Revista RE´TAKVN Facultad de Ingeniería - Universidad del Magdalena
ANÁLISIS DE LA CALIDAD BIOQUIMÍCA DE LIXIVIADOS PRODUCIDOS POR RESIDUOS DE DIFERENTES EDADES Jesús D. Vásquez V. Ingeniero Ambiental y Sanitario Egresado Universidad del Magdalena jdvasquez85@yahoo.es Brinton R. Urina M. Ingeniero Ambiental y Sanitario Egresado Universidad del Magdalena urinamontenegro@yahoo.com Francisco F. García R. Ingeniero Sanitario, Magister en Ingeniería Ambiental Docente Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Universidad del Magdalena francisco.garcia@une.net.co Yiniva Camargo C. Ingeniera Química, Especialista en Ingeniería de Saneamiento Ambiental. Máster en Educación Ambiental. Docente Ingeniería Ambiental y Sanitaria Universidad del Magdalena ycamargo@unimagdalena.edu.co Fecha de Recepción: 20/08/2008 Fecha de Publicación: 15/12/2008
RESUMEN: Se presenta el diseño experimental para el análisis del proceso de descomposición de residuos sólidos de origen doméstico, cuando éstos son combinados con otros de diferentes edades de disposición, con el propósito de conocer la variación en la calidad bioquímica y el índice de biodegradabilidad de los lixiviados producidos; para llevar a cabo este trabajo fue necesario simular las condiciones de un relleno sanitario valiéndose de lixímetros de experimentación para reproducir los procesos de descomposición de los residuos y producción de lixiviados. En la investigación se emplearon cuatro (4) lixímetros cargados con residuos de origen doméstico, luego de una previa caracterización mediante el método del cuarteo. Para simular la precipitación se agregó agua utilizando un dispositivo que permitiera el goteo del líquido de forma permanente al interior de cada lixímetro; una vez producido el lixiviado se colectó diariamente en recipientes de 1.5 litros, realizando la medición del pH in situ y preservando entre 3 y 5 ºC las muestras para el análisis bioquímico semanal (DQO y DBO5) que se realizó en las muestras compuestas. Basado en los resultados obtenidos en las determinaciones de las variables de estudio (pH, DBO5, DQO, DBO5/ DQO) y en los análisis de varianza empleados, se puede afirmar que los fenómenos de degradación no se relacionan con la disposición y combinación de nuevas celdas con las dispuestas previamente. PALABRAS CLAVE: Lixiviados, Liximetros, Residuos sólidos, Rellenos Sanitarios
Volumen I – Número I, Diciembre - Año 2008 ISSN: 2027-162X
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ABSTRACT: This paper presents the experimental results of the solid wastes decomposition processes, when they are combined with others wastes of different ages, for studying the variation on the biochemical quality and the biodegradability index for landfill leachates produced during the experimentation; in this work was necessary to simulate the conditions of a sanitary landfill, using four (4), lysimeters charged with municipal solid wastes previously characterized, where to reproduce the wastes decomposition processes and the leachates production. With the aim of simulating the precipitation, water was added using a continuous trickling system for each lysimeter; the leachate produced was daily collected in 1.5 liters bottles and analyzed the conventional parameters as pH in situ, Biological Oxygen Demand (BOD) and Chemical Oxygen Demand (COD) on compound samples. The results obtained of the value of each parameter (e.g. pH, BOD, COD, etc.) and the analyses of variance used, allow to affirm that the degradation process are not related with the disposition and combination of new cells. KEYWORDS Leachate, lysimeter, Solid wastes, Sanitary landfill
1
de la disminución del oxígeno disuelto y del deterioro general en los parámetros de calidad fisicoquímica y microbiológica del agua, además de la consecuente desaparición de la biota acuática.
INTRODUCCIÓN
Los residuos sólidos producidos en los diferentes núcleos urbanos deben ser almacenados, recolectados y transportados, para ser sometidos a procesos de tratamiento y disposición final. Investigadores como Lema, J.M et al. [1] sostienen que “Los rellenos sanitarios constituyen el sistema de tratamiento final de residuos sólidos urbanos que ofrece las mejores soluciones técnicas, económicas y sanitarias; dadas estas consideraciones, los rellenos sanitarios continuarán siendo el método más atractivo para la disposición final de los residuos sólidos con estas ventajas compartidas frente a otras alternativas de tratamiento y/o disposición final”.
La variabilidad en la composición de los lixiviados depende de factores como las características de los residuos sólidos, el grado de compactación, la hidrología y el clima del sitio y finalmente, la edad del relleno, lo que refleja el grado de estabilización de los residuos; igualmente las características de los lixiviados pueden ser afectadas por algunas prácticas de manejo y operación del sistema, como la trituración de residuos, la separación de material recuperable (papel, aluminio, y vidrio), la recirculación del lixiviado y la codisposición de lodos provenientes de planta de tratamiento de aguas residuales municipales. Esta variación en la composición de los lixiviados producidos en rellenos sanitarios ha sido reportada en la literatura [2-6], pero los intentos por estudiar y comprender este fenómeno han sido escasos.
Los lixiviados producidos en los rellenos sanitarios resultado de la descomposición anaerobia de los residuos sólidos y de la percolación de agua lluvia a través de éstos, generan impactos negativos en los cuerpos de agua superficial y subterránea. La magnitud de este impacto puede impedir la utilización de estas aguas para usos de abastecimiento o agrícolas, si se tiene en cuenta que los lixiviados, dependiendo de la edad del relleno y del tipo de residuos dispuestos en él, poseen altas concentraciones de materia orgánica, nitrógeno amoniacal y metales pesados; estas sustancias se han identificado como responsables
El desconocimiento del cambio de la concentración en función del tiempo de los contaminantes presentes en los lixiviados, constituye una causa para la carencia de métodos convencionales de tratamiento de lixiviados para alcanzar los niveles de depuración requeridos en la conservación del medio ambiente y aportar criterios para mejorar la gestión de los rellenos sanitarios [7]. Se han
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monitoreado y descrito las fases de descomposición de los residuos sólidos y las características del lixiviado producido en cada una de éstas, mediante la utilización de lixímetros; estos estudios han tenido la particularidad de realizarse con celdas de experimentación únicas, sin evaluarse el proceso de descomposición de los residuos al adicionar una celda nueva con residuos frescos o recién dispuestos [6-8]. Se desconocen antecedentes relacionados con la manera cómo afecta la disposición de residuos y la conformación de nuevas celdas sobre las anteriormente dispuestas, en la variación de la composición de los lixiviados producidos en rellenos sanitarios; en este documento se presentan los resultados de la investigación orientada a analizar la calidad bioquímica de lixiviados producidos por residuos domésticos de diferentes edades, utilizando reactores experimentales o lixímetros donde se simularon las condiciones de degradación de los residuos sólidos y la producción de lixiviados.
2
Figura 1. Lixímetros utilizados en el proceso de experimentación
2.1.2 Sólidos
Materiales y Métodos
2.1.1
de
Residuos
Los residuos sólidos utilizados durante el proceso de experimentación fueron de origen doméstico; se realizó la clasificación de los diferentes tipos de residuos antes de realizar el llenado de los lixímetros, utilizando el método del cuarteo, para determinar los porcentajes en peso de papel, cartón, plásticos, material orgánico, metales, vidrio, textiles y otros, según se resume en la Tabla 1.
DESARROLLO DEL TEMA
2.1
Caracterización
Tabla 1. Composición de los residuos sólidos usados para el llenado de los lixímetros
Construcción de Lixímetros
Se construyeron cuatro (4) lixímetros como se muestran en la Figura 1, con tubos de fibra de vidrio de 30 cm de diámetro y 200 cm de altura; para aislarlos térmicamente se cubrieron con una capa de 4 cm de espuma de poliuretano, forrada con plástico de color negro calibre 25 para su impermeabilización. Cada lixímetro se dotó de un espacio libre en el fondo con un sistema de drenaje en grava pequeña, que se separó de los residuos por medio un plato de acrílico perforado para de retener las partículas pequeñas arrastradas por los lixiviados.
Componente
% en peso
Material orgánico
81,5
Plásticos
7,4
Papel Metal
4,6 4,6
Vidrio
1,4
Textiles
0,5
Total
100,0
2.1.3
Llenado de Lixímetros
En el proceso de llenado de los lixímetros se procuró mantener la composición de los residuos sólidos de acuerdo a los resultados de la primera clasificación; los residuos dispuestos en los lixímetros se compactaron de forma manual a una densidad aproximada a los 300 kg/m3. Al inicio de Volumen I – Número I, Diciembre - Año 2008 ISSN: 2027-162X
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Tabla 2. Parámetros de la calidad química de los lixiviados.
la ejecución del proyecto de investigación se cargaron los cuatro lixímetros con una capa de 40 cm de altura y 30 Kg de residuo cada uno, constituyéndose la primera celda de experimentación; en el segundo periodo, a los 90 días, los lixímetros dos, tres y cuatro fueron cargados nuevamente con una segunda celda; en el tercer periodo, a los 180 días se adicionó a los lixímetros tres y cuatro, una tercera celda y finalmente, en el cuarto periodo, hacia los 270 días se agregó la última celda de residuos al lixímetro cuatro. Resulta importante anotar que todas las celdas de residuos sólidos dispuestas, mantenían la misma composición que la inicial y cada una fue cubierta con una capa aproximadamente de 20 cm. de tierra (material inerte) para simular el material de cobertura y de esta manera, facilitar la anaerobiosis del sistema.
2.1.4
Parámetro Demanda química de oxígeno(DQO)
Frecuencia
Referencia
Semanal
5220-D
Demanda bioquímica de oxígeno(DBO5)
Winkler
Semanal
4500 C
pH
Electrodo
Diario
4500 H+ B
2.1.6
Análisis estadístico
Los datos obtenidos de las variables de estudio fueron categóricamente separados por las fechas de disposición de las celdas de residuos sólidos adicionadas a cada lixímetro, con la finalidad de determinar el comportamiento de los valores de cada parámetro. El análisis de los datos se realizó aplicando ANOVA para cada una de las variables del estudio, utilizando el programa estadístico STATGRAPHICS Centurión XV. La variable independiente corresponde a la disposición de celdas de cada uno de los lixímetros y las variables dependientes, se encuentran representadas por el pH, la DBO5 y la DQO en cada reactor.
Operación de los Lixímetros
Con la finalidad de simular el proceso de descomposición y producción de lixiviado en las celdas de un relleno sanitario, se adicionó agua por la parte superior de los reactores mediante manguerillas conectadas a un tanque de alimentación, para representar las condiciones pluviométricas de acuerdo con la información meteorológica disponible, utilizando el volumen de agua necesario a una tasa constante de goteo.
2.2
Resultados
2.2.1 2.1.5
Método Dicromato de potasio, micro DQO.
Medición de variables
Primer Periodo
La Figura 2 muestra los resultados en el comportamiento de los lixímetros para el primer periodo, siendo similares dado que conservaban las mismas características de operación.
El lixiviado fue colectado diariamente en recipientes de 1.5 litros, realizando inmediatamente la medición del pH con un equipo portátil de la marca Schott Gerate CG 820; el volumen de lixiviado fue medido y la muestra recolectada fue preservada entre 3 y 5 ºC, para su posterior análisis. La variabilidad de la DQO y DBO5 se midió a intervalos semanales en muestras compuestas colectadas durante el periodo previamente establecido. La composición del lixiviado se determinó en el laboratorio mediante los parámetros que se registran en la Tabla 2.
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La Tabla 3 resume las pruebas estadísticas de esta serie de datos y las medidas de dispersión como la varianza y valores mínimos y máximos de la DBO5 para cada uno de los cuatro (4) lixímetros.
Figura 2. Dispersión del DBO5 para cada lixímetro en el primer periodo Tabla 3: Resumen estadístico para la DBO5 en el primer periodo
Celdas Obs. Media
Desviación estándar
Coeficiente de variación
Valor min.
Valor máx.
Stnd. Oblicuidad
Stnd. kurtosis
1
7
344,3
29,9873
8,71%
313
397
1,0115
0,0665165
2 3 4
7 7 7
290,4 314,1 323,4
62,5643 48,9674 100,706
21,54% 15,59% 31,14%
224 261 235
415 382 537
1,58426 0,799994 2,15916
1,44211 -0,611491 2,36949
Total
28
318,1
65,1454
20,48%
224
537
3,12715
3,73585
En la Tabla 4 se muestran los resultados del Anova con particular interés en el valor-P, si este valor en esta prueba se encuentra por debajo de 0,5 indica que existe diferencia estadística significativa entre las muestras, de lo contrario expresa que no existe una diferencia estadística significativa entre las medias de las DBO5 de un lixímetro a otro con un 95% de nivel de confianza. Tabla 4: Tabla ANOVA de la DBO5 en el primer periodo Fuente
Suma de cuadrados
gl
Cuadrado medio
Indice-F
Valor-P
Entre los grupos
10468,1
3
3489,38
0,8
0,5038
Dentro de los grupos
104118
24
4338,24
Total (Corr.)
114586
27
Figura 3. Anova para la DBO5 en el primer periodo.
En la Tabla 5 se sustenta lo afirmado en la tabla Anova para establecer las medias significativamente diferente de las otras, el método usado corrientemente para discriminar las medias es el procedimiento de diferencia significativa menor de Fisher, por sus siglas en inglés (LSD).
En la Figura 3 se muestra la gráfica ANOVA que confirma la prueba realizada en la Tabla 4. Volumen I – Número I, Diciembre - Año 2008 ISSN: 2027-162X
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Tabla 5: Prueba de rangos múltiples para la DBO5 en los lixímetros para el primer periodo Método: 95% LSD
Celdas
Obser.
Media
2 3 4 1
7 7 7 7
290,429 314,143 323,429 344,286
porque a éstos se les adicionó la segunda celda de residuos; una vez se culminó el segundo periodo, los resultados fueron homogéneos dado que conservaban las mismas características de operación durante este segundo periodo, pero diferentes al lixímetro uno que aún conservaba la celda adicionada en el primer periodo.
Grupos homogéneos X X X X
La Figura 4 muestra la dispersión de los valores de DBO5 medidos en cada lixímetro para el segundo periodo en que fue adicionada una nueva celda residuos para los lixímetros 2, 3 y 4.
Para el primer periodo de operación de los lixímetros no se encontró diferencia estadística significativa entre cada par de medias de la DBO5 con un 95% de nivel de confianza. Luego por esta razón sólo existe un grupo homogéneo identificado por la columna de X´s. que indicó lo presumido, un comportamiento similar en las medidas del contenido orgánico presente en los lixiviados producidos por la configuración inicial de éstos al poseer todos tan sólo una celda durante el primer periodo de operación. La Tabla 6 presenta los pares de medias con diferencias y similitudes durante el primer periodo de operación en los lixímetros. Tabla 6. Prueba de contraste para la DBO5 en los lixímetros en el primer periodo
Contraste
Sig.
Diferencia
+/- Limites
1-2
53,8571
72,6628
1-3
30,1429
72,6628
1-4
20,8571
72,6628
2-3
-23,7143
72,6628
2-4
-33
72,6628
3-4
-9,28571
72,6628
Figura 4. Dispersión del DBO5 para cada lixímetro en el segundo periodo
La Tabla 7 resume las pruebas estadísticas y las medidas de dispersión de la DBO5 para cada uno de los cuatro (4) lixímetros.
Un asterisco podría ser ubicado automáticamente por el programa en la columna sig. (Significancia) al lado de estos pares combinados indicando si éstos muestran una diferencia estadística significativa con un nivel de confianza del 95%; para este caso no existe diferencia entre las medias de la DBO5 en los lixímetros, luego no existe ningún asterisco que denote la anterior hipótesis.
2.2.2
Segundo Periodo
Se realizó esta prueba para los lixímetros con especial atención en número dos, tres y cuatro Volumen I – Número I, Diciembre - Año 2008 ISSN: 2027-162X
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Tabla 7: Resumen estadístico para la DBO5 en el segundo periodo
1
18
312,7
87,9738
Coeficiente de variación 28,13%
2
18
374,4
117,432
31,37%
164
582
0,273479
-0,785394
3
18
312,5
87,3265
27,94%
201
500
1,6266
0,358301
4
18
274,3
60,6552
22,11%
200
414
1,08999
-0,294039
Total
72
318,5
95,7383
30,06%
127
582
2,63501
0,357784
Celdas Obs. Media
Desviación estándar
Tabla 8. ANOVA de la DBO5 para el segundo periodo gl
Cuadrado medio
Fuente
Indice-F
Valor-P
Entre los grupos
92585,6
3
30861,9
3,76
0,0147
Dentro de los grupos
558188
68
8208,65
Total (Corr.)
650774
71
Valor máx.
Stnd. Oblicuidad
Stnd. kurtosis
127
506
0,441498
0,757877
Tabla 9: Prueba de rangos múltiples para la DBO5 en los lixímetros en el segundo periodo en los lixímetros Método: 95% LSD
En la tabla 8 se muestran los resultados del Anova con particular interés en el valor-P, indicando que existe diferencia estadística significativa entre las medias de la DBO5 de un lixímetro a otro con un 95% de nivel de confianza. Suma de cuadrados
Valor min.
Grupos homogéneos X
Celdas
Obser.
Media
4
18
274,333
3
18
312,5
X
1
18
312,722
X
2
18
374,389
X
Para el segundo periodo de operación de los lixímetros se encontró diferencia estadística significativa en tres pares de medias de la DBO5 con un 95% de nivel de confianza. Se esperaba que los lixímetros 2, 3 y 4 mostraran un comportamiento homogéneo como resultado de la adición de la segunda celda de residuos, pero diferente al lixímetro 1, en la medida del contenido orgánico presente, por la configuración de éste al poseer sólo una celda adicionada en el primer periodo de operación.
En la Figura 5 se muestra la gráfica ANOVA que confirma la prueba realizada en la Tabla 8.
La Tabla 10 presenta los pares de medias con diferencias y similitudes en los lixímetros para el segundo periodo de operación. Tabla10: Prueba de contraste para la DBO5 en los lixímetros en el segundo periodo
Figura 5. Anova para la DBO5 en el Segundo periodo
En la Tabla 9 se sustenta lo afirmado en la tabla Anova para establecer las medias significativamente diferente de las otras, utilizando el procedimiento de diferencia significativa menor de Fisher en sus siglas en inglés (LSD).
Contraste
Sig.
Diferencia
+/- Limites
1-2
*
-61,6667
60,2644
1-3
0,222222
60,2644
1-4
38,3889
60,2644
61,8889
60,2644
2-3
*
2-4
*
3-4
100,056
60,2644
38,1667
60,2644
* Denota una diferencia estadística significativa.
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Un asterisco se ubicó automáticamente por el programa en la columna de Significancia, al lado de estos pares combinados, indicando que éstos muestran una diferencia estadística significativa con un nivel de confianza del 95%; para este caso se observan diferencias entre los pares de lixímetros (1-2; 2-3; 2-4). Se observaron diferencias entre (1-2 1-3; 1-4;) y en los otros pares, similitudes. Este comportamiento puede ser atribuido a las complejas reacciones físicas, químicas y biológicas que tienen lugar en los procesos de degradación de los residuos sólidos.
fueron homogéneos dado que conservaban las mismas características de operación durante este periodo. La Figura 6 muestra la dispersión de los valores de DBO5 medidos en cada lixímetro para el tercer periodo en que fue adicionada una nueva celda de residuos para los lixímetros 3 y 4.
Dado los resultados inesperados presentados en el segunda periodo de experimentación con los lixímetros se procedió a realizar el análisis de varianza (ANOVA), para la otra medida del material orgánico, la DQO, a fin de corroborar que el comportamiento presentado durante la segunda temporada de la DBO5 estuviera acorde con éste, pero se presentó que para la DQO los resultados no cumplen con la hipótesis inicial planteada. Entonces se decidió continuar con los análisis de varianza de la DBO5 para el tercer periodo.
2.2.3
Figura 6. Dispersión del DBO5 para cada lixímetro en el tercer periodo
Tercer Periodo
La Tabla 11 presenta las pruebas estadísticas y las medidas de dispersión como la varianza, además de los valores mínimos y máximos de la DBO5 para cada uno de los cuatro (4) lixímetros.
Se realizó el análisis de varianza para los lixímetros con especial atención en los lixímetros tres y cuatro, debido a que a éstos se les adicionó la tercera celda de residuos; los resultados obtenidos en el comportamiento de los lixímetros tres y cuatro
Tabla 11. Resumen estadístico para la DBO5 en el tercer periodo
1
18
295,3
121,736
Coeficiente de variación 41,23%
2
18
498,6
152,636
30,61%
302
802
0,244853
-0,884741
3
19
399,4
154,024
38,57%
101
622
-0,523378
-0,73951
4
17
434,7
145,519
33,48%
185
651
-0,417927
-0,990515
Total
72
406,5
159,387
39,21%
101
802
0,227058
-1,29507
Desviación Celdas Obs. Media estándar
En la Tabla 12 se muestran los resultados del Anova con particular interés en el valor-P, que corresponde a 0,0007 que expresa una diferencia estadística significativa entre las medias de las
Valor min.
Valor máx.
Stnd. Oblicuidad
Stnd. kurtosis
121
506
0,269461
-0,938209
DBO5 de un lixímetro a otro con un 95% de nivel de confianza.
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Tabla 12. Tabla ANOVA para la DBO5 durante el tercer periodo Suma de Cuadrado Fuente gl Indice-F Valor-P cuadrados medio Entre los 394973 3 131658 6,36 0,0007 grupos Dentro de 1408740 68 20716,7 los grupos Total (Corr.) 1803710 71
mostraran un comportamiento homogéneo porque a éstos se le adicionó la tercera celda de residuos. La Tabla 14 presentan los pares de medias con diferencias y similitudes en los lixímetros para el tercer periodo de operación. Tabla 14. Prueba de contraste para la DBO5 en los lixímetros en el tercer periodo de operación
En la Figura 7 se muestra la gráfica ANOVA que confirma la prueba realizada en la Tabla 12.
Contraste
Sig.
Diferencia
+/- Limites
1-2
*
-203,333
95,9111
1-3
*
-104,091
94,6407
1-4
*
-139,428
97,3113
2-3
*
99,2427
94,6407
2-4
63,9052
97,3113
3-4
-35,3375
96,0594
* Denota una diferencia estadística significativa
Para este caso se observan diferencias entre los pares de lixímetros 1-2; 1-3; 1-4; 2-3, resultado que se esperaba aunque faltó el par 2-4; el par 3-4 presenta similitud dado que la forma como operaron estos lixímetros era con igual número de celdas (3) adicionadas en el tercer periodo. Este comportamiento puede ser atribuido a las complejas reacciones físicas, químicas y biológicas que tienen lugar en los procesos de degradación de los residuos sólidos.
Figura 7. Anova para la DBO5 durante el tercer periodo
En la Tabla 13 se sustenta lo afirmado en la Tabla 12, para establecer las medias significativamente diferentes; el método usado corrientemente para discriminar las medias es el procedimiento de diferencia significativa menor de Fisher, por sus siglas en inglés (LSD).
2.2.4
Grupos homogéneos X
Celdas
Obser.
Media
1
18
295,278
3
19
399,368
X
4
17
434,706
XX
2
18
498,611
X
Cuarto Periodo
Se realizó la prueba para estos lixímetros con especial atención en el lixímetro 4, porque a éste se le adicionó la cuarta y última celda de residuos; los resultados esperados en el lixímetro 4, incluían que su comportamiento fuera totalmente diferente de los otros.
Tabla 13. Prueba de rangos múltiples para la DBO5 en los lixímetros en el tercer periodo Método: 95% LSD
La Figura 8 muestra la dispersión de los valores de DBO5 medidos en cada lixímetro para el cuarto periodo en que fue adicionada una nueva celda de residuos para el lixímetro 4.
Para el tercer periodo de operación de los lixímetros se encontraron diferencias estadísticas significativas en 4 pares de medias de la DBO5, con un 95% de nivel de confianza. Luego sólo existe un grupo homogéneo identificado por la columna de X´s que era lo esperado, aunque no entre estos pares, pues se esperaba que los lixímetros 3 y 4
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La Tabla 15 muestra varias pruebas estadísticas, entre éstas las medias que facilitan la información de esta serie de datos y las medidas de dispersión como la varianza y valores mínimos y máximos de la DBO5 para cada uno de los cuatro (4) lixímetros.
Figura 8. Dispersión de la DBO5 para cada lixímetro en el cuarto periodo Tabla 15. Resumen estadístico para la DBO5 en el cuarto periodo
1
12
188,9
29,5618
Coeficiente de variación 15,65%
2
12
266,8
50,1504
18,79%
183
383
1,0953
1,39731
3
12
267,8
53,8079
20,10%
130
335
-2,30608
2,51997
4
12
362,3
71,1507
19,64%
229
537
1,24734
2,6056
Total
48
271,5
80,7006
29,73%
127
537
1,87091
1,58104
Desviación Celdas Obs. Media estándar
Valor min.
Valor máx.
Stnd. Oblicuidad
Stnd. kurtosis
127
234
-0,828977
0,252041
En la Tabla 16 se registran los resultados del Anova con particular interés en el valor-P, que para este caso corresponde a 0,00001, expresando una diferencia estadística significativa entre las medias de las DBO5 de un lixímetro a otro con un 95% de nivel de confianza. Tabla 16. Tabla ANOVA para la DBO5 en los lixímetros en el cuarto periodo
Fuente Entre los grupos Dentro de los grupos Total (Corr.)
Suma de gl cuadrados
Cuadrado medio
Indice-F
Valor-P
21,3
0,00001
181278
3
60426,1
124814
44
2836,67
306092
47
Figura 9. Anova para la DBO5 en los lixímetros en el cuarto periodo
En la Tabla 17 se sustenta lo afirmado en la Tabla 16 para establecer las medias significativamente diferentes de las otras; el método utilizado corresponde al procedimiento de diferencia significativa menor de Fisher, en sus siglas en inglés (LSD).
En la Figura 9 se muestra la gráfica ANOVA que confirma la prueba realizada en la Tabla 16. Volumen I – Número I, Diciembre - Año 2008 ISSN: 2027-162X
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periodos en que se desarrolló el proyecto de investigación.
Tabla 17. Prueba de rangos múltiples para la DBO5 en los lixímetros en el cuarto periodo. Método: 95% LSD
Grupos homogéneos X
Celdas
Obser.
Media
1
18
295,278
3
19
399,368
X
4
17
434,706
XX
2
18
498,611
X
Para el cuarto periodo o final de operación de los lixímetros se encontraron diferencias estadísticas significativas en 5 pares de medias de la DBO5 con un 95% de nivel de confianza. Sólo existe un grupo homogéneo identificado por la columna de X´s, lo cual no corresponde con lo presumido, pues se esperaba que todos los lixímetros mostraran una diferencia estadística significativa entre ellos, dada el número de celdas con que finalizaron la experimentación.
Figura 10. Variación del pH en el primer periodo de operación de los lixímetros
La Tabla 18 presenta los pares de medias con diferencias y similitudes en los lixímetros para el cuarto periodo de operación. Tabla 18. Prueba de contraste para la DBO5 en los lixímetros en el cuarto periodo
Contraste
Sig.
Diferencia
+/- Limites
1-2
*
-77,9167
43,8212
1-3
*
-78,8333
43,8212
1-4
*
-173,417
43,8212
-0,916667
43,8212
-95,5
43,8212
2-3 2-4
*
Figura 11. Variación del pH en el segundo periodo de operación de los lixímetros
3-4 * -94,5833 43,8212 * Denota una diferencia estadística significativa
Para este caso se observa diferencias entre los pares de lixímetros 1-2; 1-3; 1-4; 2-4; 3-4, resultado que se esperaba aunque faltó el par 2-3. pH Figura 12. Variación del pH en el tercer periodo de operación de los lixímetros
En las Figuras 10, 11, 12, 13 y 14 se muestra la variación de pH in situ medida en la muestra de lixiviados colectadas en cada lixímetro durante los
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En el primer periodo se observó que la DQO de los lixiviados recolectados en todos los lixímetros presentó un comportamiento similar u homogéneo, como resultado de las condiciones de operación de cada reactor, representado en la Figura 15.
Figura 13. Variación del pH en el cuarto periodo de operación de los lixímetros
El pH al inicio del proyecto presenta los valores más bajos durante el periodo de análisis y luego se encontró una tendencia al incremento a medida que avanza el periodo de experimentación; al adicional la segunda celda en los lixímetros 2, 3 y 4 se observó que está variable disminuye puntualmente durante los primeros días con tendencia a aumentar buscando valores más alcalinos. Este comportamiento se repite al adicionar la tercera y cuarta celda en los lixímetros 3 y 4 respectivamente.
Figura 15. Variación de la DQO en el primer periodo de operación en los lixímetros
Durante el segundo periodo, el lixímetro 1 registró una concentración de DQO con tendencia a disminuir y los lixímetros 2, 3 y 4 presentaron un aumentó en la concentración de DQO como resultado del aumento de material lixiviable y la adición de residuos con un alto porcentaje en peso de materia orgánica mostrado en la Figura 16.
DQO En las Figuras 14, 15, 16, 17 y 18 se muestra la variación de la concentración de DQO medida en la muestra de lixiviados colectadas a la salida del flujo de cada lixímetro durante los periodos en que se desarrolló el proyecto de investigación.
Figura 16. Variación de la DQO en el segundo periodo de operación en los lixímetros
A partir de la adición de la tercera celda, los lixímetros 1 y 2 presentaron tendencia a disminuir su concentración de DQO con algunos incrementos puntuales y registro de los valores más altos de DQO en los lixímetros 3 y 4, siendo este comportamiento esperado por la adición de una nueva celda de residuos frescos, como se muestra en la Figura 17.
Figura 14. Variación de la DQO en los cuatro periodos de operación en los lixímetros
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de nuevas celdas, aunque ésta no es la única variable que condiciona el proceso, su relevancia se encuentra fundamentada en su importancia en el diseño de sistemas de disposición final de residuos sólidos. Es claro que la fase inicial en la que se encuentran estos residuos se asemeja más a una etapa acidogénica que a una metanogénica, lo que corresponde a la dinámica típica de este tipo de procesos anaeróbicos. Los valores de pH registrados en los lixímetros no alcanzan valores para considerarse inhibidores en los procesos biológicos de degradación.
Figura 17. Variación de la DQO en el tercer periodo de operación en los lixímetros
El Índice de Biodegradabilidad (DBO5/DQO) refleja el estado de degradación en los lixiviados producidos y el proceso de reacción bioquímica que tiene lugar en los lixímetros; se encontró en los lixiviados colectados que presentaban una variabilidad relativamente baja con valores inferiores a 0,15, lo que indica que la degradación de los residuos se ha completado y que las sustancias orgánicas tienen problemas para continuar su degradación [3].
En el periodo final se registró que los lixímetros 1, 2 y 3 tienden a disminuir su carga y el lixímetro 4 presentó los valores más altos de DQO como resultado de la adición de residuos frescos, presumiendo este comportamiento como respuesta del grado de incidencia de una nueva celda en la calidad del lixiviado, representado en la Figura 18.
4
Agradecimientos
Los autores expresan sus agradecimientos al Centro de Servicios Agroindustrial, Acuícola y Pesquero y al Laboratorio de Calidad de Aguas de la Universidad del Magdalena por su apoyo en la ejecución y a FONCIENCIAS por la financiación de este proyecto de investigación. Figura 18. Variación de la DQO en el cuarto periodo de operación en los lixímetros
3
Conclusiones
Basado en los resultados obtenidos en las determinaciones de las variables de estudio (pH, DBO5, DQO) y en los análisis de varianza empleados con respecto a la hipótesis de trabajo considerada, se puede afirmar que los fenómenos de degradación y de calidad bioquímica del lixiviado no se relacionan con la disposición y combinación
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Currículos
Jesús David Vásquez Velásquez. Ingeniero Ambiental y Sanitario, Egresado de la Universidad del Magdalena. Coinvestigador del Grupo Control de la Contaminación Ambiental. Brinton Rafael Urina Montenegro. Ingeniero Ambiental y Sanitario, Egresado de la Universidad del Magdalena.
[3] KJELDSEN, P. A. BARLAZ, M. ROOKER A. BAUN, A. LEDIN, A. & CHRISTENSEN, T. Present and Long-Term composition of MSW Landfill Leachate: A review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, ISSN 1064-3389. 32(4):297–336. 2002.
Francisco Fernando García Rentería. Ingeniero Sanitario, Magíster en Ingeniería Ambiental y Candidato a Doctor en Ingeniería Área Ambiental de la Universidad de Antioquia. Líder del Grupo Control de la Contaminación Ambiental Categorizado en C por COLCIENCIAS. Docente de Planta de la Universidad del Magdalena desde el 2002, con experiencia académica e investigativa en el campo de la Ingeniería Ambiental y Sanitaria, principalmente en Contaminación Ambiental y Modelación Matemática.
[4] KOUZELI-KATSIRI, A. CHRISTIOULAS, D. & BOSDOGIANNI, A. Leachate degradation after recirculation. In: di Pula SM, editor. Proc., Sardinia 93—4th Int. Landfill Symp.; 1993. p. 1007– 18. Citado por Al-Yaqout A.F., Hamoda M.F. Evaluation of landfill leachate in arid climate—a case study. Environmental Int. 2003; 29:593– 600.
Yiniva Camargo Caicedo. Ingeniera Química, Especialista en Ingeniería de Saneamiento Ambiental, Universidad del Norte y Magister en Educación Ambiental del Instituto de Investigaciones Ecológicas (Málaga-España) en Convenio con la Universidad Autónoma de Yucatán. Coinvestigadora del Grupo Control de la Contaminación Ambiental. Experiencia académica y de investigación en Ingeniería Ambiental. Docente investigadora del Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la Universidad del Magdalena desde el 2003.
[5] INANC, B. CALLI, B. & SAATCL, A. Characterization and anaerobic treatment of the sanitary landfill leachate in Istanbul. En Water Science and Technology, ISSN 0273-1223. 41 (3): 223–230. 2000. [6] GONULLU, M.T. Analytical modeling of organic contaminants in leachate. Waste, Management & Research, ISSN 0734-242X, 12 (4): 141-150. 1994. [7] COLIN, F. Estude de la modelisation des fonctions assurees par une descharge (Study of the modelization of processes occurring in a landfill). Institut de rechearches hydrologiques. Nancy, France. 1990.
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