lotosserwis.pl
66 CHEMIA PRZEMYSŁOWA 4/2021
typu instalacjach wykonane jest z materiałów obojętnych chemicznie, takich jak węgiel aktywny, struktury z tworzywa sztucznego – m.in. pierścienie Palla, Białeckiego, pierścienie ceramiczne Raschiga, szklane kulki [8,14]. Jedną z przeważających nad in-nymi metodami zalet biodegradacji zanieczyszczeń gazowych w bioreaktorach ze stałym złożem jest możliwość lepszej kontroli ich warunków pracy, takich jak utrzymywanie odpowiedniego pH oraz składu medium cyrkulującego w reaktorze. Ponadto niewątpliwą zaletą jest prowadzenie całego procesu w jednym aparacie, co daje dużą oszczędność miej-sca i kosztów całkowitych. Z kolei wadą, pojawiającą się podczas pracy bioreaktorów ze stałym złożem, może być nadmierny przyrost biomasy zasiedlają-cej złoże, co może doprowadzić do zatykania złoża i w efekcie spadku wydajności [18]. Istnieją jednak skuteczne metody, aby temu
prze-ciwdziałać, m.in. poprzez chwilowe zwiększenie przepływu fazy ciekłej, czego konsekwencją będzie zerwa-nie części biofilmu z wypełzerwa-nienia [19] lub poprzez odpowiedni dobór mikroorganizmów eliminujących nadmiar biofilmu bakteryjnego (m.in. pierwotniaków), bądź przez dodatek odpowiednich związków chemicznych, których zadaniem jest uszkodzenie części biofilmu bakte-ryjnego [20].
Kompaktowe bioreaktory trójfazowe
Przykładem bioreaktorów ze stałym złożem są kompaktowe bio-reaktory trójfazowe (KBT), które zostały przetestowane i wdrożone
do usuwania LZO i odorów (w tym H2S). Zanieczyszczenia wprowa-dzane do reaktorów KBT zostają zaabsorbowane do cieczy, która stale cyrkulując w reaktorze prze-pływa przez wypełnienie, zwilżając biofilm bakteryjny, w którym dzięki aktywności metabolicznej mikroor-ganizmów, zanieczyszczenia zostają rozłożone do prostych produktów.
W reaktorach KBT istotnymi czyn-nikami wpływającymi na przebieg i efektywność procesu biooczysz-czania powietrza jest dobór odpo-wiedniej grupy mikroorganizmów do określonej grupy zanieczyszczeń i zapewnienie warunków dobrych dla wzrostu i rozwoju tych organi-zmów, takich jak: pH, temperatura, skład roztworu ze składnikami odżywczymi.
KBT zostały dotychczas szeroko zbadane do usuwania LZO oraz odorów (m.in. styren, etanol, octan winylu, benzen, aceton, ksylen, siarkowodór) pochodzących z różnych źródeł. Badania prowadzo-ne były zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i przemysłowych. Przedmiotem najnowszej publikacji Kasperczyk i in. [22] było wdrożenie reaktora KBT opracowanego od skali pilotażowej do pełnej skali przemysłowej dla przemysłu z branży lakiernictwa samochodowego. Wyniki pokazały, że efektywność biodegradacji LZO dla stężeń w gazach wlotowych od 10 do 200 ppm mieści się w zakresie 85 do 99%. Natę-żenie przepływu powietrza wentylacyjnego lakierni było na poziomie 1-10 m3/h. Z kolei dla przepływów sięgających 6000 m3/h efektywność biooczyszczania powietrza z LZO była na poziomie 85-99%, przy użyciu pełnowymiarowego reaktora KBT.
Z kolei wyniki badań opublikowane przez Kasper-czyk i in. [8] przedstawiają zastosowanie technolo-gii KBT do usuwania LZO i H2S emitowanych przez oczyszczalnię ścieków. Skuteczność usuwania H2S i LZO dla ładunków zanieczyszczeń do 20 g/m3 h wynosiła powyżej 95%. Dla stężenia H2S ok. 200 ppm skuteczność usuwania wynosiła powyżej 97%, nato-miast skuteczność degradacji LZO – 85-99% w za-kresie stężeń 25-240 ppmv. Kilkugodzinny wzrost stężenia H2S do 600 ppmv spowodował zatrucie bioreaktora, którego stabilna praca została osią-gnięta w ciągu 3 godzin od momentu przywrócenia pierwotnego stężenia H2S. Przeanalizowano także możliwość zastosowania reaktorów KBT do oczysz-czania LZO powstających na terenie oczyszczalni ścieków PKN ORLEN S.A. (Kamiński i Koziczyński [23]). W badaniach uzyskano 85-99% biodegradację LZO, których stężenia w gazach zanieczyszczonych wynosiły 0,06-1,75 g/m3 oraz 65-88% dla zakresu 1,7-2,5 g/m3. Redukcja NH3 w całym zakresie stężeń 0,6-5,5 mg/m3 wynosiła powyżej 99%, podobnie jak w przypadku degradacji H2S – w zakresie stężeń 0,1-137 mg/m3 efektywność usuwania to powyżej
99%. Sprawdzono także potencjał technologii KBT do oczyszczania powietrza zanieczyszczonego mieszaniną styrenu, disiarczku dimetylu i etanolu [24]. Średnia efektywność procesu mieszaniny LZO wyniosła powyżej 95% przy niższych zakresach stężenia, 80% przy średnich zakresach stężenia i powyżej 55% dla najwyższych zakresów stężenia zanieczyszczenia (zakresy stężeń wynosiły: siarczek dimetylu 0,027-0,061 g/m3; styren 0,236-1,993 g/m3; etanol 0,045-0,178 g/m3). Skuteczność biodegradacji etanolu w całym badanym zakresie wynosiła 100%.
W pracy Kasperczyk i Urbaniec [25] przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych poprzedzających testy technologii KBT do kopalni rud miedzi. Zba-dano biodegradację 4-składnikowej mieszaniny LZO składającej się z acetonu, benzenu, styrenu i octanu winylu oraz 8-składnikowej mieszaniny zanieczyszczeń, w której dodano do poprzedniej mieszaniny 4-składnikowej ksylen, H2S, disiarczek dimetylu i siarczek dimetylu. Osiągnięto ponad 80%
skuteczność usuwania zanieczyszczeń.
Kasperczyk i in. [26] zbadali zastosowanie kom-paktowego bioreaktora trójfazowego do oczyszcza-nia powietrza z H2S i LZO, emitowanego w kopalni rud miedzi KGHM na głębokości 1000 m pod ziemią.
Skuteczność degradacji H2S wynosiła 80-99% dla stężenia H2S 38 ppm w gazie zanieczyszczonym.
Natomiast podczas skoków stężenia H2S do wartości 40-60 ppm skuteczność usuwania wynosiła 60-80%.
Z kolei efektywność biodegradacji LZO była na po-ziomie 90-100%.
***
Dotychczasowe badania dotyczące efektywności biooczyszczania powietrza z LZO i odorów w reakto-rach KBT były prowadzone zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i w rzeczywistych, panujących w przemyśle. Z uzyskanych wyników badań reali-zowanych w kopalni rud miedzi, przemyśle lakier-niczym „automotive” i oczyszczalniach ścieków można stwierdzić, że analizowana technologia KBT charakteryzuje się dużym potencjałem wdrożenio-wym do różnych gałęzi przemysłu, do degradacji LZO i odorów, w tym także nieorganicznych związków, takich jak H2S i NH3. Dalszy rozwój technologii KBT i jej możliwości wdrożeniowych będzie związany z badaniami nad nowymi grupami zanieczyszczeń emitowanych przez dotąd niezbadane źródła odorów i LZO, w tym także z doborem odpowiednich grup mikroorganizmów i odpowiednich warunków pa-nujących w reaktorach. Pozwoli to na sprawdzenie skuteczności reaktorów KBT w nowych gałęziach przemysłu i obiektywnej ocenie dalszych kierunków implementacji technologii.
Literatura dostępna w redakcji
BIOREAKTORY KBT w pełnej skali przemysłowej wdrożone dla przemysłu lakierniczego (Ekoinwentyka sp.
z o.o.)
O C H R O N A Ś R O D O W I S K A
68 CHEMIA PRZEMYSŁOWA 1/2022