| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Forsøg med biofiltre til rensning af poreluft forurenet med chlorerede opløsningsmidler

2. Forsøgsbeskrivelse

Forsøget fokuserede på omsætning af de chlorerede alifatiske kulbrinter, (TCE) og (PCE). Aerob cometabolisk nedbrydning ved anvendelse af propan/butan som primær kulstofkilde og anaerob reduktiv nedbrydning er favoriseret i den opbyggede forsøgsopstilling.

Forsøgsopstillingen bestod af en aerob og en anaerob reaktor-linie, hver med 4 reaktorer. To med kompost-matricer og to med sphagnum matricer. For hver matricetype var der en ikke-autoklaveret, biologisk aktiv og en autoklaveret, biologisk inaktiv referencereaktor. Forsøgsplanen og betegnelserne for de enkelte reaktorer er angivet i tabel 1.

Tabel 1
Forsøgsplan for omsætning af CAC i biofiltre.

* tilsætning af propan/butan

2.1 Definitioner

Empty Bed Residence Time (EBRT) defineres som

EBRT= V_f/Q (min eller sek.)

Hvor V_f er volumen af biofiltret (m³); Q er luftflow (m³/h)

EBRT er en almindelig og simpel beskrivelse for opholdstiden i filteret, hvor der ikke tages højde for volumen af filtermatricen.

2.2 Filtermatricernes sammensætning

Organiske materialer som kompost, barkflis og lyng har vist sig anvendelige som biofiltermatricer, fordi de har et naturligt indhold af næringsstoffer, en passende vandbindingskapacitet, en varieret mikroflora og en tekstur, som muliggør tilledning og passage af gas og væske. Materialerne er derudover billige og let tilgængelige (Devinny et al, 1999). På baggrund af litteraturstudier (Sørensen og Christensen, 2000) og materialernes tilgængelighed blev kompost og sphagnum undersøgt i dette forsøg. Sphagnum er et reproducerbart materiale og kompost har tidligere vist sig effektivt til omsætning af PCE og TCE (Sukesan and Watwood, 1997). Biofiltrene bestod derfor enten af sphagnum eller kompost som hovedkomponent, hvortil en række tekstur- og aktivitetsgivende komponenter blev tilsat.

Den anvendte sphagnum (Pindstrup Planteskolejord) havde et pH på mellem 5,5 og 6,3. Næringsindholdet af kvælstof er 119 g/m³, phosphor 84 g/m³, kalium 107 g/m³ samt mikronæringstoffer som jern og kobber (mængde ikke angivet).

Den anvendte kompost (havekompost fra Aalborg Kommune) er ikke karakteriseret nærmere.

For at sikre en vis porøsitet og stabil gasgennemstrømning i filtrene blev der tilsat leca-nødder, mens NPK-gødning opløst i vand blev tilsat som næringsstofkilde, ko-møg blev tilsat for at opnå cellulosenedbrydende biologisk aktivitet og aktivt, aerobt slam samt jord forurenet med CAC blev tilsat som podningsmateriale for aktiv biomasse.

Det totale vandindhold i begge matricetyper blev bestemt til 50 % (w/w). Tabel 2 giver en oversigt over filtermatricernes sammensætning. Vægten af selve biofilteret var 8 kg for kompostmatricen og 6 kg for sphagnummatricen.

Tabel 2
Filtermatricernes sammensætning.

2.3 Reaktorernes opbygning.

Reaktorerne var udført i bestandige materialer og bestod af polyethylenrør med højden 110 cm og en indre diameter på 10 cm. For at sikre en ensartet fordeling af den tilledte gas var der indvendigt placeret en filterplade 5 cm fra bunden, hvilket gav et arbejdsvolumen på 8,2 l. Top og bund var lukket med tætsiddende låg.

Til prøvetagning havde hver reaktor fem studse, tre på siden samt én i top og bund, som var lukket med kugleventiler og tætnet yderligere med polypropylenpropper (se figur 4a og b).

Gasslanger blev tilsluttet top og bund via studse med snapkoblinger. Alle gasslanger var af polyethylen med en indre diameter på 4 mm og godstykkelsen 1 mm.

Inden påfyldning af filtermatrice blev reaktorernes tæthed verificeret ved at de blev fyldt med vand og trykprøvet til 0,25 bar.

Figur 4a.
Reaktorernes gasudløb og prøvetagningsstudse i top.

Figur 4b.
Reaktoropstillingens gasreguleringssystem

2.4 Gastilførsel

Dimensionering af gastilførsel var baseret på litteraturstudier (Sørensen og Christensen, 2000), hvoraf det fremgik, at beluftningshastigheder (bestemt ved Empty Bed Residence Time) i størrelsesordnen 4-7 minutter og et indhold af hhv. PCE og TCE i størrelsesordnen 200 – 600 mg/m³ kan resultere i omsætningsgrader på 95-100% (Kim,1997; Kim et al, 1998; Schwarz et al, 1999).

Gastilførslen til den aerobe og den anaerobe reaktor-linie var flg.

De to reaktor-linier var opbygget ens efter princippet, som vist i figur 5 og 6. I to sidestrømme blev der tilledt bæregas. Den ene blev opfugtet ved at lede den gennem et vandreservoir, mens den anden blev beriget med gasformig TCE og PCE ved at lede den gennem et reservoir med en blanding af TCE og PCE på væskeform. De to sidestrømme blev sammenført og opblandet i en manifold med et volumen på 4,4 l. Til den aerobe linie blev propan/butan-gassen ligeledes tilledt manifolden. Gasblandingen blev herefter tilledt de 4 reaktorer, som var tilkoblet manifolden. Bæregastrykket blev reguleret til 0,1 bars overtryk ved hjælp af en reduktionsventil. Flowet gennem de to reservoirer blev reguleret vha. flowmetre med indbygget nåleventil. Til den aerobe reaktor-linie blev tryk og flow af den primære C-kilde reguleret v.hj.a. en reduktionsventil og et flowmeter. Fra manifolden blev gasflowet til hver reaktor reguleret vha. ét flowmeter pr. reaktor.

TCE/PCE reservoiret var termostateret i vandbad ved 25 ^oC og beskyttet mod sollys. For at opnå ens damptryk af TCE og PCE i bæregassen blandedes ren TCE og PCE i forholdet 1:3,6 (v/v), hvilket giver et damptryk af begge stoffer på 2400 Pa ved 25 ^oC, svarende til et indhold i bæregassen på 2,3 x 10⁴ ppm (mol/mol) såfremt denne mættes med både TCE og PCE. Ved opblanding af denne sidestrøm ved et flow på 5 ml/min med den opfugtede sidestrøm ved et flow på 2 l/min i manifolden opnås maximalt et indhold på 57,5 ppm af PCE og TCE svarende til et maximalt PCE indhold på 398 mg /m³ og et maximalt TCE-indhold på 315 mg/m³ i den gasblanding, der tilledtes reaktorerne. Ved tilledning af C-kilde med et flow på 20 ml/min blev indholdet 1% mindre i gasblandingen tilledt den aerobe reaktor-linie.

I forsøgsperioden var flowet af bæregas igennem vandreservoiret sat til 2 l/min og flowet af bæregas igennem TCE/PCE reservoiret til 5 ml/min. Til den aerobe reaktor-linie var flowet af propan/butan gas til manifolden sat til 20 ml/min i forsøgets første 3 måneder. Efter 87 dage blev gasflowet for propan/butan justeret til 5 ml/min i resten af forsøgsperioden. Flowet af gas fra manifold til hver enkelt kolonne var i hele forsøgsperioden sat til ca. 500 ml/min, hvilket gav en Empty Bed Residence Time (EBRT) på 16 minutter.

A) Bæregasforsyning; B) Trykreduktionsventil; C) Manometer 0-1 bar; D) Flowmeter 0-12,7 l/min; E) Flowmeter 0-16,7 ml/min; F) Kontraventil; G) Vandreservoir; H) TCE/PCE reservoir; I) Manifold; J) Manometer 0-1 bar; K) Flowmeter 0-1623 ml/min; L) Flowmeter 0-16,7 ml/min; M) Trykreduktionsventil; N) Manometer 0-1 bar; O) Propan/butan gasflaske; P)- S) Reaktorer i forsøgsopstillingen; T) Prøveudtagningsstudse; U) Udløb/Ventilation.

Figur 5:
Skitse af forsøgsopstillingen.

Figur 6.
Reaktoropstillingen

2.5 Måleparametre og analysemetoder

Måleparametrene omfattede temperatur, vandindhold, pH og chlorid i biofiltrene, differenstryk over reaktorernes ind- og udløb, samt koncentrationen af propan, butan, TCE og PCE i gasprøver taget i reaktorerne ind- og udløb. Der blev endvidere analyseret for DCE og VC, som er nedbrydningsprodukter af TCE og PCE. De anvendte analysemetoder er beskrevet nærmere i bilag B.

Analysen af gasprøver for indholdet af propan, butan, TCE og PCE blev foretaget vha. gaskromatografi (GC-FID). For at opnå reproducerbare og pålidelige resultater blev gasprøverne udtaget med en meget nøjagtig termostateret, gastæt, glas-injektionssprøjte. Prøvetagningsproceduren blev indarbejdet under forsøget og var først færdigudviklet 57 dage efter biofiltrenes opstart. Fortolkning af data før dette tidspunkt er derfor ikke mulig.