انواع فرآیند بیوفیلتراسیون بر اساس طراحی بیوراکتور که شامل بیوفیلتراسیون، فیلتر چکنده زیستی (biotrickling filter) و بیو اسکرابر است طبقه بندی میشود. اگرچه در تمام بیوراکتورها مکانیسمهای حذف آلاینده اصلی تقریبا مشابه هم است، اما از نظر ساختار میکروارگانیسمی (معلق در مایع یا در بی حرکت بیوفیلم)، نوع بستر پکینگ و غلظت آلاینده ورودی متفاوت هستند. این فرآیندها دارای مزایای منحصر به فردی هستند که آنها را به تکنیکهای مناسب برای حذف بیولوژیکی انواع ترکیبات تبدیل میکند. گاهی اوقات ترکیبی از این فرآیندها ممکن است بسته به الزامات واقعی تصفیه و ورودی VOC استفاده شود.
بیوفیلترها سادهترین و قدیمیترین سیستم راکتور در بین سه بیوراکتور فاز بخار برای تصفیه VOCها است. گازهای زائد مملو از VOC از یک بستر ساپورت بی حرکت بیوفیلم عبور داده میشود. این گازها توسط میکروارگانیسمها به دی اکسید کربن، آب و زیستتوده تبدیل میشود. گاز زائد قبل از هدایت به بیوراکتور برای تصفیه، لازم است مرطوب شود. به طور کلی بسترمدیا دارای مواد پکینگ آلی مانند کمپوست، ذغال سنگ، چوب یا خردههای پوست و غیره یا مواد مصنوعی مانند پلاستیک، سرامیک و غیره است، میکروارگانیسمها به عنوان بیوفیلم روی این ساپورت بستر پکینگ ایجاد میشوند. بستر آلی همچنین میتواند منبع مواد مغذی اضافی برای تقویت رشد میکروبی باشد. هنگامی که از بستر مصنوعی استفاده میشود، مواد مغذی باید برای رشد میکروبی اضافه شود. برای پکینگ آلی نیز مواد مغذی مورد نیاز است که پس از مدتی باستی تامین شود زیرا مواد مغذی در بستر شروع به کم شدن میکند معمولا مواد مغذی به طور متناوب روی مواد پکینگ اسپری میشود. پاشیدن آب بر روی بستر فیلتر نیز به صورت متناوب اعمال میشود تا از رطوبت مناسب در داخل مدیای پکینگ اطمینان حاصل شود و امکان شستشوی محصولات جانبی تجزیه شده فراهم شود. در بیوفیلتر، میزان بار گذاری ورودی VOC یا بو معمولا کمتر از 1 گرم بر متر مکعب است. اگرچه بیوفیلترها راندمان کاهش بو را همیشه بیشتر از 80 درصد نشان میدهند، راندمان حذف VOC، 20 تا 90 درصد است. بنابراین،پارامترهای عملیاتی باید به طور ایمن حفظ شوند تا از حذف موثر VOCها اطمینان حاصل شود.
صافیهای چکنده زیستی(Biotrickling filters) از نظر ساختار شبیه به بیوفیلترها هستند با این تفاوت که به جای مرطوب کردن هوا (پیشمرطوبسازی)، یک بستر مایع همیشه در گردش (در جهت جریان یا خلاف جهت جریان)وجود دارد و از پکینگهای مصنوعی استفاده میشود. صافیهای چکنده زیستی میتوانند غلظت بالایی از آلودگی را کنترل کنند. معمولا از پلاستیکها، سرامیکها، رزینها، کربن فعال گرانولی، سنگها و... به عنوان بستر استفاده میشود. به دلیل خاصیت خنثی بودن مواد پکینگ، در صافیهای چکنده زیستی بایستی تلقیح با میکروارگانیسمها انجام شود زیرا پکینگ ماهیت غیر آلی داشته و برای حفظ فعالیت میکروبی، افزودن محلول غذایی لازم است. میکروارگانیسمها عمدتا در بستر مصنوعی به صورت یک لایه ثابت رشد مییابند.
آلایندهها از فاز گاز به فاز مایع انتقال یافته و بیوفیلم برای تجزیه آن شکل میگیرد. از آنجایی که یک فاز جریان دائمی مایع در فیلتر چکنده زیستی وجود دارد، مزایایی برای امکان تنطیم pH، غلظت مواد مغذی و حذف فراوردههای جانبی تخریب فراهم میسازد.
اگر چه این فیلترها چکنده زیستی برای تصفیه آلایندههایی که به آسانی در آب حل میشوند مناسب است، اما برای آلایندههای کم محلول مناسب نیست (Francisco, 2014). در فیلترهای چکنده زیستی، به طور کلی میزان بارگذاری VOC ورودی یا بو کمتر از 0.5 گرم بر متر مکعب (<0.5 g m-3) است (Frederickson et al.).
|
|
|
|
بیواسکرابرها(Bioscrubbers)
در بیواسکرابر، گاز آلوده از دو طریق تصفیه میشود. در مرحله اول، جریان هوای آلوده با آب در یک راکتور پرشده از مدیا برخورد میکند و منجر به جذب آلودگی به فاز مایع میشود. سپس مایع به یک راکتور لجن فعال یا هر واحد بیولوژیکی که در آن آلایندهها از نظر بیولوژیکی تصفیه میشوند هدایت میشود. پساب مایع تصفیه شده از بیوراکتور دوم (پس از زلال سازی) مجددا به راکتور اول منتقل میشود. از این رو، راکتوردوم به بیواسکرابر اجازه میدهد تا غلظت بالایی از VOCs را نسبت به بیوفیلترها تصفیه کند. از آنجا که جذب و تجزیه زیستی در دو راکتور مختلف اتفاق میافتد، بهینه سازی این راکتورها را میتوان انجام داد. فیلترهای چکنده زیستی و بیواسکرابرها به دلیل وجود فاز مایع، امکان کنترل بیشتری بر روی pH، مواد مغذی و حذف محصولات جانبی تجزیه شده وجود دارد.
عیب اصلی بیو اسکرابر نسبت به بیوفیلتر خروجی یا پساب اضافی است. از آنجایی که این سیستم متکی به جذب است، فقط میتوان آلایندههای بسیار محلول در آب را به طور موثر تصفیه کرد. از آنجایی که بخش بزرگی از VOCهای موجود در انتشارات ETP یا STP ماهیت نسبتا آبگریزی دارند، ازاینرو اجرای فرایند بیو اسکرابر محبوبیت کمتری پیدا میکند. در بیواسکرابر، بارگذاری VOC یا بوی ورودی معمولا کمتر از 5 گرم بر متر مکعب (<5 g m-3) است (Frederickson et al.).
|
|
نمودار شماتیک برای انواع سیستم بیوفیلتراسیون
