CZ307136B6 - Způsob biologického čištění odpadního vzduchu, biofilm, nosné médium a náplň biofiltru k provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob biologického čištění odpadního vzduchu, biofilm, nosné médium a náplň biofiltru k provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307136B6 CZ307136B6 CZ2016-440A CZ2016440A CZ307136B6 CZ 307136 B6 CZ307136 B6 CZ 307136B6 CZ 2016440 A CZ2016440 A CZ 2016440A CZ 307136 B6 CZ307136 B6 CZ 307136B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- volatile organic
- biofilm
- biofilter
- derivatives
- propionic acid
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 45
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 45
- 241001621940 Parageobacillus caldoxylosilyticus Species 0.000 claims abstract description 32
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 claims abstract description 29
- 241001468246 Aeribacillus pallidus Species 0.000 claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 156
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 claims description 78
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 claims description 78
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 46
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 claims description 33
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 claims description 33
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Chemical compound CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims description 8
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 claims description 6
- 229920005906 polyester polyol Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001228 polyisocyanate Polymers 0.000 claims description 6
- 239000005056 polyisocyanate Substances 0.000 claims description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 6
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 5
- 229920000881 Modified starch Polymers 0.000 claims description 2
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000019426 modified starch Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 claims 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 abstract 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 53
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 53
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 33
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 33
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 31
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 19
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 18
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 15
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 15
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 11
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 11
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 6
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 3
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 3
- 241000029571 Aeribacillus Species 0.000 description 2
- 241000626621 Geobacillus Species 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 2
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000203069 Archaea Species 0.000 description 1
- 201000004569 Blindness Diseases 0.000 description 1
- 241000186541 Desulfotomaculum Species 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 1
- 241001468176 Geobacillus thermoleovorans Species 0.000 description 1
- 241001302035 Methanothermobacter Species 0.000 description 1
- 206010030113 Oedema Diseases 0.000 description 1
- 241001425545 Pelotomaculum Species 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 241000282887 Suidae Species 0.000 description 1
- 241000624635 Syntrophothermus Species 0.000 description 1
- 241000589596 Thermus Species 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 229920000704 biodegradable plastic Polymers 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001064 degrader Substances 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 210000003238 esophagus Anatomy 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 i.e. Substances 0.000 description 1
- 231100001240 inorganic pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 1
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/84—Biological processes
- B01D53/85—Biological processes with gas-solid contact
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
- F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
- F24F8/175—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering using biological materials, plants or microorganisms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/95—Specific microorganisms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
- B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/90—Odorous compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/708
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/06—Polluted air
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
Vynález se týká biologického čištění odpadního vzduchu od těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů pomocí biofiltru v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C a dále se týká náplně biofiltru, která je tvořena nosným médiem a biofilmem.
Dosavadní stav techniky
S problémy se zápachem se potýká jak řada průmyslových továren a výrobních hal, ale i některé procesy na čistírnách odpadních vod. Pro čištění vzduchu od těkavých organických látek a pachových látek se využívá řada metod. Jednu ze známých metod pro odstranění těkavých organických látek a pachových látek ze vzduchu představuje biologické čištění odpadních plynů, což je moderní způsob čištění organického znečištění využívající enzymatického vybavení mikroorganismů, díky němuž dokáží rozkládat nežádoucí organické látky obsažené v plynech. Dobře popsaná a prověřená technologie na čištění vzduchu, resp. odstranění zápachu je biologický filtr neboli biofiltr.
Základní princip bioremediační technologie biofiltrů vychází ze schopnosti některých mikroorganismů využívat těkavé organické látky či pachové látky na organické bázi jako zdroj uhlíku a energie pro svůj růst. Díky těmto procesům jsou pak tyto látky rozkládány na neškodné produkty. Na znečištěných lokalitách či v dopravních trasách kontaminovaných teplých plynů, resp. vzdušnin lze často pozorovat výskyt mikroorganismů adaptovaných na přítomný polutant. Koncentrace polutantu však nebývá v prostředí dostatečně vysoká k jejich účinnému odstranění. Nízká dostupnost polutantu pro mikroorganismy může být dána jejich malou rozpustností ve vodě, která je ovlivněna salinitou nebo změnami teplot. Další příčinou může být např. nedostatek minerálních živin nebo nepřítomnost vhodného elektronového akceptoru - např. O? v případě aerobních pochodů.
Biofihry představují uměle vytvořené prostředí, které odstraňuje organické i anorganické polutanty nejenom ze vzduchu, a to na principu biologického odbourávání v mikrobiálním biofilmu na nosném médiu. Nosné médium je často tvořeno organickými materiály, které umožňují přichycení a růst mikroorganismů, jimž pachové látky slouží jako živiny. Zapáchající látky musejí být rovněž zachyceny na nosné médium, proto médium musí mít co největší plochu. Vzhledem k tomu, že mikroorganismy potřebují vodu, je nutno udržovat náplň biofiltru vlhkou. Tímto způsobem se odstraňuje zápach ze vzdušniny, který je prostřednictvím vzduchotechniky sveden z jednotlivých částí provozu. Dosažené ekologické přínosy spočívají zejména ve snižování emisí zápachu.
Specifické požadavky týkající se úpravy horkého odpadního vzduchuje třeba posoudit v následujících průmyslových oblastech, které byly identifikovány jako nejvíce relevantní pro inovativní koncepci termofilní biofiltrace: kompostování; zařízení pro sušení krmiv; sušení odpadního kalu; sušárny jídla a ovoce, pražírny kávy, udírny; výrobny barev a laků; farmy, zejména prasečí, skládky zejména odpadních materiálů. Odpadní plyny z těchto provozů představují často směs desítek, až stovek těkavých organických látek z nich přibližně jedna čtvrtina představuje látky senzoricky aktivní neboli zapáchající (O'Neill a Phillips, 1992).
Výhodné řešení představuje využití termofilních mikroorganismů pro odstraňování těkavých organických látek a pachových látek z horkého odpadního vzduchu. Termofilní mikroorganismy patří mezi významné degradéry organických sloučenin a většinou se řadí mezi prokaryota. Optimální teplota jejich růstu je vyšší než 45 °C, obvykle kolem 50 až 60 °C, u některých druhů bak- 1 CZ 307136 B6 terií dokonce až 80 °C a některé druhy extrémních termofilů z domény Archaea rostou i při teplotách vyšších než 100 °C. Pokud ovšem teplota prostředí klesne pod 40 °C, tak se růst většiny termofilních bakterií zcela zastaví. Hlavní výhodu představují vysoce stabilní enzymy, které jsou aktivní i při vysokých teplotách. Teplota má vliv na rychlost chemických reakci, při jejím zvýšení o 10 °C se rychlost reakce změní 1,5 až 3 krát. Termofilní enzymy tím pádem představují skupinu perspektivních enzymů, které se dají využívat i v technologických procesech, které probíhají za vysokých teplot, čímž se snižuje kontaminace při výrobním procesu a není nutno vzdušninu před vstupem do biofiltru energeticky náročně chladit.
Řešení na bázi termofilních biofiltrů pro odstranění těkavých organických látek a pachových látek ze vzduchu jsou již známá. Dokument K.R. 2003/0090369 popisuje biofiltr využívající termofilní kmeny bakterií Bacillus thermoleovorans rozkládající zejména sirovodík, benzen a toluen za vysoké teploty. Obdobné řešení popisují americké přihlášky vynálezu US 2010/233790 či US 2009/0 093042, kde biodegradace těkavých organických látek ze vzduchu probíhá v teplotním rozmezí 50 až 85 °C. Nevýhody takto uspořádaných biofiltrů představují zejména vysoké náklady na udržení konstantní vysoké teploty. Termofilní mikroorganismy vyžadují poměrně vysoké teploty pro svůj růst a množení a i nepatrný pokles teploty prostředí pod hranici jejich optima má za následek zastavení růstu a množení většiny termofilních mikroorganismů, čímž se stává daný biofiltr nefunkční. Navíc při jakýchkoli technologických odstávkách je tedy nutné řešit zajištění dodání příslušných technologických parametrů, jako je teplotní režim, vlhkost aj. danému biofiltru. Další nevýhodou je, že výše popsané termofilní technologie využívají čisté bakteriální kmeny, které mnohem hůře odolávají teplotním výkyvům oproti směsným populacím, přirozeně se vyskytujících v přírodě. Většina termofilních druhů na degradaci musí spolupracovat, tzv. syntrofie, aby získaly co možná nejvíce energie pro růst. Jedná se hlavně o zástupce z anaerobních rodů Syntrophothermus, Methanothermobacter, Pelotomaculum nebo Desulfotomaculum. Z aerobních termofilních bakterií byly popsány zástupci z kmene Firmicutes (např. Geobacillus, Thermus a Paembacillus).
Jeden z největší problémů v oblasti odstraňování těkavých organických sloučenin ze vzduchu představují těkavé organické kyseliny, a to zejména kyselina propionová. Tato karboxylová kyselina dráždí sliznice, při nadýchání vede ke vzniku edému v dýchacím traktu, leptá kůži, ústa, hrdlo, může vést k oslepnutí či perforaci jícnu a žaludku. Při úniku do životního prostředí představuje nebezpečnou zátěž. Je zapotřebí pokrýt uniklou kapalinu absorpčním materiálem, jako je např. vermikulit, písek či zemina, následně shromáždit do krytých kontejnerů a nechat zlikvidovat specializovanou firmou, neboť běžnými způsoby není možné kyselinu propionovou z životního prostředí odstranit.
Úkolem vynálezu je odstranit výše uvedené nedostatky a vytvořit způsob čištění odpadního vzduchu od těkavých organických látek, jejich derivátů či pachových látek, který by účinně a jednoduše odstraňoval tyto sloučeniny ze vzduchu, který by výhodně řešil problém s kolísáním teplot mezi termofilním a mezoťilním provozem či problém s jeho vysycháním, jeho provoz by byl z ekonomického i časového hlediska výhodný, a který by umožňoval jednoduchou a levnou intenzifikaci procesu odstraňování polutantů ze vzduchu, zejména těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů, a to kyseliny propionové, jejíž běžně známé způsoby odstraňování jsou náročné a komplikované.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob biologického čištění odpadního vzduchu od těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů v biofiltru, biofilm, nosné médium a náplň biofiltru k provádění tohoto způsobu podle tohoto vynálezu. Při způsobu biologického čištění odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 30 °C od těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů se odpadní vzduch přivádí do biofiltru na nosné médium, které je tvořeno biodegradabilním materiálem na bázi polyuretanové pěny a opatřeno biofilmem, který je tvořen imobi
-2 CZ 307136 B6 lizovanými mikroorganismy schopnými odstraňovat těkavé organické kyseliny a/nebo jejich deriváty. Podstata vynálezu spočívá v tom, že nosné médium se obohatí těkavou organickou kyselinou jako sekundárním zdrojem energie pro imobilizované mikroorganismy a jako biofilm se použije bakteriální směs termofilního kmenu Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a termotolerantní kmenu Aeribacillus pallidus v poměru dle teplotního provozního režimu zařízení v rozmezí 1:5 až 5:1. Odpadní vzduch se přivádí do biofiltru v teplotním rozmezí 35 až 75 °C.
Díky použité směsi mikroorganismů obsahující termofilní i termotolerantní kmen, dochází k odstraňování těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů při vyšších teplotách odpadního vzduchu, kdy odpadá proces chlazení odpadního vzduchu, který by byl potřebný pro běžné odstraňování polutantů ze vzduchu, ale zároveň díky přítomnosti termotolerantního kmene dochází k odstraňování těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů i při poklesu teploty, kdy dochází k útlumu aktivity termofilního kmene a ke zvýšení aktivity termotolerantního kmene. Velkou výhodou tohoto uspořádání je zkrácení adaptační neboli iniciální fáze biofiltru. Adaptační fáze mikroorganismů, kdy dochází k přizpůsobování buněk novému prostředí, je nastavením podmínek zkrácena na minimum. Tím dochází k velké úspoře času a nákladů na časovou prodlevu mezi startem procesu a plně funkčním procesem odbourávání těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů v biofiltru.
Mezi těkavými organickými kyselinami bývá nejčastěji zastoupena kyselina propionová a kyselina máselná. Směs mikroorganismů Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a Aeribacillus pallidus představuje velice účinnou jednotku pro odstraňování kyseliny propionové ze vzduchu, jejíž odbourávání představuje velký problém v různých průmyslových odvětvích.
Pro zvýšení degradační účinnosti bude využita polyuretanová pěna, která se připraví ze směsi alifatického polyisokyanátu a polyesterových polyolů v hmotn. poměru 3:1 až 1:3 s přídavkem škrobových derivátů v množství 10 až 50 % hmotn. Poměrové složení těchto složek pozitivně ovlivňuje adhezi buněk mikroorganismů na povrch nosného média. Na základě povrchového náboje buněk, tzv. zeta potenciálu a hydrofobicity povrchu buňky představuje toto složení vhodnou hydrofobicitu povrchu, díky kterému buňky mikroorganismů adorují na povrch takto připraveného nosného média. Struktura acetylovaného škrobu (a) a polyuretanové pěny (b) je znázorněno na následujícím schématu:
Předmětem vynálezu je rovněž biofilm k provádění způsobu podle tohoto vynálezu pro biologické čištění odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C od těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů, tvořený mikroorganismy schopnými degradovat těkavé organické kyseliny a/nebo jejich deriváty, který je imobilizovaný na nosném médiu biofiltru vytvořeném z biodegradabilního materiálu na bázi polyuretanové pěny. Podstata vynálezu spočívá v tom, že mikroorganismy tvořící biofilm jsou tvořeny směsí termofilního kmenu Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a termotolerantního kmenu Aeribacillus pallidus v poměru 1:5 až 5:1.
- j CZ 307136 B6
Takto uspořádaná směs je schopna degradovat těkavé organické kyseliny a/nebo jejich deriváty v širokém teplotním rozmezí, čímž představuje ekonomicky výhodné řešení, neboť dochází k degradaci při vyšších teplotách díky termofilnímu kmenu, ale i při poklesu teplot díky termotolerantnímu kmenu.
Ve výhodném provedení je poměr Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a Aeribacillus pallidus v biofdmu v rozmezí 1:2 či 2:1. V provozním režimu při horní hranici teplotního intervalu, tedy při teplotách v rozmezí 70 až 75 °C je s výhodou vybrán poměr Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a Aeribacillus pallidus v biofilmu 2:1. Při vyšších teplotách je aktivní termofilní kmen, z toho důvodu je zastoupení tohoto mikroorganismu v biofilmu větší. V provozním režimu při dolní hranici teplotního intervalu, tedy při teplotách v rozmezí 35 až 40 °C je s výhodou vybrán poměr Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a Aeribacillus pallidus v biofilmu 1:2. Při nižších teplotách je více aktivní termotolerantní kmen, proto je výhodné vyšší zastoupení tohoto mikroorganismu v biofilmu.
Předmětem vynálezu je také nosné médium biofiltru k provádění způsobu podle tohoto vynálezu pro imobilizaci mikroorganismů schopných degradovat těkavé organické kyseliny a/nebo jejich deriváty z odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C, které je vytvořené z biodegradabilního materiálu na bázi polyuretanové pěny. Podstata vynálezu spočívá v tom, že polyuretanová pěna je na bázi alifatického polyisokyanátu a polyesterových polyolů tvořící směs s těkavou organickou kyselinou. Těkavá organická kyselina navíc představuje sekundární zdroj energie pro imobilizované mikroorganismy. Ve výhodném provedení je těkavá organická kyselina vybrána ze skupiny kyselin, jako kyselina propionová a kyselina máselná. V nej výhodnějším provedení je těkavá organická kyselina vybrána kyselina propionová.
Předmětem vynálezu je rovněž náplň biofiltru k provádění způsobu podle tohoto vynálezu pro biologické čištění odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C od těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů. Náplň biofiltru sestává z biofilmu tvořeného mikroorganismy schopnými degradovat těkavé organické kyseliny a/nebo jejich deriváty, a z nosného média, na němž je biofilm imobilizován. Nosné médium je vytvořeno z biodegradabilního materiálu na bázi polyuretanové pěny, pro biologické čištění odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C od těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů. Podstata vynálezu spočívá vtom, že biofilm je tvořen směsí termofilního kmenu Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a termotolerantního kmenu Aeribacillus pallidus v poměru v rozmezí 1:5 až 5:1 a polyuretanová pěna nosného média je na bázi alifatického polyisokyanátu a polyesterových polyolů tvořící směs s těkavou organickou kyselinou, přičemž těkavá organická kyselina tvoří sekundární zdroj energie pro imobilizované mikroorganismy.
Výhody způsobu biologického čištění odpadního vzduchu od těkavých organických látek podle tohoto vynálezu představuje účinné a jednoduché odstraňování těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů z odpadního vzduchu v různém teplotním rozmezí. Jeho provoz je ekonomicky výhodný, neboť odpadá krok chlazení odpadního vzduchu opouštějící průmyslová zařízení díky termofilním mikroorganismům přítomným v biofiltru a zároveň provoz není přerušen, dojde-li k poklesu teploty díky termotolerantním mikroorganismům. Zároveň je tímto způsobem dosaženo zkrácení adaptační fáze biofiltru, doby plného provozu biofiltru je dosaženo ve velmi krátkém časovém rozmezí. Tím dochází k intenzifikaci procesu odstraňování těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů z odpadního vzduchu, jejichž běžné odstraňování je náročné, drahé a komplikované.
-4CZ 307136 B6
Objasnění výkresů
Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:
obr. 1 znázorňuje graf vlivu složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k podmínkám provozu, obr. 2 znázorňuje graf rozvoje metabolického potenciálu na vybranou skupinu polutantů metodou cílené adaptace inokula v závislosti na finální aplikaci adicí polutantu jako sekundárního zdroje uhlíku a energie do kultivačního média, obr. 3 znázorňuje graf závislosti biochemické spotřeby kyslíku Geobacillus caldoxylosilyticus kmenem BGSC W98A1 imobilizovaném na nosiči PUR A při 50 °C na čase, obr. 4 znázorňuje graf závislosti biochemické spotřeby kyslíku Geobacillus caldoxylosilyticus kmenem BGSC W98A1 imobilizovaném na nosiči PUR A při 40 °C na čase, obr. 5 znázorňuje graf závislosti biochemické spotřeby kyslíku kmenem Aeribacillus pallidus imobilizovaném na nosiči PUR A při 50 °C na čase, obr. 6 zobrazuje diagram koncentrací testovaných plynných směsí v kontinuálně provozovaném biofiltru.
Příklady uskutečnění vynálezu
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.
Kultivace mikroorganismů je prováděna v zařízení Microplate Reader ELx808, kde je sledována schopnost růstu mikroorganismů v jednotlivých modelových roztocích vybraných polutantů ve třech opakováních a zároveň probíhá kontrolní kultivace, tzn. bez přídavku zdroje uhlíku a energie. Růst mikroorganismů je vyjádřen jako změna optické density neboli O. D., která se měří automaticky každou půl hodinu při vlnových délkách 450 a 630 nm. Inokula jsou připravovány submerzní kultivací mikroorganismů v médiu zvoleném dle charakteru pokusu s přídavkem zdroje uhlíku a energie o odpovídající koncentraci. Data jsou hodnocena na základě přímých ukazatelů, a to nárůstu či poklesu optické density kultivačního média v závislosti na definovaném složení modelového roztoku, což umožňuje vyhodnotit stimulační či inhibiční účinek tohoto roztoku na danou mikrobiální populaci. Za projev stimulačního účinku testovaného roztoku je považován nárůst optické density, naopak za projev inhibičního účinku testovaného roztoku je považován pokles optické density. Kultivace jsou současně testovány na zařízení Oxitop, které umožňuje měření vyprodukovaného CO2 při aerobní kultivaci. CO2 je jímán do roztoku hydroxidu sodného. Tím dochází v uzavřené kultivační nádobě k poklesu tlaku, který odpovídá spotřebovanému O2. Podle stavové rovnice pak lze přepočítat pokles parciálního tlaku O2 na spotřebu kyslíku bakteriemi. Veškeré pokusy byly prováděny ve 3 opakováních. Naměřená data byla následně proložena modelem růstu bakterií v programu GraphPad Prism 4.0 a spočítány příslušné růstové parametry (tj. specifická růstová rychlost a délka lag neboli adaptační fáze).
V následujících příkladech provedení 1 až 8 byl testován vliv složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k podmínkám provozu - průměrné teplotě.
- 5 CZ 307136 B6
Příklad 1
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 : Aeribacillus pallidus v poměru 2:1 bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 50 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 1 je křivkou A znázorněn nárůst mikrobiální populace za čas charakterizující vliv složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k teplotě.
Příklad 2
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 : Aeribacillus pallidus v poměru 1:2 bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 50 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 1 je křivkou B znázorněn nárůst mikrobiální populace za čas charakterizující vliv složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k teplotě.
Příklad 3
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 50 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 1 je křivkou C znázorněn nárůst mikrobiální populace za čas charakterizující vliv složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k teplotě.
Příklad 4
Inokulum Aeribacillus pallidus bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 50 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 1 je křivkou D znázorněn nárůst mikrobiální populace za čas charakterizující vliv složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k teplotě.
Příklad 5
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 : Aeribacillus pallidus v poměru 2:1 bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 1 je křivkou E znázor-6CZ 307136 B6 něn nárůst mikrobiální populace za čas charakterizující vliv složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k teplotě.
Příklad 6
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 : Aeribacillus pcillidus v poměru 1:2 bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 1 je křivkou F znázorněn nárůst mikrobiální populace za čas charakterizující vliv složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k teplotě.
Příklad 7
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 1 je křivkou G znázorněn nárůst mikrobiální populace za čas charakterizující vliv složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k teplotě.
Příklad 8
Inokulum Aeribacillus pallidus bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 1 je křivkou H znázorněn nárůst mikrobiální populace za čas charakterizující vliv složení inokula na průběh adaptační fáze ve vztahu k teplotě.
Cíleně volený poměr zástupců dvou bakteriálních rodů - Geobacillus a Aeribacillus s prokazatelnou schopností růstové kompetice v dané škále teplotních růstových podmínek pozitivně ovlivňuje růstovou rychlost inokula a celkový nárůst mikrobiální populace v průběhu procesu biofiltrace, jakje zobrazeno na obr. 1. Toto navýšení může být až dvojnásobné.
V další skupině příkladů 9 až 14 byl testován rozvoj metabolického potenciálu na vybranou skupinu polutantů metodou cílené adaptace inokula v závislosti na finální aplikaci adicí polutantu jako sekundárního zdroje uhlíku a energie do kultivačního média.
Příklad 9
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A s glukózou a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v sus-7CZ 307136 B6 penzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 2 je křivkou I znázorněna průběh růstu mikroorganismů za daných podmínek.
Příklad 10
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A se zabudovanou kyselinou propionovou a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 2 je křivkou J znázorněna průběh růstu mikroorganismů za daných podmínek.
Příklad 11
Inokulum Aeribacillus pallidus bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A s glukózou a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 2 je křivkou K znázorněna průběh růstu mikroorganismů za daných podmínek.
Příklad 12
Inokulum Aeribacillus pallidus bylo imobilizováno na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A se zabudovanou kyselinou propionovou a následně konzervováno metodou lyofilizace. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 2 je křivkou L znázorněna průběh růstu mikroorganismů za daných podmínek.
Příklad 13
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 a inokulum Aeribacillus pallidus použitá v poměru 1:1 byla imobilizována na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A s glukózou a následně konzervována metodou lyofilizace. Takto připravená směs kultur s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 2 je křivkou M znázorněna průběh růstu mikroorganismů za daných podmínek.
Příklad 14
Inokulum Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 a inokulum Aeribacillus pallidus použitá v poměru 1:1 byla imobilizována na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A se zabudovanou kyselinou propionovou a následně konzervována metodou lyofilizace. Takto připravená směs kultur s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 40 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncent-8CZ 307136 B6 raci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Na obr. 2 je křivkou N znázorněna průběh růstu mikroorganismů za daných podmínek.
Tabulka 1: Nárůst optické denzity odpovídající nárůstu mikroorganismů v příkladech 9 až 14 za 24 hodin.
___________________________Př.9 Př, 10 Př. 11 Př. 12 Př. 13 Př, 14 Nárůst O.D. (630 nm) 0,21 0,39 0,29 0,60 0,39 0,41
Rozvoj metabolického potenciálu na vybranou skupinu polutantů metodou cílené adaptace inokula v závislosti na finální aplikaci adicí polutantu jako sekundárního zdroje uhlíku a energie do kultivačního média pozitivně ovlivňuje růstovou rychlost inokula na vybraném polutantu, tedy kyselině propionové, a to o 85 % (Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1) až 106 % (Aeribacillus pallidus) oproti kontrole kultivované na snadno rozložitelném substrátu jakožto zdroji uhlíku a energie, tedy glukóze, a to i v případě, že teplotní režim kultivovaného kmene neodpovídá jeho optimu. Výsledky příkladů 9 až 14 jsou znázorněny na obr. 2.
Třetí skupina příkladů 15 a 16 ilustruje navýšení účinnosti biofiltrační technologie využití biodegradovatelného plastu s adicí polutantu jakožto nosného média biofiltru
Příklad 15
Obr. 3 znázorňuje biochemickou spotřebu kyslíku Geobacillus caldoxylosilyticus kmenem BGSC W98A1 imobilizovaného na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A bez adice kyseliny propionové křivkou P a biochemickou spotřebu kyslíku Geobacillus caldoxylosilyticus kmenem BGSC W98A1 imobilizovaného na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A se zabudovanou kyselinou propionovou křivkou O. Takto připravená směs kultur s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 50 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové. Obdobný test byl proveden se stejným kmenem v prostředí s teplotou 40 °C, jak je zobrazeno na obr. 4 křivkami Q a R.
Tabulka 2: Vyhodnocení testů z příkladu 15.
| Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 (50 °C) | Lag fáze (h) | růstová rychlost (mg O2/L/h) | smodch | R2 |
| kyselina propionová (500mg/L)+pěna PUR A | 15.1 | 32.5 | 0.2 | 0.99 |
| kyselina propionová (500mg/L) | 11.0 | 28.5 | 0.3 | 0.99 |
| pěna PUR A | NA | 0.015 | 0.002 | 0.12 |
| Tabulka 3: Vyhodnocení testů z příkladu 15. | ||||
| Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 (40 °C) | Lag fáze (h) | růstová rychlost (mg O2/L/h) | smodc h | R2 |
| kyselina propionová (500mg/L)+pěna PUR A | 10.9 | 1.8 | 8.2 | 0.007 |
| kyselina propionová (500mg/L) | NA | 0.9 | 1.5 | 0.75 |
| pěna PUR A | NA | NA | NA | NA |
-9CZ 307136 B6
Kmen Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1 vykazuje v přítomnosti nosiče vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A se zabudovanou kyselinou propionovou vyšší degradační rychlost k testovaným polutantům, tedy kyselině propionové. U kyseliny propionové se jedná o navýšení rychlosti degradace při teplotě kultivace 50 °C o 14 %, jak je znázorněno na obr. 3. Při teplotě kultivace 40 °C, jak bylo testováno v příkladech 9 až 14, došlo k výrazně menšímu nárůstu oproti 50 °C. Přítomnost biodegradovatelné pěny PUR A však zvýšila růstovou rychlost o 100 %, jak zobrazuje obr. 4.
Příklad 16
Obr. 5 znázorňuje biochemickou spotřebu kyslíku kmenem Aeribacillus pallidus imobilizovaným na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A bez adice kyseliny propionové křivkou T a biochemickou spotřebu kyslíku Aeribacillus pallidus imobilizovaným na nosiči vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A se zabudovanou kyselinou propionovou křivkou S. Takto připravená kultura s počáteční O.D. = 0,1 při teplotě kultivace 50 °C byla následně využita v degradačním testu při degradaci kyseliny propionové. Kyselina propionová byla použita v koncentraci c = 500 mg/L, přičemž jako kontrola byl použit ten samý degradační test v suspenzi bez přítomnosti kyseliny propionové.
Tabulka 4: Vyhodnocení testů z příkladu 16.
| Aeribacillus pallidus (50 °C) | Lag fáze (h) | růstová rychlost (mg O2/L/h) | smodch | R2 |
| kyselina propionová (500mg/L)+pěna PUR A | 1.2 | 6.6 | 1.5 | 0.51 |
| kyselina propionová (500mg/L) | 0.6 | 7.9 | 0.7 | 0.83 |
| pěna PUR A | 39.2 | 0.8 | 0.3 | 0.08 |
Kmen Aeribacillus pallidus vykazuje v přítomnosti nosiče vytvořeného z polyuretanové pěny PUR A se zabudovanou kyselinou propionovou při 50 °C výrazně nižší rychlost spotřeby kyslíku než kmen Geobacillus caldoxylosilyticus kmen BGSC W98A1. V kombinaci s polyuretanovou pěnou PUR A má dvakrát delší lag neboli adaptační fázi, ale srovnatelnou rychlost růstu, tj. spotřebu kyslíku. To je znázorněno na obr. 5.
Vzhledem k vysoké degradační rychlosti k testovanému polutantu, tedy kyselině propionové, její adicí do nosného média u obou testovaných kmenů, které jsou imobilizovány společně na nosném médiu pro degradaci kyseliny propionové a jiných těkavých organických polutantů je tento efekt prokázán i v přítomnosti obou těchto kmenů.
Další skupina příkladů 17 až 24 ilustruje eliminaci organických těkavých látek v biofiltru simulující variabilitu kvality výstupního odpadního plynu ze zařízení.
Příklady testovaných plynných směsí v kontinuálně provozovaném biofiltru, kde výsledky testovaných plynných směsí znázorňuje obr. 6, kde křivka V znázorňuje vstupní koncentraci plynu a křivka W znázorňuje výstupní koncentraci plynu. Obr. 6 zobrazuje výsledky testovaných plynných směsí v kontinuálně provozovaném biofiltru, kde f představuje směs butanolu a kyseliny máselné v poměru 10:1, 2 představuje směs butanolu a kyseliny máselné v poměru 2:1,3 představuje směs butanolu a kyseliny máselné v poměru 1:1,4 představuje čistou kyselinu máselnou, 5 představuje směs butanolu a tetramethylaminu v poměru 10:1 a 6 představuje směs butanolu a tetramethylaminu v poměru 5:1.
- 10CZ 307136 B6
Příklad 17
Testovaná byla plynná směs v kontinuálně provozovaném biofiltru, kde hmotnostní poměr kyseliny máselné a butanolu je 1:1. Hodnota PID byla na 40 mg.m'3; RE = 100 %.
Příklad 18
Testovaná byla plynná směs v kontinuálně provozovaném biofiltru, kde vstupní koncentrace směsi obsahující kyselinu máselnou a butanol v poměru 1:1 o hodnotě PID 88 mg.m'1, RE = 80 %.
Příklad 19
Příklad testované plynné směsi v kontinuálně provozovaném biofiltru, která obsahovala čistou kyselinu máselnou, kde vstupní koncentrace směsi o hodnotě PID 30 mg.m'3, RE = 100 %.
Příklad 20
Testovaná byla plynná směs v kontinuálně provozovaném biofiltru, která obsahovala čistou kyselinu máselnou. PID 30 mg.m'3; RE = 100 %.
Příklad 21
Testovaná byla plynná směs v kontinuálně provozovaném biofiltru, která obsahovala kyselinu máselnou. PID 50 mg.m'3; RE = 100 %.
Vhodnost použití biofiltru k odstraňování těkavých organických látek byla potvrzena nejen měřením výstupní koncentrace organických látek fotoionizačním detektorem (PID) a sledováním účinností eliminace, ale i senzorickým testováním výstupní vzduchu.
Průmyslová využitelnost
Způsob biologického čištění odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C od těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů podle tohoto vynálezu lze využít v různých průmyslových odvětvích, která produkují plyny s organickými polutanty znečišťující prostředí. Největší uplatnění řešení dle tohoto vynálezu nalézá ve spalovnách, kompostárnách, udírnách či čistírnách odpadních vod.
- II -
Claims (6)
1. Způsob biologického čištění odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C od těkavých organických kyselin a/nebo jejich derivátů, při kterém se odpadní vzduch přivádí do biofiltru na nosné médium tvořené biodegradabilním materiálem na bázi polyuretanové pěny a opatřené biofilmem tvořeným imobilizovanými mikroorganismy schopnými odstraňovat těkavé organické kyseliny a/nebo jejich deriváty, vyznačující se tím, že nosné médium se obohatí těkavou organickou kyselinou jako sekundárním zdrojem energie pro imobilizované mikroorganismy a jako biofilm se použije bakteriální směs termofilního kmenu Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a termotolerantního kmenu Aeribacillus pallidus v poměru v rozmezí 1:5 až 5:1, přičemž odpadní vzduch se přivádí do biofiltru v teplotním rozmezí 35 až 75 °C.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že těkavá organická kyselina je ze skupiny: kyselina propionová a kyselina máselná.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že těkavá organická kyselina je kyselina propionová.
4. Způsob podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že polyuretanová pěna se připraví ze směsi alifatického polyisokyanátu a polyesterových polyolů v hmotn. poměru 3:1 až 1:3 s přídavkem škrobových derivátů v množství 10 až 50 % hmotn.
5. Biofilm k provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 4, tvořený mikroorganismy schopnými degradovat těkavé organické kyseliny a/nebo jejich deriváty, imobilizovaný na nosném médiu biofiltru vytvořeném z biodegradabilního materiálu na bázi polyuretanové pěny, pro biologické čištění odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C od těkavých organických kyselin a/nebo jejích derivátů, vyznačující se tím, že mikroorganismy tvořící biofilm jsou tvořeny směsí termofilního kmenu Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a termotolerantního kmenu Aeribacilluspallidus v poměru v rozmezí 1:5 až 5:1.
6. Biofilm podle nároku 5, vyznačující se tím, že poměr Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a Aeribacillus pallidus v biofilmu je 2:1.
7. Biofilm podle nároku 5, vyznačující se tím, že poměr Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a Aeribacillus pallidus v biofilmu je 1:2.
8. Nosné médium biofiltru k provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 4, pro imobilizaci mikroorganismů schopných degradovat těkavé organické kyseliny a/nebo jejich deriváty z odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C, vytvořené z biodegradabilního materiálu na bázi polyuretanové pěny, vyznačující se tím, že polyuretanová pěna je na bázi alifatického polyisokyanátu a polyesterových polyolů tvořící směs s těkavou organickou kyselinou, přičemž těkavá organická kyselina tvoří sekundární zdroj energie pro imobilizované mikroorganismy.
9. Nosné médium podle nároku 8, vyznačující se tím, že těkavá organická kyselina je ze skupiny: kyselina propionová a kyselina máselná.
10. Nosné médium podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že těkavá organická kyselina je kyselina propionová.
11. Náplň biofiltru k provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 4, pro biologické čištění odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C od těkavých organických kyselin a/ne
- 12 CZ 307136 B6 bo jejich derivátů, sestávající z biofilmu tvořeného mikroorganismy schopnými degradovat těkavé organické kyseliny a/nebo jejich deriváty, a z nosného média, na němž je biofilm imobilizován, přičemž nosné médium je vytvořeno z biodegradabilního materiálu na bázi polyuretanové pěny, pro biologické čištění odpadního vzduchu v prostředí s teplotou vyšší než 35 °C od těka5 vých organických kyselin a/nebo jejich derivátů, vyznačující se tím, že biofilm je tvořen směsí termofílního kmenu Geobacillus caldoxylosilyticus BGSC W98A1 a termotolerantního kmenu Aeribacilhis pallidus v poměru v rozmezí 1:5 až 5:1 a polyuretanová pěna nosného média je na bázi alifatického polyisokyanátu a polyesterových polyolů tvořící směs s těkavou organickou kyselinou a/nebo jejich derivátů, přičemž těkavá organická kyselina a/nebo její deriío vát tvoří sekundární zdroj energie pro imobilizované mikroorganismy.
6 výkresů
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-440A CZ307136B6 (cs) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Způsob biologického čištění odpadního vzduchu, biofilm, nosné médium a náplň biofiltru k provádění tohoto způsobu |
| EP17181774.5A EP3272415A1 (en) | 2016-07-18 | 2017-07-18 | Method of biological treatment of exhaust air, biofilm, packing material of the biofilter and biofilter medium to implement this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-440A CZ307136B6 (cs) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Způsob biologického čištění odpadního vzduchu, biofilm, nosné médium a náplň biofiltru k provádění tohoto způsobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2016440A3 CZ2016440A3 (cs) | 2018-01-31 |
| CZ307136B6 true CZ307136B6 (cs) | 2018-01-31 |
Family
ID=59501154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2016-440A CZ307136B6 (cs) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Způsob biologického čištění odpadního vzduchu, biofilm, nosné médium a náplň biofiltru k provádění tohoto způsobu |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3272415A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ307136B6 (cs) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002045826A1 (en) * | 2000-12-04 | 2002-06-13 | Biosaint Co., Ltd. | Biofilter equipped with a stirrer and injector of solid feed and method for removing odor and volatile organic compounds from waste gases using the same |
| CZ292337B6 (cs) * | 1997-08-20 | 2003-09-17 | Petra Ing. Csc. Auterská | Způsob odbourávání škodlivin a zápachu ze vzduchu a zařízení k jeho provádění |
| KR20030097060A (ko) * | 2002-06-19 | 2003-12-31 | 이병헌 | 냄새 및 휘발성 유기물질 제거를 위한 유효미생물을이용한 바이오 세정기 및 스크루 혼합형 바이오필터 공정 |
| WO2005028084A1 (en) * | 2003-09-25 | 2005-03-31 | Sia Società Industria Agglomerati Srl | Process and plant for the purification of high-temperature gaseous flows |
| CN103263846A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-08-28 | 天津大学 | 一种基于嗜热菌生物技术处理高温有机废气的反应装置及方法 |
| CZ29171U1 (cs) * | 2015-12-21 | 2016-02-16 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Zařízení pro čistění znečištěných plynů |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100500398B1 (ko) * | 2002-05-23 | 2005-07-12 | 바이오세인트(주) | 신규의 고온성 미생물 및 이를 이용한 고온 폐가스의 생물학적 정화방법 |
-
2016
- 2016-07-18 CZ CZ2016-440A patent/CZ307136B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2017
- 2017-07-18 EP EP17181774.5A patent/EP3272415A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ292337B6 (cs) * | 1997-08-20 | 2003-09-17 | Petra Ing. Csc. Auterská | Způsob odbourávání škodlivin a zápachu ze vzduchu a zařízení k jeho provádění |
| WO2002045826A1 (en) * | 2000-12-04 | 2002-06-13 | Biosaint Co., Ltd. | Biofilter equipped with a stirrer and injector of solid feed and method for removing odor and volatile organic compounds from waste gases using the same |
| KR20030097060A (ko) * | 2002-06-19 | 2003-12-31 | 이병헌 | 냄새 및 휘발성 유기물질 제거를 위한 유효미생물을이용한 바이오 세정기 및 스크루 혼합형 바이오필터 공정 |
| WO2005028084A1 (en) * | 2003-09-25 | 2005-03-31 | Sia Società Industria Agglomerati Srl | Process and plant for the purification of high-temperature gaseous flows |
| CN103263846A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-08-28 | 天津大学 | 一种基于嗜热菌生物技术处理高温有机废气的反应装置及方法 |
| CZ29171U1 (cs) * | 2015-12-21 | 2016-02-16 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Zařízení pro čistění znečištěných plynů |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2016440A3 (cs) | 2018-01-31 |
| EP3272415A1 (en) | 2018-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Barbusinski et al. | Biological methods for odor treatment–A review | |
| Yang et al. | Biomass accumulation and control strategies in gas biofiltration | |
| Van Groenestijn et al. | Recent developments in biological waste gas purification in Europe | |
| San-Valero et al. | Fully aerobic bioscrubber for the desulfurization of H2S-rich biogas | |
| Fricke et al. | Operating problems in anaerobic digestion plants resulting from nitrogen in MSW | |
| Gandu et al. | Gas phase bio-filter for the removal of triethylamine (TEA) from air: microbial diversity analysis with reference to design parameters | |
| Fulazzaky et al. | Biofiltration process as an ideal approach to remove pollutants from polluted air | |
| Jiang et al. | Nitric oxide removal from flue gas with a biotrickling filter using Pseudomonas putida | |
| Gong et al. | Enhancement of anaerobic digestion effluent treatment by microalgae immobilization: Characterized by fluorescence excitation-emission matrix coupled with parallel factor analysis in the photobioreactor | |
| Tóth et al. | Degradation of hydrogen sulfide by immobilized Thiobacillus thioparus in continuous biotrickling reactor fed with synthetic gas mixture | |
| Zhou et al. | The removal of hydrogen sulfide from biogas in a microaerobic biotrickling filter using polypropylene carrier as packing material | |
| Watsuntorn et al. | Resilient performance of an anoxic biotrickling filter for hydrogen sulphide removal from a biogas mimic: steady, transient state and neural network evaluation | |
| CN108404647A (zh) | 复合微生物除臭剂 | |
| JP2004248618A (ja) | 有機物処理真菌共生菌群及びその用途 | |
| Prado et al. | Removal of formaldehyde, methanol, dimethylether and carbon monoxide from waste gases of synthetic resin-producing industries | |
| EP2767585A1 (en) | Microbiological method of H2S removal from biogas | |
| Nguyen et al. | Modification of expanded clay carrier for enhancing the immobilization and nitrogen removal capacity of nitrifying and denitrifying bacteria in the aquaculture system | |
| Wei et al. | Thermophilic biotrickling filtration of gas–phase trimethylamine | |
| Amirfakhri et al. | Assessment of desulfurization of natural gas by chemoautotrophic bacteria in an anaerobic baffled reactor (ABR) | |
| SHA et al. | Biological removal of ammonia from contaminated air streams using biofiltration system | |
| Emparan et al. | Effect of microalgae-to-palm oil mill effluent (POME) ratio for rapid effective pollutants removal and biomass production | |
| Putmai et al. | Biodegradation characteristics of mixed phenol and p-cresol contaminants from a swine farm using bacteria immobilized in calcium alginate beads | |
| CZ307136B6 (cs) | Způsob biologického čištění odpadního vzduchu, biofilm, nosné médium a náplň biofiltru k provádění tohoto způsobu | |
| Charles et al. | Biological methods of odor removal in solid waste treatment facilities | |
| McGrath et al. | Case study: Biofiltration of styrene and butylacetate at a dashboard manufacturer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20220718 |