Abstract
The system performance of a bioactive foam reactor (BFR), that consists of a foam column using a surfactant and a biodegradation basin containing suspended bacteria, was investigated for the treatment of gaseous toluene or a mixture of four volatile organic compounds (VOCs, benzene, toluene, p-xylene, and styrene). Overall, the BFR achieved stable VOC removal efficiencies, indicating that it can be used as a potential alternative over conventional packed-bed biofilters. Furthermore, a dynamic loading test showed that relatively constant removal was maintained at the elevated loading due to a high mass transfer rate in the foam column. However, as the inlet concentration of VOCs increased, a portion of the VOCs mass-transferred to the liquid phase was stripped out from the biodegradation basin, resulting in a decrease in the overall removal efficiency. In the BFR, the removal efficiency of the individual VOC was mainly determined depending on the biodegradation rate (styrene > toluene > benzene > p-xylene), rather than the mass transfer rate. Consequently, increases in the microbial activity and the volume of the basin could improve the overall performance of the BFR system. Further investigation on microbial activity and community dynamics is required for the BFR when subjected to high loadings of VOC mixtures.
계면활성제 거품과 부유미생물을 이용하여 휘발성유기화합물(VOCs)를 제어하는 새로운 방법인 계면활성제 미생물반응기(BFR)를 대상으로, 단일 VOC와 혼합 VOCs가 유입되는 조건에서 BFR의 반응특성을 확인하였다. 본 연구에서는 혼합 VOCs로는 benzene, toluene, p-xylene, styrene의 4가지 물질을, 단일 VOCs로는 toluene을 선정하였다. 전체적으로 BFR 시스템은 기체체류시간 40초 조건에서 안정적인 운전효율을 보여 기존 담체충진형 바이오필터의 대안기술로 적용 가능하다고 판단된다. 또한 동적부하 변동실험 결과 BFR 시스템은 높은 부하량 유입시 거품에 의한 물질전달율이 일정하게 유지되어 안정적인 처리효율을 얻을 수 있었다. 그러나 유입 VOCs 농도가 증가하면서 액상으로 전달된 VOCs 일부가 미생물 반응조에서 탈기 작용으로 기체상으로 역배출되어 최종 유출농도가 상승하는 현상이 발견되었다. Styrene 이외의 다른 VOCs는 물질전달율 면에서 큰 차이가 없었으며 생분해율(styrene, toluene, benzene, p-xylene) 순에 따라 최종 유출농도가 결정되었다. 따라서 본 연구의 BFR 시스템은 활성미생물 농도 또는 미생물 반응조 부피 증가 등의 방법으로 전체 운전효율을 증가시킬 수 있을 것으로 예상된다. BFR 시스템에 대한 추가 연구 및 개량은 물질전달율 증가보다는 미생물 활성도, 혼합 VOCs에 의한 미생물 군집변동 등에 초점을 맞출 필요가 있다.
