1.Antropogeniczne zrodla zaneiczyszczen powietrza i sposoby ich bioutylizacji
- ENERGIA (spalanie paliw)
- UPRZEMYSŁOWIENIE (procesy technol. w zakładach chem., rafineriach, hutach, kopalniach, cementowniach i wszystkich innych zakładach przemysłowych;
- KOMUNIKACJA (gł. transport samochodowy, ale także kol., wodny i lotn.);
- WZROST LICZBY LUDNOŚCI (ścieki i odpady komunalne oraz ich gromadzenie i utylizacja, wysypiska, oczyszczalnie ścieków).
Źródła emisji zanieczyszczeń mogą być punktowe (np. komin), liniowe (np. szlak komunikacyjne) i powierzchniowe (np. otwarty zbiornik z lotną substancją).
Zanieczyszczenia powietrza można podzielić na:
- zanieczyszczenia pierwotne, które występują w powietrzu w takiej postaci, w jakiej zostały uwolnione do atmosfery,
- zanieczyszczenia wtórne, będące produktami przemian zachodzących między składnikami atmosfery i jej zanieczyszczeniem oraz pyłami uniesionymi ponownie do atmosfery po wcześniejszym osadzeniu na powierzchni ziemi.
Rozprzestrzenianie - intensywność zależy m.in. od warunków terenowych. Następnie zachodzi proces samooczyszczania w wyniku osadzania się zanieczyszczeń (sorpcja) lub ich wymywania przez wody atmosferyczne. Cząstki zanieczyszczeń, których średnica nie przekracza 200 µm, utrzymują się w powietrzu dość długo w postaci aerozoli, po czym cząstki o średnicach mniejszych niż 20 µm są usuwane gł. wskutek wymywania, większe opadają na powierzchnię ziemi pod wpływem siły ciężkości. Skład powietrza w pomieszczeniach zamkniętych zależy gł. od: jakości powietrza atmosf. w rejonie, w którym stoi budynek, rodzaju i ilości zanieczyszczeń emitowanych w procesach zachodzących w pomieszczeniu oraz rodzaju i efektywności systemu wentylacji pomieszczenia.
Źródłami zanieczyszczeń są:
- procesy utleniania: bezpośrednie spalanie paliw (gotowanie posiłków, ogrzewanie wody), palenie tytoniu, procesy oddychania,
- materiały bud. lub wykończeniowe,
- procesy technologiczne.
Najbardziej szkodliwe związki chem. stosowane w budownictwie to: aldehyd mrówkowy (formaldehyd), fenole, toluen, ksylen i styren, znajdujące się gł. w lepikach, klejach, lakierach i materiałach impregnacyjnych; toksyczny formaldehyd (szczególnie niebezpieczny dla dzieci i młodzieży) jest emitowany z wełny miner. oraz płyt paździerzowych, do produkcji których są stosowane kleje i lakiery zawierające ten składnik.
2. Wyjaśnić pojęcie hermetyzacji procesów technologicznych i neutralizacji gazów odlotowych
Hermetyzacja to uszczelnienie procesów technologicznych i neutralizacja gazów odlotowych, to spójny system ochrony powietrza przed emisją szkodliwych gazów, aerozoli bakteryjnych oraz grzybów, a więc trujących związków i odorów. Hermetyzacja zapewnia oszczędności inwestycyjne i eksploatacyjne
Elementem składowym każdego systemu hermetyzacji i neutralizacji gazów odlotowych są przekrycia dachowe (np. laminat poliestrowo-szklany) dla różnego rodzaju zbiorników. Duże wymiary oraz korozyjne działanie zgromadzonych związków na tradycyjne materiały konstrukcyjne (stal lub beton) oraz konieczność dostępu do zamontowanych w zbiorniku urządzeń sprawiają, że przekrycia to największy problem w hermetyzacji obiektu. W trakcie projektowania najważniejszy jest dobór odpowiedniego materiału, który powinien gwarantować długotrwałą, bezremontową eksploatację i zapewnić wymaganą wytrzymałość i statykę konstrukcji. Ewentualne remonty i konserwacje są kłopotliwe i kosztowne. Materiałem, który spełnia wszelkie funkcje stawiane przykryciom pod względem technicznym i ekonomicznym jest laminat poliestrowo-szklany.Przekrycie przeznaczone jest do hermetyzacji zbiorników okrągłych np. bez podparcia w centralnym punkcie zbiornika. Może być stosowane do zbiorników betonowych lub stalowych w oczyszczalniach ścieków i zakładach przemysłowych, bez względu na medium zgromadzone w zbiorniku. Przekrycie stanowi niezbędny element systemu biologicznego oczyszczania powietrza (dezodoryzacji).Przekrycie wykonane jest z laminatu poliestrowo-szklanego o właściwościach wymaganych dla konstrukcji samonośnych i środowiska, w którym będzie eksploatowane. Dobór materiałów jest konsekwencją wymagań norm DIN. Laminat poliestrowo-szklany ma zdecydowaną przewagę nad konstrukcjami betonowymi lub stalowymi. Podstawowe zalety to lekkość konstrukcji, trwałość i łatwość montażu, nie wymagająca żadnych dodatkowych wzmocnień lub konstrukcji wsporczych.
3. Wymienic zasady i zalety hermetyzacji procesów technologicznych
- ograniczeniu do minimum wielkości terenów niezbędnych do realizacji inwestycji (maleją koszty zakupu gruntów i podatki),
- przybliżeniu lokalizacji oczyszczalni do zabudowy miejskiej (maleją koszty budowy kolektora doprowadzającego ścieki, dróg dojazdowych do oczyszczalni itp.)
- likwidacji strefy ochronnej,
- poprawie funkcjonalności i efektywności oczyszczalni,
- poprawie warunków i bezpieczeństwa pracy.
Zasady:
- materiał, który powinien gwarantować długotrwałą, bezremontową eksploatację i zapewnić wymaganą wytrzymałość i statykę konstrukcji ( laminat poliesterowo - szklany )
4. Omówić procs neutralizacji biologicznej kwasów odlotowych
Sorpcja W biologicznym oczyszczaniu gazów odlotowych sorpcja zanieczyszczeń sprowadza się w zasadzie do ich pochłaniania (absorpcji) w wodzie.Absorpcję to proces, w którym jeden lub więcej składników mieszaniny gazowej zostaje pochłoniętych przez ciecz kontaktującą się z gazami. Ciecz pochłaniająca gaz nazywa się absorbentem. W trakcie absorpcji zachodzi wymiana masy przez warstwę graniczną rozdzielająca fazę gazową i ciekłą, w związku z czym procesowi temu sprzyja rozwinięcie powierzchni kontaktu faz.Warunkiem niezbędnym do zajścia procesu absorpcji jest rozpuszczalność, choćby niewielka, usuwanego z gazów składnika w wodzie. Stan równowagi procesu rozpuszczania składnika fazy gazowej w cieczy można opisać prawem Henry'ego. Mikroorganizmy mają także zdolność przyswajania związków praktycznie nierozpuszczalnych w wodzie, mających powinowactwo fizykochemiczne z tłuszczami (jak np. węglowodory).
Takie związki mogą wnikać do komórek na zasadzie ich wybiórczej rozpuszczalności w błonie cytoplazmatycznej, zawierającej lipidy. Ten proces ma jednak dla biologicznego oczyszczania gazów odlotowych znacznie mniejsze znaczenie.
Biologiczny rozkład zanieczyszczeń. Biorą w nim udział mikroorganizmy będące składnikiem środowiska naturalnego, a stwarzane przez człowieka sztuczne warunki procesu mają na celu jego zintensyfikowanie, poprzez zapewnienie im warunków wzrostu i rozmnażania oraz spowodowanie pożądanych reakcji mikrobiologicznych, ktore zapewniają degradację szkodliwych substancji chemicznych. W procesach rozkładu zanieczyszczeń gazów biorą udział głównie bakterie tlenowe. Związki organiczne przyswajane są przez bakterie heterotroficzne - czyli cudzożywne, a związki nieorganiczne - przez bakterie autotroficzne, czyli samożywne. Proces biologicznego rozkładu związków organicznych można opisać równaniem:
Zanieczyszczenia org. + O2 CO2 + H2O (+ biomasa)
Powyższe równanie jest zapisem sumarycznym i nie oddaje bardzo skomplikowanego cyklu przemian, którym podlegają substancje zanieczyszczające przekształcane najpierw do postaci biorących udział w cyklach oddychania tlenowego. Mogą to być np. takie związki jak: kwas pirogronowy, kwas bursztynowy, kwas fumarowy, acetylo-CoA, które występują w cyklu kwasów trójkarboksylowych (cykl Krebsa).Głównymi zanieczyszczeniami nieorganicznymi usuwanymi z gazów odlotowych na drodze biologicznej są amoniak i siarkowodór. Proces zachodzi dzięki pracy autotroficznych bakterii chemosyntetyzujących.Amoniak, który po absorpcji w wodzie przechodzi w postać częściowo zdysocjowanej zasady amonowej, jest utleniany dwustopniowo.
Pierwszy etap procesu utleniania można opisać następującym równaniem:NH4+ + 1,5 O2 NO2- + H2O + 2H+ Reakcja ta zachodzi z udziałem bakterii z rodzaju Nitrosomonas.
Drugi etap procesu utleniania, zachodzący z udziałem bakterii z rodzaju Nitrobacter, opisuje równanie: NO2- + 0,5 O2 NO3- (kwas azotowy)Siarkowodór, a także wolna siarka i siarczyny, mogą być utleniane przez wiele rodzajów bakterii. Należą do nich: Thiobacter, Thiobacillus, Begiotoa, Thiotrix, Thioplaca i inne. Podczas utleniania może powstać w pierwszym etapie wolna siarka, którą bakterie gromadzą w plazmie komórkowej w postaci drobnych kuleczek. Jeśli występuje niedobór siarkowodoru, to zachodzi dalsze utlenianie siarki do kwasu siarkowego, w wyniku czego dochodzi do silnego zakwaszenia środowiska. Nie ma to jednak ujemnego wpływu na przebieg utleniania. Sumarycznie proces można opisać równaniem: H2S + 2O2 H2SO4
Procesy biologicznego utleniania związków nieorganicznych są dla autotroficznych bakterii chemosyntetyzujących źródłem energii niezbędnej do podtrzymania procesów życiowych. Oprócz tego, bakterie muszą prowadzić syntezy składników komórkowych (białka, węglowodany, tłuszcze, enzymy i inne). Źródłem pierwiastków niezbędnych do procesu asymilacji, łącznie z węglem, są w tym wypadku związki nieorganiczne rozpuszczone w wodzie.
5. Omówić wymiar molekularny i techniczny neutralizacji biologicznejgazów odlotowych
Wymiar molekularny: sorpcja zanieczyszczeń rozkład biologiczny oczyszczone gazy Występuje tutaj następstwo procesów z zachowaniem przedstawionej kolejności. Rozpatrując natomiast zagadnienie od strony technicznej można powiedzieć, że oba procesy biegną równolegle
[ Sorpcja zanieczyszczeń rozkład biologiczny ] oczyszczone gazy
Rezultatem rozkładu biologicznego pochłoniętych zanieczyszczeń jest oczyszczenie sorbentu.
Jest to zatem układ, w którym zachodzi samoregeneracja sprawiająca, że technologia oczyszczania jest praktycznie bezodpadowa
6. Wymienić grupy substancji organicznych, które można utylizowac w filtrach biologicznych
Węglowodory alifatyczne - Heksan - łatwy rozkład Metan Pentan Cykloheksan - słaby rozkład acetylen - brak danych
Węglowodory aromatyczne Ksylen Toluen - bardzo łatwy rozkład Benzen Styren - latwy rozkład
Połączenia siarkowe - Tioestry Siarczek dwumetylu Tiocyjanian Tiofen Dwusiarczek węgla Merkaptan metylowy Merkaptany - łatwy rozkład izotiocyjaniany - brak danych
Połączenia azotowe - aminy - bardzo latwy rozkład , Amidy Pirydyna Nitryle Izonitryle Acetonitryl - latwy rozklad nitropochodzne - slaby rozklad izocyjaniany brak danych
Połączenia tlenowe - Amidy Pirydyna Nitryle Izonitryle Acetonitryl - bardzo dobry rozkład
Amidy Pirydyna Nitryle Izonitryle Acetonitryl - dobry rozkład Dioksan Eter Etery - sładby rozklad Metakrylan metylu - brak danych
Chloropochodne - Chlorofenole - dobry rozkład Dwuchlorometan - słaby rozklad trójchlorometan - brak danych 1.1.1-trójchloroetan - rozklad nie zachodzi
8.Warunki i ograniczenia prowadzenia procesu Biologiczne oczyszczanie gazów może mieć szeroki, choć jednak ograniczony kilkoma parametrami, zakres zastosowań: -usuwane z gazów zanieczyszczenia muszą być podatne na rozkład biologiczny, -usuwane z gazów zanieczyszczenia muszą być rozpuszczalne, choćby tylko słabo, w wodzie lub w tłuszczach (lipidach wchodzących w skład błony komórkowej bakterii), -temperatura oczyszczania gazów musi się mieścić w zakresie, który gwarantuje biologiczną aktywność mikroorganizmów biorących udział w tym procesie, -oczyszczane gazy nie mogą zawierać substancji trujących dla mikroorganizmów, jak np. związków metali ciężkich czy oparów kwasów. Spełnienie dwu ostatnich warunków jest niekiedy możliwe dopiero dzięki wstępnej obróbce gazów odlotowych.
9,10.narysować i omówić schemat biopłuczki/ bioskrubera Płuczki biologiczne (biopłuczki), bioskrubery. Można je podzielić na dwa podstawowe rodzaje: -Z warstwą stałego, nieruchomego wypełnienia; -Z warstwą rozproszonych cząsteczek biomasy w postaci szlamu, podobnie jak w biologicznym oczyszczaniu ścieków.
Płuczki biologiczne (biopłuczki), bioskrubery Zastosowanie do oczyszczania odgazów w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, chemicznym, w wytwórniach lakierów, płyt wiórowych, odlewniach, ładach przemysłu drzewnego, komunalnych oczyszczalniach ścieków, przetwórniach odpadów zwierzęcych i innych miejscach, będących źródłem odorotwórczych gazów. Zalety: -Wysoki stopień oczyszczania gazów dobrze rozpuszczalnych w wodzie (również przy dużych stężeniach). Wady :-Wysokie koszty ogólne realizacji procesu, -Kłopoty eksploatacyjne charakterystyczne dla układów trójfazowych, -Niekontrolowany rozwój i wzrost mikroorganizmów, prowadzący do blokowania przestrzeni aparatury oraz nadmiar przyrostu biomasy w stanie wilgotnym.
11. Narysować i omówić schemat filtru biologicznego stosowanego do oczyszczania gazów odlotowych.
Zanieczyszczone powietrze jest poddane wstępnemu oczyszczaniu w zintegrowanym z biofiltrem wstępnym skruberze gdzie zanieczyszczony gaz zostaje ochłodzony do odpowiedniej temperatury, nawilżony, pozbawiony stałych cząsteczek. Wstępny skruber pełni również rolę buforu dla pojawiających się w powietrzu wysokich stężeń zanieczyszczeń. Wstępnie przygotowane powietrze rozprowadzane jest w kanale dystrybucyjnym a następnie przepływa z małą prędkością przez biologiczne złoże organiczne. Jako materiał filtrujący najczęściej stosuje się mieszaniny surowców pochodzenia organicznego, zawierające duży ładunek biomasy. Sposób ułożenia materiału filtrującego powinien zapewniać jego równomierne napowietrzenie i gwarantować kontakt całego strumienia gazu ze złożem.
12. Narysować i omówić schemat filtru biologicznego zraszanego stosowanego do oczyszczania gazów odlotowych.
Gaz zanieczyszczony Warstwa porowatego materiału filtracyjnego zasiedlonego przez drobnoustroje Gaz oczyszczony
W biofiltrach masa biologiczna jest osadzona stacjonarnie na materiale filtrującym pochodzenia organicznego, a faza ciekła znajduje się w materiale nośnym. Mikroorganizmy zasiedlające porowaty materiał filtracyjny wykorzystywane są do biodegradacji zanieczyszczeń gazowych, znajdujących się w gazach przetłaczanych przez tę warstwę. Podobnie jak w przypadku płuczek biologicznych, zanieczyszczenia rozpuszczają się najpierw w wodzie znajdującej się w zwilżonym złożu, a potem przenikają do komórek mikroorganizmów.
13. Narysować i omówić schemat bioreaktora membranowego stosowanego do oczyszczania gazów odlotowych.
Zanieczyszczenia bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie
Procesy membranowe są technikami pozwalającymi na separację zanieczyszczeń o wymiarach cząstek i cząsteczek na poziomie molekularnym lub jonowym.
Każda membrana jest filtrem, który pozwala, co najmniej jednemu ze składników rozdzielanej mieszaniny przechodzić bez przeszkód przez membranę, podczas gdy inne są przez nią zatrzymywane.
Zasada działania bioreaktorów membranowych opiera się na dwóch procesach jednostkowych: biologicznym oraz procesie membranowym. W części biologicznej układu zachodzi biodegradacja substratu.
14. Omówić czynniki wpływające na proces biodegradacji gazów odlotowych oraz obszar zastosowań metody.Mikroorganizmy rozkładające zanieczyszczenia - jako żywe struktury białkowe - są wrażliwe na działanie wielu czynników środowiska. Do czynników tych można zaliczyć: -Dostępność pokarmu (C, N, P, S mikro i makro elementy),-Promieniowanie (bakteriobójcze w zakresie długości fali 230 - 275 nm),-Ciśnienie osmotyczne;- Temperatura;- Odczyn pH;-Szkodliwe substancje chemiczne (substancje utleniające, sole metali ciężkich, cyjanki, pestycydy, detergenty i inne). Warunki i ograniczenia prowadzenia procesu
Biologiczne oczyszczanie gazów może mieć szeroki, choć jednak ograniczony kilkoma parametrami, zakres zastosowań. usuwane z gazów zanieczyszczenia muszą być podatne na rozkład biologiczny,-usuwane z gazów zanieczyszczenia muszą być rozpuszczalne, choćby tylko słabo, w wodzie lub w tłuszczach (lipidach wchodzących w skład błony komórkowej bakterii),-temperatura oczyszczania gazów musi się mieścić w zakresie, który gwarantuje biologiczną aktywność mikroorganizmów biorących udział w tym procesie, -oczyszczane gazy nie mogą zawierać substancji trujących dla mikroorganizmów, jak np. związków metali ciężkich czy oparów kwasów.
Spełnienie dwu ostatnich warunków jest niekiedy możliwe dopiero dzięki wstępnej obróbce gazów odlotowych.
15. Wymienić cechy materiałów filtracyjnych (które należy uwzględnić) przy wyborze materiałów filtracyjnych stosowanych jako wypełnienie biofiltru.Wybierając materiały filtracyjne należy więc uwzględnić następujące cechy:charakterystyka uziarnienia,porowatość,powierzchnia właściwa nośnika,opory przepływu,zdolność zatrzymywania wody,trwałość,zapach własny,gęstość zasiedlenia przez mikroorganizmy o odpowiednio dużej aktywności,koszty i niezbędne zabiegi pielęgnacyjne. Ilość i aktywność biologiczna mikroorganizmów zasiedlających dane wypełnienie decyduje w dużej mierze o skuteczności rozkładu niepożądanych związków. Duża porowatość może wpływać korzystnie na zdolność zatrzymywania wody. Istotne znaczenie ma także powierzchnia właściwa nośnika, która jest związana z wielkością uziarnienia oraz porowatością. Odpowiednio luźna struktura materiału gwarantuje niskie opory przepływu gazu, co pociąga za sobą obniżenie kosztów ruchowych.
Niska cena materiału, jego dostępność oraz trwałość, obniżają natomiast koszty inwestycyjne.
16. Wymienić i omówić złoża stosowane jako wypełnienie filtru. Dobrymi wypełnieniami filtrów biologicznych okazały się następujące materiały organiczne:żyzna gleba o spulchnionej strukturze, torf oraz odpady torfowe, komposty z odpadów komunalnych (śmieci),komposty z kory drzew i odpadów drzewnych. Stosuje się również: aktywne szlamy z oczyszczalni ścieków komunalnych, torf w mieszaninie ze żwirem lub korą, liście drzew oraz kształtki z tworzyw sztucznych, sita molekularne, żele kwasu krzemowego, tlenek glinu i materiały ceramiczne.
17. Wymienić i omówić obszar zastosowania biofiltracji gazów odlotowych. Z przeprowadzonych badań wynika, że biofiltracja jest właściwą metodą usuwania ksylenu z chłodnych i wilgotnych gazów odlotowych. Obszar zastosowań biofiltracji jest bardzo szeroki, m.in. w przetwórniach starych olejów, suszarniach drożdży, fabrykach mączki z krwi zwierzęcej,
suszarniach szczeciny, smażalniach ryb, składach odpadów, przetwórniach pierza, topialniach tłuszczów, wytwórniach pasz, fabrykach mączki rybnej, odlewniach, oczyszczalniach ścieków komunalnych i przemysłowych, fabrykach klejów, przetwórniach kości, kompostowniach, lakierniach, składach paliw, fabrykach przeróbki olejów i tłuszczów, wędzarniach, ubojniach, zakładach tytoniowych, fermach, wytwórniach żelatyny, palarniach kawy i kakao. W zakładach takich neutralizowane są zarówno odory, jak i różnego typu połączenia związków, w tym alifaty, aromaty, związki tlenowe, siarkowe, azotowe czy chlorowe.
18. Od czego zależy szybkość oraz skuteczność rozkładu zanieczyszczeń w złożu filtracyjnym?
Ilość i aktywność biologiczna mikroorganizmów zasiedlających dane wypełnienie decyduje w dużej mierze o skuteczności rozkładu niepożądanych związków. Duża porowatość może wpływać korzystnie na zdolność zatrzymywania wody. Istotne znaczenie ma także powierzchnia właściwa nośnika, która jest związana z wielkością uziarnienia oraz porowatością. Odpowiednio luźna struktura materiału gwarantuje niskie opory przepływu gazu, co pociąga za sobą obniżenie kosztów ruchowych.Niska cena materiału, jego dostępność oraz trwałość, obniżają natomiast koszty inwestycyjne. Górna graniczna temperatura wynosi 55°C, a powyżej 65°C aktywność biologiczna warstwy drastycznie spada. Jak dotąd nie określono dolnej granicy temperatur, jednak wiadomo, że niskie temperatury obniżają aktywność mikroorganizmów, jednak wzrasta przy tym zdolność sorpcji. Optymalna wilgotność warstwy odpowiada 40-60% masy filtra, a nasycenie wilgocią - do 95%. Zużycie wody zależy od temperatury i wilgotności gazu i wynosi 0,01-0,025 dm3/m3h.
Ze względów eksploatacyjnych konieczny jest również drenaż filtra, skąd roztwór jest zawracany do zraszania warstwy lub neutralizowany.
19. Narysować schemat biofiltru ze złożem buforującym.
1 - złoże buforujące (węgiel aktywny),
3 - komora kondycjonująca,
4 - złoże biofiltracyjne.
20. Dlaczego i kiedy należy stosowac złoże buforujące w biofiltrze.
Biofiltr z komorą buforową (kondycjonującą)
Komory buforowe (1) służą do łagodzenia ewentualnych wahań wartości ciśnienia, stężenia czy temperatury gazów. Materiał filtracyjny (3) spoczywa najczęściej na ruszcie (2). Ze względów konstrukcyjnych filtry biologiczne z komorą buforową są budowane jako małe obiekty do oczyszczania niewielkich ilości gazów odlotowych. Zastosowanie złoża buforującego przed filtrem biologicznym spowodowało, że wartości stężeń po przejściu gazów przez to złoże były praktycznie niezależne od tego czy w danym momencie prowadzono proces malowania czy też nie. Z przeprowadzonych badań wynika, że biofiltracja jest właściwą metodą usuwania ksylenu z chłodnych i wilgotnych gazów odlotowych. Zasadniczą kwestią okazał się dobór złoża zasiedlonego odpowiednią ilością kolonii mikroorganizmów, a także zapewnienie złożu optymalnych i stabilnych warunków pracy.
21. Wymienić zalety biofiltrow z przemywanym złożem. Zalety biofiltrów • Zwarta i modularna budowa urządzeń • Mikrobiologiczne procesy rozkładu zanieczyszczeń •Organiczny materiał filtrujący •Jednorodna dystrybucja powietrza przepływającego przez materiał filtrujący •Zintegrowany system wstępnego przygotowania powietrza •Wysoka wydajność usuwania zanieczyszczeń •Elastyczność procesu niezależnie od składu zanieczyszczonego powietrza •Niskie straty ciśnienia •Odporność na korozję •Odporność na warunki pogodowe •Niskie koszty obsługi i utrzymania instalacji •Łatwy dostęp i kontrola obsługi •Krótki czas montażu •Łatwość rozbudowy
22. Opisać wykorzystanie grzybów wyższych w biofiltrach:
W biologicznych metodach oczyszczania powietrza i gazów wykorzystuje się zdolności powszechnie występujących w naturalnym środowisku mikroorganizmów do biochemicznego przetwarzania (utlenienia) pewnych grup organicznych i nieorganicznych związków chemicznych.
Jako materiał filtrujący - siedlisko różnych kultur (heteropopulacji) bakterii i grzybów, stosuje się złoża pochodzenia roślinnego o dużym ładunku odżywczym : np. kompost, substrat kory, włókno kokosowe oraz inne obojętne materiały wypełniające
Zastosowanie
Eliminowanie substancji trujących, korozyjnych oraz zapachowo uciążliwych, np. alkohole, amoniak, siarkowodór, aldehydy, fenole, kwasy karboksylowe itd., przy wykorzystaniu biologicznych technologii oczyszczania strumienia powietrza lub gazów odlotowych i produkcyjnych znajduje zastosowanie w różnych obszarach ---gospodarki komunalnej i przemysłowej-przemysł spożywczy, -przemysł chemiczny, -przemysł skórzany, -oczyszczalnie ścieków, (komunalne oraz przemysłowe), -instalacje do wytwarzania biogazu, -wysypiska odpadów, -masowa hodowla zwierząt, -zakłady utylizacji padlin zwierzęcych.
24. Napisać łańcuch przemian azotu w jego obiegu biogeochemicznym
W obiegu azotu można wyróżnić cztery oddzielne procesy.
1. Wiązanie azotu polega na przekształcaniu azotu cząsteczkowego N2 z atmosfery, który wraz z opadami atmosferycznymi przedostaje się do gleby i wody, tworząc jony amonowe, azotanowe(III) i azotanowe(V), w amoniak przez pewne rodzaje bakterii (głównie Azotobakter i Clostridium) i sinic
2. Przyswajanie azotu w postaci azotanów(V) i amoniaku (jonów azotanowych(V) i amonowych) przez rośliny zielone następuje po wprowadzeniu ich w aminokwasy i białka roślinne. Rośliny motylkowate wykorzystują azot atmosferyczny przy współudziale bakterii nitryfikacyjnych (nitryfikatory).
3. Azot w postaci białek roślinnych wykorzystywany jest następnie przez konsumentów, czyli pobierany przez zwierzęta roślinożerne. Zwierzęta drapieżne pobierają go z białkami innych zwierząt. Po obumarciu roślin i zwierząt zawarte w nich białka są rozkładane do jonów amonowych (amonifikacja) lub utleniane w procesie nitryfikacji przez bakterie nitryfikujące do przyswajalnych przez rośliny azotanów. Taki sam proces ma miejsce w przypadku mocznika lub kwasu moczowego, wydalanych przez zwierzęta w wyniku przemiany białek. Powstałe jony amonowe są ponownie wykorzystywane przez rośliny oraz bakterie nitryfikacyjne i wracają do obiegu azotu.
4. Azotany(V) nie wykorzystane przez rośliny mogą gromadzić się w glebie (np. złoża saletry chilijskiej) albo ulec denitryfikacji, polegającej na przekształceniu przez bakterie denitryfikacyjne, w beztlenowym procesie oddychania, jonów azotanowych(V) w jony amonowe (zostające w glebie) i wolny azot, który wraca do atmosfery.
25.Wymienic instalacje do biologicznego oczyszczania gazów. W praktyce biologiczne oczyszczanie gazów realizowane jest głównie w dwóch typach instalacji, którymi są: *Płuczki biologiczne (biopłuczki), zwane też bioskruberami; *Filtry biologiczne (biofiltry). Znacznie rzadziej wykorzystywane są w tym celu złoża biologiczne (stosowane powszechnie do oczyszczania ścieków) oraz instalacje, w których korzysta się w procesie sorpcji z błon półprzepuszczalnych. Płuczki biologiczne (biopłuczki), bioskrubery. Można je podzielić na dwa podstawowe rodzaje:*Z warstwą stałego, nieruchomego wypełnienia;*Z warstwą rozproszonych cząsteczek biomasy w postaci szlamu, podobnie jak w biologicznym oczyszczaniu ścieków.
26. Rola wody w biologicznym oczyszczaniu gazów.
W biologicznym oczyszczaniu gazów odlotowych sorpcja zanieczyszczeń sprowadza się w zasadzie do ich pochłaniania (absorpcji) w wodzie. Absorpcję definiuje się jako proces, w którym jeden lub więcej składników mieszaniny gazowej zostaje pochłoniętych przez ciecz kontaktującą się z gazami. Ciecz pochłaniająca gaz nazywa się absorbentem. W trakcie absorpcji zachodzi wymiana masy przez warstwę graniczną rozdzielająca fazę gazową i ciekłą, w związku, z czym procesowi temu sprzyja rozwinięcie powierzchni kontaktu faz.
Warunkiem niezbędnym do zajścia procesu absorpcji jest rozpuszczalność, choćby niewielka, usuwanego z gazów składnika w wodzie. Stan równowagi procesu rozpuszczania składnika fazy gazowej w cieczy można opisać prawem Henry'ego.
Mikroorganizmy mają także zdolność przyswajania związków praktycznie nierozpuszczalnych w wodzie, mających powinowactwo fizykochemiczne z tłuszczami (jak np. węglowodory).
Takie związki mogą wnikać do komórek na zasadzie ich wybiórczej rozpuszczalności w błonie cytoplazmatycznej, zawierającej lipidy.
Biologiczne oczyszczanie gazów może mieć szeroki, choć jednak ograniczony kilkoma parametrami, zakres zastosowań: a) usuwane z gazów zanieczyszczenia muszą być podatne na rozkład biologiczny,
b)usuwane z gazów zanieczyszczenia muszą być rozpuszczalne, choćby tylko słabo, w wodzie lub w tłuszczach (lipidach wchodzących w skład błony komórkowej bakterii), c)temperatura oczyszczania gazów musi się mieścić w zakresie, który gwarantuje biologiczną aktywność mikroorganizmów biorących udział w tym procesie, d)oczyszczane gazy nie mogą zawierać substancji trujących dla mikroorganizmów, jak np. związków metali ciężkich czy oparów kwasów.
27. Dlaczego biofiltry powinny mieć drenaż.
Drenaż stosuje się w przypadku, gdy w podłożu lub konstrukcji występuje przepływ wód infiltracyjnych lub gruntowych oraz w celu zabezpieczenia materiału konstrukcji lub podłoża przed szkodliwym działaniem filtracji, która powoduje zmiany strukturalne w gruncie. Biofiltry powinny mieć drenaż, ponieważ do odwadniania filtrów (np. po ulewnych deszczach lub nadmiernym, sztucznym zraszaniu) służą rowki drenujące. Również ze względów eksploatacyjnych konieczny jest drenaż filtra, skąd roztwór jest zawracany do zraszania warstwy lub neutralizowany.
28. Wymienic parametry pracy biofiltra wpływ. na stop. oczyszcz. gazu.Parametry pracy biofiltra związane są z założonym stopniem oczyszczania gazów oraz z właściwościami zastosowanego materiału filtracyjnego. Do charakteryzowania materiałów filtracyjnych przyjęto stosowanie takich wskaźników, jak objętościowe i masowe obciążenie. Objętościowe obciążenie powierzchni (m3/m2h) jest to dopuszczalna objętość gazu przepływająca przez jednostkową powierzchnię filtra w jednostce czasu. Dla warstwy optymalnej obciążenie może dochodzić do 500 m3/m2h. Inaczej można to wyrazić jako prędkość przepływu gazów przez warstwę materiału filtracyjnego (w m/s), przy której można uzyskać założony stopień oczyszczania gazów. Stosowane prędkości przepływu gazów mieszczą się w granicach 0,0056 - 0,14 m/s. Masowe obciążenie biofiltra, wyrażane w g/m3s, stanowi masę zanieczyszczeń, jaka może być pochłonięta w jednostkowej objętości materiału filtracyjnego w jednostce czasu. Czas przebywania gazu w biofiltrze (czas kontaktu), wyrażany najczęściej w s, jest to czas, w którym zanieczyszczenie wprowadzone do biofiltra przez strumień gazu, kontaktuje się z materiałem filtracyjnym. Typowy zakres czasu przebywania zanieczyszczeń w wypełnieniu biofiltra wynosi od 15 do 60 s. Poprzez wydłużenie czasu kontaktu można zwiększyć wydajność procesu oczyszczania, w przypadku dużych stężeń wprowadzanych substancji. Wymienione wielkości charakteryzujące materiały służące za wypełnienia filtrów biologicznych są ze sobą powiązane i muszą być wyznaczane doświadczalnie. Ich znajomość umożliwia w prosty sposób nie tyle obliczać, co wręcz dobierać rozmiary złoża filtracyjnego. Przy objętości strumienia gazu oczyszczanego 0,2 - 45 m3/s powierzchnia stosowanych filtrów wynosi 10-200 m2. Szybkość biodegradacji typowych zanieczyszczeń organicznych waha się w granicach 10 - 100 g/m3h, przy czym stężenie ich na wlocie nie powinno przekraczać 3-5 g/m3. Wybór konstrukcji biofiltra będzie zawsze zależny od warunków terenowych oraz od możliwości wykonawczych. Sam wybór konstrukcji, jeśli tylko zapewnia ona dobry rozdział gazów w warstwie wypełnienia, jest mniej istotny dla osiąganych wyników oczyszczania gazów.
29. Przykłady aplikacji biofiltrów: •Oczyszczalnie ścieków •Kompostownie •Składowiska odpadów •Przemysł spożywczy i przetwórczy •Garbarnie •Usuwanie lotnych związków aromatycznych •Przemysł tytoniowy •Procesy fermentacji •Browary •Gospodarka odpadami
|