BAB 6

BAB 6Teknologi BiofiltrasiPendahuluanSelama beberapa dekade terakhir, dampak polusi udara terhadap kesehatan manusia dan lingkungan telah mendapat perhatian yang lebih dari masyarakat, pemerintah, dan industri. Dikarenakan dari peraturan yang semakin ketatpenelitian dalam pengembangan teknologi pengendalian pencemaran udara baru dan meningkatkan teknologi yang ada telah tumbuh secara dramatisSaat ini, biofiltrasi emisi udara mendapat perhatian sebagai cara pengolahan yang murah, hemat energi, dan efektif emisi yang mengandung konsentrasi rendah dari senyawa biodegradabel.

Deskripsi Keseluruhan ProsesDi masa lalu, biofiltrasi umumnya berbentuk bak terbuka tunggal. Metode pembuatannya umumnya adalah untuk menggali lubang sedalam sekitar 1-m, menempatkan jaringan distribusi kerikil yang tertutup di bagian bawah, dan isi dengan tanah galian, atau alternatif dengan pasir atau kompos

Baru-baru ini, biofiltrasi tertutup sepenuhnya telah menjadi lebih populer, sebagian, karena kebutuhan untuk memenuhi persyaratan pemantauan emisiSebuah sistem tertutup terdiri dari humidifier dan lapisan filter diisi dengan mikroorganisme melalui mana aliran udara limbah dilewatkan. Udara influen terlebih dahulu dilembabkan untuk mempertahankan kelembaban yang cukup di bak filter. Cara lainnya, air dapat menetes di atas bak. Air ini mungkin mengandung nutrisi yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroorganisme. Cairan mengalir dari bawah bak filter akan keluar atau didaur ulang.

Gambar Biofilter TertutupTerminologi Biofiltrasi

Bagian berikut ini menjelaskan beberapa istilah umum yang digunakan untuk menggambarkan biofiltrasi dan cara kerjanya.

Waktu tinggal bak kosong

Waktu tinggal bak kosong (EBRT, dalam detik), didefinisikan sebagai kesenjangan volume bak filter kosong dengan tingkat aliran udaraEBRT = Vf / Q,: Vf adalah volume lapisan filter (m3), dan Q laju alir udara (m3 / s).Waktu tinggal yang benar, yang merupakan sisa udara yang sebenarnya tetap di bak filter, didefinisikan sebagai volume jumlah bak filter yang dikalikan dengan bak porositas media filter, dibagi dengan laju aliran udara:= (Vf x ) / Q: adalah waktu tinggal yang benar (s), dan = porositas = volume kosong ruang / volume bahan saringan.

Permukaan (atau volumetrik) dan Angka Memuat Massa

Tingkat pemuatan permukaan didefinisikan sebagai volume gas per satuan luas bahan filter per satuan waktu. Laju pemuatan volumetrik didefinisikan sebagai volume gas per satuan volume bahan penyaring per satuan waktu.Beban permukaan = Q / A:A adalah luas penampang filter (m2).Pemuatan Volumetrik = Q / Vf = 1/EBRT.Massa pemuatan tingkat (permukaan atau volumetrik) adalah massa dari kontaminan memasuki biofilter per satuan luas isi bahan penyaring per satuan waktu.Jika aliran tetap konstan melalui filter, pemuatan massa sepanjang bak akan menurun seiring pengkontaminan dihapus. Memuat laju massa keseluruhan untuk sistem didefinisikan berdasarkan inlet sebagai:Massa pemuatan (permukaan) = (Q x CGI) / A,Dimana: CGI adalah konsentrasi inlet (g/m3).Massa pemuatan (volumetrik) = (Q x CGI) / Vf

Mekanisme Operasi

Proses yang mendasari biofiltrasi terdiri dari serangkaian langkah dimulai dengan transfer kontaminan dari udara ke fase air, adsorpsi dengan media atau penyerapan menjadi film air, dan akhirnya biodegradasi kontaminan dalam biofilm. Memahami dan meningkatkan langkah-langkah yang membatasi laju memberikan kesempatan untuk memprediksi dan meningkatkan kinerja biofiltrasi.

Transfer dan Partisi dari Kontaminan ke Biofilm tersebut

Pemindahan kontaminan dari udara ke fase air umumnya bukanlah langkah untuk membatasi tingkat laju, jadi salah satu yang sering diasumsikan bahwa gas dan cair berada pada kesetimbangan, partisi antara udara dan air umumnya digambarkan oleh hukum HenryP = LPKDimana : p adalah tekanan parsial dari kontaminan dalam fase gas (Pa), Cw adalah kesetimbangan konsentrasi kontaminan dalam fase air (mol / Lwater atau g / lwater), dan H adalah hukum konstanta Henry (PAL / mol atau Pa Lwater / g).

Mengingat bahwa tekanan total dari fase gas (umumnya udara) adalah konstan di sepanjang biofilter, tekanan parsial dari kontaminan otomatis akan proposional dengan konsentrasi fase gas, sehingga salah satunya dapat mengaplikasikan hukum Henry sebagai koefisien partisi air dan udara berdimensi, KAW, sebagai berikut:KAW = CA / CW = H / (RT),Dimana CA adalah konsentrasi kontaminan di udara fase (mol / sarang atau g / sarang) = p / (RT) (melalui hukum gas ideal), R adalah tetapan gas (8.314J/mol K), dan T adalah suhu (K).

Secara umum kapasitas penghapusan biofilter akan menurun dengan meningkatnya atau konstannya hukum Henry, ekivalensi, KAW, karena menunjukkan kecenderungan untuk menjauhi partisi dari fase cair / biofilm dimana degradasi berlangsung. BiodegradasiBiofilm adalah elemen kunci dari biofilter yang terlibat dalam menghancurkan kontaminan. Biofilm sebenarnya adalah massa organisme yang tumbuh di permukaan media padat, dan melaksanakan kegiatan metabolisme yang mengubah kontaminan untuk produk berbahayaKetebalan biofilm dipengaruhi oleh beberapa faktor (Cohen 2001) yaitu diantaranya aliran melalui biofilter, bak, proses konstruksi material, dan sistem perawatan konstruksi yang berbeda. Pelaksanaan karakterisasi BiofilterPenghapusan EfisiensiEfisiensi removal (RE) adalah sebagian kecil dari kontaminan dihapus oleh biofilter, dinyatakan sebagai persentase:Removal efisiensi = (CGI - CG0) / cgi x 100Dimana CGI adalah konsentrasi inlet, dan CG0 konsentrasi outlet.Penghapusan KapasitasKapasitas eliminasi (EC) adalah massa dari satuan volume kontaminan terdegradasi per bahan penyaring per satuan waktu. Kapasitas eliminasi keseluruhan secara umum didefinisikan sebagai:Penghapusan kapasitas = (CGI-CG0) x Q / Vf= Massa volumetrik pemuatan x REDimana Q adalah tingkat aliran udara (m3 / h) dan Vf volume lapisan filter (m3).

Kapasitas maksimum PenyisihanPada mayoritas proses biofiltrasi, pada beban rendah, peningkatan kapasitas eliminasi dengan peningkatan beban tetapi pada beban tinggi laju degradasi menjadi independen dari beban. Dataran tinggi diamati dalam plot sering disebut sebagai kapasitas eliminasi maksimum. Mendorong biofilter di atas nilai ini menyebabkan penurunan efisiensi penyisihan.

Faktor yang Mempengaruhi Kinerja BioFilter1.Media PengemasanKomponen media tradisional alami yang sering digunakan untuk biofiltrasi sederhana adalah kompos, gambut, serpihan kayu, pupuk, dan tanah. Beberapa biofiltrasi juga dikemas dengan adsorben seperti karbon aktif. Kadar uap airKadar uap air dari bed filter merupakan faktor penting untuk efektivitas biofilter, karena mikroorganisme membutuhkan air untuk melaksanakan kegiatan metabolisme secara normal. Tingkat air yang optimal bervariasi dengan media filter yang berbeda, tergantung pada luas permukaan media, penyerapan dan faktor lain

3.SuhuKontrol suhu juga sangat penting dalam biofiltrasi untuk menghindari guncangan termal. Ada tiga kelas suhu umum mikroorganisme aerobik: mikroorganisme psychrophilic, yang tumbuh terbaik di bawah suhu 20 C, mikroorganisme mesofilik, yang mencapai tingkat pertumbuhan tertinggi pada 20-40 C, dan organisme termofilik, yang tumbuh terbaik di atas 45 C.4Konten OksigenOksigen sangat penting untuk pengoperasian biofiltrasi karena mikroorganisme yang dominan yang digunakan dalam biofiltrasi adalah aerobik, dan memerlukan oksigen untuk metabolisme.5.pHMikroorganisme memiliki spesifik, range pH optimum untuk kegiatan mereka. Bak kompos umumnya memiliki pH antara 7 dan 8, pH yang sangat disukai oleh mikroorhanisme.6.NutrisiKarbon dan energi yang dibutuhkan untuk mikroorganisme dapat berasal dari gas kontaminan, sementara nutrisi lain seperti nitrogen, fosfor, mineral, dan elemen harus dipasok ke mikroorganisme dalam biofilter untuk meningkatkan kinerja (Auria et al. 1996).

7.Tekanan MenurunAkumulasi biomassa yang lebih besar di bagian inlet biofiltrasi (Corsi dan Benih 1995, Swanson dan Loehr 1997), dan menyebabkan perubahan karakteristik bak misalnya, pengurangan ruang interparticle kosong, dan pemadatan dari naturan kemasan bahan seperti serpihan kayu; perubahan ini menyebabkan penyaluran dan penurunan tekanan meningkat.8.Kedalaman MediumKedalaman media biofilter telah berkisar kurang dari 0,5 sampai 2,5 m. Kedalaman 1 meter sangat ideal, untuk memberikan waktu tinggal yang cukup sambil meminimalkan lahan penampungan filter.

9Pengolahan Limbah GasBeban partikulat tinggi dalam gas buang dapat mempengaruhi pengoperasian biofilter dengan menyumbat sistem pendistribusian udara dan bahan udara itu sendiri (William Miller dan 1992, Bohn 1993)10PemeliharaanWaktu dan frekuensi pemeliharaan rutin atau periodik biofilter tergantung pada beberapa faktor termasuk suhu gas buang dan kelembaban relatif, kelembaban konten bak filter, stabilitas media, temperatur, pH, dan tekanan balik (Lesson dan Winter 1991, Yang dan Allen 1994)

Keuntungan dan Kerugian

Biofiltrasi memiliki keuntungan atas teknologi lainnya, karena teknologi ini sederhana, memiliki desain yang fleksibel dan modal yang rendah. Model ini adalah pilihan yang sangat baik untuk konsentrasi polutan yang rendah dan memiliki volume tinggi, karena biaya lebih rendah dibandingkan dengan teknologi lainnya seperti insenerasi yang melibatkan penambahan bahan bakarTetapi ada juga beberapa kerugian dalam penggunaan teknologi ini. Kriteria desainnya masih sedang dikembangkan dan media pengepakannya membutuhkan penggantian yang rutin (misalnya tiap beberapa tahun). Selain itu dibutuhkan area lahan yang luas untuk model ini, dan yang sering menjadi masalah adalah harga lahan yang mahal atau susahnya mencari lahan. bakarKesimpulan

Biofiltrasi telah terbukti menjadi teknologi yang efektif dan hemat biaya untuk berbagai emisi, dan prospek ke depan yang cerah. Meskipun tidak bisa dipungkiri untuk mengontrol bau untuk banyak emisi dan kontrol VOC untuk yang lain, pada banyak sumber emisi , khususnya di sektor industri, yang belum dikembangkan.Secara keseluruhan, perlunya perluasan dalam pengujian dan aplikasi sangat penting sehingga dapat meningkatkan kepercayaan diri dan keandalan untuk setiap industri tertentu

TEKNOLOGI BIOTRIKLING FILTERPendahuluan

Biotrickling filtrasi adalah satu dari banyak teknik biologis yang menjanjikan untuk mengontrol bau dari VOCPrinsip dasar dari filter biotrickling diilustrasikan pada Gambar. 7.1. Dalam biotrickling filter, udara kotor atau terkontaminasi dipaksa melalui packed bed, baik downflow atau upflow. packed bed ini hampir selalu terbuat dari bahan inert seperti Kemasan plastik sampah acak, batu lava, kemasan plastik berstruktur, atau pori-pori busa sintetis. Bahan lain yang juga dapat digunakan adalah glass wool atau batuan, robekan ban, manik-manik kaca, atau keramik. Kemasan ini menyediakan permukaan yang diperlukan untuk menempelnya biofilm dan untuk kontak antara cairan dengan gas. Selama perawatan, fase liquid didaur ulang melalui kemasan. Ini memberikan kelembaban, nutrisi mineral dengan budaya proses, dan sarana untuk mengontrol parameter operasi dasar.

Gambar. 7.1Desain dan Pengoperasian Biotrickling Filter

PARAMETERNILAITinggi bed1 4 mLuas lintas penampang bedtergantung dari aplikasinya. hanya dibatasi oleh tempat yang tersediaUkuran packingBervariasi: misal diameter batuan 5 30 mm, ukuran buangan packing antara 10 100, busa berpori dengan 4 10 pori Waktu tinggal udara pada bed yang kosongBiasanya 10 30 detik, beberapa kejadian dibawah 2 5 detik (Gabriel and Deshusses 2003a, b) Tekanan tetesan1 5 cm dari kolom airTemperatur udara10 30C, pada beberapa kasus dilaporkan suhu lebih tinggi, antara 60 70C (Cox et al. 2001; Kong et al. 2001)Tingkat daur ulang cairanSangat bervariasi, dari 0.01 sampai 10 m . Rata-rata pH cairan daur ulangParameter umum yang dipantauKontrol umum~ 7 untuk control VOC, ~ 1- 2 untuk control H2STemperature, ph, oksigen terlarut dan konduktiviti dari cairan daur ulang, tingkat aliran trikling, inlet polutan dan konsentrasi outlet, tekanan tetesanNilai cairan, control pH, alarm cairan saat level rendah atau penonaktifan pompaKonversi Pembersihan Kimia untuk Biotrickling FilterHidrogen sulfida merupakan salah satu aroma utama yang harus dikontrol pada pengolahan milik publik (POTWs). Emisi H2S biasanya dikendalikan oleh pembersih kimia, yang mahal. Pengolahan biologi H2S agar berhasil diperlukan waktu kontak gas berkisar dari 10 sampai 30 detik. Sedangkan apabila menggunakan Srubber Kimia membutuhkan waktu 1 2. Akibatnya, biotreatment tidak praktis untuk mengontrol arus udara yang sangat besar.Pendekatan Konversi yang PertamaKelayakan penyesuaian setiap scrubber kimia yang ada tergantung pada kelayakan teknis dan ekonomis dari konverter seperti kekuatan scrubber, dll. Pada dasarnya, cangkang / kulit luarnya harus cukup kuat untuk mendukung berat dari kemasan dan biomassa, dalam kasus ini filter biotrickling digunakan untuk mengurangi H2S. Semua bagian yang dibasahi harus tahan terhadap kondisi asam, karena pH pada pengoperasiannya sangat rendah (PH1 -2). Faktor tambahan yang perlu dipertimbangkan dalam konversi pertama adalah untuk mempertimbangkan kemungkinan untuk kembali ke pengoperasian scrubber kimia jika biotrickling filtrasi tidak memenuhi harapan yang diinginkan. Selain itu, penting juga untuk menyediakan sumber nutrisi untuk pertumbuhan biomassa dan untuk mengontrol pH cairan daur ulang.

Prosedur umum untuk mengkonversi penuh skala pembersih kimia1.Persiapan alat pembersih :Setiap konversi akan memerlukan beberapa pekerjaan persiapan terdiri dalam mengisolasi alat pembersih sebelum perubahan tersebut2.Pemindahan dari Bagian yang tidak perlu :Sebuah scrubber kimia yang khas berisi lima komponen utama: penggemar, pompa resirkulasi, pompa injeksi kaustik, hidrogen peroksida atau pompa klor booster, dan klorin stasiun kaki. Namun untuk pompa booster biotrickling filter, peroksida dan klorin dan stasiun klorin pakan tidak diperlukan.

Penggantian kemasan lama:Semakin lama penggunaan, kualitas dari kemasan akan berkurang seperti menurunnya porositas, kekuatan strukturnya dan semakin banyak bakteri yang tumbuh. Kemasan yang lama akan dibuang, diganti yang baru.4. Penguat kemasan : Water holdup dan pertumbuhan biomassa merupakan kontributor utama kemungkinan kenaikan berat bed yang dikemas dalam filter biotrickling. Dalam beberapa konversi dari pembersih kimia, bobot bahan kemasan telah meningkat dengan faktor sepuluh dari berat asli dari bahan kemasan bersih

Perubahan Sistem Distribusi Cair Cairan menetes tingkat untuk filter biotrickling tidak perlu setinggi dalam alat pembersih kimia. Mengurangi tingkat menetesnya cairan dapat menyebabkan distribusi cairan yang tidak tepat. Pengalaman kami menunjukkan bahwa sistem gravitasi distribusi cair, seperti kotak dan bendung lembah akan cocok untuk biotrickling operasi filter jika benar-benar presisi.6. Modifikasi penghilang kabut Kabut biasanya dikurangi dengan menggunakan jenis umum eliminator kabut. Eliminator kabut acak yang dikemas tidak efektif dalam menghapus tetesan cairan baik dari aliran udara outlet, tetapi aliran cairan akan berkurang dalam pembersih dikonversi untuk mengurangi potensi pembentukan kabutPenggantian Pompa Daur Ulang Cairan Bersama dengan penggantian bahan kemasan, penggantian pompa daur ulang cairan dalam rangka untuk memastikan tingkat menetes tepat dapat menjadi faktor kunci dalam konversi scrubber kimia. 8. Perubahan Inlet / Outlet Saluran Air Dalam beberapa kasus, saluran inlet atau outlet udara mungkin perlu dimodifikasi dengan pemasangan ducting tambahan, peredam, flensa, tee, dll untuk memenuhi kebutuhan waktu tinggal dan kecepatan aliran untuk konversi H2S yang optimal.Pemasangan pasokan limbah sekunder Sebuah sumber nutrisi harus disediakan dalam sistem biologis dan dalam kasus biotrickling filter dengan bahan kemasan umumnya terbuat dari bahan sintetis yang tidak memberikan nutrisi, sumber eksternal nutrisi harus disediakan. 10.Pemasangan Material Kemasan BaruSarana untuk meningkatkan kecepatan transfer massa keseluruhan dan penghapusan polutan di biotrickling filter dilakukan dengan pemilihan bahan kemasan dengan luas permukaan spesifik yang tinggi.

11.Perubahan KontrolPilihan kontrol canggih atau operasi sebagian besar pengguna tergantung pada aplikasi, ukuran reaktor, badan pengawas, dan anggaran yang tersedia. Dalam kasus apapun, minimal kontrol dan instrumentasi yang diinginkan untuk menjamin operasi yang aman dalam biotrickling filter,

Biotrickling filtrasi merupakan salah satu teknik yang tersedia untuk pengelolaan pencemaran biologis udara yang terkontaminasi. Teknik ini memiliki potensi terbesar, seperti yang digambarkan dalam bab ini dengan suksesnya konversi pembersih kimia untuk biotrickling filter untuk kontrol H2S. Biotrickling filtrasi adalah teknologi Up 2 date, dan jumlah skala penuh filter biotrickling meningkat dengan pesat. Pada saat yang sama, penelitian mengeksplorasi aplikasi baru, yang akan membuka kemungkinan baru untuk biotrickling filtrasi.

Kesimpulan