Biovypieranie

   Princíp

Biovypieranie je kombinácia vypierania plynu za mokra a biodegradácie. Základným aspektom je mobilita kvapalnej fázy. Biomasa je voľne suspendovaná v kvapalnej fáze, čiže voda na vypieranie obsahuje populácie mikróbov vhodných na oxidáciu škodlivých zložiek plynu. Mikróby sú rozptýlené vo vode. Kvôli správnemu použitiu biovypierania treba zabezpečiť, aby sa škodlivé zložky plynu mohli vyplaviť. Následne treba umožniť ich biodegradáciu v aeróbnych podmienkach (Diks a Ottengraf, 1992).

   Použiteľnosť

Biovypieranie sa používa v chemickom a petrochemickom priemysle, ako aj v čističkách odpadových potrubí. Má široké uplatnenie pri spracovaní rôznych druhov znečistených plynov, napr. zo skládok nebezpečného odpadu, aktivovaných kalových nádrží, biologických kanalizačných čističiek, výroby enzýmov, výroby odorizačných prostriedkov, gumárenského priemyslu, úpravy náterového odpadu, výroby metionínu a polymerizačnej výroby.

Ide o metódu na odstraňovanie ľahko biologicky degradovateľných zložiek ako amoniak, amíny, uhľovodíky, sírovodík, toluén, styrén a zapáchajúce znečisťujúce látky. Najvhodnejšie je pri nižšej koncentrácii znečisťujúcich látok ľahko rozpustných vo vode. Je veľmi vhodné v prípade alkoholov (metanol, etanol, butanol, glykol, diglykol, butyl glykol), aldehydov a ketónov (formaldehyd, acetaldehyd, acetón, MIBK), karboxylových kyselín a ich esterov (kyselina octová, kyselina propiónová, kyselina maslová, n-butylacetát, etylacetát, metylmetakrylát, ester kyseliny glykolovej). Je vhodné aj na odstraňovanie naftalénu, tioéterov (sulfidy) a amoniaku. Metóda je nevhodná na odstraňovanie alifatických uhľovodíkov (metán, pentán, hexán, uhľovodíky s dlhšími reťazcami, acetylén, cyklohexán atď.), aromatických uhľovodíkov (benzén, toluén, xylén, styrén) okrem naftalénu, éterov (tetrahydrofurán, dietyléter, dioxán), sírouhlíka, nitrozlúčenín a halogénových uhľovodíkov okrem chlórfenolov (dichlórmetán, trichlóretén, perchlóretén, 1,1,1-trichlóretán, 1,2-dichlóretán, VCM vinylchloridmonomér) (BREF, 2002).

   Základná charakteristika

Zariadenie na biovypieranie sa zvyčajne skladá z vypieracej komory, kde sa uskutočňuje transfer medzi plynnou a kvapalnou fázou. Regenerácia kvapalnej fázy prebieha v aktivačnej nádrži so suspendovanými mikroorganizmami (Diks a Ottengraf, 1992). Schéma zariadenia na biovypieranie je na obr. 4.3.4     .

Obr. 4.3.4. Zariadenie na biovypieranie (BREF, 2002).

Vysvetlivky: 1 – znečistený plyn, 2 – vzduch, 3 – vyčistený plyn, 4 – absorbér, 5 – cirkulácia aktivovaného kalu, 6 – aktivačná nádrž.

 

Konštrukcia bioreaktora je založená na aktivácii kalu, resp. na systéme kolobehu kalu. Zmes vody a kalu (nečistôt) sa vracia späť do reaktora. Adsorbované znečisťujúce látky sa degradujú v prevzdušňovacích kalových nádržiach. Vypieracia veža by mala byť konštruovaná tak, aby zabezpečila potrebný čas čistenia, asi 1 sekundu.

Bioreaktory sa často štepia aktivovaným kalom napríklad z biologickej čističky odpadových vôd. V závislosti od zloženia znečisteného vzduchu dosiahne výkon biovypierania požadovanú úroveň po niekoľkých týždňoch adaptácie. Očkovanie kultúrami pripravenými vo fermentačných zariadeniach sa aplikuje najmä na kontaminanty obsahujúce síru (tioly, sírovodík, dimetylsulfid atď.) alebo chlór (chlórované metány alebo etány) (BREF, 2002).

Vyparovanie spoločne s mineralizáciou a dávkovaním živín alebo neutralizačných činidiel spôsobuje nárast obsahu soli v absorbente. Tento jav môže tlmiť biologické procesy. Zistilo sa však, že je možné udržať stabilné biodegradačné schopnosti pri koncentrácii solí, pri ktorej vodivosť nedosiahne 5 000 μS . cm^–1 (BREF, 2002). Medzi opatrenia na zabránenie nadmernej tvorby solí patrí napríklad:

•          primerané odstraňovanie absorbenta a súčasné pridávanie čerstvej vody,

•          prevádzka so zmäkčenou vodou,

•          nasycovanie odpadového vzduchu parou.

   Výhody a limitácie

Výhodou biovypierania je, že vďaka intenzívnej mikrobiálnej premene je možné odstrániť vysokú koncentráciu škodlivín a že je vhodné aj pri vysokej koncentrácii zlúčenín síry, chlóru alebo dusíka.

Medzi nevýhody patrí tvorba biomasy, s ktorou sa musí zaobchádzať ako s odpadom a ktorá môže spôsobovať aj blokovanie cirkulujúcej vody. Ťažšie sa odstraňujú slabo rozpustné látky, kolísanie koncentrácie v prúdiacom plyne má negatívny vplyv na výkon a presakujúca voda si vyžaduje úpravu. Ďalšie obmedzenia použitia (BREF, 2002):

•          obstarávacie a prevádzkové náklady – v porovnaní s ostatnými biologickými reaktormi na čistenie vzduchu sú oveľa vyššie,

•          veľký prísun minerálnych živín a organického substrátu môže zapríčiniť nadmerný nárast biomasy a obmedziť priechodnosť zariadenia,

•          systém je náročnejší a nákladnejší na dodávku minerálnych živín a neutralizáciu,

•          prúdenie plynu je limitované na 1 000 – 3 000 m³ za hodinu na m²,

•          teplotné limity sú 15 – 40 ºC s optimom 30 – 35 ºC,

•          koncentrácia mikroorganizmov viac ako 15 g . l^–1 suchej hmoty,

•          koncentrácia prchavých organických látok od 100 do 2 000 mg . m^–3,

•          koncentrácia amoniaku 50 – 200 mg . m^–3,

•          koncentrácia zápachu viac ako 20 000 zápachových jednotiek na m³.

   Trvanie čistenia a účinnosť

Vďaka veľmi blízkemu kontaktu kalu a znečisteného plynu je biovypieranie veľmi vhodné na čistenie veľmi znečisteného vzduchu a efektivita použitia je relatívne vysoká (Seedorf et al., 2005). Pri čistení odpadového plynu biovypieraním je možné zaistiť dlhší čas čistenia v systéme, potrebný na mikrobiálnu elimináciu znečistenia (až niekoľko hodín). To je výhodné pri eliminácii biologicky horšie rozložiteľných látok. Čas čistenia v zariadení je možné vhodne naplánovať a riadiť podľa objemu bioreaktora, zbernej nádoby a rýchlosti recirkulácie vody. Dĺžka čistenia absorbenta by mala byť v rozmedzí 20 – 40 dní (Kyclt, 2006). Pokles tlaku je 0,2 – 0,5 kPa.

Účinnosť pri prchavých organických látkach dosahuje 80 – 90 %, pri amoniaku 80 – 95 % a v prípade zápachu 70 – 80 % (BREF, 2002). Efektivita sa stanovuje chemickou analýzou alebo porovnaním zápachu na vstupe a výstupe plynu. Pri aplikácii sa vyžaduje sledovanie hodnoty pH procesu.

 

Kapitálové náklady na sanáciu dosahujú zhruba 5 000 – 15 000 € na 1 m³ za hodinu a náklady na prácu pol dňa v týždni. Energetické náklady sú asi 0,2 – 0,5 kWh na 1 000 m³. Okrem toho je potrebné počítať s nákladmi na manipuláciu s odpadom, ktorý vzniká pri tomto procese. Biologickou aktivitou pri biovypieraní sa zvyšuje koncentrácia solí v cirkulujúcej vode, ktorá sa preto musí občas vypustiť. Vzniknutú odpadovú vodu je potrebné upraviť a odstrániť. Nadbytočný aktivovaný kal sa musí odstrániť, a to v závislosti od kontaminantov alebo degradačných produktov, napr. spaľovaním. Z nádrží na cirkulujúcu vodu môže príležitostne unikať zápach. Preto treba zabezpečiť odsávanie unikajúcich plynov a ich následné privádzanie do zariadenia na úpravu by malo byť povinné (BREF, 2002).

 

© Atlas sanačných metód environmentálnych záťaží

Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,

Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová a Vlasta Jánová

Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava 2010, 360 s,

ISBN    978-80-89343-39-3