biofiltrazione

Che cos'è?

Il flusso di gas di scarico viene fatto passare attraverso un letto di materiale organico (come torba, erica, compost, radica, corteccia d'albero, legno tenero e varie combinazioni) o alcuni materiali inerti (come argilla, carbone attivo e poliuretano). Qui viene ossidato biologicamente da microrganismi naturali in anidride carbonica, acqua, sali inorganici e biomassa.
I biofiltri possono essere suddivisi in:
  • Biofiltri aperti;
  • Biofiltri chiusi.
An biofiltro aperto è costituito da uno strato di materiale biofiltrante poroso sottostante ad una rete di tubi attraverso i quali l'aria contaminata viene inviata al filtro. Questi filtri richiedono un lungo tempo di permanenza e quindi tendono ad essere grandi. Potrebbero essere utilizzati per bassi tassi di gas. Nelle zone con clima freddo (gelo), l'idoneità dei biofiltri aperti è limitata.

An biofiltro chiuso è costituito da uno strato di materiale che sostiene un'adeguata popolazione microbica e posto sotto un sistema di distribuzione che fornisce il flusso di gas di scarico contaminato al filtro in modo uniforme. Il flusso di gas viene aspirato al filtro da elettroventilatori. Il flusso del gas è dall'alto verso il basso o viceversa. Il ventilatore, il sistema di ventilazione e i materiali da costruzione del biofiltro dovrebbero ridurre al minimo gli effetti dei gas di scarico corrosivi, dell'eccesso di condensa e della polvere/fango.

La maggior parte dei biofiltri in funzione sono filtri a letto aperto, meno costosi dei biofiltri chiusi ma generalmente meno efficienti.

Design, manutenzione ed efficienza

I microrganismi sono racchiusi in un letto fisso. L'altezza del materiale filtrante è compresa tra 0.5 me 1.5 m, con un massimo di due o tre strati. Il carico specifico del letto filtrante è compreso tra 100 e 500 Nm3/h al m2 della superficie del filtro.

Parametri come il pH del biofiltro, il contenuto di umidità (è richiesta un'umidità relativa del gas di circa il 95% e oltre) e le temperature del gas in ingresso influiscono sulla capacità di rimozione degli odori.

Il bilancio dell'umidità è regolato da un umidificatore o da uno scrubber a gas precollegato, a volte in combinazione con un inumidimento del materiale filtrante. L'umidità relativa del materiale del filtro deve essere inferiore al 60% per evitare l'intasamento. Il dispositivo di umidificazione necessita di protezione contro il congelamento nelle regioni in cui le temperature sono sostanzialmente inferiori a 0 °C.

Per l'applicazione a flussi di gas di scarico caldi (> 35 ºC), è necessario il raffreddamento, miscelandolo con l'aria o introducendo uno scrubber di gas o uno scambiatore di calore. Lo scrubbing a umido può essere applicato come pretrattamento con l'obiettivo di ridurre il contenuto eccessivo di particolato, la concentrazione di odori in ingresso e la quantità di inquinanti non idonei alla biofiltrazione.

Il tempo di permanenza per consentire un efficace abbattimento dipende dalla concentrazione in ingresso. A titolo indicativo, si dovrebbe puntare a un tempo di permanenza minimo compreso tra 30 s e 45 s.

Per alcuni composti odorosi (es. mercaptani, H2S), le efficienze di abbattimento del 75% sono un minimo. L'uso combinato di scrubber e biofiltro può aumentare le prestazioni. Per altri composti odorosi, l'efficienza di abbattimento è leggermente inferiore. La ricerca comparativa per le efficienze di abbattimento degli odori tra scrubber e biofiltri mostra che i biofiltri raggiungono efficienze più elevate.

Con i biofiltri aperti il ​​materiale filtrante deve essere regolarmente lavorato e smaltito di volta in volta. La canalizzazione dei gas di scarico può avvenire attraverso il letto filtrante, diminuendo così l'efficienza del biofiltro.

L'efficienza della biofiltrazione dipende in larga misura dalla composizione del flusso di gas di scarico. Inoltre, improvvisi cambiamenti nelle condizioni dei mezzi del biofiltro (ad esempio la temperatura) possono influire negativamente sulle prestazioni del sistema. Se i parametri cambiano lentamente nel tempo, i supporti si abituano e l'efficienza rimane elevata.

Il raffreddamento è necessario per applicazioni con flussi d'aria calda (> 38 °C). Ciò può essere realizzato mediante una miscela di aria esterna, uno scrubber ad acqua (a passaggio singolo) o uno scambiatore di calore/condensatore. Il materiale filtrante deve essere sostituito periodicamente (ogni 0.5–5 anni), a seconda del tipo di materiale di imballaggio e della composizione dei gas.

Sebbene i biofiltri siano in linea di principio statici e richiedano poca manutenzione meccanica, l'esperienza mostra che sono necessarie ispezioni e monitoraggi regolari. L'efficienza di abbattimento può essere eccellente durante i primi anni, ma può diminuire drasticamente in un breve periodo di tempo a causa della mancanza di nutrienti, dei problemi di equilibrio dei fluidi e/o del deterioramento del materiale filtrante.

Il bilancio dell'umidità deve essere esaminato attentamente perché è fondamentale per il corretto funzionamento dei biofiltri.

applicabilità

La biofiltrazione si adatta bene a basse concentrazioni di inquinanti facilmente solubili in acqua. Normalmente non è adatto, tuttavia, per gas di scarico contenenti molti inquinanti diversi e/o mutevoli. Inoltre il metano non viene abbattuto, in quanto il tempo di permanenza necessario sarebbe troppo lungo per le normali dimensioni del filtro. La biofiltrazione viene utilizzata principalmente per portate elevate e basse concentrazioni di solventi.

Le aree tipiche di implementazione sono:
  • Impianti di trattamento delle acque reflue
  • Impianti di compostaggio
  • Industria degli aromi
  • fonderie
  • Industria chimica
  • Produzione di plastica
  • Industria alimentare
  • Industria della lavorazione della carne e del pesce


Tabella 1 mostra i limiti applicativi e le restrizioni associate alla biofiltrazione (adattato da EIPPCB, 2016, Tabella 3.178).

Tabella 1. Limiti applicativi e restrizioni associati alla biofiltrazione.
Problema Limiti/Restrizioni
Flusso di gas (Nm3/ H) 100-200000
100-400 per m2 di superficie filtrante
Temperatura (° C) 15-38
Pressione (MPa) atmosferico
Caduta di pressione (mbar) 5-20
Contenuto di polvere, grasso e grasso Può causare intasamento; è necessario un pretrattamento
Concentrazione di odore (ouE/m3) 20000-200000
Condizioni climatiche Gelo, pioggia e temperature ambiente elevate influiscono sul materiale del filtro e diminuiscono l'efficienza

Riferimenti

EIPPCB (2016). Documento di riferimento sulle migliori tecniche disponibili (BAT) per i sistemi comuni di trattamento/gestione delle acque reflue e dei gas di scarico nel settore chimico. Rapporto sulla scienza per le politiche del JRC.
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