&quot

"Очистка газов от органических соединений методом биофильтрации"
Биофильтр – это обладающий биологическим воздействием реактор неподвижного слоя
для очистки воздуха или воды. Главной его целью является фильтрация газообразных
примесей и растворенных в очищаемом веществе субстанций, а не твердых частиц.
Идея очищать отработанный воздух биологическим путем возникла еще в семидесятые
годы двадцатого века, однако впервые была применена на практике лишь в 1980 году
благодаря интенсивному исследованию ученых. Основываясь на микробиологической
методике, несколько лет спустя была разработана концепция модульной установки с
возможностью универсального применения.
Биофильтрация является наиболее выгодной с экономической точки зрения и наиболее
отработанной технологией очистки отходящих газов. Она может быть успешно
использована для защиты атмосферы на предприятиях пищевой, табачной,
нефтеперерабатывающей промышленности, станциях очистки сточных вод, а также в
сельском хозяйстве.
Микробиологические методы очистки воздуха от вредных примесей бытового и
промышленного происхождения, объединяемые общим термином «биофильтрация»,
основаны на естественной способности микроорганизмов, образующих биологически
активную пленку (biofilm) на поверхности твердого пористого носителя, извлекать из
проходящего сквозь этот носитель воздуха примеси органических и неорганических
летучих веществ, включая органические вещества искусственного происхождения
(ксенобиотики), окислять и разлагать их до воды и углекислого газа.
Долгое время микробиологические методы удаления бытовых и промышленных
загрязнений интенсивно применялись лишь в области очистки воды и почвы. Методы
биологической очистки воздуха были ограничены достаточно примитивными
технологиями удаления запахов, главным образом, сельскохозяйственных, с
использованием малопроизводительных и громоздких почвенных фильтров. Настоящая
революция в области технологий микробиологической фильтрации воздуха произошла в
начале восьмидесятых годов прошлого века, когда родилась идея использования
корпусного высокоактивного микробиологического фильтра, состоящего из прочного
корпуса с размещенными в нем полками с биологически активным катализатором, на
поверхности которого образуется биопленка, орошаемым питательным раствором,
циркулирующим внутри корпуса биофильтра.[1]
Принцип действия биофильтра
Биофильтрация представляет собой относительно простой и экономичный процесс
очистки отработанного воздуха, содержащего летучие органические соединения и
неприятные запахи. При этом микроорганизмы разлагают вредные и пахучие вещества в
такие безобидные продукты как двуокись углерода и воду. Биофильтры используются
преимущественно для очистки воздуха. Для специфичных случаев также возможна
биологическая очистка сточных вод, основанная по аналогичному принципу.
Биологическая очистка отработанного воздуха использует микроорганизмы, чтобы
удалять вредные вещества из воздуха путем микробиологического распада. В роли
расщепителей выступают различные микроорганизмы, такие как бактерии или грибы.
Весь процесс сводится к следующему: микроорганизмы превращают вредные вещества с
помощью кислорода в углекислоту и воду, а это значит, что речь идет о реакции распада
материи.
Эта реакция может протекать только тогда, когда вредные вещества из газообразного
состояния переходят в жидкое, так как вода составляет жизненное пространство
микроорганизмов. Именно поэтому переход вредных веществ в жидкое состояние
является важнейшим фактором всех биологических методов. Выживают лишь те
микроорганизмы, которые могут лучшим образом приспособиться к господствующим
условиям и к питательной базе. При этом всегда речь идет о смеси из различных
гетеротрофных видов, которые используют вредные вещества в воздухе как источник
углерода и энергии.
Существуют различные виды биофильтров в зависимости от способа их эксплуатации и
области применения.
Например:плоскийрукавный,контейнерноготипа,дляколодцев,этажный,сотовый,башенны
й.
В некоторых случаях перед биофильтром расположена воздухопромывная камера, в
которой газ приобретает относительную влажность равную почти 100%. Это должно
предотвращать высыхание материала. Кроме того, при необходимости в
воздухопромывной камере происходит удаление из газа твердых частиц. Насыщенный
водяным паром и очищенный от пыли сырой газ поступает непосредственно в биофильтр,
в котором находится фильтрующий материал. Благодаря дополнительному орошению он
всегда остается влажным. Именно здесь и живут микроорганизмы. При прохождении
через фильтрующий слой вещества в составе отработанного воздуха сорбируются на
поверхности материала, таким образом становясь питательной базой для обитающих здесь
бактерий.
Чтобы гарантировать высокую микробную активность в фильтре, должны соблюдаться
оптимальные условия для жизни микроорганизмов: уровень pH, влажность, температура и
регулярное поступление питательного вещества. Практика показывает, что
развивающиеся в биофильтрах микробные смешанные популяции очень выносливы, если
соблюдать вышеперечисленные условия.
Фильтрующий материал
К фильтрующему материалу также предъявляются определенные требования.
Он должен обладать большой специфической поверхностью и вместе с тем комфортной
зоной размножения для микроорганизмов, которая:
хорошо сохраняет влажность,
допускает лишь незначительное падение давления при прохождении газа,
самостоятельно регулирует колебания величины pH,
обеспечивает равномерное прохождение через фильтрующий слой,
имеет незначительную скорость перегнивания.
Кроме того, микроорганизмы должны снабжаться неорганическими питательными
веществами и микроэлементами. Следующие материалы могут использоваться в качестве
фильтрующего слоя:
Компост из древесины или мусора
Вереск, хворост или волокна кокосовой пальмы
Продукты торфа
Бумажный гранулят
Дополнительно для разрыхления добавляют инертные материалы, такие как керамзит,
стиропор или пенопласт. При этом фильтрующий слой является не только носителем для
микроорганизмов, но и поставщиком питательных веществ.
Преимущества и недостатки биофилтрации
При эксплуатации биофильтра основная проблема заключается в предотвращении
высыхания или чрезмерного увлажнения фильтрующего слоя, а, следовательно,
обеспечения равномерного прохождения через него загрязненного воздуха.
Этого можно достигнуть, прежде всего, капсуляцией биофильтров. В качестве
недостатков этих устройств можно отметить следующие:
большие размеры занимаемой площади
затраты на энергию для повышения давления
необходимость дополнительного орошения
Однако по сравнению с другими методиками, например, с ионизацией воздуха при
помощи ионизирующих труб, постоянный биологический процесс чистки благодаря
экономии CO2 и многочисленными экономическими аспектами (средние расходы на
приобретение, большой срок эксплуатации, средние издержки производства) является
более выгодным.
Технологические основы
Технологической основой является по существу биохимическое окисление и вместе с тем
разложение и преобразование материалов бактериями, грибами и дрожжами в безвредные
и не обладающие неприятными запахами субстанции.
Предпосылками является то, что вредные материалы водорастворимы, биологически
разлагаемы и не токсичны для микроорганизмов.
Быстро растущая популяция микроорганизмов, обитающая на фильтрующем слое,
использует содержащиеся в загрязненном воздухе летучие органические соединения для
собственных обменных процессов. Распад происходит при аэробных условиях и
достаточном количестве кислорода. Последнее обеспечивается его достаточным
содержанием непосредственно в воздухе. Необходимо использовать насыщенный
водяным паром отработанный воздух, так как материал фильтра должен быть влажным.
Скорость удаления вредных примесей из воздуха в процессе биоочистки может
лимитироваться как диффузией веществ из газовой фазы в биокаталитический слой, так и
скоростью протекания биохимических реакций в микробных клетках. При высокой
входной концентрации вредных веществ в воздухе процесс их деструкции в ходе
прохождения потока через фильтрующий слой неравномерен. Сначала разрушаются
легкодоступные вещества и только в конце процесса начинается разрушение
труднодеградируемых соединений. Так, при присутствии в воздухе в качестве вредных
примесей бутанола, этилацетата, бутилацетата, толуола последний утилизируется
микроорганизмами только после окисления всех остальных веществ.
Стационарное состояние и наиболее высокая скорость биоочистки достигаются спустя
некоторое время после запуска биофильтра. Требуется некоторый период для созревания
и адаптации микробиологического ценоза. Длительность периода адаптации зависит от
концентрации веществ в воздухе и микробного пейзажа в диффузионном слое и может
составлять от нескольких часов до нескольких недель. Концентрация микроорганизмов в
ходе очистки возрастает и может стать избыточной. Поэтому периодически материал
фильтрующего слоя приходится обновлять. Длительность циклов достаточно велика и
составляет несколько лет.
Области применения биофильтров
Биофильтры находят свое применение для биологической очистки воздуха в следующих
сферах:
Станции по очистке сточных вод
Полигоны ТБО, заводы по переработки мусора
Предприятия по покраске поверхностей с использованием растворителей (металл, дерево,
пластмассы)
Переработка продуктов питания, грибные фермы, коптильни
Маслобойные предприятия и компании солодоращения
Сельскохозяйственные установки
Биогазовые установки, переработка газа из органических отходов
Скотоводческие фермы
Заводы по производству комбикормов
Скотобойни
Установки для сушки шлама
Промышленные производственные комплексы.[4]
Масштабы промышленного применения методов биологической очистки воздуха в
настоящее время незначительны. Наиболее распространенным типом установок являются
биофильтры. Они достаточно дешевы, малоэнергоемки, требуют незначительного расхода
воды. Но производительность биофильтров составляет всего 5-400 м3 очищаемого
воздуха на 1 м2 поперечного сечения фильтрующего слоя в час. Это определяется низким
содержанием микроорганизмов в единице объема материала фильтрующего слоя. Высота
биофильтров из-за требований однородности структуры и газодинамических ограничений
не превышает 1 м. Поэтому они занимают большие площади (от 10 до 1600 м2). Степень
очистки воздуха в биофильтрах достаточно высокая.
УСТАНОВКА биологической очистки выбросов воздуха БИОФИЛЬТР:
Установка «Биофильтр» предназначена для биологической очистки и дезодорирования
промышленных газовоздушных выбросов, содержащих органические компоненты
различной природы. Области применения: химическое, лакокрасочное,
резинотехническое, мебельное, табачное, деревообрабатывающее, пищевое и др.
производства.
Технология очистки газовоздушных выбросов основана на разложении
микроорганизмами вредных органических веществ, содержащихся в газовоздушной смеси
и являющихся источником энергии для биомассы. Органические соединения разлагаются
на углекислый газ и воду. Подбор консорциумов микроорганизмов осуществляется в
зависимости от состава очищаемых смесей. Суммарная концентрация углеводородов в
очищаемых газах должна находиться в пределах от 400 до 7000 мг/м3. При запыленности
очищаемых вентвыбросов более 5 мг/м3 необходима установка предочистки от пыли.
Установка эксплуатируется при температуре воздуха в помещении от +18 до +35 0С,
относительной влажности до 60 %. Температура рабочей зоны + 25…350С, оптимальное
значение 280С.
Состав «Биофильтра»:
Установка состоит из модуля биофильтра, накопительного бака, электронасосного
агрегата и блока управления.
В состав модуля биофильтра входят:
рабочая зона с ярусами носителя биомассы, форсунками системы орошения носителя
биомассы;
емкость минерального раствора с носителем биомассы и раздаточными трубами сжатого
воздуха;
верхняя крышка с выходным патрубком.
Устройство и порядок работы установки:Вытяжной вентилятор создает в системе
воздуховодов установки разрежение, необходимое для преодоления аэродинамического
сопротивления биофильтра, и обеспечивает необходимый расход воздуха через установку.
Выбросы загрязненного воздуха через патрубок попадают в рабочую зону биофильтра (на
рисунке изображен БФС-8) и увлажняются посредством контакта с разбрызгиваемым в
объеме рабочей зоны и стекающим по отбойному листу питательным раствором. Поток
воздуха проходит последовательно ярусы носителей бактерий, орошаемых питательным
раствором из форсунок. На поверхности носителя происходит биодеструкция
органических веществ. Из рабочей зоны очищенный воздух через каплеуловитель
поступает в выходной патрубок, который присоединяется к воздуховоду выброса
очищенного воздуха в атмосферу.
Питательный раствор, стекая по отбойному листу, попадает в емкость с питательным
раствором.
Из накопительного бака через сетчатый фильтр, предотвращающий попадание крупных
конгломератов биомассы, питательный раствор электронасосным агрегатом подается в
форсунки системы увлажнения.
При необходимости, загрязненный воздух подогревается насыщенным водяным паром
или в электро- (паровых) калориферах.
Основные технические данные и характеристики Биофильтра:
1. Производительность номинальная по очищаемому воздуху, м3/час
7500
2. Площадь поперечного сечения, м2
4,0
3. Объем рабочей зоны, м3
6,0
4. Расход (максимальный) раствора на орошение носителя биомассы, л/час
6300
5. Расход воды водопроводной (компенсация уноса и испарения), л/час
до 200
6. Запас минерального раствора в емкости, л
~ 2400
7. Начальное аэродинамическое сопротивление, Па
360±120
8. Конечное аэродинамическое сопротивление, Па
1200±300
9. Скорость воздуха в биофильтре, м/сек
10. Степень очистки, %
0,52
не менее 70-85
11. Номинальная потребляемая мощность, кВт
0,75 (2,0)
12. Габаритные размеры, длина* ширина * высота, м
2,2*2,2*5,4
13. Масса установки (сухой), кг
14. Режим работы
выходной
2000
рабочий,
Эффективность очистки для различных органических загрязнений:
Загрязнения Степень, %
Ацетон
80
Формальдегид 85
Аммиак
85
Углеводороды
75
Ацетальдегид
70
Изопропанол
70
Бутанол
85
Меркаптан
80
Бутилацетат
85
Метанол
85
Ксилол
70
Фенол
85
Этанол
85
Стирол
85
Этилбензол
80
Толуол
75
Этилацетат
85
Уайт-спирит
80
На базе модулей биофильтра, по заказу, выпускаются установки с суммарной
производительностью по очищаемому воздуху до 60 тыс.м3/час.[2]
Абсорбционно-биохимические установки (АБХУ)
Абсорбционно-биохимическая установки (АБХУ) предназначены для мокрой очистки
вентиляционного воздуха от вредных органических веществ в литейных, покрасочных,
деревообрабатывающих, мебельных, химических и других производствах.
Эффективность очистки вентвоздуха от: триэтиламина, фенола, формальдегида, фурилового спирта, фурфурола составляет 96-99,9%; изоцианатов, метанола, цианидов, уайт-
спирита, ксилола, толуола, бутилацетата, этилацетата, акролеина, аммиака – 70-96%;
смолистых включений, окрасочной аэрозоли и взвешенных веществ – 99,9%.
Устройство АБХУ
Вентиляционный воздух, удаляемый от технологического оборудования, с помощью
вентилятора подается в абсорбер, где на массообменной решетке расположен слой
насадки . Насадка непрерывно орошается абсорбентом, подаваемым насосом и находится
в «кипящем» состоянии, что обеспечивает интенсивный массообмен между газовой и
жидкой фазами. В качестве абсорбента применяется техническая вода. Регенерация
абсорбента осуществляется в биореакторе, где с помощью специально
селекционированного штамма микроорганизмов вредные органические вещества
минерализуются до СО2 и Н2О. Для обеспечения активной жизнедеятельности
микроорганизмов, за счет добавления в биореактор биогенных добавок, в растворе
поддерживается концентрация азота и фосфора. Очищенный абсорбент вновь подается на
орошение в абсорбер. Установка имеет замкнутый цикл циркуляции абсорбента и не
имеет стоков в канализацию. Очищенныйвентвоздух после сепарации выбрасывается в
атмосферу.
Технико-экономические характеристики АБХУ
АБХУ производительностью по вентвоздуху, нм3/ч
10 000
20 000
30 000
Габариты, мм
5760x2160x5760
6180x4920x6200
6370x5200x6600
Вес установки, кг
7600
11700
16400
Вес установки в рабочем состоянии (не более), кг
26000
42000
53000
Установленная мощность, кВ
39,2
50,5
50,5
Эксплуатационные затраты. Расходные материалы:
Техническая вода для компенсации потери раствора при испарении – 400 л/сут;
Биогенные добавки 20-40 кг/год.
Стоимость расходных материалов составляет 150-250 € в год.[3]
Биофильтрациядляустранениянеприятногозапаха
Существуют также различные биологические препараты - нейтрализаторы запахов,
действующие по принципу нейтрализации летучих соединений. Биопрепарат представляет
собой комплекс биологических экстрактов растительного происхождения, вступающих в
биохимические реакции с летучими соединениями широкого спектра от химических:
ацетона, фенолов, до органических: меркаптанов, сероводорода, аммиака, и в результате
реакции уничтожающих летучие соединения и нейтрализующих запахи вызванные этими
летучими соединениями. Биопрепарат не маскирует запах с помощью ароматизаторов или
отдушек, но уничтожает запах путем естественной очистки воздуха от летучих
соединений. Результатом действия препарата является приемлемый уровень запаха
(интенсивностью 1-2 балла) без посторонних ароматов (ароматизаторов, отдушек).
Основная область применения устройств биологической фильтрации - это очистка воздуха
от неприятного запаха. Микробиологический распад веществ, образующих неприятный
запах, на углекислый газ и воду происходит при окружающей температуре, так что нет
никакой необходимости задействовать дополнительную энергию и добавки.
Проблемы возникновения невыносимого запаха часто встречаются вблизи от очистных
установок, свалок, литейных заводов, пивоварен, предприятий пищевой промышленности,
мест содержания животных, заводов по переработки мусора, сельскохозяйственных
предприятий и скотобоен. Биофильтрация представляет собой самый малозатратный и
самый надежный метод для уничтожения неприятных запахов - степень ее эффективности
достигает 99%.
Биофильтры для канализационных колодцев
Биофильтры для колодцев устанавливаются непосредственно под брызговиком в шахту
колодца, тем самым предотвращая выход сильных запахов из канализации. Они содержат
интегрированный брызговик и фильтрующий слой (смесь из торфа и композита для
микроорганизмов). Поступающая с поверхности вода направляется в всасывающий
раструб под коллектором шлама и отводится по сточной трубе. Резиновая прокладка
предотвращает выход неочищенного воздуха. Современные фильтры больше не
препятствуют воздушному просачиванию. Современные фильтры на бумажной основе не
требуют дополнительного обслуживания и функционируют от 5 до 6 лет без постоянного
контроля и ухода. Их эффективность составляет около 99%.[4]
Cписок литературы:
1.http://www.biochemi.ru/chems-824-4.html
2.http://sfera-saratov.ru/oborud/biofiltrsbfs/
3. http://lityo.com.ua/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/617-analiz-iopyt-ochistki-ventilyatsionnogo-vozdukha-na-promyshlennykh-predpriyatiyakh
4.http://www.ecolo.ru/technology/sistemy/biofiltry-dlya-ochistki-vozduha/