Понимание возможностей биоокисление
Охрана окружающей среды
Относительно несложный дизайн и простота в эксплуатации и техническом обслуживании делают биофильтрации хорошим вариантом для многих видов контроля выбросов в атмосферу.
Биологический контроль загрязнения атмосферного воздуха технология * широко используется в Европе на протяжении десятилетий и, в меньшей степени, в Северной Америке в течение последних двух десятилетий. Большинство установок в США были на воздушно-вентиляционных выбросов потоки, которые не подлежат численные ограничения (например, запах).
Несколько факторов повлияли на ограниченное использование biooxidation оборудования на территории США-первых, относительно большой размер единицы, применение в существующих промышленных зон практически невозможно, потому что просто не было достаточно места. (Типичный след на один, 1-м в глубину, компост кровать биофильтр для лечения 85,000 м3 / ч потока будет составлять приблизительно 25 х 30 м.) Во-вторых, удельный вес этих биофильтров препятствуют их размещения на крыше здания, как это иногда делается с тепловой окислителей. Кроме того, в компост средствами массовой информации (используется только в 1970-х и 80-х годов и до сих пор используются в наши дни), подлежат направлению, уплотнения, кровать коллапса и короткое замыкание потока воздуха (2). По этой причине, а также сравнительно хрупкой природе этих биологических систем и часто переменной концентрации загрязняющих веществ в выбросах потоков, регулирующие органы считают, что биофильтрации не было надежной технологии. Промышленность хотят установить контроль устройства, которые смотрели на органы регулирования со скептицизмом.
Меняющейся
За последние десятилетия появилось новое поколение биофильтров пришел на рынок. Они основаны на тех же принципах, биологических систем более ранних версий, но они более широко инженерии. Они используют средства массовой информации, которые обеспечивают увеличить площадь поверхности на единицу объема (т. е. более "воздух-биопленки площади контакта), с структурированных компонентов, которые фактически устраняют проблемы уплотнения и развала. Они доступны в различных конструкций реактора - биофильтров, Капельный фильтров и bioscrubbers. В классической биофильтр, микроорганизмы прикрепляются к субстрату и без биоактивных увлажнения система поддерживает надлежащий уровень влажности. В Капельный биофильтр, микробы при естественных или искусственных субстратов, а также воды для увлажнения и потока следует рассматривать обтекание субстратов и повторно. Биоскрубберная на водной очистки устройства с приостановлено микробного компонента, с помощью которых вода рециркулирует. Bioscrubbers могут быть предназначены для использования сточных вод (без хлора) с расширенным аэрации или активирован-ил типа очистки сточных вод (КОС) для создания объединенной системы лечения.
Эти новые поколения биоокисление системы есть несколько вещей в общем. Каждая сторона должна практически 100% относительной влажности в потоке выбросов в атмосферу с целью предотвращения массовой информации, или части его от высыхания; высыхания создает воздушный поток коротких замыканий, которые уменьшают контакт раз. Относительно большое время контакта (секунд до нескольких минут) являются необходимыми, чтобы загрязненный воздух будет оставаться в непосредственной близости от микробов, так что сорбции может произойти. Каждый биореактор должен содержать сообщества микроорганизмов, растущих на воздух-вода, или биопленки, которая способна биодеградирующими загрязняющих веществ в воздушный поток. Продукты этого biooxidation / биодеградации процесса двуокиси углерода, воды, минеральных солей и микробной биомассы. Этот процесс очень похож на натуральный, аэробного разложения органических веществ в почве и в водной и морской среды.
Оперативная факторов
3 наиболее важных параметров, которые определяют общую эффективность любой биореактора являются влажности, температуры и рН. Другие факторы, которые имеют какое-то влияние есть питательные вещества, частицы материала в поток излучения (в том числе масла и смазки аэрозолей), направление воздушного потока, тип загрязнителей) и свободного кислорода.
Влажность
Кровать биомассы должна быть ни слишком сухой или слишком мокрая (залитые). Если кровать чрезмерно сухой, биомасса умрет, или слишком много загрязненного воздуха будет двигаться слишком быстро, через систему и лечение не будет полным. Кроме того, как сушка происходит в одной области, поток воздуха увеличивается размер сухом месте, что позволяет еще больше воздуху пройти и в результате к значительным потерям лечения. И наоборот, если кровать содержит слишком много влаги, биомасса может размыть или утонули, что может привести к потере возможности лечения и / или воздуха, могут быть ограничены, что повышает противодавление и, следовательно, потребление энергии. Чтобы избежать подобных ситуаций и сохранить надлежащий контроль влажности, входящего потока воздуха должны быть надлежащим образом увлажняется.
Температура
Температура контроля метаболизма микробов. Психрофилов работают лучшие на несколько более низких температурах, как правило, меньше, чем 20deg C, в то время как мезофилов наиболее эффективны в 15-40'C диапазона, а термофилы обычно функции в горячих источниках и тепловой отверстия на 60-100deg C, но не может существовать даже при ярком внешнем температурах. Биофильтр может работать при температуре на протяжении этого общего диапазона. Тем не менее, теплая (примерно 25-35deg C) biooxidation подразделение будет в целом поддерживают более организмов, как с точки зрения числа организмов и число видов, в высших деятельности (уровень метаболизма). Недостаток более высоких температур операции является то, что меньше конкретных загрязнений растворяются в воде, и сорбции соединений) будет также уменьшилось (3). Микробной активности примерно вдвое с каждым 10deg повышение температуры C тех пор, пока организмов остаются в пределах зоны тепловых терпимости. (Над каждым вида верхний температурный предел, метаболизм начинает уменьшаться, и, если температура достаточно высокие, организмы умирают.) Таким образом, теплый биореактор будет окислять органические соединения, входящие быстрее, что позволяет ей обрабатывать более высоким содержанием загрязнителей в единицу времени с хороший уничтожения и удаления (DRE) ..
Потому что биореакторов содержать сотни и часто тысячи видов микробов, температура - обмен отношений не является простой. Микробного сообщества в биореактор содержит так много видов с разными тепловыми допусками, что относительно хорошей био-окисления можно сохранить в широком диапазоне температур. Последнее время установки 4 17 000 м ^ ^ SUP 3 / ч опытно-промышленные биореакторы лечения водорастворимые соединения формальдегида и метанола из ДСП-пресс вентиляционных выбросов достиг последовательного уничтожения и удаления более 92% на кровать диапазоне температур от С до 31deg 18'C (сезонные изменения температуры с сентября 2001 по январь 2002 года).
Хотя биореактора могут успешно работать в широком диапазоне температур, Есть несколько причин для контроля температуры в более узком рабочем диапазоне. Внезапная и резкая смена температуры может быть очень вредны для биодеградации входящих загрязняющих веществ (3). Учета и соблюдения демонстрация легче, если операция может быть сохранена в течение относительного узком диапазоне температур, в противном случае, демонстрация эффективности удаления, возможно, придется быть оценены во всем рабочем диапазоне, и чем больше этот диапазон, тем более обширные и дорогостоящие стек тестирования будет. И наконец, контроль влажности легче обработано более узком диапазоне температур.
рН
Каждый конкретный микроб определил верхний и нижний пределы и оптимального диапазоне рН. Биореакторах могут работать и при рН в диапазоне от самого низкого до 2-3 выше, чем 8 или 9, при рН часто меняется (как правило, уменьшается) начинается после операции.
С хлорированных и серосодержащих соединений вырабатывают кислоты на биологические среды, особое внимание должно быть уделено рН системы. Для биодеградации H2S и органо-сернистых соединений (которые производят серную кислоту), орошение кровать СМИ для противодействия подкисления. Таким образом, удаление воды должна быть увеличена для предотвращения неприемлемо низким рН в системе. Еще одним фактором, рассмотреть вопрос о том, что H2S наиболее эффективно biodegraded на относительно низком рН 2-4, в то время как органо-соединений серы лучше окисленных при рН 5-7. Если оба типа соединений серы присутствуют (например, в виде выбросов в целлюлозно-бумажной промышленности), многоступенчатые биофильтра является лучшим выбором, со средствами массовой информации кровати) возле входа, работающих на низких значениях рН (3-4) и далее вниз по кровати, работающих на более высоком рН.
рН биореактора можно также управлять добавлением дробленого известняка в средствах массовой информации, добавив, буферизация решение ирригации / увлажнение водой, и более или менее частые удаления воды или дополнение.
Другие факторы
Пища для микроорганизмов происходит из био-окисления загрязняющих веществ в потоке выбросов в атмосферу. Вместе с тем эти загрязняющие вещества, часто содержат мало или ни один из жизненно важных веществ и микроэлементов, необходимых для правильного роста клеток и техническое обслуживание. К ним относятся азот, фосфор, калий, кальций, цинк, селен, железо, марганец, магний, сера и натрия; некоторые другие могут оказаться необходимыми для конкретных микробов к метаболизму "экзотических" веществ.
Одним из преимуществ компоста средствами массовой информации, что они содержат водохранилище этих макро-и микроэлементов для микроорганизмов для извлечения по мере необходимости (4). Компост, средствами массовой информации, в зависимости от объема биологической активности, как правило, от четырех до шести лет, с адекватной микроэлементов, доступное для выпуска и обслуживания структурную целостность. Когда рок, гранулированный активированный уголь (GAC), пенополиуретан или пластмассы используются в качестве средства массовой информации, питательные вещества должны быть предоставлены. Обычно это делается путем добавления питательных смесь, содержащие азот, фосфор, калий и различных микроэлементов (по аналогии с жидким удобрением растений).
В любом реакторе приложения, это разумно добавить полную и сбалансированную смесь питательных веществ на регулярной основе, особенно в отношении потребления азота и доступность. Растворимый или доступного азота следует время от времени как в матрице и воды собрали (и повторно), в биореактор. Если органические соединения азота (например, аминов) в настоящее время окисляются и аммиака в потоке выбросов в атмосферу, то достаточным азота могут быть доступны по всему лет эксплуатации.
Запах контроля
Многие ранние биофильтров были установлены на станциях очистки сточных вод для лечения отходящих газов от сточных вод и входящих в завод-операций, и эта практика продолжается и сегодня. Такие биоокисление системы, как правило, с открытым верхом, в местах подразделений, 1-3 м в глубину. Серии перфорированных труб набор в галечников служит система распределения воздуха. Увлажнение обычно предоставляется Форсунки в заголовке, ведущих к трубы распределения воздуха; дополнительные объемы воды, могут быть добавлены через шланги или проливной дождь поверхности разбрызгивателей. Биофильтра, средств массовой информации, как правило, некоторый тип компоста / горючий слоистых над базой коры, щепы или пористой породы лавы для предотвращения краха в гравий в базе распределительной системы (3). Запахов контролируется в первую очередь H2S и skatols от головных и варочных котлов, с потоками примерно от 2000 до 15000 м3/час При правильном спроектированы и установлены, эти подразделения должны работать в течение многих лет. Тем не менее, плохого дизайна и неправильный выбор материалов может привести к уплотнению и направления, с быстрой потерей эффективности удаления и необходимости заменить средства массовой информации или всей системы ..
Компактный биофильтров может быть использована для контроля запахов из колодцев, канализационных отверстий под давлением, передачи и насосные станции, и практически из любого другого источника запаха, которые могут быть собраны и направлены в биофильтр. Они относительно недороги и могут быть установлены на место и приступили к работе с маленькой рабочей силы. Они, возможно, потребуется только 115-V источник питания, пресной воды связи воздуховод сбора (10-15 см) от источника загрязнения, а также сточных вод вернуться в пункт сбора.
Большие, одно-или двух-кровать, полностью закрытых биофильтров строятся по контролю вкусов, запахов и насекомых отталкивает соединение запахов в воздухе потоков с Расходы, приведенные в 8,000-85,000 м ^ ^ SUP 3 / ч. Многие из этих вкусов и ароматов смесей спирты, кетоны, простые и сложные эфиры, все из которых легко поддающихся биохимическому разложению, и большинство из которых хорошо растворимы в воде. эффективность удаления запаха, как правило, очень хорошо, часто превышает 98%. Многие объекты, которые имеют значительный запах жалобы от соседей, как правило, рассматривать эти жалобы падать практически до нуля после установки, а через несколько месяцев работы биофильтра.
ЛОС и HAP контроля
Малый биореакторы (
Эти небольшие биофильтры предлагают несколько преимуществ по сравнению с термическим окислением или GAC адсорбции. Они не создают NO или СО, и нет ЛОС насыщенных углеродом регенерации или утилизации. Их затраты варьируются от примерно $ 10000 до $ 45000. Эксплуатационные расходы, как правило, низким, начиная с менее чем $ 100 до нескольких сотен долларов в месяц. Капитальные затраты на других ЛОС / HAP-контрольных приборов, таких как тепловые окислителей или системы GAC адсорбции, может быть аналогичны или немного выше, чем в биореактор, а эксплуатационные расходы (топливо для тепловых и окислителя углерода регенерации или удаления) являются Обычно 5:58 раза выше, чем биореактора.
Большой биофильтры и биореакторы (> 1700 м3 / ч) также находят промышленное применение для борьбы с ЛОС, ГАЭС и других загрязнителей воздуха. В начале 1990-х, несколько больших (почти размером с футбольное поле) компоста основе, одно-или двух-местный биофильтров были установлены на панели бортовой растений в деревообрабатывающей промышленности (8). Они успешно работают, но некоторые имели повторяющиеся проблемы с кроватью сушки и короткого замыкания, что привело к сокращению в эффективности лечения. Новые 765000-м ^ ^ SUP 3 / ч биофильтра был установлен компанией изделия из дерева на его фабрике в штате Монтана, и операция началась в сентябре 2001 года 1 половины воздушных потоков и загрязнения скорость загрузки. Огромные размеры этого типа биофильтра делает его установку трудно или невозможно на многих существующих объектов, которые будут требовать контроля за Хапс этой отрасли (метанола и формальдегида).
Поставщики реорганизации системы биофильтрации в попытке "вписаться" в биореакторах существующих производственных зон. Например, 4-17 000 м3 / ч биореакторов пилот недавно установили на ДСП фабрики в Орегоне, которые обсуждались ранее, гораздо меньше места, чем обычные биофильтры. Они изготовлены из нержавеющей стали и содержат несколько слоев сжатой, структурно расширения СМИ компоста. Оптимальный температурах может быть обеспечена с помощью конденсата из паровых борту печати (использование отходящего тепла). Эти системы также объединить увлажнения и очистки в Капельный фильтр дизайн вверх по течению от биофильтра СМИ кровати. Удаление формальдегида и метанола, цель ГАЭС в данном случае, превысил 90% на постоянной основе и обычно это более 95% по сравнению с примерно через две недели после операции началось более года назад (9).
Применение промышленных биореакторов можно также ознакомиться в полиграфической промышленности для контроля ЛОС излучается во время печати и высыхания чернил (3). 2-блок системы, установленной на объекте, штат Висконсин в 1997 году завод операций позволяет в любое время при непрерывном контроля за выбросами. Удаление эффективности, как правило, превышает 80%.
Последние установки, также были завершены в отрасли производства краски, а краску стенд выхлопных газов в покрытие промышленности (10). Эти два подразделения предоставил более 85% эффективность удаления на общую ЛОС. Оба имеют небольшие генераторы пара для поддержания оптимальных температур и максимальной эффективности удаления. Они действуют на 17000 м3 / ч (их проектной мощности) с переменной нагрузкой номера ЛОС.
Новая система в последнее время начала работы на объекте литья для контроля ЛОС, жирной паров и масляного тумана от литья металла. Первоначальные наблюдения указывают на успешное применение. Другие биореакторы были установлены для удаления загрязняющих веществ с воздушными потоками на фармацевтических, пластиковые производство и оказание растений. Однако многие из этих приложений могут быть больше контроля, чем запах встретиться почасовой или годовых выбросов.
Есть биореактора в будущем?
Биореакторов проекты были гораздо уточнения, поскольку первоначальные единицы были введены в эксплуатацию 30 до 40 лет назад. Дополнительные изменения в дизайне складываются и в настоящее время оценивается в это время ожидается увеличение зависимости отрасли по этой технологии для приложений, где контроля должны быть оценены на основе фактических численные ограничения выбросов, а не уменьшение запахов.
Эти загрязнения воздуха контроля устройств прекратить производство NO, SO, и СО, и значительно сократить С02, по сравнению с традиционными тепловыми окислителями. Годовая экономия эксплуатационных расходов для биофильтра над расходами для запуска восстановительных термоокислитель (RTO), каждый лечения 85,000 м3 / ч поток воздуха с менее чем 500 промилле по объему от летучих органических соединений, может превысить $ 300 000. Эта экономия только мог платить за биофильтр или в биореактор
2:58 лет.
Итак, биофильтр правильный выбор для Вашего предприятия? Вот некоторые общие рекомендации, которые помогут вам определить, если ваше приложение является хорошим кандидатом для производства биологического окисления.
В таблице позволит сделать некоторые предварительные оценки. Она обеспечивает общую оценку пять с использованием вариантов два гипотетических ЛОС / воздух HAP потоков. 2000-промилле по объему потока (VOC-1) является типичным выбросов операции производства краски, а 250 - промилле по объему потока (VOC-2) является достаточно представитель выхлопных газов от краски стенд. Соединений в эти потоки, что можно было бы ожидать от данного вида операций, а также значения отметил предназначены для общего ЛОС, как углерод, на основе обычных США EPA Method 25A измерения. Последнее четырех линий (ЛОС, CO, NO, и S02 в т / год), представляют собой оценку ожидаемых выбросов от каждого из устройств управления.
Ранняя биофильтров чаще всего используется для управления пахучих или очень разбавленных (менее нескольких сотен частей на миллион, VOC) выбросов потоков. Воздушный поток номера обычно не превышает 50 000 м ^ ^ SUP 3 / ч. Тем не менее, несколько систем были установлены за последние несколько лет о выбросах ЛОС потоков с более 1000 промилле по объему и приложений, где воздушные потоки были более 100000 м ^ ^ SUP 3 / ч.
Если ваше приложение требует DRE больше 95%, то биофильтр, вероятно, не является жизнеспособным вариантом. Исключением из этого господства большой палец, если вы можете добиться дополнительного сокращения выбросов из других растительных источников выбросов, которые могут быть применены к общей plantwide ограничения выбросов пузырь. Это позволит биоокисление системы, которые будут использоваться для контроля на более низком, чем DRE первоначально требовал 95%, тогда как общий объем выбросов от объекта останется прежним или даже уменьшается. Регулирующие органы в настоящее время более открытым к этому методу, чем раньше, поскольку контроль ЛОС и HAP выбросов с помощью био-окисления используется мало или каких-либо дополнительных топлива и не производит NO ^ х ^ к югу, CO и SO ^ 2 ^ к югу, как и обычные тепловой окислителей. Если, с другой стороны, ваша нормативной потребности на выбросы в атмосферу или сокращение контролирует менее 90% DRE, или вы просто запахи для контроля, биофильтр может быть предпочтительным выбором.
ЛОС и / или HAP концентрации менее 3000 стр / мин можно эффективно лечить в биоокисление системы. Выбросы в воздух с температурой выше 80deg C и с высоким содержанием влаги маргинальных кандидатов для производства биологического окисления, так как вода тушения менее 44deg C, общепринятыми максимальная температура на входе, будет практически невозможно. Кроме того, количество воздуха, необходимого разведения, 3:58 раз объем воздуха, увеличит размер устройства и стоимость значительно больше, чем при использовании обычных технологий управления.
* Предыдущей статье КЭП (1) дается обзор биофильтрации (или био-окисления) и понимания различных видов биологического окисления систем, используемых для контроля летучих органических соединений (ЛОС), опасных загрязнителей воздуха (ГАЭС) и запахи (в том числе сероводорода и других органо-соединений серы).
ЛИТЕРАТУРА
1. Адлер, С. К. Биофильтрация - Primer ", Chem, Eng. Прогресс, 97 (4), с. 33-41 (апрель 2001).
2. Берри, J., природы "Собственный". Загрязнение инженерия, 34 (1), с. 37-41 (январь 2002).
3. Devinny, JS, и др.. ", Биофильтрация борьбы с загрязнением воздуха", Lewis Publishers, New York, NY (1999).
4. Гиббонс, MJ, и RC Лоер, "Влияние СМИ азота на биофильтр эффективности". Журнал воздуха и ассоциации отходами, 48 (3), с. 475-479 (апрель 1998).
5. Райт, WF, и др., "выполнение опытно-промышленные компоста биофильтра Лечение паров бензина," Журнал инженерной экологии, 123 (6), с. 547-549 (июнь 1997),
6. Стюарт, туалетом и RS Kamarthi, "Применение биофильтра по контролю за ВТЕХ соединений из гликоля осушитель газов Конденсатор Vent на нефть и природный газ фонда," Известия девяностых ежегодное совещание и выставка воздуха и утилизации отходов ассоциации, ОМА, Питсбург , П. (1997).
7. Стюарт, туалетом и Р. Тома, "паровой фазы Биофильтры Сделать Конкурсной ЛОС контроля в промышленности," Охрана окружающей Solutions, 9 (8), с. 32-42 (сентябрь 1996).
8. КПП биофильтр, "коммерческое использование биофильтров воздушной фазы", КПП биофильтр, Longview, TX, <a target="_blank" href="http://www.ppcbio.com" rel="nofollow"> www.ppcbio.com </ A> (июль 2001).
9. Штурмана, К., и др.., "Обоснование, проектирование, строительство и пуск Engineered биофильтра Управляющая Система", представил в 2001 целлюлозы
10. Босуэлл, J., "Вода на Земле применения в промышленности Покрытия" Журнал красок и покрытий Industty, XVII (7), с. 78-83 (июль 2001).
JIM Босуэлл,
BIO-РЕАКЦИЯ INDUSTRIES, LLC
Джеймс Босуэлл Т. является старшим научным сотрудником и менеджером по BioReaction промышленности (9673 SW Чуалатин Шервуд Rd., Tualatin, ИЛИ 97062-8560, телефон: (503) 691-2100, факс: (503) 691-8051, E-почты : <a href="mailto:jboswell@bioreaction.com"> jboswell@bioreaction.com </ A>). Он несет ответственность за оценку и установка контроля выбросов ЛОС из различных источников, за последние 16 лет. За это время он был по контракту с "Монсанто" в течение двух лет, действующими по обе биофильтра и каталитических приложениях окислитель, он работал Смит экологической сфере маркетинга, продаж и разработки продукции для тепловых окислители, а для 10 лет он был Южного отдела экологического менеджера для Луизиана-Тихоокеанского региона. До этого он был на факультете Univ. Северного Техаса и работал в компании Texas Instruments. Он имеет докторскую степень по биологии от Северного Техаса Изд-во Моск. И MS в области биологии, зоологии бакалавра и степень бакалавра по антропологии из Северо-Западного Изд-во Моск. Луизиана. Он принимает активное участие как в водо-и контроля загрязнения атмосферного воздуха в течение более 30 лет.
