Investigation into the air treatment efficiency of biofilters of different structures

Biological air treatment devices, biofilters, of four different structures with different origin charges, composed of natural zeolite granules, foam cubes and wood chips, were used for the experimental investigation. Biological and ad‐sorptive air treatment methods are employed to clean the air from volatile organic compounds by mixing foam and zeolite with wood chips. The use of complex cleaning technologies improves the efficiency of the device and extends the useful life of a charge. The investigation showed that microorganisms predominant in the process of biocleaning could also propagate in the charges of inorganic origin composed of natural zeolite. The dependences of biofilter treatment efficiency on the nature, concentration and filtration time of the fed pollutant were determined when cultivating associations of spontaneous microorganisms in a charge. The best filtration efficiency of the charge was achieved when acetone‐polluted air was fed into the device at a speed of 0.3 m/s. The treatment efficiency of a biofilter with a humidifying chamber reached 98% when cleaning the air from acetone with an initial concentration of the pollutant of 305 mg/m3. The cleaning efficiency of the device increases when reducing the concentrations of pollutants fed into the device and increasing the time of their filtration. Reikšminiai žodžiai: biofiltras, lakieji organiniai junginiai, biodegradacija, ceolitas, adsorbcija, mikroorganizmai. Santrauka. Eksperimentiniams tyrimams atlikti naudota keturi skirtingų konstrukcijų biologiniai oro valymo įrenginiai – biofiltrai su skirtingos kilmės įkrovomis, sudarytomis iš gamtines kilmes ceolito granulių, porolono kubelių bei medienos skiedrų. Poroloną ir ceolitą maišant su medienos skiedromis, lakiesiems organiniams junginiams iš oro valyti taikomi biologinis ir adsorbcinis oro valymo metodai. Įrenginio valymo efektyvumas pagerinamas bei įkrovos naudojimo trukmė ilgėja naudojant kompleksines valymo technologijas. Ištyrus nustatyta, kad biologinio valymo procese vyraujantys mikroorganizmai gali daugintis ir neorganinės kilmės įkrovose, sudarytose iš gamtinio ceolito. įkrovoje kultivuojant savaiminių mikroorganizmų asociacijas nustatytos biofiltru valymo efektyvumo priklausomybės nuo į įrenginį tiekiamo teršalo prigimties, koncentracijos, filtracijos laiko. Geriausiai įkrova filtravo 0,3 m/s greičiu į biofiltrą tiekiamą acetono garais užterštą orą. Šalinant iš oro acetoną, kai pradinė teršalo koncentracija 305 mg/m3, biofiltro su drekinimo kamera valymo efektyvumas siekė 98 %. Mažinant į biofiltrus tiekiamų teršalų koncentracijas bei didinant jų filtracijos laiką irenginių valymo efektyvumas didėja. Резюме. Для экспериментальных исследований использовались четыре устройства для биологической очистки воздуха – биофильтры разных конструкций. Загрузку биофильтров составляли гранулы естественного цеолита, поролон и древесина, которые использовались для очистки воздуха от летучих органических веществ. В случае применения для очистки воздуха поролона и цеолита в смеси с древесиной применялся биологический и адсорбционный методы. Применение комплексных технологий способствует улучшению эффективности очистки воздуха и продлению срока применения загрузки. Исследования показали, что в процессе биоочистки микроорганизмы могут размножаться и в неорганической загрузке, состоящей из природного цеолита. Культивируя в загрузке ассоциации микроорганизмов, найдены зависимости эффективности биофильтра от характера загрязнителя, его концентрации, времени фильтрации. Лучше всего загрузка фильтровала воздух, загрязненный парами ацетона и подаваемый в установку со скоростью 0,3 м/с. Эффективность очистки воздуха от ацетона при начальной концентрации загрязняющих веществ в 305 мг/м3 для биофильтра с камерой увлажнения составляла 98%. При снижении концентрации загрязняющих веществ, подаваемых в биофильтр, и повышении времени фильтрации загрязненного воздуха эффективность установки увеличивается. Ключевые слова: биофильтр, летучие органические вещества, биологический распад, цеолит, адсорбция, микроорганизмы. First Published Online: 14 Oct 201

Experimental biogas research by anaerobic digestion of waste of animal origin and biodegradable garden waste

Currently, one of the most efficient and prospective methods of biodegradable waste management is  anaerobic digestion in a bio-reactor. The use of this method for managing biodegradable waste generating in agriculture and elsewhere would result in the recovery of biogas that could be used as an alternative to natural gas. The article presents the results of the experimental tests of biogas production through  biological degradation of waste in a bio-reactor by using a mixture of pig manure (PM) and garden waste (GW) in a ratio of 90:10%, a mixture of hen manure (HM) and GW in a ratio of 90:10%. A higher  concentration of methane was recorded during the treatment of a pig manure and garden waste mixture in a ratio of 90:10%. The maximum concentration of methane reached 68.0%. Since the methane  concentration in this mixture was from 1.5 times higher than in the other mixture. The mixture of pig  manure and garden waste was better suitable for biogas and methane production. The biggest amount of bio-gas was registered in 22 days which amounted to 0.650 m3/m3d. The methane concentration in  biogas was largest (65%) and this mixture of organic wastes was the best for energy production. Anaerobic digestion of other mixtures showed the following biogas amounts and methane concentrations: 0.311 m3/m3d and 52% (in the case of a PM and GW mixture), respectively; and 0.39 m3/m3d and 26.7%  (a mixture of HM and GW), respectively. Key words: Bio-reactor, biogas, methane, anaerobic digestion, garden waste

Investigation into determining the humidity of charge used for biological air treatment

Microorganisms can reproduce only in such substrata which contain a certain amount of water and dissolved nutritious substances. Therefore, it is necessary to search for such charges that are distinguished by a large filtering surface and good humidity‐retaining properties. In experiments three types of materials ‐ wood, zeolite and foam ‐ were used as a charge for the biological air‐cleaning process. The charges were mixed up to maintain humidity necessary for the microorganisms in the biofilter as long as possible. The charges were placed into three different cassettes in the biofilter. The wood charge consisted of wood chips of 10–15 mm and that of zeolite contained 10–12 mm of zeolite granules. The foam rubber was cut into separate cubes each having the dimensions of 30×30×20 mm. Dependence of the charge humidity on the airflow rate, temperature, time and charge thickness was determined in the work. During the experiments the airflow rate reached 0.1–0.6 m/sec., and the temperature ranged from 15 to 35 °C. Foam showed the best sorption properties, but a better distribution of humidity was found in the wood‐chip charge. Biologiniam oro valymui naudojamos įkrovos drėgnumo nustatymo tyrimai Santrauka Mikroorganizmai gali daugintis tik tokiuose substratuose, kuriuose yra tam tikras kiekis vandens ir ištirpusių maisto medžiagų. Todėl būtina ieškoti tokių įkrovų, kurios pasižymėtų dideliu filtravimo paviršiaus plotu bei geromis drėgmės sulaikymo savybėmis. Eksperimentiniams tyrimams panaudota trijų rūšių įkrova, sudaryta iš medienos drožlių, ceolito ir porolono gabaliukų. Siekiant kuo ilgiau biofiltre išlaikyti mikroorganizmams reikiamą drėgmę, įkrovos buvo maišomos. Jos įdedamos į skirtingas kasetes, įrengtas biofiltre. Medienos įkrovą sudarė 10–15 mm frakcijos medienos drožlės, ceolitą – 10–12 mm frakcijos iš ceolito sudaryti grūdeliai. Porolonas supjaustytas į kubelius, kurių kiekvieno matmenys: 30×30×20 mm. Buvo nustatyta įkrovų drėgnumo priklausomybė nuo oro srauto greičio, temperatūros ir įkrovos sluoksnio storio. Oro srauto greitis siekė 0,1–0,5 m/s, o temperatūros intervalas – 15–35 °C. Geriausiomis sorbcinėmis savybėmis pasižymėjo porolonas, tačiau geresnis drėgmės pasiskirstymas nustatytas medienos skiedrų įkrovoje. Reikšminiai žodžiai: biofiltras, lakieji organiniai junginiai, biodegradacija, ceolitas, adsorbcija, mikroorganizmai. Исследование влажности загрузки в биологическом процессе очистки воздуха Резюме Микроорганизмы могут размножаться лишь в субстратах, в которых имеется вода и минеральные вещества. Поэтому необходимы сорбенты, отличающиеся большой фильтрующей поверхностью и хорошей сорбцией влажности. В экспериментах исследовались три типа материалов, включая древесину, цеолит и поролон, которые использовались в качестве загрузки для биологического процесса очистки воздуха. Загрузка помещалась в кассеты биофильтра. Фракция древесины составляла 10 мм, цеолита – 15 мм. Поролон разрезался на куски размером 30×30×20 мм. В результате были найдены зависимости влажности загрузки от скорости потока подаваемого воздуха, его температуры и толщины слоя загрузки. Во время экспериментов скорость потока подаваемого воздуха составляла 0,1–0,5 м/с, а температура – 15–35 °C. Воду лучше сорбировал поролон, однако лучшее распределение влажности зафиксировано в древесной загрузке. Ключевые слова: биофильтр, летучие органические соединения, биологический распад, цеолит, адсорбция, микроорганизмы. First Published Online: 14 Oct 201

Determination of organic matter by UV absorption in the ground water

Organic matter in drinking water is determined by applying indirect determination methods used for quantitative measurements such as total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD), and biochemical oxygen demand (BOD). These analyses require expensive devices, harmful chemical reagents, and are time consuming. Standard water quality tests are inconvenient during start-up or reconstruction of drinking water treatment plants as samples need to be transported to a laboratory and no on-line measurements on plant performing efficiency are available. For practical purposes, less sophisticated and faster methods to determine organic matter are required. One of the methods could be ultraviolet absorption of water at 254 nm wavelength (UV254). It is a technically simple and fast method for determining natural organic matter, requiring neither expensive measurement equipment nor chemical reagents. The present article aims at investigating the possibilities of practical applications of UV254 method to determine the concentration of natural organic matter in ground water. The research proved good correlation between TOC and UV254, as well as between CODMn and UV254. The outcomes of the research indicate that UV254method can be successfully applied to determine natural organic matter concentrations in ground water. Article in English. Organinių medžiagų požeminiame vandenyje nustatymas taikant UV bangų absorbciją Santrauka. Organinės medžiagos požeminiame vandenyje nustatomos netiesioginiais kiekybiniais bendrosios organinės anglies (BOA), cheminio deguonies suvartojimo (ChDSMn) ir biocheminio deguonies suvartojimo (BDS) metodais. Šioms analitėms nustatyti būtini brangūs prietaisai, kenksmingi cheminiai reagentai, tyrimai ilgai trunka. Diegiant naujus geriamojo vandens gerinimo įrenginius ir atliekant įrenginių paleidimo, derinimo bei eksploatavimo proceso efektyvumo vertinimą, minėtuosius geriamojo vandens tyrimus nepatogu ir brangu atlikti, todėl šiais atvejais reikia paprastesnio ir greitesnio organinių medžiagų nustatymo metodo. 254 nm bangos ilgio (UV254) ultravioletinių spindulių absorbcija yra techniškai paprastas, spartus organinių junginių koncentracijų nustatymo metodas, jį taikant nebūtina brangi tyrimų įranga bei cheminiai reagentai. Šio darbo tikslas buvo ištirti UV254 metodo tinkamumą organinių junginių koncentracijoms nustatyti požeminiame vandenyje. Atlikus tyrimus apibrėžtos priklausomybės tarp BOA ir UV254 bei tarp ChDSMn ir UV254. Remiantis tyrimų rezultatais galima teigti, kad ultravioletinių spindulių absorbcijos metodas gali būti sėkmingai taikomas organinių junginių koncentracijoms požeminiame vandenyje nustatyti. Reikšminiai žodžiai: požeminis vanduo, organinės medžiagos, ultravioletinių spindulių absorbcija, UV, koaguliacij

Effectiveness Investigations of Cleaning Air from Ammonia by Applying a Plate Biofilter with a Sawdust Charge

Air treatment biotechnologies are the most cost-effective and eco-friendly means of reducing the atmospheric emissions of ammonia and other odoriferous substances such as xylene, hydrogen sulphide, acetone, butanol, etc. The main shortcomings of the currently used biofilters are high aerodynamic resistance of a charge, complicated maintenance of humidity and operating temperature in a charge, obstruction of a biocharge with a mass of microorganisms and a big space required for biofilters. It is necessary to develop new technological solutions for rectifying the afore-mentioned shortcomings. The aim of this research is to investigate the effectiveness of a plate-type biofilter with a capillary charge humidification system. The investigation covered identification of the dependence of biofilter’s effectiveness on time, supplied pollutant concentration and velocity in a charge. As determined during the investigation, biofilter’s effectiveness became stable after 35 days of operation. When the velocity of airflow passed through the biofilter was 0.04 m/s, biofilter’s effectiveness reached 79 %

Experimental research on the removal of hydrogen sulfide and ammonia from biogas using zeolite charges / Sieros vandenilio ir amoniako adsorbcijos ceolito įkrova iš biologinių dujų eksperimentiniai tyrimai

Experimental studies have been carried out using an adsorber – a constructed laboratory bench. Zeolite, a natural mineral, has been selected as a charge. This aluminosilicate of a crystalline structure is resistant to high temperatures, aggressive mediums and the impact of radiation. Zeolite is ecologically clean, inert and non-toxic material, which fully suits to be used in most industrial, agricultural, environment fields and at home for eliminating the consequences of ecological accidents etc. For the purification of contaminated biogas, the laboratory adsorber is equipped with three sections filled up with 10 cm of adsorbing material the efficiency of which is established after every filtration column (10 cm, 20 cm and 30 cm). The studies have been carried employing two different contaminants – sulphur hydrogen (H2S) and ammonia (NH3). It has been established that, with a high concentration of sulphur hydrogen, the efficiency has amounted to 96.1% while the degree of ammonia purification has reached 95.4%,when NH3 concentration in biogas is 24.0 mg/m3. Santrauka Eksperimentiniai tyrimai atlikti naudojant laboratorinį stendą – adsorberį. Adsorbentu naudojamas gamtinės kilmės mineralas – ceolitas. Šis kristalinės struktūros aliumosilikatas yra atsparus aukštoms temperatūroms, agresyvioms terpėms ir jonizuojančiosios spinduliuotės poveikiui. Ceolitai – ekologiškai švari, inertinė ir nenuodinga medžiaga, visiškai tinkama naudoti daugelyje pramonės, žemės ūkio, buities, gamtosaugos sričių, taip pat ekologinių katastrofų pasekmėms šalinti ir kitur. Užterštoms biologinėms dujoms valyti laboratoriniame adsorberyje įrengtos trys kolonėlės, pripildytos 10 cm storio adsorbuojamosios medžiagos. Išmatavus teršalo koncentracijas prieš ir po kiekvienos adsorberio kolonėlės (10 cm, 20 cm ir 30 cm), nustatomas adsorbento – ceolito granulių – efektyvumas. Tyrimai atlikti per įrenginį leidžiant sieros vandeniliu (H2S) ir amoniaku (NH3) užterštas biologines dujas. Nustatyta, kad kai pradinė sieros vandenilio koncentracija yra 2371 mg/m3, teršalo išvalymo efektyvumas siekė 96,1 %. Amoniako (NH3) adsorbcijos efektyvumas siekė 95,4 %, kai pradinė NH3 koncentracija biologinėse dujose buvo 24,0 mg/m3. Reikšminiai žodžiai: adsorbcija; biologinės dujos; sieros vandenilis; amoniakas; komunalinės atliekos

Investigation of Efficiency of Cassette Biofilters, Designed for Air Cleaning from Xylene

The experimental investigations were carried out, using the biofilter BIOF-I with the system of III cleaning stages, loaded with charge, composed of zeolite granules, wood chips, barks and foam, as well as the biofilter of II cleaning stages BIOF-II, loaded with the mixture of zeolite and wood barks. When mixing the zeolite granules with wood barks for air cleaning from xylene, not only biological, but also adsorptive air treatment method is used. Applying the complex cleaning technologies, the effectiveness of equipment cleaning as well as the life cycle of charge is improved. Cultivating the associations of spontaneous microorganisms in the charge, the dependence of cleaning efficiency of biofilters on the concentration of supplied pollutant and the speed of air flow was determined. When cleaning air from xylene with the initial concentration of pollutant equal to 120±5 mg/m3, the efficiency of filters BIOF-I and BIOF-II was 94 %. The air cleaning efficiency of biofilters increases, when reducing the speed of supplied polluted air flow. In case of reducing the air flow speed from 0.3 to 0.1 m/s, the efficiency of biofilters BIOF-I and BIOFII increases from 75 to 83 % and from 75 to 84 %, respectively

ENVIRONMENTAL ENGINEERING INVESTIGATION OF EFFICIENCY OF CASSETTE BIOFILTERS, DESIGNED FOR AIR CLEANING FROM XYLENE

Abstract. The experimental investigations were carried out, using the biofilter BIOF-I with the system of III cleaning stages, loaded with charge, composed of zeolite granules, wood chips, barks and foam, as well as the biofilter of II cleaning stages BIOF-II, loaded with the mixture of zeolite and wood barks. When mixing the zeolite granules with wood barks for air cleaning from xylene, not only biological, but also adsorptive air treatment method is used. Applying the complex cleaning technologies, the effectiveness of equipment cleaning as well as the life cycle of charge is improved. Cultivating the associations of spontaneous microorganisms in the charge, the dependence of cleaning efficiency of biofilters on the concentration of supplied pollutant and the speed of air flow was determined. When cleaning air from xylene with the initial concentration of pollutant equal to 120±5 mg/m 3 , the efficiency of filters BIOF-I and BIOF-II was 94 %. The air cleaning efficiency of biofilters increases, when reducing the speed of supplied polluted air flow. In case of reducing the air flow speed from 0.3 to 0.1 m/s, the efficiency of biofilters BIOF-I and BIOF-II increases from 75 to 83 % and from 75 to 84 %, respectively

Investigation of efficiency of air cleaning from acetone using a segmental construction biofilter / Acetono valymo iš oro efektyvumo tyrimai, taikant segmentinės konstrukcijos biofiltrą

Volatile organic compounds, e. g. acetone, have a direct impact on climate change, decrease of ozone in the air, and on the growth of greenhouse effect. One of the most popular air purifying methods from VOC is a biological air cleaning. Experimental investigations were conducted to determine the efficiency of the new structure of biofilter with polypropylene plates segments. During the investigations the efficiency of segmental construction biofilter of air purification at different initial concentrations of pollutants was determined. Different concentrations of pollutants were estimated during the acetone dilution with water. During the tests the efficiency of biofilter air purification from acetone vapor and its change under different concentrations of vapors was set. Based on test results, the maximum efficiency of biofilter air purification was up to 93%. Studies have shown that increasing the allowable pollutant concentration, the efficiency of air purification unit decreases. Increasing the concentration of supplied acetone vapor into the biofilter from 232 to 701 mg/m3, cleaning efficiency decreased from 92.8 to 82.3%. Since microorganisms fail to oxidize organic compounds, the filter works better at lower initial concentrations of pollutants. Santrauka  Lakieji organiniai junginiai, tokie kaip acetonas, turi tiesioginę įtaką klimato kaitai, ozono kiekio ore mažėjimui, šiltnamio efekto susidarymui. Vienas populiariausių oro valymo nuo LOJ metodų yra biologinis oro valymas. Eksperimentiniai tyrimai atlikti siekiant nustatyti naujos konstrukcijos biofiltro, užkrauto polipropileno plokštelių segmentais, efektyvumą. Tyrimų metu buvo nustatinėjamas segmentinės konstrukcijos oro valymo biofiltro efektyvumas, esant skirtingoms pradinėms teršalo koncentracijoms. Skirtingos teršalo koncentracijos gautos acetoną skiedžiant vandeniu. Bandymų  metu nustatytas biofiltro oro valymo nuo acetono garų efektyvumas, jo kaita esant skirtingoms garų koncentracijoms. Remiantis bandymų rezultatais, didžiausias   nustatytas   biofiltro   oro  valymo   efektyvumas   siekė  93   %. Tyrimų metu nustatyta, kad didinant leidžiamo teršalo koncentraciją, įrenginio valymo efektyvumas mažėja. Padidinus į biofiltrą tiekiamų acetono garų koncentraciją nuo 232 iki 701 mg/m3, valymo efektyvumas sumažėjo nuo 92,8 iki 82,3 %. Kadangi mikroorganizmai nespėja oksiduoti organinių junginių, filtras geriau veikia esant mažesnėms pradinėms teršalų koncentracijoms. Raktiniai žodžiai: acetonas, biofiltras, skaidymas, polipropileno plokštelės

Experimental reearch on applying lavsan in the air biofiltration process

Air cleaning efficiency tests on placing material load into the lavsan biofilter were carried out. Testing included butanol vapour-contaminated air stream pulled during the boot. The studies were conducted by the Department of Environmental Protection at VGTU that developed a biofilter – an experimental biological air cleaning device. Measurements were done using 60 l/min and 90 l/min air volume aspirators under the initial pollutant concentration making 180, 305, 350, 440 and 545 mg/m3. Before measuring the concentrations of butanol lavsan cartridge, loading was periodically irrigated with nutrient-rich solution. In order to evaluate the influence of microorganisms on genus Pseudomonas, cleaning efficiency tests were repeated – Boot was moistened with water only, which allowed measuring butanol vapour concentrations after the cartridge. At the concentration of 180±9 mg/m3, efficiency reached 41% at a speed of 0,07 m/s and 46 % at a speed of 0,10 m/s. Measuring the performance of the initial concentration of 545±67 mg/m3, efficiency was 54% at 0,07 m/s and 53 % at 0,10 m/s respectively. Article in Lithuanian. Lavsano taikymo oro biofiltracijos procese eksperimentiniai tyrimai Santrauka. Atlikti oro valymo efektyvumo tyrimai į lašelinį biofiltrą įkrovus lavsano medžiagos įkrovą. Bandymų metu pro įkrovą buvo traukiamas butanolio garais užterštas oro srautas. Tyrimai atliekami naudojant VGTU Aplinkos apsaugos katedroje sukurtą eksperimentinį biologinį oro valymo įrenginį – biofiltrą. Matavimai atlikti leidžiant 60 l/min. ir 90 l/min. oro kiekį aspiratoriumi. Pradinės teršalo koncentracijos – 180, 305, 350, 440, 545 mg/m3. Prieš matuojant butanolio koncentracijas panaudojant lavsano medžiagos kasetę, įkrova buvo periodiškai drėkinama maistinių medžiagų prisotintu tirpalu. Pseudomonas genties mikroorganizmų įtakai valymo efektyvumui įvertinti tyrimai buvo pakartoti – įkrovos sudrėkinamos tik vandeniu, leidžiami butanolio garai, ir matuojamos koncentracijos panaudojus lavsano medžiagos kasetę. Esant 180±89 mg/m3 koncentracijai biofiltro oro valymo efektyvumas siekė 41 %, kai per įkrovą leidžiamo dujų srauto greitis buvo 0,07 m/s, ir 46 %, kai greitis 0,10 m/s. Nustatyta valymo efektyvumas. Esant 545±55 mg/m3 pradinei koncentracijai jis siekė 54 % (0,07 m/s) ir 53 % (0,10 m/s). Reikšminiai žodžiai: lašelinis biofiltras, valymo efektyvumas, lavsano medžiagos įkrova