CARACTERIZACIÓN DE PELIGROSIDAD EN LIXIVIADOS Y BIOGÁS GENERADOS EN UN SITIO DE DISPOSICIÓN FINAL DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES Juan A. Velasco*, Alejandro de la Rosa, Anabell Rosas, Gustavo Solórzano y Tania Volke Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental (CENICA) - Instituto Nacional de Ecología (INE). (*) Es ingeniero químico, con maestría en ciencias químicas, egresado de la Universidad Autónoma Metropolitana (2001). Actualmente se desempeña como jefe del departamento de investigación y evaluación de suelos contaminados en el CENICA, Ha trabajado en proyectos de investigación en el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) y en el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP). Cuenta con tres publicaciones en revistas como ES&T y JCTB. (*) Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Vicentina, Iztapalapa 09340, D.F. Tel. 5613 3787; Fax: 5613 3821; e-mail: [email protected] RESUMEN En julio de 2002 se publicó el PROY-NOM-052-ECOL-2001, que establece las características, el procedimiento de identificación, clasificación y el listado de los residuos peligrosos. En este documento se listan como residuos peligrosos los lixiviados generados por la disposición de residuos sólidos municipales (RSM); sin embargo, es necesario generar y analizar más información que sustente esta clasificación, lo cual requeriría de una base de datos que incluya resultados de muestreos periódicos de lixiviados en diferentes sitios de disposición final alrededor del país, como rellenos sanitarios y tiraderos a cielo abierto. Este estudio pretende aportar información sobre las características de los lixiviados y biogás de un relleno sanitario, para así contribuir en la clasificación y manejo adecuados de las emisiones procedentes de este tipo de instalaciones. Palabras Clave: Sitios de disposición final, residuos sólidos municipales, lixiviados, biogás. INTRODUCCIÓN La disposición en tierra es el destino más común para los residuos sólidos municipales en México, y aunque existen rellenos sanitarios a lo largo del país, aproximadamente la mitad de los residuos generados se dispone en tiraderos a cielo abierto sin ningún tipo de control (SEDESOL, 2003). Este hecho ocasiona que los lixiviados que se generan puedan contaminar el suelo y los cuerpos de agua, además de generar emisiones contaminantes a la atmósfera; en general la magnitud de estas emisiones depende del tipo y de la cantidad de residuos depositados, así como de las condiciones ambientales del lugar. Actualmente, el PROY-NOM-052-ECOL-2001 clasifica como residuos peligrosos a los lixiviados generados en las instalaciones de disposición final de residuos sólidos municipales, sin embargo, aún es necesario generar y analizar más datos que sustenten la clasificación y el manejo adecuado de este tipo de emisiones. Con la finalidad de aportar información al respecto, este estudio presenta los resultados obtenidos a partir del análisis de lixiviados y biogás generados en un sitio de disposición final, actualmente clausurado. El sitio inició como un tiradero a cielo abierto, sin embargo, a partir de 1987 fue

reacondicionado y operado de manera controlada. Durante más de 7 años de vida útil, se recibieron alrededor de 5´635,000 toneladas de desechos municipales, los cuales se encuentran bajo una cubierta que incluye una geomembrana, tierra y capa vegetal. Adicionalmente, el sitio cuenta con una cisterna de lixiviados con captación de agua de lluvia y un sistema de captura de biogás con 112 pozos interconectados a dos estaciones de extracción y quemado de biogás a una 3 tasa de 650 ft /min. OBJETIVO Este estudio tiene como objetivo aportar información sobre las características de los lixiviados y biogás generados en un sitio controlado para la disposición final de residuos sólidos municipales y de esta forma contribuir en la clasificación y manejo adecuados de las emisiones procedentes de este tipo de instalaciones. MÉTODOS Y MATERIALES Los análisis de ambos tipos de muestra se llevaron a cabo en campo y en laboratorio. Todos los análisis se realizaron por duplicado. Análisis de lixiviados De la laguna de captación de lixiviados, se tomaron muestras por triplicado en recipientes de vidrio. En campo se analizó: pH, temperatura y conductividad con un conductímetro (Conductronic PC18), así como el oxígeno disuelto mediante un equipo YSI 55-12FT. En laboratorio se analizaron los contenidos de P, Na, K, Mg, Ca, nitratos y las características de peligrosidad señaladas en la NOM052-ECOL-1993, siguiendo los métodos acreditados en el laboratorio del CENICA. Adicionalmente, se realizaron pruebas ecotoxicológicas con el uso de semillas de lechuga (Lactuca sativa) para obtener la dosis letal al 50% (LD50). La técnica consiste en colocar un papel filtro (Whatman No.3) como soporte de humedad en cajas Petri, en donde se colocan 20 semillas por caja y se adicionan 5.5 mLl de diferentes diluciones de la muestra problema y un control. Las semillas se dejan germinar a una temperatura de 25°C, por un periodo de 5 días. Finalmente se cuentan las semillas germinadas y la longitud de la radícula (OECD, 1984). De esta manera, con una curva dosis respuesta se calcula la LD50. El ensayo se realizó por triplicado. Análisis de biogás MR

Del quemador principal de biogás se tomaron muestras por duplicado en bolsas Tedlar (5L). Se determinó en campo H2S, NH3 y tolueno, utilizando tubos empacados de detección de gas (Gastec) y una bomba de muestreo (Gastec GV-100). En laboratorio se obtuvo la caracterización básica del biogás, incluyendo el contenido de CH4, CO2, O2 y N2 por GC-TCD (Gow Mac 580), equipado con una columna empacada (CTR-1, Alltech). Las temperaturas del inyector, horno y detector fueron: 50, 40 y 150 °C, respectivamente, y como gas acarreador se utilizó helio (65 mL/ min). Adicionalmente, se determinó vapor de mercurio en el biogás por espectroscopía de absorción MR atómica de vapor frío con un analizador automático de vapor de mercurio (TEKRAN ), basado en la capacidad de amalgamamiento del mercurio en una superficie de oro puro, de manera que el mercurio se desorbe por acción térmica para ser analizado por espectrofotometría de fluorescencia atómica en vapor frío (λ= 253.7 nm), como gas acarreador se utilizo argón (1 L/min).

RESULTADOS En la Tabla 1 se muestran los resultados obtenidos de la caracterización CRETI para los lixiviados. Para determinar su toxicidad, se analizó el contenido de metales y de compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles, incluidos en la NOM-052-ECOL-1993. Sin embargo, solamente se muestran los parámetros cuya concentración rebasó el límite de detección de los métodos de análisis. Con base en estos resultados, se puede observar que el lixiviado no presentó características de residuo peligroso. Asimismo, se detectaron bajas concentraciones de otros elementos como: fósforo elemental (0.21 ± 0.04); Na (88.5 ± 7.5); K (169.8 ± 3.8); Mg (89.6 ± 0.70) y Ca (161.5 ± 3.8). La conductividad del lixiviado fue de 11.1 ± 0.2 µS/cm. Tabla 1. Resultados del análisis CRETI Parámetro analizado Corrosividad* pH Reactividad* (mg/Kg) Cianuros reactivos Sulfuros reactivos Inflamabilidad* (ºC) Toxicidad** (mg/L) Ba Ni m, p-cresol

Lixiviado

Límite máximo permisible*

8.4 ± 0.2

2 - 12.5

Negativa Negativa Negativa 0.486 ± 0.001 0.01 ± 0.00 2.4 ± 1.0

100.0 5.0 200.0

* NOM-052-ECOL-1993. ** Se analizaron todos los metales, compuestos orgánicos volátiles y semi-volátiles de la norma. Sin embargo, solo se muestran los parámetros que se encontraron por arriba del límite de detección (LD).

Por otra parte, los resultados de la prueba ecotoxicológica mostraron que al aumentar la concentración de los lixiviados, la germinación de semillas de lechuga disminuyó significativamente, indicando una relación dosis-respuesta. Como resultado de este análisis, se obtuvo una LD50 (dosis letal al 50%) promedio de 68%. La LD50 indica la cantidad esperada de una sustancia (lixiviado), para provocar la muerte del 50% de un grupo de una especie particular (Batish y col., 2002). Asimismo, se observó una completa inhibición de la germinación a una concentración de 100% de lixiviados en agua. La elongación de raíces también se vio afectada negativamente por el aumento en la concentración de lixiviados, obteniéndose una disminución de más de 2 cm con respecto al control. El efecto de los lixiviados sobre la germinación y elongación de raíces en semillas de lechuga, puede atribuirse al contenido de sales en los mismos. Esta serie de resultados demuestra que los lixiviados generados en este sitio no se deben clasificar como peligrosos. Sin embargo, es recomendable evitar su descarga directa en cuerpos de agua. En este caso el lixiviado puede recircularse en el relleno sanitario para acelerar la estabilización de los residuos, debido a que estos pueden favorecer la degradación de los compuestos orgánicos.

Por otra parte, con respecto a la caracterización del biogás, en la Tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los análisis en campo y en laboratorio. Se puede observar que el biogás tiene una relación de metano y dióxido de carbono (CH4/CO2) de 1.9, lo cual indica que la fracción orgánica de los residuos dispuestos en el relleno sanitario, se degrada en condiciones anaerobias típicas del inicio de la fase metanogénica estable, punto en el cual la concentración de metano es máxima (USEPA, 1994); eventualmente, la relación CH4/CO2 tenderá a 1 y se encontrarán valores cercanos al 50% para ambos compuestos (McBean y col., 1995). También se detectó una concentración característica de H2S para este tipo de sitios (USEPA, 1995), pero no se detectó tolueno ni amoniaco en el biogás. Tabla 2. Caracterización del biogás Parámetros

Resultados

CH4 (%)

56.2 ± 2.1

CO2 (%)

30.1 ± 4.5

O2 (%)

0.9 ± 0.0

N2 (%)

1.4 ± 0.0

H2S (ppm)*

120 ± 20

NH3 (ppm)*

No detectado

Tolueno (ppm)*

No detectado

3

Hg (ng/m )

33.3 ± 16.2

* Mediciones en campo 3

La concentración promedio de mercurio detectada en el biogás fue de 33.3 ± 16.2 ng/m , que puede considerarse un valor normal con respecto al rango de valores reportados para este tipo de sitios en los Estados Unidos y en China, en donde se han detectado concentraciones de mercurio 3 3 que van desde 30 a 1840 ng/m y de 3.5 hasta 2952 ng/m , respectivamente (Lindberg y col. 2001; Kim y col., 2002). Las diferencias en estos valores dependen principalmente de la composición de los residuos de cada país. Los residuos que contribuyen a la emisión de Hg son principalmente: lámparas fluorescentes, termómetros, pilas y baterías, cerámicas artesanales, interruptores eléctricos, etc. (Pilgrim, 2000). CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Debido a que los lixiviados de este sitio no presentaron características de toxicidad de acuerdo con los análisis CRETI, y a que la LD50 obtenida del bioensayo no fue elevada, éstos pueden considerarse como residuos no peligrosos. Los resultados obtenidos del análisis del biogás, indican que el sitio no representa una fuente significativa de mercurio gaseoso que afecte la salud de poblaciones cercanas. Debido al contenido elevado de CH4, es factible considerar el aprovechamiento del biogás producido en el sitio para la generación de energía eléctrica. Actualmente se evalúan los lixiviados y biogás de otros sitios de disposición de residuos sólidos municipales para contar con información más amplia que permita exponer recomendaciones sobre la clasificación y manejo de este tipo de emisiones.

BIBLIOGRAFÍA ATSDR. (2003). Agency for toxic substances and disease registry. http://www.atsdr.cdc.gov. D.R. Batish, H.P. Singh, D.B. Saxena y R.K. Coolí. (2002). Weed suppressing ability of parthenin a sesquiterpene lactone from Parthenium hysterophorus. New Zealand Plant Protection 55:218221. www.hortnet.co.nz/publications/nzpps. Kim, K.-H. y Kim M.-Y. (2002). Mercury emissions as landfill gas from a large-scale abandoned landfill site in Seoul. Atmospheric Environment. 36, 4919-4928. Lindberg, S.E; Wallschlanger, D; Prestbo, E.M; Bloom, N.S; Price, J. y Reinhart, D. (2000). Methylated mercury species in municipal waste landfill gas sample in Florida, USA. Atmospheric Environment. 35, 4011-4015. McBean, E.A., Rovers y F.A., Farquhar, G.J. (1995). Solid Waste Landfill Engineering and Design. Prentice Hall. 521 pp. OECD, (1984). Guideline 208 for testing chemicals: terrestrial plant, growth test USEPA. (1995). Decision-Maker’s Guide to Solid Waste Management. EPA530-R-95-023. Pilgrim, W; Schroeder, W; Porcella, D.B; Burgoa, C; Montgomery, S; Hamilton, A y Trip, L. (2000). Developing consensus: mercury science and policy in the NAFTA countries (Canada, the United States and Mexico). Science of the Total Environment. 261, 185-193. SEDESOL (2003). Datos proporcionados por la Dirección de Planeación, Asistencia Técnica y Capacitación para el Desarrollo Territorial. USEPA (1994). Design, Operation and Closure of Municipal Solid Waste Landfills. Office of Research and Development. EPA/625/R-94/008 USEPA (1995). Decision-Maker’s Guide to Solid Waste Management. Solid Waste and Emergency Response. EPA530-R-95-023