Els composts orgànics volàtils són un dels principals contaminants atmosfèrics, amb diversos efectes nocius sobre el medi ambient i molts d’ells, sobre la salut de les persones. L’activitat industrial representa un elevat percentatge de les emissions totals d’aquests composts, per tant, resulta necessària la seua reducció, i quan això no siga possible, el seu tractament mitjançant tecnologies econòmicament i ambientalment sostenibles. En aquest darrer sentit, els sistemes biològics de depuració representen una d’aquestes alternatives, com és el cas del biofiltre percolador.
Aquest treball de tesi doctoral està dirigit amb l’objectiu principal d’estudiar la viabilitat del biofiltre percolador en la depuració d’emissions industrials de composts orgànics volàtils i la seua transferència del laboratori a escala industrial. Per a dur a terme aquesta transferència, el treball s’ha realitzat en tres fases: estudi a escala de laboratori, a escala pilot i, finalment, a escala industrial.
Al laboratori es va estudiar el rendiment del biofiltre percolador en funció dels principals paràmetres d’operació com són la càrrega volumètrica de contaminant, el temps de residència, el tipus de rebliment utilitzat, el règim de reg de líquid de recirculació i la font de nitrogen utilitzada en la dissolució de nutrients, així com també s’estudiaren diferents tècniques per tal de controlar la pèrdua de pressió ocasionada per l’acumulació excessiva de biomassa sobre el llit de rebliment.
Amb vistes a l’aplicació industrial de la tecnologia, els experiments al laboratori varen ser dissenyats tenint en compte les emissions dels tres sectors industrials seleccionats en aquest treball, la síntesi i processament de polímers, fabricació de mobles i el de la indústria flexogràfica. Per tant, els experiments es van realitzar utilitzant composicions model de contaminant dels sectors seleccionats, tant en condicions d’alimentació de contaminants contínua i constant com en condicions més variables per a simular els patrons d’emissió industrial. Addicionalment, en la simulació d’emissions industrials es van utilitzar filtres de carbó activat precedint el biofiltre percolador per tal d’amortir les concentracions oscil•lants de contaminant, operant el bioreactor sota condicions més estables. Es varen determinar les càrregues volumètriques de contaminant màximes i temps de residència mínims que reduïren el volum del biofiltre percolador necessari per a complir amb els corresponents límits legals de cada sector estudiat.
A escala pilot es va realitzar el tractament de les emissions de composts orgànics volàtils d’una empresa de fabricació de moble, amb unes emissions caracteritzades per un patró de concentració altament irregular. Els experiments desenvolupats en aquesta fase, van servir per a aplicar l’experiència adquirida al laboratori, tant pel que respecta als paràmetres d’operació com al funcionament del biofiltre percolador precedit d’un filtre de carbó activat. Es va avaluar el rendiment del bioreactor buscant aquelles condicions de càrrega volumètrica de contaminant màxima i temps de residència mínim que permeteren complir amb els requeriments legals fixats per la normativa. Els resultats obtinguts es varen utilitzar per a dissenyar el futur prototip industrial de biofiltre percolador per a depurar les emissions d’aquesta empresa.
Finalment, a escala industrial es va estudiar el funcionament d’un biofiltre percolador de cinquanta metres cúbics de volum útil per a la depuració de les emissions procedents d’una empresa flexogràfica. En aquesta unitat es van aplicar els protocols d’operació avaluats a escala de laboratori i a escala pilot, i es van ajustar les condicions d’operació que permetien complir amb la normativa legal d’emissions de composts orgànics volàtils per part d’aquesta empresa. L’estudi es va desenvolupar durant un període de funcionament superior als dos anys, comprovant l’estabilitat i robustesa de la tecnologia, i així finalitzar el procés de transferència tecnològica del laboratori a l’escala industrial, tant del biofiltre percolador en sí com dels protocols d’operació utilitzats. / This doctoral thesis studies the viability of the biotrickling filter as an economical and sustainable technology to control industrial volatile organic compound (VOC) emissions to the environment, being performed at laboratory, pilot and industrial scale.
At laboratory scale the effect of the main operational parameters on the performance of the process were evaluated, that is pollutant load, residence time, type of packing material, trickling regime and nitrogen source of the nutrient solution. Several techniques to control the clogging of the bioreactor due to excessive biomass growth on the packed media were also studied. The experiments were designed taking into account the three industrial sectors selected in this work, polymer processing, furniture manufacturing and the flexographic industry. Model compositions of the emissions of these sectors were used, applying continuous and constant pollutant feeding and also variable feeding conditions in order to simulate industrial emission patterns. In addition, activated carbon filters prior to the biotrickling filter were used to operate the bioreactor in more stable conditions when industrial emissions were simulated. Maximum pollutant inlet loads and minimum empty bed residence times that allow complying with the corresponding legal emission limits were determined.
At pilot scale a biotrickling filter unit was used to control VOC emissions from a furniture manufacturing facility characterized with a highly irregular concentration emission pattern, applying the experience obtained at laboratory scale regarding operational conditions and the use of the activated carbon prefilter. The performance of the process was evaluated aiming to meet legal requirements treating maximum pollutant loads at minimum empty bed residence times.
Finally, a fifty cubic meters biotrickling filter was used to treat the VOC emissions of a flexographic facility. Operational protocols developed and tested at laboratory and pilot scale were used, and the operational conditions in the bioreactor were adjusted to comply with the legal emission limits of this company. The unit was run during more than two years, showing the robustness and feasibility of the technology and achieving the transfer from laboratory to industrial scale of both the technology and the operational protocols used.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UV/oai:www.tdx.cat:10803/52131 |
| Date | 23 July 2010 |
| Creators | Sempere Nàcher, Feliu |
| Contributors | Gabaldón García, Carmen, Martínez Soria, Vicente, Universitat de València. Departament d'Enginyeria Química |
| Publisher | Universitat de València |
| Source Sets | Universitat de València |
| Language | Catalan |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 302 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
Page generated in 0.0143 seconds