Optimization of Leachate Treatment Methods by Forced by Forced Evaporation: Experimental Design, Implementation and Evaluation

Abstract

Leachate treatment is a crucial process for waste management, these highly polluting liquids contain humic acids, ammonia nitrogen, heavy metals and inorganic salts. Common treatment methods include clay sedimentation, reverse osmosis, natural evaporation and forced evaporation. To evaluate the most common methods of leachate treatment and develop an experimental forced evaporation system for the reduction of the volume of these wastes, improving the efficiency of the process using controlled thermal energy and real time monitoring systems. A review of the main leachate treatment methods, including reverse osmosis, clay sedimentation, natural evaporation and forced evaporation, is carried out. Then, an experimental prototype based on forced evaporation is designed and built, which has triangular glass and metal domes inclined at 45°, a flow regulation system with valves and a thermal generation system with 100 °C resistors. Data acquisition is managed by an ESP32 and K-type temperature sensors with Max6675 converters, sending real-time information to the ThingSpeak platform. Experimental tests were carried out with a flow rate of 0.22 ml/sec during 9 hours per day, monitoring solar radiation, temperature and relative humidity. It is determined that forced evaporation significantly increases the efficiency of the process, reducing the volume of leachate by 90%. The peak solar hour is identified between 12:00 and 13:00 hours, with a radiation of more than 900 W/m². The leachate in the reservoir reaches temperatures of 38 to 39 °C, while, in the main dome, phase change is ensured from the injection of thermal energy. Forced evaporation is an efficient alternative for leachate volume reduction, overcoming the limitations of natural evaporation in terms of climate dependence and space requirements. The design of the experimental prototype proved to be functional, facilitating flow regulation and controlled application of thermal energy.  El tratamiento de lixiviados es un proceso crucial para la gestión de residuos, estos líquidos altamente contaminantes contienen ácidos húmicos, nitrógeno amoniacal, metales pesados y sales inorgánicas. Entre los métodos más comunes de tratamiento se incluyen la sedimentación con arcillas, la ósmosis inversa, la evaporación natural y la evaporación forzada. Evaluar los métodos más comunes de tratamiento de lixiviados y desarrollo de un sistema experimental de evaporación forzada para la reducción del volumen de estos residuos, mejorando la eficiencia del proceso mediante el uso de energía térmica controlada y sistemas de monitoreo en tiempo real. Se realiza una revisión de los principales métodos de tratamiento de lixiviados, incluyendo osmosis inversa, sedimentación con arcillas, evaporación natural y evaporación forzada. Luego, se diseña y construye un prototipo experimental basado en evaporación forzada, el cual cuenta con domos triangulares de vidrio y metal inclinados a 45°, un sistema de regulación de caudal con válvulas y un sistema de generación térmica con resistencias a 100 °C. La adquisición de datos se gestiona mediante una ESP32 y sensores de temperatura tipo K con conversores Max6675, enviando información en tiempo real a la plataforma ThingSpeak. Se realizan pruebas experimentales con un flujo de 0,22 ml/seg durante 9 horas diarias, monitoreando radiación solar, temperatura y humedad relativa. Se determina que la evaporación forzada incrementa significativamente la eficiencia del proceso, logrando reducir el volumen de lixiviados en un 90%. La hora solar pico se identifica entre las 12:00 y 13:00 horas, con una radiación superior a 900 W/m². El lixiviado en el reservorio alcanza temperaturas de 38 a 39 °C, mientras que, en el domo principal, se asegura el cambio de fase a partir de la inyección de energía térmica. La evaporación forzada es una alternativa eficiente para la reducción del volumen de lixiviados, superando las limitaciones de la evaporación natural en cuanto a dependencia climática y espacio requerido. El diseño del prototipo experimental demostró ser funcional, facilitando la regulación del caudal y la aplicación controlada de energía térmica