عملكرد بيوراكتور تلفيقي ستون حباب مايع- بيوفيلتر در حذف دي‌كلرومتان از جريان‌هاي گازي آلوده

Performance of a hybrid bubble column/biofilter bioreactor for removal of dichloromethane from waste gas streams

زمینه و هدف: دی‌كلرومتان یكی از آلایند‌ه‌های خطرناك محیط‌زیست بویژه هوای آزاد بوده و در تماس‌های حاد و مزمن، سلامت انسان را تهدید می‌كند. در این مطالعه كارایی بیوراكتور تلفیقی ستون حباب مایع- بیوفیلتر (HBCB) در حذف دی‌كلرومتان از جریان گازی آلوده در مقیاس پایلوت و شرایط پایدار بررسی شد. روش بررسی: آزمایشات در چهار مرحله با غلظت تقریبا ثابت دی‌كلرومتان (حدود ppm 240) و زمان ماند بستر خالی متغیر به میزان s 50، 100، 150 و 200 به انجام رسید و علاوه بر تعیین راندمان و نرخ حذف دی‌كلرومتان، خصوصیات مایع مخلوط بیوراكتور ستون حباب مایع مطالعه شد و سینتیك بیوفیلتراسیون تجزیه و تحلیل گردید. یافته‌ها: میانگین راندمان بیوراكتور تلفیقی در حذف دی‌كلرومتان در زمان ماند بستر خالی به میزان 200 و s 150 به ترتیب 79 و 71 درصد بود، اما با كاهش بیشتر زمان ماند بستر خالی راندمان حذف دی‌كلرومتان به میزان قابل توجهی تنزل یافت، بطوری‌كه در زمان ماند بستر خالی به میزان s 50، راندمان حذف دی‌كلرومتان به حدود 32 درصد رسید. كاهش زمان ماند بستر خالی از s 200 به s 50 با افزایش نرخ بارگذاری منجر به افزایش نرخ حذف دی‌كلرومتان از g/m3.h12/1 به g/m3.h 19/6 شد. نتایج تجزیه و تحلیل سینتیك نشان داد كه داد‌ه‌های سینتیك بیوفیلتراسیون بیشترین تطابق را با معادله سرعت درجه یك داشت (0/99>R2 و 2/2>&epsilon%)   و ثابت سرعت حذف دی‌كلرومتان به میزان 0/0114 s-1 بدست آمد. بررسی خصوصیات مایع مخلوط نشان داد كه تنظیم pH و هدایت الكتریكی با تناوب روزانه كافی بوده و محدودیتی در عملكرد بیوراكتور ایجاد نمی كند. نتیجه گیری: این مطالعه نشان داد كه بیوراكتور HBCB كارایی و سرعت نسبتا بالایی در حذف دی كلرومتان از جریان گازی آلوده داشته و نسبت به شرایط متغیر بهره برداری انعطاف پذیر است.  

Background and objectives: Dichloromethane (DCM) is one of the hazardous contaminants of the environment, especially ambient air that threatens human health at both acute and chronic exposures. In this study, the performance of a pilot-scale hybrid bubble column/biofilter (HBCB) bioreactor was studied for the removal of DCM from waste gas streams at steady state. Materials and methods: The experiments were conducted in four stages with relatively constant concentrations of DCM (approximately 240 ppm) and variable empty bed residence time (EBRT) of 50, 100, 150 and 200 s. In addition to determining DCM removal rate and efficiency, quality parameters of mixed liquor of the bubble column bioreactor were studied and kinetic of biofiltration was analyzed. Results: The average DCM removal efficiency of the HBCB bioreactor at EBRT of 200 and 150 s were 79 and 71% respectively. However, further reduction of EBRT resulted in significantly decreased DCM removal efficiency, so that at EBRT of 50 s, the DCM removal efficiency decreased to 32%. In addition, the EBRT reduction from 200 s to 50 s through increasing DCM loading rate resulted in increasing DCM removal rate from 12.1 to 19.6 g/m3.h. The results of kinetic analysis showed that the kinetic data of biofiltration were in the best fitness with the first order rate equation (R2>0.99 and &epsilon%<2.2) and the DCM removal rate constant was determined 0.0114 s-1. The mixed liquor characterization indicated that the daily adjustment of pH and EC was sufficient to prevent any limitation in the performance of the HBCB bioreactor. Conclusion: This study indicated that the DCM removal rate and efficiency of the HBCB bioreactor were relatively high and the HBCB bioreactor had reliable performance during the variable operational conditions.