Capítulo 6.4 Estabilización y solidificación de residuos peligrosos

Presentación del tema: "Capítulo 6.4 Estabilización y solidificación de residuos peligrosos"— Transcripción de la presentación:

1 Capítulo 6.4 Estabilización y solidificación de residuos peligrosos
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2 Inmovilización La inmovilización es un término colectivo para una serie de procesos de tratamiento que tienen como objetivo garantizar la seguridad en la eliminación de los residuos peligrosos, reduciendo los lixiviados de los residuos Estabilización: técnicas mediante las cuales los residuos peligrosos se convierten en una forma más estable Solidificación: técnicas que crean una masa sólida del residuo original o del residuo que ha sido estabilizado La E/S se usan a menudo en combinación El forraje seco de la E/S es a menudo el residuo de otros procesos de tratamiento Diapositiva 2 Inmovilización El término general 'inmovilización' incluye métodos físicos y químicos tanto para solidificar como para estabilizar los residuos. La estabilización es un término general para describir técnicas o métodos mediante los cuales los residuos peligrosos son convertidos en una forma más estable. La estabilización transforma los estados químicos de los componentes de los residuos en formas con una solubilidad acuosa inferior. El proceso, por lo general, mejora el manejo y las características físicas de los residuos. La solidificación se refiere a las técnicas que inmovilizan los residuos en una masa sólida. Esta masa puede ser el residuo original o el residuo previamente estabilizado. La solidificación cambia la forma física de los residuos y, generalmente, origina la clasificación química de los componentes de residuos en la matriz de E/S. De la misma forma que la inmovilización se utiliza en combinación con otras técnicas (ej el tratamiento físico-químico) la estabilización y la solidificación son usadas a menudo en combinación y generalmente son utilizadas para tratar residuos provenientes de otros procesos de tratamiento ej. lodos de la precipitación de metales pesados o deshidratación o cenizas volantes de la incineración (incluyendo la de residuos sólidos municipales). TRP Chapter

3 Objetivos de la E/S de residuos peligrosos
Reducir el potencial de lixiviado de residuos peligrosos - Conversión de los agentes contaminantes en formas menos tóxicas - Disminución del área de superficie residual - Reducción de la movilidad de los contaminantes Formación de una masa sólida sin líquido libre Mejora del manejo y las características físicas de los residuos Normalmente debe ser considerado como un proceso de tratamiento anterior al vertedero Diapositiva 3 Objetivos de la E/S de residuos peligrosos Como muestra la diapositiva, el objetivo principal de las técnicas de E/S es reducir el potencial de los componentes de residuos peligrosos a lixiviar. Un proceso eficaz de inmovilización es aquél donde los potenciales agentes contaminantes son inmovilizados con éxito en una estructura de residuos estabilizada o solidificada y aislados del medio ambiente más amplio, haciéndolos inadecuados para la lixiviación. Esto se consigue mediante: - la conversión de los agentes contaminantes en formas menos tóxicas - la disminución del área de superficie de los residuos - la reducción de la movilidad de los agentes contaminantes de los residuos Una ventaja adicional es la mejora que se puede producir en el manejo. TRP Chapter

4 Pretratamiento de residuos
Ajuste de las características físicas • tamaño de la partícula, forma y distribución por selección y/o reducción del tamaño • contenido de la humedad • homogeneidad • viscosidad Ajuste de las características químicas • pH • toxicidad • extracción de los componentes tóxicos • destrucción de la toxicidad • reducción de la toxicidad Diapositiva 4 Pretratamiento de residuos Pueden ser necesarios varios procesos de pretratamiento para transformar los residuos en formas adecuadas para la E/S. Algunos de estos tipos de pretratamiento que pueden requerirse son catalogados en la diapositiva. Como se ha expuesto en la diapositiva 3, los procesos de E/S son usados a menudo en combinación con otros métodos de tratamiento de residuos peligrosos, incluyendo métodos físicos y químicos (consultar también el Capítulo 6.2 Procesos fisico-químicos); tratamiento biológico (consultar también el Capítulo 6.3 Métodos biológicos) y también métodos térmicos (ver el Capítulo 6.5 Tratamiento térmico). El pretratamiento necesario para hacer que los residuos sean adecuados para las técnicas de E/S, puede incluir uno o varios de dichos tratamientos anteriormente citados. TRP Chapter

5 Estabilización Reacción química - Neutralización de ácido/álcali
- Quelación - Complexación - Oxidación/reducción - Precipitación - Hidróxidos - Silicatos - Sulfuros Quimisorción Intercambio iónico Diapositiva 5 Estabilización La estabilización de los residuos reduce su potencial peligroso, transformando los residuos en una forma menos soluble, menos móvil o menos tóxica. Esto puede incluir la utilización de algunos métodos químicos y físicos mostrados en la diapositiva. El pretratamiento y la estabilización de los residuos pueden incluir los mismos tipos de procesos. La estabilización puede ser la etapa final previa al vertedero o, comúnmente, la estabilización puede ser seguida de la solidificación. TRP Chapter

6 Solidificación Puede ser usada para tratar residuos originales o estabilizados Tipos de aglomerantes utilizados: - Con base de cemento - Cemento de Portland, polvo de horno de cemento - Cal/caliza/cal viva - Cal/cenizas volantes, polvo de horno de cal - Cal / otros sistemas naturales y artificiales basados en la pozolana - Materiales termoplásticos - Asfalto (alquitrán), parafina, polietileno - “Termosetting polymers” - Polibutadieno, formaldehído (poli) ureico, polivinilesterestireno Diapositiva 6 Solidificación Las técnicas de solidificación inmovilizan bien el residuo original, o el estabilizado mediante la formación de una masa sólida. La solidificación normalmente implica la unión química de los residuos y su aglomerante. La diapositiva muestra algunos tipos de aglomerantes utilizados. Los sistemas orgánicos basados en los termoplásticos y los “termosetting polymers” resultan caros y no son usados con frecuencia. Existen dos planteamientos principales de solidificación. Los aglomerantes utilizados en la solidificación puede ser mezclados con los residuos en el vertedero (o los residuos que han sido bombeados en un hoyo) donde el material entonces se solidifica in-situ. Las técnicas más recientes usan un proceso discontinuo que permite que el material se asiente en primer lugar, con el fin de comprobar su fuerza y características de lixiviación, antes de ser enviado al vertedero como un sólido. TRP Chapter

7 Aditivos Carbono activo Emulsionadores y agentes surfactantes
Cal, cenizas volantes y polvo de horno Oxidantes Agentes reductores Arcillas seleccionadas Silicatos solubles Diapositiva 7 Aditivos Los procesos de E/S pueden ser usados en combinación con sorbentes u otros aditivos para mejorar la inmovilización de contaminantes específicos. Los aditivos pueden ser especialmente útiles para procesos con cemento o pozolana, con el fin de disminuir la movilidad de los contaminantes en sus productos porosos. El carbono activo es el sorbente escogido generalmente para orgánicos, aunque los métodos de E/S no constituyen el modo de tratamiento ideal para los residuos orgánicos (observar la diapositiva 12). Los emulsionadores y agentes surfactantes se utilizan para permitir la incorporación de soluciones orgánicas inmiscibles. La cal, las cenizas volantes y el polvo de horno se añaden para mantener las condiciones alcalinas. También pueden actuar como aglomerantes de la solidificación produciendo reacciones parecidas al cemento en los residuos Estabilizados/Solidificados. Los oxidantes y reductores son empleados para transformar los contaminantes en sustancias con un nivel químico menos tóxico. Las arcillas seleccionadas son usadas para sorber líquido y aglutinar aniones o cationes específicos. TRP Chapter

8 Factores clave Características de los residuos: - propiedades químicas
- composición y concentración - acidez/alcalinidad - potencial de oxidación/reducción - solubilidad Propiedades físicas - estado (líquido, lodo o sólido) - tamaño, forma y distribución de la partícula - contenido sólido - viscosidad Características de los aglomerantes Modos de tratamiento Diapositiva 8 Factores clave La diapositiva muestra algunos de los factores que influyen en la eficacia del proceso de E/S, y el número de etapas de tratamiento necesarias. Las características químicas, biológicas y físicas de los residuos son clave. Los métodos de tratamiento apropiado deben adecuarse a estas características. La selección de aglomerantes y aditivos también depende de las características de los residuos. En la E/S, los componentes de los residuos peligrosos se dispersan a lo largo y ancho de una matriz aglomerante orgánica o inorgánica, y esto los aísla físicamente de las aguas subterráneas. La eficacia del aislamiento depende de la permeabilidad de la matriz y es determinada por las interacciones entre los residuos y los aglomerantes, y el método de tratamiento utilizado para formar el monolito de E/S. El grado de mezcla de los componentes de los residuos en la totalidad de la superficie de la matriz es un factor importante. La durabilidad a largo plazo de los residuos tratados es un factor importante en la determinación de la eficacia del tratamiento de E/S. El objetivo es que los residuos estabililzados/solidificados permanezcan como un monolito sólido por largos períodos de tiempo. En lo que respecta al control de la lixiviación de metales, la capacidad de neutralización del ácido es un factor determinante. Los residuos E/S deberían producir un pH local dentro de los poros de la microestructura del material que produce una solubilidad baja, generalmente en la gama pH 8-10 para la mayoría de los metales. Debate: Los comunicadores deberían comentar la influencia relativa de los factores clave en la utilización de los procesos de E/S TRP Chapter

9 Evaluación de residuos
Análisis y caracterización de los residuos para determinar: - tipo de contaminantes - niveles de contaminación - distribución espacial de los contaminantes - presencia de posibles efectos de interferencia La E/S se adecúa mejor a residuos mayoritariamente inorgánicos Diapositiva 9 Evaluación de residuos Como se mostraba en la diapositiva anterior, existen ciertos factores clave que influyen en las opciones de tratamiento cuando se utilizan métodos de E/S y en la eficacia del proceso. El análisis y la caracterización de los residuos se realizan para determinar el tipo, los niveles y la distribución espacial de los contaminantes, además de la presencia de cualquier componente que podría interferir en el proceso. En general, las tecnologías de E/S son muy eficaces en el tratamiento de residuos principalmente inorgánicos. Los residuos mayoritariamente orgánicos pueden ser tratados ocasionalmente, siempre y cuando el proceso se lleve a cabo con cuidado, pero existen otras técnicas que son generalmente más apropiadas. Las moléculas orgánicas pueden interferir con las reacciones de hidratación del cemento y otros sistemas de aglomerantes de la solidificación. Asimismo, tienden a no aglutinarse en los materiales inorgánicos surgidos de la E/S. Los residuos con probabilidad de somerterse a un proceso de E/S, deberían ser primero analizados y, su tratabilidad, evaluada. TRP Chapter

10 Pruebas de funcionamiento
Pruebas físicas • Contenido de humedad • Gravedad específica • Densidad por unidad de volumen • Permeabilidad • Porosidad • Fuerza • Durabilidad Pruebas químicas • pH • Capacidad de neutralización del ácido • Potencial de oxidación/reducción • carbono orgánico total • aceite y grasa • compuestos orgánicos volátiles • análisis metálico Diapositiva 10 Pruebas de funcionamiento Existen una serie de pruebas físicas que pueden ser utilizadas para analizar el funcionamiento de las tecnologías de E/S sobre residuos tratados con este método. Algunas de estas pruebas pueden ser exigidas mediante regulaciones, mientras otras pueden utilizarse para garantizar una mayor certeza de que un determinado proceso de E/S es apropiado para el uso que se le ha sido asignado. En EE. UU, el Ministerio de Medio Ambiente generalmente considera como satisfactorio un material de E/S, si éste tiene una fuerza de compresión de, al menos, 50 libras por pulgada cuadrada. La fuerza mínima requerida, sin embargo, debe ser determinada por las cargas de diseño a las cuales puede someterse al material. Las pruebas de durabilidad evalúan la capacidad de un material para soportar las inclemencias medioambientales, tales como la congelación y el deshielo o la humedad y la sequedad. La pérdida de peso o el número de dichos ciclos que el material puede soportar sin sufrir fallo alguno, pueden proporcionar una indicación de su estabilidad física. Las pruebas de extracción se refieren a pruebas de lixiviación que, generalmente implican la agitación del suelo, o formas pulverizadas de residuos en una solución de lixiviación. La solución de lixiviación puede ser ácida o neutra, y este estado puede variar durante la prueba. Las pruebas de extracción pueden implicar extracciones únicas o múltiples. En uno u otro caso, la lixiviación se realiza para alcanzar un equilibrio al final de un período de extracción. Por lo tanto, las pruebas de extracción son usadas frecuentemente para determinar la concentración de lixiviado máxima, o saturada, bajo una serie de condiciones de prueba determinadas. Las pruebas de lixiviación miden el potencial de residuos estabilizados y/o solidificados que pueden liberar contaminantes al medio ambiente. En todas las pruebas, los residuos se tratan con una solución de lixiviación, y la cantidad de contaminantes en el lixiviado es medida y comparada con un estándar preestablecido. Este estándar puede ser un estándar regulador o pueden ser datos generales de la lixiviación de los residuos no tratados. Las pruebas pueden ser caras, especialmente cuando se aplican a un gran número de muestras, y son reproducidas para asegurar la validez estadística. Pruebas de lixiviación/extracción TRP Chapter

11 Propiedades de los residuos tratados mediante E/S
1. FORMULACIÓN: Tipo de residuo, % y composición Composición del aglomerante Contenido de agua 2. TRATAMIENTO DE LA MEZCLA Método de mezcla Condiciones de hidratación Edad Condiciones de eliminación Diapositiva 11 Propiedades de los residuos tratados mediante E/S Las propiedades de los residuos estabilizados, una vez que éstos han sido tratados con dichos métodos, depende de los factores que se exponen en la diapositiva. TRP Chapter

12 Re-utilización de los residuos E/S
Posibilidad de ser limitados debido a : Durabilidad dudosa a largo plazo - Propiedades mecánicas insuficientes - Percepción de riesgo Un posible uso es como inertes de relleno Debería ser considerado como método de pretratamiento de vertedero La eliminación- no debería depositarse junto con mezclas de RSU La compatibilidad con el lugar de eliminación debe ser probado Diapositiva 12 Usos de reutilización de residuos estabilizados/solidificados Por regla general, las técnicas de E/S deben ser consideradas como una etapa de pretratamiento de vertedero. (Observar también el Capítulo 6.6, Eliminación en el suelo) Aunque puedan existir posibles métodos de utilización de los residuos tratados mediante E/S, hay una serie de factores que deben ser tomados en consideración. El escaso conocimiento sobre el funcionamiento a largo plazo, y el impacto medioambiental de los residuos tratados mediante E/S, son los más importantes de todos ellos. En vista de la amplia gama de escenarios posibles en situaciones de empleo, es a menudo imposible predecir las consecuencias medioambientales causadas por la utilización de productos de residuos, basados en datos extraídos de pruebas limitadas. La percepción de riesgo asociado con el empleo de residuos de E/S, limitará frecuentemente la conveniencia y las oportunidades. El potencial de lixiviación puede hacer que los residuos tratados por E/S sean adecuados para su utilización sólo en circunstancias específicamente controladas ej: rehabilitación de canteras, material base de carreteras. Cuando el empleo de residuos tratados mediante E/S es inadecuado, o cuando dicho empleo es poco práctico o no está permitido, éstos deberían ser vertidos en una planta segregada. La eliminación en una celda revestida con arcilla constituye la mejor opción. Los residuos de E/S no deberían ser depositados con los RSU, puesto que el lixiviado ácido producido por la mezcla de residuos afectará desfavorablemente a los residuos de E/S y a su capacidad de retención de los componentes peligrosos. La compatibilidad con el lugar de eliminación debería formar parte del programa de pruebas de diseño y tratabilidad. TRP Chapter

13 Residuos tratados generalmente mediante E/S
Residuos de control de la contaminación del aire Residuos metálicos de lodo Dragado de lodo Torta de lodo Residuos de curtiduría Suelos contaminados Lodo de lagunas Junto con otros residuos PREDOMINANTEMENTE inorgánicos - todos probablemente contienen algún orgánico Diapositiva 13 Residuos tratados generalemnte mediante E/S La diapositiva muestra algunos ejemplos de tipos de residuos que comúnmente son tratados mediante E/S. La lista no es exhaustiva, y existen muchos tipos diferentes de residuos que han sido tratados, aunque los tipos expuestos aquí representen probablemente los principales. Las cenizas de incineración de residuos y los residuos de control de la contaminación del aire son comúnmente solidificados en Europa, mientras que en EE. UU el suelo contaminado es generalmente tratado mediante E/S. Es importante tener en cuenta que todos estos residuos son predominantemente inorgánicos, aunque probablemente contengan algún nivel de contaminación orgánica. Como se ha afirmado con anterioridad, los residuos mayoritariamente orgánicos no son generalmente adecuados para ser tratados con técnicas de E/S. TRP Chapter

14 Caso de estudio - Reino Unido
Diapositiva 14 Caso de estudio - Reino Unido Las siguientes cuatro diapositivas describen una instalación de E/S del Reino Unido. No hay ninguna exigencia específica para las propiedades de los residuos de S/S en el Reino Unido, pero la Guía de Vertederos de la CE (que ha sido adoptada por la ley británica) requiere que los residuos sean sometidos a amplias pruebas para determinar su clasificación y, de esta forma, decidir a qué categoría de vertedero (peligroso, no peligroso o inerte) son enviados para su eliminación. Considerando los costos más elevados y la inferior disponibilidad de los vertederos para residuos peligrosos, siempre y cuando los procesos de E/S permitan que los residuos peligrosos sean degradados en no peligrosos, las técnicas podrían ser más utilizadas en el futuro. TRP Chapter

15 Esquema de la planta de E/S de residuos
1ª parte: Estabilización Efluente de residuo 5000 toneladas Residuos de álcali pH> 12 Sólidos inorgánicos, líquidos y lodo TOC <1000 mg/L Tanque de almacenaje de reserva pH % sólidos Filtración de vacio para generar tortas de lodo 9000 toneladas residuos ácidos pH> 7-8 Diapositiva 15 Esquema de la planta de E/S de residuos 1ª parte - Estabilización Este es un diagrama esquemático de una planta de E/S de residuos típica, que funcionaba hasta hace poco en el Reino Unido. Esta diapositiva muestra un diagrama de la etapa de estabilización. Los residuos entrantes en la planta son líquidos principalmente inorgánicos, sólidos o lodo. Los residuos con un TOC (carbono orgánico total ) superior a 1000 mg/L no eran aceptados para su tratamiento. Los residuos eran separados en álcalis (pH> 12) y residuos ácidos (pH~7-8) y eran almacenados en grandes cuencas. Entonces, se mezclaban en un amplio tanque conocido como depósito de almacenaje de reserva. El pH de esta mezcla se mantenía en un intervalo situado entre 8.5 y 9.5, que se conseguía mezclando la solución con sumo cuidado de modo que los metales se precipitaran fuera de la solución. De este modo, los residuos alcalinos eran eficazmente utilizados para tratar residuos ácidos. El contenido de sólidos del depósito de almacenaje de reserva era generalmente del %, y la mezcla total se mantenía en movimiento para evitar su sedimentación. Una fracción del depósito de almacenaje de reserva alimentaba una prensa de filtro de vacío encargada de realizar el proceso de solidificación de los residuos estabilizados. Residuos entrantes Almacenaje de residuos Mezcla Residuos estabilizados TRP Chapter

16 Esquema de la planta de E/S de residuos
2ª parte: Solidificación Eliminación en celdas revestidas de arcilla en vertederos Residuos estabilizados Torta de lodo 15 % OPC + 15 % PFA + torta de lodo del 70 % ( ~ 50 % de sólidos ) Salida ~ 6T por hora Diapositiva 16 Esquema de la planta de E/S de residuos 2ª parte - Solidificación Los residuos estabilizados eran generados a una media de aproximadamente 6 toneladas por hora de la prensa de filtro. Esta cantidad era introducida en un mezclador de gran potencia donde se mezclaba con los aglomerantes de solidificación. Normalmente, se utilizaba una mezcla de cemento ordinario de Portland (OPC) y ceniza de combustible pulverizada (PFA), aunque la composición exacta de la mezcla variara. El cemento representa el coste principal del proceso y, por lo tanto, existía un conductor que mantenía los niveles de cemento al mínimo. Los materiales de aglomeración de la solidificación se hidrataban en el agua que contenía la torta de lodo. No se añadía más agua. El producto formado tenía inicialmente una consistencia parecida a una arcilla y era transportado directamente al vertedero para ser eliminado en una celda impermeabilizada de arcilla para uso único de este producto. Residuos estabilizados Mezclador de alta potencia Mono - eliminación TRP Chapter

17 Tipos de residuos tratados en la planta británica
Tipo de basura(gasto) % en total Ácido sulfúrico Ácido clorhídrico Ácido crómico Ácidos mezclados/otros Soluciones de Al-cloruro Soluciones de Fe-cloruro Cianuros sólidos/líquidos Soluciones cáusticas Lodos neutros Lodos de cal Otros lodos Tortas de lodo Lavados de quitapinturas Sulfato ferroso Otros Diapositiva 17 Tipos de residuos tratados en la planta británica En esta diapositiva se resumen los tipos de residuos tratados en esta planta. Como puede apreciarse, se trataba una amplia gama de residuos ácidos y alcalinos. TRP Chapter

18 Especificación de los residuos tratados
La fuerza de los 28 días siguientes al 1er día de producción, no será menor de 700 kPa. Ninguna muestra individual debe tener una fuerza menor a 350kPa La permeabilidad a los 28 días menor que 1x10-7 m/s Ningún flotante después de que los residuos de S/S hayan permanecido estables 24 horas Propiedades de lixiviación: Depende de la prueba, pero generalmente incluye límites de pH, TOC, cianuro total, fenol total, amoníaco Los metales pesados (Zn, Hg, Cr), límite de metal total y pesticidas totalmente orgánicos u organometálicos Diapositiva 18 Especificación de los residuos tratados La diapositiva muestra la especificación de funcionamiento acordada entre el contratista y el ayuntamiento, para los materiales tratados por la planta británica de E/S. Las exigencias hacían referencia a la fuerza, la permeabilidad y la lixiviación de los residuos tratados. También se requería que no se formara ningún tipo de agua permanente libre o flotante en la superficie de los residuos tratados. TRP Chapter

19 Principales consideraciones
Reducir los residuos y evitarlos siempre debería constituir una prioridad para los generadores Papel de las tecnologías in situ frente a las tecnologías fuera de planta Necesidad de considerar los residuos provenientes de los procesos de tratamiento y su eliminación Las tecnologías de transición pueden ser usadas hasta que estén disponibles las instalaciones finales de alta calidad Diapositiva 19 Consideraciones claves Deben tenerse en cuenta algunos factores clave antes de tomar cualquier decisión sobre el tratamiento o eliminación. Los comunicadores deben hacer referencia a las diapositivas 30, 31 y 32 del Capítulo 6.1, cuando resuman los capítulos que exponen las opciones de tratamiento. Estas diapositivas son también una base útil para los debates en grupo y los proyectos de estudio individual. En muchos casos, existirán factores adicionales que son importantes, y éstos deberían ser desarrollados por individuos expertos basándose en el conocimiento y los temas locales. En cada caso, la evolución de la tecnología será importante. Un planteamiento de tecnología modular simple puede permitir la adaptación contínua, puesto que el sistema general de gestión de residuos se amplía. A la inversa, la instalación de tecnología avanzada puede ayudar a determinar el desarrollo de la estrategia. En cualquier caso, el coste de la inversión (la compra, la instalación, el funcionamiento y la supervisión) debe ser determinado cuidadosamente. El rendimiento de la inversión dependerá de la estructura de cuotas para los residuos aceptados, y ésto a menudo, va unido a la política de desarrollo industrial del gobierno. TRP Chapter

20 Capítulo 6.4 Resumen Técnicas de estabilización y de solidificación
Reducir el potencial de lixiviación de los residuos peligrosos Mejorar el manejo y las características físicas Puede requerir pretratamiento de los residuos ej para cambiar el tamaño de la partícula, pH La estabilización es generalmente seguida por la solidificación Debería ser considerada como un proceso de pretratamiento de vertedero TRP Chapter