Evaluación de métodos fisicoquímicos para la depuración de lixiviados de rellenos sanitarios municipales de edad avanzada

Abstract

El tratamiento de lixiviados de los rellenos sanitarios con más de 10 años de operación, conlleva la dificultad de tener valores altos de Demanda Química de Oxígeno (DQO) y muy bajos de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). Esta condición significa que los tratamientos biológicos no son efectivos para la depuración de los lixiviados con estas características. En esta investigación se evaluaron los métodos de coagulación basados principalmente en el comportamiento químico de los iones de hierro y del aluminio. Se evaluó el AlCl3 y varias formulaciones entre AlCl3+H3PO4 utilizando el ion aluminio como coagulante y se determinaron las mejores condiciones de pH y dosis. Los mejores resultados al utilizar AlCl3 como coagulante se obtuvieron al trabajar con un pH de 5,5. Con la aplicación de una dosis de 2000 mg/L de Al3+ se obtuvo un 60,3% de remoción de DQO, siendo el máximo obtenido con este método. Las formulaciones de AlCl3+H3PO4 no generaron ningún beneficio en términos de remoción de DQO, únicamente se generó un flóculo de mayor tamaño que favorecería la sedimentación. Del mismo modo se evaluaron el FeCl3 y la combinación entre el FeSO4 y el H2O2 (método de Fenton) como ion Fe3+, determinando las mejores condiciones del pH y su dosis. Realizando un ajuste del pH al valor de 11,0 utilizando Ca(OH)2 y aplicando 1000 mg/L de Fe3+, se alcanzó un 71,5% de remoción de DQO, logrando valores de vertido inferiores a los exigidos por la legislación nacional y logrando un balance entre el beneficio y el costo. La mayor remoción lograda utilizando el método de Fenton se obtuvo al mantener las relaciones de DQO/H2O2 = 4,0 y Fe2+/H2O2 = 1,9. Las dosis utilizadas para lograr esas relaciones fueron de 1490 mg/L de Fe2+ y 800 mg/L de H2O2, lográndose un 64,2% de remoción en términos de DQO. El factor tiempo de reacción no es altamente determinante en el método de Fenton. El aumento en la eficiencia al pasar de 10 minutos de reacción a 120 minutos es inferior al 10%, por lo que para el diseño de una planta a escala se recomienda utilizar el tiempo de 10 minutos. El ajuste de pH al valor de 4,0 representó un aumento en la eficiencia de remoción de DQO de un 27,6%, por lo que sí se considera un factor altamente importante al utilizar el método de Fenton. El trabajar a valores de pH superiores provoca que se dé el secuestro de los radicales OH. y se inhiba el proceso de oxidación y por ende se pierda eficiencia. Se plantearon dos modelos que correlacionan las variables turbiedad y color con DQO, pretendiendo obtener de este modo una estimación rápida y precisa del valor de la demanda química de oxígeno a través de variables de fácil medición como lo son la turbiedad y el color. El análisis realizado a cada uno de los modelos no arrojó suficiente evidencia estadística que demuestre la posibilidad de errores sistemáticos en las etapas experimentales de la investigación. Los modelos no presentaron suficiente correlación entre las variables como para recomendar su utilización en escala real. La muestra de lixiviado estudiada presentó una fracción de materia orgánica en forma soluble, que no fue susceptible a ser removida por métodos de coagulación-floculación. Esta fracción de materia orgánica recalcitrante deberá ser removida mediante métodos de tratamiento terciario.

The treatment of leachate from sanitary landfills with more than 10 years of operation entails the difficulty of having high values ​​of Chemical Oxygen Demand (COD) and very low values ​​of Biochemical Oxygen Demand (BOD). This condition means that biological treatments are not effective for the purification of leachates with these characteristics. In this investigation, coagulation methods based mainly on the chemical behavior of iron and aluminum ions were evaluated. AlCl3 and various formulations between AlCl3+H3PO4 using aluminum ion as coagulant were evaluated and the best pH and dose conditions were determined. The best results when using AlCl3 as coagulant were obtained when working with a pH of 5.5. With the application of a dose of 2000 mg/L of Al3+, a 60.3% COD removal was obtained, being the maximum obtained with this method. The AlCl3+H3PO4 formulations did not generate any benefit in terms of COD removal, only a larger floc was generated that would favor sedimentation. In the same way, FeCl3 and the combination between FeSO4 and H2O2 (Fenton method) were evaluated as Fe3+ ion, determining the best pH conditions and its dose. Adjusting the pH to a value of 11.0 using Ca(OH)2 and applying 1000 mg/L of Fe3+, a 71.5% COD removal was achieved, achieving discharge values ​​lower than those required by national legislation. and achieving a balance between benefit and cost. The highest removal achieved using the Fenton method was obtained by maintaining the ratios of COD/H2O2 = 4.0 and Fe2+/H2O2 = 1.9. The doses used to achieve these relationships were 1490 mg/L of Fe2+ and 800 mg/L of H2O2, achieving 64.2% removal in terms of COD. The reaction time factor is not highly determinant in the Fenton method. The increase in efficiency when going from 10 minutes of reaction to 120 minutes is less than 10%, so for the design of a scale plant it is recommended to use the time of 10 minutes. The pH adjustment to the value of 4.0 represented an increase in COD removal efficiency of 27.6%, so it is considered a highly important factor when using the Fenton method. Working at higher pH values ​​causes the sequestration of OH radicals to occur. and the oxidation process is inhibited and therefore efficiency is lost. Two models were proposed that correlate the turbidity and color variables with COD, thus trying to obtain a quick and accurate estimate of the value of the chemical oxygen demand through easily measured variables such as turbidity and color. The analysis carried out on each of the models did not yield sufficient statistical evidence to demonstrate the possibility of systematic errors in the experimental stages of the investigation. The models did not show sufficient correlation between the variables to recommend their use on a real scale. The studied leachate sample presented a fraction of organic matter in soluble form, which was not susceptible to being removed by coagulation-flocculation methods. This fraction of recalcitrant organic matter must be removed by tertiary treatment methods.