TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS DE VERTEDEROS DE RESIDUOS URBANOS (RU)

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TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS DE VERTEDEROS DE RESIDUOS

URBANOS (RU)

Castrillón, L.; Fernández-Nava, Y.; Rodríguez-Iglesias, J.; Marañón, E.; Berrueta, J.

Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente. Instituto Universitario de Tecnología Industrial de Asturias. Universidad de Oviedo. Edificio Departamental Zona Este, Campus Universitário de Gijón.

33203 Gijón. España. Resumen

En este trabajo se presentan diferentes alternativas para el tratamiento de lixiviados procedentes del vertedero de residuos urbanos de Asturias.

La recirculación de los lixiviados en el vertedero permite reducir considerablemente el contenido en materia orgánica biodegradable. Se han conseguido valores de la DQO en torno a 1500 mg/l.

Mediante digestión anaerobia mesofílica en reactores de alta carga, UASB, y para TRH de 2,4 días, se consiguen reducciones de la materia orgánica de hasta el 88% cuando se tratan lixiviados jóvenes, con DQO en torno a 16400 mg/l.

Al objeto de reducir la turbidez de algunos lixiviados jóvenes y evitar problemas en membranas de ultrafiltración utilizadas para la separación de la biomasa de los reactores biológicos, se aplicó un proceso de coagulación-floculación, utilizando FeCl3, Al2(SO4)3 y

policloruro de aluminio (PAX), solos o combinados con agentes floculantes. Los mejores resultados se obtuvieron con 4 g PAX/l (reducciones de la turbidez del 97,7%, del color de 91,2% y de la DQO del 26,4%).

El N-amoniacal se puede reducir mediante tratamiento con cal (stripping) o mediante procesos de eliminación biológica de nitrógeno (nitrificación-desnitrificación). En el primer caso se debe recuperar el amoniaco y en el segundo, si se trata de un lixiviado viejo, es necesario añadir metanol para el proceso de desnitrificación.

La DQO refractaria que queda después de un proceso de nitrificación-desnitrificación se puede reducir mediante adsorción con carbón activo hasta valores en torno a 200-300 mg/l.

Palabras clave: Residuos urbanos, vertederos, lixiviados, tratamientos

1. Introducción

Uno de los mayores problemas que presentan los vertederos de Residuos Urbanos (RU) es la generación de un líquido altamente contaminante denominado lixiviado, resultado de la degradación del residuo y de la filtración del agua de lluvia a su través. Las características del mismo dependen fundamentalmente de las características del residuo depositado, de la meteorología del lugar, modo de operación y de la edad del vertedero. Los principales contaminantes son la materia orgánica y el nitrógeno amoniacal. La carga orgánica de los lixiviados alcanza los máximos valores en los primeros años de operación y decrece gradualmente con la edad del vertedero [1]. En contraste, la concentración de amonio, que en general puede presentar cantidades superiores a 2000 mg/l, no decrece y a menudo constituye su principal contaminante. En cuanto al contenido en metales pesados, las concentraciones son muy bajas en la fase metanogénica [2], pero sí son importantes en la fase inicial del vertedero (fase ácida).

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Los lixiviados pueden ser tratados utilizando diferentes alternativas que van a depender de las características del lixiviado, pueden ser recirculados sobre el vertedero o sometidos a diferentes tratamientos: biológicos para eliminar materia orgánica y/o nitrógeno amoniacal (aerobios, anaerobios, nitrificación-desnitrificación) [3-5], y procesos físico-químicos (coagulación-floculación, [6-8], adsorción con carbón activo [9], oxidación química [10], nanofiltración [11], etc.). Renou et al. han revisado diferentes alternativas para el tratamiento de lixiviados [12].

El objetivo de este trabajo es presentar diferentes alternativas para el tratamiento de los lixiviados de vertederos de RU.

2. Modo de operar

El lixiviado estudiado procede del vertedero central de Asturias gestionado por COGERSA. Este vertedero lleva en funcionamiento desde enero de 1986; recibe actualmente en torno a 550000 t de RU por año. Dispone de una planta de tratamiento de lixiviados, que consiste en un sistema de nitrificación-desnitrificación, a presión, seguido de la separación de la biomasa por ultrafiltración (Proceso Biomembrat). Esta planta trata en torno a 550 m3/día. Se ha caracterizado el lixiviado bruto y el lixiviado sometido a distintos tratamientos. Los tratamientos estudiados fueron: recirculación para la eliminación de materia orgánica, procesos físico-químicos (coagulación/floculación, eliminación de nitrógeno amoniacal con cal) y procesos biológicos (anaerobio). Asimismo se analizó la combinación de tratamientos (nitrificación-desnitrificación y posterior adsorción de la materia orgánica no biodegradable con carbón activo). Las determinaciones analíticas llevadas a cabo se realizaron de acuerdo con el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater [13].

3. Resultados

3.1 Recirculación de lixiviados

Los lixiviados producidos en el vertedero central de Asturias se recircularon a través de una planta piloto anaerobia (36±1ºC) de 0,5 m de diámetro y 3,6 m de altura. En esta planta habían sido introducidos RU en tres etapas diferentes, simulando el comportamiento de un vertedero controlado [9]. Una vez digeridas estas tres capas, se llevó a cabo la primera recirculación del lixiviado del vertedero sobre la 3ª celda (Rec-1). Tras obtener valores constantes en las características del lixiviado, se introdujo una nueva celda (4ª celda). Después de su digestión se llevaron a cabo dos nuevas recirculaciones del lixiviado del vertedero (Rec-2, Rec-3). En la tabla 1 se muestran las características del lixiviado generado en la planta piloto y las del lixiviado del vertedero que se ha recirculado a través de las celdas digeridas de dicha planta.

La carga orgánica del lixiviado disminuyó desde valores de 5108, 3782 y 2560 mg/l hasta valores en torno a 1500-1600 mg/l. A pesar de esa reducción, aún queda materia orgánica, principalmente no biodegradable, sin eliminar. Estas sustancias que no se degradan son fundamentalmente ácidos húmicos y fúlvicos [9].

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Lixiviado planta

piloto Lixiviado vertedero

Parámetro

3ªcelda 4ª celda Rec-1 Rec-2 Rec-3

pH 7,60 7,58 8,00 8,43 8,26 DQO (mg/l) 1765 716 5108 3782 2560 N-NH4 + (mg/l) 1521 1131 1876 1904 1904 AT (g/l CaCO3) 8,27 5,41 9,34 9,42 7,90 AV (mg/l AcH) 150,6 65 912 456 290 Fe (mg/l) 9,32 2,5 0,835 - 10,22 Cu (mg/l) 0,21 0,16 0,41 - 0,15 Zn (mg/l) 0,75 0,18 0,28 - 0,42 Ni (mg/l) 0,53 0,34 0,69 - 0,17 Pb (mg/l) 0,12 0,33 0,37 - <0,05 Cd (mg/l) <0,01 0,03 0,05 - 0,02

Tabla 1. Características físico-químicas de los lixiviados a) generados en la planta piloto antes del proceso de recirculación b) generados en el vertedero central de Asturias.

En la Figura 1 se muestran la variación de la DQO en función del tiempo de recirculación.

1000 2000 3000 4000 5000 0 2,5 5 7,5 10 Time (Days) Rec-2 Rec-1 Rec-3 D Q O , m g /l Tiempo (días) 1000 2000 3000 4000 5000 0 2,5 5 7,5 10 Time (Days) Rec-2 Rec-1 Rec-3 D Q O , m g /l Tiempo (días)

Figura 1. Variación de la DQO del lixiviado recirculado

3.2 Tratamientos biológicos anaerobios

Se llevó a cabo el tratamiento anaerobio de los lixiviados del vertedero de RU de Asturias, utilizando reactores UASB, en rango mesofílico. En las tablas 2 y 3 se muestran los resultados obtenidos en el tratamiento de dos lixiviados del vertedero con características diferentes. El primero presenta valores de la DQO comprendidos entre 11264 y 16394 mg/l, y en el segundo, entre 3553 y 6131 mg/l [3].

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Tabla 2. Tratamiento anaerobio mesofílico de un lixiviado con alta carga orgánica

Tabla 3. Tratamiento anaerobio mesofílico de un lixiviado de baja carga orgánica

Como se puede comprobar, en ambos casos, al aumentar el Tiempo de Residencia Hidráulico (TRH) o disminuir la Velocidad de Carga Orgánica (VCO) aumenta el rendimiento de eliminación de la DQO. Sin embargo, el rendimiento disminuye con la disminución del contenido en materia orgánica del lixiviado.

3.3 Tratamientos físico-químicos

3.3.1. Procesos de coagulación-floculación

Los procesos de coagulación-floculación se pueden utilizar como un pretratamiento para el lixiviado bruto. El objetivo de este trabajo fue determinar las condiciones óptimas de operación para la eliminación de materia orgánica, turbidez y color mediante un proceso de coagulación/floculación, tanto para lixiviados jóvenes [14] como para lixiviados viejos. El trabajo se llevó a cabo utilizando un equipo Jar-test, utilizando como coagulantes tricloruro de hierro, sulfato de aluminio y policloruro de aluminio (PAX). Se probaron diferentes floculantes aniónicos y catiónicos (A-401, Polifloc A-1849, A-352, C-472 and C-421, de Brenntag, y AP50, AP 911 y AP 75, de Acideka). Los experimentos se llevaron a cabo con y sin modificación del pH.

En la tabla 4 se muestran las características físico-químicas de los lixiviados estudiados, el denominado lixiviado joven procede de una zona de ampliación del vertedero (deposición reciente de los RU) y el denominado lixiviado viejo procede de la zona antigua del vertedero.

Parámetros Lixiviado joven Lixiviado viejo

pH 8,3 8,3

Conductividad (mS/cm) 24 24,3

Turbidez (UTN) >4000 432

Colour (Unidades PtCo) 2900 5537

DQO (mg/l) 18352 4814 DBO5 (mg/l) 10600 670 DQO/DBO5 1,7 7,2 AV (g CH3COOH/l) 6,19 0,32 N-NH4 + (mg N/l) 2445 2943

Tabla 4. Composición media de los lixiviados utilizados en el proceso de coagulación-floculación THR

días

VCO

kg COD/m3.día DQO Influente mg/l DQO Efluente mg/l DQO(%) eliminada generado V gas CH(%) 4

2,4 6,8 16394 1940 88,2 0,34 87 1,8 7,3 13420 2069 84,5 0,38 86 1,6 7,5 11939 2440 79,5 0,38 85 1,4 7,8 11264 3005 73,3 0,34 85 THR días VCO kg COD/m3.día DQO Influente mg/l DQO Efluente

mg/l DQO(%) eliminada generado V gas CH(%) 4

2,6 2,1 5498 2972 46,0 0,11

5,1 1,2 6131 2533 58,7 0,13

5,1 0,85 4376 1919 56,1 0,30 85,5

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En las tablas 5 y 6 se muestran los resultados obtenidos cuando se trata lixiviado joven y viejo, respectivamente, al pH del lixiviado y al pH óptimo. La adicción de floculantes no mejora el rendimiento, pero si disminuye el tiempo de sedimentación.

Tabla 5. Mejores resultados obtenidos en el tratamiento del lixiviado joven al pH del lixiviado y al pH óptimo

Para el lixiviado joven, los mejores resultados se obtuvieron utilizando PAX al pH del lixiviado (8,3) y para una dosis de 4 g/l, obteniendo eliminaciones del 98% de la turbidez, 91% del color y 26,4 % de la DQO.

Con respecto al lixiviado viejo, los mejores resultados se obtuvieron con el FeCl3, a un pH de

5,2 y para una dosis de 1.7 g/l (100% de eliminación de la turbidez, >97% del color y 73% de la DQO).

Tabla 6. Mejores resultados obtenidos en el tratamiento del lixiviado viejo al pH del lixiviado y al pH óptimo

3.4. Eliminación de nitrógeno

Se estudió la reducción del contenido en nitrógeno amoniacal tratando el lixiviado con cal (hasta pHs que oscilaron entre 10,8 y 13) y posterior agitación para llevar a cabo la desorción del amoniaco (stripping). La tabla 7 muestra los resultados obtenidos en el tratamiento de tres lixiviados en los que el contenido de amonio era similar [15].

Tabla 7. Resultados obtenidos en el tratamiento del lixiviado con hidróxido cálcico

El lixiviado I fue tratado con 10 g/l de Ca(OH)2, alcanzando un pH que varió entre 10,8 y

12,2. Las reducciones del N-NH4+ y de la DQO fueron del 66,5% y del 15%,

respectivamente. El lixiviado II se trató con 15 g/l de Ca(OH)2, alcanzando un pH entre 12 y

13. Las reducciones del N-NH4+ y de la DQO fueron del 81,6% y del 44%, respectivamente.

Tipo de coagulante Dosis (g/l) pH Influente pH Efluente DQO Eliminación (%) Color Eliminación (% ) Turbidez Eliminación (%) FeCl3 1,2 3,8 3,2 28,1 78,4 90,2 FeCl3 1,5 8,3 7,3 9,5 51,7 70,1 Al2(SO4)3 5,0 6,0 5,1 27,1 84,3 93,2 Al2(SO4)3 3,2 8,3 6,6 13,9 57,8 80,7 PAX 4,0 6,5 5,1 34,7 91,0 89,8 PAX 4,0 8,3 5,7 26,4 91,2 97,7 Tipo de coagulante Dosis (g/l) pH Influente pH Efluente DQO Eliminación (%) Color Eliminación (% ) Turbidez Eliminación (%) FeCl3 1,7 5,2 2,4 73,0 97,6 100 FeCl3 1,5 8,3 7,5 5,9 13,3 12,4 Al2(SO4)3 3,2 6,0 4,7 59,9 95,4 91,6 Al2(SO4)3 3,2 8,3 7,1 7,6 38,9 7,9 PAX 6,0 7,0 5,8 61,6 96,8 97,9 PAX 6,0 8,3 6 41,4 87,8 72,9 Lixiviado N-NH4 + Influente (mg/l) N-NH4 + Efluente (mg/l) DQO Influente (mg/l) DQO Efluente (mg/l) I 1787 598 13213 11247 II 1954 358 16353 9155 III 1750 238 7624 5898

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El lixiviado III se trató con 18,6 g/l, los pHs oscilaron entre 12 y 13, siendo las reducciones del 86,4% para el N-NH4+ y del 22,6 para la DQO. El mayor inconveniente de este proceso

es la recogida del amoniaco desorbido.

Como ya se ha indicado, el tratamiento del lixiviado en COGERSA se lleva a cabo utilizando el proceso Biomembrat. Mediante este tratamiento se logra reducir el contenido en nitrógeno amoniacal desde valores del orden de 1900 mg/l hasta 20 mg/l. La DQO se reduce desde valores en torno a 3200 hasta valores medios de 1100 (tabla 8). Para llevar a cabo la desnitrificación es necesario añadir una fuente de carbono externa (metanol).

Año 2006 pH DQO (mg/l) Amonio (mg/l)

Influente Efluente Influente Efluente Influente Efluente

Valores medios 8,5 6,9 3244 1081 1873 19

Table 8. Características físico-químicas del lixiviado antes y después del proceso de nitrificación-desnitrificación (valores medios, año 2006)

3.5. Procesos de adsorción

Se ha estudiado el tratamiento del efluente final de la planta de lixiviados del vertedero con diferentes carbones activos (Organosorb 10MB, Organosorb 10, Filtracarb CC65/1240). El lixiviado a tratar tenía una DQO aproximada de 600 mg/l, fundamentalmente refractaria. La DBO5 oscilaba en valores en torno a 50 mg/l. La turbidez era de 5 UTN y el color de 1300

UPtCo. Los resultados del tratamiento se muestran en la tabla 9.

Organosorb 10MB Organosorb 10 Filtracarb CC65/1240

Dosis (g/l)

% DQO % color % DQO % color % DQO % color

1 26,5 11,5 25,3 13,5 26,8 11,2

2.5 34,4 17,3 27,5 16,2 34,0 15,8

5 40,9 23,1 29,6 19,2 37,4 20,0

10 47,9 30,8 33,3 23,1 43,4 26,9

20 62,7 44,6 45,3 24,6 57,9 35,0

Tabla 9. Resultados obtenidos en el tratamiento del efluente de la planta de lixiviados

De los tres adsorbentes estudiados los mejores resultados se obtuvieron con Organosorb 10MB, seguido del Filtracarb. Usando Organosorb 10MB, las eliminaciones de la DQO y del color fueron del 62,7% y 44,6%, respectivamente, para una dosis de 20 g/l y un tiempo de contacto de 5 horas. El efluente final presentaba DQOs en torno a 200 mg/l.

4. Conclusiones

Se presentan diferentes sistemas de tratamiento para reducir el contenido en materia orgánica, nitrógeno amoniacal, color y turbidez de los lixiviados de vertedero de residuos urbanos. La mayor o menor idoneidad del tratamiento depende de las características del lixiviado, fundamentalmente de si es un lixiviado catalogado como “joven” o “viejo”.

Para lixiviados jóvenes la reducción del contenido en materia orgánica se puede llevar a cabo utilizando procesos anaerobios. Para lixiviados viejos, ricos en materia orgánica no biodegradable, se puede disminuir su contenido mediante procesos de coagulación-floculación o de adsorción con carbón activo.

Por lo que respecta a la reducción del nitrógeno amoniacal, se puede llevar a cabo mediante stripping con cal y posterior absorción del amoníaco sobre ácido sulfúrico o mediante procesos de nitrificación-desnitrificación.

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Mediante coagulación con FeCl3 o con PAX se pueden conseguir reducciones de la turbidez,

y del color, tanto en lixiviados jóvenes como viejos, superiores al 90%.

5. Referencias

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[2] Kjeldsen, P., Barlaz, M.A., Rooker, A.P., Baun, A., Ledin, A., Christensen, T.H. (2002) Present and Long-Term Composition of MSW Landfill Leachate: A Review,

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[3 ] Berrueta, J. and Castrillón, L. (1992) Anaerobic treatment of leachates in UASB reactors.

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[15] Berrueta, J., Castrillón, L. (1997) Efecto del N-NH4+ sobre el tratamiento anaerobio de

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Agradecimientos

Expresamos nuestro agradecimiento a la empresa COGERSA por su colaboración y co-financiación de algunos de los estudios presentados en este trabajo. Asimismo, al Ayuntamiento de Gijón por la ayuda económica recibida.

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References