Use of compact trickle bed bioreactor for the purification of air from a VOC’s mixture – preliminary research

• Autorzy: Kasperczyk D. , Barbusiński K. , Kozik V.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study presents the preliminary results of research with the aim to test a Compact Trickle-Bed Bioreactor (CTBB) to the biopurification of air from VOC’s mixtures (ethyl alcohol, dimethyl sulphide, styrene). The experiments were performed using a 45 dm3 semi-industrial scale bioreactor in which gas and liquid phases flowed co-currently in downward direction through a bed made up of polyethylene rings. The bioreactor was inoculated with a co-culture of microorganisms including bacterial strains found in the wastewater and adopted to chosen pollutants. The gas-flowrate was 4.0 m3/h and VOC concentration in the gas phase was changed from 40 to 255 ppm. In the whole period of research the efficiency of pollutant removal was in the range 92-99%. The lowest result of efficiency was achieved in the 2nd day of research as a response of the highest concentration of VOC. Possible consequences of a violent pollutant overload and the time required for regenerating the microorganisms and returning to the stable process conditions were also investigated. An increase of VOC concentration to 220-255 ppm did not significantly influence the deterioration of process efficiency. After the period of adaptation of microorganism to the process condition and immobilization of microflora on the packing material, the experimental set-up has been working reliably for 21 days.

PL

Opisano wstępne wyniki badań mających na celu przetestowanie Kompaktowego Bioreaktora Trójfazowego (KBT) do oczyszczania powietrza z mieszaniny Lotnych Związków Organicznych (LZO) zawierających alkohol etylowy, siarczek dimetylu i styren. Eksperymenty prowadzono przy użyciu bioreaktora w skali półtechnicznej (45 dm3), w którym faza gazowa i ciekła spływa współprądowo przez złoże z pierścieni polietylenowych. Na złożu zostały immobilizowane specjalnie wyselekcjonowane ze ścieków szczepy bakterii zaadaptowane następnie do degradacji badanej mieszaniny LZO. Natężenie przepływu fazy gazowej wynosiło 4.0 m3/h, natomiast stężenie LZO w fazie gazowej zmieniano w przedziale 40-255 ppm. Efektywność usuwania badanej mieszaniny LZO była w zakresie 92-99%. Sprawdzano również reakcję mikroorganizmów na przeciążenie spowodowane gwałtownym wzrostem stężenia LZO oraz czas wymagany do adaptacji mikroorganizmów po powrocie układu do stabilnych warunków procesowych. Obciążenie reaktora mieszaniną LZO o stężeniu w granicach 220-255 ppm, nie wpłynęło znacząco na obniżenie efektywności procesu. Po okresie adaptacji mikroorganizmów do warunku procesu oraz ich immobilizacji na wypełnieniu bioreaktora, instalacja doświadczalna pracowała niezawodnie przez 21 dni osiągając wysoką skuteczność oczyszczania powietrza z mieszaniny LZO.

Słowa kluczowe

EN

VOC; ethyl alcohol; dimethyl sulphide; styrene; biopurification; compact trickle-bed bioreactor

PL

VOC; alkohol etylowy; siarczek dimetylu; styren; biooczyszczanie

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 9, no. 2
• Strony: 137--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Kasperczyk D.

• Ekoinwentyka Ltd., Szyb Walenty 26, 41-707 Ruda Śląska, Poland

autor

Barbusiński K.

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Institute of Water and Wastewater Engineering, Konarskiego 18, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Kozik V.

• University of Silesia, Department of Chemistry, Szkolna 9, 40-007 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Kasperczyk D., Urbaniec K.; Application of a compact trickle-bed bioreactor to the biodegradation of pollutants from the ventillation air in a copper-ore mine. J. Clean. Prod., Vol. 87, 2015; pp.971-976.
• [2] Vodicka P., Koskinen M., Naccarati A., Oesch- Bartlomowicz B., Vodickova L., Hemminki K., Oesch F.; Styrene metabolism, genotoxicity, and potential carcinogenicity. Drug Metabolism Rev., Vol.38(4), 2006; pp.805-853.
• [3] Nicell J.A.; Assessment and regulation of odour impacts. Atmospheric Environment, Vol.43, 2009; pp.196-206.
• [4] Park J.; Biodegradation of Paint VOC Mixtures in Biofilters. PhD thesis, The University of Texas at Austin, December, 2004.
• [5] Diks R.M.M., Ottengraf S.P.P.; Verification studies of a simplified model for the removal of dichloromethane from waste gases using a biological trickling filter. Bioprocess Eng., Vol.6, 1991; part I: pp.93-99, part II: pp.131-140.
• [6] Hekmat D., Vortmeyer D.; Modelling of biodegradation processes in trickle bed bioreactors. Chem. Eng. Sci., Vol.49, 1994; pp.4327-4345.
• [7] Spigno G., Zilli M., Nicolella C.; Mathematical modelling and simulation of phenol degradation in biofilters. Biochem. Eng. J., Vol.19, 2004; pp.267-275.
• [8] Kasperczyk D., Bartelmus G.; Purification processes e biodegradation of vinyl acetate from waste air in a trickle-bed bioreactor (TBB). Chem. Eng. Trans., Vol.21, 2010; pp.595-600.
• [9] Hwang J.W., Choi C.Y., Park S.; Biodegradation of gaseous styrene by Brevibacillus sp. using a novel agitating biotrickling filter. Biotechnol. Lett., Vol.30, 2008; pp.1207-1212.
• [10] Kasperczyk D., Bartelmus G., Gaszczak A.; Removal of styrene from dilute gaseous waste streams using trickle- bed bioreactor: kinetics, mass transfer and modeling of biodegradation process. J. Chem. Technol. Biotechnol., Vol.87(6), 2012; pp.758-763.
• [11] Lu C., Chu W., Lin M.-R.; Removal of BTEX vapor from waste gases by a trickle bed biofilter. J. Air Waste Manag. Assoc., Vol.50, 2000; pp.411-417.
• [12] Hernández M., Muñoz R., Daugulis A.J.; Biodegradation of VOC mixtures of different hydrophobicities in two-phase partitioning bioreactors containing tailored polymer mixtures. J. Chem. Technol. Biotechnol., Vol.86(1), 2011; pp.138-144.
• [13] Kasperczyk D., Urbaniec K., Barbusinski K.; Removal of pollutants from the air in a copper-ore mine using a compact trickle-bed bioreactor. Chem. Eng. Trans., Vol.39, 2014; pp.1309-1314.
• [14] http://forszt.us.edu.pl/kasperczyk-damian/.
• [15] www.ekoinwentyka.pl
• [16] Deshusses M.A., Cox H.H.J.; Biotrickling filters for air pollution control. In book: Encyclopedia of Environmental Microbiology, University of California, Riverside, California, USA. 2003.
• [17] Iliuta I., Iliuta M.C., Larachi F.; Hydrodynamics Modeling of bioclogging in waste gas treating tricklebed bioreactors. Ind. Eng. Chem. Res., Vol.44, 2005; pp.5044-5052.
• [18] Schönduve P., Sára M., Friedl A.; Influence of physiologically relevant parameters on biomass formation in a trickle-bed bioreactor used for waste gas cleaning. Appl. Microbiol. Biotechnol., Vol.45, 1996; pp.286-292.
• [19] Farnazo D.M., Nisola G.M., Han M., Yoo N., Chung W.-J.; Intermittent trickling bed filter for the removal of methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone. Bioprocess Biosyst. Eng., Vol.35, 2012; pp.579-590.
• [20] Bartelmus G., Kasperczyk D.; The biological purification of gases in three-phase reactors with a fixed bed. Annual Report, Polish Academy of Sciences, 2005; pp.52-54.
• [21] Klepacka K., Bartelmus G., Gąszczak A., Kasperczyk D.; Metodyka adaptacji wybranych mikroorganizmów do biodegradacji lotnych związków organicznych. (Methodology of selected microorganisms adaptation for the biodegradation of volatile organic compounds). Chemia-Ekologia-Dydaktyka-Metrologia, R. VIII, No.1, 2003; pp.1-8.
• [22] Bartelmus G., Klepacka K., Gąszczak A., Kasperczyk D.; Kinetyka biodegradacji octanu winylu w reaktorze okresowym. (Biodegradation kinetics of vinyl acetate in a batch reactor). Prace Naukowe IICh PAN, Vol.8, 2006; pp.5-17.