biyofiltre - Biofilter

Biyosolid kompostlama tesisi biyofiltre tepesi - optimum çalışma için uygun nem seviyesini korumak için sağ ön tarafta görünen sprinkler not edin

Biyofiltrasyon , kirleticileri yakalamak ve biyolojik olarak parçalamak için canlı malzeme içeren bir biyoreaktör kullanan bir kirlilik kontrol tekniğidir . Yaygın kullanımlar arasında atık suyun işlenmesi , yüzey akışından zararlı kimyasalların veya siltlerin yakalanması ve havadaki kirleticilerin mikrobiyotik oksidasyonu yer alır.

Biyofiltrasyon örnekleri

Biyofiltrasyon örnekleri şunları içerir:

Hava kirliliğinin kontrolü

Biyofiltreler hava filtrasyonu ve saflaştırma için uygulandığında hava kirliliğini gidermek için mikroorganizmaları kullanır . Hava, paketlenmiş bir yataktan akar ve kirletici , ambalaj malzemesinin yüzeyinde ince bir biyofilme aktarılır . Bakteriler ve mantarlar dahil olmak üzere mikroorganizmalar biyofilm içinde hareketsiz hale gelir ve kirleticiyi bozar. Damlamalı filtreler ve biyolojik temizleyiciler, bir biyofilme ve devridaim sularındaki bakteri etkisine güvenir.

Teknoloji, kötü kokulu bileşiklerin ve suda çözünür uçucu organik bileşiklerin (VOC'ler) tedavisinde en büyük uygulamayı bulur . Teknolojiyi kullanan endüstriler arasında gıda ve hayvansal ürünler, atık su arıtma tesislerinden çıkan gazlar , ilaçlar , ağaç ürünleri imalatı, boya ve kaplama uygulaması ve imalatı ve reçine imalatı ve uygulaması vb. yer alır. İşlenen bileşikler tipik olarak karışık VOC'ler ve çeşitli kükürt bileşikleridir. hidrojen sülfür . Çok büyük hava akışları tedavi edilebilir ve tipik olarak geniş bir alan (kapladığı alan) gerekli olmasına rağmen (büyük bir biyofiltre (>200.000 acfm ) bir futbol sahasından daha fazla veya daha fazla alanı kaplayabilir- bu, teknolojinin başlıca dezavantajlarından biri olmuştur. . 1990'ların başından bu yana, tasarlanmış biyofiltreler, geleneksel düz yataklı, organik ortam türüne göre önemli ölçüde ayak izi azalmaları sağlamıştır.

Biyokatı kompostlama tesisinde hava döngüsü sistemi. Ön plandaki büyük kanal, önceki fotoğrafta gösterilen biyofiltreye egzoz havasıdır

Optimum biyofiltre çalışmasının ana zorluklarından biri, sistem boyunca uygun nemin korunmasıdır. Hava normalde bir sulama (püskürtme) sistemi, nemlendirme odası, biyolojik temizleyici veya biyolojik damlatma filtresi ile yatağa girmeden önce nemlendirilir. Düzgün bir şekilde muhafaza edilen turba, bitkisel malç, ağaç kabuğu veya ağaç yongaları gibi doğal, organik bir paketleme ortamı birkaç yıl dayanabilir, ancak tasarlanmış, birleştirilmiş doğal organik ve sentetik bileşenli paketleme malzemeleri genellikle 10 yıla kadar çok daha uzun süre dayanır. Birçok şirket, genellikle geleneksel bir kompost veya ahşap yonga yataklı biyofiltre ile sağlanmayan bu tür tescilli ambalaj malzemeleri ve çok yıllı garantiler sunar.

Yaygın olarak kullanılmasına rağmen, bilim topluluğu hala biyofiltre çalışmasını destekleyen fiziksel olaylardan emin değil ve ilgili mikroorganizmalar hakkında bilgiler geliştirilmeye devam ediyor. Bir biyofiltre/biyo-oksidasyon sistemi, inşası ve çalıştırılması oldukça basit bir cihazdır ve kirleticinin makul konsantrasyonlarda (ve artan kalış süresi = artan boyut ve sermaye maliyetleri), makul bir süre içinde biyolojik olarak parçalanabilmesi koşuluyla uygun maliyetli bir çözüm sunar. lb/saat yükleme oranları) ve hava akışının organizma için uygun bir sıcaklıkta olduğunu gösterir. Büyük hacimlerde hava için, bir biyofiltre tek uygun maliyetli çözüm olabilir. (Durumunda farklı ikincil bir kirlenme vardır yakma fazladan bir CO 2 ve NO x ve bozunma ürünlerinin yanan yakıt üretilir) ilave biyokütle, karbon dioksit ve su oluşturmak. Ortam sulama suyu, birçok sistem işletme maliyetlerini azaltmak için bir kısmını geri dönüştürse de, orta derecede yüksek bir biyokimyasal oksijen ihtiyacına (BOİ) sahiptir ve atılmadan önce arıtma gerektirebilir. Bununla birlikte, herhangi bir biyo-oksidasyon sisteminin uygun şekilde bakımı için gerekli olan bu "blöf suyu", herhangi bir ön arıtma olmaksızın genellikle belediyeye ait kamuya ait arıtma işleri tarafından kabul edilmektedir .

Biyofiltreler, Columbia Falls, Montana'da Plum Creek Timber Company'nin sunta fabrikasında kullanılmaktadır. Biyofiltreler, üretim sürecinin yaydığı kirliliği azaltır ve yayılan egzoz %98 temizdir. Plum Creek'e eklenen en yeni ve en büyük biyofiltre, 9,5 milyon dolara mal oldu, ancak bu yeni teknoloji pahalı olsa da, uzun vadede, doğal gazla çalışan alternatif egzoz temizleme yakma fırınlarından daha az fazla mesaiye mal olacak (ki bunlar çevresel olarak o kadar da çevreci değil). arkadaş canlısı).

Su arıtma

Atık suların arıtılması için tipik bir tam damlatmalı filtre sistemi.
Resim 1: Bir damlatma filtresinde yatak ortamının temas yüzünün şematik bir kesiti.

Biyofiltrasyon ilk olarak 1893'te atık su arıtımı için bir damlatma filtresi olarak İngiltere'de tanıtıldı ve o zamandan beri farklı su türlerinin arıtılması için başarıyla kullanıldı. Biyolojik arıtma 1900'lerin başından beri Avrupa'da yüzey suyunu içme amaçlı filtrelemek için kullanılmaktadır ve şimdi dünya çapında daha fazla ilgi görmektedir. Biyofiltrasyon, su kalitesini artırırken su değişimini en aza indirmenin bir yolu olarak atık su arıtımı , su ürünleri yetiştiriciliği ve gri su geri dönüşümünde de yaygındır .

Biyofiltrasyon süreci

Biyofiltre, mikroorganizmaların biyofilm adı verilen biyolojik bir tabaka oluşturmak için üzerine yapıştığı ve büyüdüğü bir ortam yatağıdır . Biyofiltrasyon bu nedenle genellikle sabit film prosesi olarak adlandırılır. Genel olarak biyofilm, farklı mikroorganizmalar ( bakteri , mantar , maya vb.), makro organizmalar ( protozoa , solucanlar, böcek larvaları vb.) ve hücre dışı polimerik maddelerden (EPS) oluşan bir topluluktan oluşur (Flemming ve Wingender, 2010). ). Boy biyofilm genellikle yapışkan ve çamurlu.

Arıtılacak su, yukarı akış veya aşağı akış yoluyla ortam üzerine aralıklı veya sürekli olarak uygulanabilir. Tipik olarak, bir biyofiltre, besleme stratejisine bağlı olarak (süzme veya batık biyofiltre) iki veya üç faza sahiptir:

  • bir katı faz (ortam);
  • bir sıvı faz (su);
  • gaz fazı (hava).

Organik madde ve diğer su bileşenleri, çoğunlukla biyobozunma yoluyla, arıtmanın gerçekleştiği biyofilme yayılır . Biyofiltrasyon işlemleri genellikle aerobiktir , bu da mikroorganizmaların metabolizmaları için oksijene ihtiyaç duyduğu anlamına gelir. Oksijen, biyofilme su akışıyla aynı anda veya ters yönde sağlanabilir. Havalandırma, süreç boyunca havanın doğal akışıyla (üç fazlı biyofiltre) veya üfleyiciler tarafından sağlanan cebri havayla pasif olarak gerçekleşir.

Mikroorganizmaların etkinliği, süreç performansının kilit bir faktörüdür. Ana etkileyen faktörler, su bileşimi, biyofiltre hidrolik yüklemesi, ortam tipi, besleme stratejisi (süzme veya batık ortam), biyofilm yaşı, sıcaklık, havalandırma vb.

Filtreleme ortamı türleri

Çoğu biyofiltre, kum, kırılmış kaya, nehir çakılı veya küçük boncuklar ve halkalar şeklinde şekillendirilmiş bir tür plastik veya seramik malzeme gibi ortamlar kullanır.

Avantajlar

Biyolojik filtrelerin basit yüzeysel yapıları olmasına rağmen, iç hidrodinamiği ve mikroorganizmaların biyolojisi ve ekolojisi karmaşık ve değişkendir. Bu özellikler sürece sağlamlık kazandırır. Başka bir deyişle, proses, akışının olmadığı, yoğun kullanım, toksik şoklar, ortam geri yıkaması (yüksek hızlı biyofiltrasyon prosesleri) vb. bir sürenin ardından performansını sürdürme veya hızlı bir şekilde başlangıç ​​seviyelerine dönme kapasitesine sahiptir.

Biyofilmin yapısı mikroorganizmaları zorlu çevre koşullarından korur ve büyüme için koşullar uygun olmadığında bile biyokütleyi proses içinde tutar. Biyofiltrasyon prosesleri aşağıdaki avantajları sunar: (Rittmann ve diğerleri, 1988):

  • Mikroorganizmalar biyofilm içinde tutulduğu için biyofiltrasyon, nispeten düşük spesifik büyüme oranlarına sahip mikroorganizmaların gelişmesine izin verir;
  • Biyofiltreler değişken veya aralıklı yüklemeye ve hidrolik şoka daha az maruz kalır ;
  • İşletme maliyetleri genellikle aktif çamurdan daha düşüktür ;
  • Atıktaki biyokütle konsantrasyonu, askıya alınmış biyokütle proseslerinden çok daha düşük olduğundan, nihai arıtma sonucu biyokütle ayrımından daha az etkilenir;
  • Bağlı biyokütle, biyokütle dönüşü olmadığı için süreç dizisinde belirli bir noktada daha özel hale gelir (ilgili organizmaların daha yüksek konsantrasyonu) .

Dezavantajları

Biyokütlenin filtrasyonu ve büyümesi, filtreleme ortamında madde birikmesine yol açtığından, bu tip sabit film prosesi biyolojik tıkanmaya ve akış kanalına tabidir . Uygulama tipine ve mikrobiyal büyüme için kullanılan ortama bağlı olarak, biyolojik tıkanma fiziksel ve/veya kimyasal yöntemler kullanılarak kontrol edilebilir. Biyomatı bozmak ve mümkün olduğunda akışı geri kazanmak için hava ve/veya su kullanılarak geri yıkama adımları uygulanabilir. Oksitleyici ( peroksit , ozon ) veya biyosit ajanlar gibi kimyasallar da kullanılabilir.

İçme suyu

İçme suyu için biyolojik su arıtımı, su kalitesini iyileştirmek için yüzey suyunda doğal olarak oluşan mikroorganizmaların kullanımını içerir. Nispeten düşük bulanıklık ve yüksek oksijen içeriği dahil olmak üzere optimum koşullar altında, organizmalar sudaki materyali parçalar ve böylece su kalitesini iyileştirir. Bu mikroorganizmaların üzerinde büyüdüğü bir destek sağlamak için yavaş kum filtreleri veya karbon filtreler kullanılır. Bu biyolojik arıtma sistemleri, yüzey suyunda su kaynaklı hastalıkları, çözünmüş organik karbonu, bulanıklığı ve rengi etkin bir şekilde azaltarak genel su kalitesini iyileştirir.

atıksu

Biyofiltrasyon, değişen organik bileşimlere ve konsantrasyonlara sahip çok çeşitli kaynaklardan gelen atık suları arıtmak için kullanılır. Biyofiltrasyon uygulamalarının birçok örneği literatürde açıklanmıştır. Hayvan atıklarının , çöp sızıntı sularının , mandıra atık sularının , evsel atık suların arıtılması için ısmarlama biyofiltreler geliştirilmiş ve ticarileştirilmiştir .

Bu süreç, tesis içi kanalizasyon gibi küçük akışlara (< 1 m3/d) ve bir belediye tarafından üretilen akışlara (> 240 000 m3/d) uyarlanabileceğinden çok yönlüdür . Yalıtılmış konutlar gibi merkezi olmayan evsel atık su üretimi için, modern ailelerin yaşam tarzına bağlı olarak hidrolik ve organik üretim oranlarında önemli günlük, haftalık ve yıllık dalgalanmaların olduğu gösterilmiştir. Bu bağlamda, bir septik tanktan sonra yerleştirilen bir biyofiltre, arıtma performansından ödün vermeden gözlemlenen değişkenliği sürdürebilen sağlam bir süreç oluşturmaktadır.

Su ürünleri yetiştiriciliğinde kullanım

Biyofiltrelerin kullanımı, devridaimli kültür balıkçılığı sistemleri (RAS) gibi kapalı kültür balıkçılığı sistemlerinde yaygındır . Birçok tasarım ancak fonksiyonu aynıdır, farklı avantajları ve dezavantajları olan, kullanılmıştır: dönüştürerek su değişimleri azaltmak amonyak için nitrat . Amonyak (NH 4 + NH 3 ) kol menşeili boşaltım gelen solungaçları arasında su hayvanları ve gelen ayrışma organik madde. Amonyak-N oldukça toksik olduğundan, bu daha az toksik bir nitrit formuna ( Nitrosomonas sp. tarafından ) ve daha sonra daha da az toksik bir nitrat formuna ( Nitrobacter sp. tarafından ) dönüştürülür. Bu "nitrifikasyon" işlemi oksijen (aerobik koşullar) gerektirir, bu olmadan biyofiltre çökebilir. Ayrıca, bu nitrifikasyon döngüsü H + ürettiğinden , pH düşebilir ve bu da kireç gibi tamponların kullanılmasını gerektirebilir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar