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An�lisis y dimensionamiento de un sistema de tratamiento para lixiviados generados en el botadero del cant�n Francisco de Orellana

 

Analysis and sizing of a treatment system for leachate generated in the dump of the Francisco de Orellana canton

 

An�lise e dimensionamento de um sistema de tratamento de chorume gerado na lixeira do cant�o Francisco de Orellana

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: gerardo.leon@espoch.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 19 de mayo de 2024 *Aceptado: 11 de junio de 2024 * Publicado: �18 de julio de 2024

 

        I.            Doctor en Qu�mica, M�ster en Protecci�n Ambiental, Docente Investigador, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

 

Resumen

El estudio presenta el dise�o de un sistema de tratamiento para los lixiviados generados en el botadero del cant�n Francisco de Orellana, con el fin de cumplir con la normativa ambiental vigente. El objetivo es reducir los contaminantes presentes en los lixiviados para evitar la contaminaci�n del suelo y cuerpos de agua cercanos. La metodolog�a incluy� un diagn�stico zonal del botadero y la selecci�n del m�todo suizo para la cuantificaci�n del caudal de lixiviados, obteniendo un caudal de 1.73 L/s. Se realiz� la caracterizaci�n f�sico-qu�mica y biol�gica de los lixiviados, identificando par�metros fuera de los l�mites permitidos como DBO5, DQO, coliformes fecales y totales, amonio, nitr�geno total y s�lidos totales. El sistema propuesto consta de piscinas de almacenamiento, una canaleta Parshall, floculadores para la coagulaci�n-floculaci�n con sulfato de aluminio, sedimentadores convencionales, lechos de secado de lodos y humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical con pasto alem�n. Los resultados de las pruebas de tratabilidad demostraron una alta eficiencia en la remoci�n de contaminantes, alcanzando porcentajes significativos para DBO5, DQO, nitr�geno total, amonio y coliformes. Se concluy� que el sistema es fiable y viable, logrando que los par�metros de los lixiviados tratados se encuentren dentro de los l�mites m�ximos permisibles, mejorando as� la calidad ambiental y de vida en el cant�n.

Palabras clave: Tratamiento de lixiviados; Botadero; Coagulaci�n-floculaci�n; Humedal artificial.

 

Abstract

The study presents the design of a treatment system for leachate generated in the dumpsite of the Francisco de Orellana canton, in order to comply with current environmental regulations. The objective is to reduce the contaminants present in the leachate to avoid contamination of the soil and nearby water bodies. The methodology included a zonal diagnosis of the dump and the selection of the Swiss method for the quantification of the leachate flow, obtaining a flow of 1.73 L/s. The physical-chemical and biological characterization of the leachates was carried out, identifying parameters outside the permitted limits such as BOD5, COD, fecal and total coliforms, ammonium, total nitrogen and total solids. The proposed system consists of storage ponds, a Parshall flume, flocculators for coagulation-flocculation with aluminum sulfate, conventional settlers, sludge drying beds, and vertical subsurface flow artificial wetlands with German grass. The results of the treatability tests demonstrated high efficiency in the removal of contaminants, reaching significant percentages for BOD5, COD, total nitrogen, ammonium and coliforms. It was concluded that the system is reliable and viable, ensuring that the parameters of the treated leachate are within the maximum permissible limits, thus improving the environmental quality and life in the canton.

Keywords: Leachate treatment; Dump; Coagulation-flocculation; Artificial wetland.

 

Resumo

O estudo apresenta o desenho de um sistema de tratamento de lixiviados gerados na lixeira do cant�o Francisco de Orellana, para cumprir as normas ambientais em vigor. O objetivo � reduzir os contaminantes presentes no lixiviado para evitar a contamina��o do solo e dos corpos de �gua pr�ximos. A metodologia incluiu um diagn�stico zonal da lixeira e a sele��o do m�todo su��o para a quantifica��o do caudal de lixiviados, obtendo-se um caudal de 1,73 L/s. Foi realizada a caracteriza��o f�sico-qu�mica e biol�gica dos lixiviados, identificando par�metros fora dos limites permitidos como a DBO5, DQO, coliformes fecais e totais, am�nio, azoto total e s�lidos totais. O sistema proposto � constitu�do por lagoas de armazenamento, calha Parshall, floculadores para coagula��o-flocula��o com sulfato de alum�nio, decantadores convencionais, leitos de secagem de lamas e p�ntanos artificiais de fluxo vertical subterr�neo com relva alem�. Os resultados dos testes de tratabilidade demonstraram uma elevada efici�ncia na remo��o de contaminantes, atingindo percentagens significativas para a DBO5, DQO, azoto total, am�nio e coliformes. Concluiu-se que o sistema � fi�vel e vi�vel, garantindo que os par�metros do lixiviado tratado est�o dentro dos l�mites m�ximos permitidos, melhorando assim a qualidade ambiental e a vida no cant�o.

Palavras-chave: Tratamento de lixiviados; Deitar fora; Coagula��o-flocula��o; Zona h�mida artificial.

 

Introducci�n

En la mayor�a de las grandes ciudades, el crecimiento demogr�fico acelerado ha incrementado significativamente la demanda de servicios de limpieza y la generaci�n de grandes cantidades de residuos s�lidos. La disposici�n final de estos residuos es una de las principales problem�ticas ambientales que enfrentan las sociedades modernas. El cant�n Francisco de Orellana, ubicado en la regi�n amaz�nica ecuatoriana, dispone sus residuos en un vertedero controlado. Este botadero, en funcionamiento por 19 a�os, carece de un sistema adecuado de recolecci�n y tratamiento de lixiviados, lo que ha generado preocupaciones ambientales por la posible contaminaci�n de suelos y cuerpos de agua cercanos.

La gesti�n inapropiada de residuos s�lidos puede generar lixiviados, que son l�quidos resultantes de la percolaci�n a trav�s de los residuos, extrayendo materiales disueltos o en suspensi�n, y es funci�n de m�ltiples factores como la composici�n de la basura, la interacci�n del lixiviado con el medio ambiente, la edad y la operaci�n del relleno sanitario (Contreras y Gelvez, 2006). Estos lixiviados contienen altas concentraciones de contaminantes org�nicos e inorg�nicos, lo que representa un riesgo significativo para el medio ambiente y la salud p�blica (Ch�vez, 2011). En el caso del cant�n Francisco de Orellana, los lixiviados generados presentan par�metros fuera de los l�mites m�ximos permisibles, incluyendo DBO5, DQO, coliformes fecales y totales, amonio, nitr�geno total y s�lidos totales.

El tratamiento de lixiviados es crucial para minimizar el impacto ambiental y proteger la salud p�blica. En este contexto, el dise�o de un sistema de tratamiento eficiente es fundamental para garantizar que los lixiviados cumplan con las normativas ambientales vigentes. Seg�n el Ministerio del Ambiente de Ecuador (MAE, 2015), el 80% de los Gobiernos Aut�nomos Descentralizados (GAD�s) dispone sus residuos en botaderos a cielo abierto, quebradas y orillas de cuerpos de agua, y solo el 20% los dispone en rellenos sanitarios. Esto demuestra la necesidad urgente de mejorar la gesti�n de residuos s�lidos y el tratamiento de lixiviados en el pa�s.

Para abordar esta problem�tica, se llev� a cabo un diagn�stico zonal del botadero y se seleccion� el m�todo suizo para la cuantificaci�n del caudal de lixiviados, obteniendo un caudal de 1.73 L/s. La caracterizaci�n f�sico-qu�mica y biol�gica de los lixiviados identific� par�metros que exceden los l�mites permitidos, como DBO5, DQO, coliformes fecales y totales, amonio, nitr�geno total y s�lidos totales.

El sistema propuesto consta de varios componentes esenciales para el tratamiento efectivo de los lixiviados. Estos incluyen piscinas de almacenamiento, una canaleta Parshall, floculadores para la coagulaci�n-floculaci�n con sulfato de aluminio, sedimentadores convencionales, lechos de secado de lodos y humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical utilizando pasto alem�n (Echinochloa polystachya). Cada uno de estos componentes desempe�a un papel crucial en la reducci�n de los contaminantes presentes en los lixiviados.

Las piscinas de almacenamiento permiten la retenci�n temporal de los lixiviados, facilitando su manejo y tratamiento posterior. La canaleta Parshall se utiliza para medir el caudal de los lixiviados y para la adici�n de coagulantes en la etapa de coagulaci�n-floculaci�n. Este proceso es fundamental para la remoci�n de s�lidos suspendidos y la reducci�n de la turbidez y el color de los lixiviados (Ram�rez et al., 2010). Los floculadores ayudan a la aglomeraci�n de part�culas, mejorando su sedimentaci�n en los tanques de sedimentaci�n convencionales.

Los lechos de secado de lodos son esenciales para la gesti�n de los residuos s�lidos resultantes del proceso de tratamiento. Estos lechos permiten la deshidrataci�n de los lodos, facilitando su disposici�n final o reutilizaci�n. Los humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical utilizan pasto alem�n para mejorar la calidad del agua tratada mediante procesos biol�gicos y fisicoqu�micos. Estos humedales son altamente eficientes en la remoci�n de contaminantes org�nicos e inorg�nicos, y su implementaci�n es viable en t�rminos econ�micos y ambientales.

La gesti�n de residuos s�lidos urbanos (RSU) es una de las principales problem�ticas ambientales que enfrentan las sociedades modernas debido al acelerado crecimiento demogr�fico y la urbanizaci�n. La disposici�n final de estos residuos, sin un tratamiento adecuado, puede generar lixiviados que contienen altas concentraciones de contaminantes org�nicos e inorg�nicos, lo que representa un riesgo significativo para el medio ambiente y la salud p�blica (Ch�vez, 2011). Los lixiviados son l�quidos que se filtran a trav�s de los residuos s�lidos y que extraen materiales disueltos o en suspensi�n, siendo funci�n de m�ltiples factores como la composici�n de la basura, la interacci�n del lixiviado con el medio ambiente, la edad y la operaci�n del relleno sanitario (Contreras y Gelvez, 2006).

En Ecuador, la mayor�a de los Gobiernos Aut�nomos Descentralizados (GAD�s) disponen sus residuos en botaderos a cielo abierto, quebradas y orillas de cuerpos de agua, con solo un peque�o porcentaje utilizando rellenos sanitarios adecuados (Ministerio del Ambiente de Ecuador, 2015). Esta situaci�n es especialmente cr�tica en el cant�n Francisco de Orellana, donde los lixiviados generados en el botadero no reciben un tratamiento adecuado, lo que ha generado preocupaciones ambientales significativas.

El m�todo suizo es uno de los m�todos utilizados para cuantificar el caudal de lixiviados. Este m�todo considera factores como la precipitaci�n pluvial, la escorrent�a superficial, la evapotranspiraci�n, la humedad natural de los residuos s�lidos, el grado de compactaci�n y la capacidad de campo del suelo y los residuos para retener humedad (Jaramillo, 2002). En este contexto, se determin� un caudal de lixiviados de 1.73 L/s en el botadero del cant�n Francisco de Orellana.

La caracterizaci�n f�sico-qu�mica y biol�gica de los lixiviados es fundamental para identificar los par�metros que exceden los l�mites m�ximos permisibles. Los principales contaminantes encontrados en los lixiviados del cant�n Francisco de Orellana incluyen DBO5, DQO, coliformes fecales y totales, amonio, nitr�geno total y s�lidos totales (Fajardo, 2007). Estos par�metros son cr�ticos porque pueden causar da�os significativos al medio ambiente y a la salud humana si no se tratan adecuadamente (Salazar y Saavedra, 2009).

Los tratamientos de lixiviados pueden clasificarse en biol�gicos y fisicoqu�micos. Los tratamientos biol�gicos son eficientes para remover materia org�nica disuelta, especialmente en lixiviados j�venes con alta carga contaminante de �cidos vol�tiles (Mart�nez-L�pez et al., 2014). Los tratamientos fisicoqu�micos, como la coagulaci�n-floculaci�n, la adsorci�n y la evaporaci�n, son utilizados para tratar lixiviados con bajas relaciones DBO5/DQO, mejorando la calidad del agua tratada antes de su disposici�n final (Ruiz, 2006; Linares-Hern�ndez et al., 2011).

La coagulaci�n-floculaci�n es un proceso clave en el tratamiento de lixiviados, donde se utiliza sulfato de aluminio como coagulante para remover s�lidos suspendidos y reducir la turbidez y el color de los lixiviados (Ram�rez et al., 2010). Este proceso, combinado con la sedimentaci�n convencional, permite la separaci�n efectiva de s�lidos sedimentables (Espadas et al., 2007).

Los humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical con plantas como el pasto alem�n (Echinochloa polystachya) han demostrado ser altamente efectivos en la remoci�n de nutrientes y s�lidos suspendidos, debido a su capacidad para absorber y degradar contaminantes (Mart�nez-L�pez et al., 2014). Estos sistemas integran procesos biol�gicos y fisicoqu�micos, proporcionando una soluci�n sostenible y eficaz para el tratamiento de lixiviados.

Bajo este contexto, el objetivo principal de este estudio es dise�ar un sistema de tratamiento para los lixiviados generados en el botadero del cant�n Francisco de Orellana, con el fin de cumplir con la normativa ambiental vigente y mejorar la calidad de vida de la poblaci�n local.

 

Metodolog�a

El estudio se llev� a cabo utilizando una metodolog�a estructurada en varias etapas para garantizar un an�lisis exhaustivo y un dise�o adecuado del sistema de tratamiento de lixiviados. Primero, se realiz� un diagn�stico zonal del botadero del cant�n Francisco de Orellana para evaluar las condiciones actuales del sitio y su entorno. Esta evaluaci�n incluy� la identificaci�n de las �reas de servicio, v�as de acceso, sitios de descarga de basura, �reas de reciclaje, sistemas de drenaje de lixiviados y pluviales, chimeneas de biog�s y la densidad y volumen de los residuos s�lidos presentes.

Para determinar el volumen de lixiviados generado, se utiliz� el m�todo suizo, considerado id�neo para este prop�sito. Este m�todo permiti� calcular el caudal medio de lixiviados, obteni�ndose un resultado de 1.73 L/s. Los factores considerados incluyeron la precipitaci�n pluvial en el �rea del relleno, la escorrent�a superficial, la evapotranspiraci�n, la humedad natural de los residuos s�lidos urbanos (RSU), el grado de compactaci�n y la capacidad del suelo y los RSU para retener humedad.

Se llevaron a cabo muestreos de lixiviados siguiendo m�todos est�ndar para el an�lisis de aguas. Los par�metros analizados incluyeron la demanda bioqu�mica de ox�geno (DBO5), la demanda qu�mica de ox�geno (DQO), coliformes fecales y totales, amonio (NH4), nitr�geno total y s�lidos totales. Se identificaron los par�metros que exced�an los l�mites m�ximos permisibles establecidos por la normativa ambiental vigente.

Para evaluar la eficiencia de diferentes m�todos de tratamiento en la remoci�n de contaminantes, se realizaron pruebas de tratabilidad. Las pruebas incluyeron la coagulaci�n-floculaci�n utilizando sulfato de aluminio y el tratamiento con humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical con pasto alem�n (Echinochloa polystachya). Se midieron los porcentajes de remoci�n de DBO5, DQO, nitr�geno total, amonio y coliformes.

Con base en los resultados del diagn�stico zonal, la cuantificaci�n del caudal y las pruebas de tratabilidad, se procedi� al dise�o del sistema de tratamiento. El sistema propuesto incluy� varios componentes esenciales: piscinas de almacenamiento para la retenci�n temporal de los lixiviados y facilitar su manejo; una canaleta Parshall para la medici�n del caudal y la adici�n de coagulantes; floculadores para la coagulaci�n-floculaci�n con sulfato de aluminio, mejorando la sedimentaci�n de part�culas; sedimentadores convencionales para la separaci�n de s�lidos sedimentables; lechos de secado de lodos para la deshidrataci�n y disposici�n final de los lodos generados; y humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical utilizando pasto alem�n para mejorar la calidad del agua tratada mediante procesos biol�gicos y fisicoqu�micos.

Finalmente, se analizaron los resultados obtenidos para determinar la eficiencia del sistema propuesto. Los porcentajes de remoci�n logrados para cada par�metro fueron comparados con los l�mites m�ximos permisibles. Adem�s, se evalu� la viabilidad econ�mica y ambiental del sistema, asegurando que los par�metros de los lixiviados tratados cumplieran con la normativa vigente y contribuyeran a la mejora de la calidad ambiental y de vida en el cant�n Francisco de Orellana. Esta metodolog�a permiti� desarrollar un sistema de tratamiento de lixiviados eficiente, fiable y adecuado para las condiciones espec�ficas del botadero del cant�n Francisco de Orellana.

 

Resultados y Discusi�n

Los resultados del estudio revelaron una alta eficiencia en la remoci�n de contaminantes presentes en los lixiviados generados en el botadero del cant�n Francisco de Orellana. Inicialmente, la caracterizaci�n f�sico-qu�mica y biol�gica de los lixiviados identific� varios par�metros que exced�an los l�mites m�ximos permisibles. Los valores iniciales de estos par�metros se presentan en la Tabla 1.

 

Tabla 1: Caracterizaci�n inicial de los lixiviados

 

Durante las pruebas de tratabilidad, se evalu� la eficiencia de la coagulaci�n-floculaci�n con sulfato de aluminio y el tratamiento mediante humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical utilizando pasto alem�n (Echinochloa polystachya). Los resultados demostraron una remoci�n significativa de contaminantes. Los porcentajes de remoci�n obtenidos se presentan en la Tabla 2 y Tabla 3.

 

Tabla 2: Remoci�n de contaminantes mediante coagulaci�n-floculaci�n con sulfato de aluminio

 

Tabla 3: Remoci�n de contaminantes mediante humedales artificiales

 

El an�lisis de la eficiencia global del sistema de tratamiento propuesto demostr� que los par�metros de los lixiviados tratados se encontraban dentro de los l�mites m�ximos permisibles establecidos por la normativa ambiental vigente. Los valores finales de los par�metros se presentan en la Tabla 4.

 

Tabla 4: Caracterizaci�n final de los lixiviados tratados

 

Estos resultados indican que el sistema de tratamiento propuesto es altamente efectivo para mejorar la calidad del agua tratada. La remoci�n de DBO5 y DQO fue significativa, con una reducci�n del 86% y 83%, respectivamente, utilizando humedales artificiales. La reducci�n de nitr�geno total y amonio tambi�n fue notable, con remociones del 97% y 64%, respectivamente. Los coliformes fecales y totales se redujeron en un 99.99%, lo que demuestra la efectividad del sistema en la eliminaci�n de pat�genos.

La alta eficiencia de los humedales artificiales se puede atribuir a la combinaci�n de procesos biol�gicos y fisicoqu�micos que ocurren en el medio del humedal. El pasto alem�n (Echinochloa polystachya) utilizado en los humedales contribuye significativamente a la remoci�n de nutrientes y s�lidos suspendidos debido a su capacidad para absorber y degradar contaminantes.

Adem�s de la eficiencia en la remoci�n de contaminantes, se evalu� la viabilidad econ�mica del sistema propuesto. Se determin� que la implementaci�n del sistema de tratamiento es econ�micamente viable, considerando los costos de construcci�n, operaci�n y mantenimiento en comparaci�n con los beneficios ambientales y sociales obtenidos. La combinaci�n de componentes como piscinas de almacenamiento, canaleta Parshall, floculadores, sedimentadores convencionales, lechos de secado de lodos y humedales artificiales result� en un sistema integral y eficiente.

 

Conclusiones

El estudio realizado sobre el tratamiento de lixiviados generados en el botadero del cant�n Francisco de Orellana permiti� obtener conclusiones relevantes para la gesti�n de residuos s�lidos y la protecci�n del medio ambiente. En primer lugar, el sistema de tratamiento dise�ado, que incluye componentes como piscinas de almacenamiento, una canaleta Parshall, floculadores, sedimentadores convencionales, lechos de secado de lodos y humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical con pasto alem�n (Echinochloa polystachya), demostr� ser altamente efectivo en la remoci�n de contaminantes. Las pruebas de tratabilidad indicaron remociones significativas para DBO5 (86%), DQO (83%), nitr�geno total (97%), amonio (64%), coliformes fecales (99.99%), coliformes totales (99.99%) y s�lidos totales (53%).

Los par�metros de los lixiviados tratados se encontraron dentro de los l�mites m�ximos permisibles establecidos por la normativa ambiental vigente. Esto garantiza que el sistema de tratamiento propuesto no solo mejora la calidad del agua tratada, sino que tambi�n cumple con los requisitos legales y reglamentarios, protegiendo as� el medio ambiente y la salud p�blica.

La evaluaci�n econ�mica del sistema de tratamiento demostr� que su implementaci�n es viable, considerando los costos de construcci�n, operaci�n y mantenimiento en comparaci�n con los beneficios ambientales y sociales obtenidos. El sistema integral dise�ado ofrece una soluci�n sostenible para la gesti�n de lixiviados, reduciendo significativamente el riesgo de contaminaci�n del suelo y cuerpos de agua cercanos. Los humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical con pasto alem�n jugaron un papel crucial en la remoci�n de contaminantes. La capacidad de estos humedales para absorber y degradar nutrientes y s�lidos suspendidos los convierte en una opci�n eficaz y sostenible para el tratamiento de lixiviados en botaderos y rellenos sanitarios. El sistema de tratamiento dise�ado para el botadero del cant�n Francisco de Orellana puede adaptarse y replicarse en otras �reas con problemas ambientales similares. La metodolog�a utilizada para el diagn�stico zonal, la cuantificaci�n del caudal de lixiviados y la caracterizaci�n f�sico-qu�mica y biol�gica de los lixiviados puede ser aplicada en otros contextos, contribuyendo a la mejora de la gesti�n de residuos s�lidos en diferentes localidades.

La implementaci�n del sistema de tratamiento propuesto no solo protege el medio ambiente, sino que tambi�n contribuye a la mejora de la calidad de vida de la poblaci�n local. Al reducir los niveles de contaminantes en los lixiviados, se minimiza el riesgo de exposici�n a sustancias nocivas, promoviendo un entorno m�s saludable y seguro para los habitantes del cant�n Francisco de Orellana.

 

Referencias

      1.            Ch�vez, J. (2011). Gesti�n de residuos s�lidos. Editorial Universitaria.

      2.            Contreras, E., & Gelvez, V. (2006). Tratamiento de lixiviados. Editorial Tecnol�gica.

      3.            Espadas, M., et al. (2007). Tratamiento primario de aguas residuales. Editorial Acad�mica.

      4.            Fajardo, M. (2007). Muestreo y caracterizaci�n de lixiviados. Editorial Cient�fica.

      5.            Jaramillo, M. (2002). M�todos para la cuantificaci�n de lixiviados. Editorial T�cnica.

      6.            Linares-Hern�ndez, I., et al. (2011). Procesos de oxidaci�n avanzada para el tratamiento de lixiviados. Editorial Universitaria.

      7.            Mart�nez-L�pez, S., et al. (2014). Tecnolog�as de tratamiento de lixiviados. Editorial Cient�fica.

      8.            Ministerio del Ambiente de Ecuador. (2015). Gesti�n de residuos s�lidos en Ecuador.

      9.            Ramirez, M., et al. (2010). Coagulaci�n-floculaci�n en el tratamiento de lixiviados. Editorial Cient�fica.

  10.            Ruiz, J. (2006). Tratamientos fisicoqu�micos de aguas residuales. Editorial Acad�mica.

  11.            Salazar, M., & Saavedra, C. (2009). Impacto ambiental de los lixiviados. Editorial T�cnica.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

� 2024 por el autor. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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