1. Introducción

El lixiviado (LX) de relleno sanitario es un líquido con un gran potencial eco-tóxico que se genera como producto de una mezcla del agua lluvia que percola por el relleno y tiene contacto con el residuo sólido allí depositado, del agua producida de la biodegradación de los residuos y el agua propia que contienen los residuos ¹. La presencia de agua permite una combinación de procesos físicos, químicos y microbiológicos para transferir contaminantes de la matriz sólida a líquida, resultando así la formación del LX.

La predicción exacta de la composición y poder contaminante del LX de un relleno a lo largo de su vida útil, es bastante difícil, debido a los complejos procesos químicos y biológicos que ocurren en el sistema, producto de la descomposición de los residuos sólidos ^2,3,4.

Esta condición ha llevado a establecer tres tipos de LX acorde con la edad del relleno, LX joven (<5 años) que se caracteriza por alta DBO₅ (> 10000 mg l^-1), DQO (>30000 mg l^-1) , amonio (500-1000 mg l^-1), DBO₅/DQO (> 0.5), pH bajo (4-5) y gran contenido de ácidos grasos volátiles; LX intermedio (5-10 años), cuyas principales características son pH neutro (pH 6.5-7.5), baja DQO (4000-10000 mg l^-1), relación DBO₅/DQO (<0.5), bajo contenido de metales pesados y donde del contenido de materia orgánica, el 30% es refractaria (húmicos y fúlvicos); y LX maduro (>10 años), que se caracteriza por ser alcalino (pH > 7.5), baja DQO (< 4000 mgl^-1), alta concentración de amonio (1500-2000 mg l^-1), DBO₅/DQO baja (<0.1), presencia de metales pesados y otros compuestos refractarios y xenobióticos ^4,5, planteándose así, grandes retos para su tratamiento, por lo que es de gran utilidad poder disponer de información sobre la calidad de LX antes y después de un tratamiento en países del trópico americano que pueda ser empleada como referente o guía en otros lugares con ambientes y cultura similar para definir la opción tecnológica de mayor potencial para el tratamiento de este residuo y donde la consecución de información además de dispendiosa puede ser de alto costo.

En el caso específico de Colombia, los rellenos sanitarios además de ser el sistema de disposición final de residuos sólidos más empleado en el país, estos sitios presentan una serie de problemas, entre los cuales se destaca el bajo o nulo tratamiento de los lixiviados ⁶, por lo que es de gran utilidad brindar información sobre el desempeño de sistemas de tratamiento de LX, que puedan ser tomados como referentes en localidades donde se están tomando decisiones sobre el manejo de este residuo líquido.

2. Metodología

La investigación se realizó durante 29 semanas en las instalaciones del Relleno Sanitario Regional de Presidente, ubicado en la vereda Arenales, corregimiento de Presidente, municipio de San Pedro, Valle del Cauca-Colombia (3^o56`01.54”N, 76<sup>o</sup>26`26,05”O). En este relleno se disponen aproximadamente 520 t.d^-1 de residuos sólidos principalmente domésticos, donde cerca del 77% es materia orgánica y se generan entre 2 y 5 l s^-1 de lixiviado ⁷.

El BLAAT^® (Bioreactor Laguna Anaerobia de Alta Tasa) es un reactor anaerobio de geometría rectangular y consta de una Cámara de Mezcla (CM) que es una tubería de 0.5 m de diámetro y 4.5 m de largo, por la cual el agua fluye de manera ascendente a través de un manto de lodos y una Zona de Sedimentación (ZS), donde a través de la sedimentación se busca retener el material sólido que logra escapar de la cámara de mezcla.

El reactor fue diseñado para trabajar bajo régimen continúo a gravedad, con una carga hidráulica superficial de diseño (CHS) de 11.8 m³m^-2 d^-1 y carga orgánica volumétrica (COV) de 2.6 kg DQO m^-3d^-1. El caudal de diseño del sistema fue de 1.4 l min^-1 (2 m³ d^-1), una velocidad ascensional de 0.5 m h^-1 y un Tiempo de Retención Hidráulico total (TRH) de 16 horas

Cuatro humedales construidos subsuperficiales de flujo horizontal (HCSFH) a escala piloto fueron construidos en concreto (Canales rectangulares 7.8x2.3x0.7 m largo, ancho y profundidad, respectivamente), 1% pendiente de fondo y lecho de grava de 0.6m de altura, los cuales operaron en paralelo, a gravedad a flujo continuo con un caudal de diseño (Q=0.5 m³d^-1) y 7d de TRH teórico cada uno. Se utilizaron las especies: Gynerium sagittatum (Gs), Heliconia psittacorum (He) y Colocasia esculenta (Ce).

Tres HCHFS´s fueron divididos en tres secciones de 5.98 m² cada una y se sembraron 36 individuos de una misma especie por sección (densidad 6 plantas m²); la otra unidad, se plantó aleatoriamente con igual número de individuos por especie. La distribución de las unidades y de las especies vegetales en los biorreactoreses se hizo aleatoriamente a través del software R versión 2013. La configuración final fue: HC- I (He-Ce-Gs); HC- II (al azar), HC- III (Ce-Gs-He), HC- IV (Gs-He-Ce). Los HC's recibieron el efluente del Bioreactor BLAAT® y el caudal de entrada fue controlado hidráulicamente mediante vertederos triangulares de lámina delgada y válvulas.

El diseño experimental de este estudio se estableció principalmente para los humedales construidos ya que estos fueron la tecnología central de la investigación. En el caso del BLAAT^®, se hizo un trabajo observacional, tomando datos a la entrada y salida de la unidad, conformando medidas apareadas sobre las cuales se efectuó el seguimiento a través del tiempo.

De esta manera para el caso del reactor BLAAT®, que presentó mediciones de entrada y salida en la unidad, se utilizó una prueba estadística de comparación de poblaciones apareadas, tomando el tiempo como la unidad de apareamiento de los datos y comparando la entrada versus la salida a través de un test T-Student si se presenta cumplimiento de la normalidad, o un test de Wilcoxon para la no normalidad de los datos.

En el caso de los HCSFH, en primer lugar, se hizo una asignación aleatoria de los tratamientos (configuración de las especies vegetales dentro de la unidad), bajo la siguiente restricción, uno de los humedales presentó un patrón de ubicación de las especies vegetales completamente aleatorio, mientras que los tres (3) restantes presentaron una estructura sectorizada. El ejercicio de asignación del tipo de humedal a la unidad experimental se realizó mediante el procedimiento de muestreo. A cada humedal se le efectuó el seguimiento de su desempeño en el tiempo a través de la evaluación de las variables principales en cuatro puntos en cada bioreactor (entrada, punto intermedio 1, 2) y la salida, conformando de esta manera conjuntos de cuatro medidas seguidas tomadas en el mismo tiempo (día de monitoreo).

El diseño experimental en los HC's fue de bloques, dado que en esta investigación no fue posible contar con réplicas y en donde se tomó como factor principal al tipo de humedal (I, II, III, IV) y el factor bloque correspondió al factor temporal de las mediciones.

La prueba Shapiro-Wilk fue usada para comprobar el supuesto de normalidad, ya que el número de réplicas o el tamaño del experimento se consideró pequeño y además que se puede validar la utilización de la prueba F en el Anova resultante para el diseño de bloques y garantizar así la confiabilidad de los resultados. Igualmente, se validó la homogeneidad de varianzas. Dado que los supuestos no se cumplieron, como medida alternativa se empleó el test no paramétrico de Friedman (test sobre k poblaciones relacionadas) que se basa en el contraste de igualdad de las medianas.

Para las dos tecnologías del acople, diariamente se midieron en campo los parámetros pH, CE, ORP, OD y T ºC fueron medidos en sitio durante las 29 semanas del trabajo experimental, empleando medidor multiparamétrico WTW Modelo 340i. La Tabla 1, contiene los parámetros medidos en el estudio, la técnica de determinación y la frecuencia de medición.

3. Resultados

Las Tablas 2 a la 9 presentan los datos de la calidad del lixiviado crudo y efluentes para cada una de las tecnologías estudiadas.

4. Conclusiones e importancia de los datos

Lo resultados muestran en primer lugar que el lixiviado generado en el relleno de Presidente, es un residuo que se puede clasificar como intermedio-viejo, cuya característica principal es baja cantidad de materia orgánica, alta presencia de nitrógeno amoniacal y posiblemente metales pesados, lo que complejiza su tratamiento.

Los datos registrados permiten establecer la potencialidad de emplear un acople tecnológico como es un reactor anaerobio (BLAAT ®) y un sistema biológico (HCSFH) para el tratamiento de lixiviado de relleno sanitario con resultados altamente alentadores.

La información aquí presentada permite ser empleada como punto de comparación y guía para trabajos a desarrollar en el trópico americano en tratamiento de LX que vayan a utilizar sistemas anaerobios y humedales construidos.