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CONTROL DE EMISIONES A LA ATMOSFERA

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Academic year: 2020

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(1)

TEMA 7:

(2)

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

(3)

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.

(4)

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

2

entre las 3 a.m. y hasta 3 horas después del atardecer.

(5)

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

(6)

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

(7)

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:

(8)

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”

(9)

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

2

O

Æ

H

2

SO

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

(10)

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

2

O procedentes del S

(11)

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

(12)

Diseño de sistemas de control de contaminación

atmosférica

Costes vienen determinados principalmente por el flujo volumétrico a

tratar

(

)

(

)

c

Tamaño

b

a

equipo

del

ecio

Pr

=

+

donde, “a,b y c” son valores tabulados específicos para cada equipo

(13)

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.

(14)

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

η

Asumiendo 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

(15)

Eficiencia del Proceso de Tratamiento

o o 1 1 o o 1 1 o o

c

Q

c

Q

1

c

Q

c

Q

c

Q

Eficiencia

=

η

=

=

Q

o

, c

o

Q

1

, c

1 Como en otras disciplinas: relación entre lo que se ha eliminado y lo que se podría eliminar

Qo, 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

(16)

• Eliminación de Partículas

• Eliminación de COVs y olores

• Eliminación de compuestos de Azufre

• Eliminación de óxidos de Nitrógeno

(17)

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

(18)

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

(19)

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

m

v

t

Tiempo en atravesar el gas la cámara

t = L/v

m

durante este tiempo la partícula

ha caído t·v

t

=( L/v

m

) ·v

t

Si la distancia recorrida por la partícula

es mayor o igual que h la partícula

sedimenta

H

W

L

h

Trayectoria de la partícula

(20)

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 exp

1 ⎟= − −η

(21)

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

(22)

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

(23)

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

fluido

r

18

D

v

v

p

2 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

i

a H, y

(24)

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

(25)

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 = η

Diámetro 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 pistón

1 D / D corte 2 corte p 2 corte p + = η

(26)

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

(27)

Eliminación de partículas: Colectores de Pared

Ciclones

(28)

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

(29)

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

(30)

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

(31)

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

(32)

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

(33)

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)

(34)

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 %!!

(35)

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

(36)

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:

(

)

(

)

(

)

[

]

(

)

(

)

[

]

(37)

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

(38)

Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos

Filtración en superficie

Dos sistemas de filtración industriales

(39)

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

(40)

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

(41)

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

(42)

Eliminación de partículas: Sistema de división de flujos

Filtración en profundidad

(43)

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 %

(44)

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.

(45)

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

(46)

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)

(47)

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 ×DDzcη

Si la velocidad de caída de las gotas es ND (gotas/tiempo)

(48)

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.

(49)

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

(50)

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

(51)

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

(52)

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

(53)

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

(54)

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

(55)

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

(56)

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

(57)

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

(58)

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

(59)

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

(60)

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

(61)

Eliminación de COVs y Olores

Concentración y recuperación: Condensación

Ej. Recuperación de vapores de camiones cisterna

(62)

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

(63)

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

(64)

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

(65)

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

(66)

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

(67)

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

(68)

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

(69)

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

(70)

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:

(71)

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 2

6

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)

(72)

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)

(73)

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

(74)

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

(75)

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

(76)

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

(77)

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

(78)

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.

(79)

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

(80)

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).

(81)

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

(82)

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.

(83)

Eliminación de COVs y Olores

Oxidación: Biológica

CH3

\

CH3 -C- O-CH3

/ CH3

CH3

\

CH3 -C- OH

/ CH3

CH2O +

CO

2

, H

2

0

Alcanos

estructuralmente

similares

Oxigenasa

Inducción

“baja”

especificidad

Formaldehido

+

TBA

CH2-OH

\

CH3 –C-OH

/ CH3

HIBA

(84)

Eliminación de COVs y Olores

Oxidación: Biológica

Biodegradabilidad

Rápida

Alcoholes, aldehídos, cetonas, esteres , terpenos, ácidos orgánicos, aminas

Lenta

Hidrocarburos, fenoles

Muy lenta

Hidrocarburos halogenados y hidrocarburos policíclicos

(85)

Eliminación 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

(86)

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

(87)

Eliminación de COVs y Olores

Oxidación: Biológica

Flujo a tratar: 17000 m3/h

Contaminante: olores residuos avícolas.

(88)

Eliminación de COVs y Olores

Oxidación: Biológica

Biofiltros de 2ª generación

Flujo a tratar: 750 m3/min

(89)

Eliminación de COVs y Olores

Oxidación: Biológica

Biofiltros de 2ª generación

Flujo a tratar: 75000 m3/h

(90)

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

(91)

Eliminación de COVs y Olores

Oxidación: Biológica

(92)

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

(93)

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 suspendida

Fase 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

(94)

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

(95)

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

(96)

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

(97)

Eliminación de COVs y Olores

Oxidación: Biológica

(98)

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

(99)

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

Referencias

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