TEMA 7:
Opciones para el control de la contaminación
• Mejorar la Dispersión
• Prevención de la contaminación/ Modificaciones en el proceso
• Tratamiento de la corriente contaminada
• Chimeneas Altas
• Protocolos de control intermitente
Control de la contaminación: Dispersión
Dilución en la atmósfera por debajo de los “valores umbral”
Práctica poco recomendada hoy en día (hace 50 años era la opción mas utilizada “Dilution is the solution to pollution”
Opción aceptable en regiones despobladas (1 hab/km2) pero inviable en ciudades (ej.
Manhattan 29000 hab/km2)
Opciones para mejorar la dispersión:
1. Uso de chimeneas altas disminuye la concentración de contaminantes en los alrededores de la chimenea. No hay certeza sobre que ocurre en lugares alejados
2. Protocolos de control intermitente: Debido a condiciones atmosféricas especiales, en ciertos periodos del año o a ciertas horas las concentraciones de contaminantes son mayores: Estos protocolos intentan reducir emisiones en estos periodos: Parada de plantas, cambio de combustible, reducción en producción.
Control de la contaminación: Dispersión
Control predictivo: Basado en el conocimiento de la dinámica de las
condiciones atmosféricas que determinan la dispersión de los
contaminantes
Ej. Fundición de Pb/Zn en British Columbia. En la mañana se producían
situaciones de inmersión (baja turbulencia): Control de emisiones de
SO
2entre las 3 a.m. y hasta 3 horas después del atardecer.
Control de la contaminación: Dispersión
Reubicar la planta: Método de control de contaminación muy difícil de
implementar.
Se puede actuar en las etapas previas a la ubicación de la planta
Control de la contaminación:
Prevención de la contaminación y
Modificaciones en el proceso
Tendencia a prevenir contaminación antes que a tratarla
Ejemplos de prevención
• Uso de transporte públicos, bicicleta, compartir coche ..
• Reemplazar ineficientes lámparas incandescente por fluorescentes
(menor consumo de electricidadÆ
menos carbón consumido en centrales
térmicasÆ
menos contaminantes-SO
x, CO
2- emitidos a la atmósfera)
• Sustituir carbón/madera por gas natural en sistemas de calefacción
• Sustituir gasolinas por gas natural/bioetanol/propano
Modificar el proceso puede ser la opción mas económica de reducir
contaminantes
Ejemplos de modificación del proceso
• Uso de “pintura al agua” en sustitución de pinturas con bases
orgánicas redujo sustancialmente las emisiones de VOCs
• Uso de Hornos mas modernos que producen efluentes gaseosos de
poco volumen y alta concentración
• Incineración de residuos sólidos urbanos en incinerados cerrados
Control de la contaminación:
Tratamiento de la corriente contaminada
Sistemas de reducción de la contaminación hasta niveles aceptables para
su descarga en el ambiente
Conocidos como sistemas “Tailpipe or end-of-the-pipe”
Recuperación de recursos
Si el contaminante es un material valioso o un combustible puede ser
mas económico recuperarlo que emitirlo (generalmente cuando la
concentración es lo suficientemente alta). Conlleva la modificación del
proceso. Ejemplos:
• SO
2+ O
2(cat Vanadio)
Æ
SO
3+ H
2O
Æ
H
2SO
4(SO
2> 4 %, caso de
fundiciones pero no de centrales térmicas de carbón)
• Recuperación del poder calorífico del CO en altos horno o
regeneradores catalíticos de craqueo
• Recuperación de solventes orgánicos
Residuos generados en el proceso de descontaminación
Si la emisión del contaminante no puede ser evitada, si el contaminante
no puede ser revalorizado, ni destruido por oxidación, el destino final
es su depósito
Contaminante particulados/ CaSO
4.2H
2O procedentes del S
Diseño de sistemas de control de contaminación
atmosférica
Elementos básicos de un sistema de detoxificacion
• Sistema de captura del gas (campana + sistema de vacio/ tuberías)
• Sistema impulsor del gas (soplante/compresor)
• Sistema de control (bioreactor/precipitador/etc.)
• Sistema de recogida del contaminante (torres de absorción/recogida de residuos)
• Chimenea de salida de los gases tratados
Emisión de contaminante
Captura del gas
Chimenea Sistema de
control
impulsor
Diseño de sistemas de control de contaminación
atmosférica
Costes vienen determinados principalmente por el flujo volumétrico a
tratar
(
)
(
)
cTamaño
b
a
equipo
del
ecio
Pr
=
+
⋅
donde, “a,b y c” son valores tabulados específicos para cada equipo
Flujo en tuberías
La mayoría de las corrientes contaminadas son aire o gases de combustión: propiedades fluido mecánicas se asemejan a las del aire.
En instalaciones industriales: Flujo turbulento, velocidad 12-18 m/s (velocidad que minimiza la suma costes de bombeo y costes de equipo)
Situaciones en que puede ser diferente:
• En sistema de control de partículas (120 m/s para sistemas basados en la inercia de las partículas, o 1-1.5 m/s en precipitadores electrostáticos.
• Si la corriente contiene partículas pesadas 12-23 m/s para prevenir su sedimentación.
Donde, velocidad de flujo molar (mol/s)
R constante universal de los gases
T1 temperatura de entrada (K)
k capacidad calorífica del fluido (1.4 para aire)
eficiencia del ventilador
P1 Presión de entrada P2 Presión de salida
( ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − η = − 1 P P 1 k k RT n Potencia k / 1 k 1 2
n
ηAsumiendo comportamiento de gas ideal y condiciones adiabáticas la potencia de la soplante se calcula:
Flujo en tuberías
Si P2 = P1 + ΔP, y ΔP/P1 << 1 (que es el caso de los procesos de descontaminacion de aire) η Δ ≈ η Δ
≈ Q P
Eficiencia del Proceso de Tratamiento
o o 1 1 o o 1 1 o oc
Q
c
Q
1
c
Q
c
Q
c
Q
Eficiencia
=
η
=
−
=
−
Q
o, c
oQ
1, c
1 Como en otras disciplinas: relación entre lo que se ha eliminado y lo que se podría eliminarQo, co Q1, c1 Q2, c2 Q3, c3 Q4, c4
(
1)(
2)(
3)(
4)
o o
4 4
total
1
1
1
1
1
c
Q
c
Q
1
−
=
−
−
η
−
η
−
η
−
η
=
η
1
2
3
4
Q puede variar en el proceso por variaciones en la temperatura o composición del gas.
Q = velocidad volumétrica de flujo
• Eliminación de Partículas
• Eliminación de COVs y olores
• Eliminación de compuestos de Azufre
• Eliminación de óxidos de Nitrógeno
Eliminación de partículas
Colectores de Pared:
Sistemas de división
de flujos:
• Sedimentadores
• Ciclones
• Precipitadores
electrostáticos
• Filtros superficiales
• Filtros en profundidad
• Scrubbers
Partículas son llevadas a una pared sólida donde se adhieren unas a otras para formar
agregados que posteriormente son eliminados del sistema
La corriente contaminada es dividida en pequeños
flujos y las partículas eliminadas de ellos
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Sedimentadores
Cámara a través de la cual el gas pasa lentamente para permitir la
sedimentación de las partículas por gravedad
Sistema poco sofisticado, de limpieza manual pero su construcción es
fácil y requiere poco mantenimiento
Se usa en corrientes muy sucias: fundiciones e industria metalúrgica
Su sección (W·H) es mayor que la
tubería Æ
Bajas velocidad (v
m)
Se usan baffles para distribuir la
corriente homogéneamente en la
sección
Dos modelos: Flujo pistón/mezcla
perfecta
v
m= Q/(W ·H), donde Q es caudal
de gas
W
H
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Sedimentadores
Modelo de Flujo Pistón: Se asume que la componente
horizontal de la velocidad del gas y las partículas en todos
los puntos del sedimentador es v
m; la componente vertical
de la velocidad de las partículas v
t(Ley de Stokes)
v
mv
tTiempo en atravesar el gas la cámara
t = L/v
mdurante este tiempo la partícula
ha caído t·v
t=( L/v
m) ·v
tSi la distancia recorrida por la partícula
es mayor o igual que h la partícula
sedimenta
H
W
L
h
Trayectoria de la partícula
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Sedimentadores
μ ρ = η 18 Hv LgD m p 2 p dx Hv v c dc m t − =Flujo de mezcla perfecta en la dirección z
x z
y dx
Consideremos un elemento diferencial de la cámara dx, la fracción de partículas que alcanza el suelo = distancia vertical que cae un partícula por gravedad en el tiempo de residencia del gas (dt) en ese elemento diferencial dividida por H; fracción de partículas = vtdt/H
El cambio de concentración de partículas (c) en ese elemento dx será: dc = -c·[fracción de
partículas eliminadas] = -c
·
vtdt/H, donde dt = dx/vm. Combinando las dos ecuaciones anteriores:Integrando entre x = 0 y x = L e introduciendo la Ley de Stokes
(
flujopistón)
m p 2 p exp 1 18 Hv LgD exp1 ⎟⎟= − −η
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Sedimentadores
Velocidad de diseño: 0.3-2.5 m/s
Dos tipos de diseño:
a) Conducción de mayor diámetro
b) Cámara con baffles
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Ciclones
•A diferencia de sedimentadores, ciclones son efectivos para partículas
pequeñas
• La fuerza centrífuga lleva a la partícula hacia la superficie del ciclón
donde se adhieren unas a otras para formar agregados que posteriormente
son eliminados por la parte inferior del sistema.
• Si una partícula se mueve en una trayectoria circular con radio r con
velocidad v
c, la fuerza centrífuga que experimenta la partícula será:
r
mv
centrífuga
Fuerza
2 c
=
vt debida a la
fuerza de la gravedad
vt*
debida a la fuerza centrífuga
vc
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Ciclones
Del balance de fuerzas a la partícula se obtiene un equivalente a la ley de
Stokes para el cálculo de vt* (sustituyendo la fuerza de la gravedad por
la centrífuga) y despreciando la
ρ
fluidor
18
D
v
v
p2 p 2 c *
t
μ
ρ
=
Ciclón posee un cuerpo cilíndrico
con un colector de salida de
partículas
v
t*es equivalente a v
t
, W
ia H, y
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Ciclones
Velocidad terminal de caída de una partícula esférica de densidad 2000 kg/m3 y 1 µm
de diámetro.
Datos: µaire = 1.8 10-5 kg/ms
ρaire = 1.2 kg/m3
Repetir el cálculo para una partícula (Vt* hacia la pared) con movimiento circular a una
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Ciclones
Perfecta Mezcla de Flujo W 9 D Nv exp 1 piston Flujo Para W 9 D Nv i p 2 p c i p 2 p c ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ μ ρ π − − = η μ ρ π = ηDiámetro de corte: Tamaño de partícula para el que la eficacia de separación es de un 50 %
perfecta Mezcla de Flujo Nv W 9 ) 5 . 0 ln( D piston de Flujo Nv 2 W 9 D 2 / 1 p c i corte 2 / 1 p c i corte ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ρ π μ − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ρ π μ = Eficacia
Estas ecuaciones ofrecen una descripción pobre de la relación entre eficiencia y tamaño de partícula pero buena del diámetro de corte
(
)
(
D /D)
Ecuaciónempírica;Con D calculadaen régimendeflujoen pistón1 D / D corte 2 corte p 2 corte p + = η
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Ciclones
• Ciclones son sistemas simples y requieren un bajo mantenimiento
• Ciclones de gran diámetro presentan buenas eficiencias de eliminación
para partículas entre 40 y 50 µm.
• Ciclones de alta eficiencia poseen diámetros menores (23 cm o menos):
eficiencias del 90 % para partículas entre 5-10 µm.
• Problemas de operación asociados a ciclones de alta eficiencia:
Homogenización pobre del flujo dentro del ciclón, abrasión debido a las
altas velocidades, problemas de taponamiento en corrientes con alta
concentración de partículas.
ciclones
para
8
k
donde
;
2
v
k
P
P
P
2 c gas s
e
⎟⎟
=
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
−
=
Δ
ρ
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Ciclones
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Ciclones
Dos Tipos de operación:
a) Soplante antes del ciclón
b) soplante después del ciclon
• Soplante en contacto con corriente
de partículasÆ
Partículas
acumuladas en soplante con los
consiguiente problemas mecánicos
• Ciclón operado bajo vacio Æ
Si
la válvula de purga de sólidos no
posee un cierre hermético se
resuspended las partículas con la
consiguiente disminuncion en la
eficacia del sistema
Salida de sólidos
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Precipitador electrostático
•Fuerzas electrostáticas substituyen a fuerzas gravitatoria y centrífugas:
Las partículas se cargan eléctricamente y se las introduce en un campo
electrostático que las arrastra hacia la pared colectora
• Son efectivos para partículas inferiores a 5
μ
m
Por qué????
a) Sedimentadores/ciclones
b) Precipitadores electrostáticos
Cuando Dp disminuye el cociente Fuerza impulsora/Resistencia disminuyeÆ Mayor dificultad de separación, sin embargo en precipitadores electrostáticos la dificultad es menor
.
2 p p
3 p
a resistenci
impulsora D
D D F
F
α α
α
=
= p
p 2 p
a resistenci
impulsora D
D D F
F
α α
α
Tipos de precipitadores:
a) Dos etapas (Carga de la partícula y captura de partícula se llevan a cabo en dos cámaras separadas). Sistemas de aire acondicionado de edificios
b) Una etapa (Carga y captura se realizan en el mismo sistema). Sistema industrial mas común. Placas conectadas a tierra y filamento (electrodo de descarga) a -40.000 voltios. Partículas adquieren carga electrostática al colisionar con los electrones libres del campo eléctrico, y una vez cargadas son dirigidas a la pared por el propio campo. En las placas, las partículas pierden la carga y se aglomeran, siendo eliminadas periódicamente por medios mecánicos o electromagnéticos.
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Precipitador electrostático
Cuando las partículas son líquidas el precipitador es cilíndrico con el filamento situado en el centro. Las gotas son arrastradas a la pared del tubo cilíndrico y caen por gravedad o son arrastradas por una películas descendente de agua
Elementos
•Placa de distribución del gas
• Electrodos de descarga y placas colectora
• Transformadores y rectificadores (generación del campo)
• Sistemas de limpieza de placas (Rapper systems)
• Tolva (recogida de partículas)
Parámetros típicos de precipitadores
Distancia electrodo/placa 0.1 m
Voltaje de electrodo 40 kv
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Precipitador electrostático
En realidad E = 400 kV/m cerca de las placas , E cerca de los electrodos de descarga varia entre 5-10 MV/m
Cuando un electrón libre entra en el campo eléctrico, se acelera hasta adquirir una velocidad muy alta. Estos electrones colisionan con moléculas de gas generando mas electrones libre e ionizando las moléculas de gas. Estos electrones fluyen hasta la placa colisionando por el camino con las partículas de la corriente de gas a tratar cargándolas negativamente hasta un valor de equilibrio:
a arg c la adquiere que momento el en eléctrico campo del Valor E ) m V /( C 10 85 . 8 vacio el en ad Permitivid ) 8 4 ( partícula la de a dieléctric te tan Cons partícula la de a arg c q E D 2 3 q o 12 o o 2 p o = ⋅ × = ε − = ε = ε ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ε ε π = −
Válido para partículas mayores de 0.15 μm, donde el principal
mecanismo de carga es debido al campo electrico generado. Para partículas menores el mecanismo de carga es difusional
El tiempo de carga de la partícula es mucho menor que el tiempo de residencia en el precipitador por lo que el mecanismo de carga se considera instantáneo
fuerza la de causante electrico Campo E ; E q F tica electrostá
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Precipitador electrostático
Por razones prácticas se aproxima: Eo = Ep
deriva de velocidad 2 E D v 2 o p
t = =
⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = ω μ ε ε ε
vt en precipitadores electrostáticos es aprox. 5 veces superior que en ciclones.
En ciclones vt esta ligada a la velocidad de entrada del gas (inversamente proporcional al tiempo de residencia de gas en el ciclón). vt elevadaÆ tiempo de residencia muy pequeño. En un precipitador electrostatico vt es independiente de la velocidad del gas (Típicamente 1-2 m/s Æ tiempo de residencia de 3-10 s)
Eliminación de partículas: Colectores de Pared
Precipitador electrostático
Diámetro de corte ≈ 0.5 μm ≈ 1/10 Dc de ciclones Disminución de la eficiencia:
• Limpieza periódica de placas origina la resuspensión de una fracción de las
partículas recogidas en la pared. Precipitadores con sistema de arrastre de partículas mediante una película descendente de agua. Mas caros y complicados
estructuralmente, pero mejoran la eficacia en hasta un 5 %!!
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Filtración en superficie
Principio sencillo: Membrana (malla metálica, papel, tela, polímero) con agujeros mas pequeños que el tamaño de partícula que queremos retener
En filtración de partículas construir un filtro con un tamaño de poro de 0.1 µm es técnicamente muy difícil, sin embargo los resultados parecido usando filtros con tamaño de poro mayor
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Filtración en superficie
Δx Gas limpio 1 2 3 Torta de filtración Medio de filtración
En filtros industriales el flujo a través de los poros es laminar:
(
)
(
)
(
)
[
]
(
)
(
)
[
]
procesado gas Volumen Qdt V donde ; W A V x que lo Por 1 captura de eficiencia donde ; procesado gas volumen torta volumen W Definimos
torta ⎟ = =
⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = Δ ≈ = η = η
∫
(
)
[
]
(
)
(
P P)
t A V k 2 W A V centrífuga soplante un por impulsado esta sistema el que la en situación cte P P si kA / VW ) P P ( dt dV A 1 A Q Vs 3 1 2 3 1 3 1 − = μα ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ μ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ → = − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ α + μ − = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = =Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Filtración en superficie
Dos sistemas de filtración industriales
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Filtración en superficie
Operación en discontinuo:
• Etapa de filtración
• Etapa de limpieza
En sistemas shake-deflate las bolsas se agitan mecánicamente y se introduce al tiempo una corriente de aire en flujo inverso para el arrastre de la torta hacia la tolva. Solo 1/10 de la torta se separa en cada ciclo.
En sistema pulse-jet se introduce aire a presión en el interior de la bolsa lo que separa la torta del medio de filtración. Limpieza mas efectiva menor vida útil del medio de filtrado
Operan a velocidades muy bajas 0.5-2 m/min
Velocidad de filtración es muy importante: Aparición de “pinholes” (regiones de aprox. 100 µm donde la torta no se ha formado de una forma correcta)
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Filtración en profundidad
Las partículas se recogen en todo el espacio del sistema de filtración a diferencia de la filtración en superficie donde solo se eliminaban en la torta
Db
Obstaculo
El aire rodea el obstáculo sin embargo algunas partículas chocan con el obstáculo debido a su inercia. Las partículas mas grandes chocaran con el obstáculo mientras que las de menor diámetro tienden a rodear el obstáculo arrastradas por la corriente gaseosa
En este caso la eficiencia (η) se determina mediante cálculos basados en los campos de flujo y la velocidad relativa de la partícula con respecto al gas. Debido a la alta complejidad de la solución matemática se usan aproximaciones basadas en el número de separación o parámetro de impacto
b 2 p p s
D
18
V
D
N
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Filtración en profundidad
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Filtración en profundidad
10 µm
Partículas de 1 µm
C = 1 mg/m3
V = 1 m/s
42 . 0 617 . 0 ) 10 )( 10 8 . 1 ( 18 ) s / m 1 )( m 10 )( m / kg ( 2000
Ns 5 5
6 3 = η ⇒ = × = − − − 50 µm
Fila de obstáculo separados una
distancia de 5 Dbde centro a centro 100 filas de obstáculo separados una distancia de 5 D
bde centro a centro
Área abierta es un 80 % y el área con eficiencia del 0.42 es solo un 20 %
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Filtración en profundidad
Filtros de profundidad no tienen una estructura ordenada: estructura desordenadas de fibras entrecruzadas al azar
Usados en la captura de líquidos y neblinas de moderada viscosidad: Las gotas capturadas coalescen y caen por lo que el sistema necesita apenas limpieza. Ej. Neblinas de ácido sulfúrico.
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Filtración en superficie
Es la naturaleza del filtro la que determina el tipo de filtración (en superficie o en profundidad) que se lleva a cabo.
Materiales: Algodón, lana, fibra de vidrio, fibras sintéticas. Parámetros a tener en cuenta en la elección del material:
•Temperatura (Lana y algodón T < 100 °C; fibra de vidrio < 260 ° C; fibras sintéticas temperatura de operación intermedia)
• Resistencia a ácido y bases
Vida útil de filtros 3-5 años
Para filtros tipo shake-deflate se usan materiales elaborados a base de fibras tejidas
Para filtros tipo pulse-jet se usa fieltro por lo que la filtración se produce tanto en
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Scrubbers
Scrubber: Sistema de captura de partículas basado en el contacto de la corriente gaseosa con gotas de líquido.
Scrubber Contacto Gas-Líquido
Separador Gas-Líquido
Separador Líquido-Sólido
Bomba recirculación de
líquido
Gas contaminado
con partículas
Gas limpio
Sólidos
Separador Gas-Líquido: Ciclón (Funciona bien dado el tamaño de gota de operación)
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Scrubbers
Principio de operación: Las partículas sólidas quedan adheridas en las gotas al entrar contacto con estas.
Diámetro de gota DD
Δx
Δz
Δy
Concentración de partículas c
[Masa de partículas transferidas a una gota] = [volumen barrido por la gota] × [c] × [Eficiencia de captura] =
π/4 ×DD2Δzcη
Si la velocidad de caída de las gotas es ND (gotas/tiempo)
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Scrubbers
Lluvia con deposición de 0.254 cm/h en forma de gotas de 1mm. Si la lluvia atraviesa una masa de aire con partículas de 3 micras a una concentración de 100 microgramos/m3 .
Calcular la concentración de partículas después de 1 hora de lluvia.
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Scrubbers de Flujo Cruzado
Ducha (spray nozzle)
Δx
Δz
Δy
QL ent
QL sal
QG ent Q
G sal
Flujo de gas en pistón z Q Q D 5 . 1 c c ln Q z y x t donde t A Q D 5 . 1 c c ln G L D o G L D o Δ η − = ⇒ Δ Δ Δ = Δ Δ η − =
A mayor altura del scrubber y menor tamaño de gota, mayor eficiencia de eliminación del scrubber
Limitaciones: Cuando el tamaño de gota es
Δx
Δz
Δy
QL ent
QL sal QG ent
QG sal
Flujo de gas en pistón
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Scrubbers en contracorriente
No se puede derivar la ecuación calculando el tiempo de residencia del gas.
VtFijas= Vt (relativa al gas)-VG
η × × = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ) c ( ) tiempo / barrido volumen ( volumen y tiempo unidad por a transferid partículas Masa z V V V Q Q D 5 . 1 c c ln dz V V V Q Q D 5 . 1 c dc G t t G L D o G t t G L D Δ − η − = ⇒ − η − =
Cuando Vt = VG se produce la inundación del sistema. Esta condición impone limitaciones en la operación de scrubbers en contracorriente
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Scrubbers en co-corriente
Δx
Δz
Δy
QL ent
QL sal
QG ent Q
G sal
Flujo de gas en pistón
Liquido y gas discurren en la misma dirección y sentido. El líquido es introducido perpendicularmente en las proximidades de entrada del gas. En este caso el gas puede alcanzar velocidades de hasta 120 m/s sin problemas de inundación o arrastre como en los anteriores sistemas
La velocidad del líquido cambia en el sistema: el gas acelera la partícula debido al arrastre.
Vt-Fijas = VG - VRel
dx V V V Q Q D 5 . 1 c dc rel G rel G L D − η − =
Se podría usar la fuerza de arrastre para calcular Vrel en cada punto pero otros factores influyen en el proceso. La inyección del gas y su arrastre posterior someten al líquido a una dinámica de rotura en pequeñas gotas que es difícil de modelar
Vrel η
VG VG V re l η Distancia
Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos
Scrubbers en co-corriente
Diseño mas común es el diseño venturi
El Área del estrechamiento es aprox. 1/5 del área de entrada del gas
La alta velocidad del gas facilita la ruptura de el líquido
Eliminación de partículas
Selección del sistema de tratamiento
Parámetros que determinan el proceso de separación:
• Tamaño de partícula
• Naturaleza de la partícula (adherencia, propiedades eléctricas,
etc..)
• Flujo de gas a tratar
Eliminación de partículas
Selección del sistema de tratamiento
Recomendaciones:
• Para flujos pequeños u ocasionalesÆ sistemas desechable (filtro de cigarillos, filtros de campanas de extraccion en cocinas)
• Para flujos grandes se necesitan sistemas continuos o semicontinuos
• Para partículas adherentes (alquitrán): sistemas desechables, scrubbers, ciclones o precipitadores con películas de agua descendente
• Partículas que se agrupan pero no se adhieren a la superficie del sistema son fáciles de eliminar. Para el caso contrario (no se agrupan pero se adhieren) se necesitan
sistemas con recubrimientos especiales de pared (ej. teflón)
• Partículas no adherente mayores de 5 µm Æ ciclones
• Partículas menores de 5 µm Æ Precipitadores electrostáticos, filtros, scrubbers
• Costes de bombeo de líquido limitan el uso de bioscrubbers a flujos elevados
Eliminación de COVs y Olores
• Control por prevención: Se actúa en las etapas de emisión de COVs a) Substitución o modificación del proceso
b) Control de pérdidas en tanques de almacenamiento de COVs
• Control por concentración y recuperación: Debido al alto valor de estos disolventes y combustibles. Económico cuando las concentraciones son altas
a) Condensación
b) Adsorción
c) Absorción
• Control por oxidación
a) Combustión
Eliminación de COVs y Olores
Prevención
A) Sustitución y modificaciones del proceso: En ocasiones es mas económico modificar el proceso que tratar el contaminante generado
Ej. Uso de pinturas al agua en lugar de pinturas con disolventes orgánicos volátiles
Sustitución de solvente tóxicos por otros menos tóxicos (clorados por no-clorados) en la industria Química
Sustitución de gasolina por gas natural, propano o biocombustibles
Eliminación de COVs y Olores
Prevención
B) Control de pérdidas en tanques de almacenamiento de COVs
Tanto el llenado y vaciado de tanques de almacenamiento como cambios en la presión y T provocan perdidas sustanciales de COVsÆ Grave problema medioambiental y grandes pérdidas económicas
Vapores de COVs
$
Llenado P = cte Aire
Vaciado
Vapores de COVs
$
Llenado P = cte Aire Vaciado T R M p x V Masa P p x y con ; V M y ] COV [ donde ; ] COV [ V aire en COV ión Concentrac ado min conta aire de Volumen COV COV COV COV desplazado COV COV COV COV aire molar COV COV desplazado emitido ⋅ = = = = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ =
Donde xCOVe yCOVson la fracción molar del COV en el líquido y gas desplazado, respectivamente
pCOV = presión de vapor del COV a la T de operación MCOV = masa molecular del COV
T = Temperatura
Eliminación de COVs y Olores
Ejemplo: pérdida de gasolina
Calcular las pérdidas de gasolina por desplazamiento en tanques de almacenamiento de gasolina en EEUU a 20 C sabiendo que el consumo diario es de 1.32 × 107 m3.
Considerar la gasolina con un compuesto puro de presión de vapor 6 psia, el peso moléculas 60 g mol-1 y la densidad 752 g l-1
m/V= xpgasolinaM/RT = (1×0.408×60)/(0.082×293.15) =1.02 g gasolina/l gasolina
Masa de gasolina perdida = (Vdiario × m/V)/densidad = (1.32 × 1010 × 1.02 ) = 1.35 1010
Eliminación de COVs y Olores
Prevención
Sistemas de control
Techo Flotante
Sellos estancos
Regulaciones de la EPA
Techo flotante es obligatorio para tanques de mas de 151 m3 cuando la presión de vapor es mayor de 5.2 kPa a la temperatura máxima mensual en el lugar de emplazamiento
A) B) C)
El vapor emitido al llenar de depósito de almacenamiento es devuelto al camión cisterna para su posterior recuperación en planta
En áreas con problemas de contaminación mas serios los vapores liberados al llenar el tanque del vehículo son devueltos al tanque de almacenamiento 5.53 g /gal
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Condensación
Enfriamiento de la corriente gaseosaÆ El COV condensa y se recupera como líquido
Recuperación del COV
Corriente contaminada con
COV
Corriente tratada
Separador de fases
Ej. Para eliminar el 99 % de una corriente de tolueno de 5000 ppm es necesario enfriar a -60 oC!!!
Las bajas T necesarias obligan a instalar sistemas de refrigeración de varias etapasÆ Alto coste de operación
A menudo las temperaturas están por debajo del punto de fusión, el contaminante congela y es necesario la implementación de etapas de descongelación
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Condensación
Ej. Recuperación de vapores de camiones cisterna
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Condensación
Rango de concentraciones: > 5000 ppm
Rango de Flujo: 100-20000 m3 h-1
Eficiencia: 50- 90 %
Productos obtenidos: COV condensado
Ventajas:
• El producto recuperado puede compensar coste de operación
• Recuperación del producto puro
• Aplicable a altas concentraciones
Desventajas:
• Altos coste energéticos
• No recomendable para compuestos con punto de ebullición < 45 °C
• No aplicable para bajas concentraciones
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Adsorción
Este método conlleva la unión de la molécula de COV (gasolina, disolventes orgánicos) a una superficie sólida generalmente carbón activo.
Adecuado para concentrar corrientes gaseosas diluidas
Proceso discontinuo: Funciona hasta que el adsorbente se satura
Agua de refrigeración
Condensado de vapor
COV
Vapor de Agua
Aire +COV
Aire Limpio
Separador
1 2 3
Parámetros de diseño: Capacidad del adsorbente (isoterma de adsorción) y punto de ruptura de columna
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Adsorción
Adsorbentes: Carbón activo (áreas superficiales de hasta 1000 m2/m3)
Tiempo (h)
[C
O
V
]salid
a
(gC
O
V
/m
3 )
Punto de ruptura real
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Adsorción
Rango de concentraciones: 20- 5000 ppm
Rango de Flujo: 100-60000 m3 h-1
Eficiencia: 90- 98 %
Productos obtenidos: Carbón contaminado, productos recogidos
Ventajas:
• Bajos costes de operación
• El producto recuperado puede compensar costes de operación
• Se puede utilizar como concentrador en combinación con otra tecnología de control
• Aplicable a corrientes muy poco concentradas
Desventajas:
• No aplicable para altas temperaturas o altas humedades relativas
• Cetonas, aldehídos o esteres pueden obstruir poros del carbón y disminuir la eficiencia
• Se necesita regeneración del lecho
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Absorción (Scrubbing)
Elevada afinidad del líquido absorbente por el COVs y poca afinidad por el resto de los compuestos de la corriente contaminadaÆ Eliminacion selectiva del COV
Método estándar en Ingeniería QuímicaÆ Absorción + stripping :
• Absorción en columnas empacadas para favorecer el contacto entre fases
• Stripping a mayor T o menor presión para favorecer la recuperación del COV
Air+ COV Air
Gas
Air Air
Intercambiador de calor Refrigeración
Torre de absorción
Torre de stripping
Gas + COV
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Absorción (Scrubbing)
Características del solvente utilizado para la absorción del COV:
• Alta solubilidad para el COV y baja para el resto con el fin de conseguir una elevada pureza del COV recuperado
• Baja presión de vapor a la T de operación con el fin de evitar volatilizaciones del solvente Æ pérdidas económicas
• Baja solubilidad del COV a altas T para facilitar su recuperación y la
regeneración del solvente. Si la Presión de vapor a la T de operación del stripping es muy alta se usan columnas de destilación
• Estable a las condiciones de operación de la torre de absorción y stripping
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Absorción (Scrubbing)
Rango de concentraciones: 500- 5000 ppm
Rango de Flujo: 2000-100000 m3 h-1
Eficiencia: 95- 98 %
Productos obtenidos: COV de alta pureza
Ventajas:
• El producto recuperado puede compensar costes de operación
• Bajas pérdidas de presión
Desventajas:
• No es eficiente para concentraciones bajas o flujos pequeños
• El producto recuperado ha de ser separado en sistemas de stripping o destilación Æ Aumento de costes
• El relleno puede obstruirse con las partículas de la corriente a tratar
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Membranas
El aire contaminado pasa a través de membranas en dónde los COVs son selectivamente absorbidos y concentrados
Membranas hidrofóbicas microporosas (0.01-1 µm), ej Teflón polipropileno Tecnología emergente, altos costos
Gas de salida tratado
Gas de entrada
de COV COV
Eliminación de COVs y Olores
Concentración y recuperación: Membranas
Rango de concentraciones: > 1000 ppm
Rango de Flujo: Fase experimental
Eficiencia: 90- 99 %
Productos obtenidos: COV de alta pureza
Ventajas:
• Independiente de variaciones de flujo y concentración de COV
• Eficiencias elevadas
Desventajas:
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Combustión
La combustión transforma los COVs en productos menos nocivos para la salud: H2O, CO2, SO2, NOx Ej. Benceno
O
H
3
CO
6
O
7
H
C
12 2 2 26
6
+
→
En procesos de combustión en incineradores:
• C Æ CO2 (inocuo) • H Æ H2O (inocuo)
• S Æ SO2 (potencial contaminante a altas concentraciones, en tratamiento de olores el SO2 generados es casi despreciable)
• N Æ NO, NO2
• Cl Æ HCL (problemas de corrosión)
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Combustión
Como toda reacción química las velocidades de combustión pueden expresarse como:
reacción de Orden n ) T ( f ; reacción de te tan Cons k ante min conta de ion Concentrac c reacción de velocidad r donde ; kc r dt dc A n = = = = = = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛− a Temperatur T gases de universal te tan Cons R ) erimental (exp s erimentale exp tes tan cons E ) erimental (exp frecuencia de Factor A RT E exp A k = = = = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛− =
Ejemplo. Tiempo requerido para destruir el 99.9 % de una corriente contaminada con benceno a 538; 650 y 760 °C asumiendo reacción de orden 1.
C/Co = exp(-k(t-to)), donde k = 0.00011 (538 °C ); 0.14 (650 °C); y 38.59 (760 °C) t= 1/k ln (co/c) Æ 17.4 h (538 °C ); 49 s (650 °C); y 0.2 s (760 °C)
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Combustión
Condiciones de operación en incineradores
Velocidad de gas (m s-1) 9-15
Tiempo de residencia (s) 0.2-1
Temperatura en control de olores (°C) 480-730
Temperatura en control de hidrocarburos (°C) 480-650
Temperatura en control de CO (°C) 650-790
En incineradores el gas contaminado se mezcla en la cámara de combustión el con combustible que mantiene la combustión. Aire adicional puede ser suplementado en caso necesario. Las altas velocidad de los corrientes de aire contaminado y combustible crean un flujo turbulento de mezcla.
Existen tres tipos incineradores:
a) Incinerador térmico simple
b) Incinerador térmico con recuperación de calor
Flujo contaminado
Aire
(opcional)
Combustible
Cámara de retención Cámara de
combustión
Aire caliente y limpio a chimenea
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Combustión
A)- Incinerador térmico simple (700-850 °C y tr = 0.5-2s para destrucción de COVs)
Cámara de retención
Flujo contaminado (COV)
Aire
(opcional)
Combustible
Cámara de combustión
Aire caliente y limpio a chimenea Intercambiador
B)- Incinerador térmico con recuperación de calor (700-850 °C y tr = 0.5-2s para
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Combustión
Rango de concentraciones: 100- 2000 ppm
Rango de Flujo: 1000-100000 m3 h-1
Eficiencia: 95- 99+ %
Productos obtenidos: Productos de combustión
Ventajas:
• Alta eficiencia
• Independiente de las variaciones de flujo y concentración de COV
• Bajos coste de mantenimiento
Desventajas:
• Se requiere combustión auxiliar en la mayoría de los casos
• Generación de NOx
• Ineficiente para compuestos halogenados
Flujo contaminado
Aire
(opcional)
Combustible
Cámara de combustión
Aire caliente y limpio a chimenea
Catalizador
C)- Incinerador catalítico (El catalizador disminuye la energía de activación de la reacción de combustión por lo que se reducen las temperaturas y por lo tanto el uso de combustible). Envenenamiento del catalizador ( coste es 30 % del coste de un sistema térmico regenerativo)
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Combustión con catalizador
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Combustión con catalizador
Rango de concentraciones: 100- 2000 ppm
Rango de Flujo: 1000-100000 m3 h-1
Eficiencia: 95- 99+ %
Productos obtenidos: Productos de combustión
Ventajas:
• Alta eficiencia
• Independiente de las variaciones de flujo y concentración de COV
• Menores costes de operación comparados con la oxidación térmica
• No se forman NOxdebido a que se opera a menores temperaturas
Desventajas:
• Se requiere combustión auxiliar en la mayoría de los casos
• Mayores costes de inversión
• Posible envenenamiento del catalizador
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Calor ismos
Microorgan O
H CO
) traza Elementos
, S , P , N ( Nutrientes O
COV Microorganismos 2 2
2 + ⎯⎯⎯⎯⎯→ + + +
+
• Los microorganismos utilizan el COV como fuente de carbono y energía (microorganismos Quimioheterótrofos)
• Procesos aerobios debido a la presencia inherente de aire en las corrientes
• El COV tiene que ser transferido desde la fase gas a la fase acuosa para su degradación
• Requieren de menos energía (menor impacto ambiental y coste de operación).
• No utilizan sustancias peligrosas para su operación.
• No requieren condiciones extremas de trabajo.
• Al igual que la oxidación térmica y la catalítica, el contaminante es destruido en lugar de sólo transferirse de fase.
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Å 1950 1960 1970 1980 1990Æ
Tratamiento de olores Investigación y desarrollo en Alemania y Países Bajos Tratamiento de olores y COVs
Desarrollo Europa y E.U.A.
Tratamiento de olores y COVs
Desarrollo en Europa, Norteamérica,
Nuevos diseños de mayor eficiencia
Suelo Suelo Composta y turba con materiales estructurados Soportes inorgánicos: carbón activado, poliestireno, cerámica Investigación sobre soportes sintéticos estructurales fibras y textiles
Sistemas abiertos
Sistemas abiertos
Sistemas abiertos Sistemas cerrados con monitoreo
Sistemas cerrados con monitoreo y control Biolavadores
Aplicaciones
Soporte
Tipo de Bioreactor
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Bacterias: Alta velocidades de crecimiento Æ altas velocidades de degradación; alta resistencia a la toxicidad; amplio espectro de contaminantes degradados; pH óptimo 7; imprescindible altas actividades de agua para el desarrollo de la actividad degradadora (aw = 0.9).
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Mineralización con O2
C Æ CO2 S Æ SO4=
N Æ NO3- H Æ H2O
R- Cl Æ CO2 + HCl
Oxidación parcial
Etanol Æ CO2 + acetaldehído + ácido acético +
acetato de etilo
Isopropanol Æ acetona Benceno Æ catechol
Cometabolismo
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Rutas de degradación
Ring Fission
CH3
Toluene
CH3
OH
CH2OH COH COOH C-NH-CH2-COOH
CH3 CH2OH CHO
OH OH OH OH
COOH
OH
CH2 COH COOH
Benzyl alcohol Benzaldehyde Benzoate Cis-bezoate diol Catechol
o-Cresol
m-Cresol
p-Cresol 4-hydroxybezyl 4-hydroxy 4-hydroxy Protocatehuate alcohol benzaldehyde benzoate
Benzyl alcohol Benzaldehyde Benzoate Hippuric acid
CH3 OH CH3 OH OH OH OH O O CH3 H H OH OH CH3 H H H O HOOC
O OH
HOOC OH H COOH OH 3-Methylcatechol
Cis 2,3 Dihidroxi 2,3 Dihidrotolueno
→ → → →
→
→ →ι → →
→ → → → → → → Ring Fission Excretion Ring Fission A B C D E F A.Pseudomonas putida and fungi,
B. P. putida, C. B. cepacia G4 D. .P. pickettii PK01 E. P. mendocina KR1 F. Mammalian cells.
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
CH3
\
CH3 -C- O-CH3
/ CH3
CH3
\
CH3 -C- OH
/ CH3
CH2O +
CO
2, H
20
Alcanos
estructuralmente
similares
Oxigenasa
Inducción
“baja”
especificidad
Formaldehido
+
TBACH2-OH
\
CH3 –C-OH
/ CH3
HIBA
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Biodegradabilidad
Rápida
Alcoholes, aldehídos, cetonas, esteres , terpenos, ácidos orgánicos, aminasLenta
Hidrocarburos, fenolesMuy lenta
Hidrocarburos halogenados y hidrocarburos policíclicosEliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Clasificación de bioreactores
Biomasa Fase líquida Reactor
Fija en soporte Estacionaria Biofiltro
Fija en soporte Flujo Biolavador de lecho escurrido (biotrickling filter) Suspendida Flujo Biolavador
Suspendida o fija Estacionaria Crecimiento en suspendido Fija en una membrana Flujo Membrana
CO2 O2
S (COV) S (lisis)
Fase Gas O2 S (COV)
Lisis Crecimiento Hidrolisis
N, P, elementos traza
Depredación
Protozoo
A) Biomasa en soporte B) Estructura de una biopelícula C) Biomasa suspendida
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Aire
Contaminado
Aire Tratado
Humidificador
Empaque Aire
Contaminado
Aire Tratado
Humidificador
Empaque
Biofiltro Características
Biomasa inmovilizada Fase acuosa inmóvil Reactor unitario
Área de aplicación
Concentraciones de contaminantes <1.0 g/m3
Coeficiente de Henry <10 (H=Cg/Cl)
Ventajas
Elevada área gas/sólido Fácil arranque y operación Bajos costos de operación
Desventajas Pobre control
Lenta adaptación a concentraciones fluctuantes
Grandes áreas requeridas Empaque: Mezclas de compost con
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Flujo a tratar: 17000 m3/h
Contaminante: olores residuos avícolas.
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Biofiltros de 2ª generación
Flujo a tratar: 750 m3/min
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Biofiltros de 2ª generación
Flujo a tratar: 75000 m3/h
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
absorción
Aire
contaminado
Aire
tratado
Aire
Absorción
Oxidación
absorción
Aire
contaminado
Aire
tratado
Aire
Absorción
Oxidación
Características
Biomasa suspendida en fase acuosa móvil
2 reactores
Área de aplicación
Concentraciones de COV < 5 g/m3
Coef. de Henry < 0.5 (H=Cg/Cl)
Ventajas
Control (pH, nutrientes)
Posibilidades de evitar la acumulación de productos Equipo compacto
Baja caída de presión
Desventajas
Baja superficie para transferencia Lavado de microorganismos de lento crecimiento
Arranque lento
Costes elevados comparados con el resto de los bioreactores
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Características
Biomasa inmovilizada Fase acuosa móvil Reactor unitario Área de aplicación
Conc de COV < 0.5 g/m3
Coef. de Henry < 1 (H=Cg/Cl)
Ventajas
Retención de microorganismos Reactor unitario
Buen Control sobre pH, T, humedad
Desventajas
Baja superficie para transferencia Alta Producción de biomasa Procedimiento de arranque complicado
Costos inversión/ operación
Aire
Contaminado
Aire Tratado
Empaque Aire
Contaminado
Aire Tratado
Empaque
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Gas inlet Treated gas Sludge recycling Secondary settler Pump Blower Agitation Sludge waste Waste water Treated water Gas inlet Treated gas Sludge recycling Secondary settler Pump Blower Agitation Sludge waste Waste water Treated water Características Biomasa suspendidaFase acuosa estacionaria sobre la que se burbujea la fase la
corriente contaminada Reactor unitario
Ventajas
Retención de microorganismos Reactor unitario
Buen Control sobre pH, T, humedad Altas superficies para transferencia (la cual depende principalmente del difusor de aire)
Desventajas
Diseño mas complicado Æ Costes elevados comparados con el resto de los bioreactores Mayores costes de operación: aeración y agitación
Biopelícula Membrana Aire contam.
Aire limpio. Reactores de membrana
Características
Biomasa inmovilizada. Fase acuosa móvil Reactor unitario.
Membranas de dos tipos: microporosas o hidrofóbicas semipermeables:
a)-En las membranas con microporos el contaminante difunde por el volumen gaseoso vacío y el agua del biofilm es excluida escogiendo materiales hidrofóbicos. Se hacen de Teflón, polipropileno, politetrafluoroetileno (PTFE). Tienen tamaño de poro entre 0.1 y 1.0 μ m, diámetros pequeños y muchos tubos son empacados generalmente juntos.
b)- En las membranas hidrofóbicas semipermeables, como látex o silicón, la transferencia se da por solubilidad y difusión del contaminante.
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Aire lìmpio
Entrada medio y agua
Salida
medio y agua Recirculación
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Ventajas
Retención de microorganismos Reactor unitario
Buen Control sobre pH, T, humedad
Altas superficies para transferencia (áreas de hasta 1000-10000 m2/m3 con reactores tipo
hollow fiber)
Menores pérdidas de carga
Desventajas
Altos costes de inversión
Problemas de operación relacionados con el crecimiento excesivo de la biomasa
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Parámetros típicos de operación en tecnologías biológicas
Parámetro Valor típico
Altura del medio filtrante 1-1.5 m
Area de biofiltro 1-3000 m2
Flujo de aire a tratar 50-300,000 m3/h
Carga superficial 2-500 m3/m2h
Carga volumétrica 5-500m3/m3h
Tiempo efectivo de residencia 15-60 s
ΔP por metro de medio filtrante 0.2-1.0 cm de columna de agua (max 10 cm)
Concentración de gases a la entrada 0.01-5 g/m3
Eficiencias de remoción 60-100%
Temperatura e operación 15-30 °C
Contenido de agua en el medio filtrante 60% en masa
pH del medio filtrante 6-8
Parámetro Valor típico
Altura del medio filtrante 1-1.5 m
Area de biofiltro 1-3000 m2
Flujo de aire a tratar 50-300,000 m3/h
Carga superficial 2-500 m3/m2h
Carga volumétrica 5-500m3/m3h
Tiempo efectivo de residencia 15-60 s
ΔP por metro de medio filtrante 0.2-1.0 cm de columna de agua (max 10 cm)
Concentración de gases a la entrada 0.01-5 g/m3
Eficiencias de remoción 60-100%
Temperatura e operación 15-30 °C
Contenido de agua en el medio filtrante 60% en masa
pH del medio filtrante 6-8
Parámetro Parámetro
Parámetro Valor típicoValor típico
Altura del medio filtrante Altura del medio filtrante
Altura del medio filtrante 1-1.5 m1-1.5 m
Area de biofiltro Area de biofiltro
Area de biofiltro 1-3000 m1-3000 m22
Flujo de aire a tratar Flujo de aire a tratar
Flujo de aire a tratar 50-300,000 m50-300,000 m33/h/h
Carga superficial Carga superficial
Carga superficial 2-500 m3/m2-500 m3/m22hh
Carga volumétrica Carga volumétrica
Carga volumétrica 5-500m5-500m33/m/m33hh
Tiempo efectivo de residencia Tiempo efectivo de residencia
Tiempo efectivo de residencia 15-60 s15-60 s
ΔP por metro de medio filtrante ΔP por metro de medio filtrante
ΔP por metro de medio filtrante 0.2-1.0 cm de columna de agua (max 10 cm)0.2-1.0 cm de columna de agua (max 10 cm)
Concentración de gases a la entrada Concentración de gases a la entrada
Concentración de gases a la entrada 0.01-5 g/m0.01-5 g/m33
Eficiencias de remoción Eficiencias de remoción
Eficiencias de remoción 60-100%60-100%
Temperatura e operación Temperatura e operación
Temperatura e operación 15-30 °C15-30 °C
Contenido de agua en el medio filtrante Contenido de agua en el medio filtrante
Contenido de agua en el medio filtrante 60% en masa60% en masa
pH del medio filtrante pH del medio filtrante
Eliminación de COVs y Olores
Oxidación: Biológica
Rango de concentraciones: 1 - 5000 ppm
Rango de Flujo: Límitado por el espacio disponible para el lecho
Eficiencia: > 99 %
Productos obtenidos: Productos de oxidación, biomasa
Ventajas:
• Muy barato para corrientes a T ambiente
• Altas eficiencias
• Segura: no genera contaminantes secundarios
Desventajas:
• No existe criterios, normas o métodos para el diseño: Necesidad de investigación previa en el laboratorio
• Riesgo de inhibición microbiana a altas concentraciones de contaminante
• Dificultad para su modelado matemático
Eliminación de COVs y Olores
Selección del Método de control de COVs
Criterios
• Naturaleza del contaminante a tratar (Polaridad, presión de vapor, toxicidad, biodegradabilidad, solubilidad de agua, reactividad)
• Flujo de la corriente contaminada
• Concentración
• Límites de emisión