Romero-Hernández, Carlos; Martínez-Gallegos, Sonia; García-Rosales, Genoveva

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1 Uso de carbón activado reciclado en barreras permeables para disminuir la materia orgánica en los lixiviados del vertedero del municipio de Mexicaltzingo Romero-Hernández, Carlos; Martínez-Gallegos, Sonia; García-Rosales, Genoveva Resumen En el municipio de San Mateo Mexicaltzingo, Estado de México existe un sitio de disposición de residuos sólidos urbanos con un área aproximada de 8811 m 2 ya clausurada, mas otra de 8705 m 2 que continua en uso, divida en dos partes: una de 5600 m 2 donde se depositan los residuos sólidos urbanos (RSU) y el área restante con una profundidad de 15 m donde se encuentran acumulados los lixiviados, cuya fuente de contaminación se estima que es de tipo orgánico. Esta contaminación puede ser medida como DQO, DBO 5, nitrógeno como nitritos y nitratos. En este trabajo se propone el uso de carbón activado reciclado para ser utilizado como barrera permeable, para esto se prepararon columnas empacadas con muestras de suelo obtenidas en el sitio de disposición y carbón, 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 contaminación asociado a la materia orgánica DQO, DBO 5, N-NO 3, N-NO 2 disminuye entre 40 y 80% quedando por debajo de los límites máximos establecidos para cada parámetro establecido en la norma. 415 Palabras clave: carbón activado, materia orgánica, barreras permeables, lixiviados 1. Introducción El agua constituye el 70% del planeta y se encuentra dispersa en océanos, ríos, lagos, etc., o en forma sólida 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 ríos, 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 alteración manifiesta, se ha considerado infinita la capacidad de auto depuración de estos medios acuáticos. Una vez en el suelo, el agua escurre por la superficie y se infiltra hacia las capas subterráneas. 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 poseían residuos de hace unas pocas décadas. Productos químicos concentrados, pesticidas, defoliantes, etc., han ido destruyendo una gran parte de los ecosistemas acuáticos de los países industrializados. Los lagos has sido los primeros en manifestar los efectos de la contaminación, por ser muchos de ellos sistemas cerrados. Los residuos sólidos urbanos (RSU), conocidos comúnmente como basura, son aquellos generados en las casas habitación, que resultan de la eliminación de los materiales que se utilizan en la vida doméstica. Un relleno sanitario (RESA) también llamado vertedero de residuos es una obra de infraestructura que involucra métodos y obras de ingeniería para la disposición final de RSU, con el fin de controlar, a través de la compactación e infraestructura adicional, los impactos ambientales y a la salud humana. Los RESA tienen un bajo costo inicial, operación y mantenimiento, aprovechan pp ISBN

2 los terrenos que ya se consideran como improductivos o marginales, solucionan el problema a numerosos municipios en la eliminación de basura y se considera flexible ya que no requiere de instalaciones fijas o permanentes[1]. Un lixiviado es el líquido producido cuando el agua percola a través de cualquier material permeable y puede contener tanto materia en suspensión como disuelta. El lixiviado es una mezcla compleja y variable de compuestos orgánicos e inorgánicos solubles, microorganismos y sólidos suspendidos en un medio acuoso. El peligro de los lixiviados son debidos a altas concentraciones de contaminantes orgánicos y nitrógeno amoniacal, microorganismos patógenos y sustancias tóxicas que pueden estar presentes. Las técnicas de contención por barreras están dirigidas a impedir el paso de la contaminación hacia las aguas subterráneas. Las barreras reactivas que sitúan en la dirección del flujo de las aguas subterráneas y actúan sobre la contaminación a través de diferentes procesos (físicos, químicos y biológicos). Estas barreras son paredes permeables, lo que significa que tienen pequeños orificios que dejan pasar el agua subterránea a través de ellas[2]. En este trabajo se propone el uso de carbón activado cuyo uso primario es un pretratamiento de agua potable para obtener agua ultrapura. Este carbón era desechado después de completar su ciclo de vida útil para tal fin. Para realizar un estudio de la eficiencia de una barrera permeable en el sitio de disposición de residuos reutilizando carbón 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. Metodología Las muestras de suelo se obtuvieron a dos profundidades diferentes 3 y 12 metros a través de la perforación de pozos para muestreo utilizando la técnica de percusión rotatoria utilizando un taladro para suelo. Cada muestra se secó a temperatura ambiente en una superficie plana y deshaciendo los agregados sin llegar a triturar la partículas grandes. El muestreo de los lixiviados se realizó en el pozo construido dentro del tiradero para este fin. Se determinaron los parámetros fisicoquímicos antes y después de su paso por la comuna según 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 adsorción en buretas de 100 ml, con las siguientes características: 1.5 cm diámetro; 60 cm altura; Cámara de soporte (fibra de vidrio). El flujo de la muestra debe ser inferior a 0.2 ml/min. Las columnas se empacaron con tierra extraída del tiradero municipal de Mexicaltzingo a 3 y 12 metros de profundidad, se utilizaron 50 g de suelo y el carbón se colocó como un soporte superior de 10 g de masa Resultados Los resultados utilizando lixiviado natural extraído 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 carbón adsorbe 45.11% a un tiempo de 330 minutos, mientras que sin carbón y al mismo tiempo, la remoción es solo de 35%. El ph del lixiviado natural mostró un comportamiento similar que para la solución estándar, es decir aumenta después del contacto con la columna, teniendo un ph inicial de 7 y quedando en el rango de 8 unidades.

3 [ ] DBO5 mg/ L Para DBO 5 usando suelo extraído a 3 m de profundidad se aprecia en la Figura 2 que transcurridos 330 minutos la columna tiene una eficiencia del 10% de remoción para este parámetro, la columna aumenta su eficiencia usando el soporte de carbón 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 Figura 2. Resultados DBO5 de columnas de. 417 En la Figura 3 se muestran los resultados para DQO usando suelo extraído 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 después de 330 minutos 499 mg/l lo que significa 29% de adsorción para este parámetro. La columna incrementa su eficiencia al colocar el soporte de carbón en un 53% para el mismo tiempo lo cual significa que a tiempos más largos se logra la mayor eficiencia lo que sería óptimo en una barrera permeable real. En la Figura 4 se presentan los resultados para la DBO 5 en la cual se muestra que la cantidad de DBO 5 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 carbón. El comportamiento de la columna sin carbón se observó también en algunas soluciones preparadas en el laboratorio, en las que a mayor tiempo el porcentaje de remoción es menor sin carbon con carbon control DBO minutos Figura 3 Resultados DQO de columnas de adsorción empacadas con suelo obtenido a 12 m de profundidad lixiviado natural Figura 4. Resultados DBO 5 de columnas de En la Figura 5 se muestran los resultados para N-NO 2 donde se encuentra que este parámetro disminuye en un 4% al cabo de 330 minutos en columnas sin carbón, al empacar la columna con el soporte de carbón para el mismo tiempo la remoción 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, después de 60 minutos de contacto la cantidad de N-NO 2, en este caso presenta una variación decreciente casi constante hasta los 330 minutos.

4 [ ] N-NO 3 mg/ L El comportamiento del ph es similar al mostrado hasta ahora, ubicándose entre 7 y 8 unidades de ph. La Figura 6 muestra que para N-NO 3 el suelo de 3 m adsorbe solo 13 % de este parámetro a 330 minutos, después de que se coloca el soporte de carbón 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 remoción en la columna que solo contiene suelo es del 30% y mejora con el soporte de carbón, sin embargo ambas columnas muestran un comportamiento similar, conforme transcurre el tiempo disminuye la cantidad de N-NO 3 retenido en la columna. Figura 5. Resultados N-NO 2 de columnas de adsorción empacadas con suelo obtenido de 3 m de Figura 6. Resultados N-NO 3 de columnas de En la Figura 7 se muestran los resultados para N-NO 2 para un tiempo de 330 minutos y usando el suelo de 12 m se observa una remoción del 4% de este parámetro, una vez que colocamos el soporte de carbón se obtiene una eficiencia del 7% para el mismo tiempo en un rango de ph de 7.6 a 7.7. El porcentaje de remoción para este parámetro tanta para la columna sin soporte, como para la columna con soporte no representa mejora significativa en cuanto a su remoción o retención. La Figura 8 muestra los resultados de N-NO 3 para la columna empacada con suelo obtenido a 12m. Al igual que en las anteriores columnas para este parámetro a 60 minutos de transcurrida la prueba, se observa la eficiencia mayor. Mientras al aumentar el tiempo de contacto aumenta también la cantidad de N-NO 3 en las muestras colectadas a la salida de la columna, es decir se necesitaría un soporte más grande o un tiempo de contacto mayor para disminuir la cantidad de N-NO3 en el efluente de salida minutos sin carbon con carbon control NO3 Figura 7. Resultados N-NO 2 de columnas de Figura 8. Resultados N-NO 3 de columnas de Los resultados para las columnas de suelo a 12m muestran una mejor remoción para todos los parámetros (DQO, DBO 5, nitritos y nitratos). Se observa la influencia de la profundidad del suelo, a

5 medida que esta aumenta, también 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 extraídas a 3 y 12 m de profundidad usando lixiviado natural extraído del RESA de Mexicaltzingo muestran una eficiencia ligeramente baja ya que se puede encontrar mucho mas materia orgánica e inorgánica soluble, microorganismos y sólidos suspendidos. 4. Conclusiones La propuesta de usar carbón activado reciclado en barreras permeables para contener la contaminación de los lixiviados del sitio no controlado es factible. Las características del suelo por sí mismas ayudan a disminuir la cantidad de materia orgánica y en combinación con el carbón activado lo hace aún más. La técnica de contención de la contaminación por barreras permeables puede garantizar que los lixiviados que se infiltren al subsuelo y la materia orgánica arrastrada por ellos hacia los mantos acuíferos puede detenerse usando una barrera con características similares a las de este trabajo. La adsorción de columnas disminuye un 46% de la DQO, un 74% de la DBO, un 6% para N-NO 2 y finalmente un 35% para N-NO 3. Referencias Bibliográficas 419 [1] Bueno, J.L. Sastre, H. Contaminación e ingeniería ambiental. Contaminación de las aguas. Vol III FICYT. Oviedo, España, [2] Cardona Gallo Santiago Alonso, Sistema de barreras reactivas permeables para tratar agua subterránea contaminada con diesel, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, Coordinación de Ingeniería Ambiental. [3] NMX-AA-030-SCFI-2001 Norma Mexicana de análisis de agua- Determinación de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) en aguas naturales, residuales y residuales tratadas, método de prueba. [4] NMX-AA-028-SCFI-2001 Norma Mexicana de análisis de agua- Determinación de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) en aguas naturales, residuales y residuales tratadas, método de prueba. [5] NMX-AA-030-SCFI-2001 Norma Mexicana de análisis de agua- Determinación de nitrógeno de nitritos en aguas naturales y residuales- método de prueba.

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