Un lixiviado es cualquier líquido que al atravesar una materia extrae sólidos solubles o suspendidos , o cualquier otro componente del material por el que ha pasado.
Lixiviado es un término ampliamente utilizado en las ciencias ambientales donde tiene el significado específico de un líquido que ha disuelto o arrastrado sustancias nocivas para el medio ambiente que luego pueden ingresar al medio ambiente. Se utiliza más comúnmente en el contexto del vertido de residuos putrescibles o industriales.
En el contexto ambiental restringido, el lixiviado es, por lo tanto, cualquier material líquido que se escurre de la tierra o material almacenado y que contiene concentraciones significativamente elevadas de material indeseable derivado del material por el que ha pasado.
Los lixiviados de un vertedero varían ampliamente en composición según la antigüedad del vertedero y el tipo de residuos que contiene. [1] [2] Generalmente contiene material tanto disuelto como suspendido. La generación de lixiviados se produce principalmente por la precipitación que se filtra a través de los residuos depositados en un vertedero. Una vez en contacto con desechos sólidos en descomposición, el agua que se filtra se contamina y, si luego sale del material de desecho, se denomina lixiviado. [3] Se produce un volumen adicional de lixiviado durante esta descomposición de material carbonoso que produce una amplia gama de otros materiales, incluidos metano , dióxido de carbono y una mezcla compleja de ácidos orgánicos , aldehídos , alcoholes y azúcares simples.
Los riesgos de generación de lixiviados pueden mitigarse mediante vertederos diseñados y diseñados adecuadamente, como aquellos que se construyen con materiales geológicamente impermeables o sitios que utilizan revestimientos impermeables hechos de geomembranas o arcilla artificial . El uso de revestimientos ahora es obligatorio en los Estados Unidos , Australia y la Unión Europea , excepto donde los residuos se consideran inertes. Además, la mayoría de los materiales tóxicos y difíciles ahora están específicamente excluidos del vertido. Sin embargo, a pesar de controles legales mucho más estrictos, los lixiviados de sitios modernos a menudo contienen una variedad de contaminantes provenientes de actividades ilegales o de productos domésticos y domésticos desechados legalmente.
En una encuesta de 2012 realizada en el estado de Nueva York, todas las celdas de vertederos de doble revestimiento encuestadas tenían tasas de fuga de menos de 500 litros por hectárea por día. Las tasas medias de fuga fueron mucho más bajas que las de los vertederos construidos según normas más antiguas antes de 1992. [4]
Cuando el agua se filtra a través de los desechos, promueve y ayuda al proceso de descomposición por bacterias y hongos . Estos procesos, a su vez, liberan subproductos de la descomposición y consumen rápidamente el oxígeno disponible, creando un ambiente anóxico . En los desechos en descomposición activa, la temperatura aumenta y el pH cae rápidamente con el resultado de que muchos iones metálicos que son relativamente insolubles a un pH neutro se disuelven en el lixiviado en desarrollo. Los propios procesos de descomposición liberan más agua, lo que aumenta el volumen de lixiviado. El lixiviado también reacciona con materiales que no son propensos a descomponerse, como las cenizas de fuego, los materiales de construcción a base de cemento y los materiales a base de yeso, cambiando la composición química. En sitios con grandes volúmenes de residuos de construcción, especialmente aquellos que contienen yeso , la reacción del lixiviado con el yeso puede generar grandes volúmenes de sulfuro de hidrógeno , que puede liberarse en el lixiviado y también puede formar un componente importante del gas del vertedero. La apariencia física del lixiviado cuando emerge de un vertedero típico es la de un líquido turbio de fuerte olor, de color negro, amarillo o naranja. El olor es ácido y desagradable y puede ser muy penetrante debido a las especies orgánicas ricas en hidrógeno, nitrógeno y azufre, como los mercaptanos .
En un vertedero que recibe una mezcla de desechos municipales, comerciales e industriales mixtos pero excluye cantidades significativas de desechos químicos concentrados, el lixiviado del vertedero puede caracterizarse como una solución a base de agua de cuatro grupos de contaminantes: materia orgánica disuelta (alcoholes, ácidos, aldehídos, azúcares de cadena corta, etc.), macrocomponentes inorgánicos (cationes y aniones comunes, incluidos sulfato, cloruro, hierro, aluminio, zinc y amoníaco), metales pesados (Pb, Ni, Cu, Hg) y compuestos orgánicos xenobióticos como orgánicos halogenados , ( PCB , dioxinas , etc.). [5] También se han detectado varios contaminantes orgánicos complejos en los lixiviados de los vertederos. Las muestras de lixiviados de vertederos crudos y tratados arrojaron 58 contaminantes orgánicos complejos, incluido 2-OH-benzotiazol en el 84% de las muestras y ácido perfluorooctanoico en el 68%. El bisfenol A, el valsartán y el 2-OH-benzotiazol tuvieron las concentraciones promedio más altas en los lixiviados crudos, después del tratamiento biológico y después de la ósmosis inversa, respectivamente. [6]
En los vertederos más antiguos y en aquellos que no tienen membrana entre los desechos y la geología subyacente, el lixiviado puede salir libremente de los desechos y fluir directamente hacia el agua subterránea . En tales casos, a menudo se encuentran altas concentraciones de lixiviados en manantiales y arroyos cercanos. Cuando el lixiviado emerge por primera vez, puede ser de color negro, anóxico y posiblemente efervescente , con gases disueltos y arrastrados. A medida que se oxigena tiende a tornarse marrón o amarillo debido a la presencia de sales de hierro en solución y suspensión. También desarrolla rápidamente una flora bacteriana que a menudo comprende crecimientos sustanciales de Sphaerotilus natans .
En el Reino Unido, a finales de la década de 1960, la política del gobierno central era garantizar que se eligieran nuevos vertederos con estratos geológicos subyacentes permeables para evitar la acumulación de lixiviados. Esta política fue denominada "diluir y dispersar". Sin embargo, tras una serie de casos en los que se consideró que esta política estaba fallando y una denuncia en The Sunday Times sobre graves daños ambientales causados por la eliminación inadecuada de desechos industriales, se cambiaron tanto la política como la ley. La Ley de Depósito de Desechos Venenosos de 1972 , [7] junto con la Ley de Gobierno Local de 1974 , responsabilizaron al gobierno local de la eliminación de residuos y de la aplicación de las normas ambientales relativas a la eliminación de residuos.
Las ubicaciones propuestas para los vertederos también debían justificarse no sólo por razones geográficas sino también científicas. Muchos países europeos decidieron seleccionar vertederos en condiciones geológicas arcillosas libres de agua subterránea o exigir que el sitio tuviera un revestimiento técnico. A raíz de los avances europeos, Estados Unidos aumentó su desarrollo de sistemas de retención y recolección de lixiviados. Esto llevó rápidamente del revestimiento en principio al uso de múltiples capas de revestimiento en todos los vertederos (excepto en los verdaderamente inertes). [8]
El criterio principal para el diseño del sistema de lixiviado es que todo el lixiviado se recoja y retire del vertedero a un ritmo suficiente para evitar que se produzca una carga hidráulica inaceptable en cualquier punto sobre el sistema de revestimiento.
Hay muchos componentes en un sistema de recolección que incluyen bombas, pozos de registro, líneas de descarga y monitores de nivel de líquido. Sin embargo, hay cuatro componentes principales que gobiernan la eficiencia general del sistema. Estos cuatro elementos son camisas, filtros, bombas y sumideros.
Se pueden utilizar revestimientos naturales y sintéticos como dispositivo de recolección y como medio para aislar el lixiviado dentro del relleno para proteger el suelo y el agua subterránea debajo. La principal preocupación es la capacidad del revestimiento para mantener la integridad y la impermeabilidad durante la vida útil del vertedero. El monitoreo del agua subterránea, la recolección de lixiviados y los revestimientos de arcilla se incluyen comúnmente en el diseño y construcción de un vertedero de desechos. Para cumplir eficazmente el propósito de contener lixiviados en un vertedero, un sistema de revestimiento debe poseer una serie de propiedades físicas. El revestimiento debe tener alta resistencia a la tracción, flexibilidad y alargamiento sin fallar. También es importante que el revestimiento resista la abrasión, la perforación y la degradación química por lixiviados. Por último, el revestimiento debe resistir las variaciones de temperatura, debe resistir la luz ultravioleta (lo que hace que la mayoría de los revestimientos sean negros), debe instalarse fácilmente y debe ser económico.
Existen varios tipos de revestimientos que se utilizan en el control y recolección de lixiviados. Estos tipos incluyen geomembranas , revestimientos de arcilla geosintética, geotextiles , geomallas , georedes y geocompuestos . Cada estilo de revestimiento tiene usos y capacidades específicas. Las geomembranas se utilizan para proporcionar una barrera entre las sustancias contaminantes móviles liberadas por los desechos y las aguas subterráneas. En el cierre de vertederos, se utilizan geomembranas para proporcionar una barrera de cobertura de baja permeabilidad para evitar la intrusión de agua de lluvia. Los revestimientos de arcilla geosintética (GCL) se fabrican distribuyendo bentonita de sodio en un espesor uniforme entre geotextiles tejidos y no tejidos. La bentonita de sodio tiene una baja permeabilidad, lo que convierte a los GCL en una alternativa adecuada a los revestimientos de arcilla en un sistema de revestimiento compuesto. Los geotextiles se utilizan como separación entre dos tipos diferentes de suelos para evitar la contaminación de la capa inferior por la capa superior. Los geotextiles también actúan como un cojín para proteger las capas sintéticas contra perforaciones de rocas subyacentes y superpuestas. Las geomallas son materiales sintéticos estructurales que se utilizan en la estabilidad del revestimiento de pendientes para crear estabilidad para cubrir suelos sobre revestimientos sintéticos o como refuerzo del suelo en pendientes pronunciadas. Las georedes son materiales de drenaje sintéticos que se utilizan a menudo en lugar de arena y grava. Radz puede aceptar 30 cm (12 pulgadas) de arena de drenaje, aumentando así el espacio del vertedero para los residuos. Los geocompuestos son una combinación de materiales sintéticos que normalmente se utilizan solos. Un tipo común de geocompuesto es una geored unida térmicamente a dos capas de geotextil, una a cada lado. El geocompuesto sirve como medio filtrante y de drenaje.
Los revestimientos de arcilla geosintética son un tipo de revestimiento combinado. Una ventaja de utilizar un revestimiento de arcilla geosintética (GCL) es la posibilidad de pedir cantidades exactas del revestimiento. Pedir cantidades precisas al fabricante evita excedentes y gastos excesivos. Otra ventaja de los GCL es que el revestimiento se puede utilizar en áreas sin una fuente de arcilla adecuada. Por otro lado, los GCL son pesados y engorrosos, y su instalación requiere mucha mano de obra. Además de ser ardua y difícil en condiciones normales, la instalación puede cancelarse en condiciones de humedad porque la bentonita absorbería la humedad, haciendo el trabajo aún más pesado y tedioso.
El sistema de drenaje de lixiviados se encarga de la recogida y transporte del lixiviado recogido en el interior del liner. Las dimensiones, el tipo y la disposición de las tuberías deben planificarse teniendo en cuenta el peso y la presión de los residuos y los vehículos de transporte. Las tuberías están ubicadas en el suelo de la celda. Sobre la red hay una enorme cantidad de peso y presión. Para soportar esto, las tuberías pueden ser flexibles o rígidas, pero las juntas para conectar las tuberías dan mejores resultados si las conexiones son flexibles. Una alternativa a colocar el sistema de recolección debajo de los desechos es colocar los conductos en zanjas o sobre el nivel del suelo.
La red de tuberías de recolección de un sistema de recolección de lixiviados drena, recolecta y transporta el lixiviado a través de la capa de drenaje hasta un sumidero de recolección donde se retira para su tratamiento o eliminación. Las tuberías también sirven como drenajes dentro de la capa de drenaje para minimizar la acumulación de lixiviados en la capa. Estas tuberías están diseñadas con cortes inclinados a 120 grados, evitando la entrada de partículas sólidas. [9]
La capa filtrante se utiliza encima de la capa de drenaje en la recolección de lixiviados. Hay dos tipos de filtros que se utilizan habitualmente en las prácticas de ingeniería: granulares y geotextiles. Los filtros granulares constan de una o más capas de suelo o de varias capas que tienen una gradación más gruesa en la dirección de la filtración que el suelo a proteger.
A medida que el líquido ingresa a la celda del vertedero, baja por el filtro, pasa a través de la red de tuberías y descansa en el sumidero. A medida que se planifican los sistemas de recolección, la cantidad, ubicación y tamaño de los sumideros son vitales para una operación eficiente. Al diseñar sumideros, la principal preocupación es la cantidad de lixiviados y líquidos esperados. Las áreas en las que las precipitaciones son superiores a la media suelen tener sumideros más grandes. Otro criterio para la planificación de sumideros es tener en cuenta la capacidad de la bomba. La relación entre la capacidad de la bomba y el tamaño del sumidero es inversa. Si la capacidad de la bomba es baja, el volumen del sumidero debe ser mayor que el promedio. Es fundamental que el volumen del sumidero pueda almacenar el lixiviado esperado entre ciclos de bombeo. Esta relación ayuda a mantener una operación saludable. Las bombas de sumidero pueden funcionar con tiempos de fase preestablecidos. Si el flujo no es predecible, un nivel de altura de lixiviado predeterminado puede encender automáticamente el sistema.
Otras condiciones para la planificación del sumidero son el mantenimiento y la parada de la bomba . Las tuberías de recolección generalmente transportan el lixiviado por gravedad a uno o más sumideros, dependiendo del tamaño del área drenada. El lixiviado recolectado en el sumidero se elimina bombeándolo a un vehículo, a una instalación de almacenamiento para su posterior recogida en el vehículo o a una instalación de tratamiento en el sitio. Las dimensiones del sumidero se rigen por la cantidad de lixiviado que se almacenará, la capacidad de la bomba y el descenso mínimo de la bomba. El volumen del sumidero debe ser suficiente para contener la cantidad máxima de lixiviado previsto entre ciclos de bombeo, más un volumen adicional igual al volumen mínimo de extracción de la bomba. El tamaño del sumidero también debe considerar los requisitos dimensionales para realizar actividades de mantenimiento e inspección. Las bombas de sumidero pueden funcionar con tiempos de ciclo preestablecidos o, si el flujo de lixiviado es menos predecible, la bomba puede encenderse automáticamente cuando el lixiviado alcanza un nivel predeterminado.
Los vertederos más modernos en el mundo desarrollado tienen algún tipo de membrana que separa los desechos del suelo circundante, y en dichos sitios a menudo hay una serie de tuberías de recolección de lixiviados colocadas sobre la membrana para transportar el lixiviado a un lugar de recolección o tratamiento. Un ejemplo de un sistema de tratamiento con un uso menor de membranas es el vertedero de Nantmel .
Todas las membranas son porosas hasta cierto punto, por lo que, con el tiempo, pequeños volúmenes de lixiviados atravesarán la membrana. El diseño de las membranas de los vertederos se realiza en volúmenes tan bajos que nunca deberían tener un impacto adverso mensurable en la calidad del agua subterránea receptora. Un riesgo más significativo puede ser la falla o el abandono del sistema de recolección de lixiviados. Dichos sistemas son propensos a fallas internas, ya que los vertederos sufren grandes movimientos internos a medida que los desechos se descomponen de manera desigual y, por lo tanto, pandean y deforman las tuberías. Si falla un sistema de recolección de lixiviados, los niveles de lixiviados se acumularán lentamente en un sitio y pueden incluso sobrepasar la membrana contenedora y fluir hacia el medio ambiente. El aumento de los niveles de lixiviados también puede humedecer masas de desechos que previamente habían estado secas, lo que desencadena una mayor descomposición activa y generación de lixiviados. Por lo tanto, lo que parece ser un sitio estabilizado e inactivo puede reactivarse y reiniciar una producción significativa de gas y exhibir cambios significativos en los niveles del terreno terminado.
Un método de gestión de lixiviados que era más común en sitios no contenidos era la recirculación de lixiviados, en la que los lixiviados se recogían y se reinyectaban en la masa de residuos. Este proceso aceleró enormemente la descomposición y, por lo tanto, la producción de gas y tuvo el impacto de convertir parte del volumen de lixiviado en gas de vertedero y reducir el volumen total de lixiviado para su eliminación. Sin embargo, también tendió a aumentar sustancialmente las concentraciones de materiales contaminantes, haciéndolo un residuo más difícil de tratar. [10]
El método más común para manipular los lixiviados recolectados es el tratamiento in situ. Cuando se trata el lixiviado in situ, el lixiviado se bombea desde el sumidero a los tanques de tratamiento. Luego, el lixiviado se puede mezclar con reactivos químicos para modificar el pH, coagular y sedimentar los sólidos y reducir la concentración de materias peligrosas. El tratamiento tradicional implicaba una forma modificada de lodo activado para reducir sustancialmente el contenido orgánico disuelto. El desequilibrio de nutrientes puede causar dificultades para mantener una etapa de tratamiento biológico eficaz. El líquido tratado rara vez tiene la calidad suficiente para ser liberado al medio ambiente y puede transportarse en camiones cisterna o por tuberías hasta una instalación local de tratamiento de aguas residuales; la decisión depende de la antigüedad del vertedero y del límite de calidad del agua que se debe alcanzar después del tratamiento. Con una alta conductividad, los lixiviados son difíciles de tratar con tratamiento biológico o químico.
El tratamiento con ósmosis inversa también es limitado, lo que da como resultado bajas recuperaciones y contaminación de las membranas de ósmosis inversa. La aplicabilidad de la ósmosis inversa está limitada por la conductividad, los compuestos orgánicos y los elementos inorgánicos incrustados como CaSO 4 , Si y Ba.
En algunos vertederos más antiguos, los lixiviados se dirigían a las alcantarillas , pero esto puede causar una serie de problemas. Los metales tóxicos del lixiviado que pasa a través de la planta de tratamiento de aguas residuales se concentran en los lodos de depuradora, lo que hace difícil o peligroso eliminar los lodos sin incurrir en un riesgo para el medio ambiente. En Europa , las regulaciones y controles han mejorado en las últimas décadas, y ahora ya no se permite eliminar desechos tóxicos en los vertederos municipales de residuos sólidos, y en la mayoría de los países desarrollados el problema de los metales ha disminuido. Sin embargo, paradójicamente, a medida que se mejoran los vertidos de las plantas de tratamiento de aguas residuales en toda Europa y en muchos otros países, los operadores de las plantas se están dando cuenta de que los lixiviados son flujos de residuos difíciles de tratar. Esto se debe a que los lixiviados contienen concentraciones muy altas de nitrógeno amoniacal , suelen ser muy ácidos, a menudo son anóxicos y, si se reciben en grandes volúmenes en relación con el flujo de aguas residuales entrante, carecen del fósforo necesario para evitar la falta de nutrientes para las comunidades biológicas que realizan el tratamiento de aguas residuales. procesos. El resultado es que los lixiviados son un flujo de residuos difícil de tratar. [ cita necesaria ]
Sin embargo, en los antiguos vertederos de residuos sólidos municipales , esto puede no ser un problema ya que el pH vuelve a ser casi neutro después de la etapa inicial de descomposición acidogénica del lixiviado. Muchas empresas de alcantarillado limitan la concentración máxima de nitrógeno amoniacal [12] en sus alcantarillas a 250 mg/L para proteger a los trabajadores de mantenimiento de alcantarillas, ya que el límite máximo de seguridad ocupacional de la OMS se excedería por encima de un pH de 9 a 10, que a menudo es el pH más alto permitido en descargas de alcantarillado.
Muchas corrientes de lixiviados más antiguas también contenían una variedad de especies orgánicas sintéticas y sus productos de descomposición, algunos de los cuales tenían el potencial de ser gravemente dañinos para el medio ambiente.
Los riesgos de los lixiviados residuales se deben a sus altas concentraciones de contaminantes orgánicos y alta concentración de amoníaco . Los microorganismos patógenos que podrían estar presentes en él a menudo se citan como los más importantes, pero los recuentos de organismos patógenos se reducen rápidamente con el tiempo en el vertedero, por lo que esto sólo se aplica a los lixiviados más frescos. Sin embargo, pueden estar presentes sustancias tóxicas en concentraciones variables y su presencia está relacionada con la naturaleza de los residuos depositados.
La mayoría de los vertederos que contienen material orgánico producirán metano , parte del cual se disuelve en el lixiviado. En teoría, esto podría liberarse en zonas mal ventiladas de la planta de tratamiento. Todas las plantas en Europa ahora deben ser evaluadas según la Directiva ATEX de la UE y divididas en zonas donde se identifiquen los riesgos de explosión para evitar futuros accidentes. El requisito más importante es la prevención de la descarga de metano disuelto procedente de lixiviados no tratados a las alcantarillas públicas, y la mayoría de las autoridades de tratamiento de aguas residuales limitan la concentración de descarga permisible de metano disuelto a 0,14 mg/L, o 1/10 del límite explosivo inferior. Esto implica la extracción de metano del lixiviado.
Los mayores riesgos ambientales ocurren en las descargas de sitios más antiguos construidos antes de que las normas de ingeniería modernas se volvieran obligatorias y también en sitios del mundo en desarrollo donde no se han aplicado las normas modernas. También existen riesgos sustanciales provenientes de sitios ilegales y sitios ad hoc utilizados por organizaciones al margen de la ley para eliminar materiales de desecho. Las corrientes de lixiviados que desembocan directamente en el medio acuático tienen un impacto tanto agudo como crónico en el medio ambiente, que puede ser muy grave y disminuir gravemente la biodiversidad y reducir en gran medida las poblaciones de especies sensibles. Cuando hay metales y sustancias orgánicas tóxicas, esto puede provocar una acumulación crónica de toxinas tanto en poblaciones locales como en poblaciones lejanas. Los ríos impactados por lixiviados suelen tener un aspecto amarillo y a menudo soportan un crecimiento excesivo de hongos en las aguas residuales .
La investigación contemporánea en el campo de las técnicas de evaluación y tecnología de remediación de problemas ambientales provenientes de lixiviados de vertederos ha sido revisada en un artículo publicado en la revista Critical Reviews en Environmental Science and Technology. [13]
También se ha informado de una posible amenaza ecológica para el medio acuático debido a la aparición de microcontaminantes orgánicos en los lixiviados crudos y tratados de los vertederos. [6] [14]
Los sistemas de recolección de lixiviados pueden experimentar muchos problemas, incluida la obstrucción con lodo o limo. La bioobstrucción puede verse exacerbada por el crecimiento de microorganismos en el conducto. Las condiciones en los sistemas de recolección de lixiviados son ideales para que los microorganismos se multipliquen. Las reacciones químicas en el lixiviado también pueden causar obstrucciones mediante la generación de residuos sólidos. La composición química del lixiviado puede debilitar las paredes de la tubería, que luego pueden fallar.
El lixiviado también se puede producir a partir de tierras que fueron contaminadas por productos químicos o materiales tóxicos utilizados en actividades industriales como fábricas , minas o sitios de almacenamiento. Los sitios de compostaje en áreas de altas precipitaciones también producen lixiviados. [ se necesita aclaración ]
El lixiviado está asociado con carbón almacenado y con materiales de desecho de la minería de minerales metálicos y otros procesos de extracción de rocas, especialmente aquellos en los que materiales que contienen sulfuro están expuestos al aire produciendo ácido sulfúrico , a menudo con concentraciones elevadas de metal.
En el contexto de la ingeniería civil (más específicamente, diseño de hormigón armado), el lixiviado se refiere al efluente del lavado del pavimento (que puede incluir el derretimiento de nieve y hielo con sal) que permea a través de la pasta de cemento hasta la superficie del refuerzo de acero, por lo que catalizando su oxidación y degradación . Los lixiviados pueden ser de naturaleza genotóxica . [15]
En estudios recientes también se ha informado de un posible riesgo para el medio ambiente acuático debido a la aparición de microcontaminantes orgánicos en lixiviados crudos o tratados de vertederos. [ cita necesaria ]