Statyka biofiltracji wybranych układów lotnych związków organicznych i złóż naturalnych

• Autorzy: Chmiel-Kurowska K. , Gawlik A. , Palica M.

Warianty tytułu

EN

Biofiltration statics of selected Volatile organic compounds on natural beds

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Biofiltracja wyróżnia się wśród metod oczyszczania gazów z lotnych związków organicznych, występujących przy relatywnie niskich stężeniach (VOC's), bezodpadowością i niskimi kosztami jednostkowymi procesu ([1, 2]). Stąd od lat 80-tych XX wieku obserwuje się coraz większy obszar jej zastosowania i bardziej precyzyjny opis. Pierwszą propozycję modelu matematycznego biofiltracji podali w r. 1983 Ottengraf i van den Oever [3]. Przyjęli oni pełne pokrycie złoża biofilmem i bioreakcję 1-go lub 0-go rzędu, zależnie od wartości stężenia składnika czynnego w gazie. W uproszczeniu, przy rozwiniętej florze mikroorganizmów i niedomiarze takiego składnika (pożywienia dla flory), reakcja biofiltracji jest pierwszego rzędu. Natomaist przy dużym nadmiarze i takiej samej florze reakcja jest zerowego rzędu (czyli większy lub mniejszy nadmiar składnika czynnego nie wpływa wówczas na szybkość bioreakcji). Skuteczność biofiltracji zależy wtedy od warunków hydrodynamicznych przepływu gazu, warunków dyfuzyjnych, reakcyjnych, charakterystyki złoża i podatności zanieczyszczenia na biofiltrację (czyli od stosunku stężenia w fazie gazowej do stężenia równowagowego w fazie ciekłej [4]). Kolejne rozwijane modele zakładały niepełne pokrycie nośnika biofilmem i adsorpcję zanieczyszczenia na tych fragmentach wypełnienia, które nie były pokryte filmem ([5]). W [3]÷[5] przyjęto przepływ tłokowy gazów przez złoże biofiltracyjne. Hodge i Devinny [6] nałożyli z kolei na przepływ tłokowy dyspersję wzdłużną [6], Deshusses, Hamer i Dunn ([7, 8]) stwierdzili, że przy dużym nadmiarze tlenu w gazach poddanych biofiltracji można zaniechać adsorpcję zanieczyszczeń i uwzględnić jedynie wnikanie masy odorantu do biofilmu. Zwarty opis takiego modelu, w którym ponadto uwzględniono zmianę współczynnika wnikania masy z gazu do biofilmu w czasie podali Kawalec- Pietrenko i Świsłowski [9]. Wreszcie w [10] podano modyfikację równania Monoda na człon reakcyjny bilansu masy przyjmując w nim reakcję n-tego rzędu. W pracy tej stwierdzono, że rozbudowane modele, ze względu na dużą liczbę występujących parametrów (określanych doświadczalnie), mają ograniczone znaczenie, natomiast proste modele, choć są najczęściej mniej dokładne, są bardziej zrozumiałe i wystarczające do opisu procesu.

EN

In the work the biofiltration research results of the selected systems were analysed: methyl ethyl ketone (MEK) natural peat bed, methyl ethyl ketone (MEK) fractionated pine tree bark, butanol fractionated pine tree bark, butanol partly deacidified peat, triethylamine partly deacidified peat, triethylamine wooden pieces, triethylamine compost bed. Biofiltration tests were carried out at 8-hour cycles for stabilized work, after 4 to 8 weeks of exploitation in a column 0.175 m in inner diameter and active bed heights of 0.45 and 0.225 m. A range of contaminant concentration was 1-100 mg/m3 while gas flow rates ? 2-10 m3/hr. Concentrations in the inlet and outlet of the column were determined chromatographically, gas entering the column was wetted to 80%, and it had temperature of about 20°C. On basis of experimental data, gas spatial residence time in the column, pollutants' loading of the bed, process efficiency, biodegradation rate and reaction constants under assumption of first and zero reaction order were calculated, according to Ottengraf and van den Oever's proposal. It was stated that the model quite well described a course of biofiltration. The values of pollutants' concentrations for which a change of biofiltration kinetics in tested systems were determined. It was proved that the transition from first order to zero order kinetics decided about a proper selection of the bed for specific organic contaminant. Analyzed data indicated that all pollutants were removed from gases,however different systems were characterized by different concentrations for which process kinetics changed. The highest value was found for MEK ?fractionated pine tree bark system (over 100 mg/m3), the lowest triethylamine ? wooden pieces and triethylamine ? compost bed systems (below 3 mg/m3). Nevertheless these values should be treated as some kind of approximation. Although the data obtained are not sufficient for biofiltration modelling, they provide information about course of the process and first of all indicate that the simple Ottengraf and van den Oever model can be used in process description.

Słowa kluczowe

PL

układy lotne; związki organiczne; złoża naturalne

EN

volatile systems; organic compounds; natural deposits

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2010
• Tom: Tom 12
• Strony: 649--662
• Opis fizyczny: bibliogr. 31 poz.

Twórcy

autor

Chmiel-Kurowska K.

autor

Gawlik A.

autor

Palica M.

• Politechnika Śląska Gliwice

Bibliografia

• 1. Szklarczyk M.: Wyd. Uniw. Warm.-Mazursk., Olsztyn, 2001.
• 2. Szklarczyk M., Czemarmazowicz M., Adamiak W.: Biotech., 1, 36,109, 1997.
• 3. Ottengraf S.P.P., van den Oever A.H.C.: Biotechnol. Bioeng., 25, 3089, 1983.
• 4. Shareefdeen Z., Baltzis B.C., Bartha R.: Biotechnol. Bioeng., 41, 512, 1993.
• 5. Shareefdeen Z., Baltzis B.C.: Chem. Eng. Sci., 49, 244, 4347, 1996.
• 6. Hodge D.S., Devinny J.S.: J. Environ. Eng. Div., 121, 21, 1995.
• 7. Deshusses M.A., Hamer G., Dunn I.J.: Environ. Sci. Technol., 29, 1048, 1995.
• 8. Deshusses M.A., Hamer G., Dunn I.J.: Environ. Sci. Technol., 29, 1059,1995.
• 9. Kawalec-Pietrenko B., Świsłowski M.: Inż. Ap. Chem., 1, 12, 2003.
• 10. Chmiel K., Jarzębski A.B., Palica M.: Przem. Chem., 6, 442, 2005.
• 11. Burghardt A., Bartelmus G.: Inżynieria reaktorów chemicznych. Cz. II. PWN,Warszawa 2001.
• 12. Chmiel K.: Dynamika i statyka biofiltracji butanolu na złożu z frakcjonowanej kory sosnowej. Praca doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice, 2003.
• 13. Konieczny M.: Wpływ koncentracji butanolu na skuteczność biofiltracji na złożu torfowym. Praca dypl. mag., Politechnika Śląska, Gliwice, 2002.
• 14. Jamrozik I., Dymiński B.: Badania biofiltracji MEK na złożu z frakcjonowanej kory sosnowej. Praca dypl. mag., Politechnika Śląska, Gliwice, 2002.
• 15. Bochenek A.: Wpływ czasu kontaktu MEK na skuteczność biofiltracji na złożu torfowym. Praca dypl. mag., Politechnika Śląska, Gliwice, 2003.
• 16. Dwojecka I.: Dezodoryzacja wybranych odorów przy użyciu złóż odpadowych przemysłu drzewnego. Praca dypl. mag., Politechnika Śląska, Gliwice, 1997.
• 17. Chmiel K.: Biodegradacja trietyloaminy przy użyciu złoża z torfu kwaśnego. Praca dypl. mag., Politechnika Śląska, Gliwice, 1998.
• 18. Jasiak K., Grądek E.: Badania biofiltracji butanolu na złożu z frakcjonowanej kory sosnowej. Praca dypl. mag., Politechnika Śląska, Gliwice, 2000.
• 19. Szołtysik B.: Wpływ czasu kontaktu na skuteczność biofiltracji butanolu na złożu torfowym. Praca dypl. mag., Politechnika Śląska, Gliwice, 2002.
• 20. Chmiel-Kurowska K., Palica M., Kurowski Ł., Thullie J.: Biofiltration of VOC’s in the natural bed- modeling verification. 18th European Symposium on Computer Aided process Engineering- ESCAPE 18, Lyon (France), June 2008.
• 21. Chmiel K., Palica M.: Modelowanie procesu biofiltracji, Cz. I i II. Rocznik Ochrony Środowiska, 7, 143, 156, 2005.
• 22. Palica M., Chmiel K.: Chemik, 6, 303, 2005.
• 23. Chmiel K., Konieczny A., Palica M., Jarzębski A.B.: Chem. Eng. Sci., 60, 2845, 2005.
• 24. Chmiel K., Palica M.: Przem. Chem., 8, 83, 2004.
• 25. Chmiel K., Piotrowski K., Palica M., Jarzębski A.B.: Inż. Chem. i Proc., 25, 3/1, 783, 2004.
• 26. Chmiel K., Palica M., Jarzębski A.B.: Inż. Chem. i Proc., 25, 3/1, 777, 2004.
• 27. Chmiel K., Konieczny A., Palica M., Jarzębski A.B.: Inż. Chem. i Proc., 2, 473, 2004.
• 28. Chmiel K., Palica M., Jarzębski A.B.: Inż. Chem. i Proc., 4, 677, 2003.
• 29. Chmiel K., Piotrowski K., Palica M., Jarzębski A.B.: Periodic Operation of Biofilters: Simulation and Experimental Results. 4th European Congress of Chemical Engineering, Granada (Spain), September 2003.
• 30. Palica M., Chmiel K.: The Research Over Buthanol- Biodegradation of the Bed of Preselected Pine Tree Bark in the Ange of Unsteady- State Working Conditions. 15th International Congress of Chemical and Process Engineering, 87, 40, Praha (Czech Republik), 2002.
• 31. Gawlik A.: Biofiltracja lotnych związków organicznych. Praca dypl. mag., Politechnika Śląska, Gliwice 2009.