Zastosowanie reaktorów trójfazowych w procesach oczyszczania powietrza z lotnych związków organicznych

• Autorzy: Kasperczyk D. , Bartelmus G. , Klepacka K. , Gąszczak A.

Warianty tytułu

EN

The Application of Trickle - Bed Reactors for the Process of Purification of Air from Volatile Organic Compounds (VOC's)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było eksperymentalne określenie efektywności procesu oczyszczania powietrza z lotnych związków organicznych (VOC's - Volatile Organie Compounds) za pomocą immobilizowanych na złożu bakterii. Proces prowadzony był w reaktorze trójfazowym o pojemności 17 dm3, pracującym przy współprądowym przepływie fazy ciekłej i gazowej. Fazą gazową w badaniach było powietrze zanieczyszczone octanem etylu, natomiast fazą ciekłą był roztwór soli mineralnych dostarczany do reaktora w ilości zapewniającej pokrycie wypełnienia filmem cieczy. Stężenie octanu etylu w gazie dopływającym do reaktora i opuszczającym złoże, w cieczy na wlocie i wylocie z reaktora oraz w fermentorze określano chromatograficznie. W procesie biokatalizatorem były bakterie Pseudomonas Fluoreseens immobilizowane na polipropylenowych pierścieniach Ralu Ring l5xl5 mm, usypanych w warstwę o wysokości 0,7 m. W trakcie procesu prowadzona była systematyczna kontrola aktywności materiału biologicznego za pomocą systemu Oxi Top. Analiza jakościowa mikroflory wykonywana była za pomocą programu Apilab, natomiast oznaczenie ilościowe bakterii realizowano spektrofotometrycznie. Badania wykonano w celu określenia optymalnych parametrów prowadzenia bioprocesu oraz wyznaczenia jego kinetyki. Wykorzystana w badaniach technologia biodegradacji charakteryzuje się, w porównaniu z konwencjonalnymi metodami, niskim kapitałem inwestycyjnym i kosztami operacyjnymi oraz czystością ekologiczną prowadzonych procesów (nieobecność drugorzędowych zanieczyszczeń).

EN

The aim of this research was to determine experimentally the efficiency of VOC's removal from the air streams in biological purification process by means of the microbes immobilized on a bed. The experiments were performed in a 17 dm3 laboratory trickle-bed bioreactor. The gas and liquid phase flowed co-currently downward through the bed. The gas phase was the air polluted by ethyl acetate. The inlet concentration of ethyl acetate was changed from 1000 to 4500 ppm. The inlet and outlet concentrations of ethyl acetate were measured by a gas chromatograph. The liquid phase was the recirculating mineral salt solution. The flow rate of liquid phase was changed from 0.225 to 0.280 m3fh, ensuring the full cover of the packed material by the liquid film. The liquid probes were analyzed manually by gas chromatography in order to determine the inlet and outlet concentrations of ethyl acetate in this phase. The column was packed with polypropylene Ralu Rings (I5x15) forming a 0,7 m high layer. The microorganisms Pseudomonasjluorescens immobilized on the bed were used as a biocatalyst. During the biodegradation process the control of microorganisms activity were done by means of Oxi Top system. Identification of microorganisms was done by means of Apilab program. The growth of the microorganisms was measured by the spectrophotometer. The experiments were carried out to determine the optimum parameters of the bioprocess (as space velocity, gas and liquid flow rates, type of flow, oxygen concentration in the inlet gas, temperature, pH and physiological parameters effecting on the biomass growth) and finally to describe the bioprocess kinetics. The main advantages of microbiological purification of air containing VOC' s compared to the conventional methods such as catalytic combustion and absorption, are: - law investment and operating costs (the bioprocess takes place at the ambient temperature and the atmospheric pressure, by significantly lower energy consumption, the microorganisms are easily available, the regeneration of the elements responsible for the bioprocess is not necessary), - ecological purity of the bioprocess - lack of the secondary contaminants. It should be also emphasized that the experimental set-up has been working for over two months unfailingly and with high efficiency.

Słowa kluczowe

PL

bioreaktory trójfazowe; biologiczne oczyszczanie gazu

EN

trickle bed bioreactor; biological gas purification

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Chemia i Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 9, nr 12
• Strony: 1571--1581
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kasperczyk D.

• Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, ul. Bałtycka 5, 44 - 100 Gliwice

autor

Bartelmus G.

• Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, ul. Bałtycka 5, 44 - 100 Gliwice

autor

Klepacka K.

• Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, ul. Bałtycka 5, 44 - 100 Gliwice

autor

Gąszczak A.

• Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, ul. Bałtycka 5, 44 - 100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Diks R.M.M. i 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., 1991, 6, 93-99.
• [2] Maćkowiak J.: Biologiczna metoda usuwania formaldehydu z gazów odlotowych w biofiltrze, Przem. Drzew., 1991, 8, 18-24,
• [3] Szklarczyk M. i Czemarmazowicz M.: Biologiczne oczyszczanie gazów — stan obecny i perspektywy rozwoju, Biotechnologia, 1997, 108-116.
• [4] Biologishe Abgas/Abluftreiningung — Biofilter. Biological Waste Gas/Waste air Purification — biofilters, VDI — Richtlinien 3477, Düsseldorf, Dezember 1991.
• [5] Popov V.O. i Bezborodov A.M.: Industrial Technology of Microbiological Purification of Waste Gases, Appl. Biochem. Microbiol., 1999, 35(5), 507,-513.
• [6] Hekmat D. i Vortmeyer D.: Modelling of biodegradation processes in trickle-bed bioreactors, Chem. Eng. Sci, 1994, 49, 4327-4345.
• [7] Kirchner K., Schlachter U. i Rehm H.J.: Biological purification of exhaust air using fixed bacterial monocultures, Appl. Microbiol. Biotechnol., 1989, 31, 629-632.
• [8] Kirchner K., Gossen C.A. i Rehm H.J.: Purification of exhaust air containing organic pollutants in a trickle-bed bioreactor, ibid., 1991, 35, 396-400.
• [9] Friedl A., Schindler I. i Schmidt A.: Investigation in the abatement of VOC's in a trickle-bed bio-reactor, 10th World Clean Air Congress, Finland, 1995.
• [10] Kirchner K., Hauk G. i Rehm H.J.: Exhaust gas purification using immobilized monocultures (biocatalysts), Appl. Microbiol. Biotechnol., 1987, 26, 579-587,
• [11] Kirchner K., Hauk G. i Rehm H.J.: Abgasreiningung mit fixierten Bakterien Monokulturen, Chem. Ing. Techn., 1984, 56, 624-625,
• [12] Klepacka K., Bartelmus G., Gąszczak A. i Kasperczyk D.: Metodyka adaptacji wybranych mikroorganizmów do biodegradacji lotnych związków organicznych, Chem. Dydak. Ekol. Metrol., 2003, 8(1), w druku.