Tesis doctoral de Francisco Javier álvarez Hornos
En las últimas décadas, la calidad del aire y el control de la contaminación atmosférica vienen siendo líneas principales de actuación en política medioambiental a fin de evitar daños sobre la salud humana y el medio ambiente. Los compuestos orgánicos volátiles, entre los que se encuentran el acetato de etilo y el tolueno, son uno de los principales contaminantes atmosféricos de origen industrial. Las nuevas reglamentaciones asociadas a la emisión de compuestos orgánicos volátiles procedentes del uso de disolventes en determinadas instalaciones industriales hacen necesaria la búsqueda de técnicas o procedimientos para reducir, minimizar o eliminar este tipo de emisiones. En este sentido, los sistemas biológicos de tratamiento como la biofiltración se presentan como una alternativa económica y respetuosa con el medio ambiente. en este trabajo de tesis doctoral se presenta un estudio del proceso de biofiltración en el que se han abordado dos líneas de trabajo principales: ¿estudio experimental en bioreactores para la depuración de aire contaminado con acetato de etilo y/o tolueno, utilizando turba fibrosa como material de relleno, bajo condiciones de estado estacionario y bajo condiciones de alimentación intermitente. Este estudio se ha llevado a cabo utilizando tres biofiltros con un volumen aproximado de 14 litros, operando en paralelo, y equipados con un sistema automático de muestreo y adquisición de datos que permite la toma de muestras en puntos intermedios del lecho para la determinación de los perfiles de concentración de contaminante y co2. ¿desarrollo de un modelo matemático que permita su uso como herramienta de predicción y de diseño. en los ensayos llevados a cabo bajo condiciones de estado estacionario se ha realizado un seguimiento de la operación de los biofiltros durante 2 años de experimentación. Cada biofiltro ha sido alimentado con aire contaminado con acetato de etilo o con tolueno o con una mezcla equimásica de ambos. En primer lugar se ha evaluado la influencia que tiene el uso de inóculos previamente adaptados a los compuestos a degradar sobre el tiempo de puesta en marcha del biofiltro. A continuación se ha evaluado la influencia de la carga volumétrica de entrada de contaminante en la capacidad de eliminación trabajando con un tiempo de residencia constante de 90 s, para posteriormente analizar la influencia del tiempo de residencia en la eficacia del proceso, ampliando el estudio a tiempos de residencia comprendidos entre 22 y 60 s. De este modo se ha obtenido un amplio conjunto de datos experimentales relativos a la variación en la eficacia de eliminación a lo largo de los biofiltros para un intervalo de tiempos de residencia y cargas volumétricas que corresponden a concentraciones de contaminante en la corriente de entrada comprendidas entre 500 y 5000 mg m-3. Los ensayos realizados en paralelo han permitido determinar las diferencias en la degradación de cada uno de los contaminantes seleccionados, así como establecer las interacciones entre ambos contaminantes. Por último, se ha estudiado la influencia que un mantenimiento mínimo del contenido en humedad del lecho de relleno tiene sobre el rendimiento del proceso mediante un ensayo realizado durante más de 6 meses en el que se han mantenido constantes las condiciones de alimentación a los tres biofiltros. en muchas ocasiones, las emisiones industriales suelen presentar un carácter intermitente y oscilante asociado al proceso productivo del que provienen. A fin de evaluar la influencia que dichas variaciones tienen sobre la respuesta transitoria del sistema, se han llevado a cabo ensayos bajo condiciones de alimentación intermitente. Seleccionando unas condiciones de carga volumétrica de entrada y de tiempo de residencia que aseguren la obtención de eficacias de eliminación idóneas, los tres biofiltros se han sometido a condiciones de alimentación intermitente con interrupciones nocturnas y de fin de semana del aporte de contaminante. A su vez, la influencia que las perturbaciones en la alimentación tienen sobre el rendimiento del sistema se ha estudiado mediante la aplicación de variaciones instantáneas (en forma de pulso) de la concentración de entrada del compuesto y del caudal de aire contaminado. Finalmente, se ha evaluado el tiempo necesario para recuperar la eficacia de eliminación en cada uno de los tres biofiltros tras una interrupción prolongada de 15 días en el aporte de contaminante, situación que representa una posible parada vacacional en los procesos industriales. la evaluación del rendimiento de los biofiltros se ha completado con la realización de seguimientos respirométricos a fin de obtener la relación entre la producción de co2 y la capacidad de eliminación para los tres sistemas estudiados. De forma rutinaria se ha realizado un seguimiento periódico de la variación de la concentración de biomasa a lo largo del lecho, implementando para ello, una técnica de recuento por tinción mediante fluorocromos a este sistema. finalmente, se presenta el desarrollo de un modelo matemático para la predicción del funcionamiento de los tres biofiltros en condiciones de estado estacionario basado en la descripción del trasporte convectivo en la fase gas, de la difusión en el biofilm y del consumo de contaminante por la biomasa. Las expresiones cinéticas definidas incluyen los efectos de inhibición por altas concentraciones de sustrato, de inhibición competitiva entre sustratos y de limitación por oxígeno. El modelo incluye como hipótesis principal la existencia de una densidad celular no uniforme a lo largo del lecho, asumiendo que se establece un perfil decreciente en la concentración de biomasa activa a lo largo del lecho. la estimación de los parámetros del modelo se ha realizado mediante la calibración conjunta de los mismos utilizando los resultados experimentales procedentes de los dos ensayos de eliminación de un único contaminante: acetato de etilo o tolueno en estado estacionario, aplicando un método de optimización. Posteriormente, se ha empleado un procedimiento basado en la matriz de información de fisher para obtener los intervalos de confianza del 95% de los parámetros estimados. La verificación del modelo planteado se ha realizado utilizando los datos experimentales procedentes del tratamiento de la mezcla equimásica de ambos contaminantes.
Datos académicos de la tesis doctoral «Tratamiento de emisiones a la atmósfera de acetato de etilo y tolueno mediante biofiltros de turba«
- Título de la tesis: Tratamiento de emisiones a la atmósfera de acetato de etilo y tolueno mediante biofiltros de turba
- Autor: Francisco Javier álvarez Hornos
- Universidad: Universitat de valéncia (estudi general)
- Fecha de lectura de la tesis: 05/06/2009
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Carmen Gabaldón García
- Tribunal
- Presidente del tribunal: christian Kennes
- david Gabriel buguña (vocal)
- José Manuel Gómez montes de oca (vocal)
- vicente Martinez soria (vocal)