Osmosis inversa

La osmosis inversa es una técnica, que, a diferencia de las anteriores, utiliza una presión alta para traspasar el líquido por la membrana (Figura 13). Parece ser uno de los métodos más prometedores y eficientes entre los nuevos procesos de tratamiento de lixiviados en rellenos sanitarios, ya que posee gran eficiencia para la remoción de la mayoría de los contaminantes. Sin embargo, las aplicaciones estudiadas, corresponden a lixiviados viejos o pretratados, que poseen relativamente bajas concentraciones de DBO5.

Además, requiere bajos costos energéticos si se compara con otro tipo de tecnologías, pero requiere altos costos de operación y mantención, por la necesidad de realizar limpiezas y reemplazos continuos a las membranas (Cortes Diaz & Colec Lagrille, 2018).

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Figura 19. Esquema del tratamiento de osmosis inversa Fuente: (Cortes Diaz & Colec Lagrille, 2018)

Para plantas de tratamiento de aguas, con un caudal de 17 L/s, se requiere un costo de inversión de 1.900.000 USD y un costo de operación de 0,62 USD/m3, los que están asociados a la mantención de las membranas (Cortes Diaz & Colec Lagrille, 2018).

5.4.-Combinacion de tecnologías dependiendo el grado de contaminación

Los procesos que evolucionan en la actualidad para la reducción de componentes contaminantes se dividen en dos, los métodos que eliminan los contaminantes por ejemplo los biológicos y de oxidación avanzada, los métodos que separan los contaminantes en dos corrientes entre los cuales están los físicos y los térmicos (WEHRLEY, 2013).

Para la eliminación de los contaminantes producidos en los lixiviados existen varias combinaciones respectos a su carga contaminante las podemos clasifican en tres fases de baja carga, media carga y alta carga en este tipo de procesos se explican en la siguiente tabla (WEHRLEY, 2013).

67 Baja carga

DQO< 1.500mg/l NH4-N< 500 mg/l

Media carga DQO< 10.000mg/l NH4-N< 1.500 mg/l

Alta carga DQO< 20.000mg/l NH4-N< 3.000 mg/l

MBR MBR+ Carbon activo

Filtro de arena + Carbon activo

Osmosis inversa (1 o 2 etapas) + prefiltracion

MBR + Osmosis inversa Descargas del EDAR

DQO< 1500 mg/l

Descargas directa DQO< 125-160 mg/l

Descargas directa Eliminacion de sales

MBR + Carbon activo

MBR+Nanofiltracion Opcional: tratamiento

del concentrado con carbon activo

Tabla 14. Combinación de tecnologías según su grado de contaminación.

Fuente: WEHRLEY

Como explica la tabla para descargas con niveles bajos de DQO Y NH4-N para descargas directas de la estación depuradora de aguas residuales se puede aplicar proceso de filtración de arena y carbón activo la cual reduce DQO de baja biodegradabilidad, color y compuestos orgánicos halogenados, un punto importante estas tecnologías no eliminan sales, pero cuenta con un coste de inversión menor (WEHRLEY, 2013).

5.5.-Esquematización de una planta de tratamiento para lixiviados

En el caso de que existan compuestos nitrogenados se utilizar un sistema de desnitrificación y propuesta para aprovechar la DBO 5, después tendríamos un tanque aerobio con un sistema de aireación para eliminar la DQO y oxidar el amonio a nitritos y nitratos, después tendríamos la separación de sólidos y líquidos por medio de ultra fijación externa que serían los medios del sistema generando un permeado eliminando todo lo que es biodegradable y se podría realizar tratamientos posteriores de ser el caso DQO refletarías o tema de sales (WEHRLEY, 2013).

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Figura 20. Esquema de una planta de tratamiento para lixiviados.

5.6.- Tratamientos básicos de lixiviados

Este tipo se conceptos es diseñado con frecuencia en Alemania se utiliza cuando hay que bajar los niveles de contaminación según los especifique la norma de cada país, este concepto cumple con especificaciones para DBO <10 mg/l, DQO5 < 150 mg/l y NH4-N <10 mg/l esta combinación de procesos no retienes sales (WEHRLEY, 2013).

Figura 21. Tratamiento básico para lixiviados

Este tipo de conceptos se utiliza en Alemania por que no tienen restricciones de conductividad como existe en España como los de cloruro bajo ese concepto es muy utilizado en Alemania por que no genera ningún concentrado (WEHRLEY, 2013).

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5.7.-Tratamientos terciarios para tratamiento de sales

La nano filtración y osmosis inversa son procesos recomendables para la eliminación de sales y DQO de baja degradabilidad

 Separación de DQO baja biodegradabilidad y sales

 Bajo coste de operación

 Genera un residuo (concentrado) de difícil y costosa gestión (WEHRLEY, 2013).

Figura 22. Diferentes tipos de membrana.

Cuando hay que bajar conductividad el sistema sería una osmosis inversa en función de lo que necesitemos de acuerdo el uso de las distintas membranas que existen micra, ultra, nano y osmosis inversa, estaríamos que las salidas de la ultra fijación saldrían retrendian macro moléculas, virus y coloides, pero quedaría todo lo que esta disuelto. Si queremos reducir lo que esta disuelto en DQO o sales tendríamos que ir a nano e osmosis inversa en ese sentido (WEHRLEY, 2013).

De acuerdo a lo estipulado en la figura nos muestra cada una de las membranas y su efectividad en los procesos de reducción de contaminantes y sales. El concepto de tratamiento para lixiviados con contaminantes de sales seria el siguiente.

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Figura 23. Concepto para eliminación de DBO, amonio en lixiviados.

El concepto sería el MBR más una nana filtración cuando la retención de sales no es lo importante es la DQO sería equivalente a un carbón activo generaríamos un concentrado entre el 15 y el 20% más o menos de la entrado a la nano se generaría concentrados que abría que tratar externamente o abría que gestionar en el mismo vertedero generando una salida sin color, sin DBO, sin amonio, pero todavía con sales (WEHRLEY, 2013).

Figura 24. Concepto para eliminación con alta retención de sales en lixiviados.

Cuando tenemos que bajar cloruros de 2000 a conductividades de 6 o 5 con una nana filtración no sería suficiente tendríamos que irnos a unas membranas de osmosis inversa en el que generaremos mayor concentrado más cargados, pero sería una de las soluciones para el tema de sales realmente no hay muchos más tratamientos (WEHRLEY, 2013).

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Este proceso se generaría na concentrado de gestión externa de 20 al 30% con un porcentaje de salida de osmosis inversa del 70 a 80% con una alta retención de sales.

5.8.-Planta de tratamiento integral.

Esta planta está compuesta por un biorreactor, ultra fijación, osmosis inversa el producto de los residuos se debe procesar por medio de energizados o evaporación para ser devuelto nuevamente al vertedero (WEHRLEY, 2013).

Figura 25. Esquema de una planta integral para lixiviados.

Lo que tenemos también tendremos que complacer todos esos elementos los que tendríamos es una MBR más nano filtración y tratamientos y después un concentrado de carbón activo de manera que ese concentrado que genera la nano filtración donde dejaste pasar las sales, pero tienes un concentrado de DQO refractaria abría dos opciones o la llevas donde alguien que te la gestione y pagas por ello o bien la tratas en tu propio vertedero por medio del carbón activo una salida al biorreactor (WEHRLEY, 2013).

Esto también se referencia en Alemania por el tema de las sales eso tiene sentido cuando no hay sales en el vertido o conductividad.

5.9-Concepto de tratamiento de sales

En procesos de remoción de sales los procesos indicados son las osmosis inversa y procesos de nanofiltración. En el siguiente esquema se presenta el proceso de eliminación de sales (WEHRLEY, 2013).

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Figura 26. Concepto de tratamiento para eliminación de sales.

Fuente: WEHRLEY

En cuanto a osmosis inversa y el MBR como tratamiento de lixiviados pueden tener varios factores de impacto unos que son dañinos a la membrana que reducen el rendimiento.

Si metemos el lixiviado un MBR reduciríamos gran parte de esos factores de impacto al osmosis inversa, por lo tanto, es siempre recomendable dejar para la osmosis lo que realmente elimina que es la sal y la conductividad para eliminar todo lo que es biodegradable con una biología anterior y previa al osmosis (WEHRLEY, 2013).

Figura 27. Factores que tiene impacto la osmosis inversa Fuente: WEHRLEY

73 5.10-Comparación de osmosis inversa vs MBR +OI.

 La osmosis concentra, pero no elimina como ocurre en la depuración con MBR

 El rechazo de la OI precisa de una gestión y/o inertización más costosa.

 Generación de un mayor volumen de rechazo.

 Mayor consumo de aditivos químicos

 Dificulta de operación debido a la materia en suspensión y orgánica en lixiviados

 Mayor ensuciamiento de las membranas de OI

 Mayor frecuencia de ciclo de lavado, Derivado de lo anterior.

 Menor vida media de las membranas: debido al mayor ensuciamiento y biofouling

 En aquellos casos en los que hay elevado contenido en amonio, como los lixiviados de vertederos se precisa un proceso de strippin (WEHRLEY, 2013).

Por lo tanto, mi recomendación es que la osmosis inversa es después de un MBR elimina el amonio que existen en plantas de tratamiento de residuos industriales.

Lo que se aplicó en Alemania y se puede hacer en España dejar hacer es recircular el concentrado al propio vertedero porque al final es lo que hace dejar al vertedero concentrar las sales que está recirculando y te va aumentar en el lixiviado y en la siguiente grafica se ve una muestra real que se hicieron en Alemania con un lixiviado con sistema MBR y osmosis inversa momento que se dejó de llevar el concentrado a un gestor y se operó directamente al osmosis inversa y se retículo el centrado podemos ver se dobló la parte de la DQO y el amonio (WEHRLEY, 2013).

Figura 28. Consecuencia de recircular el concentrado del osmosis inversa al propio vertedero.

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Y en caso de la conductividad otro caso de lo mismo se llegó a doblar la conductividad del lixiviado al recircular el concentrado en el vertedero.

Figura 29. Consecuencia de conductividad al recircular el concentrado al vertedero.

Fuente: WEHRLEY

Otros métodos de tratamiento de lixiviados esta las siguientes:

 Evaporación atmosférica

 Evaporación con vacío

 Eléctrica (termo compresión)

 Caldera (WEHRLEY, 2013)

Comparación de acuerdo a la empresa WEHRLE de tecnologías de tratamiento lixiviados menores a 100 m3/día. Se detalla a continuación:

MBR MBR+OI OI EVAPO

ATM

EVAPO VACIO Evita concentrar los

contaminantes

++ + - - -

Reduce amonio en vertedero ++ ++ + - --

Reduce sales en vertedero -- ++ ++ ++ ++

Coste gestión residuos + - -- - -

Consumo de aditivos + - -- + --

75 Incrustaciones/

Ensuciamiento

++ + -- - --

Frecuencia de lavados ++ + -- + --

Consumo energético + - ++ - --

Disponibilidad de operación ++ ++ + - --

Coste de inversión ++ + ++ + --

Generación de malos olores ++ ++ + -- --

Referencias (> 100 m3/d) ++ ++ + -- --

Tabla 15. Comparación de tecnologías en tratamientos de lixiviados (> 100 m3/día) Fuente: WEHRLE

Como conclusión de los tratamientos de lixiviados se consideró lo siguiente:

 El lixiviado del vertedero es un residuo muy contaminante y que requiere de una adecuada combinación de procesos para poder ser depurado.

 Existen tecnologías capaces de llevar a cabo un tratamiento in situ.

 La sección del tratamiento más adecuado es una cuestión de caudal, grado de contaminación y límites de vertedero.

 La filtración directa con la osmosis inversa y recirculación del concentrado en el propio vertedero no es una solución sostenible a medio plazo.

 El tratamiento biológico MBR combinado con terciarios con membranas (NF/OI) se presenta como la tecnología más eficiente, sostenible y que posee más referencias en tratamientos de lixiviados para vertederos a nivel mundial (WEHRLEY, 2013).

5.11.-Ejemplos de aplicación de tecnologías aplicadas a lixiviados.

se presentan a continuación tecnologías usadas en diferentes lixiviados que se encuentran en funcionamiento con excelentes resultados (WEHRLEY, 2013).

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Figura 30. Vertedero del Garraf, Barcelona.

Fuente: WEHRLEY

Figura 31. Vertedero Artigas, Bilbao Fuente: WEHRLEY

Figura 32. Vertedero RSU Meruelo, Cantabria Fuente: WEHRLEY

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Figura 33. Vertedero Ecoparc 1, Barcelona Fuente: WEHRLEY

Figura 34. Vertedero RSU Meruelo, Cantabria Fuente: WEHRLEY

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5.12.-Objetivo 3: Comparar los costos de tratamiento de lixiviados para cada tecnología.

5.12.1.-Costos de tratamiento

Para el análisis de este objetivo está basado en investigaciones realizadas sobre las diferentes tecnologías para tratamiento de lixiviados en relleno sanitario.

Este informe contiene los resultados del análisis de la información disponible para la caracterización de los efluentes líquidos por rubros, la selección y análisis de las principales tecnologías existentes para su tratamiento, el análisis de compatibilidad entre las diferentes tecnologías, la estimación de costos, tanto de inversión como de operación y mantenimiento, y las funciones asociadas a dichos costos. Asimismo, toda la información ha sido organizada en formato de base de datos para facilitar el acceso a la información presentada (Puyuelo, Rodríguez, & Giménez, 2014) .

En el 2013 se realizó la XIV conferencia ATEGRUS sobre vertederos controlados, en el cual se presentaron diferentes industrias dedicadas a ofrecer diferentes tratamientos tecnológicos para el tratamiento de lixiviados estas empresas cuentan con un alto grado de experiencia en construcción y mantenimiento en diferentes países.

Basada en la experiencia de estas empresas se plantea el análisis del coste de los diferentes tipos de tratamientos que son utilizados en diferentes casos, cabe indicar cada tratamiento cumple con una función específica en eliminar componentes que formar los residuos de los lixiviados por su alto grado de contaminación es necesario emplear varios tratamientos esto dependerá las políticas ambientales de cada país.

A continuación, se muestra cada uno de los tratamientos con su ficha tecnológica y la estimación de costo para diferentes caudales.

5.12.2.- Tratamiento físico- químico

Los tratamientos físicos-químicos tienen como principal funcionamiento los procesos de flotación, decantación de solidos suspendidos, metales, dureza, coagulación y floculación. El costo de inversión es bajo un estimado de 0,42 y 0,84 dólares el m3.

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TRATAMIENTOS FÍSICO-QUÍMICOS PRINCIPIO

FUNCIONAMIENTO

Flotación/ Decantación de SS. AyG, Metales y Dureza Coagulados y/ o Floculados

RENDIMIENTO

Alto  En contaminantes específicos (SS, metales, dureza y AyG)

Nulo  En compuestos disueltos orgánicos, conductividad o nitrógeno

FLEXIBILIDAD Mala

Perdidas de rendimiento porque las dosis de reactivos no están enclavadas a las

concentraciones de los contaminantes

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Moderad o

 Requiere supervisión para ajustar dosis

 En ablandamiento pueden ocurrir fuertes incrustaciones en la línea de fango con necesidad de mantenimiento correctivo.

INVERSIÓN Muy baja

COSTES DE

EXPLOTACIÓN Muy bajo 0,42 $/m3 - 0,84 $/m3

RECHAZO Muy bajo 0,25% - 0,75%

APLICACIÓN  Pretratamiento de ablandamiento en situaciones particulares de elevada dureza

Tabla 16.- Tratamiento físico –químico

Fuente: XIV conferencia ATEGRUS sobre vertederos controlados

5.12.3.- Tratamiento stripping – scrubber

Este proceso de lavado de gases o líquido, su trabajo como proceso de absorción y desorción por medio de biofiltros, con distintos tipos de relleno y para tratamientos diversos.

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Las principales sustancias que eliminan presentes en un gas o en un líquido, tales como HCl, Cl2, SO2, NOx, NH3, Bocks, THM, etc.

Los equipos necesarios para su funcionamiento son los accesorios como bombas, ventiladores, sensores, cuadro eléctrico, etc. Se debe verificar su correcto montaje y posicionamiento.

STRIPPING/SCRUBBER PRINCIPIO

FUNCIONAMIENT O

Eliminación / fijación y concentración del amoniaco por desorción / adsorción

RENDIMIENTO Muy Alto - En Amonio

Nulo - En el resto de compuestos

FLEXIBILIDAD Buena

Mantenimiento del rendimiento, recuperación y disponibilidad, a excepción de cambios de temperatura y PH, que son fáciles de controlar OPERACIÓN Y

MANTENIMIENTO Bajo

- Limpieza correctiva del relleno o sustitución en caso de ensuciamiento por SS.

INVERSIÓN Baja

COSTES DE

EXPLOTACIÓN Bajo 0,96 $/m3 – 2,17 $/m3

RECHAZO Bajo 0,5% - 1,5%

APLICACIÓN  Afino para eliminación de nitrógeno en situaciones de bajos SS.

Tabla 17.- Tratamiento stripping/ scrubber

Fuente: XIV conferencia ATEGRUS sobre vertederos controlados

81 5.12.4.-Estabilización y Solidificación

La expresión solidificación/estabilización se refiere a un grupo de métodos de limpieza que evitan o reducen la liberación de químicos nocivos del suelo o lodo contaminado. En general, estos métodos no destruyen los químicos, sino que protegen la salud humana y el medio ambiente al impedir que los químicos se desprendan hacia el medio ambiente

ESTABILIZACIÓN/ SOLIDIFICACIÓN

PRINCIPIO

FUNCIONAMIENTO

Reducción de la contaminación y el potencial peligroso de residuo mediante fijación química y estructural.

RENDIMIENTO Alto

Bajo

- En cationes

- En aniones (cloruros, nitratos, sulfatos) y compuestos orgánicos.

FLEXIBILIDAD Mala

- Perdida de rendimiento porque las dosis de reactivos no están enclavadas a las concentraciones de los contaminantes

OPERACIÓN Y

MANTENIMIENTO Muy Alto

- Reactivos muy incrustantes que requieren atención y limpiezas preventivas y correctivas habituales.

- Requiere supervisión para ajustar dosis.

INVERSIÓN Alta

COSTES DE

EXPLOTACIÓN Muy Alto 80.78 $/m3 – 17,30 $/m3

RECHAZO Muy Alto 120% - 140% cambio en la clasificación peligrosa del residuo.

APLICACIÓN  Tratamiento final de concentración de evaporación sin alternativa de gestión

Tabla 18.- Tratamiento físico –químico

Fuente: XIV conferencia ATEGRUS sobre vertederos controlados

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5.12.5.- Tratamiento biológicos aerobios y anaeróbicos

Este proceso consiste en la eliminación por medio de metabolismo aerobios la contaminación orgánica biodegradable a CO2, y el amonio a N2.

Estos procesos tienen buenos rendimientos en la eliminación DQO, conductividad, sales y compuestos refractivos. Los costos y especificaciones de este tratamiento se los expone en el siguiente cuadro:

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS AEROBIOS PRINCIPIO

FUNCIONAMIENT O

Eliminación por metabolismo aerobios de la contaminación orgánica biodegradable a CO2, y el amonio a N2

RENDIMIENTO

Alto - En DQO biodegradable y amonio Moderado - En DQO poco biodegradable

Nulo - En conductividad, sales y compuestos refractivos

FLEXIBILIDAD Mala

Los cambios en cargas, tóxicos y naturalezas de la contaminación requieren un periodo de adaptación con posibles efectos en rendimiento y/o disponibilidad.

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Moderado/

Alto

- En MBR posibilidad de pérdida de flux que requiere limpieza correctiva o sustitución.

- Se requiere supervisión para mantener la estabilidad biológica

INVERSIÓN

Alta - En cabeza con agua bruta Baja - En cola como afino COSTES DE

EXPLOTACIÓN

Alto En cabeza con agua bruta: 3,01 $/m3 – 6,03

$/m3

Muy Bajo En cola como afino: 0,24 $/m3 – 1,09 $/m3 RECHAZO Alto En cabeza con agua bruta y línea de fango: 0,5%

- 2%

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Muy Bajo En cola como afino sin línea de fangos: 0,1% - 0,9%

APLICACIÓN

Tratamiento de vertidos con cumplimiento de conductividad del agua bruta

Afino de tratamiento de concentración Tabla 19.- Tratamiento biológicos aerobios

Fuente: XIV conferencia ATEGRUS sobre vertederos controlados

5.12.6.-Evaporación con condensación

Estos tratamientos por medio de la ebullición por medio de energía eléctrica de fluido en calefactores producen la condensación, luego pasa por un proceso de refrigeración de los compuestos volátiles en condiciones de presión.

Los costos de este tratamiento son elevados cuando no existe aprovechamiento energético y pueden llegar a tener un coste de 30,38 dólares el m3 de lixiviado.

EVAPORACIÓN CON CONDENSACIÓN PRINCIPIO

FUNCIONAMIENT O

Ebullición con aporte energético de fluido calefactor condensación con circuito de refrigeración de los compuestos

volátiles en las condiciones de presión y temperatura de la evaporación.

RENDIMIENTO Muy Alto - En todas las especies fundamentales (90 – 99%)

Alto - En Amonio (60 – 85%)

FLEXIBILIDAD Muy

Buena

- Mantenimiento de rendimientos, disponibilidad y recuperación en una horquilla amplia de condiciones de entrada.

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Moderado / Bajo

- Limpiezas correctivas mecánicas de alta eficiencia.

- En caso de calderas de biomasa, limpieza de caldera por acumulación de cenizas.

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INVERSIÓN Alta

COSTES DE EXPLOTACIÓN

Moderado Alto

Con aprovechamiento energético: 2,41 $/m3 – 3,86 $/m3

Sin aprovechamiento energético: 8,44 $/m3 – 30,38 $/m3

RECHAZO Bajo 1% - 7%

APLICACIÓN  Tratamiento principal en situaciones de bajo caudal

 Concentración final tras tratamiento de osmosis.

Tabla 20.- Tratamiento físico –químico

Fuente: XIV conferencia ATEGRUS sobre vertederos controlados

5.12.7.-Evaporación atmosférica

Este proceso consiste en la transferencia de maso o corriente de aire sin aporte energético de fluido con emisión a la atmosfera de los compuestos volátiles.

Al ser eliminados los gases a la atmosfera su costo es menor al de consumo energético y tiene un coste por metro cubico de 3,98 dólares.

EVAPORACIÓN ATMOSFÉRICA

PRINCIPIO

FUNCIONAMIENT O

Transferencia e masa o corriente de aire sin aporte energético de fluido calefactor con emisión a la atmosfera de los compuestos volátiles en las condiciones de presión y temperatura de la evaporación.

RENDIMIENTO N/A - Los contaminantes volátiles se transfieren a la atmósfera

FLEXIBILIDAD

Mala Buena

- Perdida elevada de disponibilidad en condiciones de alta humedad relativa sin aporte de calor.

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- Mantenimiento de rendimientos y recuperación en una horquilla amplia de condiciones de entrada.

OPERACIÓN Y

MANTENIMIENTO

Moderado / Bajo

- Limpiezas de rellenos para mantener rendimientos.

INVERSIÓN Alta

COSTES DE

EXPLOTACIÓN Moderado 2,41 $/m3 – 3,98 $/m3

RECHAZO Bajo 5% - 12%

APLICACIÓN  Tratamiento con capacidad de acumulación anual y aceptación de emisores

Tabla 21.- Tratamiento físico –químico

Fuente: XIV conferencia ATEGRUS sobre vertederos controlados

5.12.8.-Osmosis inversa con membrana en espiral

Los equipos de ósmosis inversa utilizan una membrana semipermeable que permite obtener de una manera sencilla y simple en eliminación de sales. Las sales son alta mente perjudiciales en otros procesos por la presencia de corrección en lixiviados que contenga un grado de contaminación de sales es recomendable implementar este sistema.

OSMOSIS INVERSA CON MEMBRANA EN ESPIRAL PRINCIPIO

FUNCIONAMIENT O

Osmotización de agua con membranas en espiral de alta compacidad

RENDIMIENTO Muy Alto - En todas las especies fundamentales (90 – 99%)

Alto - En Amonio (75 – 90%) FLEXIBILIDAD

In document TEMA - Repositorio Digital UNESUM (página 81-106)