Aerobic biotrickling filtration for biogas desulfurization

Resumen

Es va gestionar l'operació d'un biofiltre percolador (BTF) durant un període total de 990 dies per a la dessulfuració d'un biogàs sintètic contenint 2,000 ppmv d’H2S (? 50 g S-H2S·m-3·h-1), utilitzant un material de rebliment aleatori (anelles Pall d'acer inoxidable). Després de l'optimització de l'operació a pH neutre, es va estudiar l'eliminació simultània de metilmercaptà (CH3SH) i H2S. A continuació es va executar la transició ininterrompuda des de 440 dies a pH neutre (6.0 – 6.5) a 550 dies a pH àcid (2.50 – 2.75). Paral·lelament es van desenvolupar eines per a la monitorització en línia d’H2S, sulfur dissolt total (TDS = H2S(aq) + HS- + S2-) i sulfat (SO42-), aplicant elèctrodes selectius d'ions (ISEs). Es va emprar un ISE de membrana cristal·lina en el sistema analític proposat, que consisteix en un analitzador per injecció de flux (FIA) per anàlisi de TDS integrat com a detector en un analitzador de flux continu amb una etapa prèvia de difusió de gas (GD-CFA) per l’anàlisi d’H2S, el qual es va mostrar idoni per a la monitorització en línia del BTF. Es va realitzar l'estudi preliminar de la determinació en línia de SO42- utilitzant un ISE de membrana líquida polimèrica, preparada amb un ionòfor comercial. No obstant això, es va obtenir baixa selectivitat per al SO42- en presència d'anions interferents, el que desaconsella l'aplicació dels elèctrodes construïts. Es van optimitzar paràmetres operacionals del BTF a pH neutre, com ara la taxa d'aeració, la velocitat de percolació (TLV) i el temps de residència hidràulica (HRT), obtenint una mínima producció de sofre elemental (S0). També es va estudiar la resposta del BTF enfront del temps de contacte del gas (EBRT) i de la càrrega aplicada (LR) d’H2S. La capacitat d'eliminació (EC) màxima va ser de 135 g S-H2S·m-3·h-1. Per a un EBRT de referència de 131 s, l'eficàcia d'eliminació (RE) va ser superior al 99%. Es va investigar l'eliminació simultània de CH3SH i H2S a pH neutre, a concentracions normalment trobades en biogàs (2,000 ppmv d’H2S i 10 – 75 ppmv de CH3SH). Les màximes EC trobades van ser de 1.8 g S-CH3SH·m-3·h-1 i 100 g S-H2S·m-3·h-1. La presència natural de CH3SH en el biogàs va ser considerada beneficiosa per l’efecte de descolmatació del llit produït pel consum de S0 per reacció química amb CH3SH. Finalment, es va caracteritzar l'operació a llarg termini del BTF sota condicions àcides de pH en funció del EBRT i la LR, obtenint una ECmax de 220 g S-H2S·m-3·h-1. Es va estudiar el perfil d'eliminació d’H2S i es va avaluar la velocitat d'oxidació del S0 acumulat dintre del llit durant episodis periòdics d'inanició. Els resultats indiquen que el primer terç del llit és responsable pel 70 – 80% del total eliminat d’H2S. L'oxidació de S0 a SO42- se suggereix com una estratègia de control contra la colmatació del llit per sofre. Tot i la important quantitat de S0 produït a pH àcid, la capacitat de dessulfuració global del BTF va ser comparable a l'obtinguda anteriorment a pH neutre.