Aplicación de modelos matemáticos en curvas de ruptura de contaminantes del biogás

Mathematical models applied to biogas contaminants breakthrough curves

En este proyecto se purificó el biogás empleando columnas de adsorción independientes empacadas con carbón activado, limadura de hierro, caolín y carbonato de calcio. Los experimentos se realizaron en columnas de polipropileno de 2cm de diámetro y 9cm de longitud. Las curvas de ruptura se construyeron con un flujo de biogás promedio diario de 2,2L. Se tomaron muestras durante 28 días como máximo, a las cuales se cuantificaron la composición del biogás mediante cromatografía de gases y un analizador de gases en línea. Las curvas se ajustaron a tres modelos matemáticos. En el caso del Carbón activado se obtuvo un coeficiente de correlación de 0,9987 y 0,9991 para el Sulfuro de Hidrógeno (H₂S) y el Amoniaco (NH₃), respectivamente. En el caso de la limadura de hierro se obtuvo un coeficiente de correlación de 0,9945 y 0,9975 para el H2S y NH3, respectivamente. Empleando caolín se obtuvo un coeficiente de correlación de 0,9994 y 0,9885 para el H₂S y NH₃, respectivamente. Con Carbonato de Calcio se obtuvo un coeficiente de correlación de 0,9988 y 0,9985 para el H₂S y NH₃, respectivamente. El porcentaje de remoción del H₂S y del NH₃ del carbón activado fue del 72,6%, la limadura de hierro fue del 74,1%, el caolín fue del 32,7% y del carbonato de calcio del 65,4%

Introducción

El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales como pantanos, rellenos sanitarios, estómagos de rumiantes o de manera artificial en dispositivos específicos llamados digestores anaerobios; los microorganismos consumen el componente orgánico degradable obteniéndose biogás y un producto biológicamente estable. Es un combustible de mediano contenido energético (22-30MJ/kg), donde la calidad y cantidad de biogás producido dependerá de la composición y la naturaleza del residuo utilizado, de la configuración del reactor y la posibilidad de separar las etapas de la digestión. Aunque la composición del biogás varía de acuerdo a la biomasa utilizada, su composición aproximada está entre 40 y 70% de metano (CH₄), 20 y 60% de dióxido de carbono (CO₂), 0 y 10% de sulfuro de hidrógeno (H₂S), 0 y 1% de hidrógeno (H₂), 0 y 5% de amoniaco (NH₃) y menos del 1% de otros gases.

Las emisiones de biogás pueden causar daños al medio ambiente por la presencia del H₂S gaseoso, que es perjudicial para seres humanos y animales. A bajas concentraciones, este gas tiene un olor desagradable, como al de huevo podrido, y a altas concentraciones puede ser potencialmente mortal. Por su parte el NH₃ presente en el biogás puede ser venenoso si se inhala en grandes cantidad (concentraciones por encima de 50-100ppm), e irritación en los ojos, garganta y nariz en niveles de concentración menores.