Biofiltration of odorous gas emissions

Biofiltration has shown its potential as an interesting treatment alternative for contaminated gas streams. Unlike conventional technologies, such as adsorption, scrubbers, and incineration, biofiltration offers effective pollution control at relatively low capital and operating costs, and without the generation of secondary pollution that may require subsequent treatment. The disadvantages of biofiltration have been the large space requirements and frequent media replacements as a result of deterioration or ageing. Extensive biofilter research and development have taken place over the past 20 years internationally, in particular laboratory experiments that address the removal of single pollutants at fairly high concentrations under constant operating conditions. In field applications, such conditions are highly unusual and the feasibility of treating complex mixtures at very low concentrations relevant to many odorous gas emissions has not received much attention. The overall objective of this thesis was to reduce the knowledge gap between laboratory studies and field conditions on the topic of biofiltration for odorous gas emissions. Various operational and process related problems, such as fluctuating flows, temperatures, and pollutant concentrations, that affected the biofilter performance by creating suboptimal living conditions for the microbes were identified. A newly designed compact pilot-scale biofilter was used in three different applications with odour problems, namely restaurant, pulp mill and wastewater pumping station. The gas streams were complex mixtures with chemically diverse contaminants whose concentrations varied significantly with time. Aldehydes were the dominant compounds in restaurant emissions, while reduced sulphur compounds, primarily dimethyl sulphide, dominated the pulp mill and wastewater emissions. Overall, very low concentrations of individual compounds were found (ppb-level), and very low or no removal of the targeted compounds was achieved in the biofilter. Limitations of the biomass density in the filter media is a plausible explanation since pollutant concentrations at the ppb-level may have been too low to build up and support the bacteria. Due to the low solubility of many identified compounds, a mass transfer limitation may also have occurred due to the prevailing short residence times. Drying of the filter medium was partly a problem, pointing to the need for an improved humidification system or using a trickling filter design. In a case study at a wastewater treatment plant, a method to evaluate odour problems was developed involving local observers in an odour panel together with operational data and weather observations. Working with an odour panel proved useful in several ways; they took an active interest in and increased their knowledge of the complexity of odour problems. However, relating the panel reports to specific events at the treatment plant proved difficult, and the reports were not always consistent with current wind directions.Biologisk gasreningsteknik kan vara ett intressant behandlingsalternativ för förorenade gasströmmar. Till skillnad från traditionella tekniker, såsom adsorption, skrubbers, eller förbränning, kan biofilter erbjuda en effektiv behandling till relativt låga investerings- och driftskostnader, och utan att generera sekundära föroreningsproblem. Nackdelarna med biofilter har varit de stora ytor som krävs samt att filtermaterialet har behövts bytas relativt ofta på grund av nedbrytning och ökade tryckfall. Omfattande forskning och utveckling har ägt rum de senaste 20 åren inom biologisk gasreningsteknik internationellt, men relativt lite har gjorts i Sverige. Majoriteten av studierna är laborativa där man behandlar enstaka föroreningar i relativt höga koncentrationer under konstanta och kontrollerade förhållanden. Ute i fält är sådana förhållanden väldigt ovanliga och få studier inriktar sig på behandling av komplexa gasströmmar med mycket låga koncentrationer, vilket är fallet för många illaluktande gasemissioner.Syftet med denna avhandling var att minska kunskapsklyftan mellan laborativa studier och tillämpningar inom biologisk gasreningsteknik för luktproblem. Flera operativa och processrelaterade problem identifierades, såsom varierande flöden, temperaturer och föroreningskoncentrationer. Dessa påverkade biofiltrets prestanda genom att skapa suboptimala förhållanden för mikroorganismerna i filtret. Ett kompakt pilotskalefilter med ny design användes i tre olika verksamheter med luktproblem: restaurang, massabruk, och avloppspumpstation. Gasemissionerna från dessa verksamheter var komplexa blandningar bestående av föroreningar med kemiskt olika egenskaper där koncentrationerna varierade över tiden. Aldehyder dominerade i restaurangemissionerna, medan reducerade svavelföreningar, i första hand dimetylsulfid, dominerade i emissionerna från massafabriken och avloppspumpstationen. I allmänhet återfanns enskilda föreningar i väldigt låga koncentrationer (ppb-nivå) och väldigt låg eller ingen reduktion kunde påvisas i biofiltret. Begränsningar av tillgänglig biomassa i filtret är en rimlig förklaring, eftersom föroreningskoncentrationer på ppb-nivå kan ha varit för låga för att kunna bygga upp och försörja en tillräckligt omfattande bakteriekultur. Många av de identifierade föroreningarna har låg löslighet och uppehållstiderna i filtret kan ha varit för korta för infångning och transport mellan gas och biofilm. Uttorkning av filtermaterialet var delvis ett problem, vilket indikerar att ett bättre befuktningssystem eller användandet av en kontinuerlig vätskeström kan bli nödvändig.En metod för att utvärdera luktproblem utvecklades i en fallstudie vid ett avloppsreningsverk. Lokala observatörer användes i en luktpanel där de fick ringain när de kände lukt. Aktuella väderdata och processparametrar från verket hämtades in och relaterades till varje luktsamtal. Luktpanelen var engagerade och de lärde sig mer om komplexiteten i luktproblem och kring vad och varför det luktar. Det visade sig dock vara svårt att använda panelens luktrapporter för att hitta källan till luktepisoden och samtalen stämde inte alltid överens med aktuella vindriktningar.Godkänd; 2006; 20061205 (haneit