ES2216950T3 - Utilizacion de un filtro en una instalacion de filtros para la eliminacion de olores, polvo y germenes en el aire de salida. - Google Patents

Abstract

Utilización de un filtro con por lo menos una primera capa y una segunda capa en una instalación de purificación de aire de salida en instalaciones de producción agrícola, en factorías de alimentos y piensos, caracterizada porque la primera capa es formada por paja extendida en forma suelta y la segunda capa es formada por un estrato que contiene agua y es permeable a los gases, y las capas están dispuestas en la instalación de tratamiento de un aire de salida de tal manera que el aire de salida que se ha de filtrar recorra en primer lugar la primera capa del filtro.

Description

Utilización de un filtro en una instalación de filtros para la eliminación de olores, polvo y gérmenes en el aire de salida.

Es objeto del presente invento la utilización de un filtro con por lo menos 2 capas en una instalación de purificación de aire de salida.

Los olores procedentes de la explotación de ganado, de la elaboración de alimentos y piensos y de otras fuentes pueden conducir en el entorno circundante de las instalaciones a inmisiones de olores inadmisiblemente frecuentes y que excitan repugnancia. Con el fin de evitar éstas, se pueden emplear instalaciones de purificación de aire de salida.

Mientras que para los polvos se emplean filtros, que retienen a los polvos en un material de filtración, en el caso de sustancias oxidables pasan a emplearse procedimientos térmicos o biológicos. En el caso de sustancias solubles en agua se emplean aparatos lavadores. Mientras que los procedimientos térmicos destinados a la oxidación de las sustancias indeseadas en el aire de salida de un proceso, queman, a unas temperaturas del entorno que son más altas que las usuales, ya sea por vía térmica, térmica - catalítica o autotérmica, y con o sin recuperación del calor, los procedimientos biológicos transcurren, en el intervalo de las usuales temperaturas del entorno, como una combustión fría.

Los procedimientos biológicos reaccionan por regla general frente a los venenos del proceso de una manera más sensible que los procedimientos térmicos. Los procedimientos biológicos, a causa del consumo específico de energía manifiestamente menor y de los costos más bajos de inversiones, son, no obstante, la técnica que se ha de escoger, pero en particular más bien en el caso de corrientes de gran volumen y baja concentración de un aire de salida. Por otro lado, los procedimientos biológicos solicitan unas condiciones lo más constantes que sean posibles, como no se pueden encontrar con frecuencia en el caso de procesos de producción que trabajan de una manera discontinua.

En el sector de la explotación de ganado así como de la tecnología alimentaria y de la elaboración de piensos, con sus procesos de ebullición, asadura,
cocción, mezcladura, tratamiento con vapor, sofocamiento, prensado y refrigeración, en el caso de una explotación en capas múltiples se pueden encontrar unas condiciones constantes de funcionamiento durante un período de tiempo prolongado para el sistema biológico de purificación de un aire de salida. En la explotación de ganado, los períodos de tiempo de producción duran desde varias semanas hasta varios años, llegándose en este caso, de un modo condicionado por el proceso, a mayores fluctuaciones de concentraciones y caudales volumétricos en el transcurso de los días y los años.

Referido al valor de producción de los productos, los procedimientos térmicos de oxidación en la explotación de ganado, así como en la elaboración de alimentos y piensos, son por regla general antieconómicos, por lo que en estos casos se emplean predominantemente procedimientos biológicos de purificación de aire de salida. La técnica más usual en el momento actual la constituye el uso en la explotación de ganado y en la elaboración de alimentos y piensos, de los biofiltros de superficie, los cuales, dependiendo del caso problemático, se pueden emplear con refrigerantes, lavadores, humectadores, filtros de polvo y técnicas de desengrasado dispuestos/as delante de ellos.

El aire de salida, cargado con olores y posiblemente con polvo así como con gérmenes, es conducido a través de un lecho de filtración biológicamente activo. Los materiales y gases contenidos en el aire de salida son descompuestos casi totalmente, en circunstancias favorables por los microorganismos presentes en el lecho de filtración, para dar dióxido de carbono inodoro y vapor de agua.

El empleo de biofiltros de superficie constituye también una solución técnicamente conveniente para la explotación de ganado así como la producción de alimentos y piensos. Los biofiltros de superficie existentes hasta ahora y también descritos en la bibliografía, causan para la explotación de ganado, sin embargo, unos costos que ascienden a 2-3 veces las ganancias usuales. Por lo tanto, hasta ahora no es conveniente emplear biofiltros como una alternativa a la paralización o el cambio de situación de la empresa..

Los costos relativamente altos se establecen a partir de

1.

la elección del material de filtración.

Los materiales usuales de filtración son leña menuda, turba, mezclas de turba y leña menuda, madera de raíces desgarrada, madera de aparatos trituradores, mantillo con o sin sustancias sustentadoras, mantillo de helechos y gusanos, vidrio celular y otros materiales de soporte biológicamente inertes. Todos los materiales usualmente utilizados, o bien se distinguen por unas superficies específicas relativamente pequeñas, que conducen entonces a grandes alturas de amontonamiento en los filtros, o a causa de su estructura finamente fibrosa se distinguen por unas altas resistencias a la circulación.

Las consecuencias de ello son

a)

grandes masas, que se depositan sobre la infraestructura, y

b)

costos energéticos aumentados por las resistencias elevadas a la circulación.

Causa mayores o menores problemas la adquisición y la evacuación de los materiales de filtración. Las mezclas favoritas de turba se utilizan cada vez menos, puesto que la descomposición de la turba se tropieza con reparos y resistencias de carácter ecológico. La madera de raíces desgarrada y la madera de aparatos trituradores son difícilmente descomponibles por vía biológica. Éstas, por lo tanto, después del uso se deben o bien evacuar a vertederos o secar y quemar. Ambos procedimientos están vinculados con costos relativamente altos para la evacuación de desechos. Los altos costos específicos de evacuación de desechos conducen por regla general a que las cargas a granel de filtración de los biofiltros de superficie en instalaciones de tratamiento, en las que se forma amoníaco (explotación de ganado, aprovechamiento de cuerpos de animales y pescados), se cambien con menor frecuencia que lo que sería necesario para un funcionamiento exento de perturbaciones a causa del enriquecimiento de nitrógeno en el lecho de filtración.

Además, las cargas a granel empleadas usualmente repercuten sobre el sitio de instalación:

Las usuales alturas de amontonamiento, de 1 a 2 m, conducen en los materiales aquí descritos a unas cargas estáticas sobre la infraestructura de aproximadamente 100 a 400 kg/m^{2}. Puesto que son relativamente grandes los pesos de los materiales de filtración, una carga y un vaciado de los grandes biofiltros de superficie se efectúan por regla general mediante vehículos cargadores móviles, tales como cargadores de ruedas. Ambos factores, a saber, el material de filtración empleado y los vehículos de transporte necesarios para ello, necesitan unas infraestructuras correspondientemente resistentes y por consiguiente pesadas, que permiten la construcción de un biofiltro de superficie, por razones de costos de inversión, solamente sobre el terreno como construcción autónoma junto a una instalación de producción. Esto conduce, a su vez, a superficies selladas de manera acrecentada, que o bien por razones del cuidado del paisaje se consideran como peligrosos y/o conducen a una necesidad aumentada de superficie industrial, con los correspondientes costos para el solar necesario.

2.

los procedimientos de humedecimiento empleados hasta ahora.

Los procedimientos biológicos, con el fin de conservar el material biológico empleado, exigen unas condiciones relativamente uniformes de temperatura y humedad. El modo usual de proceder consiste en este caso en emplear aparatos lavadores de cualquier tipo, para el acondicionamiento de aire en bruto. Los aparatos lavadores permiten extraer desde la corriente de material las sustancias solubles en agua presentes en el aire en bruto, sin neutralizarlas o transferirlas p.ej. a una disposición de clarificación y depuración de aguas residuales. El uso de aparatos lavadores está vinculado sin embargo con resistencias aumentadas a la circulación del gas en bruto, costos aumentados de inversiones y, en el caso de la neutralización de venenos de filtros, con costos adicionales de reactivos. Además, un aparato lavador es un procedimiento de purificación autónomo, para el que se necesitan sitios de colocación resistentes, así como correspondientes conducciones de aportación y evacuación.

Los riegos directos del material de filtración, llevados a cabo de manera alternativa en lugar del empleo de un aparato lavador, conducen por regla general solamente a unos éxitos cosméticos. La superficie de filtración es húmeda y fría, las resistencias a la circulación en el lecho de filtración se vuelven irregulares, los sistemas biológicos están cargados térmica y acuáticamente, y el éxito de una purificación se discute y pone en duda a medio plazo, de acuerdo con la experiencia.

El documento de patente de los EE.UU. US-A-5.480.538 se refiere a la utilización de biofiltros para la purificación de aire de salida, que tienen un lecho de filtración permeable y están ocupados con microorganismos.

McCOMBS y colaboradores (en ese documento US-A-5.480.538) divulgan, para la purificación por oxidación biológica de las sustancias contaminantes, como base para la vida de los microorganismos, un material de filtración a base de una mezcla de 50% de turba natural, 35% de paja, 10% de excrementos de grupos o tropas y 5% de musgo de turba (estando las proporciones en cada caso en volumen). Es desventajoso en este contexto sobre todo el proceso de mezcladura que se necesita para la producción del material de filtración, que en el caso de los materiales utilizados por McCOMBS y colaboradores, a causa de las diferentes estructuras de los materiales empleados, conduce con relativa dificultad a un producto mezclado homogéneo.

El documento US-A-5.389.248 se refiere a un biorreactor para el tratamiento biológico aerobio de aguas residuales y gases de salida, que se han contaminado con hidrocarburos. Como material de soporte para las biopelículas se mencionan, entre otros, también materiales que contienen paja. No obstante, la paja no se utiliza como el único material de filtración.

También la divulgación de PARÉ (documento US-A-5.389.248) propone por ejemplo paja para la sustentación del material de filtración propiamente dicho, es decir turba, entre otros. Ni en la disposición propuesta por McCOMBS y colaboradores ni tampoco en la propuesta por PARÉ la paja sirve como material de filtración, y se emplea solamente para funciones auxiliares con el fin de sustentar a la turba.

El documento de solicitud de patente alemana DE-A-44.35.216 se refiere a una pieza prefabricada para tejados de tallos de caña a base de un gran número de tallos, orientados paralelamente unos a otros, de juncos, cañaverales, caña de canasteria o similares, que están unidos a un elemento de tejado plano, apto para transportarse. Acerca de la función de este elemento de tejado, en lo que se refiere a la purificación de un aire de salida, no se puede deducir nada de este documento.

El documento DE-A-26 30 115 se refiere a un establo de paja, que como cubierta intermedia para el aislamiento del calor tiene una cubierta de paja. La cubierta intermedia debe mejorar el clima en el establo, pero no purificar a ningún aire de salida.

El documento del Reino Unido RU-C-2048173 divulga la utilización de una paja recientemente cortada, que intercepta en contracorriente el aire de salida procedente de industrias de fabricación de muebles. La sustancia contaminante que se ha de reducir en este caso es formaldehído. El documento RU-C-2035211 divulga la purificación de los gases de salida que resultan durante la elaboración de excrementos de aves. Los gases de salida son liberados en primer lugar de polvo y luego son conducidos a través de una solución alcalina, que contiene un agente de oxidación (permanganato de potasio). Después de ello el gas se conduce a través de un filtro que consta de las capas consecutivas de turba, una zeolita natural, paja y ramas, en que las respectivas capas están dispuestas en unas relaciones de 60 - 62 / 25 - 30 / 5 - 10 / 5-10. En tal caso el gas de salida circula primeramente a través de la capa de turba, seguida por la capa de zeolita y luego por la capa de paja.

El problema técnico en el que se basó el invento consistió en poner a disposición un biofiltro sencillo, que permita disminuir en particular la molestia por olores, que resultan durante el funcionamiento de instalaciones de producción agrícola, industrias de tratamiento y producción de alimentos y piensos, y empobrecer o filtrar desde el aire de salida las sustancias que molestan por olores.

El problema técnico, que constituye el fundamento del invento, se resuelve de una manera sorprendentemente sencilla mediante la utilización de un filtro con por lo menos 2 capas, que está caracterizado porque una primera capa está formada por paja, y una segunda capa, que contiene lignina y que está dispuesta sobre la primera capa, y/u otra segunda capa, están formadas por un estrato que contiene agua y es permeable a los gases, y las capas están dispuestas en la instalación de tratamiento de aire de salida de tal manera que un aire de salida que se haya de filtrar circule primeramente a través de la primera capa del filtro.

La paja, que se emplea en el filtro, debe estar provista en su parte predominante de una capa que contiene lignina como segunda capa. De modo natural, el tallo de cereal recientemente cosechado (trillado), que forma la paja, está provisto de una capa que contiene lignina. Por un almacenamiento prolongado y por influencias del medio ambiente, el tallo pierde esta capa que contiene lignina. Con ello se empeora no obstante de una manera manifiesta la aptitud de utilización de la paja como material de filtración.

El material de filtración consta, de manera preferente, de paja extendida y amontonada en forma suelta con una altura de capa, por regla general de aproximadamente 20 a 30 cm, presente después de un período de tiempo de asentamiento de varios días. Según sea el caso de utilización, se pueden escoger también otras alturas de capa. La paja utilizada es de modo preferente recientemente cosechada. Si se emplea una paja almacenada, ésta no debería haberse almacenado durante más de aproximadamente dos años.

La ventaja de la paja en comparación con los otros materiales de filtración, usualmente empleados y descritos, consiste en que ésta es ecológicamente inocua, como producto secundario agrícola de la producción de cereales. La paja tiene una gran superficie específica, con lo que se pueden reducir las alturas de amontonamiento que son necesarias en condiciones por lo demás iguales. Una paja amontonada húmeda y almacenada durante varias semanas y varios meses tiene una pequeña densidad específica, de aproximadamente 50 kg por m^{3}. La resistencia a la circulación de sustancias gaseosas en la paja es comparativamente pequeña.

La segunda capa está formada a base de un estrato permeable a los gases y que contiene agua, que se forma preferiblemente a base de un material inorgánico poroso y/o a base de sustancias orgánicas porosas. Esta segunda capa forma en tal caso el segundo estrato de un filtro de dos estratos, que como primer estrato contiene la mencionada paja, que puede estar provista de un revestimiento que contiene lignina. Como material inorgánico poroso entra en cuestión en particular arcilla hinchada, perlita o vidrio celular. Como sustancias orgánicas porosas se pueden emplear en particular materiales triturados de madera, tales como astillas picadas, camas de cortezas, virutas de serrería, hojas, agujas, así como materiales sintéticos espumados y desmenuzados.

De acuerdo con el invento, se utiliza el filtro en una instalación de filtración. El filtro está dispuesto en la instalación de tal manera que un aire de salida procedente de una instalación de producción agrícola o de producción y tratamiento de alimentos o piensos, atraviesa en primer lugar la primera capa del filtro.

En términos generales, el presente invento divulga y reivindica la utilización de paja fresca (de nueva aportación), que ha sido almacenada durante un período de tiempo no más largo que aproximadamente dos años, de modo preferido durante no más de un año, como material de filtración.

La evacuación a vertederos de una paja usada como material de filtración en la explotación de ganado y en la industria de alimentos y piensos se efectúa, igual a como en todas las otras finalidades de empleo, en las que no queda en la paja ningún residuo perjudicial, a lo largo de las cadenas de procesos usuales en la agricultura, como agente fertilizante económicamente propio. No resultan costos de evacuación a vertederos ni de combustión. No existen riesgos ecológicos de acuerdo con el actual estado de los conocimientos.

En particular, el amoníaco procedente de instalaciones de explotación de ganado y de instalaciones para el tratamiento de cuerpos de animales y pescados, es retenido en la paja, y presumiblemente se enriquece en forma de nitrato. Mediante un cambio de filtros tras de aproximadamente 1,5 a 2 años, el nitrógeno enriquecido se utiliza como agente fertilizante.

Preferiblemente, la instalación de filtración presenta también una disposición para el humedecimiento a alta presión con el fin de acondicionar un aire en bruto.

La introducción de un aire de salida saturado con vapor de agua aumenta manifiestamente la con-
ducción de purificación en el caso de existencia de olores. Además, en una paja con humedad de tierra también se descompone el polvo, lo cual a su vez prolonga los tiempos en servicio útil del material de filtración. Un aire en bruto saturado con vapor de agua se consigue del modo técnicamente más seguro (y actualmente más barato) mediante el empleo de sistemas de humedecimiento a alta presión. En el caso de unas presiones del sistema situadas en el intervalo de 40 a 70 bares, se pueden alcanzar unos tamaños de gotas con un diámetro de 5 a 7 \mum. El agua nebulizada de esta manera conduce, en el caso de una cantidad correspondientemente empleada, a un enfriamiento adiabático y a una saturación con vapor de agua del aire en bruto. La técnica empleada para ello, que consta de un sistema de tratamiento de agua, de una bomba de alta presión, de conducciones a presión y de toberas con unas aberturas hasta de 0,15 mm como valor inferior, es más difícil que el empleo de aparatos lavadores. Los costos de explotación son, sin embargo, manifiestamente menores. Mediante el empleo de bloques de toberas en vez de aparatos lavadores con cuerpos de relleno, resultan unas resistencias a la circulación sólo despreciablemente pequeñas. Esta técnica fue descrita brevemente ya en 1995 por
MANNEBECK (Dorothee Mannebeck, Biofilter an Schweineställen [biofiltros en establos de cerdos], Forschungsbericht Agrartecnik [Técnica agraria, informe de investigaciones Nº 260 de la entidad Max Eyth Gesellschaft MEG, tesis doctoral de la Facultad Agrícola de la Universidad Christian Albrecht de Kiel 1995).

El documento US-A-5.480.538 describe el empleo de aguas residuales de vacas lecheras (presumiblemente estiércol (orina)) para el humedecimiento del material de filtración, con el fin de inocular al material de filtración con los necesarios microorganismos. El documento US-A-5.389.248 propone la introducción de sustancias nutrientes. Además, de acuerdo con el documento US-A-5.480.538 se introduce diariamente en el sistema agua de nueva aportación en cada caso durante un minuto. En el presente invento no se necesita una inoculación del material de filtración. Los mencionados documentos de patentes de los EE.UU. divulgan además el riego del material de filtración. Esto, en el presente invento, no solamente no es necesario, sino que es perjudicial, puesto que con esto el material de filtración se empaparía y no se conseguiría la deseada "humedad de tierra" del material. Un riego del material de filtración conduce sin embargo a humedecimientos, con lo cual se establecerían resistencias a la circulación aumentadas e irregulares, una desecación local en las zonas con menores resistencias a la circulación (en el caso de la purificación de un aire de salida no saturado con vapor de agua) así como una debilitación del deseado sistema biológico, con un descenso indeseado del rendimiento de purificación.

De acuerdo con el presente invento, se inyecta en la corriente de aire en bruto solamente tanta cantidad de agua fresca purificada - con el fin de evitar taponamientos en las toberas de humedecimiento - como la que se necesita para llevar el gas en bruto a un estado saturado con vapor de agua. El aire en bruto saturado con vapor de agua conduce, como consecuencia de ello, en el material de filtración a un equilibrio de humedad ("humedad de tierra"), con el que se consigue un máximo rendimiento de descomposición.

La utilización, conforme al invento, del material en instalaciones de purificación de aire de salida, en particular como biofiltros de superficie, conduce de manera sorprendente a una gran minimización de la molestia por olores, en particular en el caso de instalaciones de producción agrícolas, así como de la producción de piensos y alimentos. De manera especialmente ventajosa, el filtro conforme al invento se puede utilizar como biofiltro superficial en un entramado de tejado o como una cubierta de tejado o un tejado de una instalación de producción.

Mediante la utilización de paja y toberas de humedecimiento (en lugar de aparatos lavadores) resultan unas cargas superficiales estáticas solamente pequeñas. En el caso de una altura de amontonamiento para la paja dentro del biofiltro de superficie, de aproximadamente 0,25 m, se ha de interceptar solamente el pequeño peso de aproximadamente 10 kg/m^{2} de superficie del filtro. Para ello se necesitan unas infraestructuras ligeras, que solamente deberían ser transitables por las personas y no por vehículos, puesto que en el caso de un cambio de filtros no se debe emplear ningún vehículo transportador a causa de las cantidades y los pesos relativamente pequeñas/os de materiales.

Estos dos factores permiten emplear los biofiltros de superficie aquí descritos también en el caso de pequeños costos adicionales en el entramado de tejado de un establo o de una instalación de producción, o en el tejado de un establo o de una instalación de producción.

Claims (7)

1. Utilización de un filtro con por lo menos una primera capa y una segunda capa en una instalación de purificación de aire de salida en instalaciones de producción agrícola, en factorías de alimentos y piensos, caracterizada porque la primera capa es formada por paja extendida en forma suelta y la segunda capa es formada por un estrato que contiene agua y es permeable a los gases, y las capas están dispuestas en la instalación de tratamiento de un aire de salida de tal manera que el aire de salida que se ha de filtrar recorra en primer lugar la primera capa del filtro.

2. Utilización de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera capa es formada por paja extendida en forma suelta, que consta de paja recientemente cosechada, o de una paja que se había almacenado durante un período de tiempo no mayor que aproximadamente dos años.

3. Utilización de acuerdo con las reivindicaciones 1 y/o 2, caracterizada porque el estrato, que contiene agua y es permeable a los gases, de la segunda capa, es formado por materiales inorgánicos porosos y/o por sustancias orgánicas porosas.

4. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los materiales inorgánicos porosos son arcilla hinchada, perlita y vidrio celular.

5. Utilización de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 - 4, caracterizada porque las sustancias orgánicas porosas son materiales de madera triturados, tales como astillas picadas, camas de cortezas, virutas de serrería, hojas, agujas, así como materiales sintéticos espumados y desmenuzados.

6. Utilización de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 - 5, caracterizada porque la segunda capa contiene lignina.

7. Utilización de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 - 6, caracterizada porque el biofiltro está estructurado como biofiltro de superficie en un entramado de tejado o como tejado de una instalación de producción.