Las emisiones de olor procedentes de instalaciones medioambientales (plantas de compostaje, EDARs, rendering…) son frecuente causa de molestias en su entorno, a las que cada vez se presta más atención. Así, se están implementando internacionalmente requisitos estrictos de niveles de olor en aire ambiente que, frecuentemente, las tecnologías convencionales disponibles (“scrubbers”, biofiltros convencionales…) son incapaces de alcanzar.
Para superar estas limitaciones se han desarrollado tecnologías de reducción de olores de alta capacidad (como los Biofiltros de Relleno Inorgánico o la Oxidación Térmica), las cuales ya funcionan en diversas aplicaciones reales. En este trabajo, se ha evaluado el funcionamiento de 4 Biofiltros de Relleno Inorgánico tratando las emisiones de olor y COV.
Daniel Almarcha 1*, Sílvia Nadal 2, Arne Poulsen 3
1. Ambiente y Tecnología Consultores S.A. C\Còrsega 112, local 1. 08029 Barcelona.
2. Sistemas y Tecnologías Ambientales S.A. C/Còrsega 112, local 1. 08029 Barcelona
3. BBK-bio airclean A/S, Linnerupvej 5, Hjortsvang, DK-7160 Tørring, Denmark
E-mail: dalmarcha@sta-at.com. Tel.: +34 932 53 07 40
Conflictos de interés: El autor declara que no existe conflicto de intereses.
Editor académico: Carlos N Díaz.
Calidad del contenido: Este artículo científico ha sido revisado por al menos dos revisores. Vea el comité científico aquí
Cita: Daniel Almarcha, Sílvia Nadal, Arne Poulsen, 2015, Evaluación de la eficiencia de depuración de olor y COV de biofiltros con relleno inorgánico en EDAR y plantas de biometanización, III Conferencia Internacional sobres gestión de Olores en el Medio Ambiente, Bilbao, España, www.olores.org
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ISBN: 978-84-608-2262-2.
Palabras claves: Biofiltros Altas Prestaciones, Biofiltración, Biometanización, EDAR, rendering, VOC
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Resumen
Las emisiones de olor procedentes de instalaciones medioambientales (plantas de compostaje, EDARs, rendering…) son frecuente causa de molestias en su entorno, a las que cada vez se presta más atención. Así, se están implementando internacionalmente requisitos estrictos de niveles de olor en aire ambiente que, frecuentemente, las tecnologías convencionales disponibles (“scrubbers”, biofiltros convencionales…) son incapaces de alcanzar. Para superar estas limitaciones se han desarrollado tecnologías de reducción de olores de alta capacidad (como los Biofiltros de Relleno Inorgánico o la Oxidación Térmica), las cuales ya funcionan en diversas aplicaciones reales. Los Biofiltros de Relleno Inorgánico utilizan un soporte inorgánico (a diferencia de los convencionales, con biomedios orgánicos como turba o fibra de coco) inoculado con microorganismos seleccionados. Entre otras mejoras, pueden alcanzar mayores eficiencias de eliminación de olores, permitiendo una depuración adecuada.
Se ha evaluado el funcionamiento de 4 Biofiltros de Relleno Inorgánico tratando las emisiones de olor y COV en: a) dos EDAR (emisiones de 12.000 m 3/h y 1.500 m3/h, respectivamente) b) una planta de biometanización de restos animales y vegetales (donde se han minimizado con éxito unos importantes problemas de olores, con eficiencias >97%) y c) una planta de biometanización de restos animales. Se midieron las concentraciones de olor, amoníaco y sulfuro de hidrógeno a la entrada y a la salida de cada Biofiltro de Relleno Inorgánico, y se realizaron análisis especiados de COV mediante HRGC-MS en combinación con diferentes técnicas que, conjuntamente, permiten determinar el perfil completo de composición de COV en cada caso. Se identificaron y cuantificaron COV odoríferos como: compuestos reducidos de azufre, alcoholes, cetonas, aldehídos, ésteres, terpenos...
1. Introducción
Las emisiones de olor de instalaciones de tratamiento ambiental (plantas de compostaje, biometanización, rendering, secado térmico de fangos, EDARs…) son con frecuencia causa de molestias en su entorno, a las que se presta creciente atención, por lo que se están implementando requisitos estrictos de calidad del aire ambiente en relación a los niveles de concentración de olor. En muchos casos, las tecnologías de tratamiento convencionales disponibles (scrubbers, biofiltros convencionales, filtros de carbón activo,…) son incapaces de alcanzar los límites de emisión o inmisión requeridos (Anet et al, 2012., por lo que se han desarrollado y aplicado en instalaciones de toda Europa tecnologías de tratamiento de olores de Alto Rendimiento, como los Biofiltros de Relleno Inorgánico o la Oxidación Térmica. A causa de los elevados costes de operación que presentan la Oxidación Térmica y otras tecnologías de tratamiento, la Biofiltración de Relleno Inorgánico constituye una buena opción en estas situaciones.
El soporte de los Biofiltros de Relleno Inorgánico consiste en una fase inorgánica y una orgánica. El componente inorgánico proporciona una resistencia mecánica altamente mejorada, mientras que la fase orgánica que la recubre constituye un medio ideal para la proliferación y fijación de los microorganismos, al tiempo que funciona como un medio adsorbente que ayuda a reducir los efectos de la variabilidad en la composición y concentraciones de entrada. El soporte, previamente esterilizado, de los Biofiltros de Relleno Inorgánico es inoculado con microorganismos específicos seleccionados genéticamente y de origen natural, escogidos para que formen un consorcio preparado a medida para alcanzar una eficiencia demostrada para cada tipo de aplicación. El biomedio de relleno inorgánico también tiene una capacidad de tampón que permite que los diferentes tipos de microorganismos proliferen y se desarrollen juntos.
En esta sección se presentan los resultados que se obtuvieron durante la evaluación del comportamiento de distintos biofiltros de Relleno Inorgánicos utilizados para el tratamiento de emisiones de plantas de rendering y de compostaje de residuos sólidos urbanos. Hay que indicar que las ratios de funcionamiento de estos biofiltros son de alrededor de 120-150 m3/s·m2 con un tiempo de residencia aproximado de unos 20s.
2. Materiales y métodos
Se analizaron diversas muestras y se llevó a cabo un “screening” de COV a fin de comparar los perfiles de compuestos a la entrada y a la salida de cada Biofiltro y de determinar las eficiencias de eliminación para diferentes compuestos representativos. También se determinaron los siguientes parámetros: amoníaco, ácido sulfhídrico, mercaptanos y concentración de olor.
2.1. Análisis de VOC
Se calcularon rectas de calibrado y factores de respuesta relativos a un patrón interno para una lista de COV odoríferos que se encuentran habitualmente presentes en este tipo de muestras, como: compuestos reducidos de azufre, alcoholes, cetonas, aldehídos, esteres y terpenos, entre otros (Wang et al., 2012 y Elbir et al., 2007). El análisis HRGC-MS se llevó a cabo mediante diversas técnicas (como SPME o desorción térmica) las cuales, combinadas, permiten obtener un perfil completo de VOC en cada caso. Se pueden encontrar más detalles sobre el muestreo y análisis HRGC-MS en Almarcha et al., 2012.
2.2. Concentración de olor
El muestreo y las medidas de concentración de olor por olfatometría dinámica se llevaron de acuerdo a la norma EN-13725:2003: “Air quality. Determination of odour concentration”.
2.3. NH3, H2S y Mercaptanos
Se tomaron muestras de gas en bolsas de Tedlar para luego borbotear a través de una solución absorbente: H2SO4 0.05M para el análisis de NH3, y NaOH 0.05M con Cd2+ para analizar H2S y mercaptanos. Los análisis se llevaron a cabo mediante espectrofotometría UV-Vis UV-Vis.
3. Resultados y discusión
3.1 Planta de biometanización de restos animales
Los resultados mostrados en la presente sección corresponden a una planta de Biometanzación de Restos Animales situada en Hamar (Noruega), donde se estudió el rendimiento de uno de los 3 Biofiltros de Relleno Inorgánico instalados en dicha planta. Este Biofiltro es utilizado para tratar una emisión con un caudal de 60,000m3/h y elevadas cargas de olor sobre 50,000-60,000 ouE/m3. Se analizaron 5 muestras a la entrada del biofiltro y 5 a la salida para cada uno de los parámetros antes indicados. Los resultados del análisis especiado de COV, de concentración de olor y de otros parámetros se incluyen en la Tabla 1. La Figura 1 muestra el cromatograma TIC, obtenido mediante SPME-HRGC-MS de una muestra de entrada y una de salida.
Tabla 1: Concentración de olor, NH3, H2S y Mercaptanos (RSH) la entrada y a la salida de un Biofiltro de Relleno Inorgánico en una planta de biometanización de restos animales
|
Parámetro |
Conc. media (entrada) |
Conc. media (salida) |
% Reducción |
|
Conc. olor (ouE/m3) |
61,800 |
480 |
99 |
|
NH3 (ppm) |
27.5 |
<0.2 |
>99 |
|
H2S (ppm) |
29.5 |
<0.2 |
>99 |
|
RSH (ppm) |
1.4 |
<0.2 |
>86 |
Tabla 2: Resultados de los análisis de COV la entrada y a la salida de un Biofiltro de Relleno Inorgánico en una planta de biometanización de restos animales
|
Compuesto |
Conc. media (entrada) (μg/m3) |
Conc. media (salida) (μg/m3) |
% Reducción |
|
Trimetilamina |
3,559.6 |
256.7 |
93 |
|
Metanotiol |
248.5 |
18.4 |
93 |
|
3-Metilbutanal |
3,499.0 |
21.4 |
99 |
|
2-Metilbutanal |
2,807.8 |
19.8 |
99 |
|
Disulfuro de dimetilo |
186.7 |
<2 |
>99 |
|
Hexanal |
743.6 |
<2 |
>99 |
|
Ácido hexanoico |
255.6 |
<2 |
>99 |
|
2-Heptanona |
557.8 |
29.7 |
95 |
|
Heptanal |
794.3 |
<2 |
>99 |
|
2,5-Dimetilpirazina |
754.8 |
15.9 |
98 |
|
Ácido 3-Metilbutanoico |
413.3 |
<2 |
>99 |
|
Aldehído C7 o C8 |
64.1 |
<2 |
>97 |
|
2-Pentilfurano |
582.3 |
18.6 |
97 |
|
Trisulfuro de dimetilo |
98.5 |
<2 |
>98 |
|
Alcohol C7 o C8 |
161.0 |
8.0 |
95 |
|
2-Octanona |
272.9 |
42.6 |
84 |
|
2-Etil-6-metilpirazina |
917.3 |
23.6 |
97 |
|
Octanal |
2,310.5 |
15.5 |
99 |
|
Ácido 4-Metilpentanoico |
189.6 |
<2 |
>99 |
|
2-Etilhexanol |
284.0 |
<2 |
>99 |
|
1-Metilpirrol |
155.6 |
4.3 |
97 |
|
3-Etil-2,5-dimetilpirazina |
826.7 |
10.2 |
99 |
|
1-Octanol |
515.5 |
56.9 |
89 |
|
2-Nonanone |
805.9 |
48.6 |
94 |
|
Nonanal |
3,863.9 |
89.1 |
98 |
|
Hexanoato de butilo |
468.3 |
6.4 |
99 |
|
Aldehído C9 o C10 |
260.6 |
144.9 |
44 |
|
Aldehído |
118.1 |
15.7 |
87 |
|
2-Decanona |
1,596.8 |
74.5 |
95 |
|
Decanal |
427.6 |
8.9 |
98 |
|
Alcohol |
157.0 |
34.0 |
78 |
|
2-Undecanona |
251.6 |
41.5 |
84 |
|
Pirazina |
63.8 |
<2 |
>97 |
|
2-Octanona |
272.9 |
42.6 |
84 |
3.2 Planta de compostaje de lodos de EDAR
Los resultados de esta sección corresponden a un Biofiltro de Relleno Inorgánico tratando emisiones de una planta de compostaje de lodos de EDAR en Mallorca. Todo el aire de los diferentes procesos y naves se trata en un Biofiltro de Relleno Inorgánico instalado en 2003, diseñado para tratar 15,000 m3/h de aire de pretratamiento y de afino del compostaje (con una concentración de olor media de 2,200 ouE/m3), 43,000 m3/h de aire de la carga y descarga de los túneles de compostaje (concentración de olor 1,200 ouE/m3), y 50,000 m 3/h de los túneles de compostaje (concentración e olor de 28,000 ouE/m3). Se analizaron 6 muestras a la entrada del biofiltro y 4 a la salida, para cada uno de los parámetros. Los resultados se muestran en las Tablas 3 y 4.
Tabla 3: Concentración de olor, NH3, H2S y Mercaptanos (RSH) la entrada y a la salida de un Biofiltro de Relleno Inorgánico en una planta de compostaje de lodos de EDAR
|
Parámetro |
Conc. media (entrada) |
Conc. media (salida) |
% Reducción |
|
Conc. olor (ouE/m3) |
10,083 |
528 |
95 |
|
NH3 (ppm) |
7.1 |
<0.2 |
>97 |
|
H2S (ppm) |
<0.2 |
<0.2 |
-- |
|
RSH (ppm) |
<0.2 |
<0.2 |
-- |
Tabla 4: Resultados de los análisis de COV la entrada y a la salida de un Biofiltro de Relleno Inorgánico en una planta de compostaje de lodos de EDAR
|
Compuesto |
Conc. media (entrada) ( µg/m3) |
Conc. Media (salida) ( µg/m3) |
% Reducción |
|
Acetona |
12.6 |
<2 |
84.1 |
|
Disulfuro de dimetilo |
10.1 |
<2 |
80.1 |
|
Acetato de metilo |
27.8 |
<2 |
92.8 |
|
2-Metilfurano |
15.7 |
<2 |
87.3 |
|
2-Butanona |
154.1 |
39.9 |
74.1 |
|
3-Metil-2-butanona |
22.3 |
<2 |
91.0 |
|
2-Pentanona |
5.5 |
<2 |
63.6 |
|
3,3-Dimetil-2-butanona |
15 |
<2 |
86.7 |
|
Disulfuro de dimetilo |
205.3 |
<2 |
99.0 |
|
Acetato de butilo |
137.2 |
<2 |
98.5 |
|
Acetato de pentilo |
14.6 |
<2 |
86.3 |
|
4-Metil-2-pentanona |
13.6 |
<2 |
85.3 |
|
3-Metil-2-pentanona |
8.4 |
<2 |
76.2 |
|
4,4-Dimetil-2-pentanona |
10.9 |
<2 |
81.7 |
|
2-Hexanona |
22.3 |
4.8 |
78.5 |
|
Hexanal |
45.5 |
<2 |
95.6 |
|
Disulfuro de metilo y propilo |
10.2 |
<2 |
80.4 |
|
Posible 3-Heptanona |
9.9 |
<2 |
79.8 |
|
Posible ciclohexanometanol |
8.0 |
<2 |
75.0 |
|
Aldehído |
20.0 |
<2 |
90.0 |
|
α-Pineno |
2,010.7 |
235.5 |
88.3 |
|
Camfeno |
80.4 |
<2 |
97.5 |
|
2-β-Pineno |
600.8 |
89.0 |
85.2 |
|
Limoneno |
2,430.4 |
358.9 |
85.2 |
|
p -Cimeno |
883.0 |
170.8 |
80.7 |
|
Alcohol |
213.9 |
<2 |
99.1 |
|
Terpeno |
218.3 |
13.9 |
93.6 |
Fig. 1: Cromatogramas TIC de los análisis de COV de muestras a la entrada y a la salida de un Biofiltro de Relleno Inorgánico en una planta de rendering
3.3 Estación Depuradora de Aguas Residuales
En 1999 se instaló un Biofiltro de Relleno Inorgánico en la EDAR Municipal de Middelfart (Noruega) para tratar emisiones de las áreas de recepción de aguas y de tratamiento primario. El Biofiltro trata un caudal total de 1,500m3/h. Se analizaron 4 muestras a la entrada del biofiltro y 5 a la salida para cada uno de los parámetros antes indicados. Los resultados se muestran en las Tablas 5 y 6.
Tabla 5: Concentración de olor, NH3, H2S y Mercaptanos (RSH) la entrada y a la salida de un Biofiltro de Relleno Inorgánico en una EDAR
|
Parámetro |
Conc. media (entrada) |
Conc. media (salida) |
% Reducción |
|
Conc. olor (ouE/m3) |
12205 |
445 |
>99 |
|
NH3 (ppm) |
<0.2 |
<0.2 |
na |
|
H2S (ppm) |
10.4 |
<0.2 |
>98 |
|
RSH (ppm) |
1.95 |
<0.2 |
>90 |
Tabla 6: Resultados de los análisis de COV la entrada y a la salida de un Biofiltro de Relleno Inorgánico en EDAR
|
Compuesto |
Conc. media (entrada) ( µg/m3) |
Conc. media (salida) ( µg/m3) |
% Reducción |
|
Disulfuro de metilo |
106.5 |
14.9 |
86 |
|
2-Butanol |
279.3 |
<2.0 |
>99 |
|
Acetato de etilo |
516.8 |
<2.0 |
>99 |
|
Disulfuro de dimetilo |
163.2 |
<2.0 |
>99 |
|
Butanoato de etilo |
540.5 |
<2.0 |
>99 |
|
Acetato de butilo |
624.1 |
<2.0 |
>99 |
|
Acetato de pentilo |
242.6 |
<2.0 |
>99 |
|
2-Heptanona |
138.9 |
30.6 |
78 |
|
a-Pineno |
1,012.9 |
104.6 |
90 |
|
2-b-Pineno |
850.4 |
113.2 |
87 |
|
2-Pentilfurano |
84.5 |
<2.0 |
>98 |
|
Alcohol |
440.7 |
<2.0 |
>99 |
|
Posible aldehído |
254.6 |
18.8 |
93 |
|
p-Mentan-9-ol |
609.0 |
67.6 |
89 |
|
Limoneno |
2,987.7 |
184.3 |
94 |
|
p-Cimeno |
1,145.8 |
63.0 |
95 |
|
Eucaliptol |
831.1 |
61.1 |
93 |
|
Alcohol |
194.3 |
25.3 |
87 |
|
Alcohol |
43.7 |
<2.0 |
>95 |
|
Terpeno |
506.9 |
<2.0 |
>99 |
|
Alcohol |
255.7 |
10.6 |
95 |
|
Aldehído |
489.5 |
<2.0 |
>99 |
Conclusiones
La evaluación realizada muestra que los Biofiltros de Relleno Inorgánico presentan eficiencias muy elevadas (85-99%) para los compuestos inorgánicos (NH3, H2S) y orgánicos (COV) con significación odorífera típicamente presentes en este tipo de emisiones, aunque las eficiencias de eliminación de algunos compuestos, como los terpenos, pueden ser algo más bajas. Las eficiencias de reducción de concentración de olor también fueron muy altas (95-99%), con concentraciones de olor finales menores de 500 ouE/m3.
Además, los resultados indican que las eficiencias de eliminación de los Biofiltros de Relleno Inorgánico son comparables a las de otras tecnologías de Alto Rendimiento, como la Oxidación Térmica Recuperativa, para este tipo de aplicaciones (plantas de biometanización de restos animales y de compostaje).
Referencias
- Almarcha D., Almarcha M., Nadal S. y Caixach J. 2012 Comparison of the Depuration Efficiency for VOC and Other Odoriferous Compounds in Conventional and Advanced Biofilters in the Abatement of Odour Emissions from Municipal Waste Treatment Plants. Chem. Eng. Trans. 30.
- Anet B., Couriol C., Lendormi T., Amrane A., Le Cloirec P., Cogny G. y Fillière R. 2012. Packing Material Evolutions and Odorous Abatement of Peat and Heather Biofilters Operating in Rendering Industry. Chem. Eng. Trans. 30, 61-66.
- Wang B., Sivret E.C., Parcsi G., Wang X. y Stuetz R.M. 2012. Characterizing Volatile Organic Compounds from Sewer Emissions by Thermal Desorption coupled with Gas Chromatography-Mass Spectrometry. Chem. Eng. Trans. 30, 73-78.
- Elbir T., Dincer F. y Muezzinoglu A. 2007. Evaluation of Measured and predicted Odor Concentrations Around a Meat Packaging and Rendering Plant. Env. Eng. Sci.. 24, 313-320.