tratamiento de lixiviados de vertederos de residuos

I Simposio Iberoamericano de Ingeniería de Residuos
Castellón, 23-24 de julio de 2008.
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
ª
ª
3 celda
4 celda
7,60
7,58
1765
716
1521
1131
8,27
5,41
150,6
65
9,32
2,5
0,21
0,16
0,75
0,18
0,53
0,34
0,12
0,33
<0,01
0,03
Parámetro
pH
DQO (mg/l)
+
N-NH4 (mg/l)
AT (g/l CaCO3)
AV (mg/l AcH)
Fe (mg/l)
Cu (mg/l)
Zn (mg/l)
Ni (mg/l)
Pb (mg/l)
Cd (mg/l)
Lixiviado vertedero
Rec-1
8,00
5108
1876
9,34
912
0,835
0,41
0,28
0,69
0,37
0,05
Rec-2
8,43
3782
1904
9,42
456
-
Rec-3
8,26
2560
1904
7,90
290
10,22
0,15
0,42
0,17
<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.
Rec-2
5000
Rec-1
Rec-3
DQO, mg/l
4000
3000
2000
1000
0
2,5
5
7,5
Time (Days)
10
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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THR
días
2,4
1,8
1,6
1,4
VCO
3
kg COD/m .día
6,8
7,3
7,5
7,8
DQO Influente
mg/l
DQO Efluente
mg/l
DQOeliminada
(%)
V gas
generado
CH4
(%)
16394
13420
11939
11264
1940
2069
2440
3005
88,2
84,5
79,5
73,3
0,34
0,38
0,38
0,34
87
86
85
85
Tabla 2. Tratamiento anaerobio mesofílico de un lixiviado con alta carga orgánica
THR
días
2,6
5,1
5,1
12,0
VCO
3
kg COD/m .día
2,1
1,2
0,85
0,3
DQO Influente
mg/l
DQO Efluente
mg/l
DQOeliminada
(%)
V gas
generado
CH4
(%)
5498
6131
4376
3553
2972
2533
1919
1331
46,0
58,7
56,1
62,5
0,11
0,13
0,30
0,45
85,5
81,0
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
pH
Conductividad (mS/cm)
Turbidez (UTN)
Colour (Unidades PtCo)
DQO (mg/l)
DBO5 (mg/l)
DQO/DBO5
AV (g CH3COOH/l)
+
N-NH4 (mg N/l)
Lixiviado joven
8,3
24
>4000
2900
18352
10600
1,7
6,19
2445
Lixiviado viejo
8,3
24,3
432
5537
4814
670
7,2
0,32
2943
Tabla 4. Composición media de los lixiviados utilizados en el proceso de coagulación-floculación
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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.
Tipo de
coagulante
FeCl3
FeCl3
Al2(SO4)3
Al2(SO4)3
PAX
PAX
Dosis
(g/l)
1,2
1,5
5,0
3,2
4,0
4,0
pH
Influente
3,8
8,3
6,0
8,3
6,5
8,3
pH
Efluente
3,2
7,3
5,1
6,6
5,1
5,7
DQO
Eliminación (%)
28,1
9,5
27,1
13,9
34,7
26,4
Color
Eliminación (% )
78,4
51,7
84,3
57,8
91,0
91,2
Turbidez
Eliminación (%)
90,2
70,1
93,2
80,7
89,8
97,7
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).
Tipo de
coagulante
FeCl3
FeCl3
Al2(SO4)3
Al2(SO4)3
PAX
PAX
Dosis
(g/l)
1,7
1,5
3,2
3,2
6,0
6,0
pH
Influente
5,2
8,3
6,0
8,3
7,0
8,3
pH
Efluente
2,4
7,5
4,7
7,1
5,8
6
DQO
Eliminación (%)
73,0
5,9
59,9
7,6
61,6
41,4
Color
Eliminación (% )
97,6
13,3
95,4
38,9
96,8
87,8
Turbidez
Eliminación (%)
100
12,4
91,6
7,9
97,9
72,9
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].
+
Lixiviado
I
II
III
+
N-NH4 Influente
(mg/l)
N-NH4 Efluente
(mg/l)
1787
1954
1750
598
358
238
DQO Influente DQO Efluente
(mg/l)
(mg/l)
13213
16353
7624
11247
9155
5898
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.
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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
Influente
8,5
Valores medios
Efluente
6,9
DQO (mg/l)
Influente
Efluente
3244
1081
Amonio (mg/l)
Influente
Efluente
1873
19
Table 8. Características físico-químicas del lixiviado antes y después del proceso de nitrificacióndesnitrificación (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.
Dosis (g/l)
1
2.5
5
10
20
Organosorb 10MB
% DQO
% color
26,5
11,5
34,4
17,3
40,9
23,1
47,9
30,8
62,7
44,6
Organosorb 10
% DQO
% color
25,3
13,5
27,5
16,2
29,6
19,2
33,3
23,1
45,3
24,6
Filtracarb CC65/1240
% DQO
% color
26,8
11,2
34,0
15,8
37,4
20,0
43,4
26,9
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 coagulaciónfloculación 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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[3 ] Berrueta, J. and Castrillón, L. (1992) Anaerobic treatment of leachates in UASB reactors.
J. Chemical Technology and Biotechnology, 54: 33-37.
[4] Hoilijoki, T.H., Kettunen, R.H., Rintala J.A. (2000) Nitrification of anaerobically pretreated
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[5] Marañón, E., Castrillón, L., Fernández, Y., Fernández, E. (2006) Anaerobic treatment of
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[8] Amokrane, A., Comel C., Veron J. (1997) Landfill leachates pretreatment by coagulation–
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[9] Rodríguez, J., Castrillón, L., Marañón, E., Sastre, H., Fernández, E. (2004) Removal of
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38(14-15): 3297-3303.
[10] Lin, S.H., Chang, C.C. (2000) Treatment of landfill leachate by combined electro-Fenton
oxidation and sequencing batch reactor method. Water Research, 34(17): 4243-4249.
[11]Trebouet, D., Schlumpf, J.P., Jaquen, P., Quemeneur, F. (2001) Stabilized landfill
leachate treatment by combined physicochemical-nanofiltration processes, Water Research
35(12): 2935-2942.
[12] Renou, S., Givaudan, J.G., Poulain, S., Dirassouyan, F., Moulin P. (2008) Landfill
leachate treatment: Review and opportunity, Journal of Hazardous Materials,150 (3): 468493.
[13] APHA. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 17 th edn.
(1989) The Public Health Association, Washington, D.C.
[14] Marañón, E., Castrillón, L., Fernández-Nava, Y., Fernández-Méndez, A., FernándezSánchez, A. (2008) Coagulation-flocculation as a pre-treatment process at a landfill leachate
nitrification-denitrification plant, Journal of Hazardous Materials, In Press.
[15] Berrueta, J., Castrillón, L. (1997) Efecto del N-NH4+ sobre el tratamiento anaerobio de
lixiviados de vertederos, Ingeniería Química, Junio: 121-125.
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Castellón, 23-24 de julio de 2008.
Agradecimientos
Expresamos nuestro agradecimiento a la empresa COGERSA por su colaboración y cofinanciación de algunos de los estudios presentados en este trabajo. Asimismo, al
Ayuntamiento de Gijón por la ayuda económica recibida.