La presente invención se refiere a un biofiltro que comprende un material de relleno y microorganismos capaces de degradar CS2,

en donde dicho material de relleno comprende un compost obtenible por descomposición aeróbica-anaeróbica de una mezcla que comprende (i) 30-70% en peso de residuos de animales, y (ii) 70-30% en peso de residuos vegetales. La invención también se refiere a un método para depurar una corriente gaseosa que contiene CS2 mediante biofiltración que comprende hacer pasar dicha corriente gaseosa a través de dicho biofiltro.

BIOFILTRO y MÉTODO PARA DEPURAR MEDIANTE BIOFILTRACIÓN UNA CORRIENTE GASEOSA QUE CONTIENE DI SULFURO DE CARBONO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona, en general, con la depuración de gases contaminados con un contaminante, y, en particular, con un biofiltro para eliminar o reducir el contenido en disulfuro de carbono (CS2) presente en una corriente gaseosa contaminada por ese compuesto, así como con el correspondiente método de biofiltración.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La emisión cada vez mayor de contaminantes al medio ambiente y el consecuente deterioro de éste, ha llevado a un control legal sobre la emisión de los mismos. En concreto, el disulfuro de carbono (CS2) , un líquido volátil, incoloro y muy fácilmente inflamable, constituye un contaminante altamente peligroso debido principalmente a sus efectos perjudiciales sobre la salud humana. La exposición prolongada a vapores de sulfuro de carbono provoca síntomas de intoxicación que van desde el enrojecimiento de la cara y la euforia hasta la pérdida del conocimiento, coma y parálisis de la respiración. La intoxicación crónica produce dolor de cabeza, pérdida de sueño, disfunciones de la visión, la memoria y el oído, inflamación de los nervios y daños vasculares.

Por ello, ha sido necesario desarrollar procesos destinados a controlar la emisión de dicho contaminante (CS2) al medio ambiente. La mayoría de dichos procesos se basan en principios físico-químicos. No obstante, dichos procesos presentan diversos inconvenientes ya que generalmente requieren diversos equipos para la separación y eliminación completa del contaminante, lo que los hace costosos y con grandes exigencias de energía, y, en ocasiones, resultan ineficientes, particularmente cuando el contaminante se encuentra en bajas concentraciones. Por ello, ninguna de las tecnologías físico-químicas tradicionales (oxidación térmica, procesos termo catalíticos, incineración, hidrogenación, hidrólisis, condensación, adsorción, etc.) representa en la actualidad una opción apropiada para el tratamiento del CS2 .

A lo largo de los últimos años, las tecnologías biológicas de limpieza de corrientes gaseosas contaminadas han tomado fuerza como alternativa a las tecnologías físico-químicas, ya que son procesos más limpios y económicos, que eliminan muchas de las desventajas asociadas con los sistemas físico-químicos tradicionales, y resultan especialmente útiles cuando los caudales a tratar son grandes y las concentraciones de contaminantes (e.g., CS2) son bajas.

Los sistemas biológicos de purifícación de corrientes gaseosas pueden clasificarse en tres grandes grupos: biolavadores ("bioscrubber") , bioreactores de lecho escurrido ("biotrickling") y biofiltros de lecho fijo [Delhomenie, MC. y col. 2005. Biofiltration ofAir: A Review. Critical Reviews in Biotechnology, 25:53-72].

Los biolavadores ("bioscrubber") constituyen una tecnología de tratamiento en dos etapas. En la primera, el gas contaminado entra en contacto con una fase líquida que 15 absorbe los contaminantes. Después de haber absorbido los contaminantes, el líquido es tratado mediante un proceso biológico tradicional (por ejemplo, mediante un proceso de lodos activados) . Los biolavadores tienen como principal inconveniente su incapacidad para tratar compuestos poco solubles en agua, por lo que no son buenos candidatos en el caso del CS2.

Los bioreactores de lecho escurrido ("filtros biotrickling") reqUIeren la alimentación continua de un medio líquido sobre un lecho de material de soporte inorgánico (por ejemplo, polietileno, polipropileno, PVC o roca de lava) . Esta tecnología está principalmente controlada por la transferencia de masa entre la fase gaseosa y la fase líquida, lo que constituye una desventaja debido a que el CS2 gaseoso es muy poco soluble en agua. Otra desventaja asociada con la alimentación continua de líquido consiste en la obtención de un medio líquido que debe ser gestionado adecuadamente. Además, la naturaleza inorgánica del material de soporte obliga a inocular el sistema con la biomasa adecuada para la biodegradación. Las patentes norteamericanas US 4968622, US 5747331 y US 5236677 describen bioreactores de lecho escurrido para la degradación biológica de CS2 .

Los biofiltros ("bioreactores de lecho fijo") constituyen, en Europa, la tecnología de tratamiento biológico de gas más utilizada para la eliminación de olores y compuestos volátiles orgánicos (VOCs) y sulfurados (VSCs) . A pesar de su nombre, no son unidades de «filtración» en el sentido estricto de la palabra, sino que abarcan una combinación de varios procesos básicos: absorción, adsorción, biodegradación y desorción. Básicamente, los biofiltros consisten en un compartimento que contiene un material de relleno o soporte (material filtrante) que sirve como portador de la biomasa responsable de la biodegradación de los contaminantes.

El fundamento de todos los procesos biológicos se basa en la capacidad que tienen algunos microorganismos para degradar los contaminantes y transformarlos en productos inocuos o menos nocivos para la salud humana o animal y/o el medio ambiente. En el caso concreto del CS2, la degradación trascurre según la siguiente secuencia de reacciones [Smith, N. A. et al. (1988) . Oxidation of carbon disulphide as the sole source of energy for the autotrophic growth of Thiobacillus thioparus strain TK-m. J. Gen. Microbiol., 134:3041-3048]:

Otros autores, Revah y col. [Revah et al. (1994) . Air biodesulphurisation in process plants. In: Bioremediation: The TOKYO '94 Workshop, OECD Publishing, Paris] y Alcántara y col. [Alcántara et al. (1999) Carbon disulfide oxidation by a microbial consortium from a tricking filter. Biotechnol. Lett., 21:815-819] proponen otros pasos adicionales intermedios en la degradación posterior del sulfuro de hidrógeno:

A pesar de las diferentes configuraciones de los reactores biológicos, la biomasa o población de microorganismos capaces de degradar el contaminante, constituye, en todos los casos, un elemento decisivo para el funcionamiento eficaz del sistema. La biodiversidad de la misma depende de la composición del gas alimentado, el lechosoporte y, en general, de las condiciones ambientales. Los microorganismos capaces de degradar el CS2 no son tan abundantes como los microorganismos capaces de degradar otros contaminantes (e.g., sulfuro de hidrógeno (H2S) ) , debido posiblemente al hecho de que el CS2 posee propiedades fungicidas y a que la rotura de sus dobles enlaces requiere más energía [Yang, Y. et al. (1997) . Biofiltration for control of carbon disulfide and hydrogen sulfide vapors, for presentation at the "Air and waste management association's 90th annual meeting & exhibition", Toronto, Canadá]. De hecho, tal como refleja la siguiente lista, el número de cepas capaces de degradar CS2 es muy limitado:

Thiobacillus TJ330 [Hartikainen, T. et al. (2000) . Physiology and taxonomy of Thiobacillus strain TJ330, which oxidizes carbon disulphide (CS2) . J. Appl. Microbiol. 89: 580-586];

Thiothrix ramosa [Odintsova, E.V. et al. (1993) . Chemolithoautotrophic Growth ofThiotrix Ramosa. Archives ofMicrobiology, 160:152-157];

una cepa sin identificar de la especie Thiobacillus [Plas, C. et al. (1993) . Degradation of carbon disulphide by a Thiobacillus isolate. Appl. Microbiol. Biotechnol. 38: 820-823];

Thiobacillus thioparus TK [Smith, N.A. et al. (1988) . Oxidation of carbon disulphide as the sole source of energy for the autotrophic growth of Thiobacillus thioparus strain TK-m. 1. Gen. Microbiol. 134: 3041-3048];

Paracoccus denitrificans KS1, KS2 y KS2 [Jordan, S.L. et al. (1995) . Novel eubacteria able to grow on carbon disulfide. Arch. Microbio1. 163: 131-13 7; Jordan, S.L. et al. (1997) . Autotrophic growth on carbon disulfide is a property ofnovel strains ofParacoccus denitrificans. Arch. Microbiol. 168: 225-236];

Thioalkalivibrio [Sorokin, D.Y. et al. (2001) . Thioalkalimicrobium aerophilum gen. nov., sp. nov. and Thioalkalimicrobium sibericum sp. nov., and Thioalkalivibrio versutus gen. nov., sp. nov., Thioalkalivibrio nitratis sp. nov. and Thioalkalivibrio denitrificans sp. nov., novel obligately alkaliphilic and obligately chemolithoautotrophic sulfur-oxidizing bacteria from soda lakes. lnt.

1. Syst. Evol. Microbiol. 51: 565-580]; y Thiomonas [PoI, A. et al. (2007) . lsolation of a carbon disulfide utilizing Thiomonas Sp. and its application In a biotrickling filter. Appl. Microbiol.

Bioteclmol.... [Seguir leyendo]

l. Un método para depurar una corriente gaseosa que contiene CS2 mediante biofiltración que comprende hacer pasar dicha corriente gaseosa que contiene CS2 a través de un biofiltro, comprendiendo dicho biofiltro un material de relleno y microorganismos capaces de degradar CS2, en donde dicho material de relleno comprende un compost obtenible por descomposición aeróbicaanaeróbica de una mezcla que comprende (i.

3. 70% en peso de residuos de animales, y (ii.

7. 30% en peso de residuos vegetales.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la humedad relativa de dicha corriente gaseosa que contiene CS2 es igualo superior al 90%, preferentemente igualo superior al 95%.

3. Método según la reivindicación 1, que comprende la aclimatación previa al CS2 de los microorganismos capaces de degradar CS2.

4. Método según la reivindicación 3, en el que dicha aclimatación comprende el

tratamiento del compost con una corriente gaseosa que comprende CS2 en una cantidad entre 25 ppmv y 100 ppmv, con un tiempo de residencia entre 20 segundos y 120 segundos, de manera continua, durante al menos lOO días.

5. Método según la reivindicación 1, en el que los residuos de animales se seleccionan del grupo que consiste en purines de cerdo, residuos de aves de corral, residuos de ganado bovino, y sus combinaciones; y/o los residuos orgánicos vegetales se seleccionan del grupo que consiste en ramas y trozos de madera, serrín, y sus combinaciones.

6. Método según la reivindicación 1, en el que dicho compost se encuentra en forma de partículas compactadas.

7. Método según la reivindicación 1, en el que dicho compost se encuentra en forma de pellets.

8. Método según la reivindicación 1, en el que dicha corriente gaseosa comprende CS2 en una cantidad comprendida entre 50 ppmv y 250 ppmv.

9. Método según la reivindicación 1, que adicionalmente comprende regar dicho biofiltro con una solución de nutrientes.

10. Un biofiltro que comprende un material de relleno y microorganismos capaces de degradar CS2, en donde dicho material de relleno comprende un compost

obtenible por descomposición aeróbica-anaeróbica de una mezcla que comprende (i.

3. 70% en peso de residuos de animales, y (ii.

7. 30% en peso de residuos vegetales.

11. Una instalación que comprende, al menos, un biofiltro según la reivindicación lO.

12. Un método para aclimatar al CS2 microorganismos capaces de degradar CS2 contenidos en un compost, en donde dicho compost es obtenible por descomposición aeróbica-anaeróbica de una mezcla que comprende (i.

3. 70% en peso de residuos de animales, y (ii.

7. 30% en peso de residuos vegetales, que comprende poner en contacto dicho compost que contiene microorganismos capaces de degradar CS2 con una corriente gaseosa que comprende CS2 en una cantidad entre 25 ppm y 100 ppmv, con un tiempo de residencia entre 20 segundos y 120 segundos, de manera continua, durante al menos lOO días.

13. Un método para generar una población de microorganismos capaces de degradar CS2 que comprende combinar:

a) un compost obtenible por descomposición aeróbica-anaeróbica de una mezcla que comprende (i.

3. 70% en peso de residuos de animales y (ii) 7030% en peso de residuos vegetales, que comprende microorganismos capaces de degradar CS2 aclimatados al CS2 según el método de aclimatación definido en la reivindicación 12 (compost aclimatado) , con b) un compost obtenible por descomposición aeróbica-anaeróbica de una mezcla que comprende (i.

3. 70% en peso de residuos de animales y (ii) 7030% en peso de residuos vegetales (compost fresco) , en una proporción (compost aclimatado) : (compost fresco) comprendida entre 1:1 y 5:1, en peso.