La elevada producción de residuos sólidos urbanos (RSU) en la ciudad de México (más de 14,000 toneladas al día), así como el espacio limitado para su disposición final, crean la necesidad de implementar tecnología capaz de degradar rápida y eficazmente la fracción orgánica de estos residuos.
La digestión anaerobia es una tecnología ampliamente estudiada en todo el mundo pero poco avanzada en México, que cumple con estos requisitos. El biogás producido en este proceso está constituido por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), ácidos grasos volátiles (AGV’s) y ácido sulfhídrico (H2S), principalmente. De estos gases el metano puede ser usado como fuente de energía alternativa, sin embargo, para utilizarlo se requiere eliminar del biogás los AGV’s (generadores de malos olores y corrosivos) y el H2S (altamente corrosivo y tóxico). La biofiltración representa una alternativa económicamente factible y que no genera contaminantes secundarios para el tratamiento de biogás.
En el presente trabajo se evaluó un biofiltro inoculado con un consorcio microbiano para el tratamiento de biogás proveniente de un digestor anaerobio, con la finalidad de eliminar los AGV’s y el H2S presentes y posteriormente hacer viable la utilización de metano como fuente de energía.
Se evaluaron anillos de vidrio, tezontle y vermiculita para ser utilizados en el biofiltro como soportes. Las humedades de equilibrio encontradas fueron de 2, 15 y 65 %, mientras que las densidades de empaque fueron de 170, 580 y 520 g/L para vermiculita, vidrio y tezontle, respectivamente.
Un consorcio microbiano proveniente de un biofiltro en operación fue adaptado con AGV’s y tiosulfato de sodio (Na2S2O3) para posteriormente hacerlo crecer en los tres soportes antes mencionados obteniendo una concentración de biomasa de 8.46x105 unidades formadoras de colonia (UFC)/g de vermiculita y 6.49x104 UFC/g de tezontle. Una vez que se desarrolló la biopelícula se realizaron pruebas de consumo con cuatro diferentes AGV’s (propiónico, butírico, acético y valérico) en botellas serológicas de 125 mL con 4 g de soporte y 40 mg/L de cada uno de los ácidos. Posteriormente se midió periódicamente la producción de dióxido de carbono (CO2), para ello se utilizó un cromatógrafo con detector de conductividad térmica. Las velocidades de remoción de AGV’s oscilaron entre 0.42 y 1.46 mg/Lh en la vermiculita y 0.16 y 0.41 mg/Lh en el tezontle. En el vidrio no se obtuvo crecimiento significativo, por lo que no se detectó actividad biológica.
Se realizaron pruebas con vermiculita en columnas de vidrio con un volumen de empaque de
0.218 L con cada uno de los AGV’s. La vermiculita se compactó y perdió humedad rápidamente, provocando la proliferación de hongos, los cuales no se han reportado como consumidores de AGV’s. Por lo anterior la vermiculita se descartó como empaque para el biofiltro en pruebas posteriores.
Las pruebas llevadas a cabo en un biofiltro con volumen de empaque de 1.7L se realizaron con tezontle. Para medir la remoción de AGV’s se burbujearon soluciones de ácido acético y propiónico a concentraciones crecientes de 50 hasta 90 %. Las capacidades de eliminación (CE) máximas encontradas fueron de 15.2 y 24.5 g/m3h para ácido acético y propiónico bioifiltro en fase gaseosa, respectivamente. Mientras que en fase líquida se obtuvieron CE de 76.3
g/m3
h para ácido acético y 122.5 g/m3
h para el propiónico.
bioifiltro
bioifiltro
Para evaluar el consumo de H2S se utilizó el generado en el digestor anaerobio, mediante diluciones con aire, variando las concentraciones a la entrada del biofiltro desde 783 hasta
3250 ppm a un tiempo de residencia en el biofiltro (Empty Bed Resident Time, EBRT) de 85
segundos y de 855 a 3055 ppm a un EBRT de 31 segundos. Para el primer caso se obtuvo
una CE máxima de 141.75 g/m3
h y para el segundo caso 231.94 g/m3 h.
Cuando se realizó el acoplamiento del biofiltro con el digestor se determinó hasta un 95 % de eficiencia de remoción de H2S en una corriente de aire contaminado que contenía entre de
1500 y 1600 ppm, además de trazas de ácido acético y ácido propiónico que fueron
eliminadas al 100 %, a un EBRT de 31 segundos.
En el consorcio microbiano se encontraron una gran cantidad de microorganismos, 4.6 x 109
UFC/g de tezontle, principalmente bacterias. Éstas no se han identificado, sin embargo debido a la presencia de compuestos azufrados (Na2S2O3 y H2S) probablemente la población predominante está constituida por bacterias sulfo-oxidantes.
El sistema de biofiltración empacado con tezontle resultó altamente eficiente (ER>90 %) para eliminar H2S y AGV’s de una corriente de biogás.
ABSTRACT
Organic solid waste (OSW) disposal in Mexico are becoming of incresing concern due to place limitation in sanitary landfills. The anaerobic digestion represent a good alternative to estabilize and eliminate the OSW, and is reconized as a mature technology, extensively applied in many european countries. During the anaerobic process biogas containing mainly carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) is produce, other volatile compounds as hydrogen sulfide (H2S) and volatile fatty acids (VFA’s) are also detected, these two compounds constitute a source of offensive odors, and H2S is also a toxic and corrosive. CH4 colud be used as an alternative energy source, however its application requiered the H2S elimination. Technologies for H2S control and elimination include biofilters and traditional air pollution control equipment scrubbers, flares and activated carbon. Biofiltration shown some advantages over the traditional technologies, due to this technology is environmentally friendly and cost effective.
The main goal of this research was to establish a biofiltration system to control and eliminate offensive odors originated in an anaerobic digester (AD).
The characterization of three diferent packed material, lava rock, vermiculite and glass rings, was performed. Their water retention capacities were 15% for lava rock, 2% for glass rings and 65% for the vermiculite. The packing densities were of 170, 580 and 520 Kg/m3 for vermiculite, glass rings and lava rock, respectively.
A microbial consortium obtained of an industrial biofilter was inmovilized in three different supports. Once biofilm was developed, consumption rates of four different VFA's (propionic, butyric, acetic and valeric) were assessed in serologic bottles from 125mL with 4g of support and 40 mg/L of each one of acids. CO2 production was periodically measured, by means of a gas chromatograph equipped with thermal conductivity detector (TCD). The consumption rates of VFA's were between 0.16 and 1.46 mg/Lh in the vermiculite and lava rock. In the glass rings no biological activity was determined.
Experiments with vermiculite were made in glass columns of 0,218 L of packed volume, one for each VFA's, to simulate biofiltration condition. The vermiculite lost humidity, which in turn allowed fungal growth and provoked compaction. For this reason lava rock was used as packing material the biofilter. Increasing loadings (from 6.1 to 24.5 g/m3
h) of acetic and bioifilter propionic acids were feed in the biofilter and the elimination capacity (EC) of the microbial biofilm were evaluated. Acetic and propionic acid were completely removed from the gas and liquid phase, reaching 100% of removal efficiency (RE) in all the evaluated concentrations. Maximum ECs for acetic and propionic acid in gaseous phase were 15.2 and 24.5 g/m3h, respectively. While in liquid phase the EC were 76.3 and 122.5 g/m3 bioifilter h for acetic acid and for the propiónico, respectively. max bioifilter
Different amounts of the biogas stream produced in the AD were mixed with humidified air to obtain increasing H2S inlet loads from 783 to 3250 ppm at an EBRT of 85 and 31 sec.. For the first case an ECmax 141.75 g/m3h was found and for second it was at 231.94 g/m3 bioifilter h. At an EBRT of 85 sec. the RE was around 100%. At 31 sec. an RE of 95 % was bioifilter found in a contaminated airflow that contained between 1500 and 1600 ppm, the acetic acid and propionic acid detected in the biogas stream were completely eliminated (RE of 100%).
The biofilter were transiently operated during more than 150 days, harvesting periods correspond with a new feed of organic matter into the AD system. An efficient operation with H2S removal efficiencies of 95% was maintained during all the evaluation period.
The sulfo-oxidant microbial population remained biologically active instead of the harvesting periods. In the microbial consortium was a great amount of microorganisms, 4.6 x 109 UFC/g lava rock, mainly bacteria. These have not been identified, nevertheless due to the sulphured compound presence (Na2SO3 and H2S) probably the predominant population is constituted by sulfooxidants bacteria
