Biofiltracja jako metoda ograniczania odorów
Stężenie odorów w gazie powstającym podczas kompostowania często przekracza 180 000 ou/m3. Spośród szerokiej gamy odorogennych związków
do najbardziej nieprzyjemnych należą amoniak (NH3) oraz siarkowodór (H2S). Emisja amoniaku podczas kompostowania organicznych frakcji odpadów komunalnych waha się od 18 do 150 g NH3/Mg odpadów1. Brak w Polsce unormowań prawnych, standardów i metodyki oceny zapachowej jakości
powietrza powoduje małą skuteczność decyzji administracyjnych nakazujących ograniczanie emisji odorów. Warto jednak potraktować problem odorów poważnie, szczególnie w przypadku projektowania nowych instalacji. Akty prawne w tym zakresie mają już: Wielka Brytania, Niemcy, Holandia, Czechy, Dania, Australia, USA, Kanada, Japonia, Korea Południowa oraz Nowa Zelandia1.
Substancje odorowe
Podczas biologicznego przetwarzania odpadów, jakim jest kompostowanie, powstają substancje uciążliwe zapachowo, zwane potocznie odorami. Należą do nich m.in. lotne kwasy tłuszczowe, aminy, węglowodory alifatyczne i aromatyczne, siarczki organiczne i nieorganiczne, terpeny, amoniak i siarkowodór.
Zastosowana technologia kompostowania oraz skład mieszaniny wsadowej mają decydujący wpływ nie tylko na jakość kompostu, ale również na skład jakościowy i ilościowy produkowanych gazów1. Ze względu na źródło pochodzenia, odory powstające podczas kompostowania można podzielić na:
związki zawarte w odpadach, odoranty biogenne, powstające podczas I fazy kompostowania i procesów gnilnych (amoniak, siarkowodór, skatol, merkaptany), substancje specyfi czne dla procesu kompostowania (aldehydy, geosmina, limonem) oraz substancje przejściowe, powstałe w procesie przemian beztlenowo-tlenowych (kwasy organiczne), ? odoranty abiogenne, generowane w procesie pirolizy i samoutleniania,
? emisję H2S czy merkaptanów można stosunkowo łatwo ograniczyć przez odpowiednie prowadzenie procesu (napowietrzanie, przerzucanie
pryzm). Nie ma natomiast możliwości zapobiegania powstawaniu kwasów organicznych czy aldehydów,
? do powstawania związków zapachowych dochodzi na wszystkich etapach technologicznych unieszkodliwiania odpadów.
Dezodoryzacja gazów odlotowych
Dezodoryzacja jest jednym z trudniejszych zagadnień techniki oczyszczania gazów odlotowych. Niski próg wyczuwalności węchowej wielu gazów charakteryzujących się przykrym zapachem sprawia, że w większości przypadków niezbędne jest niemal całkowite usunięcie substancji odorowej. Projektując procesy odorotwórcze, należy unikać procesów okresowych z szybkim wytwarzaniem substancji odorowych w krótkim cyklu. Natomiast trzeba rozważyć możliwość prowadzenia procesów pod ciśnieniem niższym od atmosferycznego, zminimalizować liczbę połączeń z możliwymi źródłami nieszczelności w rurociągach i aparaturze oraz liczbę pomp wirowych z uszczelnieniem dławicowym czy unikać emisji odorów do środowiska
podczas procesów technologicznych, związanych z przenoszeniem, magazynowaniem i pobieraniem próbek oraz obsługą i czyszczeniem przez zapewnienie dobrej wentylacji wyciągowej, unikając zbyt dużej objętości powietrza kierowanego do procesu neutralizacji substancji odorowej2.
Metody biologiczne
Biologiczne oczyszczanie gazów jest w praktyce prowadzone głównie w takich instalacjach jak biopłuczki i biofi ltry. Ponadto istnieją doniesienia o innych rozwiązaniach, rzadziej stosowanych, jak np. przedmuchiwanie oczyszczanych gazów przez złoże biologiczne czy też instalacje wykorzystujące błony półprzepuszczalne3. W płuczkach biologicznych sorbentem jest osad czynny, będący wodną zawiesiną mikroorganizmów, głównie heterotrofi cznych bakterii tlenowych. Oczyszczanie gazów następuje w absorberze, gdzie zanieczyszczony gaz przepływa
w kierunku przeciwnym do sorbentu. W napowietrzanej komorze osadu czynnego, wskutek działania mikroorganizmów, zachodzi samooczyszczanie się sorbentu. Zregenerowany sorbent zawracany jest do absorbera. W biofi ltrach głównym elementem jest warstwa porowatego materiału fi ltracyjnego, zasiedlonego przez mikroorganizmy zdolne do biologicznego rozkładu zanieczyszczeń powietrza. Podczas powolnego przedmuchiwania gazów przez
warstwę materiału fi ltracyjnego zanieczyszczenia są sorbowane, a następnie rozkładane przez mikroorganizmy. W końcowej fazie procesu biofi ltracji dochodzi do samoregeneracji wypełnienia ? sorbentu.
Biofiltracja
Biofiltracja jest procesem biologicznego usuwania zanieczyszczeń. Polega na ich biodegradacji, w wyniku czego powstają związki nietoksyczne i nieuciążliwe dla środowiska. W trakcie przepływu gazu przez warstwę materiału fi ltracyjnego dochodzi do dyfuzji zanieczyszczeń z fazy gazowej do aktywnej biowarstwy, otaczającej cząstki materiału fi ltracyjnego2. W fazie ciekłej, w której znajdują się zarówno rozpuszczone zanieczyszczenia,
mikroorganizmy, jak i enzymy, następuje rozkład zanieczyszczeń gazowych z wytworzeniem CO2, H2O i biomasy. Dzięki biomasie dochodzi do rozwoju mikroorganizmów, które w konsekwencji ?przetwarzają? większą ilość zanieczyszczeń. W mineralizowaniu zanieczyszczeń organicznych biorą udział przede wszystkim bakterie, a także promieniowce, grzyby i mikotrofi czne glony, takie jak sinice. Rezultatem rozkładu biologicznego pochłoniętych w biowarstwie zanieczyszczeń jest samoregeneracja materiału fi ltracyjnego, na powierzchni którego znajduje się biofi lm. To samooczyszczanie się sorbentu sprawia, że technologia oczyszczania gazów za pomocą biofi ltrów jest praktycznie bezodpadowa3.
Budowa biofiltra
Biofiltr składa się z obudowy oraz warstwy wypełniającego ją materiału fi ltracyjnego, zasiedlonego przez mikroorganizmy przystosowane do rozkładu danego rodzaju zanie-czyszczeń. W przypadku biofiltrów przemysłowych (rys. 1), wyróżnić można dwa sposoby doprowadzenia zanieczyszczonych gazów przez warstwę żwiru przykrywającego materiał filtracyjny lub za pomocą komór szczelinowych4. W pierwszym przypadku zanieczyszczony
gaz wprowadzany jest systemem perforowanych rur, umieszczonych w warstwie żwiru, którego zadanie stanowi ułatwienie równomiernego rozdziału gazu w biofiltrze. W drugim zastosowane komory szczelinowe stanowią trwałą konstrukcję, stwarzającą możliwość wjechania na ich powierzchnię
pojazdem mechanicznym, ułatwiającym prowadzenie niezbędnych czynności eksploatacyjnych. W przypadku braku wystarczającej powierzchni na terenie obiektu, biofiltry mogą być budowane piętrowo, tzn. kilka biofiltrów jeden nad drugim (rys. 2). Gazy poddawane procesowi biofiltracji
powinny być nawilżane do wilgotności względnej rzędu 95-100%. Można to uzyskać przez doprowadzenie do ich strumienia pary wodnej. W przypadku nadmiaru wody występujące w instalacji niewielkie ilości kondensatu mogą być wykorzystywane do ponownego zraszania złoża filtracyjnego. Takie rozwiązanie gwarantuje, że instalacja będzie pracować bez zrzutu ścieków. W przypadku biofiltrów otwartych, odcieki pochodzące z wód deszczowych
powinny być odprowadzane za pomocą drenażu. Każdy gatunek bakterii rozwija się w określonym zakresie temperaturowym. W przemysłowych procesach mikrobiologicznych, gdzie temperatura waha się w granicach 25-35°C, wykorzystuje się przede wszystkim drobnoustroje mezofilne. Przyjmuje się, że optymalny zakres temperatur w biofiltrze wynosi 25-33°C. W zimie temperatura wewnątrz biofiltrów jest wyższa od temperatury otoczenia o 10- 20°C. Jest to spowodowane faktem wydzielania dużych ilości ciepła w omawianych procesach. Dla większości bakterii optymalnym odczynem jest pH 7,0-7,5. Spadek pH do wartości poniżej 4 oraz wzrost powyżej 11 powoduje znaczne zmniejszenie aktywności bakterii, podobnie
jak częste i gwałtowne zmiany odczynu środowiska. Niektóre gatunki mają zdolność do aktywnego oddziaływania na pH zewnętrzne i zmieniają je do wartości dla nich korzystnych3. Skuteczność metody biofiltracji Oczyszczanie gazów odlotowych metodą biofiltracji z powodzeniem stosowane jest
w wielu sektorach gospodarki i przynosi zadowalające rezultaty:
? przemysł lakierniczy ? 70-80%, ? odlewnie metali ? 90%,
? przetwórstwo odpadów zwierzęcych ? 98%,
? hodowla wielkostadna zwierząt ? 88-95%,
? oczyszczalnie ścieków, składowiska, kompostownie ? 95%,
? przeróbka osadów ściekowych ? 99,9%.
Zastosowanie biofiltrów w kompostowniach odpadów komunalnych pozwala na usunięcie prawie w 100% niektórych charakterystycznych zanieczyszczeń uciążliwych odorowo (tab.).
Wytyczne eksploatacyjne
Prowadząc proces biologicznego oczyszczania, należy spełnić następujące warunki:
? odoranty, które mają być usunięte z gazów odlotowych, muszą być biodegradowalne, czyli podatne na rozkład biologiczny,
? powinny być rozpuszczalne w wodzie lub tłuszczach (lipidach znajdujących się w błonie komórkowej bakterii),
? nie mogą być toksyczne dla bakterii (gaz powinien być wolny od związków metali ciężkich oraz oparów kwasów).
Poza podstawową kontrolą urządzeń wentylacyjnych i mechanicznych, w trakcie eksploatacji należy badać:
? parametry mikrobiologiczne (wartości odżywcze biomasy) ? co sześć miesięcy,
? wilgotność ? co trzy miesiące,
? inne właściwości fizyczne biomasy ? co 12 miesięcy.
Koszty eksploatacji są związane z zużyciem wody i energii elektrycznej, w zależności od wielkości systemu. Sam biofiltr, wykonany z laminatu poliestrowo-szklanego, nie wymaga nakładów i zabiegów konserwacyjnych.
Ekonomiczność
Porównując znane metody dezodoryzacji gazów przemysłowych, należy stwierdzić, że biofiltracja jest najbardziej ekonomicznymrozwiązaniem ze względu na jej efektywność, konkurencyjne nakłady inwestycyjne i niskie koszty eksploatacji. Dla porównania:
? wyjątkowo skuteczne metody termicznego i katalitycznego utleniania wymagają wysokich nakładów początkowych i eksploatacyjnych i są stosowane do likwidacji związków toksycznych lub mocno skoncentrowanych,
? adsorbery, wykorzystujące głównie węgiel aktywny, wykazują średnią do wysokiej skuteczność, lecz wymagają kosztownej regeneracji wkładu filtracyjnego. Stosowane są do likwidacji zanieczyszczeń, które ze względu na toksyczność i koncentrację stanowią zagrożenie dla mikroorganizmów,
? metoda absorpcji jest relatywnie kosztowna i może powodować przeniesienie problemu zanieczyszczonego powietrza na zanieczyszczenie wody. Rozwiązanie to stosuje się głównie tam, gdzie zamierza się odzyskiwać związki zanieczyszczające powietrze. Biofiltracja gazów jest metodą aktualnie
preferowaną na całym świecie ze względuna swe zalety w porównaniu z procesami fizycznymi i chemicznymi. Powoduje bowiem rzeczywistą likwidację zanieczyszczeń, a nie tylko zmianę miejsca ich występowania i nie prowadzi do gromadzenia niepożądanych odpadów.