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ANLISIS Y COMPORTAMIENTO DE COMPUESTOS ORGNICOS VOLTILES COVEN LAS EMISIONES DEL BIOGS PROVENIENTE DEL RELLENO SANITARIO DE

DOA JUANA

Ingrid Hincapi, Sandra Estvez, Eugenio Giraldo. Centro de Investigaciones en Ingeniera Civil y Ambiental (CIIA). Universidad de los Andes

Carrera 65 B No. 17 A 11, Fax: 5 70 05 79, e-mail: i-hincap@uniandes.edu.co/ ahincap@hotmail.com

Palabras Claves:Biogs, COV, relleno sanitario.

Resumen: Este trabajo se encamin a identificar cuali y cuantitativamente los COV en las emisiones del biogsproveniente del relleno sanitario de Doa Juana, ya que en otros pases del mundo se han encontrado gran variedad deestos compuestos que son peligrosos para el ambiente y la salud. En el estudio se encontraron 116 compuestos diferentes

en la emisiones del biogs y se realiza una comparacin con otros rellenos en el mundo, adems se hace un aporte a

estudios realizados sobre la calidad del aire en Bogot, pues las emisiones del relleno no se han tenido en cuenta.

Introduccin: En los rellenos sanitarios, el biogs esproducto de la descomposicin biolgica de la materiaorgnica y est conformado por metano (CH4) ydixido de carbono (CO2), encontrndose tambin

trazas de compuestos orgnicos voltiles (COV). Estos

compuestos son potencialmente perjudiciales para la

calidad del aire y la salud. En el mundo existen

regulaciones y guas de concentracin tolerables para

estos compuestos, en Colombia existe el Decreto 948de 1995, Artculos 3 y 37 del Ministerio del Medio

Ambiente y el Departamento Administrativo de Medio

Ambiente DAMA tiene como documento enconcertacin una resolucin para la prevencin, el

control de la contaminacin atmosfrica y la proteccindel aire en Bogot. A pesar del Decreto y la Resolucin

mencionadas, son pocos los COV regulados, por lo cual

este estudio tiene como objeto identificar, hallar lasconcentraciones y el comportamiento de los COV

emitidos en el biogs del Relleno Sanitario Doa Juana.

puesto que los COV, son sustancias altamente reactivas

pueden causar deterioro del ambiente y de la salud, porlo cual la determinacin de su presencia y

concentracin es un aporte para proveer informacin

ms precisa acerca de ellos para as contribuir con el

establecimiento de normas de calidad de aire para COVy poder evaluar los problemas ambientales que puedan

generar, adems, de incentivar a tener un mejor manejo

de los rellenos sanitarios en Colombia .Fueron analizados los sistemas de extraccin activa y

pasiva del biogs en el relleno sanitario de Doa Juana,

ubicado en la ciudad de Bogot Colombia, el relleno se

encuentra a 2600 msnm, tiene una extensin de 334 Hay est dividido por zonas, las zonas de estudio fueron la

Zona I, II, IV y Mansin, adicionalmente se analizaron

COV en el aire, la cobertura vegetal, los acuferos y el

lixiviado del relleno. Las muestras se tomaron

mensualmente desde abril del ao 2000 hasta mayo del2001.

Metodologa: Para la toma de muestras se emple unabomba Supelco Model 1060 (Supelco, Bellefonte, PA,USA) y bolsas Tedlar para recolectar las muestras de

aire y biogs.

Las muestras tomadas en esta investigacin se

analizaron por cromatografa de gases (CG) con

deteccin de masas (EM) y utilizando el mtodoesttico. El anlisis se realiz en un cromatgrafo de

gases HP6890 Series II, dotado con un puerto de

inyeccin split/splitless, una columna HP-624 (6%Cinanopropilfenil - 94% dimetilsiloxano copolmero),

de 60m x 0.32mm (dimetro interno) x 1.85m(espesor de la fase estacionaria) y un detector selectivo

de masas (MSD) HP 5972 A operado en el modo debarrido total (full scan). La lnea de transferencia y la

cmara de ionizacin se mantuvieron a 260 C y

170C, respectivamente y un rango de masas, m/z=30-600. La programacin de temperatura del horno

seleccionada fue: 45C a5C/min hasta 250C, tiempo

total de anlisis: 41 minutos. Los estndares de

calibracin, se prepararon con la mezcla 2 de COV(Supelco, Bellefonte, PA, USA). Para la extraccin de

las sustancias orgnicas voltiles se utiliz la

microextraccin en fase slida (SPME), con una fibra

de Carboxen/Polidimetilsiloxano (CAR/PDMS) de75m de espesor (Supelco, Bellefonte, USA). La fibra

con los analitos absorbidos durante el periodo de

extraccin fue expuesta en puerto de inyeccin operado

en el modo splitless(250C).

Resultados y discusin: Se encontraron 116compuestos en el biogs medido en los sistemas de

extraccin (chimeneas), 42 a 0.80 m de profundidad de

la cobertura vegetal, 18 a 0.35 m de la superficie de lacobertura, 40 en el lixiviado y 10 en el aire. Se

identificaron hidrocarburos aromticos, alifticos,

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compuestos clorados adems de algunas cetonas y

alcoholes. La concentracin promedio en ppm obtenidade COV en biogs tomando como referencia los

compuestos cuantificados y semicuantificados, aparece

en la tabla 1.

Tabla 1. Concentracin promedio de COV identificadosen el biogs

COMPUESTOTiempo de

Retencin (min)COVa

Obtenidos (ppm)Diclorometano 7.53 0.55

1,2-dicloroetilieno 9.50 0.23

1,1-dicloroeteno 9.62 6

Tricloroetileno 12.23 2

Tetracloroetileno 16.19 1.7

Benceno 11.08 0.04

Tolueno 14.90 22.4

Etilbenceno 18.50 5.5

m-xileno 18.79 16

Estireno 19.87 0.25

Bromobenceno 21.95 0.17

1,3,5-Trimetilbenceno 22.43 0.8

1,2,4-Trimetilbenceno 23.49 1

p-isopropiltolueno 24.39 11.45

Butilbenceno 25.57 0.02

1,2,4-Triclrobenceno 30.37 0.17

1,3,5-Triclorobenceno 31.92 2.78

Limoneno 24.36 10.73

a. Concentracin total a condiciones estndar (25C y 1 atm)

El tolueno es la sustancia que se encuentra en mayor

concentracin con 22.4 ppm, no sobrepasa el Total

Limit Value (TLV -50 ppm), pero s la concentracintolerable propuesta por la Organizacin Mundial de la

Salud (OMS - 0.07 ppm). El m-xileno, el limoneno y el

p-isopropiltolueno, presentan concentraciones altas ysobrepasan el umbral de olor, para los dos ltimos no

hay datos disponibles de toxicidad, ni de concentracin

tolerable. Los compuestos organoclorados, sobrepasan

los valores recomendados de concentracin tolerable en

exteriores por la OMS con excepcin deldiclorometano que est por debajo en 0.32 ppm. En la

figura 1, se muestra un cromatograma tpico de una

muestra de biogs tomada en las chimeneas deextraccin.

Como se observa en la figura 1, los picos ms

abundantes identificados por CG/EM fueron el tolueno,el etilbenceno, el m-xileno, el p-isopropiltolueno y el

limoneno, lo que corrobora las altas concentraciones

mencionadas.Tambin el biogs se analiz en la superficie y bajo la

cobertura vegetal, para tener idea del comportamiento

de los COV en el suelo. En el estudio se encontr que

bajo la cobertura vegetal a 0.80 m de profundidad se

Figura 1. Cromatograma tpico obtenido del anlisis debiogs en chimeneas.

encuentra una cantidad abundante de COV y en lasuperficie a 0.35 m de profundidad, se presenta una

disminucin de estas sustancias y adems en la

concentracin de algunos, esto puede ser por que alpresentarse el fenmeno de difusin desde la parte baja

de la cobertura, se da como consecuencia una prdidade concentracin, tambin se puede presentar una

degradacin biolgica, puede haber degradacin

qumica es posible que suelo funcione como unbiofiltro. En la figura 2 se observa el comportamiento

descrito en las Zonas II, IV y Mansin bajo la cobertura

y en la superficie de la cobertura vegetal, la

concentracin es el promedio obtenido en cada zona.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Zona IV Zo na II M ansin Zona IV Zona II M ansin

Z o n a s e s t u d i a d a s

B enceno To lueno Et ilbenceno

m-X ileno B romob enceno 1 ,2 ,4 -Trimet ilbenceno

1 ,2 ,4 -T ricl or ob enceno p -Iso pr op ilt o lueno 1 ,3 ,5 -T ricl oro b enceno

Bajo cobertura 0.80 m

Superficie 0.35 m

Figura 2. Decaimiento de los COV desde la subsuperficiehasta la superficie de la cobertura vegetal.

Cabe anotar que las mayores concentraciones se dan en

la Zona IV, ya que en esta hay sistema de extraccinpasiva con lo que el biogs se puede difundir por todos

los lugares donde no encuentre interferencias para su

salida a la atmsfera.

Se presentan mayores concentraciones bajo lasuperficie que en la superficie de la cobertura vegetal

del relleno y se observa tambin que el tolueno tiene la

mayor concentracin, lo que concuerda con los

resultados obtenidos al analizar el biogs en laschimeneas de evacuacin.

Con el total de concentracin promedio emitida por las

chimeneas, se realiz una aproximacin a la tasa de

emisin anual teniendo en cuenta el flujo de biogs encada zona. La tasa de emisin de COV fue de 33.76

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Mg/ao (megagramos por ao), este valor se compara

con la tasa de emisin lmite permitida propuesta por laEPA que es de 50 Mg/ao (EPA, Code of Federal

Regulations, CFR 40, Captulo I, Ttulo 60, Subparte

60.33c). Se debe tener en cuenta que Doa Juana harecibido en promedio 6000 ton/da de desechos en su

mayora domticos, lo que sugiere que la tasa de

emisin del relleno en estudio est por debajo del lmite

propuesto por la EPA. Es necesario estimar la tasa deemisin generada en la cobertura vegetal, para observar

su influencia sobre el valor de la tasa de emisin

hallada, lo cual se sugiere para posteriores estudios.

Adicionalmente, las emisiones de COV generados en

Doa Juana se comparan con la experiencia obtenida en

otros rellenos en el mundo (Figura3). La comparacinde concentraciones se realiza en ppm y se tomancompuestos identificados en comn en cada relleno; en

la tabla 2 se dan los resultados de las emisiones COVidentificados en los rellenos de Fresh Kills en Nueva

York, Estados Unidos (1), rellenos sanitarios en

Blgica (2), en Atenas, Grecia (3), adems de Belrose yMerrylands en Sydney, Australia (4). Adicionalmente,

todos los rellenos mencionados se comparan con

umbrales de olor propuestos en la bibliografa. DoaJuana presenta las concentraciones ms bajas en los

siguientes compuestos: benceno (el nico compuesto

que no sobrepasa el umbral de olor), estireno, 1,3,5 y

1,2,4-trimetilbenceno adems del 1,2-dicloroetileno, sin

tener en cuenta el relleno de Merrylands, pues este

present concentraciones muy bajas en comparacin

con los dems sitios de disposicin, puede ser que sterelleno sea lo bastante antiguo como para que ya no seest emitiendo compuestos abundantemente y se aclara

que Belrose y Merrylands se encuentran en la ciudad deSydney, lo que deja ver una diferencia sustancial entre

rellenos aunque se encuentren en el mismo lugar, y

tambin que los factores climatolgicos y la altura a la

que estn ubicados los sitios de disposicin puedeafectar significativamente las comparaciones.

En general, Doa Juana presenta concentracionessimilares para algunos compuestos respecto a los

rellenos ubicados en Nueva York y en Blgica, lo que

no quiere decir que un relleno est mejor que otro,puesse tienen picos de diferentes contaminantes deimportancia para el ambiente y la salud en los rellenos

estudiados y adicionalmente, no se deben dejar de lado

los factores que pueden afectar las emisiones como el

transporte por el viento, el clima, la altura, entre otros.

Se estudiaron tambin los COV en el aire del relleno,

encontrando varios compuestos predominantes como el

tolueno (0.2 ppm), el p-isopropiltolueno (0.035 ppm),

el m-xileno (0.3ppm) y el limoneno (0.11 ppm).

Se realiz un blanco en Altos de Yerbabuena situado en

va a Cha al norte de Bogot, para comparar la calidaddel aire del relleno con un lugar de caractersticas

similares, en las figuras 4 y 5 se muestra la diferencia

entre los dos sitios.

Figura 3. Comparacin de las emisiones de algunos COVidentificados en Doa Juana con otros rellenos en el mundo.

Figura 4. Cromatograma tpico obtenido del anlisis deCOV en el aire del relleno sanitario.

Figura 5. Cromatograma obtenido del anlisis del blanco enAltos de Yerbabuena (zona rural va a Cha).

Se observa que el aire en relleno tiene varios

contaminantes que son persistentes en el ambiente, por

esto, se debe utilizar proteccin personal (respiratoria,especialmente) cuando se adelantan labores en las

zonas del relleno.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

F re sh Kills B lg ic a B elr os e M err yla nd s Do a J ua na

D i f e r e n t e s r e l l e n o s

Benceno To lueno Et ilbenceno

m-xileno Es t ireno 1,3 ,5-Trimet ilbenceno

1 ,2 ,4 -Tr imet ilbenceno p - isop rop ilt o lueno Limoneno

1 ,1 -Dic lo ro et eno 1 ,2 -Dic lo ro et eno Tric lo ro et eno

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Tabla 2. Comparacin de las emisiones en Doa Juana con las emisiones en otros rellenos del mundo

a.Umbral de olor propuesto por diferentes autores en Compilation of odor treshold values in air and water (1977) yen el Handbook of environmental data on organic chemicals (1983)

N.D: no hay datosN.E: no estudiado

En cuanto a los lixiviados, se puede decir que los COV

pueden ser transferidos a ellos durante el viaje que

realizan en la bsqueda de la evacuacin o bien ser

mezclados durante las reacciones de degradacin de

materia orgnica. En el lixiviado se encuentra unaconcentracin de 0.9 ppm del compuesto p-

isopropiltolueno que supera el umbral de olor propuesto

en la bibliografa, el m-xileno llega a una concentracin

de 1.1 ppm que est cerca de alcanzar el umbral de

olor, el tercer compuesto en abundancia es tolueno con

0.7 ppm cuya concentracin no alcanza el umbralmencionado.

Conclusiones. Los anlisis realizados en este estudio,indican que en el biogs generado por la

descomposicin en Doa Juana hay gran variedad de

compuestos orgnicos, algunos de ellos sobrepasan los

lmites tolerables en exteriores propuestos por las

entidades internacionales para el ambiente y la calidaddel aire. An as, la concentracin de algunos

compuestos es baja comparada con los encontrados en

otros rellenos a nivel mundial.Tambin, se encuentran problemas de olores en las

zonas donde hay sistemas de extraccin pasiva, lo que

se evidencia por las altas concentraciones de tolueno,

m-xileno, p-isopropiltolueno y de limoneno, que a suvez son txicos; adems sobrepasan la concentracin de

tolerancia para la calidad del aire en exteriores sugerida

por OMS.

Los sistemas de extraccin activa son efectivos, pues

evitan los problemas de olores ya que loscontaminantes son conducidos por redes de tubera

hasta el equipo de destruccin trmica, adems de

evitar que los COV viajen a travs de toda la superficiedel relleno, causando sus emisiones a travs de la

cobertura vegetal. Se debe garantizar que la destruccin

trmica sea completa para no tener otros productos ms

perjudiciales, se recomienda para la extraccin pasiva

el uso de filtros o membranas que ayuden a limpiar el

biogs de COV, para que pueda ser conducido para

destruccin trmica o utilizado para generar energa.

Adicionalmente, se debe corroborar con estudios msprofundos, la dispersin de los COV hacia el sur

occidente de la ciudad, pues al tener un viento

promedio anual de 4.4 m/s proveniente del sur, esposible que las concentraciones de ozono y de radicales

libres se estn dando en este sector de la ciudad,

adems de tener persistencia de algunos compuestosque por sus caractersticas son bastante estables y

cuentan con periodos de vida largos como el tolueno olos organoclorados, que se encontraron conconcentraciones elevadas respecto a algunos de los

lmites dispuestos, siendo estos compuestos

considerados como cancergenos..

Bibliografa.

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509-522.

COMPUESTOUmbral de

Olora

(ppm)

Fresh KillsUSA

(ppm)

RellenoBlgica(ppm)

RellenoAtenas(ppm)

BelroseAustralia

(ppm)

MerrylandsAustralia

(ppm)

Doa JuanaColombia

(ppm)Benceno 0.78 0.93 0.19 N.E 0.46 0.29 0.04

Tolueno 3.64 14.57 10.10 N.E 18.26 0.55 22.4Etilbenceno 0.09 4.71 5.54 N.E 6.24 3.65 5.5

m-xileno 1.85 5.97 7.62 N.E 13.17 2.42 16

Estireno N.E 2.02 N.E N.E 1.03 0.06 0.25

1,3,5-Trimetilbenceno 0.04 1.76 0.96 N.E 1.18 0.37 0.8

1,2,4-Trimetilbenceno 0.14 5.06 1.94 N.E 2.65 1.12 1

p-isopropiltolueno 1.83E-3 13.14 7.85 N.E N.E N.E 11.45

Limoneno 1.80E-3 35.38 12.23 N.E N.E N.E 10.73

1,1-dicloroeteno N.D N.E N.E N.E 0.88 0.04 6

1,2-dicloroeteno N.D N.E N.E N.E 2.55 0.07 0.23

Tricloroetileno N.D N.E N.E 0.005 1.06 0.02 2

Tetracloroetileno N.D N.E N.E 0.008 2.90 0.02 1.7