Día Mundial del Agua
20 de marzo de 2014Ing. Javier Grimaldo
Castillo Consultor Externo
Índice
• ¿Qué es olor?• ¡Porqué debemos controlar los
olores?• Generación de olores• Compuestos olorosos en gases de
alcantarillado• Sulfuro de hidrógeno• Tecnologías de control de olores• Selección de tecnologías en fase
vapor• Carbón activado• Biofiltro inorgánico
• El término “olor” se refiere a la percepción experimentada cuando una o
más sustancias químicas en el aire resultan en contacto con el sentido
olfativo del ser humano.
• El “control de olores” significa tratar los compuestos químicos en el aire
que son percibidos como un olor ofensivo, utilizando diferentes agentes
químicos, bacterias, absorbentes para reducirlos hasta niveles adecuados.
• Conocer el tipo de compuesto químico que causa los olores determina la
mejor tecnología para reducir estos compuestos y convertirlos en
subproductos no olorosos y amigables con el medio ambiente.
¿Qué es olor?
¿Porqué debemos controlar los olores?
• Desde hace 20 años se viene realizando numerosas investigaciones y desarrollando mejoras en las tecnologías de control de olores.
• Hoy en día, el control de olores es considerado un proceso esencial en el diseño de los sistema de alcantarillados y plantas de tratamiento de aguas residuales municipales e industriales.
• Los olores se deben controlar por las siguientes razones:1) Representa una molestia (quejas de los vecindarios)2) En algunos casos, los olores pueden ser un peligro para la salud (riesgo
para trabajadores)3)Los compuestos olorosos pueden causar corrosión (daños a
equipamiento)
Generación de olores en colectores
SO4-2 + materia orgánica S= + H2O + CO2
S= ↔ HS-↔ H2S
Compuestos Fórmula Peso
molecular
Olor característico Umbral de
olor(ppbv)
Sulfuro de hidrogeno
Metil Mercaptano (MM)
Etil Mercaptano
Sulfuro de Dimetilo (DMS)
Disulfuro de Dimetilo (DMDS)
Disulfuro de carbono
Dióxido de azufre
Tiofenol
H2S
CH3SH
C2H5SH
CH3SCH3
CH3S2CH3
CS2
SO2
C6H5SH
34
48
62
62
94
76
64
110
Huevos podridos
Col descompuesta, ajos
Col descompuesta
Vegetales descompuesto
Vegetales descompuesto
Rábanos podridos
Acre, irritante,acido
Podrido, ajos
0.45-500,000
0.0014-21
0.01-0.2
0.12-2.5
0.1-15.5
0.3-210
9-870
0.062
COMPUESTOS DE AZUFRE VOLÁTILES
Fuente: WEF (2005)
Compuestos olorosos en gases de alcantarillado
Compuestos Fórmula Peso
molecular
Olor característico Umbral de olor
(ppbv)
Amonio
Metilamina
Etilamina
Dimetilamina
Trimetilamina
Piridina
Indol
Escatol
NH3
CH3NH2
C2H5NH2
(CH3)2NH
(CH3)3N
C6H6N
C2H6NH
C9H9N
17
31
45
45
59
79
117
131
Acido, acre
Putrefacto, pescado
Amoniaco
Pescado
Pescado
Desagradable, irritante
Fecal, nauseabundo
Fecal, nauseabundo
130 a15,300
0.9 a 53
46 a 2,400
20 a 80
4-2,000
0.1 a 1.5
0.002 a 0.06
COMPUESTOS NITROGENADO
Compuestos olorosos en gases de alcantarillado
Fuente: IWA (2011), WEF (1979)
Sulfuro de hidrógeno (H2S)El sulfuro de hidrógeno es un gas incoloro, potencialmente tóxico y corrosivo con un olor
característico a “huevos podridos” que es percibido a muy bajas concentraciones.
Parámetro Valor Unidad
- Peso molecular
- Presión de vapor, -0.4 °C
25.5 °C
- Gravedad específica (vs. Aire)
- Umbral de detección de olor
- Umbral de reconocimiento de olor
- Límite de exposición promedio - 8 horas (TWA)
- Amenaza inminente a la vida (IDLH)
34.08
10
20
1.19
Aprox. 1
Aprox. 5
10
100
atm
atm
ppbv
Ppbv
ppm
ppm
Sulfuro de hidrógeno (H2S)Efectos en la salud del ser humano
Concentración de H2S Síntomas y efecto de salud
10 ppm Principio de irritación de ojos.
50-100ppm Conjuntivitis ligera e irritación del tracto respiratorio después de 1 hora .
100 ppm
Tos, irritación de los ojos, pérdida de sentido del olfato después de 2 a 15
minutos. Respiración alterada, dolor de ojos y somnolencia después de 15-
30 minutos seguido de irritación en la garganta después de 1 hora.
200-300ppmConjuntivitis notable e irritación del tracto respiratorio después de 1 hora de
exposición.
500-700ppmPérdida de conciencia y posible muerte en 30 minutos a una hora de
exposición.
700-1,000ppm Inconsciencia rápida, cese de respiración y muerte.
1,000-2,000ppmInconsciencia inmediata, con prematuro cese de respiración y muerte en
pocos minutos.
Condiciones que promueven la liberación de H2S
Alta temperaturaLa solubilidad del H2S es dependiente de la temperaturaLa actividad biológica se incrementa
Bajo pHpH bajos incrementan la liberación de H2S
Alta turbulenciaLas altas velocidades induce a la turbulencia que incrementa el área de
transferencia de masa líquido/vapor.
Colectores extensos/tiempos de detención prolongadosMayor tiempo de transporte incrementa la producción de sulfatos y sulfuros.
Tecnologías de control de olores
Las tecnologías más comunes (fase vapor) en sistemas de alcantarillado son el carbón
activado (Adsorción) y los biofiltros (media inorgánica u orgánica).
Aplicaciones
Selección de tecnologías de control de olores (Fase vapor)
Información requerida:•Flujo de aire contaminado (m3/h o CFM)•Concentración de H2S (promedio y pico, ppm)
•Nivel requerido de remoción de olores (Remoción de H2S, eficiencia, estándares
de calidad, etc) – OMS (0.1 ppm).
Información adicional•Concentración de otros compuestos olorosos•Área disponible •Temperatura ambiental y en el flujo de aire•Instalación interior o exterior•Clasificación de área peligrosa (NFPA)•Voltaje eléctrico (220V/440V, 3 PH, 60 Hz).
• Determinar la capacidad del sistema de control de olores:
F = V x ACPH
Donde:F = Flujo de aire a tratar (m3.h-1)V =Volumen de acum. de gas (m3)ACPH = Tasa de renovación (veces/h)
• Tasa de renovación: 6 a 12 veces/h según la NFPA (1999) Standard for fire protection in wastewater treatment and collection facilities.
• La tasa mínima de ventilación recomendada es 6 veces/h.
Flujo de aire contaminado
• Considerar las fuentes potenciales de olores en una cámara de bombeo.
Nivel mínimo
Volumen de acumulación de gas
Vol. Reja mecánica : 10.3 m3
- Largo: 3.2 m- Ancho: 1.5 m- Altura: 2.15 m
Vol. Cámara húmeda: 24.0 m3
- Diámetro: 3.5 m- Altura: 2.5 m
Vol. Total : 34.3 m3
Tasa de renovación de aire
Clasificación según la NFPA (1999)
• Espacios ocupados por trabajadores: 12 a 20 veces/h
– Sala de equipos de pretratamiento (rejas mecánicas, desarenadores)
– Sala de deshidratación de lodos
• Espacios no ocupados por trabajadores: 6 a 12 veces/h
– Tanques de almacenamiento
– Clarificadores
– Cámara húmeda
– Espesadores por gravedad
– Canales
Concentración de H2S
Concentacion13 y 14 de novirmebe
• Recomendable realizar la medición de H2S en la cámara de bombeo
• Piura: en 8 cámaras de bombeo, la concentración promedio de H2S
varió entre 5 y 45 ppm• Lima (Villa El salvador): En 1 cámara con 3 rebombeos, la
concentración promedio de H2S varió entre 15 y 35 ppm.CONCENTRACION H2S EN LA CBD 326-2 VILLA EL SALVADOR (DIAS 13 y 14 NOV. 2012)
32 ppm
Carbón activado
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO• El aire contaminado es conducido
al sistema mediante un extractor.• Una capa de media de carbón en
el sistema adsorbe el H2S y otros
compuestos olorosos.• Los contaminantes se adhieren a
la superficie del carbón activado.• El azufre y ácido sulfúrico ocupan
los espacios de los poros.
VENTAJAS•Tecnología de funcionamiento simple y eficiente.•Bajo mantenimiento.•Concentraciones de H2S de 1 a 10 ppm.
•Usado en la remoción de Compuestos.•Orgánicos volátiles (COV).
DESVENTAJAS•Vida del carbón activado limitada.•El reemplazo del carbón activado puede ser costoso.•Algunos tipos de carbón activados son peligrosos e inflamables.
Carbón activado
1. Carbón virgen: Medio de filtración más antiguo, de limitada capacidad de
tratamiento de H2S, genera líquido con pH ácido por la perdida de carbón.
2. Carbón impregnado: Contiene hidróxido de potasio, hidróxido de sodio o
yoduro de potasio. Estos componentes saturan los poros del carbón, se genera
líquido con pH ácido por la pérdida de carbón.
3. Carbón lavable: Convierte el H2S en ácido sulfúrico que se almacena en los
poros del carbón. Mayor remoción que los carbón impregnado.
H2S + 2O2 = H2SO4
4. Carbón catalítico (IMS): contiene compuestos catalíticos, mayor capacidad de
tratamiento de H2S, no hay impregnación de materiales:
8H2S + 4O2 = S8 + 8H2O
gH2S
por
gr
de C
arbó
n
Carbón virgen
Carbón lavable
Carbón impregnado
Carbón catalitico (IMS)
En condiciones de operación similares (flujo y concentración De H2S de 10 ppm), el carbón catalítico tiene una vida útil
de 3 veces el carbón impregnado.
• Carbón activado de alta capacidad.
• Capacidad de remoción > 0.75 g
H2S /g carbón.
• Carbón con baja caída de presión.
• El carbón gastado no es clasificado
como un material peligroso.
• Temperatura de ignición > 450 °C.
• El carbón activado contiene
catalizadores que convierten el H2S a
azufre.
Equipos de carbón activado catalítico
• Diseño compacto, flujos mayores a
2,000 m3/h.• Recipiente fabricado en fibra de
vidrio.• Extractor de fibra de vidrio.• Sistema pre-ensamblado.• Tablero eléctrico fabricado en fibra
de vidrio.• Caja acústica para el extractor
(opcional).
•Sistema compacto .•Recipiente fabricado en fibra de vidrio.•Extractor en la parte superior.•Tablero eléctrico fabricado de fibra de
vidrio.•Tapa acústica para el extractor (opcional).
Equipos de carbón activado catalítico
Proceso de biofiltraciónSistema de control de olores diseñado para promover el crecimiento de las bacterias sulfato-reductoras que biológicamente oxidan el H2S y otros compuestos de azufre a sulfatos solubles.
Componentes esenciales para las bacterias sulfato-reductoras• Fuente de energía:
- H2S y otros compuestos de azufre
• Fuente de carbono:- Materia orgánica (bacteria heterotrófica)
- Dióxido de carbono (bacteria autotrófica)
• Nutrientes: nitrato, fosfato, potasio,• Agua• Oxígeno (H2S + 2O2 → H2SO4)• Temperatura (10 a 40oC)• Tiempo (para absorción y reacción)
• Tratamiento de conc. de H2S hasta
100 ppm, mercaptanos y COV.• Requiere la aplicación discontinua de
nutrientes.• Las medias inorgánicas tienen mayor
resistencia al H2SO4 (mayor vida útil).
• Menor tiempo de residencia en la media (menor área del biofiltro).
• Menor compactación de la media.
Fuente: Allen & Yang (1993), Rafferty (2004), Shareefdeen (2003), Iranpour, Cox & Deshusses (2005)
• Tratamiento de conc. de H2S < 20 ppm.
• Requiere calentador para mantener una temperatura adecuada.
• Requiere de humidificar el aire a tratar.• Los medias orgánicas (compost, astillas
de madera, etc.) son afectadas por el H2SO4 (menor vida útil).
• Mayor tiempo de residencia en la media (mayor área del biofiltro).
• Mayor compactación de la media y pérdida de presión.
BIOFILTRO ORGÁNICO BIOFILTRO INORGÁNICO
Tipos de biofiltros
VENTAJAS•Concentraciones de H2S a tratar: 1 a 100 ppm•Las medias de filtración tienen periodos de vida útil prolongados (> 8 años).•No usa productos químicos.•Tecnología limpia (Subproductos no peligrosos).•Bajos costos de operación y mantenimiento.
REQUERIMIENTOS•Necesita carga continua de H2S.•Periodo de aclimatación de 2 a 3 semanas.•Ingreso de aire contaminado continuo.
Biofiltro inorgánico
Esquema de funcionamiento de un biofiltro inorgánico
Etapa de biofiltración: Media inorgánica: arcilla expandida
(remoción de H2S) 99+% remoción de H2S
Tiempos de detención bajos: 8 a 15 segundos.
Capacidades: 100 a 8500 m3/h. Recipiente de fibra de vidrio. Extractor de fibra de vidrio o
polipropileno. Tablero eléctrico y gabinete del sistema
de irrigación fabricado en fibra de vidrio. Pre-ensamblado para fácil instalación.
Características del biofiltro inorgánico
Descripción ValoresDensidad 1,650 Kg/m3
Humedad de la media (% en peso)
40-60%
Tamaño de partículas 5 – 25 mm (90%)
Porosidad 50 %pH 8.1 a 8.4Tiempo de vida 8 – 10 años
• Materiales inorgánicos (arcilla expandida, roca lava) o sintéticos (espumas
de poliuretano).
• La arcilla expandida es un material resistente al H2SO4 y tiene una vida útil
de 8 años (H2S hasta 100 ppm - continuo).
Media de filtración inorgánica
Equipos biofiltros inorgánicos
MODELO IBOX-54 (250 CFM) MODELO IBOX-4000 (350 CFM)
¡Gracias!