de aguas subterráneas o aledañas. En el relleno ciertas zonas estaban mal adecuadas para cumplir correctamente con su objetivo.. •. Vehículos: Área mínima de circulación de vehículos. Esto trae problemas para la eficiencia de la disposición de basura por parte de los camiones y graves problemas se presentan debido a las diferentes actividades que deben hacer estos vehículos dentro del relleno.. •. Celdas: Almacenan 4500 metros cúbicos diarios, pendientes con taludes de 3H:1V. •. Control de compactación: Se controla mediante el peso de la basura y el volumen, 3 medida con aparatos de topografía se compacta hasta llegar a 0,8 a 1 Ton/m .. A grandes rasgos estas eran las características más importantes y relevantes del relleno sanitario para el análisis que se realizó. Cada una de los puntos anteriormente expuestos presentaba algún problema que poco a poco fue contribuyendo a la acumulación de gases y lixiviados dentro del relleno generando fuerzas mayores para las que fue diseñado,. 9.

(10) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. formándose así una especie de bomba que colapsó. A manera de resumen los siguientes puntos fueron las causas más importantes para que se produjera el colapso del relleno:. •. Filtros no fueron suficientes para evacuar lixiviados.. •. Cubrimiento con geotextil de mal calibre en la base hizo que esta se taponará y no pasaran los lixiviados almacenados dentro del relleno.. •. Chimeneas inadecuadamente posicionadas.. •. Capacidad de campo mal calculada.. Este desastre tuvo que ser corregido con la inversión de gran cantidad de dinero, pero que igual dejó sus secuelas en el medio ambiente. Hoy en día el manejo que se le da a todos estos temas es más responsable y el relleno sanitario “Doña Juana” cuenta con una planta de tratamiento de lixiviados que lleva un control rutinario de la calidad del afluente y efluente.. No obstante, problemas adicionales se pueden encontrar en las aguas subterráneas en numerosas regiones colombianas donde gran cantidad de lixiviados se han infiltrado en el terreno, contaminando estas fuentes tan importantes. En las costas colombianas también se han identificado focos de contaminación amenazando la flora y fauna presente en estas regiones, generando problemas en la pesca y salud de los habitantes.. 10.

(11) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. 2. JUSTIFICACIÓN Como se mencionó anteriormente, la producción de lixiviados se ha acrecentado y un mal manejo de estos trae consecuencias negativas al medio ambiente y al hombre. Al aumentar el tiempo de retención de los lixiviados se pretende lograr degradar o hacer una transformación de los mismos hasta cierto punto, donde se consiga cambiar su agresividad y/o su composición. Esta transformación depende no solo del tiempo de retención sino de la acción de los microorganismos presentes y la configuración que se use, ya que dependiendo de esta, los organismos y las condiciones del medio van a trabajar de manera diferente. Asimismo, se puede analizar la importancia que estos problemas tienen para los encargados de la toma de decisiones en cuanto al manejo de las instalaciones de servicios públicos y al mismo tiempo, al involucrar la salud publica, es posible deducir que es un tema que merece atención por parte de la población en general, especialmente de aquellas personas que por su profesión u objetivos están mas cercanos a estas situaciones. Por estos motivos, realizar un trabajo donde se investiguen diversos métodos que logren aportar al manejo y mitigación de los lixiviados, no solo proporciona un conocimiento más profundo acerca de la formación, composición y transformación de los mismos, sino también sirve como contribución a una situación que no responde únicamente a intereses y necesidades particulares, debido a que afecta al ser humano alrededor del mundo cada día en una mayor proporción.. 11.

(12) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. 3. PLANTEAMI ENTO DEL PROBLEMA Para la disposición final de los residuos sólidos urbanos, el hombre ha evolucionado de tal forma que los impactos negativos generados por estos se mitiguen cada vez más. Esta evolución se ha dado desde vertederos a cielo abierto, hasta rellenos sanitarios con especificaciones y tecnologías de punta en donde se controlan las emisiones líquidas y gaseosas para el medio ambiente. Tchobanoglous se refiere a este tema diciendo que, en los vertederos a cielo abierto así como en los primeros rellenos sanitarios, no existía un control para los lixiviados los cuales contaminaban las fuentes de agua superficial y subterránea ocasionando un impacto ambiental y salubre considerablemente alto.. Actualmente los rellenos sanitarios cuentan con normas y parámetros de calidad definidos, los cuales ofrecen una manera segura y confiable para disponer los desechos que se producen en cualquier actividad humana. Con el fin de asegurar un buen desempeño de este, es necesario tener en cuenta todos los productos secundarios que se originan en la degradación de la materia orgánica, como lo son: la fase liquida (lixiviados) y el gas. El lixiviado tiene características bastante nocivas en cuanto a calidad de agua, por lo que su tratamiento representa un gasto económico alto. Por esta razón, se ve la necesidad de encontrar formas más económicas para mejorar la calidad de este tipo de efluentes, como lograr un aumento del tiempo de retención dentro del relleno sanitario para buscar una mayor degradación.. Ante este problema se deducen las siguientes preguntas: •. ¿Qué materiales son económicamente viables y bajo que configuración ofrecen mayor tiempo de retención y degradación de los lixiviados en un relleno sanitario?. 12.

(13) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES •. IAM B 200620 02. ¿De qué manera se altera la composición y agresividad de los lixiviados al aumentar su tiempo de retención?. 13.

(14) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. 4. OBJETIVOS Tomando en consideración los problemas que se plantearon anteriormente, se formularon objetivos específicos que tienen como propósito dar una visión y entendimiento más claro de las variables que involucran este aspecto. Los objetivos que se buscan alcanzar con esta tesis son: •. Experimentar con dos diferentes materiales económicamente viables que permitan estudiar el aumento del tiempo de residencia de un lixiviado en un relleno sanitario simulado.. •. Cuantificar la eficiencia depuradora asociada a estos dos materiales de prueba.. •. Hacer un seguimiento a las condiciones del reactor para hacer una análisis cualitativo de las mismas.. 14.

(15) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. 5. MARCO TEÓRICO. Un relleno sanitario se puede asemejar a un gran reactor biológico como se muestra en la figura a continuación, donde se tienen como entradas el residuo sólido municipal (RSM ) y el agua lluvia que se infiltra y como grandes salidas, gas y lixiviados.. Figura 1. Conceptualización de un relleno sanitario Gas. Agua. Relleno Sanitario RSM. Lixiviado. .. En donde,. Gas:. Los tipos de gases que se encuentran son diversos pero entre estos se pueden hallar dos grandes grupos, los gases principales que son los que se encuentran en grandes cantidades y los oligogases presentes en proporciones pequeñas. Los gases principales son: metano, amoniaco, dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno,. 15.

(16) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. nitrógeno y oxígeno. Las concentraciones de cada un de estos componentes varia mucho dependiendo de la antigüedad y composición de los lixiviados presentes ya que estos controlan el pH y otras variables que permiten su formación al afectar los organismos que los producen. Sin embargo, se ha podido observar que existe un comportamiento en la formación de gases la cual se puede dividir en cinco fases4, que tienen tiempos de duración bastante diferentes y particulares en cada uno de los rellenos debido a que dependen de las características y distribución de los RSM , humedad, nutrientes y compactación. Las condiciones ideales para la producción de gas son buena humedad y baja densidad esto con el fin de poder recoger todos los nutrientes disponibles:. Fase inicial: En esta fase participan organismos aerobios y anaerobios los cuales aprovechan las condiciones iniciales de la disposición de la basura, siendo los aerobios los que tienen más participación. Esta degradación ocurre desde el tiempo de recolección de la materia hasta un tiempo después de la disposición de este; es aquí donde la mayoría de la materia orgánica pierde su humedad al romperse en unidades más pequeñas.. Fase de transición: La cantidad de oxígeno atrapado en las basuras ya ha sido gastado en casi su totalidad por lo que las condiciones anaerobias se empiezan a presentar, las concentraciones de nitrógeno caen mientras que las de CO2 se elevan siendo la causante al igual que los ácidos orgánicos de la acidificación de los lixiviados.. Fase ácida: Esta etapa es muy importante y en la que se lleva acabo la mayor cantidad de procesos. Primero un cierto grupo de enzimas se encargan de realizar la hidrólisis para así descomponer grandes cadenas de “alimento” como lo son los lípidos en cadenas más pequeñas, esto con el fin de poder ser digerida por los organismos encargados de la ácido génesis. En esta parte del proceso cierto tipo de organismos, las bacterias anaerobias facultativas y obligadas, siguen rompiendo el “alimento” resultante del paso anterior en 4. TCHOBANOGLOUS, ob.cit., p. 433 – 495.. 16.

(17) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. compuestos mas pequeños. La producción de CO2 continúa y se dispara, lo cual genera una acidificación del lixiviado y reducción en su pH. La DQO incrementa al igual que otros parámetros y es importante realizar una recirculación de los lixiviados en esta etapa debido a que gran parte de los nutrientes y compuestos importantes y esenciales se desprenden.. Fase de fermentación del metano: En esta etapa entra en acción otro tipo de microorganismos, los cuales se encargan de convertir el ácido acético y el hidrógeno producido, en metano. Es aquí donde se disparan las concentraciones de CH4 y son los organismos metanogénicos los encargados de aumentar el pH a valores neutros y reducir la DQO y la DBO.. Fase de maduración: El sustrato disponible empieza a escasear y las concentraciones de metano y CO2 se mantienen constantes por un tiempo, pero con el pasar de los años su concentración decae.. Figura 2. Comportamiento de gases en cada una de las fases.. Fuente: TCHOBANOGLOUS, George. Gestión Integral de Residuos Sólidos. España: M c Graw Hill 1994. v.1 p.434. 17.

(18) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Existen métodos empíricos para la determinación de la cantidad de gas producido donde se tienen en cuenta las reacciones más importantes y se formulan las ecuaciones y balances químicos. En este trabajo se utilizaron las mediciones en campo realizadas con un equipo infrarrojo, las cuales solo se efectuaron a los gases más representativos, el metano y el CO2.. Lixiviado:. Los lixiviados dentro del relleno se generan del agua lluvia que se infiltra y de la humedad que se desprende de la materia orgánica presente. La figura a continuación es una representación de los principales componentes del balance hídrico que se hace en el relleno sanitario y que da una idea de la procedencia de los lixiviados.. Figura 3. Balance hídrico de un relleno sanitario. Fuente: TCHOBANOGLOUS, George. Gestión Integral de Residuos Sólidos. España: M c Graw Hill 1994. v.1 p. 474. 18.

(19) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Este líquido o lixiviado es el compuesto más importante dentro del relleno debido a que es el mecanismo de transporte de nutrientes, organismos, materiales disueltos y en suspensión. Su composición varía mucho con el tiempo y con la región debido a las innumerables características que se pueden presentar; es por esta razón que no se puede hablar de valores específicos a la hora de diseñar un esquema sino de rangos los cuales tienen cierta diferencia dependiendo de la edad o maduración del relleno. A continuación se resumen algunos parámetros y los rangos en que se encuentran:. Tabla 1. Rangos típicos de algunos parámetros de la calidad de lixiviados.. Valor mg/l Nuevo < a dos años. Maduro. Rango. Típico. (10 años). DBO5. 2000-30000. 10000. 100-200. COT. 1500-20000. 6000. 80-160. DQO. 3000-60000. 18000. 100-500. SST. 200-2000. 500. 100-400. N Orgánico. 10-800. 200. 80-120. N amoniacal. 10-800. 200. 20-40. Nitrato. 5-40. 25. 5-10. Total fósforo. 5-100. 30. 5-10. Ortofos fato. 4-80. 20. 4-8. Alcalinidad. 1000-10000. 3000. 200-1000. 4.5-7.5. 6. 6.6-7.5. Dureza. 300-10000. 3500. 200-500. Calcio. 200-3000. 1000. 100-400. Magnesio. 50-1500. 250. 50-200. Potasio. 200-1000. 300. 50-400. Sodio. 200-2500. 500. 100-200. Constituyente. pH. 19.

(20) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Cloro. 200-3000. 500. 100-400. Sulfatos. 50-1000. 300. 20-50. Total hierro. 50-1200. 60. 20-200. Fuente: M ETCLAF & EDDY. Wastewater Engineering. Estados Unidos: M c Graw Hill 2003.. De la mano de la formación de gases se genera la producción de olores el cual es un aspecto importante cuando se trabaja en esta área, ya que los materiales potencialmente forman 5 emisiones bastante características y desagradables. Como dice Tchobanoglous , esta. formación se debe a la descomposición anaerobia de los componentes orgánicos presentes en el residuo, debido a que en su mayoría el material de soporte es orgánico y biodegradable. Este tipo de degradación potencia la formación de ácido sulfúrico (H2 S) o sulfuros metálicos (FeS) por la reducción del sulfuro (S2-). Esta formación de sulfuros produce diferentes olores característicos pero la continua degradación de este radical de azufre con la materia orgánica produce compuestos malolientes y de mayor problema de olor como lo son el metilmercaptano y el ácido amino butírico entre otros. Debido a la formación de diversos sulfuros es que se logra controlar la creación de este tipo de compuestos causantes de mayores problemas de olor.. Uno de los problemas que aparecieron a lo largo del desarrollo de los ensayos, fue la aparición de moscas, un aspecto que al comenzar la investigación no se contempló debido a que el ensayo sería realizado a puerta cerrada, dentro de un laboratorio y las condiciones y contenedores estarían lo mas sellados posibles. La presencia de moscas, se desarrolla de manera muy rápida en este tipo de condiciones, entre el desarrollo del huevo, su maduración, gestación y estado adulto, el periodo es de nueve a once días lo cual es bastante corto y si no se da un control adecuado puede generar complicaciones para el relleno sanitario al convertirse en un problema estético y de propagación de 5. TCHOBANOGLOUS, Op cit. Pg 430-468. 20.

(21) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. enfermedades. En el cuadro a continuación se presenta en resumen la “historia vital de una mosca común” 6. Desde el período larval ya es complicado retirarlas de los contenedores ya que estas se aferran fuertemente a la superficie de estos y realizar un lavado no es suficiente para retirarlos, la única manera es de forma manual o mecánica.. Tabla 2. Historia vital mosca normal. Etapa. Duración. Desarrollo de huevos. 8 – 12 horas. Primera etapa del periodo larval. 20 horas. Segunda etapa del periodo larval. 24 horas. Tercera etapa del periodo larval. 3 días. Etapa Crisálida. 4 -5 días. Total. 9 – 11 días. Fuente: TCHOBANOGLOUS, George. Gestión Integral de Residuos Sólidos. España: M c Graw Hill 1994. v.1 p.210. 6. TCHOBANOGLOUS, Op. Cit.. 21.

(22) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. 6. METODOLOGÍA. Los trabajos de investigación realizados en laboratorio tienen una particularidad: para reproducir condiciones reales es necesario contar con una metodología adecuada, que permita conseguir resultados que se asemejen a la realidad y no muestren un escenario diferente al buscado. Seleccionar esta metodología requiere de una investigación y conocimiento adecuado de las condiciones que se quieren reproducir y a la vez, de una organización excelente que garantice una correcta ejecución y recolección de datos, con el fin de lograr deducciones que ayuden a tomar decisiones y formular conclusiones eficaces sobre los objetivos propuestos desde un principio.. Para este caso en particular, la metodología que se uso se puede dividir en las siguientes etapas: preliminar, ejecución y final.. 6.1. ETAPA PRELIMIN AR. En esta etapa se investigó el marco teórico con los temas más relevantes que se usarían en la investigación, por ejemplo, la composición y transformación de lixiviados, la cinética y metabolismo de microorganismos, entre otros. Igualmente se seleccionaron los materiales a utilizar en cada uno de los reactores y la configuración de ellos.. 6.1.1. Selección del material. Un elemento fundamental y crucial para esta investigación es el material de soporte a usar en los reactores, el cual, es necesario que cumpla con cuatro características importantes: absorbente con el fin de incrementar el grado de retención del lixiviado, económico para. 22.

(23) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. poderlo usar en la realidad en el relleno sanitario como solución de la alta generación de lixiviados y los costos tan altos que significa tratar este residuo, fácilmente disponible buscando lograr un uso continúo en el relleno y no estar limitado por la disponibilidad de éste y biodegradable para que no represente un problema adicional para el relleno y lo degrade al final de su vida útil. Adicionalmente, se prefiere que en la actualidad fuera algún tipo de desecho de procesos industriales y/o representara un problema para la gestión de residuos de una empresa.. El primer material que se seleccionó para los reactores fue el polvo industrial que resulta de la producción de pañales y toallas higiénicas, el cual ha representado un gran problema para la empresa que lo genera. Este se conoció en el año 2004 gracias a un trabajo realizado en el área ambiental para la materia “Producción más Limpia”, sobre la compañía Colombiana Kimberly - Colpapel S.A., en su planta de pañales y toallas higiénicas, ubicada en el municipio de Tocancipa.. El problema se presenta en el polvo desechado en el proceso de producción que contiene 7 polímeros súper absorbentes , los cuales dispuestos de manera no controlada en un. relleno sanitario generan problemas de inestabilidad. En la actualidad, este desecho es recogido por una empresa particular encargada de la disposición de residuos quién incinera el material, generando un costo mensual bastante elevado para Colpapel S.A. debido a los altos niveles de producción de este residuo. En la imagen a continuación se muestra la consistencia y presentación del polvo industrial antes y después de entrar en contacto con el agua.. 7. Polímero súper absorbente: Este tipo de polímetro forma un gel cuando entra en contacto con líquidos. Se usa de form a granular y se mezcl a con la celulosa.. 23.

(24) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 4. Polvo industrial antes y después de agregar agua.. Para el segundo material que se pensaba utilizar, se propusieron varias posibilidades 8 quedando al final, la cáscara de arroz, los oasis , la viruta y/o aserrín generado de las. madereras o carpinterías, como candidatos más opcionados. La primera opción se descartó ya que en Bogotá no se consigue gran cantidad de este producto y como se dijo anteriormente se busca que este sea fácilmente disponible.. Los oasis también se descartaron por ser productos que tienen cierto grado de reutilización y no ser fácilmente biodegradables. La tercera opción resultó la más favorable para los objetivos del estudio. Finalmente se seleccionaron el polvo industrial y los desechos de madera (aserrín y viruta) como los dos materiales a usar en los reactores para la investigación.. 8. Oasis: espuma usada en arreglos florales que absorbe gran cantidad de líquidos.. 24.

(25) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 5. Foto de cada uno de los materiales usados como soporte. Viruta. Polvo. Aserrín. .. Después de la selección, se procedió a realizar algunos ensayos sencillos que dieron una caracterización más detallada de cada uno de los materiales. Para el primer ensayo que se realizó, se tomó 1 kg. de cada material y se le agregó agua hasta su saturación para comprobar si el material efectivamente lograba absorber algún porcentaje de agua.. Para el caso de los residuos de madera se observó que si absorbía parte del agua que se le adicionaba y aunque no se cuantificó la cantidad, se logró concluir que cumplía con las expectativas que se buscaban. Por otro lado, el polvo industrial presentó un comportamiento que puso en duda la utilidad de este en un relleno, puesto que genero la formación de una masa gelatinosa que a medida que se le agregaba más agua iba aumentando en volumen y absorbiendo el agua en su totalidad. Se concluyó entonces, que este comportamiento pondría en peligro la seguridad del relleno ya que esta masa inconsistente lo desestabilizaría.. Con el fin de solucionar este problema se combinó el polvo industrial con los desechos de madera, conformando así tres mezclas diferentes de la siguiente forma:. 25.

(26) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Tabla 3. M ezclas de desechos de madera y polvo industrial.. Mezcla. Aserrín. Viruta. Polvo In dustrial. 1. 33%. 33%. 33%. 2. 50%. 0%. 50%. 3. 0%. 50%. 50%. Para cada una las mezclas que aparecen en la Tabla 3 se realizó un ensayo en el cual se tomó 1 kg. de muestra, se colocó en un embudo con anjeo de tal forma que solo pasara el líquido y la porte sólida quedara atrapada. A cada kilogramo de muestra le fueron agregados 800 ml. de lixiviado y se dejó reposar por 5 días. Al quinto día se midió la cantidad de lixiviado recogido y se obtuvieron los siguientes valores:. Tabla 4. Lixiviado recogido en ensayos con diferentes mezclas de material.. Mezcla. Lixiviado recogido (ml). 1. 250. 2. 170. 3. 82. Como se espera que la solución que se obtenga tenga aplicación en la vida diaria y pueda usarse en el relleno sanitario, analizando los resultados anteriores se decidió que por seguridad del mismo era mejor usar la mezcla mas permeable de las tres, razón por la. 26.

(27) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. cual la muestra No. 1 fue seleccionada como segundo material a usar en los reactores del estudio.. 6.1.2. Construcción del reactor. M ientras se realizaban los ensayos para la selección del material, se realizó la construcción del reactor para el cual ya se tenía un diseño y configuración previa como el que se muestra en la figura 6 y 7.. Figura 6. Configuración de los reactores Biogas. 10 c m.. φ=6” Lixiviados. 20 c m.. RSM 40 c m.. 30 c m.. Soporte. Lixiviados. 27.

(28) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. La figura anterior muestra la configuración de dos de los reactores en los cuales se usó materiales de soporte. Estos dos reactores de ahora en adelante se nombraran como reactor verde en el cual se uso el polvo industrial con madera y el reactor rojo en el cual se utilizó madera únicamente. El reactor azul por su parte es el que se utiliza como blanco, el cual no tiene ningún material de soporte y solo cuenta con RSM .. Figura 7. Diseño de los reactores. Recirculación lixi viado. Medida producción de metano. Material de Soporte inoculado con lodos de la planta de tratamiento de lixiviados de Dona Juana. Geotextil. Los elementos que se usaron para la construcción de los reactores fueron los siguientes:. 28.

(29) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Tabla 5. Elementos utilizados en los reactores Descripción Tubo sanitario de 6” Lámina de vinilo Embudos Geotextil. Función Soporte del ensayo Ventana de inspección Recolección lixiviados Retención del RSM y el material. De igual forma, se llevó a cabo un análisis para contar con los mejores materiales que tuvieran las características necesarias para cumplir la función que se esperaba. El geotextil por su parte se consultó en el catálogo de Pavco S.A. donde se concluyó que el mejor sería un geotextil no tejido de calibre 1600 el cual presenta las siguientes características:. Tabla 6. Características Geotextil NT 1600. Fuente: Pavco S.A. Catálogo de Geotextiles 2006.. 29.

(30) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Posteriormente, la construcción de los reactores se hizo de la siguiente forma:. 1) Corte de las ventanas de inspección y pegado de la película de vinilo con pegante de PVC y silicona fría para prevenir fugas.. 2) Corte y pegado de geotextil en base del reactor.. 3) Pegado de los embudos en la parte inferior de los reactores. Figura 8. Proceso de construcción de los reactores.. Terminado el proceso de construcción de los reactores se hicieron pruebas de fugas para evitar escapes en el futuro que produjeran problemas de olores y de salubridad en el periodo de toma de datos en el laboratorio. En esta prueba se encontraron gran número de escapes los cuales tuvieron que ser controlados con diferentes pegamentos. Finalmente, se logró controlar el 100% de las fugas y se procedió a montar los reactores con el material. 30.

(31) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. seleccionado, los residuos sólidos municipales y los lixiviados de la “Planta de Tratamiento de Lixiviados del Relleno de Doña Juana”.. 6.2. ETAPA EJECUCIÓN. Esta fue la etapa más crítica del proyecto, debido a que en ella se hizo el montaje de los reactores y la recolección de datos con el fin de determinar las condiciones en cada uno de los reactores. Los ensayos que se hicieron para la analizar cuantitativamente y cualitativamente el gas y lixiviado producido fueron: DQO, AGV, análisis de gas por infrarrojo (% de CO2 y metano), actividad metanogénica, capacidad de campo, granulometría y pH.. 6.2.1. Montaje del reactor. Como se puede ver en la figura 6 la configuración interna del reactor consta de 3 divisiones que son: •. M aterial de soporte. •. Residuo Sólido M unicipal. •. Lixiviados. Se buscó que cada uno de estos materiales tuviera características y una composición muy similar a las que tendrían en condiciones reales en el relleno sanitario de Doña Juana. Como material de soporte, se usaron dos tipos diferentes de acuerdo a lo anteriormente descrito; uno compuesto por polvo industrial y residuos de madera (viruta y aserrín) y otro dispuesto solamente con residuos de madera.. 31.

(32) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. A este material de soporte fue necesario con anterioridad, hacerle una inoculación de bacterias con el fin de acelerar el proceso de crecimiento de las mismas dentro del reactor. Para esto, se decidió utilizar el licor generado por la planta de tratamiento de lixiviados del Relleno Sanitario de Doña Juana gracias a la colaboración del ingeniero Salomón del Valle, director de la planta. Este licor contiene bacterias adaptadas al consumo de lixiviado como sustrato, lo cual sería un proceso complicado de realizar si se deseara generar en el laboratorio, debido a que sería necesario primero utilizar una sepa y alimentarla poco a poco con lixiviados durante por lo menos dos meses para lograr así una posible adaptación al consumo del mismo. En las imágenes a continuación se muestra la extracción de licor de los reactores de la planta y el material ya inoculado en los diferentes reactores.. Figura 9. Recolección de licor anaerobio.. 32.

(33) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 10. Reactores con material inoculado. El residuo sólido municipal, se tomó del CITEC (Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico de la Universidad de los Andes) como la muestra de desechos generados por diferentes estratos de la ciudad garantizando así una muestra representativa de RSM . Los lixiviados por su parte se obtuvieron del relleno sanitario de Doña Juana, de las piscinas a la entrada de la planta de tratamiento de lixiviados.. 33.

(34) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 11. Residuo Sólido M unicipal usado.. Tabla 6. Caracterización de RSM .. Componente. Peso húmedo. Componente. Papel y Cartón. 3,8. 0,99. Plástico. 10,4. 2,7. Textil. 2,35. 0,61. Vidrio. 1,05. 0,27. M . Orgánica. 59,02. 15,36. M etales. 0,3. 0,08. Total. 77,1. 20,0. Peso Seco. 9,9. Humedad. Fuente: CITEC. 34. 50,7%.

(35) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Por último se sellaron los reactores en la parte superior con el fin de montar el sistema de extracción pasiva de gases que permitiría hacer la medición cuantitativa del gas generado. El ensayo de actividad metanogénica y medidor infrarrojo de gases fueron los métodos seleccionados para realizar esta medición, debido a que el interés de la tesis se centraba en la producción de gas metano y dióxido de carbono.. Figura 12. Extracción de gases. 6.2.2. Toma de datos. Una vez montados los reactores con el material de soporte, RSM y lixiviado respectivo se realizó una programación de los diferentes ensayos para determinar cualitativa y cuantitativamente el lixiviado y gas producido. Los ensayos y su periodicidad se muestran en la tabla a continuación:. 35.

(36) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Tabla 7. Ensayos y periodicidad. Ensayo. Periodicidad. pH. Semanal. AGV. Semanal. DQO. Semanal. Cantidad de lixiviado producido. Diario. Cantidad de gas producido (A. metanogénica). Diario. Figura 13. Actividad metanogénica. 36.

(37) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 14. Producción de lixiviados en reactores. Para la medición de cantidad de lixiviados producidos se pensó en un principio hacer mediciones diarias y la cantidad recogida se devolvería al reactor. No obstante, la primera semana se cambio la metodología con el fin de determinar si la cantidad de lixiviados que los reactores retendrían era suficiente para asegurar que los datos calculados en los parámetros medidos representarían características de un lixiviado de una semana de duración en el reactor. Terminada esta semana se establecieron las cantidades adecuadas y se prosiguió con lo pensado desde el principio.. Los gases por su parte no presentaron ningún cambio en la metodología que se pensó desde un principio y las mediciones se realizaron todos los días con excepción de los fines de. 37.

(38) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. semana en donde se realizó con un tiempo de tres días. Fue necesario realizar un seguimiento al comportamiento del gas en el transcurso de dos días con mediciones cada hora, con el fin de determinar algún comportamiento durante este periodo de tiempo, esto con el fin de poder llevar los datos tomados cada semana y extrapolarlos a algún tipo de comportamiento.. Durante el desarrollo de esta etapa la cual significó la parte más crítica del proyecto se presentaron algunos inconvenientes y ciertos comportamientos que desviaron la metodología descrita en determinadas oportunidades. Los comportamientos que se pudieron observar fueron los siguientes: •. Cambio de color del líquido a mayor tiempo de recolección del lixiviado: Se pudo observar que en los reactores azul y rojo presentaron un color más claro cuando se hizo la recolección diaria pero este color se oscurecía a medida que se dejaba más tiempo en la recolección, este cambio iba de un café-negro a negro oscuro.. •. Aparición de hongo blanco: En la etapa final de la toma de datos se vio la formación de un hongo blanco en los reactores verde y rojo, predominantemente en el verde y que finalmente se presentó en pequeñas cantidades en el reactor azul.. •. Aparición de insectos y larvas de insectos en los recipientes de recolección: En los recipientes que se usaron para la recolección del lixiviado que drenaba de los reactores se observo la presencia de insectos y larvas de los mismos con predominancia en el recipiente que se recogía el líquido del reactor verde. El que presentó la menor presencia de estos fue el recipiente del reactor azul.. 38.

(39) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Para analizar un poco más el comportamiento de dichos fenómenos en algunas oportunidades se aplazó la toma diaria de lixiviados y gas por uno a tres días.. 6.3. ETAPA FINAL. En esta etapa se desmontaron los tres reactores con sus respectivas actividades metanogénicas, se extrajo el material para analizarlo con el fin de obtener algunas apreciaciones del interior del reactor que desde afuera serian difíciles de apreciar. La imagen 11 muestra las diferencias en el material de cada uno de los reactores.. Figura 15. Soporte y RSM de reactores finalizada la investigación. El material extraído presentó características particulares que no se pudieron apreciar desde el exterior. El material de soporte del reactor verde presentó dos coloraciones como se ve en la foto central de la imagen 11, mientras que el RSM contaba en su gran mayoría con la presencia del hongo del que se habló anteriormente. El reactor verde por su parte no presentó ninguna característica que se deba resaltar. Por último, en el reactor rojo el material de soporte presentó un color café oscuro pero no negro como el que se vio en el verde, el RSM por su parte no tuvo ninguna característica particular.. 39.

(40) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Adicionalmente, se realizó un estudio de la humedad de cada uno de los materiales; a continuación se resumen los valores obtenidos.. Tabla 8. Humedades en cada medio.. Tipo Rojo RSM Azul RSM Verde RSM Soporte Rojo Soporte Verde. Peso Casuela 13.92 13.4 13.38 13.2 13.33. Peso Basura 396.21 409.89 482.54 301.17 554.78. Peso Seco 107.47 137.21 124.1 88.08 118.28. Agua 274.82 259.28 345.06 199.89 423.17. Humedad 69.36% 63.26% 71.51% 66.37% 76.28%. En cuanto a la humedad se puede ver en la tabla 8 se empezó con una humedad del 50% aproximadamente y en los tres reactores, este valor aumento entre 60 y 70 %. El material de soporte por su parte también absorbió buena cantidad de lixiviado mostrando una mayor cantidad de este en el reactor verde donde se uso el polvo industrial.. 6.3.1. Cálculos y resultados. Los valores que se obtuvieron en los diferentes ensayos se registraron y con ellos se llevaron. acabo diferentes cálculos,. gráficas para encontrar comportamientos o. características particulares que se pudieran resaltar y que aportaran a las conclusiones de este tema de investigación. Estos cálculos fueron bastante simples y no involucraron ecuaciones complicadas, sino expresiones sencillas y fáciles de entender. Esta sección para mayor entendimiento se dividió en los siguientes puntos: cambios físicos, calidad lixiviados, actividad metanogénica, otros.. 40.

(41) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. 6.3.1.1 Cambios Físicos. Como cálculos iniciales se realizó una caracterización del reactor y del material de relleno, en este caso solo el RSM . Para este fin se obtuvieron datos como volumen, densidad, peso. Para este fin se utilizaron relaciones matemáticas y geométricas como:. Volumen aparente. V = πr 2 h Donde, r = radio del reactor h = altura del reactor. Densidad aparente. ρ=. w V. Donde, w = peso de la basura V = volumen ocupado. Estos cálculos se realizaron en el inicio y final del ensayo con el fin de determinar el cambio que estos parámetros sufrieron a la largo de la investigación. Los resultados obtenidos se resumen en la tabla a continuación:. 41.

(42) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Tabla 9. Comportamiento del peso de la basura y su densidad.. Estado inicial:. W basura (Kg.) Volumen (m3) Densidad (Kg./m3). Verde 4,85 0,007. Azul 6,1 0,013. Roj o 4,78 0,007. 664,694. 477,718. 655,101. Verde 3,05 0,004. Azul 5,15 0,006. Roj o 3,25 0,006. 836,007. 855,527. 509,044. Estado final:. W basura (Kg.) Volumen (m3) Densidad (Kg./m3). Tabla 10. Alturas de cada material en los reactores. Verde Inicial Soporte RSM Final Soporte RSM % reducción. Azul Altura (cm.). Roj o. 30 40. 0 70. 30 40. 36 20 50%. 0 33 53%. 30 35 13%. Como se puede ver existió un cambio en el volumen y la densidad de los tres reactores desde el estado inicial al final, este cambio se le puede atribuir principalmente a dos. 42.

(43) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. factores: a la acción de los microorganismos los cuales degradaron parte del material y a la de la fuerza de gravedad, encargada de realizar algún tipo de compactación. La densidad como se ve en la tabla ## presenta un cambio en los tres reactores desde el punto inicial al final del ensayo. El reactor verde y azul mostró un aumento en su densidad mientras que en el reactor rojo se presento una disminución del mismo. Esta diferencia de resultados se debe a que en el reactor rojo existió una disminución en el peso de la basura (similar al de los otros reactores) sin una disminución en su volumen. En la tabla ## se ve como la altura ocupada por la basura dentro del reactor en la etapa inicial y final de los ensayos es de alrededor de un 50% mientras que en el del rojo es solo de un 13%. Este fenómeno se le puede atribuir a la composición del RSM , el cual puede tener materiales como plásticos y textiles difíciles de degradar y que ocupan volúmenes bastante grandes en comparación con los desechos orgánicos. La idea de una inhibición de los microorganismos no es tan valida debido a que se puede apreciar un cambio en la calidad de los lixiviados el cual muestra la acción de microorganismos.. El reactor verde por su parte presento una compactación como se puede ver en la tabla ## de un 50% y un aumento en su densidad de 25%, teniendo la una humedad del 72% aproximadamente esto muestra que en este reactor se presento una buena reducción de la cantidad de las basuras, además vale la pena resaltar que parte del material de soporte se expandió en un 5%. Igualmente se puede apreciar que existe una mayor reducción del reactor sin material de soporte y una disminución baja en los otros reactores que contaban con madera, esto se le puede atribuir a que la actividad biológica encargada de la reducción del volumen de la basura pudo estar afectada por algún factor o químico que posiblemente fue añadido a la madera como lo son los inmunizantes o lacas.. En la imagen a continuación se realizó un fotomontaje para ver este cambio de una manera más gráfica y se pudo concluir no solo los cambios expuestos anteriormente sino que la relación entre RSM y material de soporte también cambió por lo que se decidió hacer. 43.

(44) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. mediciones más detalladas de los tres reactores y sus diferentes materiales para cuantificar los cambios sufridos en cada uno de ellos.. Figura 16. Estado final de reactores. Estado inicial. Rojo. Verde Azul. Verde. Rojo. Azul. 44.

(45) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Entre los cambios que se pudieron apreciar están los siguientes:. •. Existió una expansión en volumen del material de soporte en el reactor verde, mientras que el material de soporte en el reactor rojo se mantuvo constante.. •. La altura de la columna de basura en los tres reactores disminuyó siendo más considerable en el reactor verde, en donde la reducción fue mayor al 50%, sin embargo, esta apreciación es simplemente cualitativa por lo que posteriormente se realizo un análisis cuantitativo de estos fenómenos.. 6.3.1.2 Calidad de lixiviados. Los parámetros que se seleccionaron para realizar el análisis de los lixiviados fueron la DQO, AGV y pH del lixiviado, esto. con el fin de ver la calidad depuradora de los. lixiviados a lo largo del tiempo, es decir: como cambiaron las condiciones internas del lixiviado del tal forma que generaban el ambiente propicio para la degradación del mismo por parte de los diferentes microorganismos. Estos lixiviados como se comento anteriormente fueron traídos del rellenos sanitario Doña Juana y a lo largo de la investigación se recircularon para así hacer el seguimiento a los parámetros que se plateo en los objetivos del proyecto. El resumen de los datos obtenidos en cada una de las diez mediciones realizadas a lo largo de los tres meses de ensayos se encuentra en el anexo. A continuación se presentan tres gráficas que muestran como cada uno de estos parámetros fue cambiando a lo largo del tiempo.. 45.

(46) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 17. Comportamiento de pH a lo largo del tiempo. Comportamiento de pH 9.5. 9. 8.5. pH. V er de 8. A zul Rojo. 7.5. 7. 25 / 12 /0 6. 18 /1 2/ 06. 11 /1 2/ 06. 04 /1 2/ 06. 27 /1 1/ 06. 20 /1 1/ 06. 13 /1 1/0 6. 06 / 11 /0 6. 30 /1 0/ 06. 23 /1 0/ 06. 16 /1 0/ 06. 6.5. Tiempo (dia). Figura 18. Comportamiento de AGV a lo largo del tiempo. Comportamiento de AGV 35000. 30000. 20000. Ver de Azul Rojo. 15000. 10000. 5000. Tiempo (dia). 46. 18 /1 2/0 6. 11 /1 2/ 06. 04 /12 /0 6. 27 /1 1/ 06. 20 /1 1/ 06. 13 /1 1/0 6. 06 /1 1/ 06. 30 /10 /0 6. 23 /1 0/ 06. 0. 16 /1 0/ 06. AGV (mg/l Acido acetico). 25000.

(47) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 19. Comportamiento de la DQO a lo largo del tiempo. Comportamiento DQO 50000. 45000. 40000 35000. DQO (mg/l). 30000 Polv o industrial Blanco Madera. 25000 20000. 15000. 10000 5000. 0 10/10/200 20/10/200 30/10/200 09/11/200 19/11/200 29/11/200 09/12/200 19/12/200 29/12/200 08/01/200 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 Tiempo (dia). Como se puede observar existe un aumento de los AGV mientras que el pH se reduce lo que va de acuerdo con lo esperado, puesto que indica que los microorganismos están actuando y se está efectuando la fermentación de materia orgánica. Seguido de esta fermentación se puede apreciar una reducción de la cantidad de AGV lo cual indica que esta etapa está terminando dando espacio para el comienzo de la etapa metanogénica en donde la producción de metano se incrementa. Esto nos indica que el tiempo de realización de los ensayos tuvo que ser mayor para así logar una caracterización más clara de todas las fases por las que el lixiviado tiene que pasar. Es decir, encontrar puntos de quiebre en los parámetros en donde se pueda afirmar el fin de la etapa de fermentación y el comienzo de la etapa de maduración, en donde la cantidad de sustrato disponible es muy poca.. 47.

(48) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. La DQO por su parte presento un incremento inicial y una disminución paulatina en el reactor azul y un aumento paulatino en los reactores rojo y verde. El aumento o los picos que se pueden ver se le atribuyen a la degradación de materia orgánica y los puntos bajos a la actividad metanogénica. La diferencia entre los picos y puntos bajos en el reactor azul indican una mayor acción de los organismos encargados de los dos fenómenos lo se puede corroborar mas adelante con el mayor desplazamiento de soda en la actividad metanogénica. El reactor verde y rojo por su parte se puede ver que esta en aumento lo que nos indica que se encuentra aun en una etapa temprana o intermedia de descomposición de materia orgánica no tan adelantada como se puede apreciar en el reactor azul.. No obstante, como la recirculación de lixiviados no fue igual en los tres reactores, la cantidad de veces que el lixiviado estuvo en contacto con el RSM y el material de soporte es diferente, al igual que en contacto con los microorganismos. Por esta razón se graficaron los parámetros contra la cantidad de lixiviado recirculado en el momento de la medición y se realizó una normalización ya que como se observó, el volumen de material dentro de los reactores cambió. Sin embargo, como no se estudió detalladamente el cambio de volumen del reactor a lo largo del tiempo se asumió que este había ocurrido linealmente ya que solo se cuenta con dos datos el inicial y el final. Esta aproximación puede estar muy lejana al comportamiento real por lo que se podría profundizar en este aspecto en investigaciones futuras. Las gráficas que se muestran a continuación resumen estos cálculos.. 48.

(49) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 20. Comportamiento pH contra volumen recirculado pH 9.5. 9. 8.5. 8. pH. Verde Azul Rojo 7.5. 7. 6.5. 6 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Vol Rec ir culado/Vol r eactor. Figura 21. Comportamiento AGV contra volumen recirculado AGV 350 00. 300 00. AGV (mg/l Acido Acetico). 250 00. 200 00 Verde Azul Rojo. 150 00. 100 00. 50 00. 0 0 .0 00. 1.00 0. 2.000. 3.000. 4 .0 00. 5.00 0. Vol Re circulado/ Vol r eactor. 49. 6.00 0. 7.000. 8.000.

(50) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 22. Comportamiento DQO contra volumen recirculado DQO 50000. 45000. 40000. 35000. DQO (mg/l). 30000 Polvo Industrial Blanco. 25000. Madera 20000. 15000. 10000. 5000. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Vol recirculado/ V ol Reactor. Las graficas anteriormente expuestas dan una idea más clara del cambio de cada uno de los parámetros a lo largo del tiempo. Como se puede ver cada reactor tiene un comportamiento bastante parecido pero con tiempos diferentes, es decir, en el reactor azul los sucesos se presentaron en menor tiempo, mientras que en el reactor verde se tuvo que hacer más recirculaciones para ver el mismo comportamiento, esto se debe posiblemente al tiempo de retención que se logra conseguir con el reactor verde. La DQO y pH en el reactor verde tuvieron los valores más bajos durante todo el ensayo, los AGV no se diferenciaron mucho de los otros dos reactores. La razón por la cual el pH del reactor verde se mantuvo tan bajo se le puede atribuir al hongo blanco que se manifestó en este reactor con una concentración. 50.

(51) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. bastante alta, mientras que en el reactor rojo que también se manifestó su concentración fue bastante baja.. Otro aspecto importante que se analizó fue la cantidad de lixiviado drenado por cada uno de los reactores a lo largo del tiempo. La gráfica a continuación muestra como fueron cambiando estas magnitudes a lo largo del tiempo, en el anexo se encuentran resumidos los valores obtenidos en el tiempo del trabajo de investigación.. Figura 23. Comportamiento del volumen del lixiviado en reactor con polvo industrial en soporte (verde).. Comportamiento Lixi viado en reac tor ve rde 1200. 1000. Volum en (m l). 800. Recogido en Reac tor. 600. Total. 400. 200. 0 11/09/06. 11/14/06. 11/19/06. 11/24/06. 11/29/06. 12/04/06. 12/09/06. Dia. 51. 12/14/06. 12/19/06. 12/24/06. 12/29/06.

(52) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 24. Comportamiento del volumen del lixiviado en reactor sin soporte (azul). Comportameinto li xiviado en reac tor azul 1400. 1200. Volume (ml). 1000. 800 Recogi do en Reactor Total 600. 400. 200. 0 10/20/06. 10/30/06. 11/09/06. 11/19/06. 11/29/06. 12/09/06. 12/19/06. 12/29/06. 01/08/07. Dia. Figura 25. Comportamiento del volumen del lixiviado en reactor con desechos de madera (rojo). Comporta miento lix ivia do e n rea ctor roj o 1000. 900. 800. Volumen (ml). 700. 600 Rec ogido en Reactor. 500. Total 400. 300. 200. 100. 0 10/20/06. 10/30/06. 11/09/06. 11/19/06. 11/29/06 Dia. 52. 12/09/06. 12/19/06. 12/29/06. 01/08/07.

(53) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 26. Volumen recirculado en reactores V ol umen recirculado en Reactores 2500. Volumen (ml). 2000. 1500 Polvo Indus trial Blanco Madera 1000. 500. 26 /1 2/ 20 06. 19 /1 2/ 20 06. 12 /1 2/2 00 6. 05 /1 2/ 20 06. 28 /1 1/ 20 06. 21 /1 1/2 00 6. 14 /1 1/ 20 06. 07 /1 1/ 20 06. 31 /1 0 /2 00 6. 24 /1 0/ 20 06. 0. Dia. Como se puede apreciar la cantidad drenada por cada uno de los reactores a lo largo del tiempo fue relativamente la misma, sin embargo, se aprecia un aumento en la cantidad de lixiviado en el reactor verde mientras que en los otros dos las cantidades totales disminuyen. Esta reducción se debe a que en cada uno de los ensayos es necesario extraer una cantidad de 30 ml, lo que da un total de 300 ml a lo largo de todo el experimento, además en algunas ocasiones de los experimentos se presentaron pérdidas por diferentes factores. El aumento en el reactor verde se le puede atribuir a la cantidad de licor absorbido por el medio ya que como se comento en la metodología, los medios fueron inoculados previamente con el licor de la planta de tratamiento de lixiviados del relleno de Doña Juana y la cantidad absorbida no fue cuantificada en un principio, de igual forma, esta apreciación se puede corroborar con la humedad medida al final en cada uno de los medios los cuales se encuentran resumidos en el tabla 6.. 53.

(54) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. 6.3.1.3 Actividad M etanogénica. La actividad metanogénica por su parte ayuda a cuantificar la cantidad de gas metano que es generado por el reactor a lo largo del ensayo. La soda usada para realizar la actividad metanogénica, tiene la particularidad de absorber el CO2 pero no el metano, por lo que este gas se almacena en la botella invertida a medida que la soda es desplazada. El volumen desplazado es la cantidad de metano generado por el reactor, en el anexo de este tema se encuentran resumidos los valores obtenidos a lo largo del tiempo en que se realizó el ensayo.. La tabla a continuación muestra gráficamente el comportamiento de la cantidad de soda desplazada en cada uno de los reactores para cada uno de los días en que se realizó la medición. Como se puede ver los datos se pueden aproximar a un comportamiento lineal por lo que se trato la línea de tendencia para cada uno de los datos obtenidos, siendo el reactor azul el de mayor pendiente y el verde con el de menor.. Figura 27. Actividad metanogénica por día Ac tiv idad Me ta nogenic a 70. 60. 50. Acumulacion. 40 Verde Az ul Roj o Lineal (A zul ) Lineal (Rojo). 30. Lineal (V erde). 20. 10. 0. 01 /08/07. 12 /29/06. 54. 12 /19/06. Tiempo ( dia y hora). 12 /09/06. 11 /29/06. 11 /19/06. 11 /09/06. 10 /30/06. 10 /20/06. 10 /10/06 -10.

(55) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Otro análisis que se realizó fue la elaboración de una gráfica que mostrara la acumulación de gas a lo largo del tiempo, esta gráfica se muestra a continuación y se ve claramente zonas donde la pendiente de crecimiento es mucho mayor, indicando que en estas etapas el desplazamiento fue más amplio el cual representa la etapa donde el pH estuvo más estable y cercano a la neutralidad en los tres reactores. No se puede ver en ninguna de las dos gráficas un punto donde la pendiente sea menor o con tendencia a disminuir sino todo lo contrario, las pendientes tienden a aumentar por lo que se puede afirmar que no se ha llegado al punto máximo de producción de metano, lo cual indica que todavía la fase de maduración aún no comienza.. Figura 28. Actividad M etanogénica acumulada. Activi dad Metanogenica (acumulado) 400. 350. 300. Volum en (m l). 250 Verde Azul. 200. Rojo 150. 100. 50. 0 10/18/2006. 10/28/2006. 11/7/2006. 11/17/2006. 11/27/2006. 12/7/2006. 12/17/2006. Dia. De igual forma se puede ver como la producción de metano mayor en el reactor azul que en los otros dos reactores, este comportamiento como se menciono anteriormente puede estar. 55.

(56) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. asociado con que los reactores rojo y verde se encuentran en etapas jóvenes comparado con el reactor azul, además vale la pena explorar algún efecto negativo del hongo o inmunizantes en la madera que posiblemente estén inhibiendo los organismos encargados de la metano génesis.. 6.3.1.4 Otros. A lo largo de esta investigación, aparecieron diferentes situaciones las cuales no se esperaban al principio debido a la naturaleza de la investigación al tratar un tema que no está estudiado a profundidad e involucrar microorganismos los cuales pueden reaccionar de forma diferente si las condiciones del medio son alteradas.. La aparición de moscas en diferentes magnitudes para cada uno de los reactores fue algo que causó bastante curiosidad por lo que se le prestó más atención a su comportamiento pero no de manera detallada como hubiera sido deseable. De todas formas, con la información disponible se pueden generar algunas observaciones preliminares que dan un paso a futuras investigaciones de las posibles situaciones con las que se puede enfrentar la creación de un medio de soporte el cual tenga como fin aumentar el tiempo de retención del los lixiviados dentro de un relleno sanitario. La aparición de moscas empezó bastante temprano en el reactor verde pero a este suceso no se le dió tanta importancia debido a que solo se observaron dos larvas dentro del reactor. Unas semanas después se pudo ver que aunque estas larvas habían desaparecido unas semanas atrás, los contenedores que se usaron para recoger los lixiviados drenados contaban con un número mayor de larvas y algunas moscas. Es así como empezó la reproducción de estos animales hasta el punto que al finalizar los ensayos la cantidad de moscas y larvas era considerable y llegaba a ser molesto a la hora de realizar las mediciones.. El reactor rojo por su parte empezó un poco después la producción de moscas, pero igualmente se presentó un aumento en la población de este organismo. El reactor azul por. 56.

(57) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. su parte no tuvo ningún indicio de moscas sino hasta la última medición en donde se vió una larva en el contenedor. En las imágenes a continuación se muestran el recipiente del reactor verde (derecha) y el del reactor rojo (izquierda) con las larvas que cada uno albergaba.. Figura 29. Larvas en contenedores. La imagen muestra la gran diferencia que existe en los dos contenedores como se explicó anteriormente, la cantidad de larvas que se aprecian en la imagen de la izquierda representan casi la totalidad de los que se encontraban en ese momento dentro del recipiente, mientras que la imagen de la derecha tan solo representa un poco más de la mitad de las larvas que se encontraban en ese instante. Este comportamiento no se estudió con profundidad pero se si hizo un seguimiento de carácter visual que vale la pena analizar en futuras investigaciones.. Otro aspecto importante que ocurrió durante el desarrollo del trabajo, fue la aparición de un “hongo” blanco en los reactores, con diferentes tasas de crecimiento y tiempo de. 57.

(58) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. manifestación. La apariencia de este hongo se puede observar en la imagen a continuación y su color y forma es muy parecida en los tres reactores.. Figura 30. Hongo en reactores.. La aparición de este hongo solo se apreció en el último mes de ensayos, aunque vale la pena aclarar que esto no quiere decir que anterior a este momento no existiera, por lo tanto, no se tiene una fecha exacta para “anunciar” la aparición del primer indicio del hongo en los reactores. Sin embargo, si se puedo observar que para el momento cuando primero se notó la existencia del hongo, su cantidad no era la misma en los 3 reactores. La mayor concentración se presentó en el reactor verde, del cual se obtuvo la imagen 16, seguido del reactor rojo y finalmente el azul el cual en un inicio, no tenía la presencia del hongo. La aparición en el reactor verde puede estar asociada con el pH ya que es el reactor que siempre ha mantenido los pH mas bajos (no condiciones acidas) y este parámetro siempre. 58.

(59) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. es indispensable para la supervivencia de diferentes organismos, además la humedad presente es mucho mayor que en los otros reactores lo que es otra factor importante para la reproducción y crecimiento de organismos.. El hongo por su parte al ser un organismo que consume algún tipo de sustrato y genera ciertos tipos de desecho, puede cambiar las condiciones internas del reactor, para bien o para mal del objetivo del ensayo. Este efecto no fue estudiado por lo que no se sabe con certeza si el hongo fue benéfico o negativo para el nivel de depuración de lixiviado. Por último se pudo apreciar que el hongo es fotosensible debido a que se dejó el reactor con entrada de luz por unos días en el reactor verde (más concertación de hongo) al finalizar los ensayos y este desapareció casi por completo, una vez bloqueada la entrada de luz este hongo volvió a aparecer.. Figura 31. Hongo en los reactores.. 59.

(60) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Una vez abiertos los reactores, se pudo observar que el hongo estuvo presente en todo el RSM del reactor verde y su localización no fue tan puntual como en los otros dos reactores en donde la cantidad de hongo fue menor y solo se encontró en la parte superior del RSM . Al observar esto, la reducción de la cantidad de gas producido en el reactor verde y las condiciones de pH parecidas a los otros reactores, vale la pena pensar si el hongo encontrado tiene algún tipo de incidencia sobre los organismos encargados de la producción de gas metano.. El color de los lixiviados es otro de los aspectos que resultaron interesantes debido a que se presentaron cambios en la coloración del lixiviado reciclado tanto de un reactor a otro como al tiempo de recolección del mismo. El reactor rojo y azul fueron los que presentaron la coloración más clara en la mayoría de los casos, siendo de un color café oscuro como se puede ver en la imagen. Esta pigmentación también presentó cambios que dependieron del tiempo que se demoraba la recolección de los mismos, tornándose más oscuros a medida que el tiempo era mayor. El reactor verde por su parte presentó un color negro en la mayoría de los casos pasando de tonos más claros a más oscuros dependiendo del tiempo de recolección de los mismos. Esta coloración depende en cierta forma del grado de reducción del lixiviado y/o del pH que presente, esta hipótesis se puede pensar debido a que al intentar cambiar el pH en los ensayos que se realizaron se vio como el color del mismo cambiaba entre la gama de colores que se presentaba a la hora de la recolección, sin embargo es importante hacer un seguimiento del color y las condiciones del lixiviado para saber con mas certeza el porque de este comportamiento. En la imagen a continuación se puede apreciar claramente la diferencia de coloración entre los tres reactores, vale la pena mencionar que el lixiviado en su estado inicial para los tres reactores era de color negro, como el del envase que se ve en el centro de la imagen.. 60.

(61) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. IAM B 200620 02. Figura 32. Lixiviados en reactores: azul, verde, rojo. Empezando por la izquierda.. 61.