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Tratamiento de lixiviados de vertedero

lixiviados de vertederoA pesar del fomento de la regla de las tres erres (3R) – reducir, reutilizar y reciclar –, la realidad es que el volumen de residuos generados en los 34 países que componen la OECD, Organisation for Economic Co-operation and Development, (www.oecd.org/) –la mayoría de los países europeos, Chile, México, USA, Canadá, Japón y Australia entre otros– aumenta cada año. Consecuentemente, al aumentar la cantidad de residuos generados, se hace necesaria la implantación de nuevos vertederos, con las derivadas medioambientales negativas que esto supone: producción y descarga de gases de vertedero que puede provocar fuertes olores, contaminación ambiental y atmósferas explosivas, aparición de inconvenientes de carácter sanitario, principalmente insectos y roedores, y el vertido incontrolado de los lixiviados que puede causar la contaminación de suelos y de aguas, tanto superficiales como subterráneas.

La normativa vigente de los diferentes países establece que los lixiviados se deben recoger, controlar y tratar de la manera más adecuada, en función de sus características físicas y de su composición química. No obstante, en función del país varía la exigencia en el tratamiento de los lixiviados antes de que éstos, ya tratados, puedan ser vertidos al medio natural. Por ejemplo, la normativa de vertido a cauce natural es más restrictiva en España que en la mayoría de los países latinoamericanos.

La composición química de los lixiviados de vertedero depende del tipo de vertedero, de la cantidad de aguas pluviales que penetren en el vaso del vertedero, así como del período de explotación del mismo. Así pues, en los lixiviados de vertederos jóvenes (1-2 años) el pH es bajo (4,5-7,5) y las concentraciones de DQO, DBO5, nutrientes y metales pesados son altas. En cambio, en verteros maduros (más de 3 años), se observa que los lixiviados tienen un pH en el rango (6,5-7,5) y los valores de DQO, DBO5 y nutrientes se han reducido sustancialmente. Otra constante es la presencia de elevada presencia de nitrógeno amoniacal y de sales disueltas (sulfatos, cloruros, bicarbonatos, etc). También se detecta a veces una significante concentración de metales pesados. La biodegradabilidad (entendida como la relación entre DBO5 y DQO) disminuye con la edad del lixiviado. Por tanto, los lixiviados que proceden de vertederos de poca edad presentan una alta biodegradabilidad y pueden ser tratados adecuadamente mediante un proceso biológico. Y al revés, vertederos maduros producen lixiviados poco biodegradables los cuales deben der tratados mediante procesos físico-químicos. Por otro lado, cuando la cantidad de aguas pluviales que se infiltran en el vertedero es elevada, la carga contaminante de los lixiviados –incluyendo las sales– es más baja aunque el caudal total a tratar sea superior.

Cuando la normativa de vertido a cauce público es más exigente, la tendencia es a utilizar tecnologías avanzadas para el tratamiento de los lixiviados generados en el vertedero. Estas tecnologías, que suponen un coste más elevado tanto en inversión como en operación que procesos más convencionales, propician que los vertederos posean mecanismos para que la infiltración del agua de lluvia sea mínima.

Las técnicas utilizadas suelen ser un sistema biológico mediante sistemas secuenciales (SBR), así como reactores a membranas (MBR), seguidos de un proceso de membranas de ósmosis inversa, que producen un efluente de elevada calidad. El rechazo del proceso de membranas, que se gestiona externamente, a menudo acostumbra a generar unos sobrecostes bastantes elevados. Una opción sostenible para reducir considerablemente estos costes consiste en minimizarlos mediante evaporadores al vacío, se puede alcanzar un residuo prácticamente seco que se puede depositar en algunos casos en la celda de “residuos impropios” del vertedero. En algunas ocasiones el biogás que se produce en el vertedero por la acción anaerobia de la degradación de los residuos orgánicos, es aprovechado para generar energía eléctrica mediante motores de cogeneración, la energía térmica en cambio no es aprovechada y se pierde a la atmosfera. En otras ocasiones el biogás no se aprovecha y simplemente se quema en antorchas. En ambos casos es posible recuperar la energía térmica utilizándola en forma de agua caliente (90ºC) para su uso en evaporadores al vacío, esto permite tratar de una manera eficiente y económica los lixiviados sin necesidad de ningún sistema adicional. Los evaporadores extraen el agua (destilado) del lixiviado que tiene una elevada calidad que permite cumplir con los niveles más exigentes de vertido.

Cuando la normativa de vertido a cauce público no es tan restrictiva, los tratamientos convencionales que tradicionalmente se han utilizado en la depuración de aguas residuales – procesos biológicos – pueden ser utilizados en el tratamiento de lixiviados de vertedero. Entre los diferentes procesos biológicos aplicables, una opción eficiente son los biorreactores de membrana, ya que éstos se pueden diseñar expresamente en función de las características de los lixiviados a tratar y permiten tratar elevados caudales en sistemas relativamente compactos. Al ser los costes de explotación razonables, estas técnicas son idóneas para aquellos casos en que la cantidad de aguas pluviales que se mezclan con los lixiviados son elevadas.

No obstante, cuando el caudal de lixiviados a tratar es pequeño y se dispone de suficiente espacio, una alternativa muy sostenible es la fito-remediación, que consiste en la depuración mediante un cultivo de plantas. Esta técnica aprovecha las funciones vitales de las plantas cultivadas, generalmente, la caña común (reed beds), para biodegradar y estabilizar el residuo. Las plantas consumen los nutrientes de los lixiviados, a la vez que actúan como filtro natural, y el residuo acaba mineralizándose con el tiempo. En estos sistemas el parámetro clave es la velocidad de irrigación, que aunque el valor óptimo depende de muchos factores, el promedio está alrededor de 50 m3•ha-1•dia-1. Los sólidos en suspensión, la materia orgánica, el nitrógeno amoniacal y algunos metales como el hierro se reducen en un elevado porcentaje y mediante una técnica sencilla y de bajo coste.

Para la depuración de lixiviados de vertedero se están utilizando desde hace tiempo diversas técnicas, algunas de ellas bastante exóticas (oxidación química, electrocoagulación-electroxidación, etc) pero algunas presentan diversos inconvenientes de gestión así como poca capacidad para adaptarse a los cambios de composición química estacional (seca-húmeda) que se producen por el efecto de aportación de agua de lluvia o por el envejecimiento del vertedero. En líneas generales los procesos más utilizados usan diferentes combinaciones de tratamientos biológicos y físico-químicos. Los caudales a tratar, la carga contaminante, así como los límites de la normativa de vertido son los parámetros que acabarán determinando si un proceso biológico convencional puede ser suficiente, o bien habrá que recurrir a técnicas más completas, como un proceso de filtración mediante membranas de ósmosis inversa posterior al proceso biológico. En este caso, existen técnicas sostenibles para reducir eficientemente el volumen de residuo generado en el proceso de tratamiento, como puede ser el caso de una etapa de evaporación-concentración al vacío.

Por último cabe destacar que existen trabajos de R&D encaminados a obtener de este residuo líquido (lixiviado) diversos subproductos valorizables como fertilizantes que mediante su venta permitirían una gestión optima del proceso desde el punto de vista económico y para el medio ambiente.

Tratamiento de lixivados de vertedero mediante evaporadores al vacío

La siguiente infografía muestra un proceso de tratamiento de lixiviados en un vertedero de RSU

En ella podemos ver dos procesos:

  • Un proceso antiguo que combina un tratamiento biológico con ósmosis inversa (color rojo).
  • Un proceso nuevo que añade una etapa de evaporación al vacío y un stripping al proceso antiguo (colores rojo y azul).

Los resultados del nuevo proceso mejoran sustancialmente los del antiguo, ya que se recupera una cantidad mucho mayor de agua limpia, que puede ser vertida cumpliendo con las normativas. Además se obtiene un concentrado de residuo mucho más pequeño, lo cual se traduce en importantísimos ahorros en la gestión de dicho residuo.

La inversión necesaria para la instalación del nuevo proceso se amortiza en tan sólo 1 año  y 2 meses, permitiendo obtener grandes ahorros económicos a partir de ese momento.

Tratamiento de lixiviados

Caso de estudio: tratamiento de lixiviados de vertedero

En esta ocasión presentamos un caso real de tratamiento de lixiviados de un vertedero municipal en España.

En el caso se describe la problemática de los lixiviados y la solución aportada por Condorchem Envitech. El proceso de tratamiento incluye diferentes etapas:

  • Tratamiento biológico.
  • Ósmosis inversa.
  • Evaporador al vacío.
  • Stripping.

Destaca el importante ahorro económico que se obtiene al reducir la cantidad de residuo que ha de ser enviado al gestor tras el proceso de evaporación al vacío. El ahorro supera los 500.000 € anuales, lo cual permite amortizar la inversión con gran rapidez.

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TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS DE VERTEDERO

 

La ósmosis inversa y sus diferentes aplicaciones

ósmosis inversaLa ósmosis inversa consiste en generar, mediante una membrana permeable al agua, una solución acuosa con bajo contenido en sal a partir de otra con alto contenido en sal.

La ósmosis inversa es el proceso mediante el cual se separa un solvente de una solución concentrada al aplicar presión, atravesando la membrana semipermeable desde el lado de la solución más concentrada al lado de la solución más diluida. Y cuanto mayor sea la presión aplicada, mayor será el flujo de solvente permeado a través de la membrana.

No se trata de un proceso de filtración a través de la membrana, como sería el caso de la microfiltración o de la ultrafiltración, sino que el solvente difunde a través de la membrana.

De forma natural, el equilibrio llevaría a que el solvente de la solución más diluida atravesase la membrana para diluir la solución más concentrada e igualar así los potenciales químicos. Si en este sistema se ejerciese una pequeña presión en el lado de la membrana de la solución concentrada, el flujo se reduciría. Y si la presión ejercida fuese igual a la presión osmótica, el flujo desaparecería. Finalmente, si la presión que se ejerciese fuese superior a la presión osmótica, la dirección del flujo se invertiría y éste fluiría desde la solución más concentrada a la solución más diluida.

La presión osmótica que se debe vencer para revertir el proceso natural y obtener el solvente sin soluto disuelto depende del tipo de soluto y de su concentración.

Características del proceso

La ósmosis es el proceso que tiene lugar cuando una membrana, con permeabilidad selectiva al agua, separa dos soluciones salinas acuosas de distinta concentración, que se encuentran a la misma presión y temperatura. De forma natural el agua pasa de la solución más diluida a la más concentrada a través de la membrana. El fenómeno cesa cuando el aumento de presión hidrostática, en el lado de la membrana de la solución más concentrada, supone una resistencia suficiente para impedir el paso del agua proveniente de la solución diluida. La diferencia de presión entre las dos soluciones cuando se alcanza este estado de equilibrio se denomina diferencia de presión osmótica transmembrana (Dp). Si lo que se pretende es invertir el flujo de agua generado por la ósmosis, es necesario aplicar, en el lado de la solución concentrada, un presión que origine una diferencia de presión transmembrana (Dp) superior a la presión osmótica.

De esta forma se logra que el flujo de agua sea en el sentido de la solución concentrada a la solución diluida (RO), obteniéndose agua desalada, a partir de soluciones acuosas salinas, de calidad suficiente para ser utilizada en el consumo humano o en otras aplicaciones.

Selectividad de la membrana

La ósmosis inversa es una técnica muy eficiente y competitiva para separar un solvente de los solutos que lleva disueltos, puesto que aplicada al agua, la membrana permite la separación del 95% de las sales disueltas, lo cual permite la desalinización de aguas salobres o de aguas de mar.

Las membranas semipermeables, que dejan pasar selectivamente el solvente e impiden el paso a los solutos, desempeñan un papel clave en el proceso. Las primeras estaban fabricadas con acetato de celulosa pero después las de poliamida han desplazado a las primeras, al permitir controlar el tamaño de poro y la permeabilidad.

Las membranas son poco permeables a los iones y a las moléculas con cargas electroestáticas; a mayor carga, mayor será la retención. Por el contrario, los gases disueltos (oxigeno, dióxido de carbono, cloro, etc.) tienen una buena permeabilidad, igual que las moléculas orgánicas neutras de bajo peso molecular.

Problemas específicos de ensuciamiento

El factor principal que amenaza la productividad de la membrana es su gradual ensuciamiento. Este se puede producir por diversos motivos, siendo los más comunes (1) los depósitos en la superficie de la membrana de escamas o costras de carbonato cálcico, sulfato cálcico, silicatos complejos, sulfato de bario, sulfato de estroncio, fluoruro cálcico, etc., dependiendo de la composición de la alimentación y como consecuencia de que las concentraciones de sal en el concentrado puedan sobrepasar el producto de solubilidad de la sal; (2) los sedimentos de partículas como coloides, productos de la corrosión del hierro de las conducciones, precipitados de hidróxido de hierro, algas, etc.; (3) el bioensuciamiento debido al crecimiento de microorganismos en la superficie de la membrana, ya que algunos materiales de las membranas, como el acetato de celulosa o las poliamidas, pueden ser un sustrato utilizable por los microorganismos y (4) el ensuciamiento debido a compuestos orgánicos como aceites o grasas presenten en las aguas residuales industriales.

La forma de limpieza de las membranas depende de las características del agua de alimentación, del tipo de membrana y de la naturaleza del ensuciamiento. Como pauta general se puede proceder a alternar periodos de enjuagado de las membranas, haciendo circular las soluciones limpiadoras a alta velocidad por la superficie de las membranas, con periodos donde las membranas queden sumergidas en las soluciones limpiadoras.

Los agentes de limpieza habitualmente utilizados son (1) ácidos clorhídrico, fosfórico o cítrico y agentes quelantes como EDTA, para eliminar las costras de precipitados salinos, y ácido oxálico para eliminar los sedimentos de hierro; (2) álcalis combinados con surfactantes para eliminar microorganismos, sedimentos y compuestos orgánicos y (3) esterilización de las membranas con soluciones de cloro para eliminar los microorganismos.

Las sucesivas limpiezas terminan por degradar las membranas. Dependiendo de la aplicación, el periodo de vida garantizado por el fabricante suele ser de 1 – 2 años. Con un buen programa de limpieza la vida de las membranas se puede prolongar hasta 3 años, siendo improbables periodos de vida de 5 años.

Generalmente, para alargar la vida de las membranas se suele pretratar el agua de alimentación. Es habitual que, como pasos previos a la ósmosis inversa, primero se lleve a cabo una filtración y después una ultrafiltración, siempre dependiendo de la cantidad de sólidos en suspensión que lleven las aguas a tratar.v

Aplicaciones en general

Los objetivos de las plantas de RO instaladas se distribuye de la siguiente forma: 50 % en desalinización de agua de mar y agua salobre; 40 % en la producción de agua ultrapura para las industrias electrónica, farmacéutica y de producción de energía; 10 % como sistemas de descontaminación de aguas urbanas e industriales.

  • Desalinización de aguas salobres: La salinidad de este tipo de aguas es de 2000 mg/L – 10000 mg/L. En su tratamiento se utilizan presiones de 14 bar – 21 bar para conseguir coeficientes de rechazo superiores al 90 % y obtener aguas con concentraciones salinas menores de 500 mg/L, que son los valores recomendados por WHO como condición de potabilidad. Las plantas de tratamiento utilizan módulos de membranas enrolladas en espiral. Se estima que los costes de capital de este tipo de plantas son del orden de 0.25 $US/L de agua tratada/día, siendo los costes de operación del mismo orden.
  • Desalinización de agua de mar: Dependiendo de la zona geográfica, la salinidad de este tipo de aguas es de 30000 mg/L – 40000 mg/L. Para conseguir condiciones de potabilidad se utilizan membranas de poliamida de tipo fibra hueca que permiten conseguir coeficientes de rechazo superiores al 99.3 % con presiones de trabajo de 50 bar – 70 bar. Los costes de operación de este tipo de plantas de tratamiento se estiman en 1 – 1.25$US/ L deagua tratada/día, lo que hace que este sistema de tratamiento no sea competitivo, frente a otros sistemas como los procesos de evaporación multietapa, si las necesidades de agua superan los 40000 m3 de agua tratada/día.
  • Producción de agua ultrapura: La RO permite obtener a partir del agua de consumo (concentración de sólidos disueltos < 200 mg/L) agua de la calidad exigida en la industria electrónica. El principal problema en este tipo de instalaciones es el bioensuciamiento de las membranas, por lo que es necesaria la instalación de sistemas de esterilización mediante radiación UV. En la Tabla 11 se comparan las características exigidas al agua de consumo y al agua ultrapura.
  • Tratamiento de aguas residuales: Esta aplicación de la RO está limitada por los altos costes de operación debido a los problemas de ensuciamiento de las membranas. En el caso de las aguas residuales industriales, la RO se utiliza en aquellas industrias donde es posible mejorar la economía del proceso mediante la recuperación de componentes valiosos que puedan volver a reciclarse en el proceso de producción: industrias de galvanoplástia y de pintura de estructuras metálicas, o donde la reutilización del agua tratada signifique una reducción importante del consumo de agua: industria textil. En el caso de las aguas urbanas, la RO es un tratamiento que estaría indicado como tratamiento terciario, siendo posible obtener agua con una calidad que la hiciese apta para el consumo, con un coste de 0.5 – 0.75 $US/m3. El principal problema para la consolidación de este tipo de tratamiento es la contestación social. Sin embargo, en zonas de Japon y California, donde existen limitaciones extremas de agua, se están utilizando plantas de RO para tratar el agua procedente del tratamiento biológico de las aguas domésticas, empleándose el agua tratada por RO para la recarga de acuíferos.

Aplicaciones industriales

Las aplicaciones industriales de esta tecnología son tan variadas como indispensables. Entre los usos y aplicaciones más utilizadas se encuentran las siguientes:

  • Industria alimentaria, farmacéutica, etc.: En las industrias alimentaria, farmacéutica, médica, cosmética, química, electrónica, biotecnológica, etc. se utiliza agua osmotizada puesto que en una gran variedad de procesos se precisa agua de gran calidad si no agua ultrapura. El agua osmotizada es el punto de partido para la obtención de agua ultrapura.
  • Industria productora de agua para consumo humano:En muchos lugares del planeta no existe suficiente agua dulce o con la calidad necesaria para poder abastecer a la población. Tanto si el problema es de calidad (aguas salobres, aguas contaminadas con nitratos, metales, pesticidas, etc.) como de cantidad (se recurre a la desalinización de agua de mar) la opción más económica para la obtención de agua apta para el consumo humano es la ósmosis inversa.
  • Reutilización de aguas residuales: Existen numerosos casos en los que los efluentes de los procesos de tratamiento de las aguas residuales deben ser tratados para mejorar su calidad hasta que puedan ser reutilizados. Es el caso de aquellos procesos en los que se consume un gran caudal de agua, como en la industria textil, o cuando se vierte el efluente al medio natural para recargar un acuífero.

También es el caso de los procesos en los que se persigue no generar ningún vertido líquido (vertido cero) y la totalidad de los efluentes son tratados y recuperados para ser utilizados de nuevo.

Todas las áreas mencionadas para el uso de la ósmosis inversa y sus aplicaciones son cubiertas por Condorchem Envitech.