Tratamiento de gases en la explotación ganadera: aplicaciones de la biofiltración (II)

Los biofiltros convencionales empacados con rellenos orgánicos fueron los primeros sistemas instalados a nivel de explotaciones ganaderas. Estos biofiltros experimentaban una progresiva caída de la eficiencia debido principalmente a la humidificación insuficiente del lecho, deterioro del material de relleno, efecto inhibidor del amoníaco o sus metabolitos, y a la acumulación de polvo. Consecuentemente, actualmente predomina el uso de biofiltros percoladores y scrubbers para este propósito, ya que ambos sistemas son capaces de mantener una eficiencia de eliminación del amoníaco superior al 90% de forma sostenida. La tasa de transferencia de fases del amoníaco depende del tiempo de contacto y relación entre los caudales de aire y agua, del gradiente de concentración entre ellos, y del equilibrio entre las especies amoníaco (NH₃, volátil) y amonio (NH₄⁺, no volátil) en el agua. Este equilibrio está controlado por el pH y la temperatura.

Para favorecer la absorción del amoníaco en scrubbers instalados en granjas, el pH es controlado a un valor inferior a 4 mediante la adición de ácido en el agua del recirculado. Normalmente se utiliza ácido sulfúrico para este propósito con lo que se forma una solución de sulfato amónico, (NH₄)₂SO₄. Para evitar problemas de precipitación en el sistema, la purga y renovación del recirculado se regula para que la concentración de sulfato amónico se mantenga alrededor de 150 g L^-1 (un 40 % de su solubilidad máxima). En condiciones óptimas de operación, se ha observado que la descarga anual de aguas amoniacales en una granja porcina de crecimiento-engorde es de unos 70 L por cada plaza. Al contener nitrógeno a una concentración relativamente elevada, estas aguas pueden ser aprovechadas como un fertilizante agrícola fácilmente exportable.

En un biofiltro percolador, el amonio (NH₄⁺) absorbido en la fase líquida es progresivamente oxidado a nitrito (NO₂^-) y nitrato (NO₃^-) por parte de los microorganismos en un proceso conocido globalmente como nitrificación. Una parte de este nitrógeno se incorpora en la biomasa, pero la mayor parte es lavada con los riegos. El pH del recirculado debe ser mantenido próximo a la neutralidad ya que una acidificación del sistema podría favorecer la formación de ácido nitroso libre (HNO₂), sustancia que es un conocido inhibidor de la nitrificación. El correcto funcionamiento de un biofiltro percolador requiere de una descarga regular del recirculado para evacuar el exceso de nitrato y prevenir la acumulación de compuestos nitrogenados tóxicos para los microorganismos. Para que las condiciones de operación sean estables, el balance de nitrógeno debe estar equilibrado. Esto se consigue cuando el recirculado tiene un pH entre 6.5 y 7.5, N-total entre 1 y 4 g L^-1, y un ratio [NH₄⁺]/[NO₂^- + NO₃^-] en base molar entre 0.8 y 1.2. Para mantener este equilibrio, la descarga de agua en un biofiltro percolador en una granja de cerdos de crecimiento-engorde puede llegar a los 800 L por plaza y año. Esta cantidad de agua consumida es unas diez veces mayor que la de un scrubber ácidos, pero en este caso no es necesaria la adición de ácido sulfúrico. En el caso de existir terreno agrícola adyacente esta agua puede ser aprovechada en la fertirrigación de los cultivos.

Figura 1. Diagrama esquemático de un sistema integrado de tres etapas: lavador de partículas, scrubber ácido, y biofiltro, para el tratamiento del aire de ventilación en explotaciones ganaderas.

Los scrubbers ácidos y los biofiltros percoladores son muy eficaces para eliminar amoníaco (>90%), pero tienen una baja eficiencia de eliminación de olores (<30%). La necesidad de controlar también las emisiones olorosas ha impulsado el desarrollado nuevos diseños basados en la integración de varios procesos en un sistema compacto (Figura 1): En una primera etapa, el aire extraído de la granja atraviesa un lavado con agua para eliminar las partículas, después pasa por un lavado ácido para la absorción del amoníaco y, finalmente, la eliminación de los olores se consigue mediante un biofiltro. La circulación del aire se dispone en horizontal para facilitar la instalación de estos equipos en aperturas laterales de las paredes de la granja.

Figura 2. Biofiltros a escala de laboratorio utilizados para el estudio de diferentes materiales de relleno (GIRO Centro Tecnológico, Mollet del Vallès, Barcelona).

La mayor complejidad de operación y el elevado consumo de agua y reactivos por parte de scrubbers y biofiltros percoladores, hace que esta solución no sea viable en determinadas circunstancias (explotaciones pequeñas, poca disponibilidad de agua, etc.). Actualmente, una línea importante de investigación se basa en la mejora de los biofiltros convencionales para la eliminación del amoníaco mediante el uso de materiales porosos más estables estructuralmente en combinación con inóculos específicos (Figura 2). En definitiva, a pesar de que en otros países ya existe una experiencia importante en el tratamiento del aire de ventilación de las granjas, es necesario trabajar en la adaptación y mejora de estos sistemas a las características del sector porcino y condiciones de nuestro país.