Биологические основы очистки и дезодорации газов. Классификация методов биодезодорации, аппаратурные и технологические решения

Биологические методы очистки и дезодорации газов основаны на сорбции загрязняющих веществ из газового потока водной фазой, с последующей деструкцией сорбированных веществ микроорганизмами, эффективны для удаления загрязнений в диапазоне концентраций 5-1000 мг/м3.

Наибольшее распространение эти методы получили для удаления неприятно пахнущих веществ - биодезодорации газов. В основе биологической дезодорации газов лежит способность многих микроорганизмов окислять спирты, альдегиды, кетоны, органические кислоты, эфиры, ароматические соединения, азотсодержащие соединения (аммиак, метиламин, индол, скатол и др.) и особенно серосодержащие соединения, составляющие болыпую часть летучих соединений с наиболее неприятным запахом.

Биологическая очистка от серосодржащих примесей основана на окислении восстановленных соединений гиобациллами (Thiobacillus thiooxydans, T. thioparus, T.intermedius) и другими бактериями в аэробных и анаэробных условиях. Микробиологическая очистка воздуха от нитрилов (R—С≡N) основана на их гидролизе с образованием карбоновых кислот и аммиака под действием фермента нитрилазы. Тиоцианаты – гидролизуются с помощью фермента родоназы бактерий Bacillus stearothermophilus.

Процесс биологического удаления неприятно пахнущих веществ (НПВ) из воздуха - НПВ переносятся из воздуха в воду (процесс абсорбции). Вместе с ними из отходящего воздуха в воду переходит также и 0₂. Загрязнения окисляются микрофлорой в жидкой фазе, при этом вода освобождается от одорирующих веществ (процесс регенерации).

Для удаления NH3, H2S, S02, осуществляемого автотрофными микроорганизмами (нитрификаторами, сероокисляющими и тиобактериями), требуется поступление в систему углекислого газа, который используется микроорганизмами в качестве источника углерода. Углекислый газ может быть подведен с очищаемым газом, с орошающей водой, с носителем. При необходимости в орошающую воду вводят кислоты и щелочи Для поддержания в зоне биоочистки необходимого рН.

Методы микробиологической дезодорации газов подразделяются на методы с использованием твердой фазы – биофильтры (почва, неорганический или синтетический носитель, природный органический носитель) и жидкой фазы – биосорберы (с диспергированием газа (барботирование) и диспергированием жидкости (биоскрубер))

В биофильтре загрязненные газы продуваются через слой биоактивной, сорбирующей, умеренно увлажненной насадки (носитель микроорганизмов). В качестве материалов-носителей используются органические субстанции: торф, дерн, хворост, кора деревьев, древесная щепа, компост, активированный уголь. -Эти носители более пригодны для удаления органических загрязнений с помощью гетеротрофных микроорганизмов. Также могут быть использованы неорганические материалы: керамика, цеолит, гравий, крупнозернистый песок и другие, а также пластмассы. Они подходят для окисления загрязнений автотрофной микрофлорой: нитрификаторами, серо- и тиобактериями.

Наиболее простой вариант дезодорирующей биофильтрации - продувка газов через почвенный слой, при которой загрязненный газ направляют в распределительные каналы под фильтрующим слоем почвы и дренажного материала (зола, шлак). Газ, проходящий через почвенный слой, очищается почвенной микрофлорой.

Другой пример - биофильтр с насыпным слоем компоста. Газ проходит через распределительный короб и пористые керамические трубы под слоем компоста. Избыток воды, поступающей в компостную кучу с очищаемым газом или с атмосферными осадками, отводится через дренажную трубу. Увлажнение компоста обеспечивается распылением воды над верхней поверхностью фильтрующего слоя. Метод с насыпным слоем компоста применяется на заводах по переработке отходов в компост, на животноводческих фермах, в кормозаготовительных цехах и других сельскохозяйственных предприятиях. При его использовании необходимо обеспечивать равномерное и оптимальное увлажнение всей массы компоста. Со временем фильтрующий слой компоста заменяется.

В биофильтрах закрытого типа очистка более интенсивная и не зависит от погодных условий. Такие биофильтры могут работать в режиме «сухого» реактора и «мокрого» реактора с орошением водой. Может использоваться комбинация различных биофильтров. В мокром реакторе очищается загрязненный конденсат с помощью отдувки газом. Отдуваемый газ очищается в сухом биореакторе.

Большое распространение получили малогабаритные закрытые биофильтры, не требующие ухода и обслуживания, с высокой пропускной способностью по отходящим газам.

Особой разновидностью являются плавающие конструкции биофильтров, предназначенные для удаления неприятных запахов, поступающих с водных поверхностей, в частности с анаэробных лагун, биопрудов. Для удаления запаха в таких случаях испытаны плавающие биофильтрационные устройства с торфом в качестве рабочего материала. С помощью таких биофильтров может быть удалена большая часть H₂S, эмиттируемого с водной поверхности в атмосферу.

Биологическая очистка отходящих газов от неприятных запахов в биоабсорбционных установках осуществляется с помощью активного ила - неприятно пахнущие вещества переносятся из газа в жидкость, а затем окисляются микрофлорой находящейся в жидкой фазе.

По сравнению с биофильтрами биосорберы обеспечивают большие возможности контроля процесса и массопередачу, обработку потоков с высокими концентрациями загрязнений, стабильность в работе. Однако применение биосорберов требует больших капитальных затрат, текущих расходов, а также затрат на удаление избытка биомассы.

Биологические методы отличают простота и надежность. Капитальные затраты ниже в 1,5-6 раз по сравнению с другими методами. НО биофильтры не удаляют биостойкие загрязнения, могут быть чувствительны к пиковым выбросам загрязнений и резким изменениям в их составе. В них не должны применяться материалы и режимы очистки, способные вызвать образование вторичных запахов.