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Presenta:IBQ. Christian Omar Martnez CmaraFactores abiticos que influyen en la descomposicin anaerbica en un relleno sanitarioMaestra en Ciencias en Ingeniera Ambiental

Profesor:Dra. Liliana Mrquez-Benavides

Introduccin

Composicin de residuos slidos urbanos (RSU) Fraccin Inorgnica / Fraccin orgnica (FO)

Disposicin final RSU / NOM-083-SEMARNAT-2003

Relleno sanitario (RESA)

BiogsLixiviado

Dinmica de descomposicin anaerbica (DA) - FasesAerobia relativa cida anaerobia, produccin acelerada CH4 reduccin CH4.

Figura 1. Fases de descomposicin anaerbica fraccin orgnica de RSU en RESA.I = ajuste inicial, II = de transicin, III = cida, IV = generacin metanoV = maduracin. (Tchobanoglous et al., 1998)pH 7 (+-0.1)pH1.8pH 6.2

Factores abiticos

Factores abiticos -- RSU

+ act. MicrobianaRetardo o aceleramiento de degradacinMetano

FsicosQumicos

Biolgicos

Fisicoqumicos

Factores abiticosFISICOS: Percolacin de lquidosArrastre de partculasSustancias qumicas impregnadasResiduos Peligrosos (RP) en RSUMigracin de lixiviados y/o biogsEj.:CompactacinVolatilizacin

Robles M. (2008)

En un RESA la compactacin puede alcanzar hasta 10% de la altura total de desechos. Tannenberg, (1996).

QUIMICOSCambios de composicin de RSU, RP:Reacciones de sustitucin simple, deshidrogenacin y rdox.Tchobanoglus, et al., (1998)

FISICOQUIMICOS complejidadVariedad de procesos

http://www.zonacatastrofica.com/files/2008/07/napas_subterraneas1.jpg

Dilucin de sustancias en lixiviadosPrecipitacin Adsorcin desorcin

Agua (pluvial)Velocidad de percolacinpH agua (lluvia/residuos)Grado de fragmentacin / compactacin permeabilidadInteraccin (R matriz mineral u orgnica del suelo R otros residuos)

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Factores que abiticos afectan la DA en un relleno sanitarioComposicin de los residuosHumedadTamao de partculas/Densidad de residuosTemperaturaVolatilizacinCodisposicinAdsorcin/Desorcin/AbsorcinPotencial redoxpHGlynn y Heinke, (1999)

Composicin de la fraccin orgnica de los RSU composicin factores:Clima (humedad, T)Frecuencia de recoleccin Molinos domsticos (reduccin de M. O., no eliminacin)Costumbres sociales (envases)Ingreso per cpitaAceptabilidad de alimentos empacados y de preparacin rpida (empaques, papel)Urbanizacin e industrializacin (abono, reciclaje y recuperacin)

Glynn H. J. y Heinke W. H., (1999)El funcionamiento del proceso de la digestin anaerobia depende en gran parte de la calidad de la basura que se tratar Santo-Joly y otros (2000).

Composicin de los residuos slidos municipales

Gas Lixiviado

Yuen, (2000).

Yuen, (2000).

Hossain, (2003).(C+H) /L :cuantificacin del estado de la descomposicin de los R.

Constituyentes solubles en agua (Azcares, fculas, aminocidos y diversos cidos orgnicos)HemicelulosaCelulosaGrasas, aceites y cerasLigninaLignocelulosaProtenas(Tchobanoglous et al., 1997)

NUTRIENTES

Elementos esenciales Archea: C, N, S, P, K, Ca, Mg. (Macronutrientes)

Requeridos : Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Mo, Cu, Se y W (Micronutrientes)

concentraciones - inhibidores

N: Formacin de protenas, toxicidad.Sugerido para digestin anaerobia ptima N, P, K: 150:15:1

Algunos metales son considerados elementos obligatorios en el proceso anaerobio (Fe, Ni, Co).

Existe necesidad de agentes estimulantes y catalizadores al proceso de digestin anaerobia.

Se conoce del efecto positivo que se tiene al emplear Fe en residuales con alto contenido de sulfatos.

Los procesos anaerobios a escala industrial demoran mucho tiempo para llegar a operar en condiciones estables (de seis meses a un ao).

Gonzlez, et. al., (1999).

HUMEDAD De los RSU es muy variada (25 a 60%) Factor importante p/ CH4 Transporte de nutrientes y m.o. Ligada a la composicin Recirculacin Lixiviados

(Sanphoti y col., 2006).Recirculacin de lixiviados con la adicin suplemental de agua

La produccin de metano y de dixido de carbono

Cuantificacin y porcentaje de metano con recirculacin Cuantificacin y porcentaje de metano sin recirculacin Sponza y col., 2004

Los cambios en las concentraciones de Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, y Zn en el lixiviado del RESA (Bilgili y col., 2007).

Los cambios en las concentraciones de Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, y Zn en las muestras de RSU

TEMPERATURA

Fluctuacin en la produccin de biogs durante (a) 1 h; (b) 5 h; (c) 12 h; (d) 24 h

Fluctuacin en la contenido de metano durante (a) 1 h; (b) 5 h; (c) 12 h; (d) 24 hVariacin en el pH en el experimento (a) durante 1 h y 5 h; (b) durante 12 h y 24 h

total VFA y VFAs durante la fluctuacin (a) 1 h; (b) 5 h; (c) 12 h; (d) 24 h

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Procesos qumicos en un RESAReacciones qumicasen RESA Redox

Dependientes de pH

Consecuencia de:cidos orgnicosCO2 producido o disuelto en H2O

Consecuencia de:Nivel de O2

CalRecovery, 1997.

Biodisponibilidad = Solubilidad

Estado de oxidacin Condiciones fisicoqumicas

[] de metales/nutrientes niveles disponibles

Potencial redox

Forma reducida es ms solubleMn+2, Mn+3, Mn+4Fe+2, Fe+3

Cr+6 + S+4 -- Cr+3 + S+6(CrO4)-- + (SO3)-- + H+ --- Cr+++ + (SO4)-- + H2O

Suelos con poca aireacin > condiciones reduccin > biodisponibilidad metales pesados (Mn, Cd, Cu, Cr, Zn) (Kabata-Pendias, 2000)

Oxidacin de la materia orgnica. (Ibaez J.J., 2008)

Procesos Redox en RESALentos / Acelerados por microorganismosDependiente de pH, temperatura, [] salesVariacin/tiempo >> estado estacionario

pHReacciones: cidos orgnicos (AO) y CO2 Presencia de AO = disolucin/movilizacin/Iones metlicos y sales en lixiviados RESA material residual/fuentes potenciales de contaminacin

Disolucin CO2 en H2O reduce pH / solubilizacin de metales

Solubilidad < con aumento del pH (Precipitacin)Cu pH 6.0 / 20 mg/l pH 8.0 / 0.05 mg/l

Microorganismos anaerobios necesitan pH cercano a neutralidad para vivir (Clark y Speece, 1989).

pH < 6 disminuye actividad de bacterias metanognicas (Lay et al., 1997).

Vavilin et al. (2000) Inhibicin de metanogenos aceticlasticos por concentracin de cidos grasos voltiles.

Variable de diagnostico en DASobrecargas orgnicasPresencia de inhibidor en metanognesisAcumulacin de AGV/Acidificacin

ConsecuenciasCambios composicin medioCaCO3 + H+ HCO-3 + Ca2+

Liberacin de iones metlicos adsorbidos

Figura 8. Concentraciones de cido actico y propinico y su relacin con el pH. (Mrquez-Benavides et. al., 2006)

Figura 9. Sistema de variables de digestin anaerbica de PSW. (Vavilin 2006)

Figura 10. Valores tpicos de diversos parmetros de lixiviados en RESA. (Ehring, 1989).

Caso del Al+3Sustitucin Al+ / H+

Intercambio/Disolucin

H+Al+

Aluminosilicatos

TOXICOS E INHIBIDORESMagnitud de toxicidad o inhibicinConcentracin (Toxico o inhibidor depende del autor)AntagonismoSinergismoFormacin de complejosAclimatacin En general velocidad de crecimiento bacteriano/aumenta con [] de sustrato/estabilizacin/desciende(inhibicin por sustrato)

Principales inhibidores de DA

Nitrgeno amoniacalNH3/Aumenta a pH alcalino y altas temperaturasLimites varian segn autor.0.02g N-NH3/L mesoflicos0.2g N-NH3/L termoflicos sin aclimatacin0.39g N-NH3/L termoflicos con aclimatacinEfectos sobre metanognicosAGVIntermediarios de DA/aumento de [] disminucinproduccin de biogs Concentracin de c. Actico encima de 4000mg/Linhibe produccin de metano

Metales y metaloides concentraciones (Roseaux, 1989) ZnPbCuCrNiCdHgAs B Co

Iones metlicos de Al+ impiden la DA Agdag y Sponza (2005)Cu [ ] 3mg/l inhibidor de la metanognesis (Chen y Cheng, 2007) ElementoNicol (1982)g/LMcCarty y McKinney (1961) g/LNa4.68K7.812Ca7.08Mg4.253

Cationes y metales pesados

Tabla 2a. Concentraciones metales en lixiviados. (Alkalay, L. et. al., 1998)

XenobiticosLiberados por actividad humana/inhiben DA de FO en RSUAlcoholes, c. orgnicos, steres, acetonas, pesticidas/general halgenos, sulfuros, OH-, compuestos nitrogenados.

ConclusionesEn un RESA ocurren varios procesos que de una u otra forma estn influenciados por ciertas condiciones externas a lo largo del lmite del relleno sanitario. Las condiciones externas incluyen, pero no se limitan a factores como la cantidad y la tasa de precipitacin, y la permeabilidad de la interfase cobertura/residuos slidos a la penetracin del agua. Los procesos dominantes son fsicos, qumicos y biolgicos. Los procesos no actan independientemente uno del otro y durante la vida til de un RESA la dominacin relativa de cada uno puede variar en funcin del tiempo y de la posicin en el RESA. Los procesos biolgicos son los ms importantes. Sin embargo, estn muy influenciados por los procesos fsicos-qumicos y viceversa.