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Tecnologías para tratamiento de aire: Biofiltros y biolavadores

La biofiltración es un proceso biológico utilizado para el tratamiento de compuestos orgánicos volátiles e inorgánicos. Para su aplicación se utilizan microorganismos que someten a los contaminantes contenidos en el aire a una degradación biológica.

Durante un proceso de tratamiento de aire mediante biofiltración, el aire contaminado pasa a través de los macroporos del material filtrante. En ese momento los contaminantes se degradan, para ser posteriormente transferidos a un medio líquido donde son utilizados como fuente de carbono y energía (compuestos orgánicos) o como fuente de energía (compuestos inorgánicos).

La utilización implica producción de biomasa y la oxidación parcial o total del contaminante. A su vez, la biomasa, bajo ciertas condiciones sufre una oxidación por respiración endógena. De esta manera, los procesos de biofiltración dan lugar a una descomposición completa de los contaminantes, creando productos no peligrosos.

Encontramos tres tipos de biofiltros:

Los biofiltros de lecho fijo constan de un material filtrante que puede ser sintético u orgánico, que sirve como soporte para los microorganismos. Algunos de los materiales filtrantes que pueden utilizarse son rocas porosas, tierra de diatomeas, perlita, tierra, trozos de maderas, así como diferentes tipos de compostas o residuos orgánicos. Funcionan haciendo pasar la corriente gaseosa saturada de humedad que contiene al contaminante a través del lecho en donde los contaminantes son degradados por los microorganismos. Convenientes para tratar contaminantes muy poco solubles en agua debido a la ausencia de la fase acuosa. Es importante mencionar que la huella física de los BLF es mayor con respecto a los otros tipos de biofiltros.

El biofiltro de lecho escurrido consiste de una columna empacada con un soporte inerte donde se desarrolla la biopelícula. A través del lecho se alimenta una corriente gaseosa que contiene al sustrato por biodegradar y una corriente líquida que es comúnmente reciclada a través del lecho y que tiene la función de aportar nutrientes esenciales a la biopelícula, así como de remover los productos de degradación de los microorganismos. Estos sistemas se recomiendan para compuestos solubles en agua. La recirculación del líquido facilita la eliminación de los productos de reacción así como un mayor control sobre el proceso biológico a través del control del pH y la composición del medio líquido. Son los equipos con menor huella física y son sencillos de operar.

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En los biolavadores el compuesto a degradar primero es absorbido en la fase líquida localizada en una torre de absorción llena de líquido. La operación consiste en hacer fluir el gas a contracorriente a través del líquido, donde los contaminantes y el O 2 son absorbidos. Posteriormente el líquido es alimentado a un reactor empacado de un material inerte cubierto de la película biológica encargada de degradar al contaminante. Los BL son los sistemas más adecuados para el tratamiento de compuestos muy solubles en agua.

Su ventaja respecto a los biofiltros es que no acumulan productos que pudieran tener efectos nocivos para los microorganismos y la facilidad de control del proceso biológico a través de la composición del medio líquido.

Sin embargo, resultan más costosos ya que requieren de dos equipos, uno para la absorción y otro para la biodegradación del contaminante, lo que los hace poco económicos respecto a los biofiltros de lecho escurrido.

La selección del sistema más apropiado depende de las características de la corriente gaseosa a tratar, la eficiencia de remoción esperada y los costos involucrados.

Los principales parámetros a tener en cuenta para el diseño de un sistema de biofiltración son:

1. Características del gas contaminante (concentración, flujo, presencia de partículas, temperatura).
2. Selección del material filtrante.
3. Contenido de humedad del material filtrante.
4. Microorganismos.

Cenizas y carbón activo para el tratamiento de aguas residuales

Las cenizas que se producen en los procesos de combustión que se llevan a cabo en centrales energéticas de biomasa y carbón mineral pueden ser recuperadas y ser utilizadas para el tratamiento de aguas residuales.

Dichas cenizas pueden emplearse tal y como se han recogido o bien ser tratadas antes de su utilización en caso de que sea necesario mejorar su capacidad adsorbente.

El uso de estas cenizas procedentes de centrales energéticas tiene una gran utilidad en industrias que generen residuos tóxicos tales como metales pesados (mercurio y cadmio) y colorantes, ya que facilita su eliminación con una gran efectividad.

Tal y como sucede cuando se lleva a cabo un tratamiento mediante carbón activado, basta con poner las cenizas en contacto con el efluente contaminado. Para ello se hace pasar la corriente de agua a través de un filtro fijo, de forma que las cenizas absorban los contaminantes y dejen pasar el agua, ya limpia, por el filtro.

Por su parte, el carbón activo es uno de los principales adsorbentes para el tratamiento de aguas contaminadas y su uso es válido en diferentes entornos, tanto para filtros de uso doméstico como para el tratamiento de vertidos en entornos naturales con altos niveles de contaminación por agentes químicos tóxicos.

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Se trata además de una tecnología muy económica y que todavía lo puede ser más, ya que desde hace años se está analizando la posibilidad de obtener carbón activo a partir de materias primas autóctonas y, por lo general, muy baratas como las maderas de olivo, encina, eucalipto, troncos de jara y retama, trocos de vid o huesos de cereza.

Entre las principales características del carbón activo destaca el elevado grado de desarrollo del área superficial y porosidad que posee, propiedades que le confieren una alta capacidad para adsorber gases, vapores y solutos en disolución. La principal ventaja respecto a otras alternativas para el tratamiento de aguas residuales es su fácil preparación y regeneración a un bajo coste, además de que se trata de un adsorbente muy versátil y químicamente estable.

Las investigaciones más actuales buscan formulas para aprovechar materiales desechables tan abundantes como el plástico, gomas y otros residuos de origen industrial para preparar adsorbentes carbonosos.

Breve historia de las tecnologías de destilación

Las primeras referencias que se tienen de algo parecido a la destilación o evaporación las encontramos en zonas con escasez de agua del imperio egipcio, donde se hervía agua en calderos y se aprovechaban las gotas que se formaban en las tapaderas para ser bebidas.

La primera tecnología de destilación conocida son los alambiques y sus primeros usos documentados fueron de tipo alquímico, es decir, se utilizaban para intentar conseguir transformar elementos químicos en otros más valiosos. Obviamente esta aplicación carecía de base científica y no fue hasta años más tarde cuando se empezó a utilizar para separa elementos químicos disueltos en el agua y en la elaboración de recetas.

La primera de las grandes revoluciones llegó en el siglo VIII cuando Abu Mussah-al-Sofi describió por primera vez métodos más avanzados de evaporación, así como otras técnicas de separación como la filtración o la sublimación. Durante estos años también se trabajo en la mejora de los materiales con que se fabricaban los aparatos.

Esto provocó una gran mejora en la fabricación de perfumes y alcoholes, como fue el caso de la destilación de agua de rosas mediante arrastre con vapor.

Durante el resto de la edad media se tiene constancia de la destilación de alcohol, ácido nítrico y otros productos en grandes centros de conocimiento, como monasterios y algunos centros estudiantiles de grandes ciudades de la vieja Europa. Sin embargo, en lugares como El Cairo la destilación y almacenamiento de gasolina fueron llevados a cabo durante el siglo XI, lo cual supone que debían existir técnicas depuradas y aplicadas a gran escala como hornos de galería, materiales refractorios y refrigeradores de gran eficiencia.

Ya pasada la edad media, se desarrolló el serpentín alrededor de un tubo por el que pasaba el vapor a condensar, lo cual permitió recuperar líquidos de bajo punto de ebullición y producir alcohol 96% a gran escala, dando también lugar a la aparición de licores de alta graduación. La posibilidad de generar alcohol y ácidos a gran escala hizo evolucioinar el mundo de la química y se estudiaron las propiedades de ácidos, bases, disolventes orgánicos y otro tipo de compuestos.

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Durante la revolución industrial se empleó por primera vez el vapor de agua para transmitir calor a otros cuerpos, gracias a los descubrimientos de Rumford, lo cual permite obtener gas inflamable a partir del carbón y también benceno a partir del alquitrán. El 1856 se instalan las primeras plantas de destilación de alquitrán de Hulla.

La mejora de la calidad y resistencia de materiales como el vidrio y el metal durante el siglo XIX permite el desarrollo de mejores tecnologías de destilación, así como la aparición de las primeras columnas de rectificación de funcionamiento continuo.

Aunque sin duda, la gran aportación de esta época es el perfeccionamiento de las técnicas de refinado de petróleo, lo cual da lugar a la obtención de lubricantes, combustibles, parafinas, asfalto, etc. gracias a técnicas de destilación.

En los inicios del siglo XX las tecnologías continúan mejorando dando lugar a sistemas como el cracking, utilizado por primera vez en 1936.

A mediados de siglo comienza el estudio de la separación por destilación de mezclas multicomponenetes, así como el perfeccionamiento de la separación de mezclas azeótropas, que acaba dando como resultado la obtención de productos prácticamente puros mediante destilación, rectificación y fraccionamiento en la década de los 80.

En estas últimas décadas las aplicaciones de la evaporación se han multiplicado, convirtiéndola en una tecnología apta para el tratamiento de aguas, recuperación de solutos y purificación de líquidos, entre otras.