Behaviour of biotrickling filters operated under high-load conditions for hydrogen sulphide removal in wwtps

Resumen

En los últimos años, la creciente proliferación de EDARs junto con la mayor conciencia social y demanda de ambientes saludables, ha hecho que la eliminación de olores se haya convertido en un objetivo importante a alcanzar en este tipo de instalaciones. Las tecnologías físico-químicas tradicionalmente empleadas para el tratamiento de olores presentan desventajas significativas que son solventadas, en gran medida, por las denominadas tecnologías verdes, basadas en procesos biológicos. Entre estas últimas, se ha observado en los últimos años una creciente aplicación de la tecnología de BTF, incluso a tiempos de residencia extremadamente bajos, similares a los empleados en los lavadores químicos. Sin embargo, se considera que la aplicación de los BTF en condiciones de alta carga aplicada no ha sido suficientemente investigada. Por ello, esta Tesis pretende evaluar el comportamiento de los BTFs para eliminación de H2S, tanto en estado estacionario como en transitorio, en tales condiciones específicas de operación. La metodología empleada ha incluido tanto un extenso trabajo experimental como el modelado matemático del proceso mediante la plataforma de simulación Aquasim. En lo que respecta al trabajo experimental, la biodegradación de H2S se evaluó en una planta piloto ubicada en dos emplazamientos: en primer lugar se llevó a cabo el estudio con H2S sintético y después con gas real en la EDAR urbana de Loiola (Donostia). Se experimentaron un total de cuatro fases durante las cuales se determinó el efecto de varios parámetros de diseño-operación sobre el comportamiento del reactor. El estudio experimental llevado a cabo en condiciones estacionarias confirmó que, bajo condiciones de operación similares, las capacidades de eliminación de H2S alcanzables con los dos tipos de relleno empleados (cubos PUF y anillos de polipropileno K3) son similarmente satisfactorias. Además, se comprobó que, para las cargas tratadas, el efecto de la temperatura sobre el comportamiento del reactor es significativo para ambos rellenos. Asimismo, durante la experimentación se observó una acumulación significativa de S0 en el lecho. La cantidad acumulada pudo ser cuantificada para distintas condiciones operacionales mediante la realización de ensayos de inanición. Estos ensayos confirmaron que su acumulación es más importante en condiciones de alta carga frente a las de menor carga aplicada. Además, se observó también que la tasa de generación de sulfatos (SPR) ¿determinada en un BTF escala laboratorio diseñada para la determinación indirecta de la actividad biológica de la biopelícula¿ estaba influenciada en gran medida por la acumulación de este particulado. En cuanto a la experimentación llevada a cabo para determinar el comportamiento del BTF ante condiciones dinámicas, se realizaron principalmente ensayos de inanición y picos de concentración. De este estudio se concluyó que la sensibilidad del reactor frente a las distintas perturbaciones dependía en gran medida del grado de saturación en H2S en las condiciones de referencia. A la luz de los resultados experimentales obtenidos, los cuales revelaron la necesidad de incluir el S0 en el modelado matemático de los BTFs, la biodegradación del H2S se modeló como un proceso en dos etapas. Para el modelo de transporte, se empleó el modelo MCB para cuya calibración-validación se utilizaron datos experimentales correspondientes tanto a resultados en estacionario como a ensayos dinámicos. Este modelo mejorado permitió reproducir el comportamiento del reactor en un amplio rango de condiciones estacionarias y transitorias. Además de la calibración-validación, el modelado matemático incluyó un estudio por simulación que permitió obtener un conocimiento general del efecto de diversos parámetros de diseño y operación (p.ej.: carga aplicada, concentración de entrada, tiempo de residencia) sobre el comportamiento de los BTFs (p.ej.: concentración en el efluente, capacidad de eliminación).