Aplicabilidad de procesos de coagulación-floculación y de sistema de biopelícula en el tratamiento de lixiviados de vertederos de residuos urbanos
- Autores: Antonia Gálvez Pérez
- Directores de la Tesis: Ángel Ramos Ridao (dir. tes.), Montserrat Zamorano Toro (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2008
- Idioma: español
- ISBN: 9788469145777
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ernesto Hontoria García (presid.), Begoña Moreno Escobar (secret.), Lorenzo Giusti (voc.), Amaya Lobo García de Cortazar (voc.), María Victoria Martínez Toledo (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
La eliminación de residuos mediante depósito en vertedero presenta entre otros el problema de generación de lixiviados. En la Directiva 1999/31/CE relativa al Vertido de Residuos se define lixiviado como "cualquier líquido que percole a través de los residuos depositados y que sea emitido o esté contenido en un vertedero". El lixiviado puede ser caracterizado como una solución acuosa de 4 grupos de contaminantes: materia orgánica disuelta, macrocomponentes inorgánicos, metales pesados y compuestos orgánicos xenobióticos. Esta composición tan compleja convierte a los lixiviados en un efluente altamente contaminante que puede suponer una amenaza para el suelo, las aguas superficiales y subterráneas y para los seres vivos en caso de no ser gestionado adecuadamente. Entre las alternativas de tratamiento de lixiviados se encuentran la recirculación sobre el vaso de vertido, la depuración conjunta con las aguas residuales urbanas y el tratamiento físico-químico, biológico o combinado. El tratamiento más apropiado difiere en función del tipo de lixiviado a tratar.
La investigación realizada se dedicó a la evaluación de la aplicación al tratamiento de lixiviados de vertederos de residuos urbanos del sistema físico-químico de coagulación-floculación y de los procesos biológicos de biopelícula de lechos inundados y de células de combustible microbianas (MFC, Microbial Fuel Cells). Durante los experimentos se emplearon lixiviados procedentes de los vertederos de Alhendín (Granada, España) y de Harnhill, cercano a la ciudad de Bristol (Inglaterra). Ambos lixiviados fueron caracterizados previo a los ensayos en relación a los principales contaminantes.
Las características del lixiviado del vertedero de Alhendín se ajustaron a las de un lixiviado parcialmente estabilizado, debido a la práctica de gestión del mismo consistente en almacenamiento en balsas y recirculación. Este lixiviado presentó una variación estacional en composición debido principalmente a diferencias en las precipitaciones y en las temperaturas y en las tasas de evaporación. Sin embargo, se obtuvo una buena correlación entre gran parte de los parámetros analizados. Un análisis de componentes principales permitió reducir la mayor parte de los parámetros analizados a 4 componentes. La composición del lixiviado de Harnhill se correspondió con la de un lixiviado en fase metanogénica de la descomposición.
Los ensayos relativos al proceso de coagulación-floculación se realizaron con lixiviado del vertedero de Alhendín y empleando distintos reactivos a diferentes dosis. Las combinaciones óptimas de reactivos obtenidas así como sus dosis óptimas de coagulante y de floculante fueron las siguientes: Cloruro férrico (0.5 ml/l) + A/20.L (14 ml), SAL 8.2 (1 ml/l) + A/30.L (10 ml/l) y PAX-18 (0.5 ml/l) + A/30.L (10 ml/l). La aplicación de floculantes catiónicos o de coagulantes aislados fue menos eficiente. La carga orgánica del lixiviado influyó significativamente en el proceso de coagulación-floculación, por lo que en casos de lixiviados muy concentrados sería recomendable realizar nuevos ensayos para optimización de las dosis. Este proceso permitió eliminar parte de la DQO (hasta el 26.52±4.22%) y de los sólidos totales (hasta el 12.51±1.74%) presentes en el lixiviado, aunque fue incapaz de producir por sí solo un efluente con calidad aceptable, lo que hace necesaria su combinación con otro u otros sistemas de tratamiento.
La investigación relativa al proceso de lechos inundados se aplicó a lixiviados de los vertederos de Alhendín y de Harnhill. La biopelícula adherida al material soporte se formó sin necesidad de añadir un inóculo específico, tanto con ayuda de licor mezcla, como empleando los propios microorganismos contenidos en el lixiviado. La formación de la biopelícula se completó en las primeras 24 horas de inmersión del material de relleno en el reactor y presentó una alta diversidad bacteriana. La biopelícula formada presentó además una alta resistencia a antibióticos y a otros agentes tóxicos y una alta capacidad de adaptación a condiciones adversas. Esto convierte al sistema de lechos inundados en idóneo para el tratamiento de un efluente como el estudiado, con presencia de compuestos tóxicos y una gran variabilidad en composición. En la aplicación de este sistema al lixiviado del vertedero de Alhendín, la presencia de una segunda columna conectada en serie tanto en pre- como en post-desnitrificación no mejoró significativamente los rendimientos. Los mejores resultados en cuanto a eliminación de materia orgánica se obtuvieron con una sola columna trabajando en condiciones aireadas, aunque las burbujas de aire ascendentes aumentaron la concentración de sólidos en suspensión debido a una erosión del filtro y desprendimiento de biopelícula. Un aumento de la recirculación por encima del 200% no mejoró significativamente los rendimientos de eliminación de contaminantes. Un aumento de la carga hidráulica provocó un descenso en los rendimientos de eliminación de DQO, DBO5 y sólidos totales, obteniéndose los mejores resultados con una carga hidráulica de 0.71 m3/m2d. El sistema de lechos inundados aplicado al tratamiento del lixiviado del vertedero de Alhendín consiguió eliminar hasta el 55-60% de la DQO y el 83-97% de la DBO5. En torno al 40% de la DQO de este lixiviado resultó ser no biodegradable. En el tratamiento del lixiviado del vertedero de Harnhill la planta de lechos inundados mantuvo una operación estable en el rango de temperatura de 20-45ºC. Se demostró la viabilidad de este sistema de para eliminación de la parte biodegradable de la materia orgánica contenida en los lixiviados de los vertederos de Alhendín y Harnhill, aunque se requiere un pre- o post-tratamiento para la eliminación de compuestos recalcitrantes.
El sistema de células de combustible microbianas (MFCs) se aplicó al tratamiento de lixiviado del vertedero de Harnhill. La biopelícula se formó tanto con licor mezcla como con el propio lixiviado a tratar sin necesidad de añadir un inóculo específico. La tasa de crecimiento de los microorganismos en la MFC fue de 0.42 h-1, enriqueciéndose microorganismos anaerobios y anaerobios Gram negativos. Se demostró la posibilidad de generar electricidad y tratar simultáneamente lixiviado empleando este sistema. La generación de energía se mejoró con el aumento del caudal desde 24 ml/h a 192 ml/h, mientras que los rendimientos de eliminación de DQO y de DBO5 alcanzaron un máximo en 48 ml/h y descendieron a valores relativamente bajos a caudales más elevados. La adición de sulfato a la MFC aumentó la corriente generada. La adición de una segunda y tercera unidad de electrodo aumentó la potencia generada y los rendimientos de eliminación. Se observó una relación lineal entre los niveles de energía eléctrica generada en el sistema de MFCs y las concentraciones de DQO o de DBO5, lo que permite que el sistema pueda ser empleado como sensor de DBO5. El sistema compuesto de tres columnas de MFCs interconectadas entre sí fue capaz de eliminar hasta un 79.41% de la DQO y un 81.6% de la DBO5. Este sistema requeriría un pre- o post-tratamiento para la eliminación de compuestos recalcitrantes.
