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 en colectores• 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!