Tratamiento de gases en la explotación ganadera: fundamentos de la biofiltración (I)

La intensificación de la actividad ganadera experimentada en los últimos años en España ha conllevado una afectación creciente sobre el medio ambiente, debido en gran medida al elevado volumen de deyecciones animales generadas durante el proceso productivo. Estos impactos se manifiestan en la producción de estiércol y purines, pero también por las emisiones de partículas en suspensión (polvo, microorganismos, etc.) y de compuestos volátiles contaminantes y/o causantes de malos olores.

En el caso de las granjas de porcino, se han determinado hasta 331 sustancias diferentes relacionadas con el olor característico de este tipo de explotaciones, de entre los que destacan los ácidos grasos volátiles, indoles y fenoles, compuestos azufrados, aminas volátiles y el amoníaco. Este último proviene de la degradación de la urea y es uno de los compuestos emitidos en mayor cantidad, causando efectos negativos sobre la salud humana y animal. Además, la Directiva 2001/81/CE del Parlamento Europeo impone restricciones a la emisión de amoníaco debido a su efecto sobre la acidificación y eutrofización de los ecosistemas. En el caso de los olores, hasta la fecha no existe una normativa al mismo nivel de aplicación como la del amoníaco y en España no hay un marco legal vigente en este ámbito. No obstante, algunas comunidades autónomas están desarrollando proyectos de ley específicos para regular la emisión de malos olores.

Figura 1. Biofiltro de tratamiento de los gases de proceso procedentes de una planta centralizada de digestión anaerobia de purines de cerdo (TRACJUSA, Juneda, Lleida).

Actualmente existen diferentes tecnologías consolidadas para el tratamiento de las deyecciones ganaderas pero, en el caso de los gases, el desarrollo e implementación de sistemas de tratamiento se encuentra en un estadio comparativamente incipiente. En España empieza a ser común la instalación de biofiltros para eliminar el amoníaco y olores procedentes de plantas de tratamiento de residuos orgánicos a gran escala, como estaciones de tratamiento de aguas residuales, ecoparcs urbanos, o plantas centralizadas de tratamiento de purines (Figura 1). La experiencia en otros países europeos, principalmente en Holanda, Alemania, y Dinamarca, demuestra que la tecnología de la biofiltración es una opción viable para el tratamiento del aire de ventilación de las explotaciones ganaderas (Figura 2).

Figura 2. Sistema multifásico (lavador de partículas, scrubber químico, y biofiltro) para el tratamiento del aire de ventilación instalado en una granja porcina (Ede, Países Bajos). Fotografía cortesía del Dr. N. Ogink (Universidad de Wageningen).

Fundamentos de la biofiltración de gases

Los métodos de tratamiento biológico del aire contaminado se basan en el aprovechamiento de la capacidad metabólica de los microorganismos para biodegradar compuestos volátiles. Para ello, el aire es forzado a atravesar un lecho poroso donde está contenida la biomasa activa. Para favorecer la absorción de los compuestos volátiles y la actividad microbiana, se aplican riegos sobre el lecho filtrante de forma que el agua se distribuya uniformemente por efecto de la gravedad. La cantidad/regularidad del agua aportada es determinante en gran medida de la configuración del sistema (Tabla 1).

Tabla 1: Principales características de los diferentes sistemas biológicos de tratamiento de gases contaminados. A nivel orientativo, se indica el rango de aplicación según la constante de Henry de los compuestos a tratar y el tiempo de residencia requerido para obtener una eficiencia satisfactoria.

Para que la transferencia de los contaminantes se realice de una forma eficiente, es necesario que el gas esté en contacto con el lecho durante un tiempo suficiente. Este lapso se expresa normalmente como el tiempo de residencia en lecho vacío (EBRT, de las iniciales en inglés), resultante de dividir el volumen aparente del lecho entre el flujo del gas que lo atraviesa. Por otra parte, la cantidad de contaminante que puede ser retenida en la fase líquida depende en gran medida del coeficiente de partición gas/líquido de este compuesto (constante de Henry).

En función del grado de movilidad de la biomasa y de la fase acuosa, (Tabla 1), la mayor parte de biorreactores actualmente utilizados en el tratamiento de aire contaminado se pueden clasificar en tres grandes categorías (Figura 3):

	Biofiltro convencional: El aporte de agua se minimiza para cubrir básicamente las necesidades de la biomasa mediante la aplicación de riegos esporádicos. Si es necesario se humidifica el gas afluente para evitar el secado excesivo del lecho. La ausencia de agua libre favorece la adsorción de los compuestos volátiles más insolubles (elevada constante de Henry) directamente sobre el biofilm y el material de soporte. No obstante, el menor control de la humedad y del pH puede afectar negativamente a la actividad microbiana.
	Biofiltro percolador: Se diferencia del anterior en que existe un aporte continuo de agua sobre el lecho biológico, siendo la fracción drenada nuevamente recirculada en el sistema. La presencia de agua en abundancia crea una interfase acuosa entre el biofilm y la fase gas sobre la que se difunden los compuestos contenidos en el aire a tratar. El biofiltro percolador está indicado para la eliminación de compuestos volátiles más solubles.
	Filtro lavador (scrubber): En esta última configuración se maximiza el proceso de transferencia de los contaminantes de la fase gas a la líquida del lecho poroso, lo que permite reducir significativamente el tiempo de residencia del aire en tratamiento. Una vez absorbidos en la fase líquida, también en continua recirculación, los compuestos químicos pueden ser recuperados y reutilizados. En el caso que lo que interese sea su biodegradación, se adiciona un biorreactor de biomasa suspendida (el método de tratamiento pasa entonces a denominarse bioscrubber). La optimización por separado de los procesos de absorción y biodegradación permite un máximo control del proceso y un mínimo volumen del equipo. Además, los problemas de colmatación son inexistentes debido a la ausencia de biomasa en el relleno filtrante. Como contrapartida, la operación es más compleja y los costes suelen ser considerablemente mayores.