PL169935B1

PL169935B1 - Filtr biologiczny PL

Info

Publication number: PL169935B1
Application number: PL92303128A
Authority: PL
Inventors: Preben S Dalberg; Vagn O Nielbo; Poul H Thomsen
Original assignee: Rockwool Int
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1992-10-15
Publication date: 1996-09-30
Also published as: ES2085044T3; ATE135935T1; AU2903792A; LTIP219A; NO941341L; JP2527916B2; LV10211B; EP0609370B1; DK175691D0; DK0609370T3; CZ92494A3; WO1993007952A1; NO941341D0; LV10211A; EP0609370A1; DE69209515D1; DE69209515T2; CA2120613A1; JPH06510478A

Abstract

1. Filtr biologiczny do oczyszczania zanieczyszczonych gazów skladajacy sie z obudowy zawierajacej jednostke filtracyjna z wlókniny zawierajacej jedna kulture lub wie- cej kultur mikroorganizmów, elementy do dostarczania pozywki wodnej mikroorgani- zmom zawartym w jednostce filtracyjnej z wlókniny, elementy do dostarczania zanie- czyszczonego gazu do jednej strony jedno- stki filtracyjnej i elementy do odprowadzania oczyszczonego gazu z jej przeciwnej strony, znamienny tym, ze jednostka filtracyjna (22, 23) zawiera zespól plyt (2 - 4) z wlókna mineralnego zamontowanych w ukladzie zygzakowatym poprzecznie do kierunku przeplywu oczyszczanego gazu. F I G 3 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest filtr biologiczny. Z opisu patentowego Stanów Zjedn. Ameryki nr 3 126 905 znany jest sposób i urządzenie do usuwania szkodliwych substancji organicznych z gazów przez przepuszczanie strumienia wspomnianych gazów przez przewód zawierający warstwę porowatej masy zawartą w przepuszczalnej dla gazu obudowie wsporczej i umieszczonej prostopadle do kierunku przepływu gazu. Porowata masa, która może składać się z waty szklanej zawiera kulturę mikroorganizmu i pożywkę wodną, która jest dostarczana kapilarami do porowatej masy z pojemnika w kształcie tacy umieszczonego poniżej i stykającego się z porowatą masą. Pożywka wodna może być dostarczana do porowatej masy przez ciągłe spryskiwanie nią porowatej masy.

W europejskim opisie zgłoszenia patentowego nr 0 147 721 A2 ujawniono sposób i filtr do oddzielania szkodliwych substancji organicznych od gazów spalinowych przez utlenianie biologiczne z udziałem bakterii, w którym strumień gazu zawierający ślady niepożądanych

169 935 substancji organicznych przepuszcza się przez jedną lub więcej aktywnych biologicznie warstw materiału sypkiego w postaci węgla aktywnego, zeolitu lub żelu krzemionkowego, na powierzchni którego umieszczono monokulturę lub kulturę mieszaną mikroorganizmów.

Warstwy aktywne biologicznie są umieszczone w reaktorze a strumień cieczy który służy do utrzymania mikroorganizmów przytwierdzonych do powierzchni jednostki filtracyjnej w stanie wilgotnym jest podawany do reaktora, przy czym strumień ten jest zawracany do jednostki filtracyjnej po jej opuszczeniu.

Jak wspomniano wyżej, jednostka filtracyjna składa się z węgla aktywnego, zeolitu, żelu krzemionkowego lub ich mieszanin, które oprócz tego, że są porowate powinny posiadać pole powierzchni wewnętrznej od 500 do 1500 m²/g i powinny być zdolne do adsorbowania substancji zanieczyszczaj ących.

Tego typu materiały filtracyjne są stosunkowo kosztowne i powodują, że ciśnienie gazu przepływającego przez nie znacznie spada.

Filtr biologiczny do oczyszczania zanieczyszczonych gazów składających się z obudowy zawierającej jednostkę filtracyjną z włókniny zawierającej jedną kulturę lub więcej kultur mikroorganizmów, elementy do dostarczania pożywki wodnej mikroorganizmom zawartym w jednostce filtracyjnej z włókniny, elementy do dostarczania zanieczyszczonego gazu do jednej strony jednostki filtracyjnej i elementy do odprowadzania oczyszczonego gazu z jej przeciwnej strony, odznacza się według wynalazku tym, że jednostka filtracyjna zawiera zespół płyt z włókna mineralnego zamontowanych w układzie zygzakowatym poprzecznie do kierunku przepływu oczyszczanego gazu.

Korzystnie jednostka filtracyjna jest położona w płaszczyźnie poziomej.

Korzystnie elementy do dostarczania pożywki wodnej i elementy do dostarczania zanieczyszczonego gazu do jednostki filtracyjnej są umieszczone po tej samej stronie jednostki filtracyjnej.

Korzystnie elementy do dostarczania wodnego medium i elementy do dostarczania zanieczyszczonego gazu do jednostki filtracyjnej są umieszczone po przeciwległych stronach jednostki filtracyjnej.

Korzystnie elementy do dostarczania wodnego medium do jednostki filtracyjnej są umieszczone nad jednostką filtracyjną.

Korzystnie filtr zawiera prowadnice do utrzymywania dolnych brzegów płyt z włókna mineralnego w ustalonym położeniu.

Korzystnie płyty z włókna mineralnego składają się z wełny żużlowej, waty szklanej lub waty żużlowej.

Korzystnie gęstość płyt z włókna mineralnego wynosi od 25 do 180 kg/m³, korzystnie od 25 do 120 kg/m3, a korzystnie od 35 do 80 kg/m3.

Korzystnie kąt pomiędzy sąsiadującymi z sobą płytami wynosfod 1° do 30°.

Korzystnie zawiera elementy do zbierania pożywki wodnej u dołu obudowy i elementy do zawracania zebranej pożywki wodnej do jednostki filtracyjnej.

Korzystnie jednostka filtracyjna zawiera kulturę(y) mikroorganizmów wybraną(e) z grupy składającej się z Nitrosomonas, Pseudomanas, Trichosporum, Nocardia, Thiobacillus i Bacillus.

Zamontowane płyt z włókna mineralnego w sposób opisany powyżej jest korzystne częściowo dlatego, że zmniejsza objętość jednostki filtracyjnej lub, innymi słowami, zwiększa stosunek powierzchni filtracyjnej do objętości a częściowo dlatego, że umożliwia łatwe usuwanie płyt filtracyjnych i zastępowanie ich nowymi płytami wtedy, gdy zdolność filtrowania zmniejsza się do poziomu nie do przyjęcia, na przykład z powodu utraty porowatości płyt, gdy płyty wyschną lub jeśli powstaną w nich otwory.

Ponadto, filtr według wynalazku jest bardzo korzystny, ponieważ spadek ciśnienia (ciśnienie różnicowe) wzdłuż filtru jest bardzo mały i ponieważ płyty z włókna mineralnego mają strukturę, która przy praktycznym zastosowaniu wynalazku, zwykle; nie ulega zatkaniu przez, na przykład zanieczyszczenia, biomasę, pył lub kawałki .materiałów' naniesionych r<zeem z zanieczyszczonymi gazami. Inną cechą korzystną stanowi możliwość regulacji procesu filtrowania przez monitorowanie stężenia pożywek i/lub soli mineralnych i/lub zanieczyszczeń w środowisku pożywki wodnej.

169 935

Ponadto, elementy filtracyjne w postaci płyt z włókna mineralnego są stosunkowo niedrogie i mają dużą powierzchnię wewnętrzną, która pozwala na utworzenie na niej biowarstwy o odpowiednio dużym polu powierzchni.

W korzystnej postaci wykonania filtru gazowego według wynalazku jednostka filtracyjna jest położona w płaszczyźnie poziomej. Zamontowanie takie jest korzystne, ponieważ pozwala na równomierne rozprowadzenie pożywki wodnej pomiędzy płytami filtru.

Korzystne jest, aby elementy do dostarczania pożywki wodnej i elementy do dostarczania zanieczyszczonego gazu do jednostki filtracyjnej były umieszczone po tej samej stronie jednostki filtracyjnej tak aby umożliwić współprądowy przepływ zanieczyszczonych gazów i medium wodnego. Taki przepływ współprądowy daje w wyniku dużą absorpcję zanieczyszczeń gazu w medium wodnym.

Gdy zanieczyszczony gaz poddaje się obróbce w powyższy sposób korzystnie pożywkę wodną podaje się do górnej części obudowy filtra i powoduje się jej spływanie w dół przez jednostkę filtracyjną pod wpływem siły ciężkości.

W innym korzystnym przykładzie wykonania elementy do dostarczania medium gazowego i elementy do dostarczania zanieczyszczonego gazu do jednostki filtracyjnej umieszczone są na przeciwległych stronach jednostki filtracyjnej. Takie wykonanie pozwala na poddanie zanieczyszczonych gazów działaniu pożywki wodnej w przypływie przeciwprądowym. Obróbka taka sprawia, że ilość medium wodnego wynoszonego razem z oczyszczanymi gazami jest stosunkowo mała.

Płyty z włókna mineralnego są korzystnie połączone jedna z drugą, na przykład przez sklejenie lub mechanicznie, w strefach, w których stykają się one z sobą. Jednak, czy płyty z włókna mineralnego są zamontowane luźno czy też połączone jedna z drugą, w obu przypadkach może być korzystne zapewnienie prowadnic w celu utrzymania dolnych brzegów płyt z włókna mineralnego w ustalonym położeniu. Prowadnice takie ułatwiają również wymianę zużytych płyt na nowe. Pożywka wodna powinna być korzystnie rozprowadzana równomiernie po powierzchniach płyt z włókna mineralnego i w tym celu pożądane jest zapewnienie warstwy z włókna do rozprowadzania cieczy, takiej jak warstwa materiału włóknistego na górnych brzegach sąsiadujących z sobą płyt filtracyjnych.

Taka warstwa włóknista, na przykład warstwa włókniny bawełnianej również daje taką korzyść, że zapobiega tworzeniu się otworów w płytach z włókna mineralnego w strefach, w których są one ciągle poddane działaniu strumieni pożywki. Elementy do dostarczania pożywki wodnej do jednostki filtracyjnej mogą być w postaci rur zamkniętych na końcach i posiadających wiele otworów. Otwory mogą znajdować się na górnej stronie tych rur a średnica otworów może być taka, że tworzą się małe strużki rozpylonej cieczy na górze wspomnianych rur.

Medium wodne może być również dostarczane do płyt z włókna mineralnego w postaci kropel lub małych strużek rozpylonej cieczy wytworzonych przez wiele małych otworów w ściankach jednej lub wielu rur. Powinno być zrozumiałe, że pożywka wodna może być dostarczana do jednostki filtracyjnej przy użyciu jakichkolwiek odpowiednich do tego celu elementów rozprowadzających i że elementy wymienione powyżej należy traktować jedyniejako przykłady. Płyty z włókna mineralnego korzystnie składają się z wełny żużlowej, waty szklanej lub waty żużlowej, a ich gęstość korzystnie wynosi od 25 do 180 kg/m³, korzystniej od 25 do 120 kg/m³a najkorzystniej od 35 . do 80 kg/m3.

Kąt pomiędzy sąsiednimi płytami z włókna mineralnego może zmieniać się w szerokim zakresie, na przykład pomiędzy 1° a 30° i korzystnie mieści się w zakresie od 3° do 10°. Wymiary poszczególnych płyt z włókna mineralnego nie stanowią wielkości krytycznych, ale praktycznie korzystne jest stosowanie płyt o grubości od 1,5 do 15 cm i o szerokości i długości odpowiednio, od 30 do 200 cm.

Korzystne jest stosowanie płyt mających takie wymiary, że można płytami bez problemu manipulować gdy są one instalowane lub w przypadku ich wymiany. W zależności od stosowanej całkowitej powierzchni filtracyjnej każdy element filtracyjny może być złożony z więcej niż jednej płyty. Płyty z włókna mineralnego stanowią korzystnie płyty z wełny żużlowej typu wytwarzanego przez Rockwool A/S, DK-2640 Hedehusene, Dania, która zawiera małą ilość spoiwa, na przykład żywicy fenolowo-formaldehydowej.

169 935

Poszczególne płyty jednostki filtracyjnej mogą być wymienione bez demontażu filtru. Wymiana płyt może być konieczna przykładowo w przypadku wyschnięcia lub chemicznego rozkładu spoiwa znajdującego się w płycie, dla nadania jej stabilnego kształtu. Przykładowo właściwie może być dokonywanie konserwacji zapobiegawczej poprzez wymianę płyt po każdych sześciu miesiącach działania.

Kultury mikroorganizmów odpowiednie do stosowania w filtrach gazowych według wynalazku mogą być otrzymywane różnymi sposobami, przykładowo przez wyodrębnienie z osadu czynnego, z zanieczyszczonych gleb i podłoża leśnego, ale korzystnie jest stosowanie kultury mikroorganizmów otrzymanej z czystej kultury. Przykłady odpowiednich mikroorganizmów stanowią Nitrosomans, Pseudomonas, Trichosporum, Nocardia, Thiobacillus i Bacillus. Stosowane kultury mogą być albo monokulturami albo kulturami mieszanymi. Stwierdzono, że włókno mineralne jest zdolne do wychwytywania większości masy złuszczonych komórek stanowiących rezultat metabolicznej biologicznej degradacji zanieczyszczeń zawartych w zanieczyszczonym gazie, i że porowaty materiał włóknisty ma dostateczną porowatość do gromadzenia masy złuszczonych komórek podczas całego okresu mechanicznej trwałości płyt z włókna mineralnego.

Alternatywnie przejmuje się, że płyty z włókna mineralnego mogą mieścić inne gatunki biologiczne, na przykład grzyby, algi, pierwotniaki i nicienie, które są zdolne do zużytkowania masy złuszczonych komórek w swoim metabolizmie.

Szczególnie korzystny przykład wykonania filtru biologicznego według wynalazku zawiera elementy do zbierania pożywki wodnej w dole obudowy i elementy do zawracania zebranej pożywki wodnej do jednostki filtracyjnej. Taki filtr biologiczny jest szczególnie odpowiedni do oczyszczania zanieczyszczonego gazu, który jest dostarczany do filtru w sposób przerywany ponieważ może on znieść obciążenia przekraczające chwilową zdolność degradacji biomasy bez znacznego obniżenia swej zdolności oczyszczającej.

Stwierdzono, że przy zastosowaniu takiego ukształtowania i przy dostarczaniu pożywki wodnej w ilościach nadmiarowych w porównaniu do ilości wymaganej dla zwilżenia biomasy, oczyszczania zachodzące w okresach, w których filtr jest obciążony, głównie oparte jest na adsorpcji substancji zanieczyszczających w pożywce wodnej, o czym świadczy fakt, że stężenie substancji zanieczyszczających w pożywce wodnej podczas takich okresów stopniowo wzrasta.

Jednak, w czasie pracy normalną sytuacją jest, że obciążenie filtru jest stosunkowo małe, na przykład ilość zanieczyszczeń zawarta w zanieczyszczanym gazie jest mała w porównaniu ze zdolnością oczyszczania filtru. W takim stanie okazuje się, że oczyszczanie oparte jest raczej na natychmiastowej degradacji biologicznej zanieczyszczeń niż na wstępnej absorpcji w pożywce i późniejszej degradacji biologicznej.

Tym, niemniej, jak wspomniano wyżej, korzystne jest, że filtr według wynalazku może podołać krytycznej sytuacji, takiej jak nagły, znaczący wzrost obciążenia filtru. Gdy taka sytuacja zachodzi, to jest gdy pożywka wodna działa jako środek absorpcyjny dla zanieczyszczeń, konieczne jest zapewnienie kontroli niektórych parametrów procesu, w szczególności stężenia zanieczyszczeń w pożywce wodnej. Jeśli kontroluje się takie parametry procesu, można uniknąć ograniczenia aktywności biomasy lub nawet prawdopodobnej całkowitej destrukcji biomasy na przykład dodając świeże kultury mikroorganizmów do filtru i/lub zastępując wodną pożywkę o dużym stężeniu zanieczyszczeń świeżą pożywkę (wodną) i/lub zmniejszając obciążenie wejściowe filtru. W innym przykładzie wykonania wynalazku, filtr może być zasilany świeżą pożywką wodną, która jest odprowadzana z układu filtracyjnego bez zawracania do obiegu. Powoduje to większe zużycie wody niż w przypadku układu z zawracaniem do obiegu, ale z drugiej strony, zbiornik(i) gromadzący(e) wodną pożywkę i układ(y) regulujący(e) pH mogą stać się zbędne. Gdy dostarczanie zanieczyszczonego gazu zatrzymuje się, na przykład z uwagi na to, że urządzenie wytwarzające gaz pracuje okresowo podczas dnia lub dlatego, że jest ono przełączone do innego urządzenia oczyszczającego gaz i zawracanie pożywki wodnej utrzymuje się przez okres, w którym nie dostarcza się zanieczyszczonego gazu do filtru, stężenie substancji zanieczyszczających w pożywce wodnej stopniowo spada ponieważ biomasa ciągle przetwarza substancję zanieczyszczające.

169 935

Oczywistejest, że jednostka filtracyjna musi być starannie i indywidualnie zaprojektowana do każdego zastosowania. Przy projektowaniu powinno się wziąć pod uwagę takie parametry jak żądany stopień oczyszczania gazu, średnie i/lub maksymalne obciążenie nitru związkiem(ami) zanieczyszcząjącym(i), który(e) ma(ją) być usuwany(e) z gazu, natężenie przepływu gazu i rzeczywistą przestrzeń, którą dysponuje się dla filtru gazowego. Jednak w praktycznym działaniu filtru gazowego zgodnego z wynalazkiem korzystne jest, aby natężenie przepływu gazu przez urządzenie filtracyjne nie przekraczało około 0,1 m/sec. Najwyższą sprawność otrzymuje się gdy natężenie przepływu jest utrzymywane na najniższym możliwym poziomie. Zwykle filtr według wynalazku pracuje przy natężeniu przepływu gazu od 0,04 do 0,06 m/sec.

Korzystne może być zastosowanie mineralnych płyt filtracyjnych, które zawierają odpowiednią ilość węgla aktywnego lub węgla drzewnego. Dzieje się tak szczególnie w przypadku, gdy zanieczyszczony gaz zawiera niepożądane rozpuszczalniki organiczne (na przykład związki organiczne, które są zasadniczo nierozpuszczalne w wodzie), które mogą być adsorbowane na węglu aktywnym. Zamiast stosowania pojedynczego filtru, zwykle korzystane jest użycie dwu lub więcej filtrów i obróbka zanieczyszczonego gazu w układzie szeregowym lub równoległym.

Pożywkę wodną opuszczającą filtr lub filtry korzystnie doprowadza się do zbiornika gromadzącego, do którego może również być fakultatywnie wprowadzana świeża woda w celu skompensowania ubytku wody, która wyparowała lub została usunięta razem z oczyszczanym gazem.

Alternatywnie lub w połączeniu ze wspomnianym wyżej dodawaniem wody, dodawanie świeżej wody może również zachodzić przy kondycjonowaniu zanieczyszczonego gazu zanim wprowadzi się go do filtru. Czyniąc to można również schłodzić zanieczyszczony gaz do pożądanej temperatury przed wprowadzeniem go do filtru.

Korzystne jest gdy kropelki wody nie są porywane z filtrowanym gazem. Można tego uniknąć, gdy filtr gazu według niniejszego wynalazku pracuje przy przepływie przeciwprądowym, na przykład przez przystosowanie natężenia przepływu do rzeczywistego wymiaru i konstrukcji filtru, lub przez zastosowanie zbieracza lub eliminatora mgły, który powinien być umieszczony za jednostką filtracyjną.

Gdy temperatura filtrowanego gazu jest stosunkowo wysoka korzystne może być działanie filtru gazowego przy przepływie współprądowym, jako że pożywka wodna będzie przyczyniała się znacznie do obniżenia temperatury gazu. Korzystne jest dostarczenie dla biomasy wymaganych uzupełniających składników pokarmowych do zbiornika gromadzącego, który może być również wyposażony w elementy do ogrzewania pożywki wodnej, przed jej zawracaniem do filtru gazowego.

Ponadto, korzystne jest kontrolowanie procesu degradacji biologicznej poprzez monitorowanie stężenia na przykład soli mineralnych w zbiorniku gromadzącym pożywkę wodną lub na wyjściu pożywki wodnej z jednostki filtracyjnej, na przykład przez pomiar przewodności elektrycznej (EC) pożywki, zawartości halogenków, jonów siarczanowych, azotanowych, azotynowych, amonowych, fosforanowych oraz podobnych jonów i/lub zanieczyszczeń i przez sterowanie procesem, na przykład poprzez dodawanie świeżej wody do pożywki wodnej (rozcieńczanie) lub przez usuwanie pożywki wodnej z układu filtracyjnego, albo do zbiorników gromadzących do późniejszego użycia w układzie filtracyjnym albo do kanalizacji, lub przez strącanie soli mineralnych i/lub zanieczyszczeń.

Szczególnie wysoką wydajność oczyszczania osiąga się przy pracy filtru w zakresie temperatur przykładowo 20-40°C, w zależności od zastosowanych mikroorganizmów, albo przy ogrzewaniu pożywki wodnej albo przy chłodzeniu zanieczyszczonego gazu. Do zbiornika gromadzącego może być dostarczany kwas lub zasada w celu dostosowania pH do wartości optymalnej dla zastosowanych mikroorganizmów. Filtr według wynalazku jest szczególnie odpowiedni do oczyszczania gazów zawierających związki organiczne.

Takimi związkami organicznymi są na przykład związki alifatyczne, takie jak węglowodory, aldehydy, ketony, lotne kwasy karboksylowe i związki aromatyczne, takie jak fenole, z których wszystkie mogą być źródłem węgla dla mikroorganizmów.

169 935

Filtr jest również odpowiedni do usuwania związków azotowych, takich jak amoniak i trójetyloaminą lub związków zawierających siarkę takich jak siarkowodór, dwutlenek siarki i merkaprany.

Filtrjest także odpowiedni do oczyszczania gazów odlotowych z urządzeń do wytwarzania włókien mineralnych. Gazy takie zwykle zawierają fenol, przykładowo w stężeniu 40-50 mg/m³, amoniak przykładowo w stężeniu 60-150 mg/m3 i formaldehyd, przykładowo w stężeniu 5-60 mg/m3.

Stosując filtr biologiczny według wynalazku można uzyskać wydajność oczyszczania od 50% do 99,9%. Przykładowo otrzymano następujące wydajności oczyszczania: dla fenolu powyżej 95% i dla amoniaku powyżej 98%.

Wymagana przez mikroorganizmy ilość wody musi być określona dla każdego zastosowania filtru według wynalazku. Idealnie pożywka powinna zwilżać powierzchnie wszystkich włókien mineralnych tak, aby mogła utworzyć na nich warstewkę cieczy.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w pionowym przekroju poprzecznym jednostkę filtracyjną stosowania w korzystnym ukształtowaniu filtru gazu, zgodnego z wynalazkiem, fig. 2 pokazuje w widoku perspektywicznym jednostkę filtracyjną według fig. 1, i fig. 3 ukazuje schemat technologiczny instalacji filtrowania gazu zawierającej filtr gazu według wynalazku.

Jednostka filtracyjna pokazana na fig. 1 i fig. 2 składa się z elementów filtracyjnych 1, z których każdy złożony jest z trzech płyt 2, 3 i 4 z włókna mineralnego. Elementy filtracyjne 1 stykają się wzajemnie ze sobą górnymi krawędziami 5, a kąt pomiędzy sąsiednimi elementami wynosi około 5°.

Dolne krawędzie 6 elementów filtracyjnych 1 są zamontowane w korytach 7,8 które służą do utrzymania pożądanego kąta pomiędzy sąsiednimi elementami i do ułatwienia wymiany zużytych płyt filtracyjnych na nowe. W strefach nad górnymi krawędziami 5 elementów filtracyjnych 1 znajdują się rury 9, zamknięte z jednej strony i połączone z elementami (nie pokazanymi) do dostarczania pożywki wodnej do kultury mikroorganizmów zawartej w elementach filtracyjnych 1. Górne strony rur 9 zaopatrzone są w otwory 10 o takich wymiarach, że tworzy się wiele małych strug rozpylonej cieczy na górnej stronie rur 9, wtedy gdy dostarcza się pożywkę wodną do rur 9.

Instalacja przedstawiona na fig. 3 zawiera dwa filtry 20 i 21 gazu, z których każdy składa się z jednostki filtracyjnej 22,23 o kształcie zygzakowatym, a każda jednostka filtracyjna składa się z wielu płyt z włókna mineralnego zawierających przynajmniej jedną kulturę mikroorganizmów i obudowę 24 i 25. Każdy filtr gazu zawiera ponadto przewody 26, 27 do dostarczania pożywki wodnej kulturze mikroorganizmów do jednostek filtracyjncyh 22, 23 i do rozprowadzania cieczy w tych jednostkach. Przewody 28 łączą strefę pod jednostkami filtracyjnymi 22, 23 w obudowach 24, 25 ze zbiornikiem gromadzącym 29 pożywki wodnej. Zbiornik 29 wyposażony jest w czujnik 30 poziomu, który steruje zaworem 31 zamontowanym na przewodzie 32 do dostarczania świeżej wody do zbiornika w celu skompensowania wody, która wyparowała lub została usunięta z instalacji w inny sposób. Przewód 33 łączy pompę 34 zainstalowaną w zbiorniku 35 kwasu, ze zbiornikiem 29. Zbiornik 35 kwasu jest również połączony ze zbiornikiem 29 przewodem 36, na którym zamocowane są elementy 37 do pomiaru pH. Ponadto, zbiornik 29 zaopatrzony jest w elektryczne elementy grzewcze 38.

Przewód 39 zawracania do obiegu przebiega od dna zbiornika 29 a dwie pompy 40,41 do cieczy są zamontowane równolegle na przewodzie 39, na którym zainstalowany jest również przepływomierz 42. Przewód 39 połączony jest z dwoma przewodami 43, 44, z których każdy zawiera zawór 45, 46 przy czym przewody 43, 44 są połączone z przewodami 26, 27 do dostarczania pożywki wodnej do jednostek filtracyjnych. Górna część obudowy 25 połączona jest z dolną częścią obudowy 24 przewodem 47 gazu, w którym umieszczony jest zawór 48 tak aby umożliwić dwu filtrom 20, 21 gazu działanie w szeregu.

Instalacja zawiera również przewód 50 gazu do dostarczania do niej gazu do oczyszczania. Przewód 50 jest częściowo połączony z dolną częścią obudowy 25 przewodem 51 a częściowo z dolną częścią obudowy 24 przewodem 52, na którym zainstalowany jest zawór 53.

169 935

Przewód 54 w którym umieszczony jest zawór 55 łączy górną część obudowy 25 z przewodem wylotowym 56 oczyszczonego gazu, na którym to przewodzie umieszczona jest pompa 57.

Podobnie, przewód 58, na którym zamocowany jest zawór 59 łączy górną część obudowy 24 z przewodem wylotowym 56.

Instalacja dodatkowo zawiera przewód 60 zawracania do obiegu, na którym umieszczone są dwa równoległe filtry 61, 62 a wspomniany przewód 60 zawracania do obiegu jest połączony z zaworem 63 znajdującym się na przewodzie 39.

Opisane urządzenie działa w następujący sposób. Jeśli pożądane jest oczyszczanie zanieczyszczonego gazu przez oba filtry gazu w układzie szeregowym zawory 53 i 55 są zamknięte a zawory 48 i 59 otwarte. Gdy włączy się pompę 57 zanieczyszczony gaz jest pompowany przewodem 50 i tak wprowadzony gaz przechodzi przewodem 51 do dolnej części obudowy 25. Następnie gaz przechodzi przez jednostkę filtracyjną 23 w przepływie przeciwprądowym do pożywki wodnej, która jest podawana ze zbiornika 29 przez przepływomierz 42, zawór 46 i przewód 44 do przewodu 27 za pomocą pompy 40 lub pompy 4l.

Po przejściu przez jednostkę filtracyjną 23 gaz przepływa przez przewód 47 i zawór 48 do dolnej części obudowy 24 i przez jednostkę filtracyjną 22. Przepływ gazu przez jednostkę filtracyjną 22 jest przeciwprądowy do przepływu pożywki wodnej, którą jak opisano powyżej, jest dostarczana do przewodu 43 przewodem 39 i przez przepływomierz 42. Po przejściu przez zawór 45 pożywka wpływa do przewodu 26, który służy do jej rozprowadzenia w jednostce filtracyjnej 22.

Oczyszczony gaz płynie z górnej części obudowy 24 do przewodu wylotowego 56 po przejściu przez przewód 58 i otwarty zawór 59.

Jeśli pożądane jest stosowanie filtru gazu w układzie równoległym, zawór 48 jest zamknięty, a zawory 53, 55 i 59 są otwarte. Zamykając zawory 53, 48 i 59 i utrzymując otwarty zawór 55, górny filtr 20 gazu można pozostawić nieczynnym, co może być pożądane w związku z naprawami i/lub wymianą elementów filtracyjnych.

Jeśli pożądane jest zamknięcie dolnego filtru 21 gazu, zawory 55 i 48 zamyka się a zawory 53 i 59 pozostawia otwarte.

Jak wspomniano wyżej, czujnik 30 poziomu sprzężony z zaworem 31 zapewnia utrzymywanie stałego poziomu cieczy w zbiorniku 29. W ten sposób świeża woda jest dostarczana do zbiornika 29 przewodem 32 jeśli poziom cieczy w zbiorniku 29 obniży się.

Kwasowość pożywki wodnej może ulegać wahaniom a pożądaną kwasowość można utrzymywać za pomocą pompy 34, która jest sterowana sygnałem pochodzącym z elementu 37 do pomiaru pH przewidzianego na przewodzie 36 i zdolna do pompowania przykładowo kwasu ze zbiornika 35 do zbiornika 29 dopóki nie uzyska się ponownie pożądanej wartości pH.

Temperatura pożywki wodnej może być regulowana za pomocą elektrycznych elementów grzewczych 38 tak, że można utrzymać pożądaną temperaturę w zbiorniku 29. Jeśli nie jest pożądane zawracanie całej ilości pożywki wodnej zebranej z filtrów gazu przez jednostki filtracyjne 22, 23 możliwe jest, przez odpowiednie ustawienie zaworu 63, zawrócenie części pożywki wodnej przewodem 60 do zbiornika 29 po przesączeniu jej przez jeden z filtrów 61 lub 62.

P r z y k ł a d. Przykład ilustruje działanie filtru biologicznego zbudowanego zasadniczo tak jak pokazano na fig. 3, ale mającego tylko jedną obudowę zawierającą dwie jednostki filtracyjne.

Obudowa filtru miała wymiary 6mx3mx2m. Jednostki filtracyjne działały w układzie szeregowym, to znaczy wylot gazu z pierwszej (dolnej) jednostki filtracyjnej stanowił wlot gazu do drugiej (górnej) jednostki filtracyjnej. Powierzchnia każdej jednostki filtracyjnej wynosiła 75 m². Każda jednostka filtracyjna była zbudowana z płyt z włókna mineralnego o wymiarach 600 mm x 900 mm x 75 mm właściwych dla wszystkich 132 płyt w jednostce filtracyjnej. Płyty były wykonane z włókna mineralnego o gęstości 43 kg/m³. Kąt między sąsiednimi płytami wynosił w przybliżeniu 6 stopni. Mikroorganizmy lub biomasę stosowane w filtrze biologicznym otrzymywano z hodowli roślin wodnych - mikroorganizmy zawierające Pseudomanas.

Proces filtrowania kontrolowano przez pomiary pH w zbiorniku gromadzącym i pomiary zawartości fenolu i soli mineralnych w pożywce wodnej. Zawartość soli i zawartość fenolu była

169 935 określana przez pobieranie próbek i następnie ich analizę laboratoryjną (czas trwania 1 dzień). Filtr biologiczny działał przez 10 miesięcy w następujących warunkach:

Przepływ:

Temperatura przed filtrem: Temperatura za filtrem: Szybkość przepływu: Pożywka wodna

Przepływ:

pH:

pH regulowane przez: Materiał zanieczyszczający

Maksymalne obciążenie: Minimalne obciążenie:

120(M)Nm7h w przybiiżeniu 30^oC w przybiżeniu 25°C

0,04 - 0,06 m/s

1500 - 2200 dm3/h/jednostkę filtracyjną 15

H2SO.//H3PO4

1,5 kghr amoniaku

1,5 kg/h fenolu

0,6 kg/h amornaku

0,6 kg/h fenolu

Spadek ciśnienia (Ap)

Pierwsza jednostka filtracyjna, 0 miesięcy: 78,5 Pa

Druga jednostka filtracyjna, 0 miesięcy: 49,0 Pa

Pierwsza jednostka filtracyjna, 10 miesięcy: 294,2 Pa

Druga jednostka filtracyjna, 10 miesięcy: 245,2 Pa

W czasie działania filtru jego obciążenie wahało się w zakresie wymienionym wyżej z powodu fluktuacji stężenia zanieczyszczeń w gazie wlotowym.

Gaz wlotowy zawierał również znaczną ilość pyłu i innych materiałów odpadowych z wytwarzania włókna mineralnego. Stwierdzono, że filtr zgodny z wynalazkiem pracował zadawalająco nawet bez urządzenia do filtrowania wstępnego od pyłu i innych materiałów odpadowych.

Przez cały okres dziesięciu miesięcy działania, wydajność oczyszczania dla fenolu wynosiła od 95% do 99%, a wydajność oczyszczania dla amoniaku wynosiła co najmniej 98%.

Ponadto, pożywka wodna pobrana ze zbiornika gromadzącego zawierała fenol tylko w krótkich okresach czasu: maksymalne stężenie fenolu wynosiło 30 mg/l i po tygodniu zawracania do obiegu zawierającej fenol pożywki wodnej, nie wykryto obecności fenolu.

169 935 (r......... .:

169 935

58_λ 26 20\

5! 21' 25J&x^>

37-Φ i5

FIG 3

X

4/ 39⁷ 63

169 935

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Filtr biologiczny do oczyszczania zanieczyszczonych gazów składający się z obudowy zawierającej jednostkę filtracyjną z włókniny zawierającej jedną kulturę lub więcej kultur mikroorganizmów, elementy do dostarczania pożywki wodnej mikroorganizmom zawartym w jednostce filtracyjnej z włókniny, elementy do dostarczania zanieczyszczonego gazu do jednej strony jednostki filtracyjnej i elementy do odprowadzania oczyszczonego gazu z jej przeciwnej strony, znamienny tym, że jednostka filtracyjna (22, 23) zawiera zespół płyt (2 - 4) z włókna mineralnego zamontowanych w układzie zygzakowatym poprzecznie do kierunku przepływu oczyszczanego gazu.
2. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że jednostka filtracyjna (22,23) jest położona w płaszczyźnie poziomej.
3. Filtr według zastrz. 2, znamienny tym, że elementy do dostarczania pożywki wodnej i elementy do dostarczania zanieczyszczonego gazu do jednostki filtracyjnej są umieszczone po tej samej stronie jednostki filtracyjnej (22, 23).
4. Filtr według zastrz. 2, znamienny tym, że elementy (26,27) do dostarczania wodnego medium i elementy (50 - 53) do dostarczania zanieczyszczonego gazu do jednostki filtracyjnej są umieszczone po przeciwległych stronach jednostki filtracyjnej (22, 23).
5. Filtr według zastrz. 2, znamienny tym, że elementy (26, 27) do dostarczania wodnego medium do jednostki filtracyjnej są umieszczone nad jednostką filtracyjną (22,23).
6. filtr według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera prowadnice (7,8) do utrzymywania dolnych brzegów (6) płyt (2 - 4) z włókna mineralnego w ustalonym położeniu.
7. Filtr według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że płyty (2 - 4) z włókna mineralnego składają się z wełny żużlowej, waty szklanej lub waty żużlowej.
8. Filtr według zastrz. 7, znamienny tym, że gęstość płyt (2 - 4) z włókna mineralnego wynosi od 25 do 180 kg/m³, korzystnie od 25 do 120 kg/m³, a korzystniej od 35 do 80 kg/m³.
9. Filtr według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że kąt pomiędzy sąsiadującymi z sobą płytami (2 - 4) wynosi od 1° do 30°.
10. Filtr według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera elementy (29) do zbierania pożywki wodnej u dołu obudowy (24,25) i elementy (39 - 46) do zawracania zebranej pożywki wodnej do jednostki filtracyjnej (22, 23).
11. Filtr według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jednostka filtracyjna zawiera kulturę(y) mikroorganizmów wybraną(e) z grupy składającej się z Nitrosomonas, Pseudomonas, Trichosporum, Nocardia, Thiobacillus i Bacillus.