Ubicación y descripción del relleno sanitario regional

De acuerdo con la NOM-083-SEMARNAT (2003), un relleno sanitario (RS) es una obra de infraestructura que involucra métodos y obras de ingeniería para la disposición final de RSU y de manejo especial, con el fin de controlar, los impactos ambientales, por lo cual, en el caso específico del RS de Zinacantepec, estado de México, cumple con las características descritas en la definición, brindando un servicio a diferentes municipios de la región.

Se realizó un mapa de geolocalización de la zona de estudio y se analizaron sus principales características sobre el manejo y gestión de los RSU. Desde que ingresan hasta su proceso de colocación y compactación con la maquinaria, los cuales son cubiertos con una capa de tierra u otros materiales.

Cuantificación y determinación de la generación de RSU

Se cuantificó y determinó la cantidad de residuos sólidos diaria, para una población de 910,600 habitantes de la ciudad de Toluca, municipio que produce 650 ton RSU/día (INEGI, 2020), de acuerdo con la ecuación 1: Donde N, es el número de habitantes totales de la población, X es el % de RSU recibidos del total de la población de Toluca, Y, es el valor per-cápita de RSU y Z es los RSU

Análisis del método de gestión integral de RSU

Se analizó y comparó el método de gestión integral de los residuos utilizados y su manejo en la ciudad Toluca y su destino final en el relleno sanitario regional de Zinacantepec. Los métodos de gestión analizados fueron: a) servicios municipales directos y b) concesiones con empresas privadas. Para identificar las ventajas y desventajas y su relación directa con los impactos ambientales (Figura 1).

Figura 1 Métodos de gestión integral RSU. 

Se desarrolló la descripción de cada una de las etapas que comprende la gestión Integral de los RSU, analizando las alternativas de tratamiento existentes para los residuos y sus posibilidades de aplicabilidad en la zona de influencia, en función de las características propias de los residuos de la ciudad de Toluca y su disposición final.

Caracterización fisicoquímica de la muestra de lixiviado

Una muestra de lixiviado fue recolectada. Se tomaron 50 mL de muestra en frasco ámbar con 2 mL de ácido nítrico al 5M para la determinación de metales y finalmente se recolectaron 2L de muestra en recipiente plástico para el análisis fisicoquímico.

Evaluación de los impactos en agua, suelo y atmósfera

Se desarrolló la matriz de Leopold, de acuerdo a la metodología de causa - efecto, con el objetivo de conocer los impactos ambientales originados en el relleno sanitario y su relación con el Método de Gestión Integral de RSU aplicado. Se realizó un comparativo de los impactos ambientales generados y se plantearon medidas de mitigación para coadyuvar en la disminución del detrimento del medio ambiente.

La Tabla 1 presenta los efectos o criterios, y magnitudes de los parámetros ambientales.

Tabla 1 Magnitudes y efectos de los parámetros ambientales. 

Los componentes ambientales considerados para este estudio se localizan en dos categorías que se expresan de la siguiente manera: fisicoquímico (FQ) y métodos de gestión (MG), para evaluar la alternativa del proyecto para la gestión de los rellenos sanitarios. Los componentes incluyen 10 FQ y 4 MG y su efecto en aire, agua y suelo. Las descripciones de los componentes utilizados se presentan en (Tabla 2):

Tabla 2 Descripciones de los componentes de la matriz Leopold modificada. 

Tabla 3 Interacciones causa-efecto. 

Medidas de mitigación

Con base a los resultados del estudio de impacto ambiental, se desarrolló una propuesta de acciones correctivas para tomar decisiones anticipadas como medidas de prevención y mitigación en la gestión integral de los RSU, las cuales fueron desarrolladas para la prevención, reducción o mitigación de los impactos ambientales en aire, agua, suelo.

Descripción y ubicación geográfica del relleno de Zinacantepec

El Relleno sanitario de Zinacantepec (Figura 2), está ubicado en carretera Federal Toluca-Zitácuaro, San Luis Mextepec, Municipio de Zinacantepec, Estado de México (19.3238, - 99.7735), en predios que corresponden a un particular, y su regulación es a través de un contrato de carácter privado, firmado por los ejidatarios de la zona. Inicia en 2007, de acuerdo con la autorización (Número 212130000/DGOIA/RESOL/146/07) emitida por la Dirección General de Ordenamiento e Impacto Ambiental de la Secretaría del Medio Ambiente del Estado de México, opera a través de una empresa privada, que da servicio a diferentes municipios del Estado de México, (lo que le confiere un carácter regional), entre ellos al municipio de Toluca que carece de un espacio físico propio para la disposición final de los RSU.

Figura 2 Relleno sanitario de Zinacantepec (19.3238, - 99.7735). 

Cuenta con 8 celdas de 10 proyectadas y 1 saneada. El uso de suelo es agrícola, el material que se ocupa para la cobertura es tepetate y arcilla. Previo a la colocación de la geomembrana, es acondicionado el fondo del socavón con arcilla compactada al 90% de próctor, con 30 cm de espesor por debajo y 30 cm sobre la geomembrana, compactadas con capas de 15 cm, de tal forma que el espesor final de la arcilla llega a los 60 cm de espesor. El grado de compactación de los RSU es de 866 kg/m².

La frecuencia con la que se realiza la cobertura del RS es cada 24 h. Su capacidad de confinamiento estimado es de 4 millones de ton. Su vida útil restante es de 5 años. El RS, cuenta con una báscula de 80 ton; algunas instalaciones operan con energía solar.

Para encausar los lixiviados se construyeron drenes con un colector de tubería de polietileno de alta densidad, diseñados en función de la trayectoria de la pendiente natural.

Este RS tiene lagunas de evaporación para el almacenamiento temporal de los lixiviados, donde son bombeados para su recirculación. Se observa una aparente reducción del volumen de lixiviados, y del proceso de degradación de los residuos (Figura 3). Sin embargo, de acuerdo con las observaciones en campo, el volumen del lixiviado no corresponde a los RSU recibidos. Lo que es posible existan pérdidas importantes de lixiviados por infiltración en algunas zonas de las celdas donde probablemente la geomembrana se encuentre dañada.

Figura 3 Laguna de lixiviados del relleno de Zinacantepec. 

La finalidad de la laguna de evaporación de lixiviados, además de almacenar el volumen de lixiviados que se generan, es la de minimizarlos a través de la evaporación natural, por lo que es posible que concentraciones de compuestos orgánicos volátiles son emitidos a la atmósfera, sin embargo debido a las condiciones climatológicas que prevalecen en la zona del Valle de Toluca, esta evaporación es poca, en comparación con la aportación de líquidos provenientes de los residuos y de las precipitaciones pluviales, por este motivo, se considera que es importante que coexistan sistemas de tratamientos paralelos que reduzcan el volumen de lixiviados a través de procesos diferentes a la evaporación natural.

En la Tabla 4 se observa la caracterización fisicoquímica de una muestra de lixiviados. Los parámetros orgánicos indican elevada concentración de Demanda Química de Oxígeno (DQO) 7877 mg/L, por lo que el lixiviado puede clasificarse como de edad vieja, la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) es 301.7 mg/L y el índice de biodegradabilidad es de (DBO/DQO) 0.038, esto indica que es poco biodegradable debido a la presencia de compuestos orgánicos recalcitrantes. El carbón orgánico total (COT) 4017 mg/L lo que indica la materia carbonosa, el carbono inorgánico es de 3035 mg/L y representa el grado de mineralización del lixiviado. Además de un intenso color café rojizo de 20 167 U Pt-Co.

La acidez es de 3 511 mg/L CaCO₃ y elevada alcalinidad de 12 354 mg/L CaCO₃, debido al valor de pH de 8.5. La dureza es 79 448 mg/L y refleja el contenido de Ca y Mg principalmente, así como Fe y Si en la muestra. La presencia de cloruros (6306 mg/L) indican un alto nivel de contaminación inorgánica y salinidad debido a que la conductividad eléctrica es de 25.7 mS/cm. La materia nitrogenada corresponde a 2578 mg/L como nitrógeno total y principalmente en forma de nitrógeno amoniacal (2488 mg/L), la muestra presenta un bajo contenido de calcio de 49.5 mg/L y cobre 0.31 mg/L.

Los sólidos sedimentables son 0.1 mL/L indican la presencia de materia orgánica disuelta principalmente como ácidos húmicos y fúlvicos que son altamente solubles. De acuerdo con lo anterior el contenido de materia orgánica e inorgánica soluble podrían afectar directamente el acuífero en caso de infiltración de los lixiviados o de carecer de geomembrana en las celdas del RS o bien que esta se haya dañado con el paso del tiempo. Así mismo es posible la bioacumulación de estos contaminantes en el suelo y la contaminación del aire a través de los compuestos orgánicos volátiles.

Tabla 4 Composición fisicoquímica de una muestra de lixiviados. 

Cuantificación y determinación de la generación de RSU

Se cuantificó y determinó la cantidad de residuos sólidos diaria, para una población de 910,600 habitantes de la ciudad de Toluca (INEGI, 2020), municipio que genera 859 ton RSU/día, considerando el valor per cápita de 0.944 kg/hab día (DBGIR, SEMARNAT 2020).

El 32 % de estos residuos generados en el municipio son recolectados por el organismo municipal, de los cuales el 16.7% se concentran en el relleno regional de estudio.

La Tabla 5, indica la recolección de RSU en el municipio de Toluca, durante el mes de junio de 2021 y su disposición final en los rellenos sanitarios regionales de Zinacantepec, Xonacatlán y San Antonio la Isla, de acuerdo con datos proporcionados por el Departamento de Recolección, Transferencia y Disposición Final de RS, de la Dirección General de Servicios Públicos de Toluca (DGSP).

Tabla 5 Interacciones causa-efecto. 

Evaluación del impacto ambiental en agua, suelo, aire

La matriz de Leopold, se desarrollo de acuerdo con la metodología de causa - efecto, con el objetivo de conocer los impactos ambientales originados en el relleno sanitario de Zinacantepec y su relación con el Método de Gestión Integral de RSU aplicado. El análisis permitió determinar el impacto relacionado con los factores: agua, aire y suelo (Figura 4).

La contaminación del agua subterránea debido a la infiltración de lixiviados es una preocupación gradual en el mundo, los principales impactos ambientales de la contaminación del agua subterránea están relacionados con un efecto significativo en la salud humana y el medio ambiente ecológico ^15,16. El lixiviado puede constituir productos orgánicos e inorgánicos solubles e insolubles a partir de procesos físicos, químicos, hidrolíticos y fermentativos, esto hace que los lixiviados estén altamente contaminados ¹⁷.

La contaminación de las aguas subterráneas se vuelve inevitable, especialmente cuando el fondo del RS está por debajo del nivel freático, o si el material que separa el RS del acuífero es permeable ¹⁸. El lixiviado puede migrar vertical y horizontalmente a través de la advección, dispersión y dilución, contaminando y deteriorando la calidad del agua ¹⁹.

En los RS se identifican cuatro grupos de contaminantes, materia orgánica disuelta, macro componentes inorgánicos (N y P), metales pesados traza (Pb, Cd, Hg, Cu, Ni, Zn), metaloide As y compuestos orgánicos xenobióticos (plaguicidas, fármacos, detergentes, compuestos químicos industriales, compuestos orgánicos clorados, hidrocarburos aromáticos, fenoles, ácidos húmicos y fúlvicos, urea entre otros) ^20,21.

Figura 4 Matriz causa-efecto de Leopold del RS de Zinacantepec. 

En la Figura 5 se observa que el mayor impacto negativo se tiene en la recarga del acuífero, es decir la infiltración del lixiviado al subsuelo (-390), seguido de la modificación de la calidad del agua en cuanto a sus parámetros fisicoquímicos (-47). De acuerdo con Krčmar, et al ²² reportó un índice de calidad del agua subterránea 3.56-8.89; de acuerdo al índice de Nemerow: 2.02-3.78 indican que la calidad del agua subterránea en el relleno sanitario se está degradando con el tiempo, la presencia de hidrocarburos poliaromáticos, carbón orgánico total, Cr, Cu, Pb y Zn son las sustancias de mayor preocupación. Los metales pesados Hg (Igeo ≤ 3.14), Pb (Igeo ≤ 2.22), Cr (Igeo ≤ 3.31) y Cu (Igeo ≤ 2.16) representan la peor contaminación del suelo. El Hg tiene un riesgo ecológico potencial de moderado (52,9) a muy alto (530,0), lo que demuestra los efectos potenciales a largo plazo de la bioacumulación y la biomagnificación.

Figura 5 Impacto de los RSU en la calidad del agua. 

Independiente de que los rellenos cuenten con mecanismos para la prevención de los impactos ambientales originados por la generación de los lixiviados, el volumen de éstos, debido a las condiciones climatológicas, pudieran rebasar los mecanismos de prevención implementados. De ahí la importancia de considerar sistemas de tratamiento alternos para los lixiviados (evaporación por riego, evaporación natural por canales, humedales o evaporación forzada), o alternativas en el manejo de los RS tales como la incineración, el co-procesamiento, la digestión anaerobia, la pirolisis, entre otros que minimizan la generación de lixiviados.

Por otra parte, en materia de suelo, se determinó que aquellos sitios dispuestos para el confinamiento de RSU, en donde se presenta un impacto previo en el suelo, minimizan la afectación a este factor, siendo así recomendable la ubicación de sitios de confinamiento en socavones o canteras previamente impactadas o que se encuentran en operación, reintegrando el uso del suelo a una necesidad de sitio de confinamiento y minimizando el cambio de uso de suelo en otras zonas.

En la Figura 6 se observa el impacto de los RSU en el suelo. En donde la geomorfología (-163), los factores físicos singulares (clima, relieve, topografía, material parental, biota) (-133), los recursos minerales (-100) y suelo en cuanto a su alteración fisicoquímica y composición (-65) se ven afectados negativamente. El RS de Zinacantepec, manifiesta un impacto al uso del suelo, debido a que sus predios se ubican en suelos agrícolas, y éstos están siendo cambiados para el uso como sitio de disposición final, por lo que se considera que los RS debieran ubicarse en áreas previamente impactadas y evitando el deterioro al suelo y al paisaje.

De acuerdo con Rezapour et al. ²³ reportó que el suelo de un RS se enriqueció significativamente con las fracciones disponibles y totales de los metales en las secuencias de Zn> Pb> Ni> Cd> Cu y Cd> Zn> Ni> Pb> Cu, respectivamente. Sin embargo, solo el contenido de Cd superó los niveles estándar. Para los diversos grupos de población, el cociente de riesgo medio (HQ) fue menor que la unidad, lo que implica una falta de riesgo para la salud no cancerígena para los residentes locales, mientras que el índice de peligro medio (HI) fue de 2,3 y 1,1 para las personas de 0 a 5 y 6-18 años, respectivamente, lo que ilustra un riesgo moderado para la salud no cancerígeno para los dos grupos. Cd y Pb contribuyeron más a HI, seguidos de Cu, Zn y Ni. Además, el riesgo carcinogénico para la salud del Cd, que varía de 1 × 10⁻⁵ a 1 × 10⁻⁶, mostró un riesgo potencial bajo en los diferentes grupos de población expuestos a los granos de trigo y disminuyó en la secuencia de población adulta > 6-18 años > 0-5 años. Los hallazgos del estudio, que se pueden utilizar en regiones bajo condiciones ambientales similares, proporcionan un valioso punto de referencia para el diseño de estrategias apropiadas para manejar estos agroecosistemas por parte de los administradores locales y nacionales.

Figura 6 Impacto de los RSU en el suelo. 

Respecto a las emisiones a la atmósfera, el RS Zinacantepec, cuenta con un sistema de canalización y conducción de biogás a quemadores de fabricación propia, en donde se plantea la reducción de emisiones de metano a la atmósfera transformando éstas en gases como: dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno y otros gases con presencia de azufre; sin embargo, el sistema no cuenta con mecanismos que garanticen su efectividad, como sistemas de encendido electrónico o quemadores de alta eficiencia, lo que da como resultado una combustión incompleta, es decir, se estima que pueda haber metano en estas emisiones, o que los pozos se lleguen a apagar. Por lo que se considera, que debieran existir sistemas de tratamiento de biogás que aseguren la reducción de emisiones y el aprovechamiento energético de miles de BTU’s (British termal units).

En la Figura 7 se observan los principales impactos de los RSU en la atmósfera, afectando principalmente la calidad el aire debido a la emisión de partículas finas y gases (-73).

De acuerdo con Weichenthal et al 2015²⁴ reportaron que, durante un incendio en un relleno sanitario en Canadá, se recopilaron datos sobre la calidad del aire para caracterizar las emisiones y las amenazas potenciales para la salud pública. Se monitorearon los contaminantes básicos (PM_2.5, O₃, NO₂) junto con dioxinas/furanos, hidrocarburos aromáticos policíclicos y compuestos orgánicos volátiles. Las concentraciones medias diarias de dioxina / furano fueron 66 veces más altas durante la quema activa (0.2 pg/m³ de cociente de equivalencia tóxica (TEQ)) en comparación con después de que se extinguió el fuego (0.003 pg/m³ de TEQ). Los hallazgos sugieren que las concentraciones en el aire de sustancias potencialmente dañinas pueden aumentar durante los incendios de los vertederos incluso cuando los contaminantes del aire permanecen prácticamente sin cambios.

Figura 7 Impactos de los RSU en el aire. 

Por otra parte, Dave et al ²⁵ indican que las emisiones de los RS son una fuente importante de compuestos orgánicos volátiles distintos del metano (COVNM) en entornos urbanos. Los COVNM juegan un papel importante en la química atmosférica y las concentraciones elevadas de algunos compuestos son responsables del deterioro de la calidad del aire. Nair et al 2019 analizaron las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) de los RS y su impacto en la salud humana y el medio ambiente. Los COV son contaminantes ubicuos que se liberan a la atmósfera desde los RS debido a la degradación de la materia orgánica y los productos domésticos modernos como disolventes de limpieza, desinfectantes, madera, productos de cuidado personal, etc., presentes en los RSU. Aunque numerosos estudios vinculan potencialmente la exposición a COV con el riesgo de cáncer en los trabajadores de los RS y los residentes circundantes, aún se requieren estudios epidemiológicos detallados para comprender el mecanismo potencial de inducción de cáncer. Varios compuestos de COV liberados a la atmósfera pueden contribuir a la formación de O₃ y aerosoles orgánicos secundarios (AOS) en la troposfera y la contaminación fotoquímica, lo que agrega efectos sobre la calidad del aire y el bienestar humano. Estos factores pueden ser la fuerza impulsora para implementar la remediación.

En la Figura 8 se muestra un resumen de la migración de los contaminantes generados en un RS al aire, suelo y agua, así como su impacto a la salud.

Figura 8 Efectos a la salud por los compuestos generados en los RSU. 

Análisis del método de gestión integral de RSU del relleno en estudio

De acuerdo con la clasificación de los métodos de gestión, en el RS de Zinacantepec se opera bajo el esquema de servicio municipal directo y concesión de empresas privadas.

En la Figura 9 se muestra los impactos ambientales de cada uno de los métodos de gestión, como puede observarse el servicio municipal directo tiene un mayor efecto negativo en el manejo de RSU (-969), por consiguiente se observa un mayor impacto en el medio ambiente. La concesión es el método más viable para la gestión de los RSU (1374), estos resultados justifican que el desarrollo de las actividades a cargo de organismos o empresas especializadas y con el requerimiento de maquinaria y equipo necesario para la ejecución, construcción y operación de los sitios de confinamiento, aminorando la posibilidad de impactos ambientales adversos.

Figura 9 Impactos ambientales asociados al método de gestión de RSU. 

La Tabla 6 señala las principales ventajas y desventajas de cada uno de los métodos de gestión reportados ²⁶.

Los métodos de gestión que incrementan la posibilidad de cumplimiento de las medidas de mitigación, se inclinan a aquellos métodos en dónde la rigurosidad de los procedimientos y verificación, obligue a la construcción y uso de los materiales correctos, por lo tanto los métodos de asociación público privados y de economía mixta, tienden a generar un mejor servicio, dado que están sujetos al cumplimiento de obligaciones estipuladas y supervisión en la ejecución de sus actividades, garantizando así la aplicación de medidas preventivas.

Tabla 6 Ventajas y desventajas de los métodos de gestión de RSU. 

Medidas de mitigación

Se debe considerar elaborar un programa, donde se especifiquen las diferentes etapas de disposición de los residuos. Así como promover la clasificación y aprovechamiento de los RSU.

Evaluar a la empresa responsable de llevar a cabo la operación del RS; y condicionar su autorización al cumplimiento de las normas oficiales mexicanas.

Elaborar un programa de monitoreo de gases a pozos de venteo, así como un programa del manejo de los gases, en caso de contingencia.

Cuantificar y monitorear las características fisicoquímicas de los lixiviados. Además, realizar estudios sobre el ciclo biogeoquímico de los contaminantes y sus riesgos.

Debe mejorarse el sistema para garantizar la captación y extracción del lixiviado, y ser recirculado en las plataformas de confinamiento en función de los requerimientos de humedad necesarios para lograr la descomposición de los RSU.

Proponer iniciativas para la actualización de normas y reglamentos en materia de descargas de lixiviados considerando su variabilidad con factores temporales y espaciales.