Evaluación del tratamiento electroquímico de lixiviados de vertedero de R.S.U

Abstract

RESUMEN: Uno de los problemas más comunes generados por la práctica de vertedero sanitario de residuos sólidos urbanos (R.S.U.) es la producción de lixiviados de compleja composición, de elevado contenido en materia orgánica no biodegradable, generados a partir de la percolación del agua de lluvia a través del relleno y por la degradación de los residuos presentes en el mismo. Contienen contaminantes que pueden ser nocivos para la salud humana y el medio ambiente. En el presente trabajo se evaluó el tratamiento de lixiviados procedentes del vertedero de Meruelo (Cantabria) mediante la técnica de oxidación electroquímica. Se trataron dos tipos de lixiviados: el primero de ellos sin ningún tratamiento previo (lixiviado de entrada o lixiviado bruto), y el segundo, tratado biológicamente (lixiviado de salida o lixiviado tratado). Para cada tipo se llevó a cabo una serie de experimentos en modo de recirculación total, variando la densidad de corriente eléctrica aplicada, con el fin de estudiar su influencia sobre parámetros como la demanda química de oxígeno (DQO), el carbono orgánico total (COT), la concentración de nitrógeno amoniacal, especies cloradas oxidantes, nitritos o nitratos. Se aplicó un rango de 100-800 A/m2 para los lixiviados de salida, y de 200-1200 A/m2 para los lixiviados de entrada. La eliminación de la DQO fue más rápida al aplicar mayor densidad de corriente. La cinética global de oxidación de materia orgánica fue controlada por la transferencia de materia, debido a que la reacción de la materia orgánica con los radicales hidroxilo generados en el ánodo se considera instantánea y que tiene lugar únicamente en la capa líquida adyacente al electrodo. La velocidad de mineralización de la materia orgánica aumentó también con la densidad de corriente. La velocidad de eliminación de amonio se vio fuertemente influida por la densidad de corriente, aumentando con la mayor densidad de corriente hasta las últimas horas de los experimentos a 1200 A/m2, donde alcanzó un valor final muy similar a 800 A/m2, coincidiendo con baja concentración de cloro libre con el cual reaccionar (factor limitante). La oxidación de ion cloruro, generando cloro activo, fue mayor con mayores densidades de corriente. Sin embargo, a mayor densidad de corriente el cloro generado en mayores cantidades se oxida también en mayor medida produciendo ion clorato (que a su vez sigue una tendencia similar a la observada para el cloro activo), y éste en ion perclorato (que sólo comienza a generarse, a elevadas velocidades, en las últimas horas de los experimentos de mayor corriente y en baja concentración o ausencia de ion cloruro), que no contribuyen a la degradación de la materia orgánica. Para los lixiviados de entrada, el amonio reaccionó con el cloro libre generando en primer lugar cloro combinado en forma de cloraminas, y finalmente gas y nitratos, cuya velocidad de generación fue aumentando con la velocidad de oxidación del amonio y la densidad de corriente. La técnica de oxidación electroquímica se mostró eficaz en la eliminación de materia orgánica, pero insuficiente para la eliminación del nitrógeno amoniacal, cuya concentración no consiguió reducir más de un 70%, generando elevadas cantidades de algunos subproductos clorados y nitrogenados. Se requirió un consumo de energía mucho más elevado, unas diez veces superior, al tratar lixiviados de entrada que de salida, al requerir mayor tiempo de tratamiento, para reducir la DQO por debajo de 125 mg/L.

ABSTRACT: One of the most common issues generated by the practice of sanitary landfill of municipal solid waste (MSW) is the production of leachates by penetration of rainwater through the landfill site, and degradation of wastes within it. It is necessary to take in consideration their high content in non-biodegradable organic matter. Some of the pollutants they contain can be harmful to human health and the environment. In the present work, the treatment of leachates produced in the landfill site of Meruelo (Cantabria) by the electrochemical oxidation technique was evaluated. Two types of leachates were treated: one of them without any previous treatment (input leachate or brute leachate); the other type, having already been submitted to advanced biological treatment (output leachate or pretreated leachate). For each kind a series of experiments on total recirculation mode was conducted, applying different values of electrical current density, in order to study the influence exerted by this parameter on parameters such as the chemical oxigen demand (COD), total organic carbon (TOC) and the concentration of ammonium, oxidant chlorinated species, nitrites and nitrates. The working range of current density was 100-800 A/m2 for output leachates, and 200-1200 A/m2 for input leachates. The removal of COD took place at a higher rate when applying a higher current density. Organic matter oxidation global kinetics were controlled by mass transfer phenomena, due to the alleged instantaneous nature of the chemical reaction of organic matter with hydroxyl radicals generated at the anode surface, which takes place only in the liquid phase adjacent to the anode surface. Organic matter mineralization rate also increased along with the current density. The ammonium removal rate was heavily influenced by current density, increasing as the current density increased until the last hours of the experiments at 1200 A/m2, for which a final value very similar to that obtained at 800 A/m2 was achieved, the observed phenomena correlating in time with a low total chlorine concentration is low, being the free chlorine concentration a limiting factor. The oxidation of chloride ions, generating active chlorine, was higher at higher current density values. However, at high current density values, the generated chlorine, whose generation rate increases with current density, oxidizes, producing chlorate ions (which follow a similar kinetic trend to the one followed by active chlorine), which in turn oxidize producing perchlorate ions (which is only generated in the last hours of the experiments working at higher current density values and with a low or a null value of chloride ion concentration), which do not contribute to the oxidation of organic matter. In the case of input leachates, the ammonium reacted with free chlorine generating combined chlorine (as chloramines) in the first place, and subsequently, gas and nitrates, whose generation rate increased as the oxidation rate of ammonium and the current density increased. The electrochemical oxidation technique achieved very high values of organic matter removal, but only a limited and insufficient ammonium removal (around 70% of its initial content) while generating big quantities of certain chlorinated and nitrogenous by-products. The treatment of input leachate required a much higher energy consumption (about ten-fold increase) than the treatment of output leachates, as the former required a much longer treatment in order to reduce the COD down to a value lower than 125 mg/L.