Ekologia i Ochrona Zdrowia

Wykazano, że procesy biodegradacji cechują się niskimi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi w porównaniu z innymi metodami ograniczania emisji LZO i odorów [1]. Dodatkowymi zaletami stosowania metod biodegradacji do rozkładu LZO są: praca bioreaktorów w warunkach niskiego ciśnienia i temperatury, brak ryzyka wybuchu oraz bezpieczeństwo dla ludzi i środowiska. 
W prezentowanej publikacji przedstawiono przykład zastosowania innowacyjnego Kompaktowego Reaktora Trójfazowego (KBT) ze stałym złożem (Compact Trickle Bed Bio-Reaktor) stanowiącego autorskie rozwiązanie know-how firmy Ekoinwentyka Sp. z o.o., do degradacji gazów odlotowych z przemysłu lakierniczego. Badania wykonano w ramach projektu UE (POIR.01.01.01-00-0664/17).
Eksperymenty prowadzono przy użyciu reaktora KBT w skali półtechnicznej (rys. 1), wykonanego ze stali nierdzewnej o średnicy 0,315 m oraz wysokości złoża 0,65 m, w którym fazy gazowa i cieczowa przepływały współprądowo w dół przez złoże wykonane z pierścieni polietylenowych Ralu (średnica 15 mm) firmy Raschig GmbH z Ludwigshafen (Niemcy). Są to zmodyfikowane pierścienie Palla, charakteryzujące się dużą objętością swobodną (94%) przy powierzchni właściwej 320 m2/m3. W procesach biologicznego oczyszczania powietrza, prowadzonych w reaktorach KBT ze stałym złożem, oczyszczane są stosunkowo duże strumienie powietrza, natomiast ilość fazy ciekłej musi jedynie zapewnić dopływ do powierzchni biofilmu niezbędnych składników odżywczych, łącznie z rozpuszczonymi w niej zanieczyszczeniami, które są jedynym źródłem węgla i energii dla bakterii immobilizowanych na wypełnieniu. Stąd preferowana jest praca przy współprądowym przepływie obu faz, ale równocześnie należy na tyle ograniczyć ich prędkości przepływu, aby zapobiec zrywaniu biofilmu w trakcie pracy bioreaktora. Niezmiernie ważny jest również właściwy dobór wypełnienia. W procesach biologicznych biofilm osadzony na wypełnieniu zwiększa z czasem swą grubość; wypełnienie powinno więc cechować się dużą objętością swobodną przy odpowiednio dużej powierzchni właściwej.

Badania procesu biodegradacji mieszaniny LZO prowadzono w sposób ciągły przez kilka miesięcy, dla kilku wartości natężeń przepływu fazy gazowej i ciekłej oraz przy różnych wartościach obciążenia złoża zanieczyszczeniem. Proces prowadzono w warunkach sterylnych. Przed rozpoczęciem kolejnej serii pomiarowej cała instalacja była trzykrotnie sterylizowana roztworem alkoholu oraz naświetlana lampą UV (kilka godzin). Proces rozpoczynano od immobilizacji mikroorganizmów na wypełnieniu. W tym celu około 10 litrów zawiesiny mikroorganizmów zaadaptowanych do utylizacji usuwanego zanieczyszczenia przepuszczano przez złoże do czasu wystąpienia zmian absorbancji roztworu (ok. 3 dni), gdy na złożu powstała warstwa biofilmu. Wówczas usuwano roztwór zawiesiny z instalacji, złoże przepłukiwano sterylnym roztworem soli mineralnych i rozpoczynano serię pomiarową przy ustalonych wartościach natężeń przepływu gazu i cieczy oraz stężenia zanieczyszczenia w gazie doprowadzanym do bioreaktora.
Bioreaktor zaszczepiono kulturami bakterii, które zaadaptowano do zanieczyszczeń powszechnie występujących w przemyśle lakierniczym. Dokładne informacje odnośnie pozyskiwania szczepów bakterii zdolnych do rozkładu LZO występujących w lakiernictwie opisano w numerze 3/113 (2018) „Lakiernictwa Przemysłowego” [4]. Szybkość przepływu gazu przez wypełnienie bioreaktora wynosiło od 1,0 do 6,0 m3/h, natomiast stężenie LZO na wlocie do reaktora KBT od 5 do 125 mg/m3. Proces biodegradacji LZO prowadzono w temperaturze 302±3 K i pH w zakresie 6,5-7,3. Badano także możliwe skutki przeciążenia reaktora KBT ładunkiem zanieczyszczeń.