tecnologias de tratamiento de lixiviados de vertedero tratamiento convencionales

7/26/2019 Tecnologias de Tratamiento de Lixiviados de Vertedero Tratamiento Convencionales

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N 451142 INGENIERA QUMICA

TRTRATAMIENTO DE RESIDUOSA. Bdalo, A. M. Hidalgo,

M. Gmez, M.D. Murcia

y V. Marn

Departamento deIngeniera QumicaUniversidad de Murcia

Tecnologas de tratamiento

de lixiviados de vertedero (I)Tratamientos convencionales

La salida incontrolada de lixiviados

de vertedero puede provocar la

contaminacin de acuferos, ros y

suelos. Los tratamientos convencionalesque se utilizan en la depuracin de

aguas residuales se consideran un

tratamiento eficaz para tales lixiviados.

Estos tratamientos se dividen en

biolgicos (aerobios o anaerobios) y

fsico-qumicos.

SEGN LA AGENCIA EUROPEAde Medio Ambiente,el volumen total de residuos generados en Europa au-menta ao tras ao. En Espaa, al igual que en otrospases de la Unin Europea, la cantidad de residuos pro-ducidos tambin sigue en ascenso [1]. En la Figura 1 se

puede ver la evolucin de la cantidad de residuos produ-cidos en nuestro pas desde el ao 1999 al 2003 [2].

De forma lgica, al aumentar la cantidad de resi-duos generados, es necesario implantar nuevos verte-deros para gestionarlos. En la Figura 2 se muestra elnmero de vertederos controlados en Espaa por Co-munidad Autnoma en el ao 2003. De los 317 vertede-ros controlados que hay en Espaa, 143 correspondena vertederos de residuos inertes, 216 a vertederos deresiduos slidos urbanos y 12 a vertederos de residuospeligrosos [3].

Los problemas ambientales ms comunes origina-dos en la fase de explotacin de un vertedero son: la

expulsin de gases de vertedero que puede provocarfuertes olores, ambientes contaminados y atmsferasexplosivas, la aparicin de vectores sanitarios, princi-palmente ratas e insectos, y la salida incontrolada delos lixiviados que puede causar la contaminacin de


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TECNOLOGAS DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS DE VERTEDERO (I)

INGENIERA QUMICA 143Octubre 2007

suelos, aguas subterrneas y superficiales. Tambin es-tos ltimos pueden ocasionar malos olores, llegandoincluso a afectar a la salud de los trabajadores.

1LOS LIXIVIADOS DE VERTEDEROEn conformidad con el Real Decreto 1481/2001, de 27de diciembre, por el que se regula la eliminacin de re-siduos mediante depsito en vertedero (B.O.E. 25/2002,de 29 de enero), se deben recoger, controlar y tratar loslixiviados de forma que se cumpla con la norma referidaa su vertido, o que se evite su vertido aplicando las tcni-cas adecuadas para ello. De acuerdo con este mismo RealDecreto, se define lixiviado como cualquier lquido quepercole a travs de los residuos depositados y que rezumedesde o est contenido en un vertedero. En la bibliogra-

fa se recogen otras definiciones muy similares [4], as sepuede decir que el lixiviado puede estar constituido porel agua que llega al vertedero de fuentes externas comola lluvia, la escorrenta, o por el lquido generado en lapropia descomposicin de los residuos.

En la Figura 3 se observan dos fotografas de verti-dos incontrolados de lixiviados de vertedero [5].

De acuerdo con la Orden MAM 304/2002, de 8 defebrero, por la que se publican las operaciones de va-lorizacin y eliminacin de residuos y la Lista Europeade Residuos (B.O.E. n 43, de 19 febrero de 2002), loslixiviados de vertedero estn catalogados como resi-

duos y poseen los siguientes cdigos L.E.R: 19 07 02* sicontienen sustancias peligrosas y 19 07 03 para aquelloslixiviados que no contienen sustancias peligrosas. Porlo que los lixiviados de vertedero habrn de gestionarsede manera adecuada, en funcin de sus caractersticasfsicas, qumicas y de su composicin.

La composicin de los lixiviados de un vertederodepende del tipo de vertedero (peligroso, no peligrosoe inerte) y, dentro de un mismo vertedero, vara enfuncin del tiempo de explotacin del mismo. As, deacuerdo con la bibliografa, se puede hablar de lixivia-do joven, el que proviene de un vertedero que tiene de1 a 2 aos, y lixiviado maduro, el que proviene de uno

con ms de 3 aos de edad [4].En la Tabla I se presentan datos representativos delas caractersticas de lixiviados en vertederos jvenes ymaduros [4]. Como puede apreciarse, la composicinqumica de los lixiviados vara mucho con la antigedaddel vertedero, e incluso con la historia previa al momen-to de muestreo. Por ejemplo, si se recoge una muestrade un lixiviado joven, el pH ser bajo y las concentracio-nes de DBO5, DQO, COT, nutrientes y metales pesadossern altas. Por otro lado, si se recoge una muestra delixiviado maduro, el pH estar dentro del rango de 6.5 a7.5 y los valores de concentracin de DBO5, DQO, COT

y de los nutrientes sern significativamente ms bajos.

Figura 1 Evolucin de la cantidad totalde residuos producidos en Espaa desde elao 1999 al 2003 [2]

Figura 2 Cantidad de vertederos controladospor Comunidad Autnoma en el ao 2003 [3]

B

Figura 3Lixiviados devertedero:(A) balsa delixiviados;(B) vertidode lixiviadospertenecientesa un vertedero deresiduos slidos

urbanos [5].

B

A


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TRATAMIENTO DE RESIDUOS


Similarmente, sern ms bajas las concentraciones demetales pesados porque la mayora de ellos son menossolubles para valores de pH neutros.

Habiendo muchos factores que afectan a la compo-sicin del lixiviado, como ya se ha expuesto, de entretodos ellos el ms determinante es la edad del lixivia-do [6]. En la Figura 4, se observa cmo el ndice debiodegradabilidad, que es la relacin entre la DBO5yla DQO, disminuye a lo largo de la edad del lixiviado[6]. Los lixiviados que proceden de vertederos de po-ca edad presentan un alto ndice de biodegradabilidadpor lo que son susceptibles de ser tratados medianteun proceso biolgico. Los lixiviados de vertederos conedad mayor poseen un bajo ndice de biodegradabili-dad, por lo que los tratamientos biolgicos no son ade-cuados y ha de apostarse por tratamientos fsico-qumi-cos para su depuracin.

Otro factor que afecta a la composicin del lixiviadoes el clima, tanto las precipitaciones de lluvia como la

temperatura de la zona van a condicionar el lixiviado.Las precipitaciones producen la dilucin del lixiviado yadems aumentan la humedad de los residuos, lo que,por tanto, favorece la actividad microbiolgica y la pro-duccin de gases, entre otros metano [6]. En cambio, lasaltas temperaturas hacen que la evaporacin se vea in-crementada, provocando que el lixiviado se concentre.

La composicin de los residuos depositados, evi-dentemente, tambin condiciona en gran medida lacomposicin final del lixiviado [6]. Desde luego, si losresiduos contienen sustancias txicas y peligrosas, stasse movilizarn pasando a formar parte de la composi-cin del lixiviado.

Por supuesto que, tambin, las caractersticas geo-lgicas: tipo de suelo, permeabilidad, morfologa y lapendiente van a influir en las caractersticas del lixi-

viado [6].Asimismo, en funcin de cmo se realicen las ope-

raciones de tratamiento y deposicin de los residuosdentro del vertedero, la cantidad y composicin del

lixiviado se ver afectada. La mayor compactacin delos residuos disminuir la percolacin del lixiviado atravs de la celda de vertido, y el volumen del lixiviadose ver disminuido.

Segn la bibliografa, los tratamientos convenciona-les que tradicionalmente se han utilizado en la depura-cin de aguas residuales pueden ser utilizados en el tra-tamiento de lixiviados de vertedero de residuos slidosurbanos, ya que stos tienen caractersticas muy pareci-das a las de un agua residual urbana. Como es sabido,en los procesos biolgicos los microorganismos asimilanla materia orgnica y la degradan, siendo las reaccionesbiolgicas aerobias o anaerobias, en funcin del tipo demicroorganismos que las lleven a cabo y de las condicio-nes ambientales que potencian unos u otros.

En el proceso aerobio, los microorganismos, enpresencia de oxgeno llevan a cabo la asimilacin de lamateria orgnica y, junto con los nutrientes necesarios,se producen nuevos microorganismos, productos fina-les (fundamentalmente CO2y H2O) y energa:

M O + nutrientes + O2Productos finales + nuevos m-org + E

Las reacciones biolgicas anaerobias se producenen ausencia de oxgeno disuelto, los microorganismos

asimilan el necesario a travs de compuestos orgni-cos oxigenados, como cidos, alcoholes o aldehdos, obien lo toman de sales inorgnicas, nitratos o sulfatos.El mecanismo anaerobio es capaz de producir nuevosmicroorganismos, metano, dixido de carbono y ener-ga a partir tambin de la materia orgnica:

M O CH4+ CO

2+ nuevos m-org + E

Los tratamientos fsico-qumicos persiguen la elimi-nacin de los constituyentes slidos, coloidales y disuel-

tos mediante el uso de medios fsicos o la alteracinde las propiedades fsico-qumicas de la disolucin.Frecuentemente se utilizan como pretratamiento paraeliminar las sustancias que pueden interferir en las eta-pas posteriores.

TABLA 1

COMPOSICIN MEDIA DE UN LIXIVIADOJOVEN Y MADURO [4].

Parmetro Lixiviado Lixiviado

joven (mg/l) maduro (mg/l)

pH 4,5-7,5 6,6-7,5

DBO5 2.000-30.000 100-200

DQO 3.000-60.000 100-500

COT 1.500-20.000 80-160

NH4-N 10-800 20-40

SS 200-2.000 100-400

Cloro 200-3.000 100-400

SO4 50-1.000 20-50

Ca 200-3.000 100-400

Mg 50-1.500 50-200

Fe 50-1.200 20-200

Figura 4 Variacin del ndice debiodegradabilidad con la edad del lixiviado [6].


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2TRATAMIENTOS BIOLGICOSLos tratamientos biolgicos ms relevantes para eltratamiento de lixiviados son: los fangos activados,los reactores secuenciales discontinuos y los reactoresanaerobios de manto de lodos y flujo ascendente, que acontinuacin, muy esquematizados, se describen.

2.1Fangos activadosEl tratamiento de lodos o fangos activos es un proce-so aerobio consistente en la reduccin o eliminacinde la materia orgnica biodegradable presente en di-chos lixiviados.

Habitualmente, el proceso de fangos activados cons-ta de un reactor aerobio, un decantador y una purgade fangos que mantiene la concentracin adecuada demicroorganismos en el reactor. En la Figura 5 se repre-senta un esquema del proceso convencional de lodos o

fangos activados [7].Este tratamiento se ha comprobado que resulta efi-caz para los lixiviados de vertedero, obtenindose efica-cias de reduccin de la carga orgnica de DBO5y DQOdel 90 al 99% [8]. Sin embargo, si los lixiviados tienenun alto contenido en nitrgeno amoniacal (NH4-N) sedisminuye el porcentaje de eliminacin de la DQO has-ta en un 20%, como se observa en la Figura 6.

2.2Reactor secuencial discontinuoLos reactores secuenciales discontinuos (SBR) estnbasados tambin en el proceso de degradacin bio-lgica aerobia que se produce por la suspensin demicroorganismos introducida en dicho reactor. Cons-tituyen una variante del proceso de fangos activados,pero, en este caso, trabajando por cargas. En la Figura 7se muestran las etapas del proceso que se lleva a caboen estos reactores secuenciales discontinuos. Las fasesson, llenado del tanque con el influente, aireacin, de-cantacin de la biomasa, vaciado del agua clarificadasobrenadante y por ltimo purga de los fangos.

En general, los reactores que trabajan por car-gas, como es el caso de este reactor secuencial dis-continuo, permiten mayor flexibilidad y control delproceso. Por ello resultan muy eficaces para tratar

efluentes lquidos con variaciones en la composicin,concentracin y caudal, como es el caso de los lixi-

viados de vertedero [9]. Las ltimas investigacionescoinciden en la adicin de carbn activo en polvo(CAP) al fango, ya que, como se ha comprobado, s-ta favorece la nitrificacin de los lixiviados en estosreactores secuenciales discontinuos [10].

Figura 5 Proceso de fangos o lodos activosaplicados al tratamiento de lixiviados de vertedero [7].

Figura 6 Disminucin de la DQO a medida queaumenta el contenido en nitrgeno amoniacal enel lixiviado de vertedero [8].

Figura 7Esquema del procesomediante reactores

secuencialesdiscontinuos (SBR).

LOS TRATAMIENTOS BIOLGICOSMS RELEVANTES SON LOS FANGOSACTIVADOS, LOS REACTORESSECUENCIALES DISCONTINUOS Y LOS

REACTORES ANAEROBIOS DE MANTO DELODOS Y FLUJO ASCENDENTE


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En la Figura 8 se puede ver cmo la utilizacin decarbn activo en polvo aumenta la eliminacin de laDQO, del nitrgeno amoniacal y de los fosfatos conrespecto al proceso convencional sin dicha adicin.

2.3Reactor anaerobio de flujo ascendente y mantode lodosEl reactor anaerbico de flujo ascendente y mantode lodos (UASB) consiste en un reactor anaerobiosimple y de bajo coste. Su funcionamiento se basa enla degradacin anaerobia de los microorganismos.La actividad microbiolgica produce burbujas de gas(metano y CO2), que ascienden a travs del reactor

y se recogen en una chimenea, pudiendo llegar a servalorizadas. El efluente lquido clarificado sale por lasuperficie del tanque. La eficacia de este tratamientodepende del tiempo de retencin hidrulica, que esel tiempo medio que el lixiviado permanece en el in-

terior del reactor, de la temperatura y de la cantidadde microorganismos en suspensin. En la Figura 9 se

muestra un esquema del reactor anaerobio de flujoascendente y manto de lodos [11].

Se ha comprobado que este reactor, en el trata-miento de lixiviados, proporciona porcentajes de elimi-nacin de la carga orgnica en forma de DQO, DBO5

y carbono orgnico total (COT) superiores al 80% yconsigue una reduccin de los microorganismos ensuspensin superior al 90% [12, 13].

3Tratamientos fsico-qumicosLos tratamientos fsico-qumicos ms utilizados pa-ra la depuracin de lixiviados de vertederos son: laadsorcin por carbn activo, la evaporacin, la oxi-dacin qumica y el fraccionamiento (stripping)amo-niacal. Todos ellos, de forma resumida se describena continuacin.

3.1Adsorcin por carbn activoEste tratamiento permite eliminar una amplia variedadde compuestos txicos de corrientes lquidas mediantesu adsorcin sobre la superficie de carbn activo.

La adsorcin por carbn activo se realiza en unacolumna rellena de este material, que en el caso de loslixiviados de vertedero puede proporcionar porcenta-

jes de eliminacin de DQO de hasta el 80% debido a

su capacidad de adsorcin [14].Dado que el proceso de adsorcin se realiza secuen-

cialmente de la siguiente manera:

- Transporte del contaminante hasta la superficieexterna de las partculas del carbn activo granular.

- Difusin de la sustancia hasta el interior de losporos.

- Adsorcin del contaminante mediante la forma-cin de enlaces fsicos o qumicos entre el compuesto

y la superficie de los poros del carbn activo granular,el inconveniente principal de este tipo de tratamientoes que este material adsorbente se agota rpidamente

por exceso de slidos en suspensin, por altos valo-res de materia orgnica y por la presencia de cidosflvicos y hmicos en el lixiviado. En la Figura 10 semuestra una columna de adsorcin con carbn activogranular [15].

Figura 8 Porcentajes de eliminacinutilizando carbn activo granular (CAP) en elreactor secuencial discontinuo [10].

Figura 9 Reactor anaerobio de flujoascendente y manto de lodos [11].

Figura 10 Columna de adsorcin con carbnactivo granular [15].


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3.2EvaporacinLa evaporacin se puede aplicar a cualquier mezcla,siempre que el lquido sea lo suficientemente voltilpara ser evaporado, en condiciones de temperatura ypresin adecuadas, y que los dems componentes seanlo suficientemente no voltiles y estables. El vapor queresulta tras el proceso de evaporacin es condensado,quedando retenidos en el mismo compuestos orgni-cos voltiles, cloro y amoniaco. En la fase slida resi-dual quedan los compuestos no voltiles. Ambas fasesrequerirn un tratamiento posterior que permita elimi-nar las sustancias nocivas.

Los procesos de evaporacin disminuyen el volu-men del lixiviado, mejorando los tratamientos poste-riores [7]. Tambin es capaz de eliminar el amonioque interfiere negativamente en los procesos biol-gicos, pero si el lixiviado contiene mucha cantidadde materia orgnica se pueden formar espumas, quedificultan el proceso de evaporacin, y costras quepueden daar el equipo en caso que no se preveanadecuadamente aadiendo sustancias antiincrustan-tes. En la Figura 11 se muestra una imagen de un

evaporador tubular.

3.3Oxidacin cataltica FentonLas aguas contaminadas con sustancias orgnicassolubles presentan generalmente muchas dificulta-des para su depuracin biolgica. En este caso lastcnicas fsicas no son aplicables y, a lo ms, sloconsiguen transmitir de una fase a otra estas sustan-cias nocivas. Sin embargo, los procesos de oxidacinqumica resultan una alternativa efectiva, rpida yeconmica, ya que la oxidacin qumica transforma

los contaminantes orgnicos en compuestos ino-cuos, generalmente xidos de carbono y agua. Eneste tipo de procesos, se pueden emplear diversosoxidantes como el cloro, permanganato, oxgeno,perxido de hidrgeno u ozono.

Figura 11 Evaporador

MARQUE

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Un tipo de oxidacin qumica que est siendo uti-lizada en el tratamiento de lixiviados con gran xitoes la Oxidacin Fenton [16]. El reactivo Fentonse basa en perxido de hidrgeno y un catalizadorHierro (II), que es capaz de actuar sobre compues-tos orgnicos como fenoles, productos bencnicos yaminas, los cuales son muy difciles de eliminar enlos tratamientos biolgicos.

El proceso completo se muestra en la Figura 12.En l se observa que para el seguimiento y con-

trol del proceso de oxidacin se realizan medicionesy ajustes del pH as como del potencial de oxidacin-reduccin (ORP) [17, 18]. Tambin es necesario elajuste de la temperatura para que el proceso opereen las condiciones ptimas. Como puede verse, pos-teriormente a la etapa de oxidacin, hay que neutra-lizar el efluente del lixiviado para que la floculacin

y decantacin de los precipitados ocurra con buenosrendimientos.

En la Figura 13 se muestra la capacidad de oxi-dacin del perxido de hidrgeno para eliminar la

DQO. En ella puede verse cmo, a medida que laconcentracin de perxido aumenta, el porcentajede eliminacin de este parmetro tambin se in-crementa. Como el perxido de hidrgeno es caro,cuando es necesaria la utilizacin de concentracio-

nes de perxido muy altas, no resulta viable desdeun punto de vista econmico.

3.4Stripping amoniacalEl strippingo fraccionamiento amoniacal es uno delos mtodos utilizados para eliminar el nitrgenoamoniacal en las aguas residuales [19]. Se basa enun proceso de aireacin por el cual se eliminan losgases disueltos en un agua residual o un lixiviado.Como puede verse en la ecuacin siguiente los ionesamonio en medio acuoso, se encuentran en equili-

brio con el amoniaco. Al aumentar el pH por encimade 7, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, favo-recindose la formacin de amoniaco, el cual puedeser extrado como gas agitando el influente arrastran-dolo por el aire insuflado:

Figura 12 Proceso de oxidacin Fenton

Figura 13 Eficacia de oxidacin del perxidode hidrgeno para la DQO.

LOS TRATAMIENTOSFSICO-QUMICOS MS UTILIZADOSSON LA ADSORCIN POR CARBNACTIVO, LA EVAPORACIN,LA OXIDACIN QUMICA Y ELFRACCIONAMIENTO (STRIPPING)AMONIACAL


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NH3+ H

2ONH4

++OH

En la Figura 14 se muestra una torre de flujo ascen-dente para la extraccin de nitrgeno amoniacal.

Aumentando el flujo de aireacin se consigue

aumentar la eficacia de eliminacin del nitrgenoamoniacal hasta un 93%, pero a su vez se incre-mentar el coste de la operacin y, por tanto, sernecesario estudiar la rentabilidad del proceso antesde su implantacin.

4CONCLUSIONES

- Los procesos biolgicos convencionales, como elproceso de fangos activados, resultan eficaces para laeliminacin de la materia orgnica (>90%) y los sli-dos en suspensin (80%) en los lixiviados de vertede-ro. Sin embargo, su eficacia disminuye con concen-traciones elevadas de nitrgeno amoniacal, metalespesados y sales inorgnicas.

- Los reactores secuenciales discontinuos tienenmayor flexibilidad que otros reactores que funcionan

en continuo y son especialmente indicados para trataraguas residuales con variaciones en la composicin,concentracin y caudal, como es el caso de los lixi-

viados de vertedero. Las nuevas propuestas dirigidasa aadir carbn activo en polvo al reactor secuencialdiscontinuo favorecen la nitrificacin, aumentando elporcentaje de eliminacin de la DQO, del nitrgenoamoniacal y de los fosfatos hasta un 20% ms.

- Segn el estudio bibliogrfico realizado, losprocesos biolgicos anaerobios presentan elevadosporcentajes de eliminacin de la materia orgnica yel nitrgeno amoniacal en los lixiviados. Los proce-sos anaerobios de flujo ascendente y manto de lodos

consiguen porcentajes de eliminacin del 80% parala DQO y DBO5, y hasta un 90% para los slidos ensuspensin.

- Entre los tratamientos fsico-qumicos de los lixi-viados de vertedero, destaca la adsorcin mediante

carbn activo granular, siendo capaz de eliminar el80% de la DQO del lixiviado, y la evaporacin que,aunque no es un tratamiento definitivo, reduce el vo-lumen del lixiviado, aumentando la efectividad de lostratamientos posteriores, disminuyendo as los costestotales del proceso.

- Cuando los lixiviados de vertedero contienen

compuestos orgnicos solubles de tipo fenlico,bencnico, alcoholes, aminas, etc, se ha comproba-do que el reactivo Fenton es capaz de oxidar es-tos compuestos, total o parcialmente, consiguiendoreducciones sustanciales de la materia orgnica y laDQO. El grado de eficacia en la eliminacin de laDQO depender en estos casos de la concentracinde perxido de hidrgeno.

- El stripping amoniacal resulta eficaz para la eli-minacin del nitrgeno en los lixiviados cuando s-te se encuentra en la disolucin en su forma inicaamonio.

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Figura 14 Torre de extraccin de nitrgenoamoniacal de flujo ascendente.

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