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  • 1. PROCESOS FÍSICOS, QUÍMICOS Y BIOLÓGICOS EN EL RELLENO SANITARIO 2.1 El relleno sanitario como un reactor biológico. El Relleno Sanitario se comporta como un reactor biológico donde los microorganismos presentes en la basura se encargan de hidrolizar el material particulado; en esta hidrólisis juega un papel importante la humedad propia de la basura así como el agua que infiltra. El material que pasó a la fase líquida sigue siendo sustrato para los microorganismos presentes y comienza una etapa de degradación de la materia orgánica en solución. Debido al rápido agotamiento del oxígeno presente, la mayor parte de los mecanismos de degradación son de tipo anaerobio y tienen como resultado último la producción de biogás. La disposición final de los residuos sólidos urbanos, en rellenos sanitarios o en tiraderos a cielo abierto, conlleva a la generación de diferentes productos contaminantes, derivados de los procesos de descomposición microbiana y liberación de componentes contaminantes de los residuos. La contaminación puede presentarse en forma sólida (polvo y materiales ligeros arrastrados por el viento), o incluso como partículas sólidas suspendidas en el lixiviado o en el humo de incendios provocados y autoincendios eventuales en los tiraderos. 2.1.1 Procesos aerobios y anaerobios. Procesos aerobios en la descomposición de residuos en rellenos sanitarios Tan pronto como son depositados los residuos se comienzan a desarrollar procesos de biodegradación, aunque estos ya han comenzado una vez que han sido depositados en bolsas o receptáculos para su transporte. Este proceso es complejo y depende de muchas variables.
  • 2. El proceso de biodegradación es inicialmente aerobio por la presencia del aire atrapado, para dar paso a procesos aerobios cuando el oxígeno se ha consumido. Siendo responsable de estos procesos, bacterias presentes en los residuos, en el material de cobertura y en el lixiviado recirculado si lo hubiere. Y, continúa hasta agotar el oxígeno disuelto del aire atrapado en el relleno sanitario. Esta fase es relativamente breve y dependerá del diseño y operación del relleno, incluyendo el grado de compactación y el contenido de humedad. Problemas colaterales en el relleno sanitario Cuando el relleno sanitario está cerrado o tapado, la entrada de humedad o el agua se desvía por lo tanto mantiene lejos de la descomposición excesiva. Sin embargo, los residuos presentes en el interior de vertedero ya contienen cierta cantidad de humedad que se combina con otros residuos sólidos y empieza a degradar, y libera varios tipos de gases, entre ellos que se encuentran el metano y el dióxido de carbono, que dan un olor podredumbre. Dada que la basura se dispone en el suelo, hay riesgos de productos químicos nocivos que combina con el agua subterránea. Los rellenos sanitarios también contribuyen en gran medida al cambio climático. Constituyen la mayor fuente de emisiones de metano creada por el hombre. El metano es un gas toxico que altera el clima y es entre 25 y 72 veces más potente que el dióxido de carbono.
  • 3. 2.1.2 Descomposición de los residuos. 2.1.3 Problemas colaterales en el relleno sanitario. Los RSM depositados en un relleno sanitario presentan una serie de cambios físicos, químicos y biológicos de manera simultánea e interrelacionada. Estos cambios se describen a continuación a fin de dar una idea de los procesos internos que se presentan cuando los residuos son confinados. • Cambios físicos. Los cambios físicos más importantes están asociados con la compactación de los RSM, la difusión de gases dentro y fuera del relleno sanitario, el ingreso de agua y el movimiento de líquidos en el interior y hacia el subsuelo, y con los asentamientos causados por la consolidación y descomposición de la materia orgánica depositada. • Reacciones químicas. Las reacciones químicas que ocurren dentro del relleno sanitario e incluso en los botaderos de basura abarcan la disolución y suspensión de materiales y productos de conversión biológica en los líquidos que se infiltran a través de la masa de RSM, la evaporación de compuestos químicos y agua, la adsorción de compuestos orgánicos volátiles, la deshalogenación y descomposición de compuestos orgánicos y las reacciones de óxido-reducción que afectan la disolución de metales y sales metálicas. Producción de lixiviados y gases en vertederos Al depositarse los residuos en el basurero, comienzan a descomponerse de manera natural mediante una serie de procesos químicos complejos.Los productos principales de la descomposición son los líquidos lixiviados y los gases. Tanto los líquidos como los gases pueden afectar la salud de las personas que circundan por el basurero y probablemente afecta a los pobladores por diferentes vías. Los lixiviados se forman mediante la filtración de líquidos (como por ejemplo, agua de lluvia o los mismos líquidos que contiene la basura) a través de sustancias en proceso de descomposición.
  • 4. El líquido, al fluir, disuelve algunas sustancias y arrastra partículas con otros compuestos químicos. Los ácidos orgánicos formados en ciertas etapas de la descomposición contenidos en el lixiviado (como ácido acético, láctico o fórmico) disuelven los metales contenidos en los residuos, transportándolos con el lixiviado, contaminando el suelo y los mantos freáticos. Gases El metano es un gas explosivo, causante de los incendios accidentales que se producen en los vertederos. Este gas y el anhídrido carbónico, producido durante la quema de la basura, son los responsables principales del calentamiento global o efecto invernadero. Compuestos orgánicos volátiles más comunes de encontrar en los lixiviados y sus efectos en la salud. Benceno: Cancerígeno, mutagénico, posible teratogénico; efectos sobre el sistema nervioso central y periférico; efectos sobre el sistema inmunológico y gastrointestinal; desórdenes en las células de la sangre; alergias; irritaciones en los ojos y la piel.
  • 5. Cloroformo: Probable cancerígeno y teratogénico; efectos sobre el sistema nervioso central y efectos gastrointestinales; daños en el hígado y el riñón; embriotóxico; irritaciones en los ojos y la piel. Dicloroetano: Embriotóxico; efectos sobre el sistema nervioso central, hígado y riñones. Etilbenceno: Efectos sobre el sistema nervioso central; daños en los riñones y el hígado; irritaciones en el sistema respiratorio, en los ojos y la piel. Cloruro de metileno: Posible cancerígeno; efectos sobre el sistema nervioso central, pulmones, sistema respiratorio y sistema cardiovascular; desórdenes en la sangre; irritaciones en la piel y los ojos. Fuentes de metales pesados También pueden encontrarse metales pesados en los desechos urbanos: • Los productos electrónicos como la TV y radios, el vidrio, las cerámicas, los plásticos, los materiales de bronce y los aceites usados pueden contener plomo. • Las baterías de níquel-cadmio, los plásticos, los productos electrónicos, el lavavajillas, los pegamentos, las cerámicas, los aceites usados contienen cadmio. • Las baterías, las lámparas fluorescentes, los restos de pinturas, los termómetros, los pigmentos de tintas y los plásticos pueden contener mercurio. Quema en vertederos La quema es una práctica común que se realiza en vertederos a cielo abierto con la finalidad de:  Reducir los volúmenes de residuos e incrementar la vida útil de los vertederos  Combatir la proliferación de fauna nociva. 2.2 Lixiviados en el Relleno Sanitario. 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 mundial sobre la necesidad de Reducir, Reusar y Reciclar los materiales que fluyen a través de la sociedad, la implementación real de estas políticas ha encontrado numerosos obstáculos que han impedido su materialización en hechos concretos. Parte del problema se encuentra en la poca internalización de los costos ambientales en que se incurre en la producción de bienes que finalmente se descartan convirtiéndose en residuos. La comparación final sobre qué hacer con un bien descartado se hace en términos de las alternativas para su manejo final, -mas no en los impactos ambientales que generó su producción, distribución y uso, siendo con frecuencia la alternativa más económica su disposición en un relleno sanitario.
  • 6. Para empezar, el agua que ha entrado en contacto con la basura recoge gran cantidad de las sustancias que originalmente estaban dentro del residuo, quedando de esa manera altamente contaminada. Esta agua se denomina lixiviado, y es uno de los líquidos más contaminados y contaminantes que se conozcan. 2.2.1 Características de los lixiviados. Existen numerosas caracterizaciones de los lixiviados en donde se hace énfasis en su alto poder contaminante. Se concluye usualmente que los lixiviados contienen toda característica contaminante principal, es decir, alto contenido de materia orgánica, alto contenido de nitrógeno y fósforo, presencia abundante de patógenos e igualmente de sustancias tóxicas como metales pesados y constituyentes orgánicos. Las características fisicoquímicas de los lixiviados son inherentes tanto a la calidad de los residuos sólidos como a su grado de estabilización. Desde que los residuos sólidos son generados y aun temporalmente dispuestos, tiene lugar la degradación aeróbica, que es comparable con la compostación de los residuos. Calidad de los lixiviados La calidad de los lixiviados en un relleno sanitario varía grandemente en el tiempo, al igual que con el tipo de relleno sanitario que se tenga. En particular vale la pena mencionar las diferencias que se tienen en las calidades de los lixiviados entre aquellos de los países en vía de desarrollo. Cantidad de lixiviados La cantidad de los lixiviados en un relleno sanitario también es un punto importante a considerar en el momento de la selección de la tecnología para su tratamiento. La cantidad de los lixiviados es función de tres variables principales. El área rellenada, la cantidad de infiltración que se permita, y el sistema de drenaje, impermeabilización. 2.2.2 Producción y migración de lixiviados. Según investigaciones realizadas, los factores para la generación de lixiviado y también indirectamente su potencial contaminante son:
  • 7. 1. Clima. 2. Sitio topográfico. 3. Material de cobertura final de relleno. 4. Vegetación de cobertura. 5. Procedimientos de operación. 6. Naturaleza de los residuos que llegan al relleno. El clima en lugar del relleno influye significativamente en la velocidad de generación del lixiviado. En sitios localizados en áreas de alta precipitación, se puede esperar la generación de mayor cantidad de lixiviado. La disposición de desechos municipales en rellenos sanitarios es una de las prácticas más comunes y económicas. Los procesos más importantes que se generan dentro de los rellenos están íntimamente relacionados con la degradación de la materia orgánica. La principal afectación que un depósito de residuos sólidos puede generar en las aguas superficiales y subterráneas, son por los lixiviados producto del paso del agua de lluvia a través de los paquetes de basuras, cuya carga medida como DBO, puede alcanzar valores de hasta 40000 partes por millón (ppm). Estos lixiviados no sólo poseen una elevada carga de DBO, sino que además pueden tener un alto contenido e metales pesados y bacterias patógenas. El lixiviado es de aspecto desagradable, de mal olor y puede contaminar las aguas subterráneas y superficiales, contiene materia orgánica e inorgánica, algunos materiales son tóxicos para el ser humano y animales, lo cual significa que este se debe mantener alejado de cualquier tipo de agua para uso y consumo humano. Dado el riesgo que representa la migración de lixiviado en cualquier sitio de disposición final, por la potencial contaminación hacia los cuerpos de agua. 2.2.3 Control y tratamiento de lixiviados. El lixiviado del depósito controlado es el agua que percola a través de los residuos depositados y que extrae, disueltos o suspendidos, materiales a partir de ellos. El lixiviado está formado por la mezcla de las aguas de lluvia infiltradas en el depósito y otros productos y compuestos procedentes de los procesos de degradación de los residuos.Una gestión correcta del agua evitará la innecesaria e incontrolada formación de lixiviados, reduciendo significativamente los costes de explotación. El mejor lixiviado es el que no se genera. Lixiviado = Agua en el residuo + Infiltración agua de lluvia + Entradas agua subterránea.
  • 8. Sistemas de tratamiento La selección del proceso más adecuado para el tratamiento del lixiviado varía en función de las características del propio lixiviado, de su composición química. Así, los parámetros de concentración de amonio, materia orgánica biodegradable y no biodegradable, conductividad y cloruros son factores importantes que determinan cuál es la tecnología más adecuada para aplicar en el tratamiento de estos lixiviados. • Dada la complejidad química de los lixiviados, normalmente su tratamiento adecuado implica una combinación de distintas tecnologías. • El siguiente cuadro presenta las tecnologías disponibles para el tratamiento de los lixiviados: 2.3. Gas en el relleno sanitario El biogás es un gas producido por bacterias durante el proceso de biodegradación de material orgánico en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno). La generación natural de biogás es una parte importante del ciclo biogeoquímico del carbono. El metano producido por bacterias es el último eslabón en una cadena de microorganismos que degradan material orgánico y devuelven los productos de la descomposición al medio ambiente. Este proceso que genera biogás es una fuente de energía renovable. El biogás es un poco más liviano que el aire y posee una temperatura de inflamación de alrededor de los 700 º C (Diesel 350 º C, gasolina y propano cerca de los 500 º C).Latemperatura de la llama alcanza 870 º C. El biogás está compuesto por alrededor de 60 % de metano (CH4) y 40% de dióxido de carbono (CO2). El biogás contiene mínima cantidades de otros gases, entre otros, 1% de ácido sulfhídrico (H2S).
  • 9. 2.3.1 Características del gas Compuestos y propiedades del biogás • El biogás es una mezcla de gases compuesta principalmente de: • - Metano (CH4): 40-70% del volumen. • - Dióxido de carbono (CO2): 30-60 vol.% • - Otros gases: 1-5 vol.% ; incluyendo hidrógeno (H2): 0-1 vol.% y sulfuro de hidrógeno • (H2S): 0-3 vol. % y trazas de vapor de agua. • Como en cualquier otro gas, algunas de las propiedades características del biogás dependen de la presión y la temperatura. También son afectadas por el contenido de humedad. Los factores más importantes para caracterizar el biogás son los siguientes: • - Como cambia el volumen cuando cambian la presión y la temperatura, • - Como cambia el valor calorífico cuando cambian la temperatura, presión y/o contenido de agua, y • - Como cambia el contenido de vapor de agua cuando cambian la temperatura y/o la presión. • Generación y migración La generación de los principales gases del relleno ocurre principalmente en cinco etapas o fases que son aproximadamente secuenciales, las cuales a continuación se describen brevemente: En la fase I, la descomposición biológica se da bajo condiciones aeróbicas, debido a que cierta cantidad de aire se queda atrapada dentro del relleno sanitario. FASE I - Ajuste inicial En esta fase, es cuando los componentes orgánicos biodegradables en los residuos sólidos actúan bajo descomposición microbiana. En la fase I, la descomposición biológica se da bajo condiciones aeróbicas, debido a que cierta cantidad de aire se queda atrapada dentro del relleno sanitario. FASE III - Fase ácida En esta fase la actividad microbiana iniciada en la fase II se acelera con la producción de cantidades significativas de ácidos orgánicos y pequeñas cantidades de hidrógeno.
  • 10. La primera de tres etapas del proceso involucra la transformación enzima-intermediario (hidrólisis), en la cual los microorganismos utilizan los compuestos de gran masa molecular como una fuente de energía y de carbono. FASE DE FERMENTACIÓN DEL METANO En esta fase, un segundo grupo de microorganismos convierten el ácido acético e hidrógeno formados por los acidógenos en la fase ácida, en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). 2.3.2 Manejo y aprovechamiento del gas. Manejo de los gases El gas de relleno se puede evacuar con drenaje activo o pasivo. El drenaje activo consiste en la succión del gas mediante un soplador. Cuando se hace el drenaje pasivo, se controla la difusión natural de los gases, con el fin de evacuarles solamente por los orificios previstos. Se logra una mayor eficiencia con el drenaje activo, pero los costos del drenaje pasivo son mucho más bajos. DRENAJE PASIVO Drenaje pasivo sin chimeneas En un relleno compactado, el gas de relleno se mueve con preferencia horizontalmente en las capas de basura. Se difunde por la capa superficial del cuerpo de basura o por los taludes laterales, se mezclan con el aire y se diluyen. La cubierta con tierra tiene un impacto como filtro biológico, es decir que ya existe un cierto tratamiento de los gases de relleno antes de que se mezclen con la atmósfera. El sistema de drenaje activo consiste de los siguientes elementos: - Colectores de gas: Estos son las chimeneas verticales y la tubería horizontal que se colocan en el cuerpo de basura. - Punto de recolección: El gas aspirado en diferentes chimeneas se conduce a ellas y se junta. El punto de recolección puede ser un tanque o un tubo. Se recomienda ubicar el punto de recolección en un nivel abajo de la tubería y de las chimeneas, con el fin de poder condensar en este lugar las aguas contenidas en el gas de relleno. Se debe colocar equipo de medición y ajuste en el punto de recolección. - Separador de agua: Las aguas condensadas se separan del flujo de gas mediante un sifón o equipo refrigerador; después se manda con una bomba hacia la planta de tratamiento de las aguas lixiviadas.

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