Día Mundial del Agua
20 de marzo de 2014
Ing. 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
¿Qué es olor?
• 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.
¿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
S= ↔ HS-↔ H2S
SO4-2 + materia orgánica  S= + H2O + CO2
Compuestos olorosos en gases de
alcantarillado
COMPUESTOS DE AZUFRE VOLÁTILES
Compuestos
Fórmula
Peso
Olor característico
molecular
Umbral de
olor(ppbv)
Sulfuro de hidrogeno
H2S
34
Huevos podridos
Metil Mercaptano (MM)
CH3SH
48
Col descompuesta, ajos
Etil Mercaptano
C2H5SH
62
Col descompuesta
0.01-0.2
Sulfuro de Dimetilo (DMS)
CH3SCH3
62
Vegetales descompuesto
0.12-2.5
Disulfuro de Dimetilo (DMDS)
CH3S2CH3
94
Vegetales descompuesto
0.1-15.5
Disulfuro de carbono
CS2
76
Rábanos podridos
0.3-210
Dióxido de azufre
SO2
64
Acre, irritante,acido
9-870
Tiofenol
C6H5SH
110
Podrido, ajos
0.062
Fuente: WEF (2005)
0.45-500,000
0.0014-21
Compuestos olorosos en gases de
alcantarillado
COMPUESTOS NITROGENADO
Compuestos
Fórmula
Peso
Olor característico
molecular
Umbral de olor
(ppbv)
Amonio
NH3
17
Acido, acre
Metilamina
CH3NH2
31
Putrefacto, pescado
Etilamina
C2H5NH2
45
Amoniaco
Dimetilamina
(CH3)2NH
45
Pescado
Trimetilamina
(CH3)3N
59
Pescado
Piridina
C6H6N
79
Desagradable, irritante
4-2,000
Indol
C2H6NH
117
Fecal, nauseabundo
0.1 a 1.5
Escatol
C9H9N
131
Fecal, nauseabundo
0.002 a 0.06
Fuente: IWA (2011), WEF (1979)
130 a15,300
0.9 a 53
46 a 2,400
20 a 80
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
-
Peso molecular
-
Presión de vapor, -0.4 °C
Valor
Unidad
34.08
25.5 °C
10
atm
20
atm
-
Gravedad específica (vs. Aire)
1.19
-
Umbral de detección de olor
Aprox. 1
ppbv
-
Umbral de reconocimiento de olor
Aprox. 5
Ppbv
-
Límite de exposición promedio - 8 horas (TWA)
10
ppm
-
Amenaza inminente a la vida (IDLH)
100
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 .
Tos, irritación de los ojos, pérdida de sentido del olfato después de 2 a 15
100 ppm
minutos. Respiración alterada, dolor de ojos y somnolencia después de 15-
30 minutos seguido de irritación en la garganta después de 1 hora.
200-300ppm
500-700ppm
700-1,000ppm
1,000-2,000ppm
Conjuntivitis notable e irritación del tracto respiratorio después de 1 hora de
exposición.
Pérdida de conciencia y posible muerte en 30 minutos a una hora de
exposición.
Inconsciencia rápida, cese de respiración y muerte.
Inconsciencia inmediata, con prematuro cese de respiración y muerte en
pocos minutos.
Condiciones que promueven
la liberación de H2S
 Alta temperatura
 La solubilidad del H2S es dependiente de la temperatura
 La actividad biológica se incrementa
 Bajo pH
 pH bajos incrementan la liberación de H2S
 Alta turbulencia
 Las altas velocidades induce a la turbulencia que incrementa el área de
transferencia de masa líquido/vapor.
 Colectores extensos/tiempos de detención prolongados
 Mayor 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).
Flujo de aire contaminado
•
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.
Volumen de acumulación de gas
• Considerar las fuentes potenciales de olores en una cámara de bombeo.
Nivel mínimo
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
• 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)
Concentacion
13 y 14 de novirmebe
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.
Carbón activado
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.
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
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
virgen
Carbón
impregnado
Carbón
lavable
Carbón
catalitico (IMS)
• 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).
Equipos de carbón activado catalítico
•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).
Proceso de biofiltración
Sistema 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)
Tipos de biofiltros
BIOFILTRO ORGÁNICO
BIOFILTRO INORGÁNICO
• 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.
• 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)
Biofiltro inorgánico
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.
Esquema de funcionamiento de un
biofiltro inorgánico
Características del 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.







Media de filtración inorgánica
• 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).
Descripción
Densidad
Valores
1,650 Kg/m3
Humedad de la media
(% en peso)
40-60%
Tamaño de partículas
5 – 25 mm (90%)
Porosidad
pH
Tiempo de vida
50 %
8.1 a 8.4
8 – 10 años
Equipos biofiltros inorgánicos
MODELO IBOX-54 (250 CFM)
MODELO IBOX-4000 (350 CFM)
¡Gracias!
Exposición del Ing. Grimaldo Castillo,
Consultor Externo