Los biofiltros abiertos y cerrados utilizan microorganismos adheridos a un material de relleno para degradar contaminantes presentes en corrientes de aire, especialmente olores y compuestos orgánicos volátiles (COV). La diferencia principal está en el grado de confinamiento del lecho filtrante, la facilidad de control de las condiciones de operación, la ocupación de espacio y la protección frente a la lluvia y otros factores ambientales.
Un biofiltro abierto suele ser una solución sencilla, adaptable y de menor complejidad constructiva, mientras que un biofiltro cerrado facilita el control del aire, la humedad, la temperatura y las emisiones tratadas. La elección depende del caudal, la concentración y la composición de los contaminantes, el espacio disponible, las condiciones climáticas y el nivel de control requerido.
Qué es un biofiltro y cómo funciona
La biofiltración es un proceso biológico utilizado para el tratamiento de compuestos orgánicos volátiles e inorgánicos. Para su aplicación se utilizan microorganismos que someten a los contaminantes contenidos en el aire a una degradación biológica.
El contaminante es degradado por unos microorganismos que quedan adheridos a un material de relleno. La eliminación de estos contaminantes en biofiltros se basa en la degradación del contaminante por parte de un consorcio de microorganismos que se desarrolla sobre materiales de relleno siempre que las condiciones de crecimiento sean favorables.
Durante un proceso de tratamiento de aire mediante biofiltración, el aire contaminado pasa a través de los macroporos del material filtrante. En ese momento los contaminantes se degradan, para ser posteriormente transferidos a un medio líquido donde son utilizados como fuente de carbono y energía (compuestos orgánicos) o como fuente de energía (compuestos inorgánicos).
El principio de funcionamiento de los biofiltros se basa en la oxidación de las sustancias contaminantes, que es llevada a cabo por las bacterias que viven en el "biofilm" que son alimentadas por las sustancias orgánicas presentes en el aire.
El aire que ingresa al biofiltro pasa de abajo hacia arriba del lecho filtrante, que está constituido por un soporte orgánico con una capa de "biopelícula" en la que residen los microorganismos que metabolizan los contaminantes presentes en el aire a tratar.
Los contaminantes se disuelven en la biopelícula húmeda que recubre el material filtrante, quedando así accesibles a los microorganismos presentes de forma natural. Estos últimos obtienen energía oxidando los compuestos, volviéndolos inodoros.
Los COV´s constituyen las principales fuentes de carbono y energía para el metabolismo de las bacterias aerobias que se transforman en dióxido de carbono, agua y biomasa. En el interior del biofiltro los gases residuales se dirigen a través de la cama del filtro sobre una solución de nutrientes acuosa, que se distribuye periódicamente aumentando el contenido de nutrientes de la película superficial y recubriendo las partículas del lecho.
Este contribuye al crecimiento de los microorganismos y a la formación del biofilm en el que se da lugar la reacción de degradación. La utilización implica producción de biomasa y la oxidación parcial o total del contaminante.
A su vez, la biomasa, bajo ciertas condiciones sufre una oxidación por respiración endógena. De esta manera, los procesos de biofiltración dan lugar a una descomposición completa de los contaminantes, creando productos no peligrosos.
Qué diferencia a un biofiltro abierto de uno cerrado
Los costos de capital para la biofiltración se encuentran en función de la complejidad de las partes internas del biofiltro, si está abierto o cerrado, el grado de sofisticación del sistema de control utilizado para la humedad, pH, temperatura, cantidad de gas a remover, concentración del contaminante, mezcla de los contaminantes a remover, tipo de lecho a utilizar, teniendo en cuenta si es artificial o biológico y combinación de los dos.
En términos generales, un biofiltro abierto dispone de un lecho filtrante expuesto al ambiente exterior, normalmente instalado en una piscina o superficie de filtración. Un biofiltro cerrado incorpora una cubierta o una estructura que confina el lecho y permite conducir de forma más controlada el aire tratado hacia una salida.
| Aspecto | Biofiltro abierto | Biofiltro cerrado |
|---|---|---|
| Configuración | Lecho filtrante expuesto al ambiente exterior. | Lecho filtrante protegido por una cubierta o estructura. |
| Control de operación | Más condicionado por la lluvia, la temperatura y la humedad ambiental. | Mayor control de la humedad, la temperatura y la circulación del aire. |
| Complejidad constructiva | Menor complejidad y menos elementos de confinamiento. | Mayor complejidad por la estructura, la cubierta y los sistemas de extracción. |
| Protección del lecho | El material filtrante queda más expuesto a las condiciones meteorológicas. | El material filtrante queda protegido frente a la lluvia y otros agentes externos. |
| Control de emisiones | Puede ser más difícil controlar completamente el aire de salida. | Facilita la captación y conducción del gas tratado. |
| Accesibilidad | El acceso visual y físico al lecho suele ser sencillo. | El acceso requiere abrir o retirar elementos de la cubierta o estructura. |
| Espacio | La huella física puede ser considerable, especialmente en lechos de gran superficie. | Puede aprovechar mejor la altura y reducir la exposición directa del lecho. |
Biofiltros abiertos
Características principales
El biofiltro abierto se basa en un lecho filtrante situado en una piscina o superficie de tratamiento sin un cerramiento completo. El aire contaminado entra por la parte inferior de la piscina filtrante donde se distribuye uniformemente por toda la superficie de filtrado.
El aire sube hacia arriba pasando a través del material poroso filtrante donde se encuentran los microorganismos adheridos. El gas limpio sale directamente a la atmosfera por la parte superior.
Se requiere mantener el filtro humidificado mediante aspersores en la parte superior. Se recomienda disponer de cubierta antilluvia y sistema de purga de condensado por la parte inferior de la piscina.
Una cubierta antilluvia no convierte necesariamente el sistema en un biofiltro cerrado, ya que puede limitarse a proteger el lecho frente a la precipitación sin confinar completamente la corriente gaseosa.
Ventajas de los biofiltros abiertos
- Equipos fáciles de construir e instalar.
- Coste de Inversión y Explotación bajo.
- Funcionan a temperatura ambiente, por lo que no requieren un aporte térmico específico.
- Gran adaptabilidad a variaciones de contaminantes.
- Puede tratar partículas finas y bajas concentraciones de amoníaco.
- No genera efluentes líquidos o subproductos.
- Generan bajo costo per cápita y operación, poco o ningún uso de químicos.
- Es un sistema que se puede adaptar a cualquier entorno.
- Alcanza eficiencias muy altas (por encima del 90%).
La biofiltración es especialmente adecuada para el tratamiento de COV en concentraciones bajas o medias, donde los procesos químicos o físicos son menos convenientes. De hecho, la oxidación biológica por microorganismos aerobios permite un tratamiento transversal y eficaz de numerosas sustancias orgánicas, a menudo superior al de las tecnologías tradicionales.
Los biofiltros no generan contaminación secundaria. No hay efluentes líquidos ni subproductos químicos que requieran eliminación, lo que hace de la biofiltración una tecnología limpia totalmente alineada con los principios de la economía circular.
Desventajas de los biofiltros abiertos
- El lecho filtrante está más expuesto a la lluvia, al viento y a las variaciones de temperatura.
- El control de la humedad puede ser más difícil cuando cambian las condiciones meteorológicas.
- La lluvia puede alterar el contenido de agua del lecho y favorecer la formación de condensados.
- Puede ser más difícil controlar la totalidad de la corriente gaseosa y dirigir el gas limpio hacia un punto de descarga concreto.
- La huella física de los BLF es mayor con respecto a los otros tipos de biofiltros.
- Requiere mantenimiento constante del lecho filtrante para mantener condiciones óptimas de los lechos.
- Es difícil controlar la actividad microbiana presente en el lecho para la degradación de los compuestos orgánicos volátiles.
- Debe controlarse de forma regular el pH, la humedad y la tasa de entrada.
Biofiltros cerrados
Características principales
El biofiltro cerrado incorpora una cubierta o una estructura que protege el material filtrante y permite controlar mejor la circulación del aire. La torre se conecta a un ventilador (puede encontrarse en impulsión o depresión) que permite superar la perdida de carga de la torre.
La configuración cerrada facilita la captación del aire contaminado, su distribución por el lecho y la conducción del gas limpio hacia una salida definida. La operación puede incluir automatización mediante PLC y Pantalla HMI, sondas de humedad y temperatura, bombas de recirculación y sistemas de irrigación.
Los biofiltros pueden construirse con estructura de hormigón, paneles autoportables o acero inoxidable. Entre los componentes posibles se encuentran la estructura, el sistema de humidificación y dosificación de aditivo biológico, el material filtrante, la rejilla de soporte o biomódulos, las sondas de humedad y temperatura, el sistema de irrigación con toberas y válvula de alimentación, las bombas de recirculación, las rampas de lavado, el cuadro eléctrico y el ventilador de proceso.
También pueden incorporar un sistema anticongelante para el sistema de irrigación, una cubierta del biofiltro y un scrubber previo al biofiltro. Estos elementos permiten adaptar la instalación a las condiciones de operación y a las características de los contaminantes.
Ventajas de los biofiltros cerrados
- Mayor protección del material filtrante frente a la lluvia y las condiciones meteorológicas.
- Mejor control de la humedad y la temperatura del lecho filtrante.
- Mayor facilidad para distribuir uniformemente el aire contaminado.
- Mejor control de la corriente gaseosa de entrada y del gas limpio de salida.
- Posibilidad de integrar sensores, sistemas de irrigación, ventiladores y automatización.
- Mayor facilidad para incorporar un prelavado químico o un scrubber previo.
- Mejor adecuación a instalaciones en las que se necesita limitar la dispersión de olores.
- Mayor capacidad para mantener condiciones estables de actividad microbiana.
La biofiltración se basa en procesos biológicos en lugar de en productos químicos agresivos o sistemas de alto consumo energético. Su eficacia depende de mantener el entorno adecuado para las comunidades microbianas, que se adaptan con el tiempo para manejar variaciones en la carga de contaminantes y la composición del gas.
Los sistemas de biofiltración son capaces de manejar una amplia variedad de gases biodegradables, lo que los hace adecuados para diversos procesos industriales. Su naturaleza modular permite escalarlos o personalizarlos según la fuente de emisión y la carga de contaminantes.
Desventajas de los biofiltros cerrados
- Mayor complejidad constructiva por la incorporación de una cubierta o estructura de confinamiento.
- Mayor inversión inicial cuando se necesitan sistemas de ventilación, automatización y control.
- El acceso al material filtrante y a los elementos internos puede requerir operaciones específicas de inspección y limpieza.
- La instalación puede incluir más equipos eléctricos y mecánicos.
- El sistema puede presentar un consumo energético superior al de una configuración abierta sencilla, especialmente cuando incorpora ventiladores y sistemas de control.
- La operación depende de un diseño adecuado de la distribución del aire, la irrigación y la extracción.
La electricidad, el agua y el vapor, la utilización de la mano de obra y el mantenimiento de los materiales filtrantes, son otros factores que influyen en el costo del biofiltro.
Diferencias en el control de humedad, temperatura y pH
Estos microorganismos requieren unas condiciones adecuadas para poder desarrollarse y realizar su función de forma eficaz. Por ello, para garantizar un tratamiento eficaz del aire, es necesario mantener determinados valores de caudal de aire de entrada, pH, temperatura, porosidad y humedad del lecho filtrante.
En un biofiltro abierto, la humedad puede verse afectada por la evaporación, la lluvia y la temperatura exterior. El riego regular y controlado ayuda a mantener la eficacia del proceso, pero el sistema debe compensar las variaciones ambientales.
En un biofiltro cerrado, la cubierta reduce el contacto directo con el ambiente exterior y facilita una regulación más constante. El sistema de humidificación y dosificación de aditivo biológico puede trabajar junto con sondas de humedad y temperatura para mantener el lecho en condiciones más estables.
Para la degradación de los COV’s por el método de filtración se deben tener en cuenta condiciones como la humedad, temperatura, pH, tasa de entrada de contaminantes y COV’s.
Diferencias en el control de olores y emisiones
Los biofiltros son también una de las tecnologías más utilizadas para el tratamiento de olores, debido a su excelente efectividad, así como a su facilidad de uso y mantenimiento.
La biofiltración es una tecnología ecológica y económica ideal para tratar las emisiones industriales que contienen sustancias orgánicas volátiles (COV) y compuestos olorosos. Esta técnica utiliza la biorremediación, un proceso que transforma los compuestos orgánicos contaminantes y malolientes en elementos inofensivos e inodoros.
Es común alcanzar eficiencias de eliminación superiores al 90 % cuando los sistemas están correctamente diseñados y mantenidos. Según los reportes previos sobre las eficiencias de eliminación de los biofiltros, para los sistemas que usan materiales biológicos, artificiales o en combinación, se reportan eficiencias por encima del 90%, en donde realizan eliminación de contaminantes hidrófilos y por encima del 80% para contaminantes con características hidrófobas.
Los biofiltros abiertos pueden tratar eficazmente los olores cuando están correctamente diseñados, pero la ausencia de confinamiento completo puede dificultar la captación de todas las emisiones. Los biofiltros cerrados facilitan el control del aire tratado, especialmente cuando el gas debe conducirse a una chimenea, a otro equipo de tratamiento o a un punto de descarga determinado.
Es recomendable realizar un prelavado químico a la entrada del biofiltro para evitar compuestos tóxicos que pueden eliminar la biomasa o su inhibición. Estos equipos suelen venir acompañados de un lavador de gases ácido en la entrada.
Materiales filtrantes y su influencia en el rendimiento
Los biofiltros de lecho fijo constan de un material filtrante que puede ser sintético u orgánico, que sirve como soporte para los microorganismos. Algunos de los materiales filtrantes que pueden utilizarse son rocas porosas, tierra de diatomeas, perlita, tierra, trozos de maderas, así como diferentes tipos de compostas o residuos orgánicos.
Actualmente se han desarrollado diversos estudios relacionados con los materiales de filtración, los cuales pueden ser artificiales y orgánicos, dentro de los cuales podemos encontrar: compost; tierra; turba; astillas de madera; y esferas de poliestireno.
Dentro de los materiales filtrantes mencionados anteriormente el compostaje está siendo ampliamente utilizado, ya sea solo o en asociación con otros materiales, debido a sus grandes características fisicoquímicas y su bajo costo.
Las ventajas de la utilización de compostaje como lecho filtrante son: el alto contenido de minerales esenciales (nitrógeno, fósforo, potasio) que ayudan a la proliferación de microorganismos, la alta retención de agua que favorece el crecimiento de la microflora y la degradación de los contaminantes que se encuentren en los gases residuales.
El material filtrante puede ser sintético u orgánico. Entre los materiales utilizados se encuentran los Pellets de Madera, la corteza de pino o el relleno inorgánico.
La elección del material de relleno, del inóculo y de las condiciones de operación son cruciales y se ven reflejadas en el buen funcionamiento de los biorreactores.
Biofiltros de lecho fijo y de lecho escurrido
Biofiltros de lecho fijo
Los biofiltros de lecho fijo constan de un material filtrante que puede ser sintético u orgánico, que sirve como soporte para los microorganismos.
Funcionan haciendo pasar la corriente gaseosa saturada de humedad que contiene al contaminante a través del lecho en donde los contaminantes son degradados por los microorganismos.
Convenientes para tratar contaminantes muy poco solubles en agua debido a la ausencia de la fase acuosa. Es importante mencionar que la huella física de los BLF es mayor con respecto a los otros tipos de biofiltros.
Biofiltros de lecho escurrido
El biofiltro de lecho escurrido consiste de una columna empacada con un soporte inerte donde se desarrolla la biopelícula. A través del lecho se alimenta una corriente gaseosa que contiene al sustrato por biodegradar y una corriente líquida que es comúnmente reciclada a través del lecho y que tiene la función de aportar nutrientes esenciales a la biopelícula, así como de remover los productos de degradación de los microorganismos.
En este tipo de configuración, el control de la fase líquida, la recirculación y la transferencia de masa puede ser más preciso. También puede aumentar la complejidad del sistema frente a un biofiltro abierto de lecho fijo.
Mantenimiento de biofiltros abiertos y cerrados
Los biofiltros presentan pocos elementos móviles y pueden ser fáciles de operar, pero la actividad biológica exige un seguimiento periódico del lecho y de las condiciones de funcionamiento.
El ambiente óptimo para la actividad bacteriana es mantenido por un riego regular y controlado, que garantiza la eficacia del proceso. Se requiere mantener el filtro humidificado mediante aspersores en la parte superior.
La torre dispone de dos bocas para inspección y limpieza de los elementos internos de la torre. Se recomienda disponer de cubierta antilluvia y sistema de purga de condensado por la parte inferior de la piscina.
El mantenimiento de un biofiltro abierto suele concentrarse en el riego, la comprobación del drenaje, la distribución del aire, la retirada de materiales acumulados y la conservación de las propiedades físicas del lecho. En un biofiltro cerrado, además, se revisan la cubierta, el ventilador, las sondas, las bombas, las válvulas, los sistemas de lavado y los elementos de automatización.
Requiere del vuelco y sustitución del material filtrante periódicamente (cada 4-6 años). Adicionalmente la vida media de un medio filtrante es de 2 a 5 años teniendo presente los contaminantes y la cantidad a remover.
Las diferencias entre estos intervalos dependen del material empleado, los contaminantes tratados, la carga aplicada, la humedad, la compactación y las condiciones de operación.
Ventajas comunes de la biofiltración
- Alta eficiencia en el tratamiento de olores y COV biodegradables.
- Bajos costes de funcionamiento y mantenimiento.
- Poco o ningún uso de químicos.
- Bajo consumo energético frente a tecnologías químicas o térmicas.
- No genera efluentes líquidos o subproductos químicos.
- Puede operar a temperatura ambiente.
- Puede adaptarse a distintos materiales de relleno.
- Permite tratar mezclas de contaminantes cuando las condiciones son compatibles con la actividad microbiana.
- Puede instalarse en plantas de tratamiento de aguas residuales, plantas de compostaje, vertederos, industrias alimentarias, papeleras y otros sectores.
La biofiltración logra resultados excelentes en el tratamiento de sulfuro de hidrógeno (H₂S), mercaptanos y compuestos orgánicos volátiles (COVs), que se encuentran entre los contaminantes más problemáticos en las emisiones industriales.
Los sistemas de biofiltración son capaces de manejar una amplia variedad de gases biodegradables, lo que los hace adecuados para diversos procesos industriales. Su naturaleza modular permite escalarlos o personalizarlos según la fuente de emisión y la carga de contaminantes.
Desventajas y limitaciones comunes
- La tecnología está limitada a contaminantes biodegradables.
- No es adecuada para gases tóxicos que inhiben a los microorganismos.
- Requiere humedad y temperatura estables para la actividad microbiana.
- Es necesario controlar el pH, la humedad, la temperatura, la porosidad y la tasa de entrada.
- La actividad microbiana puede ser difícil de controlar.
- Los compuestos clorados pueden presentar bajas tasas de adsorción y posterior degradación.
- Las concentraciones o sustancias incompatibles pueden reducir la viabilidad de los microorganismos.
- El material filtrante debe mantenerse y sustituirse periódicamente.
- La compactación o la pérdida de porosidad puede aumentar la pérdida de carga.
Por último, los caudales a tratar no deben contener concentraciones o sustancias incompatibles con la viabilidad de los microorganismos.
En cuanto a las desventajas que se pueden encontrar en esos sistemas esta: Mantenimiento constante del lecho filtrante para mantener condiciones óptimas de los lechos; el control de los compuestos clorados por las bajas tasas de adsorción y posterior degradación; difícil control de la actividad microbiana presente en el lecho para la degradación de los compuestos orgánicos volátiles y por último el control en variables operacionales como lo son: pH, humedad y tasa de entrada.
Comparación con otras tecnologías de tratamiento del aire
| Tecnología | Ventajas | Desventajas |
|---|---|---|
| Biofiltración | Alta eficiencia en la eliminación de olores y COVs biodegradables; bajos costos de operación; sin contaminación secundaria ni efluentes; comunidad microbiana autorregenerativa. | Limitada a contaminantes biodegradables; requiere humedad y temperatura estables; no es adecuada para gases tóxicos que inhiben a los microorganismos. |
| Depuradores químicos | Efectivos para una amplia gama de contaminantes, incluidos compuestos no biodegradables; pueden alcanzar altas eficiencias de eliminación rápidamente; flexibles para tratar gases con concentraciones fluctuantes. | Altos costos de operación debido al consumo continuo de químicos; generan efluentes líquidos que requieren tratamiento adicional; riesgos de seguridad relacionados con la manipulación y almacenamiento de reactivos químicos. |
| Adsorción con carbón activado | Fácil de operar; efectivo para emisiones intermitentes y bajas concentraciones; diseño compacto. | El carbón requiere reemplazo o regeneración frecuente; la disposición del carbón agotado puede ser costosa; capacidad limitada para operaciones continuas a largo plazo. |
| Oxidación térmica | Muy alta eficiencia de eliminación; capaz de tratar COVs no biodegradables; tecnología probada y robusta. | Extremadamente intensiva en energía; genera emisiones significativas de CO₂; requiere equipos complejos y alto mantenimiento. |
La biofiltración es la opción más sostenible al tratar olores y COVs biodegradables, ofreciendo bajos costos y un impacto ambiental mínimo. Sin embargo, cuando los contaminantes no son biodegradables, son tóxicos o presentan alta variabilidad, pueden ser necesarios métodos convencionales como depuradores, filtros de carbón u oxidadores térmicos - ya sea de forma independiente o como parte de sistemas híbridos que combinan las fortalezas de varias tecnologías.
Aplicaciones de los biofiltros abiertos y cerrados
Los biofiltros pueden utilizarse en el tratamiento de olores de la industria en general, la industria metalúrgica, vertederos y plantas de residuos sólidos urbanos (RSU), la industria CDR (Combustibles Derivados de Residuos), plantas de compostaje y plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas.
Plantas de tratamiento de aguas residuales
Una de las aplicaciones más comunes de la biofiltración es en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, donde gases como el sulfuro de hidrógeno (H₂S) y los mercaptanos generan olores fuertes.
Los biofiltros se utilizan ampliamente para reducir estas emisiones y garantizar el cumplimiento de las normativas ambientales, al mismo tiempo que mejoran la calidad de vida de las comunidades cercanas.
Plantas de compostaje y gestión de residuos
En las plantas de compostaje se generan mezclas complejas de compuestos orgánicos e inorgánicos volátiles. El tratamiento de mezclas olorosas complejas puede llevarse a cabo en biofiltros con altísima eficacia.
Los cuatro reactores fueron capaces de tratar la mezcla de COVs con eficiencias por encima del 80% durante todo el periodo experimental, independientemente de la carga de amoníaco alimentada.
Industria alimentaria y papelera
En plantas de procesamiento de alimentos y fábricas de papel, las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COVs) y gases olorosos pueden ser significativas. La biofiltración ofrece un método natural y rentable para controlar estas emisiones, garantizando operaciones más seguras y limpias.
Sectores químico y farmacéutico
Las instalaciones que manejan disolventes, subproductos químicos o la fabricación farmacéutica suelen liberar compuestos biodegradables a la atmósfera. Los biofiltros ofrecen una solución para tratar estas emisiones sin generar corrientes de desechos adicionales, cumpliendo con las normas más estrictas de la industria.
Caudal, dimensiones y elementos de diseño
Los biofiltros pueden tratar volúmenes de aire muy amplios, desde 500 Nm3/hora hasta >200.000 Nm3/hora. La capacidad y la configuración dependen de la carga contaminante, la velocidad superficial, el material filtrante y el tiempo de contacto requerido.
| Flujo (m3/h) | Dimensiones de superfície | Potencia instalada (kW) |
|---|---|---|
| 1.000 | 7 m2 x H 2 m | 1,5 |
| 5.000 | 35 m2 x H 2 m | 7,5 |
| 10.000 | 70 m2 x H 2 m | 15 |
| 20.000 | 140 m2 x H 2 m | 30 |
| 30.000 | 210 m2 x H 2 m | 37 |
| 40.000 | 280 m2 x H 2,3 m | 55 |
| 50.000 | 350 m2 x H 2,3 m | 75 |
| 60.000 | 420 m2 x H 2,3 m | 75 |
Los componentes habituales incluyen estructura, sistema de humidificación y dosificación de aditivo biológico, material filtrante, rejilla de soporte o biomódulos para el soporte de material filtrante, cama de filtrado hecha de diferentes materiales específicos, combinación de microorganismos específica en base a las substancias a eliminar, sondas de humedad y temperatura, sistema de irrigación con toberas y válvula de alimentación, bombas de recirculación, rampas de lavado, cuadro eléctrico y ventilador de proceso.
El sistema anticongelante para el sistema de irrigación, la cubierta del biofiltro y el scrubber previo al biofiltro son elementos opcionales que pueden incorporarse según las condiciones del sistema.
Cuándo elegir un biofiltro abierto
Un biofiltro abierto puede ser apropiado cuando se dispone de suficiente superficie, los contaminantes son biodegradables, las concentraciones son bajas o medias y las condiciones ambientales no dificultan el mantenimiento de la humedad y la actividad microbiana.
También puede ser una alternativa conveniente cuando se busca una instalación de construcción sencilla, con bajos costes de inversión y explotación, y cuando no es imprescindible confinar completamente el aire de salida.
La elección de un lecho abierto debe considerar la disponibilidad de terreno, la permeabilidad y estabilidad del soporte, la exposición a la lluvia, la necesidad de una cubierta antilluvia y la posibilidad de inspeccionar y sustituir el material filtrante.
Cuándo elegir un biofiltro cerrado
Un biofiltro cerrado puede ser preferible cuando se necesita un control más preciso de la humedad, la temperatura y el caudal, cuando existen variaciones importantes en las condiciones ambientales o cuando se requiere conducir el gas tratado hacia un punto de descarga definido.
También puede ser adecuado cuando las emisiones olorosas se encuentran cerca de zonas habitadas, cuando se necesita limitar la dispersión de contaminantes o cuando el sistema debe integrarse con sensores, ventiladores, sistemas de recirculación, automatización o etapas previas de lavado.
La configuración cerrada resulta especialmente útil cuando el diseño debe proteger el lecho frente a la lluvia y mantener una operación más estable durante periodos prolongados.
Factores que deben analizarse antes de decidir
- Caudal de aire que debe tratarse.
- Concentración de los contaminantes.
- Tipo de contaminantes y biodegradabilidad.
- Presencia de compuestos tóxicos o inhibidores.
- Variabilidad de la carga contaminante.
- Temperatura y humedad del gas de entrada.
- Condiciones climáticas del emplazamiento.
- Superficie disponible y huella física permitida.
- Necesidad de controlar completamente el aire de salida.
- Disponibilidad de electricidad y agua.
- Tipo, duración y disponibilidad del material filtrante.
- Necesidad de automatización, ventilación o pretratamiento.
- Frecuencia prevista de inspección, riego y mantenimiento.
De esta manera, la elección del material de relleno, del inóculo y de las condiciones de operación son cruciales y se ven reflejadas en el buen funcionamiento de los biorreactores.
La selección de la configuración abierta o cerrada debe realizarse junto con el dimensionamiento del lecho, el sistema de distribución de aire, la irrigación, el drenaje, la ventilación y el tratamiento previo cuando sea necesario.
Limitaciones de los contaminantes tratados
La biofiltración es una alternativa de bajo costo y eficiente, con la capacidad de remoción de compuestos orgánicos volátiles. Esta técnica de filtración se basa en el intercambio que se produce entre la fase gaseosa del contaminante y la actividad microbiana que degrada y retiene el contaminante en un soporte sólido.
La biofiltración es especialmente adecuada para sustancias orgánicas biodegradables, olores, sulfuro de hidrógeno, mercaptanos y determinados COV. No todos los gases pueden tratarse con la misma eficacia, ya que la biodegradabilidad, la solubilidad, la toxicidad y la concentración influyen en el rendimiento.
El control de los compuestos clorados puede ser complejo por las bajas tasas de adsorción y posterior degradación. No es adecuado utilizar un biofiltro como única barrera cuando la corriente contiene concentraciones o sustancias capaces de inhibir o destruir la biomasa.
Costes de un biofiltro abierto frente a uno cerrado
Los costes de capital para la biofiltración se encuentran en función de la complejidad de las partes internas del biofiltro, si está abierto o cerrado, el grado de sofisticación del sistema de control utilizado para la humedad, pH, temperatura, cantidad de gas a remover, concentración del contaminante, mezcla de los contaminantes a remover, tipo de lecho a utilizar, teniendo en cuenta si es artificial o biológico y combinación de los dos.
En una configuración abierta, la estructura puede ser más sencilla, pero la superficie necesaria puede aumentar, especialmente en sistemas de lecho fijo. En una configuración cerrada, la cubierta, los ventiladores, las sondas, la automatización y los sistemas de extracción pueden incrementar la inversión inicial.
La electricidad, el agua y el vapor, la utilización de la mano de obra y el mantenimiento de los materiales filtrantes, son otros factores que influyen en el costo del biofiltro.
Los costes de operación de ambas configuraciones dependen del riego, la ventilación, la pérdida de carga, la sustitución del material filtrante, la limpieza, la supervisión y el tratamiento previo de la corriente gaseosa.
Errores frecuentes en la operación
- No controlar la humedad del lecho filtrante.
- Aplicar una carga de contaminantes superior a la capacidad biológica del sistema.
- No tener en cuenta la presencia de compuestos tóxicos para los microorganismos.
- Permitir la compactación o la pérdida de porosidad del material filtrante.
- No inspeccionar el drenaje ni retirar los condensados.
- Descuidar la distribución uniforme del aire.
- No adaptar el material filtrante a la composición de la corriente gaseosa.
- No proteger el lecho abierto frente a lluvias intensas o condiciones meteorológicas adversas.
- No revisar los ventiladores, bombas, sensores, válvulas y sistemas de irrigación en las instalaciones cerradas.
- No realizar un prelavado cuando la corriente contiene compuestos que pueden inhibir la biomasa.
La prevención es la mejor herramienta contra la degradación. El buen funcionamiento del biofiltro depende de mantener las condiciones de crecimiento favorables para la comunidad microbiana.
Perspectivas de desarrollo de la biofiltración
Actualmente las investigaciones relacionadas con la biofiltración se han ido enfocando sobre tres ejes principales. El primero consiste en la población microbiana utilizada para la degradación de los gases residuales contaminados.
El segundo comprende el comportamiento cinético de la degradación de los COV’s, los parámetros que intervienen en la transferencia de masa de los COV’s en la interface gas-líquido y la biopelícula retenida en el medio filtrante.
Finalmente, el tercer eje consiste en el estudio de los tipos y mezclas de los materiales de filtración.
Uno de los objetivos actuales en este campo es el desarrollo de materiales de relleno eficaces y económicos, así como el tratamiento con éxito de mezclas complejas de contaminantes olorosos.
Se ha demostrado que el tratamiento de mezclas olorosas complejas puede llevarse a cabo en biofiltros con altísima eficacia y que el material híbrido desarrollado es una buena alternativa, en la operación del biofiltro a corto plazo, a otros materiales de relleno para el tratamiento de mezclas complejas.
Por otra parte, se ha comprobado que la preparación selectiva de inóculos puede ayudar a reducir la duración de la puesta en marcha de los biorreactores, así como mejorar el funcionamiento de estos.
En cualquier caso, la experiencia con el material a escala industrial indica que, a pesar de los satisfactorios resultados obtenidos a corto plazo del material híbrido inoculado selectivamente y a escala laboratorio, el material híbrido puede presentar problemas operacionales a largo plazo en reactores a escala industrial.
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