uso de carbón activado reciclado en barreras permeables para disminuir la materia orgánica en los...
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Uso de Carbón Activado Reciclado en Barreras Permeables Para Disminuir La Materia Orgánica en Los Lixiviados Del Vertedero Del Municipio de MexicaltzingoTRANSCRIPT
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Hacia la sustentabilidad: Los residuos slidos como fuente de energa y materia prima 2011 pp 415-419 ISBN 978-607-607-015-4
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Uso de carbn activado reciclado en barreras permeables para
disminuir la materia orgnica en los lixiviados del vertedero del
municipio de Mexicaltzingo
Romero-Hernndez, Carlos; Martnez-Gallegos, Sonia; Garca-Rosales, Genoveva
Resumen
En el municipio de San Mateo Mexicaltzingo, Estado de Mxico existe un sitio de disposicin de
residuos slidos urbanos con un rea aproximada de 8811 m2 ya clausurada, mas otra de 8705 m
2
que continua en uso, divida en dos partes: una de 5600 m2 donde se depositan los residuos slidos
urbanos (RSU) y el rea restante con una profundidad de 15 m donde se encuentran acumulados los
lixiviados, cuya fuente de contaminacin se estima que es de tipo orgnico. Esta contaminacin
puede ser medida como DQO, DBO5, nitrgeno como nitritos y nitratos. En este trabajo se propone
el uso de carbn activado reciclado para ser utilizado como barrera permeable, para esto se
prepararon columnas empacadas con muestras de suelo obtenidas en el sitio de disposicin y
carbn, en las que se hizo pasar un flujo de 0.2 mL/hr de muestras de lixiviado natural y preparado
en laboratorio. Los resultados muestran que el grado de contaminacin asociado a la materia
orgnica DQO, DBO5, N-NO3, N-NO2 disminuye entre 40 y 80% quedando por debajo de los
lmites mximos establecidos para cada parmetro establecido en la norma.
Palabras clave: carbn activado, materia orgnica, barreras permeables, lixiviados
1. Introduccin
El agua constituye el 70% del planeta y se encuentra dispersa en ocanos, ros, lagos, etc., o en
forma slida en los casquetes polares. Del total de agua en el mundo, solo un 0.35% es adecuada
para uso humano. Las principales fuentes de agua utilizable se localizan en los ros, lagunas y el
subsuelo. En este contexto de inaccesibilidad, el agua es uno de los recursos renovables en peligro
como consecuencia de la actividad humana.
Durante mucho tiempo el hombre ha ido arrojando sus residuos a los cuerpos de agua. Al no
percibir ninguna alteracin manifiesta, se ha considerado infinita la capacidad de auto depuracin
de estos medios acuticos. Una vez en el suelo, el agua escurre por la superficie y se infiltra hacia
las capas subterrneas. El agua que escurre se carga de pesticidas y del exceso de fertilizantes
procedentes de los campos y en las ciudades arrastra productos como aceites, metales pesados,
gasolina o detergentes. No solo se vierten hoy cantidades enormes de productos contaminantes sino
que, la capacidad destructiva de muchos de ellos es infinitamente mayor que la que posean
residuos de hace unas pocas dcadas. Productos qumicos concentrados, pesticidas, defoliantes, etc.,
han ido destruyendo una gran parte de los ecosistemas acuticos de los pases industrializados. Los
lagos has sido los primeros en manifestar los efectos de la contaminacin, por ser muchos de ellos
sistemas cerrados.
Los residuos slidos urbanos (RSU), conocidos comnmente como basura, son aquellos generados
en las casas habitacin, que resultan de la eliminacin de los materiales que se utilizan en la vida
domstica. Un relleno sanitario (RESA) tambin llamado vertedero de residuos es una obra de
infraestructura que involucra mtodos y obras de ingeniera para la disposicin final de RSU, con el
fin de controlar, a travs de la compactacin e infraestructura adicional, los impactos ambientales y
a la salud humana. Los RESA tienen un bajo costo inicial, operacin y mantenimiento, aprovechan
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los terrenos que ya se consideran como improductivos o marginales, solucionan el problema a
numerosos municipios en la eliminacin de basura y se considera flexible ya que no requiere de
instalaciones fijas o permanentes[1].
Un lixiviado es el lquido producido cuando el agua percola a travs de cualquier material
permeable y puede contener tanto materia en suspensin como disuelta. El lixiviado es una mezcla
compleja y variable de compuestos orgnicos e inorgnicos solubles, microorganismos y slidos
suspendidos en un medio acuoso. El peligro de los lixiviados son debidos a altas concentraciones
de contaminantes orgnicos y nitrgeno amoniacal, microorganismos patgenos y sustancias
txicas que pueden estar presentes.
Las tcnicas de contencin por barreras estn dirigidas a impedir el paso de la contaminacin hacia
las aguas subterrneas. Las barreras reactivas que sitan en la direccin del flujo de las aguas
subterrneas y actan sobre la contaminacin a travs de diferentes procesos (fsicos, qumicos y
biolgicos). Estas barreras son paredes permeables, lo que significa que tienen pequeos orificios
que dejan pasar el agua subterrnea a travs de ellas[2].
En este trabajo se propone el uso de carbn activado cuyo uso primario es un pretratamiento de
agua potable para obtener agua ultrapura. Este carbn era desechado despus de completar su ciclo
de vida til para tal fin. Para realizar un estudio de la eficiencia de una barrera permeable en el sitio
de disposicin de residuos reutilizando carbn activado, se empacaron columnas con muestras de
suelo obtenidas en el tiradero municipal de Mexicaltzingo y por las cuales se hizo pasar un flujo de
0.2 mL/h de un lixiviado obtenido en el vertedero.
2. Metodologa
Las muestras de suelo se obtuvieron a dos profundidades diferentes 3 y 12 metros a travs de la
perforacin de pozos para muestreo utilizando la tcnica de percusin rotatoria utilizando un taladro
para suelo. Cada muestra se sec a temperatura ambiente en una superficie plana y deshaciendo los
agregados sin llegar a triturar la partculas grandes. El muestreo de los lixiviados se realiz en el
pozo construido dentro del tiradero para este fin.
Se determinaron los parmetros fisicoqumicos antes y despus de su paso por la comuna segn lo
establecido en las normas oficiales mexicanas.
DQO con la norma NMX-AA-030-SCFI-2001[1]
; DBO con la norma NMX-AA-028-SCFI-2001[2]
;
Nitritos con la norma NMX-AA-099-SCFI-2000[3]
; Nitratos con el electrodo de ion selectivo
Thermo Scientific Orion.
Para simular las barreras permeables se construyeron columnas de adsorcin en buretas de 100 mL,
con las siguientes caractersticas: 1.5 cm dimetro; 60 cm altura; Cmara de soporte (fibra de
vidrio). El flujo de la muestra debe ser inferior a 0.2 mL/min.
Las columnas se empacaron con tierra extrada del tiradero municipal de Mexicaltzingo a 3 y 12
metros de profundidad, se utilizaron 50 g de suelo y el carbn se coloc como un soporte superior
de 10 g de masa.
3. Resultados
Los resultados utilizando lixiviado natural extrado del relleno sanitario, muestran que la eficiencia
de las columnas disminuye. Como se puede observar en la Figura 1 donde para la DQO la columna
empacada con carbn adsorbe 45.11% a un tiempo de 330 minutos, mientras que sin carbn y al
mismo tiempo, la remocin es solo de 35%. El pH del lixiviado natural mostr un comportamiento
similar que para la solucin estndar, es decir aumenta despus del contacto con la columna,
teniendo un pH inicial de 7 y quedando en el rango de 8 unidades.
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Para DBO5 usando suelo extrado a 3 m de profundidad se aprecia en la Figura 2 que transcurridos
330 minutos la columna tiene una eficiencia del 10% de remocin para este parmetro, la columna
aumenta su eficiencia usando el soporte de carbn a 53% transcurrido el mismo tiempo, el rango de
pH se mantiene en un rango de entre 7.5 y 7.7.
Figura 1. Resultados DQO de columnas de
adsorcin empacadas con suelo obtenido a 3 m de
profundidad con lixiviado natural
Figura 2. Resultados DBO5 de columnas de
adsorcin empacadas con suelo obtenido a 3 m de
profundidad con lixiviado natural.
En la Figura 3 se muestran los resultados para DQO usando suelo extrado a una profundidad de 12
m del relleno sanitario en la que se aprecia que en un rango de pH de 7.6 a 7.7 el suelo adsorbe
despus de 330 minutos 499 mg/L lo que significa 29% de adsorcin para este parmetro. La
columna incrementa su eficiencia al colocar el soporte de carbn en un 53% para el mismo tiempo
lo cual significa que a tiempos ms largos se logra la mayor eficiencia lo que sera ptimo en una
barrera permeable real.
En la Figura 4 se presentan los resultados para la DBO5 en la cual se muestra que la cantidad de
DBO5 removida utilizando solo suelo obtenido a 12 m de profundidad, es de 42% transcurridos 330
minutos el cual cambia a 75% al cabo del mismo periodo de tiempo para la columna con soporte de
carbn. El comportamiento de la columna sin carbn se observ tambin en algunas soluciones
preparadas en el laboratorio, en las que a mayor tiempo el porcentaje de remocin es menor.
Figura 3 Resultados DQO de columnas de adsorcin
empacadas con suelo obtenido a 12 m de
profundidad lixiviado natural
Figura 4. Resultados DBO5 de columnas de
adsorcin empacadas con suelo obtenido a 12 m de
profundidad con lixiviado natural
En la Figura 5 se muestran los resultados para N-NO2 donde se encuentra que este parmetro
disminuye en un 4% al cabo de 330 minutos en columnas sin carbn, al empacar la columna con el
soporte de carbn para el mismo tiempo la remocin aumenta a un 5% a un pH de entre 7.5 y 7.7.
Para estas columnas probadas con lixiviado natural la tendencia a mejorar no se observa, despus de
60 minutos de contacto la cantidad de N-NO2, en este caso presenta una variacin decreciente casi
constante hasta los 330 minutos.
187.5
80.25 58.58
110.6 110.6 79.58 66.19
47.41 47.41
0
50
100
150
200
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
[ ]
DB
O5
m
g/ L
minutos
sincarbonconcarboncontrolDBO5
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El comportamiento del pH es similar al mostrado hasta ahora, ubicndose entre 7 y 8 unidades de
pH.
La Figura 6 muestra que para N-NO3 el suelo de 3 m adsorbe solo 13 % de este parmetro a 330
minutos, despus de que se coloca el soporte de carbn la eficiencia aumenta al 17 % transcurrido el
mismo tiempo, el rango de pH se mantiene entre 7.5 y 7.7. En esta tabla se aprecia que al minuto 60
la remocin en la columna que solo contiene suelo es del 30% y mejora con el soporte de carbn,
sin embargo ambas columnas muestran un comportamiento similar, conforme transcurre el tiempo
disminuye la cantidad de N-NO3 retenido en la columna.
Figura 5. Resultados N-NO2 de columnas de
adsorcin empacadas con suelo obtenido de 3 m de
profundidad con lixiviado natural
Figura 6. Resultados N-NO3 de columnas de
adsorcin empacadas con suelo obtenido a 3 m de
profundidad con lixiviado natural
En la Figura 7 se muestran los resultados para N-NO2 para un tiempo de 330 minutos y usando el
suelo de 12 m se observa una remocin del 4% de este parmetro, una vez que colocamos el soporte
de carbn se obtiene una eficiencia del 7% para el mismo tiempo en un rango de pH de 7.6 a 7.7. El
porcentaje de remocin para este parmetro tanta para la columna sin soporte, como para la
columna con soporte no representa mejora significativa en cuanto a su remocin o retencin.
La Figura 8 muestra los resultados de N-NO3 para la columna empacada con suelo obtenido a 12m.
Al igual que en las anteriores columnas para este parmetro a 60 minutos de transcurrida la prueba,
se observa la eficiencia mayor. Mientras al aumentar el tiempo de contacto aumenta tambin la
cantidad de N-NO3 en las muestras colectadas a la salida de la columna, es decir se necesitara un
soporte ms grande o un tiempo de contacto mayor para disminuir la cantidad de N-NO3 en el
efluente de salida.
Figura 7. Resultados N-NO2 de columnas de
adsorcin empacadas con suelo obtenido a 12 m de
profundidad con lixiviado natural
Figura 8. Resultados N-NO3 de columnas de
adsorcin empacadas con suelo obtenido a 12 m de
profundidad con lixiviado natural
Los resultados para las columnas de suelo a 12m muestran una mejor remocin para todos los
parmetros (DQO, DBO5, nitritos y nitratos). Se observa la influencia de la profundidad del suelo, a
49.15
7.89
32.13 41.01 41.90
43.52
17.71
35.42
34.46 34.19 35.50
0
10
20
30
40
50
60
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
[ ]
N-N
O3 m
g/ L
minutos
sin carbon
con carbon
control NO3
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medida que esta aumenta, tambin lo que hace que su capacidad para remover los contaminantes, a
tiempos de contacto cortos.
Los resultados obtenidos en las columnas utilizando las muestras de suelo extradas a 3 y 12 m de
profundidad usando lixiviado natural extrado del RESA de Mexicaltzingo muestran una eficiencia
ligeramente baja ya que se puede encontrar mucho mas materia orgnica e inorgnica soluble,
microorganismos y slidos suspendidos.
4. Conclusiones
La propuesta de usar carbn activado reciclado en barreras permeables para contener la
contaminacin de los lixiviados del sitio no controlado es factible. Las caractersticas del suelo por
s mismas ayudan a disminuir la cantidad de materia orgnica y en combinacin con el carbn
activado lo hace an ms. La tcnica de contencin de la contaminacin por barreras permeables
puede garantizar que los lixiviados que se infiltren al subsuelo y la materia orgnica arrastrada por
ellos hacia los mantos acuferos puede detenerse usando una barrera con caractersticas similares a
las de este trabajo. La adsorcin de columnas disminuye un 46% de la DQO, un 74% de la DBO, un
6% para N-NO2 y finalmente un 35% para N-NO3.
Referencias Bibliogrficas
[1] Bueno, J.L. Sastre, H. Contaminacin e ingeniera ambiental. Contaminacin de las aguas. Vol
III FICYT. Oviedo, Espaa, 1997.
[2] Cardona Gallo Santiago Alonso, Sistema de barreras reactivas permeables para tratar agua
subterrnea contaminada con diesel, Instituto de Ingeniera, Universidad Nacional Autnoma de
Mxico, Coordinacin de Ingeniera Ambiental.
[3] NMX-AA-030-SCFI-2001 Norma Mexicana de anlisis de agua- Determinacin de la Demanda
Qumica de Oxgeno (DQO) en aguas naturales, residuales y residuales tratadas, mtodo de prueba.
[4] NMX-AA-028-SCFI-2001 Norma Mexicana de anlisis de agua- Determinacin de la Demanda
Bioqumica de Oxgeno (DBO) en aguas naturales, residuales y residuales tratadas, mtodo de
prueba.
[5] NMX-AA-030-SCFI-2001 Norma Mexicana de anlisis de agua- Determinacin de nitrgeno de
nitritos en aguas naturales y residuales- mtodo de prueba.