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VERTEDEROS RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS CIENCIAS AMBIENTALES

FRANCISCO JAVIER SANTANA HERNÁNDEZ UNED LAS PALMAS

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS CIENCIAS AMBIENTALES

INDICE

1. Tipos de Vertederos

2. Metabolismo y productos de Vertederos: Biogás y Lixiviados

3. Biogás

4. Lixiviados

5. Protección del suelo y de las aguas

6. Sellado y clausura. Recuperación ambiental de vertederos


1. Tipos de Vertederos – Según los residuos admitidos

Residuos peligrosos = Vertederos de seguridad

Residuos no peligrosos = Urbanos

Residuos inertes

No se admiten en vertederos


ANEXO I: Requisitos generales para todos los vertederos


1. Tipos de Vertederos- Según la Topografía

1. Tipos de Vertederos- Según la Trituración y compactación

Convencionales Con trituración previa Con trituración in situ

Compactación influye sobre: * producción de gas * Lixiviados * Homogeneidad del residuo * Granulometría del residuo * Degradación * Espacio disponible

Baja densidad < 500 Kg/m3 Media densidad – Hasta 800 Kg/m3 Alta densidad – Hasta 1.100 Kg /m3

VERTEDEROS


2. Metabolismo y productos de vertedero: Biogás y lixiviados

Residuos sólidos Actividad Biológica + Reacciones Químicas

LIXIVIADOS + GASES

Atendiendo a la Fase de Descomposición , varían los lixiviados y gases

Fermentación de C. Orgánicos BIOGAS CH4 + CO2

+ LIXIVIADOS

Lixiviados + gases + sobrecarga de residuos y maquinaria

ASENTAMIENTOS

Gran importancia de la Evolución de PROCESOS BIOQUÍMICOS


FASE I (ajuste inicial):

Los residuos en presencia de O2 ,tiene lugar la descomposición Biológica aeróbica

HIDRÓLISIS de la M.O. mediante enzimas

Proteínas + polisacáridos + lípidos

Aminoácidos, azúcares, alcoholes, ácidos grasos

Producción de CO2 + aumento de Temperatura


FASE II (Transición):

Disminuye el O2 por consumo y comienzan las condiciones anaeróbicas

El nitrato (NO3-) y el sulfato (SO4

2-) a menudo se reducen a gas nitrógeno (N2) y sulfuro de hidrógeno (H2S)

El pH del lixiviado comienza a disminuir debido a la presencia de ácidos orgánicos y al efecto de la elevada concentración de CO2 dentro del vertedero.


FASE III (Ácida):

La acidogénesis los mater ia les orgánicos producidos en las etapas anteriores son convertidos en esta fase en ácidos grasos volátiles, de bajo peso molecular, como los ácidos propiónico, butírico, etc., tras la cual tiene lugar la acetogénesis en la que se forma finalmente acetato, desprendiéndose CO2 e hidrógeno (H2). Las bacterias homoacetogénicas, que consumen H2, y las bacterias acetogénicas, que producen H2. El pH del lixiviado caerá hasta un valor de 5 o menor, con la consiguiente solubilización de muchos contaminantes en este líquido, como los metales pesados.


FASE IV (Generación de Metano):

La metanogénesis, realizada por bacterias estrictamente anaerobias que forman CH4 a partir de productos formados en la fase ácida: acetato, H2, CO2 y otras sustancias. Las bacterias metanogénicas trabajan óptimamente a un pH neutro y son muy sensibles a las variaciones de pH, por lo que si la formación de ácido en la etapa anterior fue excesiva, la actividad de estas bacterias puede inhibirse. Debe establecerse un equilibrio entre la generación del ácido y la formación de CH4, lo que suele tardar entre 3 y 5 años


BACTERIAS PRODUCTORAS DE CH4:

* Bacterias metanogénicas hidrogenofílicas: producen CH4 y eliminan el H2, favoreciendo así la actividad de las bacterias acetogénicas.

HCO3- + H+ + 4 H2 CH4 + 3 H2O

* Bacterias metanogénicas acetoclásticas: producen CH4 a partir del acetato, controlando así el pH.

CH3COO- + H2O CH4 + HCO3-

* Bacterias metanogénicas metanofílicas: utilizan metanol y metilaminas para producir CH4. Su importancia en la generación de CH4 es menor que las dos anteriores.

4 CH3OH 3 CH4 + CO2 + 2 H2O 4 (CH3)3N + 6 H2O 9 CH4 + 3 CO2 + 4 NH3 2 (CH3)2NH + 2 H2O 3 CH4 + CO2 + 2 NH3 4 (CH3)NH2 + 2 H2O 3 CH4 + CO2 + 4 NH3


FASE V (Maduración):

Después de la transformación de los residuos hasta CH4 y CO2, se observa que la actividad biológica disminuye considerablemente, y con ella la velocidad de generación de biogás. Tiene lugar una cierta re-oxigenación desde la superficie y la materia orgánica restante es de tipo húmico (Tema 6), más difícil de degradar, con lo que el O2 se encuentra en un medio más favorable para su estabilidad. En es ta e tapa e l pH de l l i x i v iado permanece constante.


3. BIOGÁS - Composición

Gases principales: NH3, CO, H2, H2S, N2, O2, y sobre todo CO2 y CH4.

CH4 + O2 En [ 5-15%]

CO2 (Alta densidad) Acido Carbónico, pH disminuye

Oligogases o gases traza. (COV)

En vertederos al no admitirse R.P. los COV son bajos, si bien en bajas concentraciones es tóxicos y peligroso para la salud


Componente % en volumen

Metano 45 - 60 Dióxido de carbono 40 - 60 Nitrógeno 2 – 5 Oxígeno 0,1 – 1 Sulfuros, disulfuros, mercaptanos, etc. 0 – 1,0 Amoníaco 0,1 – 1,0 Hidrógeno 0 – 0,2 Monóxido de carbono 0 – 0,2

Constituyentes en cantidades traza 0,01 – 0,6

Característica Valor

Temperatura, ºC 37 – 67

Densidad específica 1,02 – 1,06

Contenido en humedad Saturado

Poder Calorífico Superior, kcal/m3 890 – 1223


3. BIOGÁS - Generación

El biogás en los vertederos se produce como consecuencia de la descomposición, principalmente anaerobia, de la fracción orgánica de los residuos depositados. En condic iones normales, la producción de gas t iene su máximo dentro de los primeros dos años y después disminuye lentamente, pudiendo continuar hasta unos 25 años. Los materiales de rápida degradación, como los residuos de comida, de jardín, periódicos, etc., tienen su máxima producción en el primer año de su disposición, mientras que los de difícil degradación, como gomas, cueros, textiles, etc., producen el máximo a los cinco años. La producción de biogás viene determinada por una serie de factores que afectan al crecimiento y desarrollo de los microorganismos que intervienen en la descomposición, entre los que se encuentran la composición del residuo, el contenido de humedad, la disponibilidad de nutrientes, y por otros como las condiciones climáticas, la compactación y la trituración de los residuos.


3. BIOGÁS - Extracción

El biogás o gas de vertedero, contribuye al efecto invernadero y presenta un cierto riesgo de explosión, además de otros problemas. ● Sistemas de control pasivo. En estos sistemas la propia presión del gas generado es la fuerza que dirige su movimiento. Se suelen instalar en vertederos donde se espera una producción baja de biogás y con un sustrato de baja permeabilidad, por lo que las migraciones de gas al terreno circundante están relativamente controladas. Chimeneas que se introducen a través de la cobertura final del vertedero para rebajar la presión interna, zanjas perimetrales de intercepción rellenas de grava con tuberías horizontales perforadas que van conectadas a chimeneas verticales, zanjas perimetrales barrera rellenas de materiales impermeables para impedir el movimiento lateral de los gases, o incluso utilizando la propia impermeabilización del vertedero como barrera. ●Sistemas de control activo. Se utilizan también chimeneas y zanjas perimetrales rellenas de gravas para la extracción del gas, pero a diferencia de los sistemas anteriores, se ha de crear un vacío parcial, mediante un compresor, que origine un gradiente de presión hacia la chimenea de extracción.


3. BIOGÁS - Gestión

Un método común para tratar estos gases es la destrucción térmica en una instalación de combustión. Este proceso consiste en quemar el CH4 y los oligogases, incluyendo los COV, en presencia de O2, para producir CO2, dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NxOy) y otros gases relacionados. Al transformar el CH4 en CO2, se reduce el efecto invernadero, al contribuir éste último veinte veces menos que el CH4. E n c u a n t o a l a p r o v e c h a m i e n t o e n e r g é t i c o , s e p u e d e aprovechar directamente el gas generado para uso propio del vertedero en forma de calor o de electricidad, sin someterlo a depuración. También puede mejorarse la calidad del gas, eliminando la humedad y los elementos traza, e incluso separando el CO2 del CH4 por medio de técnicas de absorción/adsorción o mediante filtración por membranas (Tema 3). De esta manera podrá aprovecharse el gas para su consumo industrial fuera de las instalaciones del vertedero, como gas natural si su calidad final lo permite, o para su transformación en electricidad.


4. LIXIVIADOS

Composición da idea de la Actividad química y biológica. Factores:

Naturaleza del residuos

Edad del Vertedero

Compactación del residuo

Climatología

Tratamiento previo del residuo

Lixiviado de vertederos jóvenes mucho más contaminante que el de los vertederos más antiguos. El pH de los lixiviados durante la fase ácida va a encontrarse por debajo de los valores medidos en los lixiviados durante la fase de generación de CH4, mientras que los valores de la DBO5, DQO, Carbono Orgánico Total (COT) y de nutrientes van a ser más altos en las primeras fases. La relación DBO5/DQO, que indica el grado de biodegradabilidad del lixiviado, va a ser también mayor en fases más tempranas.


Parámetro

Vertedero nuevo (menos de 2 años)

Vertedero antiguo (más de 10 años)

Rango Típico Rango

DBO5 2.000 – 30.000 10.000 100 – 200

DQO 3.000 – 60.000 18.000 100 – 500

COT 1.500 – 20.000 6.000 80 – 160

SST 200 – 2.000 500 100 – 400

Nitrato 5 – 40 25 5 – 10

Total de Fósforo 5 – 100 30 5 – 10

Conductividad 10 – 16.000 - -

Alcalinidad (CaCO3) 1.000 – 10.000 3.000 200 – 1.000

pH 4,5 – 7,5 6 6,6 – 7,5

Dureza Total

(CaCO3) 300 – 10.000 3.500 200 – 500

Calcio 200 – 3.000 1.000 100 – 400

Magnesio 50 – 1.500 250 50 – 200

Potasio 200 – 1.000 300 50 – 400

Sodio 200 – 2.500 500 100 – 200

Cloro 200 – 3.000 500 100 – 400

Sulfatos 50 – 1.000 300 20 – 50

Total de Hierro 50 – 1.200 60 20 – 200


Balance hídrico de un vertedero (entradas y salidas) Las ENTRADAS principales de líquidos son:

● Agua filtrada superiormente. Dependerá entre otros del tipo de material de cobertura, permeabilidad, la pendiente, la existencia de vegetación, compactación, etc. ● Agua aportada por los residuos sólidos o por el material de cobertura.

Las SALIDAS más importantes son:

● Escorrentía superficial y subsuperficial. ● Agua utilizada para la formación del biogás. ●Evaporación. ●El propio lixiviado.

También puede quedarse retenida en el vertedero una cierta cantidad de agua que no se consume, ni sale como vapor ni como lixiviado. Se denomina capacidad de campo.


5. PROTECCIÓN DEL SUELO Y DE LAS AGUAS


Barrera geológica

Se considera que existe barrera geológica cuando las condiciones geológicas e hidrogeológicas del terreno subyacente y de las inmediaciones del vertedero tienen la capacidad de atenuación suficiente para impedir un riesgo potencial para el suelo y las aguas subterráneas. Esto se consigue cuando la base y los lados del vertedero disponen de una capa mineral con un espesor y un coeficiente de permeabilidad (K) cuyo efecto sea por lo menos equivalente al derivado de los requisitos siguientes (directiva 99/31/CE):

Vertederos para residuos peligrosos: K ≤ 10-9 m/s y espesor ≥ 5 m. Vertederos para residuos no peligrosos: K ≤ 10-9 m/s y espesor ≥ 1 m. Vertederos para residuos inertes: K ≤ 10-7 m/s y espesor ≥ 1 m.

Si la barrera geológica natural no cumpliera las condiciones mencionadas, ésta deberá complementarse mediante la colocación de una barrera geológica artificial, que consistirá en una capa mineral con un espesor de al menos 0,5 m.


Sistemas de impermeabilización Para asegurar un buen rendimiento, el recubrimiento de arcilla debe instalarse en capas de 10 a 15 cm, con una compactación adecuada antes de colocar las capas siguientes. También mezcla con bentonita (montmorillonita de sodio con gran capacidad absorbente).

Combinar estos materiales naturales con los denominados materiales geosintéticos, entre los que conviene destacar:

●Geomembranas. Láminas generalmente formadas por PoliEtileno de Alta Densidad (PEAD), que debido a que su baja permeabilidad es el material perfecto para ser utilizado como agente de impermeabilización. ●Geotextiles. Es un material textil plano y permeable, fabricado con PoliPropileno (PP) o PEAD, que se utiliza para proteger las geomembranas ante el punzonamiento por otros materiales y como capa filtrante de partículas en suspensión que puedan obstruir la red de drenaje de lixiviados. ●Geomallas. Se utilizan para reforzar terrenos o para evitar deslizamientos en los taludes del vertedero. ●Georredes. Sustituyen a las capas de drenaje de material granular en los taludes escarpados del vertedero debido a su mayor adaptabilidad.


Sistemas de captación de lixiviados

Debido a que el revestimiento nunca llega a ser completamente impermeable, si se almacena demasiada cantidad de lixiviado pueden aparecer filtraciones, por lo que además de una adecuada impermeabilización será necesario recolectar el lixiviado y transportarlo fuera del vertedero hacia una planta de tratamiento. Normalmente , es te s is tema es tá fo rmado por una capa de drenaje de alta permeabilidad situada entre la masa de residuos y el revestimiento de la base y los taludes del vertedero, y está construida con material granular como gravas o arenas, cuyo espesor mínimo ha de ser de 0,5 m, o con material geosintético (georredes). E l f o n d o d e l v e r t e d e r o e s t á g r a d u a d o e n u n a s e r i e d e terrazas inclinadas con el fin de conducir los lixiviados para que drenen hacia los canales de recogida del lixiviado. Se utiliza una tubería perforada colocada en cada canal para transportar el lixiviado recogido hasta una localización central, a partir de la cual sale del vertedero y se separa para su tratamiento y gestión


Colocación de tuberías en cada canal del vertedero, para transportar el Lixiviado a una zona central de control y tratamiento


Almacenamiento y tratamiento de los lixiviados

Una vez captados los lixiviados, son almacenados en balsas diseñadas para poder gestionarlos posteriormente. Estas balsas de almacenamiento de lixiviados están situadas en lugares donde sea posible el drenaje de los líquidos por gravedad. Además deberán cumplir estrictos criterios de impermeabilización y tener una capacidad suficiente para almacenar los lixiviados durante el tiempo adecuado a su tratamiento o gestión.

Como los lixiviados, debido a su alta carga contaminante, no pueden verterse a cauce público o al alcantarillado, deben ser sometidas a un tratamiento. Hay varias formas de tratar estos lixiviados, como puede ser su recirculación a través del vertedero, su evaporación en estanques, pero la más adecuada es su depuración mediante procesos de tratamiento biológicos y físico-químicos.


6. SELLADO Y CLAUSURA DE VERTEDEROS

Tras esta fase aún deben seguir funcionando todas las medidas empleadas para evitar la contaminación del medio durante un largo periodo de tiempo, de 30 a 50 años. Se deberá por tanto diseñar una capa de sellado que recubra la parte superior del vertedero y mantener sistemas de control de aguas superficiales, gases y lixiviados, así como sus respectivos tratamientos. Además, será necesario un sistema de supervisión ambiental para vigilar que se mantenga la calidad del medio circundante y que se conserven en buen estado las instalaciones.

Finalmente, los procesos biológicos naturales que se producen en el interior del vertedero causarán la estabilización de los residuos vertidos y podrá llegar a ser utilizable para otros fines.

VERTEDEROS RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS CIENCIAS AMBIENTALES

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