Folletos Informativos de Biosólidos de la EPA: Control de olores en el manejo de biosólidos. Parte 2

Fuente: www.epa.gov

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS ALTERNATIVAS

Estado actual

Los métodos actuales para el control de olores provenientes de las instalaciones de producción de biosólidos incluyen los biofiltros, los tanques de lodo activado, los depuradores o limpiadores químicos húmedos, los oxidadores termales regenerativos, y los agentes contrarestantes o neutralizantes del olor. El método elegido se debe basar en los resultados de una investigación del olor y del tipo de compuestos causantes de olor que estén presentes.

Biofiltros – Descripción

Los biofiltros remueven los olores de una corriente de aire fétida por medio de la adsorción y la absorción de los compuestos sobre una lecho de un medio natural en donde los microorganismos oxidan los compuestos.

Las bacterias y otros microorganismos del medio se aclimatan a los compuestos presentes y son suficientes para proporcionar la acción de limpieza; no se requiere ninguna inoculación bacterial o adición química. Los biofiltros se utilizan comúnmente para tratar el aire de todo tipo de operaciones de compostaje.

Biofiltros – Ventajas y desventajas

Ventajas

Los biofiltros proporcionan una reducción significativa de las emisiones totales del olor incluyendo las emisiones de carbono orgánico volátil. Es una tecnología simple que requiere pocas piezas móviles y es de baja energía. Las temperaturas frías del invierno no afectan el funcionamiento del biofiltro. Los biofiltros no son altos y ni tan visibles a los vecinos como sucede con sistemas que requieren chimeneas.

Todas las ventajas anteriormente mencionadas son valederas si los biofiltros se diseñan adecuadamente, se mantienen húmedos, y se renuevan periódicamente.

Desventajas

La limitación principal de los biofiltros es el requerir un área grande de terreno para las instalaciones. El tamaño del área superficial para los biofiltros se relaciona directamente con la circulación de aire a ser tratado y la necesidad de proporcionar un período de retención de alrededor de 45 a 60 segundos. El funcionamiento ineficiente del biofiltro se atribuye generalmente a la falta de humedad en el medio filtrante. Otros problemas que pueden inhibir la operación son el flujo en cortocircuito, la reducción del pH, y las altas temperaturas.

Una concentración de amoníaco mayor a 35 ppm en la corriente de aire fétido puede causar una acumulación tóxica del amoniaco en el medio, reduciendo la efectividad de la remoción del amoníaco. La necesidad de mantener húmedos los biofiltros conlleva un uso significativo de agua y la necesidad de tratar o de disponer de los líquidos de lixiviado y condensación. Los criterios del diseño no están bien establecidos y los biofiltros pueden no ser apropiados para los olores muy fuertes.

Biofiltros – Criterios de diseño

El medio es una mezcla de materiales que pueden incluir cortezas, virutas de madera, desperdicios del jardín o compostaje agrícola, musgo de turba, arena, roca volcánica pulverizada, o caparazones de ostra. Los caparazones de ostra, o materiales similares, pueden proporcionar control del pH dentro del medio (Haines et al). La roca, la arena y las cortezas son necesarias para proporcionar y mantener la porosidad en el lecho. El medio se puede mantener húmedo por medio de rociadores de aerosol en el sistema de recolección de aire fétido, y en la parte superior del biofiltro (Haines et al).

En algunas ocasiones, también se agrega agua dentro del filtro a través de una tubería de goteo.

El lecho del medio se coloca sobre un sistema de distribución de aire que consiste de una tubería perforada que es instalada dentro del lecho de grava. Una membrana impermeable, tal como los recubrimientos de PAD o PVC, se coloca debajo de la grava para facilitar la recolección y la disposición del lixiviado. El biofiltro se puede construir dentro de un canal o zanja de suelo compactado, o entre bermas de tierra. Si el biofiltro está instalado dentro de una estructura de concreto, ladrillo, plástico o similar, la estructura debe ser diseñada para prevenir el flujo en cortocircuito a lo largo de las paredes laterales, y para resistir la corrosión por el lixiviado ácido.

El tamaño del biofiltro es determinado por la circulación de aire a ser tratado. Con una profundidad del lecho de 3 a 4 pies la tasa aceptable de carga de un biofiltro es de 3 a 4 pies cúbicos por minuto por cada pie cuadrado del lecho. El diseño debe prever la facilidad de remoción porque puede requerirse el reemplazo o el relleno semestral del medio. Las actividades periódicas de mezcla o de reposicionamiento del medio pueden ser necesarias para mantener los valores de diseño de la tasa de flujo de aire y de pérdida de carga a través del sistema de ventilación de control del olor.

Los biofiltros son ampliamente reconocidos como un método eficaz de bajo costo para el tratamiento de olores clasificados como de intensidad baja o moderada. Un biofiltro operado y mantenido eficientemente puede reducir los olores en más de un 95% (Schiffman et al) (Boyette and Bergstedt). En algunos casos, los biofiltros han eliminado las quejas debidas a los olores (Alix). En otros casos, la combinación de una mejor operación de compostaje y la renovación de los biofiltros ha dado como resultado la reducción de los reclamos por olores (Haines et al).

Biofiltros – Operación y mantenimiento

Es importante mantener los biofiltros húmedos para que la comunidad microbiana permanezca saludable y eficaz. Es deseable que los biofiltros operen con un índice de humedad tan cercano al 100 por ciento como sea posible.

También es importante mantener suficientes espacios vacíos y evitar la canalización del aire que de lugar al flujo en cortocircuito dentro del medio. Las cantidades grandes de polvo y de material particulado en el aire fétido se acumulan en el medio del biofiltro y acortan su tiempo de reemplazo. Además, la contrapresión en los sopladores aumenta la necesidad de mantenimiento. Se debe mantener un rango de temperaturas adecuadas para conservar los organismos microbianos saludables y en funcionamiento. El aire de temperatura alta (130-140 grados F) de los procesos de compostaje contiene altas concentraciones de amoníaco que pueden ser tóxicas para los microorganismos. Los valores típicos de la vida útil de un biofiltro van de uno a siete años, con reemplazo del medio cada dos años. Los operadores deben desarrollar un protocolo de monitoreo del funcionamiento del biofiltro para la evaluación rutinaria de la eficacia de control del olor.

Tanques de lodo activado – Descripción

De modo similar a los biofiltros, los tanques de lodos activados utilizados para el tratamiento secundario en las plantas municipales de tratamiento de aguas residuales pueden remover olores fétidos por medio de la adsorción, la absorción, la condensación y la oxidación microbiana.

Tanques de lodo activado – Ventajas y Desventajas

Ventajas

Esta puede ser una alternativa muy efectiva desde el punto de vista económico para las instalaciones que funcionan con tanques de aireación (Bowker). Los costos de inversión y los gastos operacionales son generalmente reducidos. Estos sistemas han estado en operación por más de 40 años, y más de 25 instalaciones han utilizado esta tecnología. Este sistema es efectivo en el tratamiento de olores clasificados como de intensidad mediana a alta.

Los tanques de lodo activado son simples, requiriendo mínimas consideraciones para su operación y mantenimiento (WEF MOP 24).

Desventajas

La preocupación referente a la corrosión del soplador ha sido el impedimento principal para el uso de los tanques de lodo activado. Sin embargo, los filtros de entrada y la tubería de acero son los puntos más comunes para la corrosión. Se han presentado eventos de acumulación de una sustancia parecida al alquitrán o una capa grasosa en los componentes internos de los sopladores, y el volumen de aire fétido a ser tratado puede exceder la demanda de los tanques de aireación. Este método puede no ser apropiado para los olores clasificados como de intensidad muy fuerte (WEF MOP 24).

Criterios de diseño – Tanques de lodo activado

El aire fétido es ventilado por medio de un sistema dedicado de soplador y de difusor, o por medio del sistema de distribución de aire. El difusor de aire fétido debe estar sumergido por lo menos ocho pies para alcanzar una alta eficiencia de remoción del olor. Los equipos del soplador y del difusor deben ser diseñados para tolerar la naturaleza corrosiva de la corriente de aire. El uso de acero inoxidable, de PVC, y de colectores de humedad minimiza la corrosión. El volumen de aire fétido puede ser reducido usando cubiertas planas con empaquetaduras en los tanques, o con el uso de recintos individuales para los equipos de deshidratación o de mezcla. Las cubiertas de entrada previenen la acumulación de partículas en los difusores de burbuja fina. Las biotorres de nitrificación de lecho profundo también se utilizan para el control de olor (Lutz et al).

Operación y mantenimiento – Tanques de lodo activado

Cuando ya existe un sistema de aireación difundida, se estima que el incremento de los costos de operación y mantenimiento es muy reducido. Los sopladores y los filtros de aire deben ser limpiados periódicamente y se deberá monitorear el sistema para detectar los compuestos causantes de los olores.

Depuradores químicos húmedos

Los depuradores químicos húmedos (wet chemical scrubbers) son el mejor método para el tratamiento de las emisiones del olor de la alta intensidad y grandes volúmenes.

Generalmente se utilizan en instalaciones de estabilización alcalina, en instalaciones de secado de biosólidos y en incineradores.

Existen diversos tipos de depuradores húmedos, entre los cuales los de uso más común en las instalaciones de biosólidos son los de lecho empacado, los de neblina y los de tipo Venturi.

Todos están diseñados para hacer un contacto máximo entre los compuestos olorosos en la corriente de aire fétido y una solución química de limpieza. Los compuestos son absorbidos y luego oxidados por medio de productos químicos. El funcionamiento de un sistema de limpieza húmedo depende de la solubilidad de los olores en la solución limpiadora. Esto se debe determinar mediante pruebas, o por medio de experiencia previamente obtenida en otras instalaciones (Heller and Heller). Sistemas de etapas múltiples son utilizados para tratar los olores del compostaje, y más comúnmente el aire de ventilación de las instalaciones de pasteurización alcalina. Los sistemas de etapas múltiples utilizan agua o ácido en la primera etapa para remover el amoníaco, seguida por el cloro o una mezcla cáustica y cloro en la segunda etapa para remover compuestos que contienen azufre.

Ventajas y desventajas – Depuradores químicos húmedos

Ventajas

Un sistema de depuración de dos o tres etapas puede remover una amplia variedad de compuestos causantes de olores. Estas unidades tienen un consumo variable de químicos, y han demostrado ser eficientes y confiables.

Desventajas

Existe un potencial de emisión de compuestos clorados y partículas por la chimenea de escape de los depuradores, así como la posibilidad de emisión de un olor de cloro si la alimentación química no se controla correctamente. Los productos químicos, la energía y el mantenimiento pueden ser costosos, y se requieren cantidades grandes de agua. Los productos químicos gastados deben ser desechados correctamente, y se requiere la reducción de la dureza del agua.

Criterios del diseño – Depuradores químicos húmedos

Los tres tipos más comunes de depuradores húmedos son los depuradores de lecho empacado, los depuradores de neblina y los depuradores Venturi.

Los depuradores de lecho empacado distribuyen con una ducha el líquido lavador sobre un lecho de medio plástico que tiene un área superficial extensa para promover el contacto de las gotas y de la película dentro de la cámara de reacción.

El aire fétido se ventila a través del medio plástico en la misma dirección que la corriente, o en contracorriente al flujo líquido. La ventaja del depurador de lecho empacado es que la concentración de la solución de lavado puede variar de acuerdo a los niveles fluctuantes de olor. Estas unidades son generalmente el método menos costoso para tratar olores de alta intensidad en las instalaciones de deshidratación y almacenamiento.

Los depuradores de neblina utilizan el aire comprimido para atomizar una corriente del líquido de lavado y un patrón controlado de ventilación dentro de la cámara de reacción para promover el contacto sin el uso de un medio. Las ventajas de los depuradores de neblina incluyen el consumo más bajo de agua y la capacidad de manejar un amplio rango de flujos. Las desventajas de los depuradores de neblina son los costos de operación y mantenimiento del compresor de aire, la necesidad de un área más amplia, y las pequeñas aperturas de las boquillas de inyección que requieren reducir la dureza del agua y lavados ocasionales con ácido (Heller and Heller). Los depuradores Venturi son similares a los depuradores de neblina en lo referente a la operación, pero atomizan una corriente de alta presión del líquido limpiador sin la utilización de aire comprimido. El tipo del líquido limpiador utilizado depende de los componentes causantes de los olores a ser tratados.

Una combinación de hidróxido de sodio y de hipoclorito de sodio es eficaz para los olores de sulfuro, mientras que el ácido sulfúrico diluido es efectivo para los olores de amoníaco.

El enfriamiento efectivo de los gases de los depuradores es también necesario para la remoción del amoníaco (Horst et al, 1997).

Operación y mantenimiento – Depuradores químicos húmedos

Los depuradores húmedos requieren bombas, compresores, válvulas, e instrumentación, por lo cual los costos de operación y de mantenimiento son significativos. Se requiere el mantenimiento y la calibración ocasionales del sistema de suministro de sustancias químicas, los inyectores de distribución del líquido y los sensores del potencial REDOX y de pH. El mantenimiento del sistema puede ser realizado normalmente sin la interrupción del tratamiento.

Sin embargo, los depuradores de neblina pueden requerir de un mayor mantenimiento del inyector debido al uso de boquillas de rocío más finas.

La variación en las concentraciones y los componentes del olor en el aire procesado dificultan la operación del depurador y reducen su efectividad. Se ha determinado que el mejorar las operaciones de compostaje, específicamente el mezclado y la aireación uniformes, da como resultado una menor variabilidad en las concentraciones de bisulfuro de dimetilo en el aire que entra al depurador. Se requieren ajustes menores y poco frecuentes de la operación para mantener condiciones óptimas de depuración (Murray et al, 1991).

Oxidadores termales regenerativos

Los oxidadores termales regenerativos (regenerative thermal oxidizers, RTO) utilizan altas temperaturas para incinerar compuestos transportados por aire en una cámara de combustión con un período corto de retención.

Esta tecnología se utiliza generalmente para los secadores térmicos de biosólidos, los incineradores, o el aire de evacuación de los tanques de almacenamiento de biosólidos.

Ventajas y desventajas – Oxidadores termales regenerativos

Ventajas

Los oxidadores termales regenerativos se utilizan comúnmente para el control de la emisión de compuestos orgánicos volátiles, un proceso que en forma secundaria remueve los olores. El área requerida para este equipo es compacta en comparación con la requerida para los depuradores húmedos o los biofiltros. Están bien adaptados para el tratamiento de corrientes de aire de volumen bajo y alta concentración.

Los oxidadores termales regenerativos son más eficientes en el uso de energía que los dispositivos convencionales de postcombustión, requiriendo solamente del 10 al 20 por ciento de la energía de estos.

Frecuentemente el rendimiento térmico es del 90 al 95 por ciento, y el uso de gas del digestor puede reducir los costos del combustible.

Desventajas

Existen relativamente pocas aplicaciones de los oxidadores termales regenerativos que sean específicas para el control de los olores provenientes de los biosólidos. Los operadores han reportado que estas unidades tienen un costo de combustible significativo. El sistema es sólamente económico para el tratamiento de corrientes de aire de alta intensidad que sean difíciles de tratar.

Criterios del diseño – Oxidadores termales regenerativos

La temperatura requerida en la cámara de combustión es de 1,350 a 1,600 grados Fahrenheit, con un tiempo de retención dentro del rango de 0.3 a 3 segundos. Es también importante configurar el sistema para proporcionar suficiente turbulencia y oxígeno para la combustión eficiente (Heller and Heller, 1999). Los oxidadores termales regenerativos pueden ser alimentados con petróleo o gas natural, y los intercambiadores de calor recuperan buena parte del calor del gas de combustión para el precalentamiento del aire entrante.

Operación y mantenimiento – Oxidadores termales regenerativos

El funcionamiento y el mantenimiento del sistema para el control del olor utilizando oxidadores termales regenerativos son muy costosos. Las altas temperaturas dan lugar a costos significativos de combustible y un frecuente mantenimiento y/o reemplazo de la instrumentación.

Agentes contrarestantes, neutralizadores y oxidantes

Estos productos se utilizan para reducir el impacto de olores de fuentes dispersas, tales como áreas de tratamiento de biosólidos o pilas de almacenamiento, y de fuentes puntuales como las chimeneas de ventilación. Aceites esenciales y compuestos registrados se utilizan como agentes que enmascaran olores y como agentes de neutralización de olores.

Generalmente, estos materiales no son tóxicos y no representan un peligro a los seres humanos ni al ambiente. Pueden ser dispersados en forma de neblina fina en el aire en las instalaciones de proceso o ser agregados a las corrientes residuales líquidas.

Los agentes oxidantes liberados en el agua residual reaccionan con compuestos causantes de olores para formar un compuesto más estable y sin olor.

Ventajas y desventajas – Agentes contrarestantes, neutralizadores y oxidantes

Ventajas

El uso de agentes contrarestantes y agentes neutralizantes se puede iniciar rápidamente con un costo bajo de inversión. El uso de estos agentes en la corriente residual puede reducir substancialmente los olores en los lugares de trabajo, especialmente alrededor de los equipos de espesamiento y de deshidratación. En algunas instalaciones la adición del permanganato de potasio, un agente oxidante, reduce temporalmente los olores en el producto de biosólidos (Pisarczyk and Rossi), haciendo que los vecinos estén menos propensos a oponerse a la aplicación al terreno. Se ha detectado una mejora en la deshidratación en algunas instalaciones cuando se utiliza permanganato de potasio.

Desventajas

Es posible que el olor de alguno s agentes neutralizantes pueda ser percibido como uno desagradable. La eficacia de los agentes neutralizantes se limita al área en donde son dispersados. Los agentes oxidantes pueden actuar como bactericidas e inhibir procesos biológicos. La presencia de las sustancias no olorosas que reaccionan con el oxidante aumenta enormemente el costo de tratamiento (WEF). Los agentes oxidantes no son siempre eficaces y en algunos casos son costosos. Para este método sólo se cuenta con una base de datos limitada y es poca la información referente a la eficiencia de remoción de olores.

Criterios del diseño – Agentes contrarestantes, neutralizadores y oxidantes

Los aceites esenciales y compuestos registrados se dispersan en la corriente de aire fétido en forma de vapor o neblina fina. Se proporciona una cámara de reacción para mantener un contacto y tiempo de residencia, o se utiliza el conducto de gases o la chimenea de escape para aplicar el agente. A algunos productos se les atribuye la capacidad de polimerizar y precipitar moléculas de olor de la corriente de aire.

Algunas veces los agentes neutralizantes se rocían en forma continua en las zonas con olores tales como la vecindad de los tanques y áreas de carga de camiones o de almacenamiento.

Otro diseño utiliza agentes oxidantes tales como el cloro, el hipoclorito, el dióxido de cloro, el peróxido de hidrógeno o el permanganato de potasio para prevenir condiciones sépticas y olores resultantes del sulfuro de hidrógeno. Una cantidad pequeña de oxidante se mezcla con el agua residual o con los sólidos del agua residual. Una dosis de permanganato de potasio del 0.3% puede reducir el nivel de percepción del olor (threshold odor number) de 1500 a 200.

La dosificación requerida de permanganato de potasio depende del pH. Se necesita menos permanganato de potasio en un rango de pH de 5 a 7 unidades que a un pH de 9 (Pisarczyk and Rossi, 1992).

Operación y mantenimiento – Agentes contrarestantes, neutralizadores y agentes oxidantes

Una vez que se determina la dosificación apropiada, las actividades de operación y mantenimiento son relativamente sencillas. Se requiere mantenimiento rutinario de las bombas, los inyectores de aerosol y los sistemas automatizados.