Биофильтр - Biofilter

Биосолидтер компост жасайтын зауыт биофильтрлі үйінді - оңтайлы жұмыс істеуі үшін ылғалдың тиісті деңгейін ұстап тұру үшін оң жақтан көрінетін шашыратқыш

Биофильтрация Бұл ластануды бақылау а қолдану техникасы биореактор құрамында ластаушы заттарды ұстау және биологиялық деградациялау үшін тірі материал бар. Жалпы қолданыстарға өңдеу жатады ағынды су, зиянды химиялық заттарды немесе қалдықтарды ұстау жер үсті ағындары, және микробиотикалық тотығу ауадағы ластаушы заттар.

Биофильтрация мысалдары

Биофильтрация мысалдары:

Ауаның ластануын бақылау

Биофильтрлер ауаны сүзуге және тазартуға қолданғанда, жою үшін микроорганизмдерді қолданады ауаның ластануы.[1] Ауа оралған төсек арқылы ағып, ластаушы зат жұқа күйге ауысады биофильм орам материалының бетінде. Микроорганизмдер, оның ішінде бактериялар және саңырауқұлақтар биофильмде иммобилизденеді және ластаушы затты ыдыратады. Түзетін сүзгілер мен биоскрубберлер биофильмге және олардың айналмалы суларындағы бактериялардың әсеріне сүйенеді.

Технология иісі жаман және суда еритін қосылыстарды емдеуде ең жақсы қолдануды табады ұшпа органикалық қосылыстар (VOC). Технологияны қолданатын салаларға тамақ пен жануарлардан алынатын өнімдер, газдан тыс өнімдер жатады ағынды сулар тазарту құрылыстары, фармацевтика, ағаш өнімдерін өндіру, бояу және жабындарды жағу, дайындау және шайырларды дайындау және қолдану және т.б., өңделген қосылыстар әдетте аралас VOC және әр түрлі болады күкірт қосылыстар, оның ішінде күкіртті сутек. Өте үлкен ауа ағындары өңделуі мүмкін, бірақ үлкен аумақ (із) қажет болса да, үлкен биофильтр (> 200,000) acfm ) футбол алаңына қарағанда көп немесе одан көп жерді иемденуі мүмкін - бұл технологияның негізгі кемшіліктерінің бірі болды. 1990 жылдардың басынан бері жобаланған және салынған инженерлік биофильтрлер әдеттегі тегіс төсек-орынға, органикалық медиа түріне қарағанда іздердің айтарлықтай төмендеуін қамтамасыз етті.

Биосолидтерді компосттау зауытындағы ауа циклінің жүйесі. Алдыңғы қатардағы үлкен канал - алдыңғы фотосуретте көрсетілген биофильтрге шығарылған ауа

Био сүзгінің оңтайлы жұмысының негізгі проблемаларының бірі - жүйеде ылғалды сақтау. Әдетте ауа суару (шашыратқыш) жүйесімен, ылғалдандыру камерасымен, биоскруббермен немесе биотриклинг сүзгісімен төсекке кіргенге дейін ылғалдандырылады. Дұрыс күтіп-ұстау кезінде шымтезек, көкөніс жамылғысы, қабығы немесе ағаш сынықтары сияқты табиғи, органикалық орауыштар бірнеше жылға созылуы мүмкін, бірақ құрастырылған, табиғи органикалық және синтетикалық компоненттерді орайтын материалдар, әдетте, әлдеқайда ұзағырақ, 10 жылға дейін қызмет етеді. Бірқатар компаниялар әдеттегі компостпен немесе ағаш чипті төсек биофильтрімен қамтамасыз етілмеген осы түрлерді немесе меншікті орама материалдарын және көпжылдық кепілдіктерді ұсынады.

Ғылыми қауымдастық кеңінен қолданылғанымен, биофильтрмен жұмыс жасайтын физикалық құбылыстарға әлі де сенімді емес, және оған қатысатын микроорганизмдер туралы ақпараттар әзірленуде. Биофильтр / био-тотығу жүйесі - бұл құрастыруға және пайдалануға жеткілікті қарапайым құрал және ластаушы орташа уақыт шегінде биодезацияланған жағдайда (үнемдеу уақыты = өскен мөлшері мен капиталды шығындары), ақылға қонымды концентрацияда (және фунт / сағ жүктеме жылдамдығы) және ауа ағыны организм өміршең температурада. Үлкен көлемдегі ауа үшін биофильтр жалғыз тиімді шешім болуы мүмкін. Екіншілік ластану жоқ (жағдайға қарағанда өртеу мұнда қосымша СО2 және ЖОҚх жанармайдан өндіріледі) және деградация өнімдері қосымша биомасса, көмірқышқыл газы және су түзеді. Медиа суармалы су, бірақ көптеген жүйелер пайдалану шығындарын азайту үшін оның бір бөлігін қайта өңдейді, орташа деңгейге ие оттегінің биохимиялық қажеттілігі (BOD) және жоюға дейін емдеуді қажет етуі мүмкін. Алайда кез-келген биокислотациялық жүйені дұрыс күтіп ұстау үшін қажет бұл «үрлемелі суды» муниципалитет әдетте қабылдайды жалпыға ортақ емдеу жұмыстары алдын ала өңдеусіз.

Биофильтрлер қолданылады Колумбия сарқырамасы, Монтана Plum Creek Timber Company-де ДВП өсімдік.[2] Биофильтрлер өндіріс процесі арқылы шығарылатын ластануды азайтады және шығарылатын қалдықтар 98% таза. Plum Creek-ке ең жаңа және ең үлкен биофильтрді қосудың құны 9,5 миллион доллар тұрады, дегенмен бұл жаңа технология қымбат болса да, ұзақ мерзімді перспективада табиғи газбен жұмыс жасайтын балама шығарғыштарды тазартатын инсинаторларға қарағанда жұмыс уақыты аз болады (олар экологиялық тұрғыдан онша емес) достық).

Суды тазарту

Ағынды суларды тазартуға арналған типтік толық ағынды сүзгі жүйесі.[3]
1-сурет: Трипинг сүзгісіндегі төсек ортасының байланыс бетінің схемалық қимасы.

Биофильтрация алғаш рет 1893 жылы Англияда ағынды суларды тазартуға арналған фильтр ретінде енгізілді және содан бері әр түрлі су түрлерін тазарту үшін сәтті қолданылып келеді.[4] Биологиялық тазарту Еуропада жер үсті суларын ішу мақсатында сүзу үшін 1900 жылдардың басынан бері қолданылып келеді және қазір бүкіл әлемде қызығушылық туып отыр. Биофильтрация жиі кездеседі ағынды суларды тазарту, аквамәдениет және сұр су суды көбейту кезінде оны ауыстыруды азайту тәсілі ретінде қайта өңдеу судың сапасы.

Биофильтрация процесі

Биофильтр - бұл микроорганизмдер жабысып өсетін биологиялық қабат түзетін орталар қабаты биофильм. Биофильтрация, әдетте, бекітілген пленка процесі деп аталады. Әдетте, биофильм әр түрлі микроорганизмдер қауымдастығы арқылы қалыптасады (бактериялар, саңырауқұлақтар, ашытқы макроорганизмдер (т.б.)қарапайымдылар, құрттар, жәндіктердің личинкалары және т.б.) және жасушадан тыс полимерлі заттар (EPS) (Flemming and Wingender, 2010). Аспектісі биофильм[5] әдетте былжырлы және батпаққа ие.

Тазартылатын суды тасушы арқылы жоғары немесе төмен ағып кету арқылы мезгіл-мезгіл немесе үздіксіз беруге болады. Әдетте, биофильтрде тамақтану стратегиясына байланысты екі немесе үш фаза болады (перколяциялық немесе суға батырылған биофильтр):

  • қатты фаза (медиа);
  • сұйық фаза (су);
  • газ тәрізді фаза (ауа).

Органикалық заттар мен судың басқа компоненттері емдеу жүргізілетін биофильмге таралады, негізінен биоыдырау. Биофильтрация процестері әдетте жүреді аэробты бұл дегеніміз, микроорганизмдер метаболизмі үшін оттегін қажет етеді. Биотаспаға оттегіні бір мезгілде немесе қарсы ағыммен су ағынымен беруге болады. Аэрация процестегі ауаның табиғи ағынымен (үш фазалы биофильтр) немесе үрлегіштермен берілетін мәжбүрлі ауаның әсерінен жүреді.

Микроорганизмдердің белсенділігі - бұл процесс өнімділігінің шешуші факторы. Негізгі әсер етуші факторлар - су құрамы, биофильтрдің гидравликалық жүктемесі, қоректік орталар типі, қоректену стратегиясы (перколяция немесе суға батқан орталар), биофильмнің жасы, температура, аэрация және т.б.

Фильтрлі тасымалдағыш түрлері

Биофильтрлердің көпшілігінде құм, қиыршық тас, өзен қиыршық тастары немесе кішкене моншақтар мен сақиналар тәрізді пластмасса немесе керамикалық материалдардың кейбір түрлері қолданылады.[6]

Артықшылықтары

Биологиялық сүзгілердің беткі құрылымдары қарапайым болғанымен, олардың ішкі гидродинамикасы мен микроорганизмдердің биологиясы мен экологиясы күрделі және өзгермелі.[7] Бұл сипаттамалар процестің беріктігін қамтамасыз етеді. Басқаша айтқанда, процесс өзінің өнімділігін сақтауға немесе ағыны жоқ кезеңнен кейін қарқынды бастапқы деңгейге оралуға, қарқынды пайдаланудан, уытты күйзелістерден, медианы кері жуудан (биофильтрацияның жоғары процестері) және т.б.

Биофильмнің құрылымы микроорганизмдерді қоршаған ортаның қиын жағдайларынан қорғайды және биомассаны процестің ішінде сақтайды, тіпті оның өсуіне жағдай оңтайлы болмаса да. Биофильтрация процестері келесі артықшылықтарды ұсынады: (Риттманн және басқалар, 1988):

  • Микроорганизмдер биофильмнің ішінде сақталатындықтан, биофильтрация өсу қарқыны салыстырмалы түрде төмен микроорганизмдердің дамуына мүмкіндік береді;
  • Биофильтрлер ауыспалы немесе мезгіл-мезгіл жүктелуге аз ұшырайды гидравликалық соққы;[8]
  • Операциялық шығындар, әдетте, қарағанда төмен болады белсенді шлам;
  • Тазартудың соңғы нәтижесіне биомассаның бөлінуі аз әсер етеді, өйткені ағынды сулардағы биомассаның концентрациясы тоқтатылған биомасса процестеріне қарағанда әлдеқайда төмен;
  • Бекітілген биомасса технологиялық пойыздың белгілі бір нүктесінде мамандандырылады (тиісті организмдердің жоғары концентрациясы), өйткені жоқ биомасса оралады.[9]


Кемшіліктер

Биомассаның сүзілуі мен өсуі сүзгіш ортада заттың жиналуына әкелетіндіктен, бекітілген пленка процесінің бұл түрі биоклогтау ағынды арналар. Қолдану түріне және микробтық өсу үшін қолданылатын ортаға байланысты биоклогияны физикалық және / немесе химиялық әдістермен басқаруға болады. Мүмкіндігінше, биоматты бұзу және ағынды қалпына келтіру үшін ауаны және / немесе суды пайдаланып, жуу тәсілдерін орындауға болады. Тотықтырғыш сияқты химиялық заттар (пероксид, озон ) немесе биоцидті агенттерді де қолдануға болады.

Ауыз су

Ауыз су үшін биологиялық суды тазарту судың сапасын жақсарту үшін жер үсті суларында табиғи кездесетін микроорганизмдерді пайдалануды қамтиды. Оңтайлы жағдайда, оның ішінде салыстырмалы түрде төмен лайлылығы мен жоғары оттегі мөлшері организмдер судағы материалдарды ыдыратады және осылайша судың сапасын жақсартады. Баяу құмды сүзгілер немесе көміртекті сүзгілер осы микроорганизмдер өсетін тіректі қамтамасыз ету үшін қолданылады. Бұл биологиялық тазарту жүйелері суда таралатын ауруларды, еріген органикалық көміртекті, ластануды және жер үсті суларындағы түсін тиімді түрде азайтады, осылайша судың жалпы сапасын жақсартады.

Ағынды сулар

Биофильтрация әр түрлі органикалық құрамы мен концентрациясы бар ағынды суларды әр түрлі көздерден тазарту үшін қолданылады. Биофильтрацияның көптеген мысалдары әдебиетте сипатталған. Бұл үшін арнайы биофильтрлер жасалды және коммерцияланды жануарлардың қалдықтарын өңдеу,[10] полигон сілтілер,[11] сүт қалдықтары,[12] тұрмыстық ағынды сулар.[13]

Бұл үдеріс жан-жақты, өйткені оны кішігірім ағындарға (<1 м3 / д) бейімдеуге болады, мысалы, ағынды сулар[14] сондай-ақ муниципалитет қалыптастыратын ағындарға (> 240 000 м3 / д).[15] Орталықтандырылмаған тұрмыстық сарқынды суларды өндіру үшін, мысалы, оқшауланған тұрғын үйлер үшін, қазіргі заманғы отбасылардың өмір салтына байланысты гидравликалық және органикалық өндіріс деңгейінің күнделікті, апталық және жылдық ауытқулары бар екендігі дәлелденді.[16] Бұл тұрғыда септиктен кейін орналасқан биофильтр емдеудің нәтижелілігін бұзбай байқалатын өзгергіштікті сақтауға қабілетті сенімді процесті құрайды.

Аквамәдениетте қолданыңыз

Биофильтрлерді жабық жағдайда қолдану жиі кездеседі аквамәдениет сияқты жүйелер аквакультура айналымы жүйелері (RAS). Әр түрлі артықшылықтары мен кемшіліктері бар көптеген конструкциялар қолданылады, бірақ функциясы бірдей: конверсия арқылы су алмасуды азайту аммиак дейін нитрат. Аммиак (NH4+ және NH3) брахалықтан бастау алады экскреция бастап желбезектер туралы су жануарлары және бастап ыдырау органикалық заттардан тұрады. Аммиак-N өте улы болғандықтан, бұл нитриттің аз уытты түріне айналады ( Нитросомоналар сп.), содан кейін нитраттың тіпті аз уытты түріне дейін ( Нитробактер сп.). Бұл «нитрификация» процесі оттегіні қажет етеді (аэробты жағдайлар), онсыз биофильтр апатқа ұшырауы мүмкін. Сонымен, бұл нитрификация циклі H өндіреді+, рН төмендеуі мүмкін, ол сияқты буферлерді қолдануды қажет етеді әк.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Джозеф С. Девинни, Марк А. Дешусс және Тодд С. Уэбстер (1999). Ауа ластануын бақылау үшін биофильтрация. Льюис баспалары. ISBN  978-1-56670-289-8.CS1 maint: авторлар параметрін қолданады (сілтеме)
  2. ^ Линч, Керианн (2008-10-26). "'«Таза ауамен тыныс алу» фермасы. Ресми шолу.
  3. ^ Бейчок, Милтон Р. (1967). Мұнай және мұнай-химия зауыттарындағы сулы қалдықтар (1-ші басылым). John Wiley & Sons Ltd. LCCN  67019834.
  4. ^ Д.С. Чаудхари, С.Виньесвара, Х.Х. Нго, У.Г.Шим және Х.Мун (2003). Судағы және ағынды суларды тазартудағы биофильтр (PDF). Кореялық химия журналы журналы, 20-том, №6. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2014-05-13. Алынған 2013-06-18.CS1 maint: авторлар параметрін қолданады (сілтеме)
  5. ^ Х.С. Flemming & J. Wingender (2010). «Биофильм матрицасы». Микробиологияның табиғаты туралы шолулар. 8 (9): 623–633. дои:10.1038 / nrmicro2415. PMID  20676145.
  6. ^ Эбелинг, Джеймс. «Биофильтрация-нитрификациялау жобасына шолу» (PDF). Алынған 25 қараша, 2018.
  7. ^ C.R. сүзбе және H.A. Хоукс (1983). Суды тазартудың экологиялық аспектілері. Процестер және олардың экологиясы 3-том. ISBN  9780121995027.
  8. ^ П.В. Вестерман; Дж.Р.Бикудо және А.Кантарджиф (1998). Шошқаның көңін аэробты стационарлы ортада биофильтрмен өңдеу. ASAE жыл сайынғы халықаралық кездесуі - Флорида.
  9. ^ Х.Одегаард (2006). Ағынды суларды тазартудағы инновациялар: қозғалмалы төсек биофильм процесі. Су ғылымдарының технологиясы. Архивтелген түпнұсқа 2013-10-18. Алынған 2013-06-19.
  10. ^ Г.Бельна, Р. Дюбе және Н. Тургеон (2008). «Органикалық төсек биофильтрациясы арқылы шошқа көңін өңдеу». Тұзсыздандыру. 231 (1–3): 297–304. дои:10.1016 / j.desal.2007.11.049.
  11. ^ M. Heavey (2003). «Шымтезек арқылы полигонды шаймалауды арзан өңдеу». Қалдықтарды басқару. 23 (5): 447–454. дои:10.1016 / S0956-053X (03) 00064-3. PMID  12893018.
  12. ^ М.Г. Хили; M. Rodgers & J. Mulqueen (2007). «Құрылған сулы-батпақты жерлерді және үзілмелі құмды сүзгілерді қолдана отырып, сүт ағынды суларды тазарту». Биоресурстық технология. 98 (12): 2268–2281. дои:10.1016 / j.biortech.2006.07.036. hdl:10379/2567. PMID  16973357.
  13. ^ Дж. Джоветт және М.Л. Макмастер (1995). Ағынды суларды қанықпаған сіңіргіш биофильтрлерді қолдану арқылы тазарту. Қоршаған орта сапасы журналы.
  14. ^ П. Талбот, Г.Беланжер, М. Пеллетиер, Г. Лалиберте және Ю. Арканд (1996). «Ағынды суларды тазарту үшін органикалық ортаны қолдана отырып, биофильтр әзірлеу». Су ғылымы және технологиясы. 34 (3–4). дои:10.1016/0273-1223(96)00609-9.CS1 maint: авторлар параметрін қолданады (сілтеме)
  15. ^ Ю.Бихан және П.Лессард (2000). «Тұрмыстық ағынды суларды тазартатын биолгильяның биомасса белсенділігін бақылау үшін ферменттік тестілерді қолдану». Химиялық технология және биотехнология журналы. 75 (11): 1031–1039. дои:10.1002 / 1097-4660 (200011) 75:11 <1031 :: AID-JCTB312> 3.0.CO; 2-A.
  16. ^ R. Lacasse (2009). Тұрғын үйдің ағынды суларын тазарту технологияларының тиімділігі солтүстік американдық отбасылардағы өмір салтын өзгерткен жаңа шектеулер жағдайында (PDF). NOWRA - Милуокидегі жыл сайынғы 18-ші техникалық білім беру конференциясы мен көрмесі.

Сыртқы сілтемелер