Ekologia i Ochrona Zdrowia

Technologia ta stosowana jest z powodzeniem w pełnej skali w Niemczech, Holandii, USA, Kanadzie i wielu gałęziach przemysłu, w tym przemyśle lakierniczym, a także w sektorze publicznym, takim jak oczyszczalnie ścieków czy zakłady gospodarki odpadami. W Polsce proces biodegradacji LZO oraz odorów jest coraz częściej z powodzeniem realizowany w praktyce. Pozytywnym przykładem jest firma Ekoinwentyka sp. z o.o., która opracowała i z sukcesem wdraża opartą o własne know-how technologię bioeliminacji LZO w Kompaktowych Bioreaktorach Trójfazowych. Technologia ta została już wdrożona i przetestowana w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w KGHM Polska Miedź S.A. – powietrze wentylacyjne w kopalni na głębokości 1000 m, Aquanet S.A. – oczyszczalnia ścieków, a także Zakład Gospodarki Odpadami SA. Przeprowadzone implementacje charakteryzowały się wysokim stopniem efektywności oraz znacząco niższymi kosztami eksploatacyjnymi w porównaniu z technologiami dotychczas stosowanymi.

Informacje ogólne
Zmiany wprowadzane do procesów lakierniczych, jak np. zastępowanie rozpuszczalników farbami wodorozcieńczalnymi, posiadają potencjał minimalizacji emisji LZO i osiągnięcie zgodności z przepisami ochrony środowiska, to mimo to nadal istnieje ciągła potrzeba stosowania skutecznych i ekonomicznych technologii, które mogą być stosowane do eliminacji emisji LZO do powietrza. Przemysł lakierniczy, obejmujący zarówno produkcję lakierów, jak i procesy lakierowania, staje przed coraz bardziej rygorystycznymi wymaganiami ochrony środowiska związanymi z obniżeniem i kontrolą emisji lotnych związków organicznych do powietrza. Wykorzystanie metod biofiltracji w ostatnich latach stało się atrakcyjną ekonomicznie alternatywą dla tego przemysłu. Wyniki prowadzonych badań wskazują, że biofiltry są realną opcją dla skutecznej eliminacji emisji w szeroko rozumianym przemyśle lakierniczym. Czynnikiem decydującym o popularności biologicznych metod oczyszczania jest ich koszt. Atrakcyjność ekonomiczna widoczna jest przy porównaniu kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych procesów biologicznych z rozwiązaniami fizycznymi i chemicznymi. Na rysunku 1 przedstawiono porównanie kosztów w rachunku ciągnionym spalania katalitycznego z procesem biooczyszczania dla strumienia oczyszczanego powietrza dla ok. 50 000 m3/h. Dużym atutem eliminacji LZO z gazów odlotowych metodami biologicznymi jest również czystość ekologiczna prowadzonych procesów oraz brak obecności drugorzędowych zanieczyszczeń, np. brak dodatkowych odpadów, odcieków itp. Należy również wspomnieć, że procesy biologicznej degradacji nie „przesuwają” problemu zanieczyszczenia w inne środowiskowe przedziały (np. z fazy gazowej do ciała stałego lub cieczy), co jest charakterystyczne dla wielu konwencjonalnych metod usuwania zanieczyszczeń, np. procesu sorpcji.

Rys. 1. Symulacja i porównanie kosztów dla instalacji degradującej LZO w strumieniu o parametrach: 50 000 m3/h i LZO o stężeniu 1.0 g/m3 wg Deshusses M.A. University of California (2006).

Tak niskie koszty prowadzenia procesu bioeliminacji LZO w porównaniu do „klasycznych” metod oczyszczania gazów odlotowych z LZO, takich jak np. termiczne lub katalityczne spalanie, wynika z łagodnych warunków prowadzenia procesu bioeliminacji (30°C i ciśnienie atmosferyczne) w przeciwieństwie np. do technologii spalania katalitycznego, gdzie jest konieczność utrzymania wysokiej temperatury (co najmniej 400°C) potrzebnej do „utlenienia – spalenia” LZO. Tak wysoka temperatura procesu i dodatkowe źródło ciepła konieczne do jej utrzymania generują kolejne koszty oraz ogromne ilości niepożądanej przez legislację EU emisji CO2 i NOx.

Rozwiązanie technologiczne oraz przykłady implementacji na świecie
Opracowanie technologii pozwalającej na obniżenie emisji LZO i odorów w sposób efektywny oraz ekonomiczny jest dużym wyzwaniem. Wyniki prowadzonych przez wiele lat procesów biochemicznej redukcji zanieczyszczeń LZO w skali półprzemysłowej doprowadziły do opracowania przez Ekoinwentykę Sp. z o.o. technologii możliwej do zastosowania w przemyśle. Uznanie dla wypracowanego know-how autorytetów naukowych w kraju i za granicą, jak również praktyków biznesowych, skutkowało uzyskaniem dofinansowania firmy z PO Innowacyjna Gospodarka. Szczegółowo opracowana technologia pozwala na zaoferowanie dedykowanej instalacji, która uwzględniając rodzaje powstających w procesie produkcyjnym zanieczyszczeń i ich stężeń, pozwala na ich redukcję wymaganą obowiązującymi przepisami. Ekoinwentyka Sp. z o.o. stworzyła skuteczne rozwiązanie do oczyszczania gazów odlotowych z LZO w Kompaktowych Bioreaktorach Trójfazowych. W bioreaktorach trójfazowych mikroorganizmy immobilizowane są na odpowiednim wypełnieniu. Faza ciekła (woda wraz z solami odżywczymi) spływa cienkim filmem w dół po wypełnieniu, zwilżając warstwę biologiczną. Zanieczyszczony gaz przepływa współprądowo względem cieczy. Zanieczyszczenia absorbowane w cieczy dyfundują do warstwy biologicznej (biofilmu) na powierzchni wypełnienia, gdzie ulegają biodegradacji. Absorpcja i adsorpcja zanieczyszczeń przebiega w jednym reaktorze. Bioreaktory pracują w sposób ciągły, oczyszczając duże strumienie gazu ze szkodliwych zanieczyszczeń. Konstrukcja i oprzyrządowanie bioreaktorów zapewniają również stałą kontrolę optymalnych warunków biodegradacji.
Prowadzenie procesu w niskiej temperaturze (30°C) oraz ciśnieniu atmosferycznym skutkuje wieloma pozytywnymi efektami:
1. Niskimi kosztami operacyjnymi prowadzenia procesu
a. małym zużyciem energii
b. brakiem konieczności stosowania katalizatorów
c. małą awaryjnością instalacji
d. niskimi kosztami obsługi również ze względu na wysoki stopień automatyzacji procesu sterowania oraz monitoring on-line realizowany przez producenta
e. brakiem opłat z tytułu emisji CO2 i NOx
2. Długim okresem życia instalacji
3. Brakiem zagrożenia wybuchem
4. Wysokim stopniem redukcji zanieczyszczeń
5. Wysoką efektywnością ekologiczną
a. brakiem powstawania drugorzędowych zanieczyszczeń
b. brakiem emisji NOx i CO2

Rys. 2. Kompaktowy bioreaktor trójfazowy firmy Ekoinwentyka Sp. z o.o. do oczyszczania powietrza w Zakładzie Gospodarki Odpadami w Bielsku Białej.
Rys. 3. Przykłady instalacji działających na świecie wykorzystujących podobną technologię – Biofiltr firmy B&W MEGTEC Company (US) i Biosystem (US). Pozostałe przykłady na stronach: (http://www.ppcair.com/biofilter.php).

Korzyści z zastosowania procesu bioeliminacji LZO w porównaniu z klasycznymi technologiami zostały przedstawione w tabeli 1.
Obecnie technologia bioeliminacji LZO i odorów w KBT została pomyślnie zaimplementowana przez Ekoinwentykę Sp. z o.o. w instalacjach pilotażowych m.in. w KGHM Polska Miedź S.A., Aquanet S.A. czy Zakładzie Gospodarki Odpadami (rys. 2). Poza tym na rysunku 3 przedstawiono przykłady instalacji działających na świecie wykorzystujących podobną technologię do oferowanej przez Ekoinwentykę Sp. z o.o.

Tabela 1. Korzyści z zastosowania procesu bioeliminacji LZO m.in. w przemyśle lakierniczym.

Podsumowanie
Obecnie można stwierdzić, że wykorzystanie kompaktowych bioreaktorów trójfazowych wydaje się być skutecznym i atrakcyjnym zarówno ekologicznie, jak i ekonomicznie sposobem usuwania LZO i odorów z powietrza. Reasumując, wykorzystanie procesu biodegradacji, m.in. w przemyśle lakierniczym, do eliminacji LZO charakteryzuje się wieloma pozytywnymi cechami przestawionymi w tabeli 1. Obecnie technologia biooczyszczania powietrza odlotowego firmy Ekoinwentyka Sp. z o.o. jest w trakcie implementacji do nowych gałęzi przemysłu, m.in. petrochemicznego, lakierniczego i metalurgicznego.           

Damian Kasperczyk
Ekoinwentyka Sp. z o.o., Ruda Śląska