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U N I V E R S I D A D D E L O S A N D E S 4 4 TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS DE RELLENOS SANITARIOS: AVANCES RECIENTES

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1. INTRODUCCIÓN Enterrar los residuos sólidos urbanos ha sido, y es aún, la práctica más utilizada por las sociedades del mundo para su manejo. A pesar de la creciente conciencia mun-dial sobre la necesidad de Reducir, Reusar y Reciclar los
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  U NIVERSIDAD   DE   LOS  A NDES 44 T RATAMIENTO   DE  L IXIVIADOS   DE  R ELLENOS S ANITARIOS :A VANCES  R ECIENTES Eugenio Giraldo* 1.I NTRODUCCIÓN Enterrar los residuos sólidos urbanos ha sido, y es aún,la práctica más utilizada por las sociedades del mundo para su manejo. A pesar de la creciente conciencia mun-dial sobre la necesidad de Reducir, Reusar y Reciclar losmateriales que fluyen a través de la sociedad, la imple-mentación real de estas políticas ha encontrado nume-rosos obstáculos que han impedido su materializaciónen hechos concretos. Parte del problema se encuentraen la poca internalización de los costos ambientales enque se incurre en la producción de bienes que finalmen-te se descartan convirtiéndose en residuos. La compa-ración final sobre que hacer con un bien descartado sehace en términos de las alternativas para su manejo fi-nal, -mas no en los impactos ambientales que generó su producción, distribución y uso-, siendo con frecuenciala alternativa más económica su disposición en un relle-no sanitario. En sociedades en donde el costo del capi-tal es alto, como en Latinoamérica, y en donde existennumerosas necesidades insatisfechas que compiten por los recursos, con frecuencia terminan los rellenossanitarios siendo las opciones mas utilizadas a pesar dela clara conciencia de que las prioridades las fijan lastres R. Colombia, por ejemplo, en su política nacional deresiduos sólidos ha adoptado como prioridad nacionallas tres R. Reducción, Reuso y Reciclaje en ese orden.Una vez se han enterrado los residuos sólidos es nece-sario minimizar los impactos de esta práctica. Para em- pezar, el agua que ha entrado en contacto con la basurarecoge gran cantidad de las sustancias que srcinal-mente estaban dentro del residuo, quedando de esamanera altamente contaminada. Esta agua se denominalixiviado, y es uno de los líquidos más contaminados ycontaminantes que se conozcan. De no recogerse ade-cuadamente y luego tratarse, el lixiviado puede conta- *Ingeniero Civil, Universidad de Los Andes. MSc. Ingeniería Ambiental y Ph. D. en Ingeniería Ambiental, University of Massachussets, USA. Profesor Asociado, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de Los Andes. minar a su vez aguas subterráneas, aguas superficialesy suelos. Por esta razón, y para evitar que esto ocurra,los rellenos sanitarios se impermeabilizan, se drenanapropiadamente y los lixiviados recogidos por estosdrenes, se deben tratar.La presente contribución revisa las tecnologías recien-tes para el tratamiento de lixiviados de rellenos sanita-rios. Primero se hace una presentación de las principa-les características de los lixiviados desde el punto devista del tratamiento que se pretende hacer, luego sehace una presentación crítica de las tecnologías que sehan desarrollado recientemente para el tratamiento delos lixiviados de rellenos sanitarios. Se concluye conunas recomendaciones sobre las consideraciones quedeben tenerse en cuenta a la hora de la selección de latecnología del tratamiento de los lixiviados de los relle-nos sanitarios. No se pretende de ninguna manera mos-trar de manera exhaustiva y detallada la evolución delas tecnologías para el tratamiento de los lixiviados,sino hacer una discusión de aquellas más recientes. 2. C ARACTERÍSTICAS   DE   LOS  L IXIVIADOSQUE  A FECTAN   SU T RATAMIENTO Existen numerosas caracterizaciones de los lixiviadosen donde se hace énfasis en su alto poder contaminan-te 1 . Se concluye usualmente que los lixiviados contie-nen toda característica contaminante principal, es decir,alto contenido de materia orgánica, alto contenido denitrógeno y fósforo, presencia abundante de patóge-nos e igualmente de sustancias tóxicas como metales pesados y constituyentes orgánicos. Estas caracterís-ticas son importantes en cuanto nos indican qué es lo  Facultad de Ingeniería 45  que toca removerle a los lixiviados durante su trata-miento, sin embargo, desde el punto de vista de la se-lección de la tecnología existen otras característicasque, sin ser necesariamente contaminantes, puedenafectar el funcionamiento de los procesos de tratamien-to. A continuación se revisan las características de loslixiviados desde la perspectiva del sistema de trata-miento que se piensa seleccionar. 2.1 Calidad de los lixiviados La calidad de los lixiviados en un relleno sanitario varíagrandemente en el tiempo, al igual que con el tipo derelleno sanitario que se tenga. En particular vale la penamencionar las diferencias que se tienen en las calidadesde los lixiviados entre aquellos de los países desarrolla-dos con los de los países en vía de desarrollo. De mane-ra resumida se puede decir que los lixiviados de losrellenos sanitarios de los países en desarrollo presen-tan concentraciones mucho mayores de DBO, amonía-co, metales y sustancias precipitables que aquellos de países desarrollados. Como se verá a continuación estotiene importantes implicaciones para la operatividad yel rendimiento de los procesos de tratamiento, y debetenerse cautela cuando se busque hacer la adaptaciónde las tecnologías a los casos locales.Las diferencias se srcinan principalmente en los altoscontenidos de materia orgánica fácilmente biodegrada- ble, MOFBD, que se tiene en los residuos sólidos en los países en desarrollo. La MOFBD tiene un contenido dehumedad alto, y como su nombre lo indica se degradarápidamente en el relleno sanitario, produciendo a suvez altas concentraciones de ácidos grasos volátiles yde amoníaco- en general mucho más altas que las quese reportan típicamente para lixiviados de países desa-rrollados- producto de la fermentación inicial. A su vez,estos ácidos se diluyen fácilmente en el lixiviado delrelleno sanitario, le bajan el pH y contribuyen a la solu- bilización de los metales presentes en los residuos dis- puestos en el relleno.Como consecuencia los lixiviados de las áreas de losrellenos sanitarios que han sido recientemente rellena-das producen un lixiviado altamente contaminante, de-nominado lixiviado joven. A partir de ese momento, lasconcentraciones de las sustancias en el lixiviado de unacochada de basura en el relleno sanitario disminuyencontinuamente en el tiempo, esto ocurre como reglageneral, más sin embargo, en algunos casos como me-tales que presentan reacciones de óxido-reducción, puede ocurrir que la concentración al inicio del procesode lixiviación no sea la mayor. Sin embargo, teniendo encuenta que un relleno sanitario se opera por lustros odécadas, siempre va a haber una parte del relleno queaporta lixiviado joven, la que se esta rellenando en esemomento, mientras que otras partes del relleno tienenlixiviado maduro, las que tienen unos años, y otras lixi-viado viejo, las que tienen mas de cinco años. En laTabla 1 se resume las principales características de loslixiviados jóvenes y viejos en un relleno sanitario. T  ABLA  1. C OMPARACIÓN   DE  C ARACTERÍSTICAS  T ÍPICAS   DE   LOS L IXIVIADOS   DE  R  ELLENOS  S ANITARIOS (1) Deficiente desde el punto de vista de un tratamien-to biológico aerobio Como se puede observar por las características de laTabla 1 el tipo de problema del tratamiento que se en-frenta con un lixiviado joven y uno viejo es muy dife-rente. Para empezar, las concentraciones de todos los parámetros son mucho mayores en un lixiviado jovenque en un lixiviado viejo. Por ejemplo, la relación DBO /DQO para un lixiviado joven es alta, indicando una bue-na biodegradabilidad, mientras que para un lixiviadoviejo es baja indicando una pobre biodegradabilidad dela materia orgánica. Las concentraciones de sales di-sueltas, y metales pesados son mucho mayores en unlixiviado joven, generando problemas de toxicidad en elcaso de que se quieran utilizar procesos biológicos para la remoción de la DBO. Por otra parte, las concen-traciones de agentes incrustantes como el hierro, el cal-cio y el magnesio, generan grandes problemas prácti-cos pues taponan la mayoría de los conductos,tuberías, accesorios, válvulas, membranas, tanquesetc. en donde el lixiviado entra en contacto con el siste-ma de conducción y de tratamiento. El atascamiento deC ARACTERÍSTICA L IXIVIADO  J OVEN L IXIVIADO  V IEJO DBOMuy altoBajoDQOMuy altoAlto AmoniacoMuy altoAltoFósforoUsualmenteDeficiente (1)Suficiente pHMuy bajoBajoDetergentesMuy AltosBajosSales disueltasMuy AltasBajas (relativamente)Agentes Incrus-tantes (Fe, Ca, Mg)Muy AltosBajos Metales PesadosMuy AltosBajos  U NIVERSIDAD   DE   LOS  A NDES 46  los sistemas de drenaje, de conducción y de tratamien-to de los lixiviados es siempre un problema práctico degran significancia en los rellenos sanitarios. El bajo pHa su vez puede interferir con el funcionamiento de nu-merosas tecnologías que se proponen, por ejemplo, lavolatilización del amoníaco, para la cual se requieren pH básicos, o con algunos procesos biológicos como lanitrificación, o químicos como la oxidación del hierro.De igual manera, la remoción de DBO se ve afectada por la toxicidad que generan los metales, pero a su vez, laremoción de metales, incluyendo aquellos incrustantescomo el hierro, se ve interferida por la presencia de laDBO que sirve como agente acomplejante que mantie-nen los metales en solución dificultando y limitandoseveramente su remoción. Estamos entonces en unaencrucijada, los metales afectan la remoción de la DBO,y la presencia de DBO la remoción de los metales, sindejar en claro por donde empezar a tratar.Con respecto a la presencia de altos contenidos de ni-trógeno, los lixiviados jóvenes pueden llegar a generar  problemas de toxicidad por amoníaco en los sistemas biológicos anaerobios para la remoción de DBO. Por otra parte, el fósforo, que como valor absoluto se en-cuentra en altas concentraciones, con frecuencia seencuentra insuficiente en los lixiviados jóvenes a lahora de la remoción de la DBO por procesos biológicos,lo que lleva a la necesidad de tener que adicionar fósfo-ro en el proceso. En el caso de los lixiviados viejos elfósforo usualmente no es un factor limitante.La alta presencia de detergentes, por otra parte, presen-ta problemas prácticos importantes a la hora de utilizar  procesos biológicos. Si se utilizan procesos aerobios,en donde es necesario introducir aire al agua por mediode sistemas de inyección, la formación de espumas enlos tanques de aireación genera problemas operativosdifíciles de manejar. En el caso de sistemas anaerobios,en donde se produce biogás en gran cantidad, igual-mente se pueden formar espumas que interfieren con elfuncionamiento normal del proceso.Como se puede observar los lixiviados presentan nu-merosos problemas que deben tenerse en cuenta almomento de seleccionar la tecnología de tratamiento. 2.2 Cantidadde los Lixiviados La cantidad de los lixiviados en un relleno sanitario tam- bién es un punto importante a considerar en el momen-to de la selección de la tecnología para su tratamiento.La cantidad de los lixiviados es función de tres varia- bles principales. El área rellenada, la cantidad de infiltra-ción que se permita, y el sistema de drenaje, imper-meabilización. El área rellenada afecta porque es a tra-vés de ella que se realiza la entrada y el contacto delagua de infiltración con la basura. Al aumentar el árearellenada, aumenta paralelamente la cantidad de lixivia-dos. Teniendo en cuenta que los rellenos son sistemasque duran lustros y décadas en su funcionamiento,igualmente se espera que la cantidad de lixiviados au-mente. Este aumento es un aumento gradual, lento, conlos años.Por otra parte la cantidad de infiltración que se permitaal relleno depende de numerosas variables tales como:la operación que se le dé al relleno- como por ejemplo ladesviación de aguas de escorrentía-, la cantidad de pre-cipitación directa que se tenga en la zona, y la presenciade infiltraciones subterráneas. Usualmente las variacio-nes en la producción de lixiviados asociadas a las infil-traciones, son variaciones rápidas, asociadas a la lluvia por ejemplo, y que hacen oscilar notablemente la canti-dad de lixiviados que se debe tratar. Por ultimo, los sis-temas de drenaje e impermeabilización son importantes porque son los que permiten que los lixiviados no con-taminen los suelos y las aguas subterráneas, y ademásque el lixiviado que se produce en realidad se recoja yse permita su tratamiento. De la misma manera, una vezse hace el cerramiento de las diferentes áreas de losrellenos, los caudales de infiltración disminuyen nota- blemente, generando una caída abrupta en la cantidadde lixiviado a tratar. Se tienen entonces dos dinámicasdistintas que afectan la cantidad de los lixiviados a tra-tar, una lenta que afecta el caudal medio y una rápidaque afecta los caudales diarios.Las variaciones de los caudales de lixiviados afectan demanera diferente a los sistemas de tratamiento. Algu-nos sistemas pueden acomodar en su proceso las varia-ciones en caudal, sin afectar el rendimiento, mientrasque otros no. Esto puede generar la necesidad de es-tructuras de almacenamiento y ecualización de cauda-les que afectan los costos del proceso. En otros casoslas economías de escala de los sistemas pueden igual-mente favorecer plantas grandes; mas sin embargo,dado que los caudales medios varían lentamente, setienen lucros cesantes del capital, al tenerse una capa-cidad instalada que no se utiliza durante una gran partedel tiempo. Esto hace muy onerosas las inversiones. Unsistema modular, que permita expandirse y contraersefácilmente puede representar ventajas claras en cuantoal flujo de capital y a costos de operación y manteni-miento de los sistemas que se instalen.  Facultad de Ingeniería 47  2.3 Otras consideraciones En algunos casos, como en lixiviados provenientes derellenos sanitarios en donde se depositen residuos deactividades comerciales e industriales, los lixiviadosarrastran de manera disuelta cantidades considerablesde compuestos orgánicos volátiles, COV. Estos com- puestos, como su nombre lo indica, se disuelven en elagua pero salen fácilmente de solución por tener unaalta volatilidad. Muchos de estos compuestos son deinterés ambiental porque además de ser volátiles sonmuy tóxicos, de tal forma que el desprendimiento deéstos a la atmósfera, bien sea en las conducciones o enel proceso mismo de tratamiento puede llegar a ser unaconsideración ambiental de importancia. Por ejemplo,los sistemas biológicos que utilicen aire inyectado en el proceso para el suministro de oxígeno, son en sí siste-mas que arrastraran junto con el aire que sale, una grancantidad de COV que se convierten en una emisión decontaminación a la atmósfera. Lo mismo, pero en menor cuantía, puede ocurrir con los sistemas anaerobios endonde el gas que se produce dentro del reactor arrastra-ría igualmente los COVs fuera del sistema. Si este gas sequema, y la temperatura y el tiempo de quemado es su-ficiente, entonces estos COVs pueden ser destruidosen la llama. En algunos casos es necesario hacer trata-miento adicional de los gases expelidos por el sistemade tratamiento de los lixiviados. En 1997 la USA-EPAreglamentó el control de emisiones de COV a la atmós-fera requiriendo que los rellenos que superaran unacantidad másica dada de emisiones de COVs deberíanimplementar sistemas recolección y control.Una consideración adicional en la selección del proce-so es la generación de lodos del sistema de tratamiento.La alternativa mas obvia es espesarlos, deshidratarlosy retornarlos al relleno sanitario; sin embargo, puedehaber problemas con la legislación ambiental que enalgunos sitios limita la disposición de lodos de plantasde tratamiento en rellenos sanitarios. En estos casos la producción de lodos por el sistema seleccionado, y sumanejo posterior, se puede tornar en una variable deselección importante a la hora de escoger una tecnolo-gía. Existen grandes diferencias en la producción ymanejo de los lodos que se producen entre las diferen-tes tecnologías. 3. A LTERNATIVAS   DETRATAMIENTO Una vez presentadas las principales características delos lixiviados que hay que tener en cuenta en su trata-miento, en el presente apartado se pasa a hacer unaexposición de las principales tecnologías para el trata-miento de los lixiviados. Se hace primero una exposi-ción de las principales tecnologías existentes, y luegose pasa a mirar algunos avances recientes.Las alternativas de tratamiento de lixiviados se puedencategorizar de acuerdo a varias características como por ejemplo de acuerdo a los niveles de tratamiento quese logren con cada una de ellas, o por el tipo de conta-minación que puedan remover. Vale la pena recordar que los lixiviados contienen todos los mayores gruposde contaminación conocidos como son la contamina-ción por patógenos, por materia orgánica, la contamina-ción por nutrientes, y por sustancias tóxicas. Como semencionó en el apartado anterior, en algunos casos laremoción de uno de los grupos de contaminación se veimpedido por la presencia del otro grupo como es elcaso de la remoción de la materia orgánica y los metales pesados. No es exagerado decir, que todas las tecnologías cono-cidas para el tratamiento de aguas residuales se han probado para el tratamiento de los lixiviados de rellenossanitarios. Existe una extensa literatura técnica sobrelas aplicaciones de las diferentes tecnologías para eltratamiento de lixiviados. Una revisión detallada decada tema está más allá de los alcances del presentedocumento. A continuación se hace un resumen de las principales tecnologías que se tienen actualmente. Nose hace una discusión de la opción de tratar los lixivia-dos en plantas de tratamiento de aguas residuales mu-nicipales mezclando el lixiviado con el resto del aguaresidual de la ciudad, ya que en la mayoría de los casosestas son inexistentes en los países en desarrollo y por lo tanto no es una opción viable. Sin embargo, la expe-riencia muestra que cuando esta es una opción, usual-mente es una opción eficiente en costos. 3.1Procesos anaerobios Las tecnologías clásicas para la remoción de materiaorgánica, que como en el caso de los lixiviados es pre-dominantemente materia orgánica disuelta, son los pro-cesos biológicos de tratamiento. Para el caso de un lixi-viado joven, en especial lixiviados de rellenos con altoscontenidos de MOFBD, los consecuentemente altoscontenidos de materia orgánica parecieran idealmenteapropiados para la aplicación de los procesos anaero- bios de tratamiento. De hecho existen numerosos re- portes de trabajo de todo tipo de tecnologías anaero- bias, desde las mas simples lagunas anaerobias, hastacomplicados sistemas de lecho fluidizado, pasando por filtros anaerobios y reactores UASB. En términos de lasreducciones de DBO se reportan muy altas eficiencias a  U NIVERSIDAD   DE   LOS  A NDES 48  cargas razonables. Usualmente se usan para llegar aniveles de tratamiento secundario, pero cuando se re-quieren eficiencias superiores se utilizan como pretrata-miento, precediendo a sistemas aerobios como los lo-dos activados.Las principales ventajas que tienen los procesos anae-robios en este contexto son la mayor simplicidad en elsistema de tratamiento y la menor producción de lodos.Esto se refleja en menores costos de inversión de capi-tal y de operación y mantenimiento, y en menores requi-sitos técnicos en el personal que opera el sistema.Sin embargo, existen varias precauciones que hay quetener en cuenta al aplicar este tipo de procesos. Losaltos contenidos de amoníaco y de minerales disueltos pueden generar problemas de toxicidad para los micro-organismos. Esto implicaría una remoción previa delamoníaco en caso de que este fuera el problema, o laaplicación de cargas de trabajo reducidas debido a laslimitaciones en la actividad microbiana por motivo de latoxicidad.Por otra parte los investigadores que han trabajado conlos sistemas de tratamiento anaerobio para lixiviados enrellenos sanitarios coinciden en indicar una acumula-ción muy significativa de material inorgánico precipita-do dentro del reactor y en los lodos mismos del sistemaanaerobio. Como se mencionó anteriormente este es un problema práctico de gran significancia para la operati-vidad de los sistemas. La acumulación de material preci- pitado dentro del reactor termina por formar incrusta-ciones que limitan el volumen activo del reactor, limitanla actividad de los lodos, y taponan los sistemas deconducciones de los reactores acabando finalmente enun colapso del sistema de tratamiento, o alternativa-mente, en costos y complicaciones muy grandes en laoperación y mantenimiento de las plantas.Con base en estas experiencias, se concluye que esnecesario bien sea hacer pre-tratamientos que minimi-cen los efectos de la toxicidad y/o de los materialesincrustantes, o, trabajar con diseños de reactores anae-robios que sean mas resistentes a éstos fenómenos.Igualmente debe tenerse en cuenta que las variacionesde los caudales y cargas orgánicas en sistemas comolos reactores UASB pueden fácilmente desestabilizar el proceso, y por lo tanto con frecuencia se puede requerir una homogenización de los caudales, si se esperan va-riaciones significativas en los flujos y cargas. 3.2Procesos Aerobios Los procesos aerobios al igual que los anaerobios hansido ampliamente estudiados para el tratamiento de loslixiviados de rellenos sanitarios. Existe experiencia conuna gran variedad de tipos de sistemas, desde las tradi-cionales lagunas aireadas, hasta sofisticados sistemasque acoplan reactores biológicos con procesos de ul-trafiltración con membranas. Su rango de aplicación esconocido al igual que los problemas y limitaciones que pueden surgir en su aplicación. Se utilizan cuando serequiere obtener una baja concentración de DBO en losefluentes. Vale la pena aclarar que como usualmente lasconcentraciones de DBO en los lixiviados son muy al-tas es relativamente fácil tener remociones porcentua-les superiores al 90% en este parámetro. Sin embargo laDBO remanente puede ser todavía alta. Los costos deinversión y de operación y mantenimiento son signifi-cativamente superiores a los de los procesos anaero- bios cuando los lixiviados son concentrados, como esel caso de un lixiviado joven, por lo que se logran mejo-res relaciones beneficio / costo cuando se utilizan paratratar lixiviados con concentraciones medias o bajas deDBO. Por esta razón, y dependiendo de las exigenciasdel vertimiento, se usan preferencialmente como post-tratamiento a los sistemas anaerobios, o para lixiviadosviejos con bajos niveles de DBO.En los reportes operativos se mencionan problemascon la generación de espumas, con la precipitación dehierro, y en el caso de los lodos activados, problemas para aceptar altas variaciones en las cargas hidráulicasy orgánicas que caracterizan a los lixiviados, como yase ha mencionado anteriormente. Esto último puedeimplicar que los sistemas requieran tanques de ecuali-zación de caudales como parte del tratamiento. Igual-mente, y dependiendo de la forma de operación del pro-ceso, se tiene una alta generación de lodos residuales,en mayor cantidad que los procesos anaerobios, que esnecesario procesar aumentando los costos de inver-sión y de operación y mantenimiento. Por otra parte, encasos en donde los lixiviados traigan cantidades impor-tantes de COVs, el aire que se usa en el proceso de laaireación del tanque biológico debe ser tratado a su vez para remover los COV que se arrastran. Esto igualmentehace más compleja la operación de los sistemas de tra-tamiento y aumenta los costos.Por la naturaleza misma del proceso que se tiene, la ope-ración de un proceso aerobio requiere mayor capacidadtécnica por parte del operador, al igual que mayor nece-sidad de mantenimiento de equipos. 3.3Sistemas Naturales Los sistemas naturales, lagunas y humedales artificia-les, también se han propuesto como alternativas para eltratamiento de lixiviados. Tienen la ventaja de la simpli-
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