Les émissions de méthane (CH[indice inférieur 4]), gaz à effet de serre provoquant le réchauffement climatique doivent être contrôlées. Les biofiltres peuvent être utilisés pour atteindre cet objectif. Les émissions de CH[indice inférieur 4] issues des industries agroalimentaires ou du traitement des eaux peuvent être accompagnées de vapeurs d’alcool. La présence simultanée de CH[indice inférieur 4], polluant à limitation par transfert de masse et d’alcool, polluant à limitation cinétique dans un mélange gazeux peut induire des limitations dans le biofiltre. L’objectif principal de cette recherche est l’évaluation des limitations dans un biofiltre traitant le CH[indice inférieur 4] en présence ou en absence de vapeur d’alcool en régime permanent ou transitoire. Dans un premier temps, une revue de littérature s’est penchée sur les limitations basées sur le transfert de masse et la cinétique lors de l’enlèvement de polluants organiques dans un biofiltre. Par la suite, l’élimination du CH[indice inférieur 4] a été effectuée dans un biofiltre afin d’évaluer l’influence de la concentration à l’entrée du biofiltre sur la performance du biofiltre. Une capacité d’élimination maximale de 45 g [indice supérieur -3] h[indice supérieur -1] a été obtenue pour une charge à l’entrée de 87 g [indice supérieur -3] h[indice supérieur -1] du biofiltre. Le biofiltre a toléré des charges par à-coups de CH[indice inférieur 4] de même que des privations de CH[indice inférieur 4] et de nutriments. Par conséquent, les comportements en régimes permanent et transitoire d’élimination du CH[indice inférieur 4] en présence de vapeurs d’éthanol ont été étudiés dans un biofiltre ayant un lit filtrant inorganique sous des temps de résidence en fût vide (EBRT) de 6, 3 et 1.5 minutes. L’ajout d’éthanol sur 3 cycles a été effectué en fonction des 3 EBRTs. Un EBRT de 6 min correspondant à des charges à l’entrée de CH4 et d’éthanol de 4.5 et de 132 g [indice supérieur -3] h[indice supérieur -1] a induit des limitations mineures en ce qui a trait à l’enlèvement du CH[indice inférieur 4] et de l’éthanol. En régime transitoire, la période de récupération après les 3 cycles a nécessité 10 à 25 jours. Ce délai est relié à la présence d’éthanol dans le lixiviat. Dans un dernier temps, deux biofiltres ayant un garnissage de pierres et un garnissage mixte ont été comparés pour l’enlèvement du CH[indice inférieur 4] et de l’éthanol présents dans un mélange gazeux en régime permanent. La section inférieure du biofiltre a permis l’élimination totale de l’éthanol. De plus, lors de l’élimination totale de l’éthanol dans la section inférieure du biofiltre, la production de dioxyde de carbone (CO[indice inférieur 2]) dépasse 16 g[indice supérieur -3] h[indice supérieur -1], pour des charges à l’entrée de CH[indice inférieur 4] et d’éthanol de 11 et 13 g m[indice supérieur -3] h[indice supérieur -1] respectivement. Par ailleurs, une concentration en éthanol dans le lixiviat excédant 2500 géthanol m[indice supérieur -3] lixiviat a été obtenue. Les biofiltres ont démontré une flexibilité pour des charges par à-coups d’éthanol suivies de périodes de carence. Le principal inconvénient du biofiltre à lit de pierres par rapport au biofiltre mixte est une perte de charge élevée dans la section inférieure du biofiltre. Une période de carence est un excellent moyen de contrer la perte de charge. / Abstract : Since methane (CH[subscript 4]) is a greenhouse gas with hazardous effects for global warming, every effort should be made to reduced methane emissions. Biofilters are potential candidates for CH[subscript 4] removal. In food and beverage industries as well as ethanol refineries, the feed of the biofilter might be a mixture of CH[subscript 4] emissions from wastewater treatment unit and ethanol emissions from other units. The presence of CH[subscript 4] as a mass transfer limited and ethanol vapor as a kinetic limited pollutant in a mixture can produce several limitations in a biofilter. The main objective of this research is to evaluate the limitations of CH[subscript 4] biofiltration or in the presence of ethanol vapors under steady and transient state conditions. First, a literature review was provided on mass transfer and kinetic limited organic pollutants removal in biofilters and the related limitations. Subsequently, the CH[subscript 4] elimination was assessed in a biofilter in order to evaluate the effect of CH[subscript 4] inlet concentration in the range of 1000 to 13000 ppmv and a gas flow rate of 3 L min[supercript -1] on the biofilter performance. A maximum CH[subscript 4] elimination capacity (ECmax) of 45 g m[superscript -3] h[superscript -1] was obtained for a CH[subscript 4] inlet load (IL) of 87 g m[superscript -3] h[superscript -1]. The biofilter tolerated CH[subscript 4] shock loads as well as different types of CH[subscript 4] and nutrient starvations. Subsequently, the steady state and dynamic behaviors of CH[subscript 4] elimination in the presence of ethanol vapor was studied in an inorganic bed biofilter with empty bed residence times (EBRTs) of 6, 3 and 1.5 min. Ethanol addition was performed in 3 cycles based on the EBRTs. An EBRT of 6 min with corresponding CH[subscript 4] and ethanol inlet loads of 132 and 4.5 gpollutant m[superscript -3] h[superscript -1] respectively, caused the least limitations for the simultaneous removal of CH[subscript 4] and ethanol in the biofilter. According to dynamic behavior of the biofilter, the recovery time after the three cycles took from 10 to 25 days. The delayed biofilter recovery was linked to the presence of ethanol in the liquid effluent. Finally, a stone-based bed and a hybrid packing biofilter were compared for CH[subscript 4] and ethanol removal in a mixture under steady and transient state conditions. Ethanol was completely removed in the bottom sections of both biofilters. A large carbon dioxide (CO[subscript 2]) production rate exceeding 18 g m[superscript -3] h[superscript -1] occurred in the bottom sections for CH[subscript 4] and ethanol inlet loads of 11 and 13 g m[superscript -3] h[superscript -1] respectively. In addition, an ethanol concentration in the leachate exceeding 2500 gethanol m[superscript -3] leachate was obtained for both biofilters. The biofilters were flexible to an ethanol shock load followed by a starvation period. The main drawback of the stone based bed biofilter compared to the hybrid packing biofilter was an excess pressure drop in the bottom section. Starvation was found an effective strategy for reducing the pressure drop.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/10536 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Ferdowsi, Milad |
| Contributors | Heitz, Michèle, Jones, J. Peter, Avalos Ramirez, Antonio |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | French, English |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse |
| Rights | © Milad Ferdowsi |
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