Biofiltration is a bioprocess treating volatile organic compounds (VOCs) in order to convert the VOCs to harmless products. This review on biofiltration is intended to provide an engineering concept such as removal efficiency, maximum load, elimination capacity and so on. Besides, modeling concept of biofilter is also supplied for designing biofilter system. Quantitative data generated in our research group is shown to explain the engineering concept as well as the modeling idea.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.14
no.6
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pp.599-606
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1998
Removal of toluene vapor from airstreams was studied in a biological reactor known as a biofilter. The biofilter was packed porous ceramic inoculated with thickened activated sludge (MLVSS 17,683 mg/L). The lab-scale biofilter was operated for 42 days under various experimental conditions including inlet toluene concentrations and flow rates of the contaminated air streams. Removal efficiency reached up 96.6% after 4 days from start up. Nutrient limitation was proposed as a reason for the decrease in biofilter performence. Biofilter performance decreased substantially, coincident with the buildup of back pressure due to accumulation of excess VSS within the medium bed. Practically, the bed needs to be backwashed when the overall pressure drop is greater than 460.6 Pa at SV (Space Velocity) 100 h-1. Periodic backwashing of the biofilter was necessary for removing excess biomass and attaining stable long -term high removal efficiency The removal efficiency of toluene in the biofilter decreased as the gas velocity and toluene concentration in the inlet gas increased. The maximum elimination capacity of ceramic biofilter could reach up to 444.85 g/m3. hr. When the loading of toluene exceed this critical value, substrate inhibition occurred.
Park, Yueng-Guen;Hiroo Iwata;Seiji Satoh;Takehiko Uesugi;Ryu, Hwa-Won
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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v.8
no.5
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pp.279-285
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2003
Lidocaine and galactose loading tests were performed on a bioartificial liver (BAL), an extracorporeal medical device incorporating living hepatocytes in a cartridge without a transport barrier across the membranes. The concentration changes were analyzed using pharmacokinetic equations to evaluate the efficacy and limitation of the proposed method. Lidocaine and galactose were found to be suitable drugs for a quantitative evaluation of the BAL functions, as they did not interact with the plasma proteins or blood vessels, making their concentrations easy to determine. The drug concentration changes after drug loading were easily analyzed using pharmacokinetic equations, and the BAL functions quantitatively expressed by pharmacokinetic parameters, such as the clearance (CL) and galactose elimination capacity (GEC). In addition, these two drugs have already been used in clinical tests to evaluate human liver functions over long periods, and lidocaine CL values and GEC values reported for a normal human liver. Thus, a comparison of the CL and GEC values for the BAL and a natural liver revealed what proportion of normal liver functions could be replaced by the BAL.
This study compared the performance of a bioscrubber, a biofilter, and a combined system of bioscrubber and biofilter employed being operated at the laboratory-scale. for the removal of hydrogen sulfide. The bioscrubber maintained 100% removal of hydrogen sulfide up to inlet load of $56\;g-S/m^3{\cdot}hr$, while the removal efficiency was decreased with the increase of inlet load. The biofilter showed 100% removal efficiency up to inlet load of $126\;g-S/m^3{\cdot}h$ and the maximum elimination capacity of $126\;g\;S/m^3{\cdot}h$ for the inlet load of $224\;g-S/m^3{\cdot}h$. On the other hand, the combined system of bioscrubber and biofilter showed 100% removal for an inlet hydrogen sulfide load of up to $85\;g-S/m^3{\cdot}h$ and the maximum elimination capacity of $153\;g-S/m^3{\cdot}h$ for inlet loads of $224\;g-S/m^3{\cdot}h$.
Kim, Jung-Hoon;Rene, Eldon R.;Park, Seung-Han;Park, Hung-Suck
Environmental Engineering Research
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v.11
no.5
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pp.285-291
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2006
Biofiltration is a simple, effective, economically viable and the most widely used gas treatment technique for treating malodors at low concentrations and high flow rates. This paper reports the performance of two lab scale immobilized cell biofilters operated in continuous mode for hydrogen sulfide ($H_2S$) and ammonia ($NH_3$) removal. The removal efficiency (RE, %) and the elimination capacity (EC, $g/m^3{\cdot}hr$) profiles were monitored by subjecting the biofilters to different loading rates of $H_2S$ (0.3 to $8\;g/m^3{\cdot}hr$) and $NH_3$ (0.3 to $4.5\;g/m^3{\cdot}hr$). The removal efficiencies were greater than 99% when inlet loading rate to the biofilters were upto $6\;gH_2S/m^3{\cdot}hr$ and $4\;gNH_3/m^3{\cdot}hr$ respectively. The performance of the biofilters were also ascertained by conducting shock loading studies at a loading rate of $10\;gH_2S/m^3{\cdot}hr$ and $6\;gNH_3/m^3{\cdot}hr$. The results from this study show high removal efficiency, good recuperating potential and stability of the immobilized microbial consortia to transient shock loads.
Battery energy storage devices (ESDs) have become more and more commonplace to maintain the stability of islanded power systems. Considering the limitation in inverter capacity and the requirement of flexibility in the ESD, the droop control was implemented in paralleled ESDs for higher capacity and autonomous operation. Under the conventional droop control, state-of-charge (SoC) errors between paralleled ESDs is inevitable in the discharging operation. Thus, some ESDs cease operation earlier than expected. This paper proposes an adaptive accelerating parameter to improve the performance of the SoC error eliminating droop controller under the constraints of a microgrid. The SoC of a battery ESD is employed in the active power droop coefficient, which could eliminate the SoC error during the discharging process. In addition, to expedite the process of SoC error elimination, an adaptive accelerating parameter is dedicated to weaken the adverse effect of the constraints due to the requirement of the system running. Moreover, the stability and feasibility of the proposed control strategy are confirmed by small-signal analysis. The effectiveness of the control scheme is validated by simulation and experiment results.
A semi-pilot biofilter packed with media with immobilized Thiobacillus sp. IW and return sludge, was operated under various operating conditions in order to treat malodorous waste air containing both hydrogen sulfide and ammonia which are major air pollutants emitted from composting factories and many publicly owned treatment works (POTW). At the incipient and middle stages of a semi-pilot biofilter operation, the hydrogen sulfide-removal efficiency behaves regardless of an inlet-load of ammonia. However, the ammonia-removal efficiency decreased as an inlet-load of hydrogen sulfide increased. Nevertheless, at the final stage of the semi-pilot biofilter operation, the ammonia-removal efficiency was not affected by the increase of hydrogen sulfide-inlet load. It is attributed to that a serious acidification of semi-pilot biofilter-media did not occur due to continuous injection of buffer solution at the final stage of the semi-pilot biofilter operation. When both hydrogen sulfide and ammonia contained in malodorous waste air were treated simultaneously by semi-pilot biofilter, the maximum elimination capacities of hydrogen sulfide and ammonia turned out to be ca. 58 and $30g/m^3/h$, respectively. These maximum elimination capacities were estimated to be ca. 39 and 46% less than those for lab-scaled biofilter-separate elimination of hydrogen sulfide and ammonia, respectively. Thus, for the simultaneous biofilter-treatment of hydrogen sulfide and ammonia, the maximum elimination capacity of ammonia decreased by 7% more than that of hydrogen sulfide.
An in vitro study was carried out to investigate the differences in rumen microbes and fiber degradation capacity between sheep and goats. Three local male sheep and three Inner Mongolia male cashmere goats (aged 1.5 to 2 years; weight 25.0 to 32.0 kg) were each fitted with a permanent rumen cannula used to provide rumen fluid. Cycloheximide was used to eliminate rumen anaerobic fungi. The results showed that the quantities of fungal zoospores in the culture fluid of the control group were significantly greater in the sheep than in the goats; however, bacteria and protozoa counts were significantly higher in goats than in sheep. The digestibility of straw dry matter did not differ significantly between the two species before elimination of fungi, but tended to be higher for sheep (55.4%) than for goats (53.3%). The results also indicated that bacteria counts increased significantly after elimination of anaerobic fungi; however, the digestibility of straw dry matter significantly decreased by 12.1% and 8.6% for sheep and goats respectively. This indicated that the anaerobic fungi of the rumen played an important role in degradation of fiber.
In this study, a novel bioreactor system using a diffuser type hollow fiber membranes (hollow fiber membrane diffuser, HFMD) was applied to investigate the feasibility and biodegradation capacity for the treatment of a gaseous mixture consisting of benzene, toluene and p-xylene(BTX). First, A mixed culture pre-acclimated to toluene effectively biodegraded the BTX mixture at an overall removal efficiency of approximately 70% for a 20-day operational period. It was found that the biodegradation of toluene was slightly inhibited because of the presence of benzene and p-xylene. Second, the elimination capacity (EC) of total BTX increased up to 360 $g/m^3/hr$, which was substantially higher than maximum ECs for BTEX reported in the biofiltration literature. Consequently, the hollow fiber membrane diffuser was considered as an alternative method over other conventional VOC-treating technologies such as biofilters.
This study developed composition-plastic media with woodchips and plastic as main materials, and examined the performance of media. Compared to the existing commercial media, the media had similar performance in removal efficiency and microbes attaching characteristic, and was evaluated that they are distinguished from economic side. Performance test of media was conducted to examine the removal capacity of toluene and hydrogen sulfide in a gas stream by using a lab-scale biotrickling filter systems packed with them. At a volumetric loading of $1.5\;m^3/hr$ with inlet concentration 260 ppm and empty bed residence time (EBRT) 42s, the toluene removal efficiency was shown over 90%, and the maximum elimination capacity of toluene in the biotrickling filter was $77g/m^3{\cdot}hr$. Effective co-treatments of $H_2S$ and Toluene were observed in the lab-scale biotrickling filters. The maximum elimination capacity of $H_2S$ was $100\;g-S/m^3{\cdot}hr$. Up to 100 ppm, the concentration of $H_2S$ did not have an effect on toluene removal efficiency, but the removal efficiency of toluene decreased with increasing inlet $H_2S$ concentration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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