Modelación y Simulación de la Biofiltración de Compuestos

Modelación y Simulación de la Biofiltración de Compuestos
Sulfurados Volátiles Reducidos: Efecto de la Biomasa
J. Silva, G. Aroca, J.C. Gentina, M. Morales, M. Cáceres, R. San Martín
Escuela de Ingeniería Bioquímica, PUCV
Av. Brasil 2147Valparaíso Chile, 2273788, javier.silva@ucv.cl
Los olores generados por las emisiones gaseosas industriales son producidos generalmente
por la presencia de compuestos sulfurados volátiles reducidos (VRSC). Dentro de las
nuevas tecnologías propuestas para la remoción de tales olores se encuentra el uso de
sistemas de 2 biofiltros (Sercu et al, 2005) para el tratamiento de mezclas de ácido
sulfhídrico (H2S) y otros VRSC en el cual el primero biooxida la mayor parte del H2S y en
el segundo el resto de los VRSC de forma de evitar el efecto inhibidor que provoca el H2S
en el proceso. A pesar de ello, una cierta cantidad de H2S es capaz de pasar, por lo que su
efecto inhibidor se ve reflejado en un descenso de la remoción de los contaminantes. Esta
situación fue modelada (Aroca et al, 2008) y validada usando resultados experimentales. En
este trabajo se utiliza un biofiltro de escurrimiento en donde se haya un lecho fijo donde se
inmoviliza un microorganismo (T. Thioparus) formando una biopelícula quien degrada los
contaminantes. El modelo desarrollado para describir este sistema considera la
transferencia de masa desde el gas al líquido, y la biooxidación de los compuestos en la
biopelícula adherida al soporte. En el proceso estudiado se degrada H2S y Dimetil disulfuro
(DMS), en donde el H2S se biooxida preferencialmente por sobre el DMS (Cho et al.,
1992, Wani et al., 1999), este hecho fue observado experimentalmente. El modelo asume
que existe inhibición competitiva del H2S sobre el DMS.
Por otra parte, Devinny y Ramesh (2005) indican que la mayoría de los modelos que
describe el comportamiento de los biofiltros considera que la biopelícula es homogénea a lo
largo del equipo. Sin embargo, de acuerdo a datos experimentales, la cantidad de biomasa
adherida a un biofiltro es decreciente a lo largo de un equipo de biofiltración producto de la
alta disponibilidad de nutrientes que existen en el tope de la columna y la rápida
disminución de ella que es posible encontrar en el sentido axial.
Por lo anterior, se desarrolla un modelo que da cuenta del perfil de biomasa presente en la
biopelícula de un biofiltro que degrada una mezcla de H2S y DMS. En la simulación del
modelo se demuestra que dicho efecto es un parámetro relevante a considerar en la
modelación y el diseño de estos equipos. Los resultados son validados en base a
experiencias de laboratorio.
Agradecimientos: Este trabajo ha sido financiado por el proyecto FONDECYT 1080422 y
por la P. Universidad Católica de Valparaíso, Proyecto DII 203.766/2008
Referencias:
Aroca, G., J. Silva, M. Morales, M. Cáceres, R. San Martín. 2008. Biofiltration of volatile
reduced sulfur compounds in biotrickling filters: Prediction through mathematical modeling
and simulation. Conference on Biofiltration for Air Pollution Control. 22-24 October,
Long Beach, Florida.
Cho K. S., Hirai M, Shoda M. (1991). Degradation characteristics of hydrogen sulfide,
methanethiol, dimethyl sulfide and dimethyl disulfide by Thiobacillus thioparus DW44
isolated from peat biofilter. J Ferment. Bioeng 71(6):384-389.
Devinny, J.S., Ramesh, J., A phenomenological review of biofilter models (2005) Chemical
Engineering Journal, 113 (2-3), pp. 187-196.
Sercu, B., D. Nuñez, H.van Langenhove, G. Aroca, W. Verstraete. 2005. Operacional and
Microbiological Aspects of a Bioaugmented Two-stage Biotrickling Filter Removing
Hydrogen Sulphide and Dimethylsulfide. Biotechnology and Bioengineering 90:259-269.
Wani, A.H., A.K. Lau, R.M.R. Branion, (1999) Biofiltration control of pulping odors –
hydrogen sulfide: performance, macrokinetics and coexistence effects of organo-sulfur
species. J. Chem. Technol. Biotechnol. 74: 9 - 16.