Treatment of volatile organic sulfur compounds (VOSCs) emissions using biotrickling filter under anoxic conditions
Sülfür içeren uçucu organik madde emisyonların anoksik koşullarda biyo damlatmalı filtre sistemi ile giderimi
- Tez No: 539584
- Danışmanlar: PROF. DR. KADİR ALP
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Biyoteknoloji hava kirliliği emisyonların kontrolünde yeni bir odak alanı olarak, özellikle ulusal ve uluslararası hava kalitesi kontrol yasa ve yönetmelikleri çerçevesinde hava kirletici maddelerin azaltılmasına yönelik çalışmalarda son zamanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma çerçevesinde çevre dostu arıtma alternatiflerinden biyo damlatmalı filtre sistemi laboratuar ölçekli olarak anoksik koşullarda kötü koku karakterizasyonuna sahip olan etanetiol ve dimetilsülfür içeren atık gaz akımlarının elemental sülfür ve / veya sülfat gibi zararsız ürünlere nitratın elektron alıcı olarak kullanılması ile okside edilmesi amacıyla işletilmiştir. Sistem işletimi spesifik S2-/NO3- molar oranında , farklı spreyleme hızlarında (0.12, 0.18, 0.24, 0.3, 0.45 m/sa), boş tank temas süresinde (10, 30, 60, 90, 120 saniye) ve farklı organik yüklemelerde (9, 18, 48, 90 g/m3/sa) gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen kesikli deneysel çalışmalarda ET ve DMS degradasyon sistematiği beş tam degredasyon döngüsünde simule edilmiş ve biyokütle konsantrasyonunun 10 kat arttırılmasının (300 mg/L den 3000 mg/L) degradasyon süresini %90 oranında azalttığı belirlenmiştir. Maksimum desülfürizasyon hızı ET için 4.44 mg/m3/sa seviyesinden 20.9 mg/m3/sa seviyesine , DMS için 2.73 mg/m3/sa seviyesinden 17.73 mg/m3/sa seviyesine yükselmiştir. Gerçekleştirilen çalışma çerçevesinde GraphPad Prism software 6.0 yazılımı Vmax, Km, and birinci mertebe sabiti (k) gibi Monod Model katsayıları belirlenmiştir. Zaman içerisinde ET degradasyonu anoksik koşullar altında DMS degradasyonuna göre daha iyi bir performans göstermiştir. Termodinamik analizler ve yarı reaksiyonlar denklemleri, sırasıyla ET ya da DMS/NO3- 0.75 ve 0.34 molar oranlarında yapılan organik yüklemelerde elemental sülfür ve sülfatın ana metabolik ürünler olduğu belirlenmiştir. Bu çerçevede yapılan çalışmalarda sülfür bileşiklerinin ET yüklemelerinde % 64'ünün, DMS yüklemelerinde % 58'inin elemental sülfüre biyolojik olarak parçalandığı tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra nitratın N2 gazına denitrifiye olması da yüksek verimle gerçekleşmiş ve ET yüklemelerinde nitratın % 64.85'i , DMS yüklemelerinde % 52.7 si denitrifiye olmuştur. Bununla birlikte, ABDF'nin değerlendirme performansı, damlatma hızının, giderim verimliliği üzerindeki etkisinin, giriş konsantrasyonlarına bağlı olduğunu göstermiştir; 0.24 m / h spreyleme hızı, yüksek verimli ET giderimi (150 mg / m3 giriş konsantrasyonu için% 90.8'den daha yüksek) ile sonuçlanırken, 0.45 m / sa spreyleme hızı, 1500 mg / m3 'lük giriş konsantrasyonu için % 80.6'lık bir giderim elde edilmiştir. Boş tank temas süresinin 60 saniyeye kadar çıkartılması ET arıtma verimini 150 mg/m3 için % 92'ye, 1500 mg/m3 konsantrasyon için % 80'e çıkartırken, maksimum eleminasyon kapasitesi 0.45 m/sa spreyleme hızında 75.18 g/m3/sa olarak belirlenmiştir. . Benzer şekilde, DMS için en iyi operasyon düşük konsantrasyon akımında(150 mg/ m3) için boş tank temas süresinin 30 sn (89% 'a tekabül eden giderim verimi) olduğu durum için % 89 arıtma verimi ile gerçekleşerken,1500 mg/m3 giriş konsantrasyonları için 60 saniyelik temas süresi % 78'lik arıtma verimi sağlamaktadır. Bununla birlikte, maksimum eleminasyon kapasitesi, 60 saniyelik temas süresi ve 0.24 m/sa spreyleme hızı ile 70.3 g / m3 / saat olarak belirlenmiştir. İkili gaz karışımı için, ET ve DMS'nin en yüksek giderim verimleri ET: DMS 1: 1.5'de elde edilmiştir. Yapılan mikrobiyal analizler ışığında Proteobacteria popülasyonunun aşılama çamurunda % 36.6 olduğu belirlenirken, biyo damlatmalı filtre işletiminin ET organik yüklemeleri ile gerçekleştirildiğinde popülasyonun % 39.7'ye, DMS organik yüklemeleri ile %56.1' yükseldiği belirlenmiştir. ET ve DMS giderimi ile beraber Gammaproteobacteria popülasyonunda kayda değer artışlar tespit edilmiş olunup, aşılama çamurunda % 16.3 olan oran ET ve DMS yüklemelerinde sırasıyla % 35.1 ve ,% 21.4'e yükselmiştir.. Şaşırtıcı olarak, ET arıtımı esnasında bakteri popülasyonunun yaklaşık% 50'si, Firimcutes phyla ve Bacilli türü bakterilere aittir. Çalışma, ABDF'nin anoksik şartlar altında kokulu ET ve DMS gaz akımlarının biyolojik olarak okside edilmesinde etkin bir biçimde kullanılabileceğini ortaya koymakla beraber düşük konsantrasyondaki gaz akımlarında kütle transferinin arttırılmasına yönelik proses iyileştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır.
Özet (Çeviri)
Biotechnology as a new focus area in air emission controls is recently used, especially with interstice local and global air quality laws and legalizations promotions that often require significant reductions of air pollutants emission to be permitted. The study aimed to use a lab-scale anoxic biotrickling filter (ABTF) as an environmentally friendly alternative which results in the bio-conversion of malodorous ethanethiol (ET) and dimethyl sulfide (DMS) containing gas into less harmful by-products i.e. elemental sulfur and /or sulfate using nitrate as an electron acceptor under specific S2-/NO3- molar ratio. Whereas the exploitation of nitrate as an electron acceptor in combination with other parameters: trickling velocity (TV) (0.12, 0.18, 0.24, 0.3, 0.45 m/h) , empty bed residence time (EBRT) (10, 30, 60, 90, 120 sec), and inlet loadings (ILs) (9, 18, 48, 90 g/m3/h) were examined. In batch test, the ET and DMS degradation patterns were simulated for five degradation cycles, this resulted in ⁓90% reduction in time (i.e from 85 to 9 hrs) when biomass concentration increased 10-fold (i.e. 300 to 3000 mg/L). The maximal desulfurization rates increased from 4.44 to 20.9 mg/m3/h and from 2.73 to 17.73 mg/m3/h for ET and DMS, respectively. The kinetic parameters of Vmax, Km, and pseudo-first order constant (k) were fitted to a Monod model using GraphPad Prism software 6.0. Over time, the ET degradation route showed better performance under anoxic conditions than DMS. The thermodynamic analysis and half reactions showed that at a molar yield ratio of ET or DMS/NO3- 0.75 and 0.34, elemental sulfur and sulfate were the main metabolic products, respectively. Hence, the mass balance of sulfurous compounds showed that 64% and 58% of the sulfur element in ET and DMS was biodegraded to elemental sulfur. Moreover, the mass balance calculations of NO3- revealed high denitrification efficiency i.e. 64.85% and 52.7% of the inlet NO3- that converted to N2 in ET and DMS biodegradation. However, the evaluation performance of the ABTF showed that the effect of trickling velocity on removal efficiency depended on inlet concentrations; 0.24 m/h trickling velocity resulted in efficient ET removal (higher than 90.8% for 150 mg/m3 of inlet concentration) while 0.45 m/h trickling velocity could only achieve a removal of 80.6% for 1500 mg/m3 of inlet concentration at fixed EBRT 60 sec. Increasing the EBRT up to 60 sec was adequate to achieve removal efficiency, i.e. 92 and 80% for ET inlet concentrations 150 and 1500 mg/m3 respectively, and the maximum elimination capacity was 75.18 g/m3/h at 0.45 m/h. Similarly, the best operation EBRT for DMS was found as 30 sec (corresponding to RE 89%), and 60 sec (corresponding to RE 78%) for inlet concentrations 150 and 1500 mg.m-3, respectively. However, the maximum elimination capacity was 70.3 g/m3/h at EBRT 60 sec and trickling velocity 0.24 m/h. For the binary mixture of gases, the highest REs of ET and DMS were obtained at ET: DMS 1:1.5. The microbial composition and the relative abundance of the bacterial communities for Proteobacteria increased as the operation continued from 36.6% to 39.7% and 56.1% for inoculum, ET, and DMS, respectively. In class level, there were a noticeable increment in Gammaproteobacteria population i.e. from 16.3% to 35.1% and 21.4% for ET and DMS treatment, respectively. Interestingly, around 50% of the bacterial population was represented by Firimcutes phyla and Bacilli class throughout ET treatment period. The study revealed that ABTF has a reliable biodegradation capacity in the oxidation of malodors ET and DMS gases under anoxic conditions while still process improvement on mass transfer enhancement for low waste gas concentrations be required.
Benzer Tezler
- Gıda fermantasyon sektöründen kaynaklanan koku emisyonlarının biyofiltre sistemi kullanılarak giderilmesi
Treatment of odor emissions from food fermentation process by using biofilter system
MERVE YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR ALP
- Removal of odor emissions from food fermentation and petrochemical production processes with using biological treatment methods
Gıda fermentasyon ve petrokimya üretim sektörleri kaynaklı koku emisyonlarının biyolojik arıtma yöntemleri ile giderilmesi
İLKER AKMIRZA
Doktora
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR ALP
- Removal of volatile organic sulfur compounds (VOSCs) emissions from different sources via anoxic bio-scrubber
Farkli kaynaklardan oluşan uçucu organik kükürt bileşikleri (VOSC'ler) emisyonlarının anoksik biyo-scrubber vasıtasıyla giderilmesi
RASHA KHALID SABRI MHEMID
Doktora
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR ALP
- Characteristics and chemistry of odors from selected industrial facilties in İzmir
İzmir?de seçilen endüstriyel faayiletlerden kaynaklanan kokuların niteliği ve kimyası
FARUK DİNÇER
Doktora
İngilizce
2007
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. AYSEN MÜEZZİNOĞLU
- Tam ölçekli bir katı atık depo sahasında (Odayeri) çöp gazından H2S gideriminin araştırılması
Removal of hydrogen sulfide from landfill gas at full scale landfill (Odayeri): A research study
FATİH GÜRELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BESTAMİ ÖZKAYA