S4-ING11

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN REACTOR BIOLOGICO PARA CONTROL
DE EMISIONES
E. B. Carreón Gonzáleza* A. Flores Velaa, A. García Murilloa, A. López Marurea,
F. Carrillo Romoa.
a
Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada del Instituto
Politécnico Nacional- Unidad Altamira, Km. 14.5 Carretera Tampico-Puerto Industrial
Altamira C.P. 89600, Altamira Tamaulipas, México [email protected]*
RESUMEN
El objetivo del proyecto esta enfocado al control de emisiones que son las responsables de olores generados
por los procesos industriales. En México el control de emisiones al medio ambiente es un campo
prácticamente ignorado a diferencia de las plantas tratadoras de aguas residuales las cuales han sido una
excelente herramienta de trabajo para el rehúso y control del agua dispuesta para procesos industriales como
a la población en general. Sin embargo los olores debidos a compuestos volátiles orgánicos e inorgánicos que
generan las instalaciones industriales no se encuentran controlados hoy en día. El tratamiento de las
emisiones puede ser mediante procesos fisicoquímicos y biológicos, en este ultimo la biofiltración de gases
es la mejor opción, ya que no genera subproductos tóxicos, ni costos en la disposición final de estos mismos.
La biofiltración es una biotecnología disruptiva con bajos requerimientos de energía, aplicando células vivas
y sus enzimas, resultando un proceso inherentemente nítido. Las emisiones de interés son el H2S y el NH3 de
acuerdo a sus características de sinergia en el medio ambiente que se controlaran con el diseño además de la
construcción del bioreactor. Empleando compuestos renovables del sector agrícola y pesquero característicos
de nuestra región como medio filtrante.
1. INTRODUCCIÓN
En México el control de emisiones al medio ambiente es un campo ignorado de estudio, a diferencia del
control de aguas residuales por medio de la construcción de plantas de tratamiento de aguas, las cuales han
sido una excelente herramienta para el rehúso y control del agua dispuesta para procesos industriales así
como para la población en general. Su objetivo principal es la preservación de este recurso no renovable para
crear un balance entre el medio ambiente y el desarrollo económico del país. Sin embargo el control de
emisiones debido a compuestos volátiles orgánicos e inorgánicos que generan las plantas de tratamiento de
aguas así como las emisiones inherentes a los procesos industriales, no se encuentran controlados hoy en día
en nuestros país.
Los compuestos volátiles responsables de la generación de olores nauseabundos en los procesos industriales y
plantas de tratamientos de aguas residuales donde no se cuenta con un control implementado, en la
producción industrial y como consecuencia puede tener efectos en la calidad de vida de quien este expuesto.
Muchos de los compuestos responsables de estos malos olores son perceptibles a muy bajas concentraciones
Las emisiones se pueden clasificar de acuerdo a las características de la región de Tamaulipas:




Hidrocarburos oxigenados: cetonas, alcoholes, aldehídos, éteres, fenoles, esteres, peróxidos
y ácidos orgánicos.
Compuestos gaseosos de azufre (H2S)
Compuestos gaseosos de nitrógeno (NH3)
Gases halogenados.
La biofiltración es una biotecnología disruptiva con bajos requerimientos de energía, aplicando células vivas y
sus enzimas [1], resultando un proceso inherentemente nítido con un mínimo de partes en movimiento.
Comparada con las técnicas convencionales es económica, se ha comprobado de acuerdo a estudios
posteriores que es la mejor opción para el tratamiento de compuestos orgánicos e inorgánicos volátiles. [2]
Este documento provee información sobre la desarrollo de un Reactor Biológico para el control de olores
generados en instalaciones de procesos industriales. El H2S y el NH3 son altamente dañinos tanto para el
medio ambiente como para el ser humano por su alta toxicidad, así como su gran producción en la región.
Aunado a esto el interés por estudiar la posibilidad de controlar las emisiones de H2S y el NH3 por medio del
diseño y construcción de un Reactor Biológico empleando las herramientas que proporciona la biofiltración.
2. JUSTIFICACIÓN
Muchas y constantes han sido las preocupaciones y los debates entre científicos, políticos, economistas,
educadores y la sociedad en general sobre el acelerado crecimiento de la población humana, la cual demanda
comida, vestido, vivienda y diversión. Esto genera presiones sobre los recursos naturales que nuestro planeta
alberga, preocupaciones que han sido plasmadas en numerosos estudios, seminarios, conferencias, planes,
programas y foros nacionales e internacionales.
En la actualidad esta preocupación continúa, pero los métodos para estudiar y comprender la relación entre la
población y el medioambiente han sido más sofisticados y críticos, lo cual tiene una estrecha relación con la
Biotecnología Industrial y la Química Sustentable.
Dentro de la estructura del Desarrollo Sustentable, recientemente se ha prestado mucha atención a la
importancia de la Biotecnología y el uso de materiales renovables puros para los procesos de la Industria
Química así como para la producción de energía.
La biotecnología industrial es un fuerte desarrollo de la química industrial, un ejemplo de esta biotecnología
industrial poco explotada en México es la biofiltración, la cual se define como todo proceso biológico
utilizado para el control o tratamiento de compuestos volátiles orgánicos e inorgánicos presentes en la fase
gaseosa. Los compuestos volátiles son los principales responsables de la contaminación del Medio
Ambiente, así como la emisión de olores de los procesos industriales.
Los olores característicos de los compuestos volátiles pueden tener efectos económicos en la producción, y
en la calidad de vida de quien este expuesta a ellos. Existen olores de compuestos volátiles que son
clasificados como contaminantes tóxicos.
En la tabla 1 se comparan algunos procesos adaptables y como anteriormente se expuso los tratamientos para
el control de emisiones en fase gaseosa son de tipo fisicoquímico y biológico. Se ratifica que la biotecnología
aplicada a un proceso biológico como lo es el bioreactor es la adecuada para el tratamiento de las emisiones
mencionadas con anterioridad.
Tabla 1.-Tecnologías de control de emisiones (olores)
Sistema
Biofiltros o bioreactor
Lodos Activados
Capital
Mantenimiento
Moderado, pero Moderado
requiere área de
trabajo
Bajo, si existe el Bajo, si existe el
sistema.
sistema, puede corroer
aireadores.
Combustible o
Energía
Bajo
Suministro de
sustancias
Solo necesita agua
Efectividad
Bajo, si existe el
Bajo
sistema y si las
instalaciones de
procesamiento de
biosolidos es cercana.
Lavadores de Gases
Arriba del 50% Alto- muy alta velocidad Alto- se debe mover Alto- demanda de
del costo total n
los
equipos
+ el agua a alta presión. agua
y
costos
de la planta.
instrumentación.
químicos.
Oxidizadores
Moderado
Alto-alta temperatura de Altorequiere Alto-gas o aceite.
Regenerativos
equipamiento.
muchas demandas de
térmicos(RTO)
calor.
Agentes oxidantes
Bajo
Bajoanálisis Bajo-requiere
Alto- permanganato
manualmente.
bombas
de potasio puede ser
de alto costo.
Agentes neutralizantes Moderado-bajo. Varía de una planta a Bajo.
Altousualmente
o contra restantes.
otra.
compuestos
patentados
Alto >98% H2S y
>80%
NH3
en
composta.
Alto 90-95% para
H2S y NH3
Alto< 80-99%
Buena para olores
orgánicos
de
incineradores
Varía de una planta
a otra.
Varia.
Fuente: Odor control, 2000, Hentz, et al. [2]
Por los resultados anteriores en los últimos tiempos, las aplicaciones actuales y potenciales de la
biotecnología son la mejor opción en el bioreactor aplicando técnicas de biofiltración para el tratamiento de
efluentes en fase gaseosa. En México lamentablemente no se ha logrado grandes aplicaciones a nivel
industrial, aunque ha sido apoyado económicamente [3] por instituciones gubernamentales como Conacyt.
3. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL.
En este apartado se describirá los procedimientos y técnicas experimentales que se llevaran acabo en la
investigación del desarrollo del Bioreactor tratador de efluentes en fase gaseosa de acuerdo al siguiente
diagrama.
Llenado de la columna
Homogenización composta
Análisis por cromatografía de gases.
Control de la humedad del medio
Muestreo gas tratado
Análisis concentraciones H2S y
NH3 corriente entrada.
Análisis concertación SO4
Determinación Eficiencia de remoción.
La metodología se llevara a cabo físicamente en el diseño de la columna de biofiltración fig. 1, contando
con las especificaciones requeridas de acuerdo a la literatura, así como su dimensionamiento.
Fig. 1. Diseño Bioreactor
Válvula recirculación
Suministro agua a Microorganismos.
4” Ø
Biofiltro
10 cm.
Suministro agua
1.20 m.
C
O
L
U
M.
H
U
M.
Cama empaquetada.
100 cm.
cm.
Gas húmedo
(salida)
80 cm.
cm.
1.20 m.
60 cm.
cm.
40 cm.
Gas
contaminado
(entrada.)
4” Ø
20 cm.
10 cm. de fondo
falso
Recirculación agua
4. CONCLUSIONES
Los bioreactores es una propuesta tecnológica importante para la remoción de H2S y NH3 de corrientes
gaseosas contaminadas. Un bioreactor a escala laboratorio es capaz de remover más del 98% y 80% de la
mezcla H2S y NH3, respectivamente.
En futuras investigaciones se enfocaran en una verificación más rigurosa de los diseños teóricos, investigando
el efecto de la turbulencia en la remoción de los compuestos por el bioreactor. Optimizando las propiedades
del medio biológico así como el control de las altas concentraciones de corrientes gaseosas de desecho y
compuestos difíciles de degradar del área industrial productiva de la región.
BIBLIOGRAFÍA.
1. Dr. Smart Palie(2005) Bio-gestion, Gestion de negocios/Carta de noticias, vol. 5, Num. 2, pp 1-3
2. Biosolids and residuals management Fac. Sheet, odor control in biosolids management, EPA 832-F00-067, September 2000.
3. Adalberto Loyola Robles,(2006) Impulsa la AMC y CONACYT, el biofiltro para eliminar malos
olores de aguas residuales. Universidad Autónoma de México
P
U
E
R
T
O
S
M
U
E
S
T
R
E
O.
.