Inoculation of Compost Biofilter for the Simultaneous Removal of H2S and NH3 under Transient Conditions of Gas Concentration

Abstract

Biofiltration is economic biotechnology of high efficiency for the removal of odorous gases, such as hydrogen sulphide (H2S) and ammonia (NH3), produced in different activities such as wastewater treatment plants (WWTP). However, in the case of H2S and NH3 treatment, the fluctuations in the concentration of gases found in industrial emissions and the accumulation of oxidation products in the biofilter bed can affect the elimination efficiency. Considering this disadvantage, in this work, we evaluated the performance of compost biofilters inoculated or uninoculated with a microbial culture enriched in nitrifying and sulphur-oxidizing bacteria (SOB) for the removal of H2S and NH3 under transient conditions of concentration, simulating industrial operation. The compost bed was made from chicken manure and sugar cane bagasse, and the biofilter operating conditions were: 1) empty bed residence time of 25 s and 2) bed moisture of 40%. The gas concentration and transient conditions simulated the emissions of H2S and NH3 in the pre-treatment zone of a WWTP during the dry and rainy season in Bogota, Colombia. The biofiltration performance was evaluated considering the removal efficiency and oxidation products (sulphate, nitrate and ammonium). The biofilters had a 100% removal efficiency for both gases during the rainy season and transition stages. However, the H2S and NH3 oxidation was affected by the daily changes in gas concentration. The increase of gases concentration at the last week of the dry season resulted in a gradual decrease of H2S and NH3 removal efficiency for both biofilters. However, the reduction in the removal efficiency was higher in the uninoculated biofilter. In addition, there was a higher increase in nitrate concentration in the inoculated biofilter. These results indicate that the inoculated biofilter could adapt better to the transient conditions of gas concentration.

La biofiltración es una biotecnología económica de alta eficiencia para la eliminación de gases olorosos, como el sulfuro de hidrógeno (H2S) y el amoníaco (NH3), producidos en diferentes actividades como las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR). Sin embargo, en el caso del tratamiento de H2S y NH3, las fluctuaciones en la concentración de gases que se encuentran en las emisiones industriales y la acumulación de productos de oxidación en el lecho del biofiltro pueden afectar la eficiencia de eliminación. Considerando esta desventaja, en este trabajo evaluamos el desempeño de biofiltros de compost inoculados o no inoculados con un cultivo microbiano enriquecido en bacterias nitrificantes y oxidantes de azufre (SOB) para la remoción de H2S y NH3 en condiciones transitorias de concentración, simulando operación industrial. El lecho de compost se elaboró ​​a partir de gallinaza y bagazo de caña de azúcar, y las condiciones de operación del biofiltro fueron: 1) tiempo de residencia del lecho vacío de 25 s y 2) humedad del lecho de 40%. La concentración de gas y las condiciones transitorias simularon las emisiones de H2S y NH3 en la zona de pretratamiento de una PTAR durante la temporada seca y lluviosa en Bogotá, Colombia. El desempeño de la biofiltración se evaluó considerando la eficiencia de remoción y productos de oxidación (sulfato, nitrato y amonio). Los biofiltros tuvieron una eficiencia de remoción del 100% para ambos gases durante la temporada de lluvias y etapas de transición. Sin embargo, la oxidación de H2S y NH3 se vio afectada por los cambios diarios en la concentración de gas. El aumento de la concentración de gases en la última semana de la estación seca resultó en una disminución gradual de la eficiencia de eliminación de H2S y NH3 para ambos biofiltros. Sin embargo, la reducción en la eficiencia de eliminación fue mayor en el biofiltro no inoculado. Además, hubo un mayor aumento en la concentración de nitrato en el biofiltro inoculado. Estos resultados indican que el biofiltro inoculado podría adaptarse mejor a las condiciones transitorias de concentración de gas.