Biofiltrazione di correnti di aria contenenti elevati quantitativi di sostanze idrosolubili : confronto tra i contributi di abbattimento biologico e chimico-fisico

Biological treatment of exhausted air streams (e.g. bio and biotrickling filtration) is a widely accepted remedy that has been extensively and successfully adapted to deal with a broad spectrum of emissions coming from different industrial sectors including rendering, food processing, flavor manufacturers and composting. Since pollutant degradation occurs at standard temperature and pressure, biological treatment of waste air streams may represent a proven energy-efficient technology when compared to alternative energy-demanding physical and chemical abatement processes (e.g., catalytic oxidation, incineration, advanced oxidation processes, scrubbing, regenerative adsorption, etc.). Moreover, biodegradation offers the possibility of complete mineralization of the polluting agents. In this work biotrickling filtration technique is critically analyzed with particular reference to its efficiency in terms of abatement of highly water soluble compounds such as ammonia. Particularly, a detailed mathematical model has been developed in order to reproduce the whole dynamics of the two dominant phenomena occurring into the system: absorption and biological activity. Obtained results have shown that there is a huge presence of the absorption phenomenon in terms of global efficiency (44% of the NH3 abatement is due to the absorption process). Moreover, thanks to the evidences arising from the comparison between theoretical simulations and experimental results, it has been possible to demonstrate that bacteria action operates like a reaction factor capable of enhancing the ammonia transfer from the gaseous to the liquid phase.

L'inquinamento atmosferico sta diventando una delle principali sfide della civiltà moderna, i gas serra, i composti organici ed inorganici volatili, nocivi e pericolosi (VOC) e gli odori nauseabondi si stanno rapidamente diffondendo in tutto il mondo. Questo problema persiste indefinitamente e l'unico rimedio prevedibile è lo sviluppo di metodi efficienti ed economici per trattare tutte le fonti di inquinamento. Negli ultimi anni, le tecniche biologiche come biofiltrazione e biotrickling, hanno ricevuto una crescente attenzione per il trattamento di flussi d'aria contenenti concentrazioni medie di composti biodegradabili. Nella presente tesi è stato scelto di analizzare i cosiddetti “biotrickling filter” (filtri a biopercolazione), con particolare riferimento alla loro efficienza in termini di abbattimento di composti altamente solubili in acqua, come l'ammoniaca. Un modello matematico dettagliato è stato sviluppato per riprodurre l'intera dinamica dei due fenomeni dominanti che si verificano nel sistema: assorbimento ed attività biologica. I risultati ottenuti hanno dimostrato che vi è una grande rilevanza del fenomeno dell'assorbimento in termini di efficienza globale d’abbattimento (il 44% della riduzione di NH3 in aria è dovuto al processo di assorbimento). Inoltre è stato possibile dimostrare che l'azione batterica opera come un “fattore di innalzamento della velocità di reazione” capace di esaltare il trasferimento dell’ammoniaca dalla fase gassosa alla fase liquida.