por Bioconservacion Septiembre 11th, 2015 0 comentarios
PURIFICACION DE GASES: 
Biofiltros vs Adsorción 


Durante las últimas tres décadas las tecnologías biológicas emergieron como alternativa sostenible y económicamente viable frente a las técnicas tradicionales como la adsorción/absorción para la purificación de gases Inicialmente tuvieron una buena aceptación en la industria y durante años se llevaron a cabo proyectos interesantes con buenos resultados. Sin embargo, y debido a una serie de motivos que se pretenden desgranar en este artículo, las técnicas físico-químicas, como la adsorción, siguen liderando las metodologías más habituales en los sistemas de purificación de efluentes gaseosos contaminados.
 
En el caso de la adsorción, el principio de funcionamiento es la transferencia del tóxico de la fase gaseosa a una fase sólida. La adsorción se lleva a cabo en lechos fijos o fluidizados de material poroso, tales como la zeolita o el carbón activo. Una vez que el lecho poroso ha alcanzado su límite de adsorción, el material puede o no ser regenerado. En el caso que sea posible, es conveniente que el contaminante sea un compuesto altamente volátil, pues la desorción se llevará a cabo más rápidamente y en mayor medida.
Ésta puede realizarse mediante diferentes métodos: con tratamiento térmico, empleando vapor, gases inertes, en vacío, etc. En cualquier caso, la alternativa más económica en muchos casos consiste en desechar o incinerar el material. En el caso de que el lecho se regenere con vapor, tras la desorción se obtendrá un agua residual que habrá que depurar nuevamente. El principal inconveniente que presenta esta tecnología es que, al igual que en el caso de la absorción, no supone la eliminación verdadera del contaminante, sino que se limita a transferirlo a una fase diferente.
 
Por otro lado, el principal atributo que presentan los biofiltros frente a la tecnología de adsorción, es el hecho que el contaminante sí es verdaderamente degradado a productos que generalmente son compuestos inocuos o, en cualquier caso, de menor peligrosidad que los contaminantes iniciales, lo que no siempre se cumple en el caso de las tecnologías físico-químicas.
Sin embargo, para que la biodegradación se lleve a cabo adecuadamente es preciso que los valores de los parámetros de operación del reactor sean relativamente estables y que se encuentren dentro de unos rangos que permitan la acción de los microorganismos. De no cumplirse estos requerimientos, el tratamiento de la corriente podría llevarse a cabo con eficiencias bajas, o bien no llevarse a cabo en absoluto.

A continuación se describen las variables de operación más importantes en un biofiltro estándar:
  •   Composición de la corriente gaseosa
Existe una gran cantidad de contaminantes, tanto orgánicos como inorgánicos, que pueden ser tratados por medio de biofiltros. La condición principal que debe cumplirse para que la depuración se lleve a cabo es que la sustancia o sustancias sean biodegradables y que no presenten efectos tóxicos sobre los microorganismos. Por el contrario, las sustancias poco solubles en agua, con elevado peso molecular y/o que tienen enlaces complejos presentarán una biodegradabilidad menor. En el caso de medias adsorbentes existe un amplio espectro de materiales que mezclados entre sí pueden abarcar un amplio abanico de contaminantes.
  •  Material de relleno
El material de relleno es uno de los parámetros vitales en la operación de biofiltros convencionales y biofiltros percoladores. En función de la aplicación se buscará que el material cumpla con atributos tales como tener una elevada superficie de contacto biopelícula-medio, ligereza, durabilidad, elevada resistencia química y mecánica, no debe originar elevadas caídas de presión, económico, debe permitir una buena adhesión de la biomasa y no debe presentar efectos tóxicos sobre los microorganismos. La mayoría de las medias adsorbentes suelen presentar propiedades mecánicas capaces de lidiar con los ambientes más agresivos preservando su geometría inicial.
  •  Aporte de nutrientes
Para mantener una eficiencia elevada y estable en un biofiltro, es imprescindible que los microorganismos tengan a su disposición todos los nutrientes necesarios para su actividad, y que estos se encuentren en una proporción adecuada. Los requerimientos nutritivos de los microorganismos incluyen fuentes de carbono, nitrógeno, fósforo, potasio, azufre, magnesio, hierro y otros elementos. Este aporte adicional genera un gasto extra que en el caso de los adsorbentes es inexistente.
  •  Temperatura
En sistemas de biofiltración generalmente se emplean organismos mesófilos, es decir, aquellos que presentan un máximo de actividad metabólica entre 20 y 45 ºC. Fuera de estos rangos altas o bajas temperaturas puede tener efectos negativos sobre el consorcio microbiano con la consiguiente pérdida de eficacia. Los rangos de temperatura a los que pueden operar las medias adsorbentes suelen ser más amplios e incluso en muchos de ellos altas temperaturas pueden aumentar su eficiencia.  
  •  Humedad
Si bien la disponibilidad de agua no supone un problema en los biolavadores y biofiltros percoladores, sí se trata de un parámetro de operación vital en los biofiltros convencionales. En estos, el aire es saturado en vapor de agua previamente a su entrada en el reactor. De hecho, se recomienda además la adición periódica de medio líquido al reactor. En general, los microorganismos tienen unos requerimientos elevados de agua, por lo que la desecación del relleno produce una reducción en la actividad biológica. Un aporte de agua insuficiente, además, provoca que el lecho se reseque en la zona de entrada del aire, originando canalizaciones de la corriente que contribuyen a disminuir la eficiencia del biofiltro. En el caso de las medias adsorbentes no hay limitación por el porcentaje de humedad en el influente siempre que se evite condensación sobre el mismo.   
  •  pH
Uno de los problemas más comunes en sistemas de biofiltración es la caída de pH que aparece como resultado de la producción de intermedios de degradación de carácter ácido, habitual en el tratamiento de hidrocarburos halogenados, compuestos nitrogenados o sulfurados, algunos COV, etc. Debido a este fenómeno la actividad microbiana puede disminuir considerablemente, provocando una caída en la eficacia del tratamiento. La importancia de este fenómeno es mayor en biofiltros convencionales que en el resto de biorreactores, dado que la ausencia de una fase líquida móvil dificulta la retirada de los compuestos ácidos. 
  •  Caída de presión
El crecimiento de la biomasa en el interior del reactor puede, tras un cierto tiempo de operación, dar lugar a problemas de taponamiento y canalización de la corriente gaseosa. La compactación del lecho incrementa notablemente los costes de operación lo que acaba por provocar un reemplazamiento de la media con los costes que éste lleva asociados.
  • Concentración de oxígeno
Los microorganismos más comúnmente empleados en biofiltración son aerobios estrictos, requiriendo un contenido mínimo de entre el 5 y el 15 % de oxígeno en la corriente de aire entrante para sobrevivir. Valores por debajo de este nivel favorecerán el desarrollo de zonas anaerobias en el reactor, con los efectos negativos asociados. El aire atmosférico contiene del orden del 20 % de oxígeno, por lo cual en condiciones normales éste no suele ser limitante. Dependiendo de la aplicación existen diferentes tipos de medias adsorbentes que pueden operar eficientemente con o sin oxígeno.

A modo de ejemplo se presenta la respuesta de las dos tecnologías frente a 2 escenarios habituales a nivel industrial.
  • Pico de concentración de contaminante en el influente: generalmente el tratamiento mediante biorreactores se aplica únicamente a corrientes con baja carga de contaminantes, dado que una sustancia en principio biodegradable puede dar lugar a efectos de toxicidad si aparece a una concentración demasiado elevada. Es importante además asegurar una cierta estabilidad en la concentración de la descarga, dado que las variaciones bruscas en el aporte de tóxico afectan negativamente al funcionamiento del reactor. En el caso de una media  adsorbente, un pico de concentración afecta en la autonomía de la media pero no conlleva una disminución de la capacidad total de ésta. De hecho, en muchos sistemas de tratamiento biológico se suele instalar una etapa de pre-tratamiento con medias adsorbentes para amortiguar posibles picos de concentración.
  • Aumento de temperatura: como se ha comentado previamente, los bioreactores se inoculan normalmente con microorganismos mesófilos. Un aumento de la temperatura es probable que desactive a un porcentaje del consorcio con la consiguiente pérdida de eficiencia del bioreactor. En los sistemas de tratamiento con adsorbentes el rango de temperatura que admite suele  ser bastante amplio y en casos donde el mecanismo de reacción es la quimisorción puede incluso verse favorecida la eliminación por aumentos de temperatura.
 
Con todo lo descrito es obvio que los sistemas biológicos requieren de un nivel de complejidad instrumental mucho mayor que los necesarios para la aplicación de  soluciones de adsorción. Este hecho implica un mantenimiento de las variables de operación muy intensivo. Una variación de la temperatura, un descenso del pH por fallo de sistema de control de pH, picos de concentración de contaminante, etc, podrían llevar, en el mejor de los casos, a la pérdida de eficiencia del consorcio microbiano, o incluso a la necesidad de una reinoculación de la media por la muerte de los microorganismos.
Esta mayor complejidad ha llevado a muchos sectores a la desconfianza de los sistemas biológicos frente a las tecnologías  de adsorción.