Kropený biofilter
Princíp
Princíp kropeného biofiltra je podobný ako pri biovypieraní. Na rozdiel od biovypierania, mikroorganizmy sú usadené na podporných elementoch. Do biofiltra s inertnou náplňou väčšinou zospodu vstupuje plyn s odstraňovanými prchavými látkami a protismerne preteká kropiaca kvapalina. Molekuly znečisťujúcich látok sa rozpúšťajú vo vode a z nej prestupujú do biofilmu vytvoreného na inertnej náplni. Prestup hmoty z plynnej fázy do kvapalnej a z kvapalnej do biofilmu určuje rýchlosť biologického odbúravania (Kyclt, 2006).
Použiteľnosť
Použitie biofiltrácie s kropeným biofiltrom je porovnateľné s biovypieraním. Existujú len malé rozdiely v znečisťujúcich látkach, pri ktorých sa tieto dve metódy dajú aplikovať. Táto sanačná metóda je veľmi vhodná na filtráciu alkoholov (metanol, etanol, butanol, glykol, diglykol, butylglykol), aldehydov a ketónov (formaldehyd, acetaldehyd, acetón, MIBK), karboxylových kyselín a ich esterov (kyselina octová, kyselina propiónová, kyselina butánová, n-butylacetát, etylacetát, metylmetakrylát, ester kyseliny glykolovej), fenolov (fenol, kresol), tiolov, amínov, amoniaku, heterocyklických zlúčenín dusíka, dichlórmetánu, 1,2-dichlóretánu, chlórofenolov a sírovodíka. Biofiltrácia s kropeným biofiltrom je vhodná aj na odbúravanie styrénu, naftalénu, heterocyklických zlúčenín síry, sírouhlíka, trichlóreténu a vinylchloridmonoméru (VCM). Táto metóda nie je vhodná v prípade alifatických uhľovodíkov (metán, pentán), perchlóreténu a 1,1,1-trichlóretánu.
Kropený biofilter je vhodný v prípadoch, keď pri biologickej degradácii môže vzniknúť väčšie množstvo kyslých metabolitov. Táto situácia môže prerásť až do stavu, keď vyrovnávacia kapacita pH biofiltra je efektívna len krátky čas a nízke pH môže zastaviť biofiltráciu (Diks a Ottengraf, 1992).
Základná charakteristika
V biologickom reaktore s kropeným biofiltrom kvapalná fáza nepretržite cirkuluje lôžkom z inertného materiálu. Výplň môže obsahovať nepravidelný sypaný materiál (napr. krúžky) alebo štruktúrované výplne. Pri výbere materiálu výplne je nevyhnutné pri každom individuálnom prípade zabezpečiť, aby sa ani v prípade predpokladanej nadbytočnej tvorby kalu reaktor počas dlhodobého použitia neupchal. Povrchové vlastnosti výplne musia byť také, aby sa biofilm mohol pevne usadiť. Kvapalná fáza adsorbuje znečisťujúce látky v odpadovom plyne a kyslík a dopravuje ich k biofilmu. Tam prebieha biologická transformácia. Kvalita prechodu z plynnej fázy do kvapalnej a eliminačná schopnosť reaktora zásadne závisia od povrchovej plochy kropenej výplne. Aby sa dosiahli optimálne eliminačné výsledky, t. j. maximalizovanie kropenej povrchovej plochy, mala by sa kvapalná fáza rozširovať po povrchu biofilmu rovnomerne (BREF, 2002).
Imobilizácia biomasy a vytváranie biofilmu je všeobecne prirodzene kontrolovaný/riadený proces, ktorý sa začína po zaštepení vodnej fázy. Súvislo cirkulujúca kvapalná fáza berie na seba funkciu zásobovania populácie mikróbov potrebnými živinami. Zároveň vymýva z reaktora nadbytočný aktivovaný kal a reakčné produkty, ktoré môžu pôsobiť ako inhibítory, napr. HCl pri degradácii dichlórmetánu. V kvapalnej fáze je nevyhnutné sledovať základné podmienky, medzi ktoré patrí hodnota pH, živiny a hromadenie solí.
Pri použití biovypierania narastá obsah solí. Medzi opatrenia na zabránenie nadbytočnej tvorby solí patrí dostatočné odoberanie adsorbenta a súbežné pridávanie čistej vody, použitie zmäkčenej vody a nasycovanie prúdiaceho plynu parou. Schéma biofiltrácie v kropenom biofiltri je na obr. 4.3.3.
Obr. 4.3.3. Schéma biofiltrácie s kropeným biofiltrom (BREF, 2002).
Vysvetlivky: 1 – znečistený plyn, 2 – voda, 3 – odpadová voda, 4 – vyčistený vzduch.
Pri biofiltrácii s kropeným biofiltrom sa zvyšuje koncentrácia solí v cirkulujúcej vode, a preto je potrebná jej pravidelná výmena. Takúto odpadovú vodu je potrebné vhodným spôsobom spracovať alebo zneškodniť.
Odstrániť a zneškodniť sa musí aj nadbytočný aktivovaný kal, a to v závislosti od kontaminantov alebo produktov degradácie, napr. spaľovaním.
Niekedy môže z nádrží s cirkulujúcou vodou unikať zápach. Vtedy je nevyhnutné zachytávanie odpadového plynu a jeho následné privádzanie do čistiaceho zariadenia (BREF, 2002).
Výhody a limitácie
Kropený biofilter je oproti klasickému biofiltru s pevným lôžkom sofistikovanejší a je náročnejší na konštrukčné vyhotovenie a prevádzku. Účinnosť je obmedzená danou rozpustnosťou znečisťujúcich látok vo vode. Nevýhodou sú vyššie prevádzkové náklady oproti klasickému biofiltru s pevným lôžkom a nedá sa použiť na odstraňovanie látok nerozpustných vo vode. Kropený biofilter je najúčinnejší pri teplote medzi 15 – 40 ºC (optimum je 30 – 35 ºC). Koncentrácia mikroorganizmov by mala byť aspoň 15 g . l–1 suchej hmoty. Koncentrácia prchavých organických látok v znečistenom plyne môže byť v rozmedzí 400 – 2 000 mg . m–3, amoniaku 100 – 400 mg . m–3, sírovodíka 50 – 200 mg . m–3, tiolov 5 – 100 mg . m–3 a koncentrácia zápachu viac ako 20 000 zápachových jednotiek na m3 (BREF, 2002).
Výhodou biofiltrácie s kropeným biofiltrom je biodegradácia absorbovaných zložiek, možnosť malých úprav pH prostredia a vhodnosť v prípade stredne silnej koncentrácie prekysľujúcich zlúčenín obsahujúcich síru, chlór a dusík.
Nevýhodou metódy je veľký vplyv zmien v kvalite prichádzajúceho prúdu plynu na efektivitu a ťažšie odstraňovanie slabo rozpustných zložiek. Pri použití je potrebné vyhnúť sa jedovatým látkam a vysokej koncentrácii prekysľujúcich látok. Keďže inertný materiál neobsahuje živiny, musí sa často preplachovať roztokom s rozpustenými živinami na podporu stabilného biofilmu. Treba zabezpečiť vhodné pH, aby sa dosiahla dostatočná čistiaca efektivita (Seedorf et al., 2005).
Podmienky v kropenom biofiltri podporujú rast biomasy, a preto zanášanie biofiltra nadbytočným aktivovaným kalom môže spôsobiť jeho degradáciu. To môže výrazne znížiť efektivitu odstraňovania znečisťujúcich látok (Choi et al., 2004).
Trvanie čistenia a účinnosť
Na dosiahnutie požadovaného vyčistenia ošetrovaného plynu v kropenom biofiltri je potrebný zodpovedajúci čas čistenia. Hlavné faktory určujúce potrebný čas čistenia ošetrovaného plynu v zariadení sú rýchlosť prestupu znečistenia k degradujúcim mikroorganizmom a rýchlosť degradácie či transformácie znečisťujúcich látok mikroorganizmami. Dĺžka čistenia ošetrovaného plynu v kropenom biofiltri sa obvykle pohybuje v rozmedzí sekúnd až desiatok sekúnd. Pokles tlaku je 0,1 – 1 kPa.
Účinnosti pri prchavých organických látkach, amoniaku a sírovodíku dosahuje 80 – 95 %, pri zápachu a tiolov 70 – 90 %, pri sírouhlíku a vinylchloridmonomére 98 – 99 % a pri styréne 80 %.
Efektívnosť biofiltrácie s kropeným biofiltrom sa stanovuje porovnaním koncentrácie pri vstupe a výstupe. Zloženie absorbujúcej vody by sa malo monitorovať nepretržitým meraním parametrov ako pH, teplota, koncentrácia kyslíka a vodivosť (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