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BIOFILTRACIÓN DE EFLUENTES GASEOSOS
El control de olor es uno de los intereses primarios en las
instalaciones medio ambientales, especialmente si se ubican cerca de
áreas residenciales. La buena gestión del proceso y el quehacer
cuidadoso puede reducir los olores, pero en muchos casos todavía se
requerirá algún método para la reducción del olor.
También es necesario el control
del olor en multitud de procesos, y hay varias opciones para el tratamiento del
olor, incluyendo el químico, la destrucción térmica y la
biofiltración. En muchos casos, la biofiltración es la
opción más económica y la más efectiva, y que, hoy
en día, es de uso generalizado, con preferencia a la filtración
sobre carbón activado, mucho más cara.
La biotecnología se puede aplicar
a la corrección de la contaminación atmosférica mediante
procedimientos no agresivos con el medio ambiente a fin de evitar el uso de
productos químicos. Los biofiltros tienen una matriz (material que sirve
de soporte y que deja pasar el flujo de aire a tratar) y microorganismos. Estos
microorganismos hacen que la contaminación sea retenida, acumulada o
destruida. El material biológico funciona como un catalizador a escala
reducida.
Los sistemas vivos usados para degradar
la contaminación pueden reproducirse de manera natural. Además,
resultan mucho más baratos y, evidentemente, tienen menos efectos
negativos sobre el medio ambiente que los de base química.
Los sistemas biológicos retienen
incluso sustancias que no son depuradas en los sistemas clásicos. Por
ejemplo se ha demostrado la eliminación de hidrocarburos y disolventes
orgánicos en la etapa biológica. De forma natural se favorece el
desarrollo de cepas que se alimentan de los residuos a eliminar, siendo el
sistema, de esta forma, auto regulable. Es una tecnología apta para
emisiones con niveles medios de sulfuro de hidrógeno, amoníaco,
COV's y en general aquellas instalaciones en las que se originan olores de
procesos de degradación biológica o manejo de productos
orgánicos.
Un biofiltro usa materiales
orgánicos húmedos para absorber y degradar compuestos olorosos.
El material, fresco y humedecido, procesa el aire que se inyecta mediante una
rejilla de tubos horadados en un lecho de filtración. Los materiales que
se usan para la construcción de biofiltros son el compost, la turba,
astillas de madera y corteza de árboles, a veces mezclados con
materiales biológicamente inertes, como la grava, para mantener una
porosidad adecuada y son mantenidos a una humedad adecuada para que tenga lugar
el desarrollo microbiano. En este último aspecto hay que considerar que
el compost y la corteza de pino son rellenos con una esperanza de vida limitada
mientras que en los lechos basados en fibra de turba de alta calidad se pueden
garantizar 10 años sin cambio de la biomasa. Además, la fibra de
turba es el tipo de relleno que mejor soporta la fauna bacteriana. Estabiliza
todo el proceso debido a su alta calidad como tampón de humedad y de
nutrientes. No obstante, el mayor precio de la turba hace que los sustratos
más utilizados sean los basados en compost de origen vegetal, con el que
se pueden garantizar hasta 5 años de vida, siendo la real, naturalmente,
muy superior.
La biofiltración de efluentes
gaseosos se define como un proceso biológico utilizado para el control o
tratamiento de compuestos volátiles orgánicos e
inorgánicos presentes en la fase gaseosa. En la biofiltración,
los microorganismos son los responsables de la degradación
biológica de los contaminantes volátiles contenidos en corrientes
de aire contaminado.
El filtro puede ser inoculado con un
cultivo de microorganismos que crecen en los materiales orgánicos que
hay en el aire a depurar. Utiliza los mismos procesos y organismos que se
emplean actualmente en las fases biológicas de tratamiento de las aguas
negras. Al inocular la biomasa con una amplia gama de organismos van a
proliferar las cepas que son capaces de alimentarse de las sustancias aportadas
con la corriente de aire. Así el filtro se auto adapta a las condiciones
encontradas en cada foco.
Durante el proceso de
biofiltración, el aire pasa a través de los poros del material filtrante
que sirve de soporte a bacterias en crecimiento. La degradación de los
contaminantes ocurre previa transferencia del aire a un medio líquido en
donde es utilizado como fuente de carbono y energía (compuestos
orgánicos) o como fuente de energía (compuestos
inorgánicos). La utilización implica producción de biomasa
y la oxidación parcial o total del contaminante. A su vez, la biomasa,
bajo ciertas condiciones sufre una oxidación por respiración
endógena. De esta manera, los procesos de biofiltración dan lugar
a una descomposición completa de los contaminantes, creando productos no
peligrosos.
Las profundidades del lecho de biofiltro
oscilan de
El principal criterio de diseño
es la velocidad de filtración, y es típicamente
Para el lecho filtrante, las
especificaciones estándar son:
· pH lecho: óptimo sobre 7
· Temperatura de lecho: óptimo sobre
· Contenido de humedad del lecho: 40% de la capacidad
máxima
· El aire es comúnmente humedecido antes de su
filtrado.
Sus aplicaciones más usuales se
dan en instalaciones de tratamiento ambiental (depuradoras, plantas de
tratamiento y bombeo, instalaciones de compostaje, RSU,...) y en procesos
industriales, como la industria química, tostadoras de café,
tratamiento de aves, producción de sabores y fragancias, mataderos,
salas de despiece... Por ejemplo, se pueden producir biofiltros que traten los
olores que genera la producción de aceites de cebolla y ajo.
El manejo de todos los componentes
integrantes de un equipo biológico es sencillo y puede ser llevado a
cabo fácilmente por personal sin conocimientos específicos
adicionales. Lo más esencial es la vigilancia del correcto contenido de
humedad de la biomasa. La inspección y limpieza del sistema de
humidificación y del ventilador presente en todos los sistemas de
desodorización tampoco son complicadas.
Los biofiltros se emplean con el
objetivo de eliminar los malos olores y ofrecen un sistema de filtración
con un coste de mantenimiento relativamente bajo. Anualmente el coste del
mantenimiento de lo biofiltros está entre un 60% y el 90% del coste de
los métodos de frotación e incineración de restos de
olores. Sin embargo, el beneficio más importante de los biofiltros es
que permite no molestar a los vecinos de la planta
Los equipos empleados para la
purificación biológica de gases pueden subdividirse en dos tipos:
biofiltros de lecho fijo y, biofiltros de líquido. Esta
clasificación se basa en las condiciones en las que se encuentran los
microorganismos en el sistema y del patrón de flujo de la fase
líquida. Las características de cada uno de estos equipos
aparecen a continuación.
BIOFILTRO
DE LECHO FIJO
Los biofiltros de lecho fijo constan de
un material filtrante, que puede ser sintético, que sirve como soporte
para los microorganismos y en el caso de los orgánicos como fuente de
nutrientes para el crecimiento microbiano. Ejemplos de materiales filtrantes
utilizados en este tipo de filtros son rocas porosas, tierra de diatomeas,
perlita, tierra, trozos de maderas, diferentes tipos de compost, residuos
orgánicos tales como cáscaras de cacahuate, de arroz o cortezas
de pino, entre otros. El principio de los biofiltros de lecho fijo consiste en
hacer pasar la corriente gaseosa saturada de humedad que contiene al contaminante
a través del lecho en donde los contaminantes son degradados por los
microorganismos. En la figura se muestra un esquema de un biofiltro de lecho
fijo. Una característica importante de este tipo es la ausencia de la
fase acuosa móvil que los hace convenientes para tratar contaminantes
muy poco solubles en agua.
BIOFILTRO
DE RECIRCULACIÓN DE LÍQUIDO
El biofiltro de recirculación de
líquido consiste de una columna empacada con un soporte inerte
(usualmente de material cerámico o plástico) donde se desarrolla
la bio película. A través del lecho se alimenta una corriente
gaseosa que contiene el contaminante y una corriente líquida que es
comúnmente reciclada a través del lecho y que tiene la
función de aportar nutrientes esenciales a la bio película,
así como de remover los productos de degradación de los
microorganismos. Estos sistemas se recomiendan para compuestos solubles en
agua. Son los utilizados en tratamiento de aguas residuales. El diagrama 
de operación de este sistema se
muestra en la figura. Tienen ventajas, ya que la recirculación del
líquido facilita la eliminación de los productos de
reacción así como un mayor control sobre el proceso
biológico a través del control del pH y la composición del
medio líquido.
Los
principales parámetros de diseño de un sistema de
biofiltración son los siguientes:
· Características del gas contaminante
(concentración, flujo, presencia de partículas, temperatura).
· Selección del material filtrante.
· Contenido de humedad del material filtrante.
· Microorganismos.
Las características del gas a
tratar son muy importantes en la determinación de la eficiencia de
remoción de un sistema de biofiltración. Con base en la
concentración del gas contaminante se puede seleccionar el tipo de
biofiltro. Generalmente para los sistemas de biofiltración se ha
considerado que el rango de concentración óptimo de
Para los biofiltros de lecho fijo y
recirculación, el lecho filtrante es el hábitat de la
población microbiana. Considerando el volumen de estos sistemas es
recomendable considerar materiales de gran disponibilidad en el sitio de
operación del sistema así como un bajo costo.
En general, se prefiere que los
materiales filtrantes contengan los nutrientes necesarios para el metabolismo
microbiano, sin embargo en ausencia o baja concentración de estos pueden
adicionarse mediante solución de nutrientes
El tamaño de partícula, es
decir su distribución y geometría del poro, debe proporcionar una
mayor área superficial para la rápida transferencia del
contaminante a la fase acuosa y una fracción considerable de espacios
huecos para limitar las caídas de presión.
El material filtrante debe tener una
buena capacidad de retención de agua, ya que los microorganismos
requieren de una importante cantidad de agua para crecer. El rango
óptimo de humedad del material filtrante en sistemas de
biofiltración se considera entre 40 y 60%. Un bajo contenido en el lecho
filtrante reduce el espesor de la bio película y merma la actividad
microbiológica y, por consiguiente, la actividad del biofiltro. Por otro
lado, un elevado contenido de humedad puede crear una saturación,
provocando zonas anaerobias o incrementar la caída de presión.
Finalmente, el pH de estos sistemas debe
ser regulado ya que numerosos procesos de oxidación generan productos
ácidos, básicos o inhibitorios, como los compuestos clorados,
azufrados y amonio entre otros. En general la capacidad amortiguadora se logra
mediante la adición de compuestos tales como carbonatos.
La capacidad de degradación de
los microorganismos involucrados en estos procesos depende de las
características de los contaminantes. Para compuestos o mezclas
biogénicas es fácil encontrar, por su ubicuidad, microorganismos
que degraden los contaminantes a partir de suelos contaminados, lodos activados
y compost. Para la biodegradación de compuestos más
recalcitrantes es necesario realizar un proceso de selección para
encontrar microorganismos eficientes para la oxidación de los
contaminantes. Para compuestos altamente recalcitrantes, como algunos
aromáticos y ciertos clorados de alto peso molecular, se requiere la
presencia de otros compuestos orgánicos para poder realizar la
oxidación, proceso que se conoce como co-metabolismo. Las fuentes
más comunes para encontrar los microorganismos necesarios para el proceso
son generalmente las plantas de tratamiento de agua que reciben las descargas
de las industrias en donde se generan estos contaminantes.
La reacción bioquímica que
describe el proceso de biofiltración se presenta a continuación,
en donde el contaminante presente en fase gas sería el sustrato.
Biomasa
+ sustrato = biomasa + CO2 + H2O
X + S = dX + CO2 + H2O
La lista de especies presentes en
sistemas de biofiltración es larga y depende de diversos aspectos, tales
como el inóculo inicial, el material filtrante, los contaminantes a
tratar y el tiempo de aclimatación. En el cuadro se presenta una lista
de microorganismos comúnmente utilizados para el tratamiento
biológico de gases.
MICROORGANISMOS MÁS COMUNES USADOS PARA EL TRATAMIENTO
BIOLÓGICO DE GASES
|
Bacterias |
Hongos |
|
Actinomicetes Pseudomonas putida |
Actinomycetes |
| - TRATAMIENTO
DE AIRE, HUMOS Y GASES - | - ANTORCHAS
- | - VERTEDEROS
- | - AGUAS RESIDUALES
- |
| - BIOGÁS
- | - INCINERACIÓN
- | - TRATAMIENTO DE FANGOS
- | - SECADEROS
- | - RECUPERACIÓN
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