Ponencia Producción y Tratamiento de Lixiviados de Vertedero. pdf
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Producción y tratamiento de lixiviados de vertederos Jaume Cabré TALLER DE CAPACITACIÓN SOBRE GESTION DE RSU Dpto. Ingeniería Química Facultad de Ciencias UNIVERSIDAD DE MÁLAGA Octubre de 2013 Índice 1. Producción de lixiviados • Balance hídrico de un depósito controlado de residuos • Sistemas de minimización • Modelos de predicción 2. Tratamiento de lixiviados • Caracterización química de los lixiviados • Tecnologías disponibles. • Elección del sistema de tratamiento 3. Tratamientos de los lixiviados en CESPA • Nuestras Plantas de tratamiento • Tecnologías aplicadas y líneas de tratamiento • Nuevas tecnologías en desarrollo 0.1 Producción de lixiviados Balance hídrico de un depósito controlado Sistemas de minimización Modelos de predicción Balance hídrico de un Vertedero Una parte importante del agua que interviene en el balance hídrico de un depósito controlado se convierte en lixiviado. El Tratamiento de lixiviados es un verdadero Talón de Aquiles de los Depósitos de Residus. El tratamiento del lixiviado supone un elevadísimo coste, tanto durante la fase de explotación como durante la fase de vigilancia postclausura. Una gestión correcta del agua evitará la innecesaria e incontrolada formación de lixiviados, reduciendo significativamente los costes de operación. El mejor lixiviado es el que no se genera Balance hídrico de un Vertedero FASE DE EXPLOTACIÓN FASE DE POST-CLAUSURA ÁREAS CLAUSURADAS ÁREAS ABIERTAS P ÁREAS CON CUBRICIÓN INTERMEDIA P T E2 P E3 E1 I2 CUNETA PERIMETRAL ES3 ES1 W W W I3 LIXIVIADO P L W I E ES T precipitación lixiviado agua del residuo infiltración evaporación escorrentia transpiración Ln = W + In i In = P - En - T - ESn Ln = W + P - En - T - ESn I1 = 0 ES2 = 0 T=0 T=0 L1 = W L2 = W + P - E2 L3 = W + P - E3 - ES3 MGIM (VIII Ed.) UCLA. Producción y Tratamiento de Lixiviados. CUNETA PERIMETRAL Balance hídrico y producción de lixiviados Lixiviado = Agua en el residuo + Infiltración agua de lluvia + Entradas agua subterránea Para reducir la producción de lixiviados, hay que reducir los términos del balance. En los Depósitos Controlados actuales se supone que las entradas de agua subterránea son nulas, gracias al sistema de impermeabilización. La cantidad de agua que entra con el residuo es difícil de reducir. Por tanto, para reducir la producción de lixiviados, hay que reducir la INFILTRACIÓN de agua de lluvia Balance hídrico y producción de lixiviados En el área en explotación no es posible reducir el agua infiltrada, si bien hay que tener en cuenta que a mayor área descubierta, mayor infiltración. Área abierta en operación Hay que llegar a un compromiso entre una superficie descubierta mínima que permita el adecuado movimiento de la maquinaria en función de las toneladas diarias gestionadas. En el área clausurada, sobretodo si se ha utilizado geomembrana, la infiltración es cero (salvo accidente). Área clausurada Área con cubrición temporal Por tanto, hay que actuar en las áreas con cubrición temporal para reducir la infiltración. Sistemas de minimización Control de la Infiltración. Cubriciones temporales El material más utilizado para las cubriciones temporales son las propias tierras sobrantes de la excavación de las celdas. La permeabilidad de las mismas será un factor determinante para su utilización. En caso de no haber excedente de tierras, se recurre al suministro de tierras externas o bien, a residuos cuyas características los hacen aptos para este fin. Otra posibilidad es la utilización de materiales plásticos impermeables, sobretodo en aquellos sitios con pluviometría elevada. En todos los casos las pendientes deben ser las necesarias para evitar que la escorrentía se infiltre en el residuo. Sistemas de minimización Cubriciones temporales con tierras Ventajas Recurso fácilmente accesible Facilidad de manipulación con la maquinaria habitual Inconvenientes Permeabilidad elevada infiltración lixiviados Creación de barreras hidráulicas dentro del residuo si no se retiran correctamente Pérdida de densidad menor rentabilidad Sistemas de minimización Cubriciones temporales con materiales plásticos (I) Geomembrana de PE de alta o baja densidad, de poco espesor, soldada por electrofusión. Ventajas Permeabilidad cero reducción drástica de lixiviados No hay pérdida de densidad ya que no ocupa volumen Inconvenientes Personal especializado para su instalación Necesaria una superficie sin irregularidades para su instalación (capa de regularización) Pocas posibilidades de reutilización Sistemas de minimización Cubriciones temporales con materiales plásticos (II) Paneles plásticos solapados y lastrados Ventajas Permeabilidad cero reducción drástica de lixiviados No hay pérdida de densidad ya que no ocupa volumen Facilidad de instalación por el personal de la explotación Posibilidad de reutilización Inconvenientes Necesaria una superficie sin irregularidades para su instalación (capa de regularización) Material de lastre (neumáticos, sacos de arena,..) Modelos de Predicción Composición volumétrica del residuo % EN VOLUMEN 100 % SATURACIÓN MACROPOROSIDAD CAPACIDAD DE CAMPO (CC) MICROPOROSIDAD PUNTO MARCHITEZ PERMANENTE (PMP) AGUA ESTRUCTURAL FRACCIÓN ORGÁNICA FRACCIÓN SOLIDA FRACCIÓN MINERAL Modelos de Predicción Procesos de generación de lixiviados SITUACIÓN ANTES DEL VERTIDO COMPACTACIÓN MAQUINARIA COMPRESIÓN DE LAS CAPAS SUPERIORES 100 % SATURACIÓN CC1 AGUA LIXIVIADO CC2 CCF TIEMPO PRODUCCIÓN DE LIXIVIADOS POR AGUA CONTENIDA EN EL RESIDUO = CCF - CC1 Modelos Predictivos de Producción Resultan indispensables para dimensionar los sistemas de drenaje, transporte y tratamiento final, ya desde la fase de diseño. La utilización de modelos predictivos nos ayudará a anticipar los costes operativos ya desde la fase de diseño e introducirlos en Plan de Negocio. Existen varios modelos predictivos que trabajan tanto cuantitativa como cualitativamente: HELP, FULLFILL, Moduelo, LWB, etc….. Modelos cuantitativos Modelos cualitativos 0.2 Tratamiento de lixiviados Caracterización química de los lixiviados Tecnologías disponibles Elección del sistema de tratamiento Caracterización química de los lixiviados Composición standard Contenidos orgánicos: 0,1 - 3 g (5 - 20 % en peso) Parámetros 1.000 g Lixiviado DQO , DBO5 , COT , AOX = 2 - 15 g Contenidos Contenidos inorgánicos: 1,5 - 14,3 g (80 - 95 % en peso) Parámetros Compuestos de nitrógeno 0,3 - 2 g Compuestos iónicos 1,3 - 12,3 g Metales pesados 0,0005-0,004 g Porcentaje en peso (promedio) Porcentaje en peso (promedio) Porcentaje en peso (promedio) Ca++ 2% Fe2+/3+ 2% NO2-N 1% NO3-N 2% + Mg++ 2% SO42- 1% K+ 8% Cl- 17% HCO3- 57% Hg 2% Cd 5% Cu 12% Na+ 11% NH4-N 97% As 4% Zn 35% Pb 12% Ni 15% Cr 15% 985 – 998 g Agua Caracterización química de los lixiviados Composición estándar de los lixiviados de CESPA 1,70% DQO 35,03% Nitrógeno Sales 55,41% Metales 7,86% pH Conduct. microS/cm TSS mg/l Amoníaco mg/l Nitratos mg/l Nitritos mg/l P mg/l Cl mg/l Sulfuros mg/l Sulfatos mg/l Cianuros mg/l Ca mg/l Al mg/l F mg/l Mg mg/l Bicarbonato mg/l Media 8,15 26.483 5.216 2.057 216 31 67 4.570 50 835 0,08 37 8,8 47,2 32,7 220 MAX 8,98 91.750 42.766 4.156 900 116 252 10.650 148 1.867 0,21 61 42,9 211,3 65,3 415 MIN 6,76 1.178 18 37 0,20 0,05 1 612 0,05 100 0,01 6 0,02 0,24 0,02 26 DQO TOC BOD Fe Zn Cu Pb Cd Cr Ni Ba B Mn Sb As Hg Se mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Media 10.517 4.096 2.897 15,96 2,33 1,16 0,221 0,101 1,09 0,73 0,24 299,9 0,11 0,019 0,25 0,01 0,02 MAX 34.000 19.370 12.400 45,60 21,59 8,69 0,955 0,914 3,20 2,31 0,59 1.125,9 0,20 0,035 1,02 0,08 0,05 MIN 177 46 29 0,15 0,04 0,02 0,001 0,001 0,03 0,01 0,08 0,68 0,02 0,002 0,01 0,001 0,01 Tecnologías disponibles Tratamientos biológicos Tratamientos de membranas Tratamientos físico-químicos Evaporación Lagunaje Filtración Coagulaciónfloculaciónprecipitación Inversión - Tratamientos térmicos Evapocondensación Biológico convencional Secado SBR MBR Ultrafiltración Ósmosis inversa Stripping amoníaco Carbón activo Electroxidación Ozonización + Oxidación química Tecnologías disponibles Campo de aplicación de las diferentes tecnologías TECNOLOGÍA Stripping Carbón activo Oxidación Química Ozonación Coagulación-Floculación Electrooxidación Lagunaje Biologico Convencional SBR MBR Ósmosis Inversa Filtración/UF Evaporación Atmosférica Evapo-Condensación Secado térmico Sólidos DQO Amonio Sales metales Aceites y grasas Compuestos aromáticos 0 + + + + + 0 0 + + 0 + + + + + + 0 0 + + + 0 + 0 + + + + 0 + 0 0 0 + + + + + + + + + + - Tratamientos Físico-Químicos Tratamientos Biológicos Tratamientos de Membrana Tratamientos Térmicos + 0 - Residuo Comentarios + + + + 0 0 0 0 sulfato amónico mantenimiento elevado carbón activo tratamiento terciario fangos elevado coste de reactivos - terciario/sin planta propia fangos pre-tratamiento - sin planta propia - bajas cargas fangos disponibilidad espacio fangos un solo reactor fangos altas cargas - concentrado limitación de cond. de entrada - agua de lavado pre-tratamiento adecuado parcialmente adecuado no adecuado concentrado emisión atmosférica concentrado calidad del destilado f(pH) polvo alto consumo energético Elección del sistema de tratamiento Combinación de procesos Dada la complejidad química de los lixiviados, su tratamiento adecuado siempre implicará una combinación de distintas tecnologías Fase 1 Tratamientos biológicos Biorreactor DBO5 Nitrógeno Fase 2 SS Nano/Ultrafiltración Ósmosis Inversa UV, carbón activo, oxidación química Bacterias Contaminación orgánica Evapocondensación Coagulación-Floculación Secado térmico Osmosis Inversa Contaminación mineral Fase 3 Reducción de volumen de residuos Evaporación atmosférica Evapocondensación Fase 4 Eliminación residuos Inertización Incineración Gestión externa Elección del sistema de tratamiento Criterios de selección de tecnologías La selección del proceso más adecuado para el tratamiento de los lixiviados dependerá de: Calidad Lixiviado Composición Concentración Balsas o depósitos de homogeneización Cantidad Energía Efluente Volumen a tratar Fuente y Disponibilidad Legislación Coeficiente de producción Desgasificación y tratamiento de biogás Medio receptor Frente abierto Pluviometría Otras fuentes de energía Costes Inversión CAPEX Inicial Vida útil Operación Mantenimiento Reactivos Energía Personal Residuos Gestión posterior Volumen Características Tratabildad Coste Muchos tratamientos generan a su vez otras fracciones residuales y concentrados que deben ser gestionados de forma viable. Además de los factores técnicos y legales hay que valorar los aspectos económicos, inversión y costes de explotación. No existe una solución única y milagrosa. Ni es reproducible. Tecnologías aplicadas y líneas de tratamiento Para un mismo lixiviado, se pueden establecer tres tipos de lineas de tratamiento en función de las condiciones de vertido requeridas. De menos restrictivas a más restrictivas son: • Modelo A. Sin vertido y con posibilidad de gestionar internamente el concentrado. • Tratamiento físico-químico Modelo B. Vertido a colector (límites de vertido menos restrictivos). Depósito Controlado de Reus • Modelo C. Vertido a cauce (límites de vertido más restrictivos) • Modelo D. Vertido a colector de salmueras (DQO refractaria) Los tres ejemplos que siguen a continuación, parten de un lixiviado tipo cuyas características son: GENERA LES pH Tª METALES ud pH OTROS 8 A rsénico mg/l 0,1 ºC 25 Cadmio mg/l 0 sólidos en suspensión mg/l 1.000 Cromo mg/l 0 Aceites y Grasas (min) mg/l 1,5 Cobre mg/l 0 DQO mg/l 5.200 Hierro mg/l 500 DBO5 mg/l 3.200 Niquel mg/l 0,1 Amonio mg/l 2.000 Plomo mg/l 0 Cloruros mg/l 6.500 Cinc mg/l 0,1 Sulfatos mg/l 150 Mercurio mg/l 0 Sulfuros mg/l 0 Plata mg/l 0 Fenoles Toxicidad mg/l 1 eq/m3 0 Tecnologías aplicadas y líneas de tratamiento Modelo A. Sin vertido y con posibilidad de gestión interna del concentrado Tratamiento físico-químico Depósito Controlado de Reus INERTIZACIÓN Caudal nominal Inversión Coste de tratamiento (s.i.) Coste de tratamiento (c.i.) Sin vertido y con gestión interna Comentarios 50 m3/d Caudal fijado para la comparativa 500.000 - 700.000€ Solo equipos de evaporación y aprovechamiento de calor residual (sin obra civil) 8-10 €/m3 Gestión interna del concentrado 25-30 €/m3 Gestión interna del concentrado inertizado Tecnologías aplicadas y líneas de tratamiento Modelo B. Vertido a colector (límites de vertido poco restrictivos) MBR Tecnologías aplicadas y líneas de tratamiento Modelo C. Vertido a cauce (límites de vertido muy restrictivos) Tecnologías aplicadas y líneas de tratamiento • Modelo D. Vertido a colector de salmueras (DQO refractaria) Oxidación Química + Físico Químico + Stripping de amoniaco Caudal nominal Inversión Coste de tratamiento Vertido a cauce Comentarios 50 m3/d Caudal fijado para la comparativa 600.000-800.000 € Solo equipos (poca obra civil, solo soleras y tanques) 3 56-66 €/m No incluye la gestión externa del Sulfato amónico. La gestión del efluente salino supone un 30% del coste total Cuadro resumen sistemas de tratamiento Tipo de tratamiento MODELO A TRATAMIENTO TÉRMICO Tecnología Evaporación atmosférica (con aprovechamiento de calor residual) MODELO B TRATAMIENTO BIOLÓGICO MBR MODELO C TRATAMIENTO TÉRMICO + MEMBRANAS + FÍSICO-QUÍMICO + TÉRMICO Evapocondensación Ósmosis inversa Carbón activo Secado concentrados MODELO D FISICOOxidación química QUÍMICO + Físico químico FÍSICO-QUÍMICO + Stripping STRIPPING Rango de inversión € Coste de tratamiento €/m3 Aspectos relevantes que impactan en la inversión / costes de tratamiento Sin vertido Gestión interna del concentrado 500.000 700.000 8 - 10 (25-30) Disponibilidad de calor residual. Si no Existe, la inversión se puede llegar a triplicar. Vertido a colector Límites poco restrictivos 700.000 900.000 6-8 Los costes de tratamiento dependen en gran parte de la naturaleza del lixiviado (coste de los reactivos) Límite vertido Vertido a cauce Límites muy restrictivos 1.000.000 + 900.000 (planta secado) 40 - 60 Aproximadamente, un 30 % de los costes de tratamiento corresponden a la gestión del concentrado. Vertido a colector de salmueras 600.000 + 800.000 56 - 66 Gestión compleja del sulfato amónico generado Tratamientos de los lixiviados en CESPA Nuestras Plantas de tratamiento Tecnologías aplicadas y líneas de tratamiento Nuevas tecnologías en desarrollo Tecnologías aplicadas y líneas de tratamiento Cespa cuenta con 18 plantas en operación en vertederos que involucran a 38 etapas con distintas tecnologías. La capacidad de tratamiento instalada supera los 450.000 m3 anuales. En 2012 se trataron un total de 313.000 m3 Tecnologías Nº Desorción-Adsorción amoníaco 5 Oxidación 2 Biológico convencional 3 Biológico MBR 5 Ósmosis Inversa 7 Evaporación forzada 3 Evapo- Condensación 4 Secado Térmico 4 Físico-químico 5 Nuestras plantas de tratamiento Tratamiento Evapocondensación+ Stripping+ Unidad de Secado térmico y OTR Depósito Controlado de Pierola (fase I) Unidad de Secado térmico y OTR Unidad de Evapo-condensación Unidad de desoción-absorción de amoníaco Nuestras plantas de tratamiento Tratamiento Evapocondensación+ Ósmosis Inversa + Unidad de Secado térmico y OTR Depósito Controlado de Pierola (fase II) Unidades de Evapo-condensación Unidad de Ósmosis Inversa Unidad de Oxidación Térmica Regenerativa (OTR) Nuestras plantas de tratamiento Tratamiento biológico convencional Depósito Controlado de Larrabetzu Unidad de Tratamiento Biológico y Ósmosis Inversa Depósito Controlado de Planalto Beirao Unidad de Tratamiento Biológico MBR Depósito Controlado de Colmenar Viejo Nuestras plantas de tratamiento Unidad de ósmosis inversa Depósito Controlado de Toledo Unidad de oxidación húmeda por peróxidos + tratamiento físico-químico Depósito Controlado de Reus Tratamiento físico-químico Depósito Controlado de Getxo Nuestras plantas de tratamiento Tratamiento Oxidación peróxidos + Físico-Químico (fase I) y Biológico SBR (fase II) Depósito Controlado de Mutiloa Unidad de Oxidación con peróxidos Unidad Biológica SBR Tratamiento físico-químico Nuestras plantas de tratamiento Módulos de Ósmosis Inversa. Depósito Controlado de Sta Mª de Palautordera Tratamiento Ósmosis Inversa+ Evapocondensación+ Stripping+ Unidad de Secado térmico y OTR Depósito Controlado de Palautordera Unidad de Ósmosis Inversa Secado térmico y OTR Unidad de Evapo-condensación Módulos de Ósmosis Inversa. Módulos de Ósmosis Inversa. Depósito Controlado de Sta Mª de Palautordera Nuestras plantas de tratamiento Tratamiento Biológico y Ultrafiltración (MBR) + Ósmosis Inversa Depósito Controlado de Orís Depósito Homogeneización (Proceso MBR) Tanque Nitrificación-Desnitrificación y Ultrafiltración ( Proceso MBR) Módulos Ósmosis Inversa Nuestras plantas de tratamiento Evaporación Atmosférica con aprovechamiento de calor residual Depósito Controlado de Alcalá del Río (Sevilla) Nuevas tecnologías en desarrollo Proceso PANAMMOX NITRIFICACIÓN PARCIAL O2 NH4 N2 N2O NITRIFICACIÓN + NH2OH ANAMMOX NO2- NO3- DESNITRIFICACIÓN Bacteria anammox Candidatus “Brocadia anammoxidans” Nuevas tecnologías en desarrollo Proceso PANAMMOX en desarrollo gracias a los resultados del Proyecto CLONIC Reactor PANI-SBR EFFLUENT PUMP OUT - DO ORP PUMP IN Reactor N2/O2 Reactor Anammox (SBR operação) INFLUENT Nuevas tecnologías en desarrollo: Proceso PANAMMOX PROYECTO CLONIC ( 2003 – 2007 ) Cierre del ciclo de nitrógeno en el tratamiento de lixiviados mediante métodos biológicos de eliminación del nitrógeno a partir de nitrito y posterior tratamiento térmico Este proyecto ha recibido las siguientes distinciones: Proyecto LIFE Medio Ambiente de cofinanciación a través de la Comisión Europea. Award to the 21"Best" LIFE projects finished in 2007-2008, otorgado en Bruselas por la Comisión Europea.
