BIOFILTRO QUE COMPRENDE ESCORIA NEGRA DE HORNO DE ARCO ELÉCTRICO Y SUS APLICACIONES.

Biofiltro que comprende escoria negra de horno de arco eléctrico y sus aplicaciones.

La presente invención se refiere a un biofiltro que comprende escoria negra de horno de arco eléctrico como material de relleno y microorganismos capaces de degradar una o más sustancias contaminantes tales como compuestos orgánicos volátiles (COVs), disulfuro de hidrógeno (H2S), sulfuro de carbono (CS2), y cualquier combinación de los mismos. La invención también se refiere a un método para depurar una corriente gaseosa que contiene al menos un contaminante gaseoso biodegradable mediante biofiltración que comprende hacer pasar dicha corriente gaseosa que contiene al menos un contaminante gaseoso biodegradable a través de dicho biofiltro.

Biofiltro que comprende escoria negra de horno de arco eléctrico y sus aplicaciones

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona, en general, con la depuración de gases contaminados con contaminantes gaseosos biodegradables. En particular, la invención se relaciona con un biofiltro que comprende escoria negra de horno de arco eléctrico como material de relleno, para eliminar o reducir el contenido en contaminantes gaseosos biodegradables presentes en una corriente gaseosa contaminada que contiene al menos uno de dichos contaminantes, así como con un método de biofiltración que comprende el empleo de dicho biofiltro.

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. Existen infinidad de gases que se liberan a la atmósfera y que pueden ser calificados como contaminantes; tales como, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, disulfuro de carbono, compuestos orgánicos volátiles, amoníaco etc.

El sulfuro de hidrógeno (H2S) es extremadamente nocivo para la salud, bastan 20-50 ppm en el aire para causar un malestar agudo que lleva a la sofocación y puede llevar a la muerte por sobreexposición.

El disulfuro de carbono (CS2) constituye un contaminante altamente peligroso debido principalmente a sus efectos perjudiciales sobre la salud humana. La exposición prolongada a vapores de CS2 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.

Los compuestos orgánicos volátiles (COVs) constituyen un tipo de contaminantes altamente peligrosos. La Agencia Americana de Protección Medioambiental (US EPA) define los COVs como todo compuesto orgánico que tenga una presión de vapor superior a 0, 1 mm Hg en condiciones estándar (25ºC y 760 mm Hg) . Así, bajo esta definición, los COVs engloban una amplia gama de compuestos químicos, entre los que se incluyen hidrocarburos alifáticos, hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos clorados, aldehídos, cetonas, éteres, ácidos y alcoholes, muchos de los cuales pueden tener efectos adversos para la salud humana o animal, así como sobre el medio ambiente en general, a corto o largo plazo. Asimismo, los COVs han sido identificados como una de las fuentes principales en la formación del “smog” fotoquímico al reaccionar con otros contaminantes atmosféricos (por ejemplo, óxidos de nitrógeno) y con la luz solar, pudiendo causar problemas respiratorios, irritación ocular, dolor de cabeza, etc., y daños a la flora y la vida animal.

Por ello, ha sido necesario desarrollar procesos destinados a controlar la emisión de este tipo de contaminantes 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 y grandes caudales. Por ello, ninguna de las tecnologías físico-químicas tradicionales (oxidación térmica, procesos termocatalíticos, incineración, hidrogenación, hidrólisis, condensación, adsorción, etc.) representa en la actualidad una opción apropiada para el tratamiento de dichos contaminantes (H2S, CS2 y/o COVs) .

A lo largo de los últimos años, las tecnologías biológicas de depuración de corrientes gaseosas contaminadas han tomado fuerza como alternativa a las tecnologías físico-químicas, ya que son procesos más limpios y económicos, eliminan muchas de las desventajas asociadas con los sistemas físico-químicos tradicionales, por ejemplo, generación de nuevos residuos, etc., y resultan especialmente útiles cuando los caudales a tratar son grandes y las concentraciones de contaminantes (e.g., H2S, CS2 y/o COVs) son bajas. 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. Las tecnologías biológicas se fundamentan en una serie de reacciones metabólicas microbiológicas que conducen a la degradación de los contaminantes presentes en la corriente gaseosa. A través de reacciones oxidativas y, en menor lugar, reductivas, los contaminantes pueden ser transformados en subproductos como por ejemplo CO2, vapor de agua, nitratos, sulfatos y nueva biomasa, entre otros productos.

Aunque existe un gran número de diferentes configuraciones, los sistemas biológicos de purificación de corrientes gaseosas más utilizados pueden clasificarse en tres grandes grupos: biolavadores (“bioscrubber”) , bioreactores de lecho escurrido (“biotrickling filter”) y biofiltros de lecho fijo (“biofilter”) [Delhomenie, MC. et al. 2005. Biofiltration of Air: A Review. Critical Reviews in Biotechnology, 25:53–72]. Los mecanismos básicos de eliminación del contaminante son similares en todos los casos, difiriendo unos de otros en la presencia o ausencia de un soporte, la naturaleza del soporte utilizado, la presencia o ausencia de una fase liquida móvil, y/o la capacidad de tratar diferentes contaminantes.

En concreto, los biofiltros convencionales de lecho fijo emplean microorganismos que están adheridos fijos en un medio poroso para degradar los contaminantes presentes en una corriente gaseosa que atraviesa el lecho. Dichos microorganismos crecen en una biopelícula soportada sobre la superficie del medio. Al pasar el gas a través del lecho, los contaminantes de la fase gaseosa se absorben en la biopelícula que rodea al medio, donde son biodegradados. Por tanto, los biofiltros básicamente 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. 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. La ausencia de una fase acuosa móvil hace que estos bioreactores sean ideales para el tratamiento de contaminantes muy poco solubles en agua.

La selección del material de soporte es un factor fundamental para el correcto funcionamiento de los biofiltros convencionales, ya que influye tanto en la capacidad de eliminación del contaminante (actividad microbiana) como en el coste final del sistema de biofiltración (frecuencia de sustitución del soporte agotado y su gestión posterior, pérdidas de carga asociadas a la compactación del lecho, etc.) . Igualmente, al desarrollarse sobre su superficie la biomasa responsable de la degradación de los contaminantes, deben tenerse en cuenta ciertas características fisico-químicas importantes: alta área superficial específica, alta porosidad, baja densidad aparente, alta capacidad de retención de agua y disponibilidad de nutrientes esenciales para un correcto desarrollo del metabolismo microbiano.

Se conocen numerosos microorganismos capaces de degradar H2S pertenecientes a los géneros Acidthiobacillus (e.g., A. thiooxidans strain AZ11, etc.) , Beggiatoa, Macromonas, Pseudomonas (e.g., P. acidovorans strain DMR-11; P. putida strain CH11, etc.) , Sulfolobus (e.g., S. Metallicus, etc.) , Thiobacterium, Thiobacillus (e.g., T. sp., T. denitrificans; T. novellus strain CH3; T. thioparus strain CH11, T. thioparus strain DW44, etc.) , Thiomicrospira, Thiomonas, Thiospira, Thiosphaera, etc.

Entre los microorganismos capaces de degradar el CS2 se encuentran microorganismos del género Paracoccus (P. denitrificans, etc.) , Thioalkalimicrobium (e.g., T. aerophilum, T. sibericum, etc.) , Thioalkalivibrio (e.g.,

T. versutus, T. nitratis, T. denitrificans, etc.) , Thiobacillus (e.g., Thiobacillus strain TJ330; T. thioparus strain TK-m; T. sp. strain DSM 8985, etc.) , Thiomonas, Thiothrix (e.g., T. ramose, etc.) , etc.

Por otra parte, es conocido el tratamiento de corrientes gaseosas contaminadas con COVs mediante biofiltros rellenos con diversos tipos de soporte. A modo ilustrativo, Dorado y col. [A comparative study based on physical characteristics of suitable packing materials in biofiltration. Environ. Technol. 31 (2) (2010) :193-204] comparan diez materiales...

1. Un biofiltro de lecho fijo que comprende escoria negra de horno de arco eléctrico (EAFS) como material de relleno.

2. Biofiltro según la reivindicación 1, que además comprende microorganismos capaces de degradar al menos un contaminante gaseoso biodegradable.

3. Biofiltro según la reivindicación 2, en el que dicho contaminante gaseoso biodegradable se selecciona del grupo formado por compuestos orgánicos volátiles (COVs) , disulfuro de hidrógeno (H2S) , sulfuro de carbono (CS2) , y cualquier combinación de los mismos.

4. Una instalación que comprende, al menos, un biofiltro según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.

5. Un método para depurar una corriente gaseosa que contiene al menos un contaminante gaseoso biodegradable mediante biofiltración que comprende hacer pasar dicha corriente gaseosa que contiene al menos un contaminante gaseoso biodegradable a través de un biofiltro según la reivindicación 1, comprendiendo dicho biofiltro, además de escoria negra de horno de arco eléctrico (EAFS) como material de relleno, microorganismos capaces de degradar dicho al menos un contaminante gaseoso biodegradable.

6. Método según la reivindicación 5, en el que dicho contaminante gaseoso biodegradable se selecciona del grupo formado por compuestos orgánicos volátiles (COVs) , disulfuro de hidrógeno (H2S) , sulfuro de carbono (CS2) , y cualquier combinación de los mismos.

7. Método según la reivindicación 5 ó 6, en el que dicha corriente gaseosa contiene al menos un contaminante gaseoso biodegradable en una cantidad comprendida entre aproximadamente 50 partes por millón en volumen (ppmv) y aproximadamente 250 ppmv.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que el caudal de dicha corriente gaseosa que contiene al menos un contaminante gaseoso biodegradable se selecciona de manera tal que el tiempo de residencia está comprendido entre aproximadamente 10 s y aproximadamente 80 s.

9. Método según la reivindicación 5, que comprende la inoculación previa del material de relleno del biofiltro con microorganismos capaces de degradar al menos un contaminante gaseoso biodegradable.

10. Método según la reivindicación 9, en el que dicha inoculación comprende la aclimatación previa de una muestra de un lodo biológico.

11. Método según la reivindicación 10, en el que dicha muestra de lodo biológico procede de una estación depuradora de agua residual (EDAR) .

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 ú 11, en el que dicha aclimatación comprende el tratamiento de lodo biológico con una corriente gaseosa que contiene al menos un contaminante gaseoso biodegradable en una cantidad igual o inferior a aproximadamente 100 ppmv, de manera continua, con un caudal que proporciona un tiempo de residencia igual o inferior a 3 minutos, durante aproximadamente al menos 30 días.

13. Uso de escoria negra de horno de arco eléctrico (EAFS) como material de relleno de un biofiltro para biofiltración en sistemas de lecho fijo de corrientes gaseosas contaminadas con al menos un contaminante gaseoso biodegradable.

Figura 1 Figura 2