Biofiltrarea se realizeză în dispozitive numite biofiltre. Acestea au fost mai întâi proiectate pentru operaţia de comostare a deşeurilor şi pentru controlul mirosurilor.

În prezent sunt cel mai des utilizate pentru tratarea fluxurilor gazoase încarcate cu COV şi poluanţi organici toxici.

Biofiltrele au o tehnologie care foloseşte microorganisme, în general bacterii, pentru tratarea emisiilor de gaze, într-o manieră economică şi sigură pentru mediu.

Biofiltrul este utilizat pentru a trata emisiile contaminate cu poluanţii organici periculoşi şi/sau COV, care necesită existenţa unui spaţiu închis  de reactor ce conţine un mediu poros  care are rolul de a încuraja dezvoltarea diferitelor specii de microorganisme.

Biofiltrele constau în filtre poroase, prin care este distribuit un curent de gaz rezidual. Microorganismele care se hranesc din gazul rezidual sunt ataşate de acest substrat poros.

Procesul de biofiltrare este înrudit cu procesul de tratare a precipitatului obtinut convenţional, în care, în amândouă ipostazele, microorganismele sunt folosite pentru a oxida complet compuşii organici în CO2 şi H2O.

Investigaţii anterioare au raportat că eficacitatea biofiltrarii utilizată în eliminarea  compuşilor organici toxici   și/sau COV este limitată de solubilitatea în apa a contaminanţilor

Prin urmare, pentru a susţine un tratament eficient adecvat, este esenţial ca mediul biofiltrului să  fie monitorizat pentru a menţine condiţiile  propice pentru transferul  contaminanţilor  din aer in faza lichidă a mediului biofiltrului, precum şi pentru creşterea şi activitatea biologică.Conţinutul de oxigen, nivelul de umiditate, temperatura şi disponibilitatea nutrienţilor  în mediul biofiltrului  trebuie de asemenea  monitorizat în timpul tratamentului poluanţilor toxici  şi COV ce contaminează curenții de aer, pentru a se asigura că procesul operează în condiţii optime de îndepartare a contaminantului.

Biofiltrele (utilizate la controlul emisiilor gazoase) sunt de tipul bioreactoarelor cu film fix, care folosesc microorganisme ataşate materialelor de substrat, pentru a converti produse reziduale organice/COV în CO2 şi apă.

Colonia de microbi necesari pentru biofiltrare acţionează bine pe suprafaţa unui suport natural adecvat prin care este suflat aerul ce urmează a fi tratat.

Suportul, care este “patul” biofiltrului, poate fi format prin mucegai, turbă, bucăţi de lemn, compost verde, sau din amestecuri ale acestor materiale sau ale altora, inclusiv plastice.

Substratul asigură suportul structural şi nutrienţi elementari pentru microorganisme. Structura lui poroasa asigură o arie adecvată, la o pierdere de presiune rezonabilă a gazului. Pe masură ce gazele reziduale sunt trecute prin reactor, poluanţii se difuzează în biofilm. Poluanţii sunt apoi descompuşi printr-un proces aerobic natural de biodegradare. Biofiltrele sunt economice când sunt aplicate unor fluxuri de gaze cu concentrare joasă (< 1000ppm), bogate în oxigen.

Fluxul de aer încărcat cu poluanţi este captat şi transportat cu ajutorul unui sistem de conducte spre zona de pretratare a gazului unde sunt îndepartate particulele cu care aerul brut este incărcat precum şi eventualele particule de grăsime ce ar putea afecta biofiltrul.Următorul pas este ridicarea presiunii intr-un ventilator pentru a compensa pierderile prin elementele ulterioare ale procesului.În continuare fluxul de aer trece printr-un umidificator unde este incărcat cu apă, deoarece atunci cand trece prin stratul poros acesta are tendinta de a se usca,  scăzând astfel eficienţa procesului de biofiltrare.La final are loc tratarea gazului rezidual pentru îndepartarea poluanţilor şi ajustarea temperaturii şi a umiditătii până la saturaţie.

Substanţa gazoază mirositoare este absorbită de către materialul de filtrare şi degradată de către flora microbiană în special bacterii şi fungi, care o foloseşte ca nutrient împreună cu o parte din materialul de filtrare în sine. Activitatea biologică necesită oxigenul care este furnizat de acelaşi curent gazos care intră în biofiltru.

Suprafaţa materialului emite dioxid de carbon (CO2), apă, compuşi anorganici şi biomasă. La gura biofiltrului vor exista cantităţi foarte mici de poluaţi care intră.

Mediul biofiltrului nu reţine niciun reziduu din poluanţii organici conţinuti de fluxul de aer datorită eficienţei  extrem de bună a sistemului de microorganisme care degradează acesti compuşi.Moleculele  contaminanţilor plutesc în interiorul biofiltrului până când se aşează şi sunt consumate de către microorganisme. În timpul biotransformării  sursei de hrană se formează produşi finali ce includ dioxid de carbon, apă, săruri minerale şi energie pentru a produce mai multe microorganisme.

Un biofiltru poate fi deschis sau închis , poate fi construit direct în pământ sau în cadrul unui reactor,poate avea un singur strat filtrant sau chiar mai multe şi pe langă componentele de bază poate să mai includa o cameră de schimb de caldură ce este utilizată pentru a răci sau încălzi fluxul de aer la temperatura optimă a mediului biofiltrului.

Pentru buna funcţionare a procedeelor de biofiltrare  trebuie sa se îndeplinească urmatoarele condiţii:

  • suprafaţa mediului de transfer trebuie să fie maximă pentru favorizarea absorbţiei COV continuţi în aer;
  • temperatura trebuie să fie mentinută astfel încât să nu îngheţe;
  • gazul trebuie să conţină suficient oxigen pentru menţinerea procedeelor aerobice.

Biofiltrele functionează în mod eficient şi economic pentru fluxuri cu concentraţii joase ( < 1000 până la 1500 ppm) pentru COV şi  poluanţi organici toxici.

Eficienţa biofiltrarii pentru COV este cuprinsă între 65-99 %.

  Principalele caracteristici ale biofiltrului sunt:

  • mediul biofiltrului : poate avea o adancime cuprinsă între 0,5-2 metri,însă cele mai multe biofiltre au o adâncime de 1 metru; Acesta poate fi format din sol, compost,nisip, cenuşă vulcanică sau un amestec din aceste componente;

         Cele mai des utilizate sunt solul şi compostul, iar parametrii tipici includ un pH neutru, volumul porilor sa fie mai mari de 80%, şi un conţinut organic total de peste 55 % .

  • Solul este o alegere stabilă pentru mediul biofiltrullui pentru că nu se degradează.În schimb este mai sarac în complexul de microorganisme decât compostul.
  • Compostul are o permeabilitate mai mare pentru aer şi apă,în schimb în timp acesta se descompune şi rata mărimii particulelor mediului biofiltrului scade considerabil. Media de viaţă pentru mediul biofiltrului este in jur de 5 ani.

  • continutul mediului biofiltrului : în general se folosesc 3 tipuri de microorganisme intr-un biofiltru : fungi,bacterii si actionomicete. Pentru ca acestea să existe într-un mediu şi să îşi îndeplinească rolul trebuie să dispună de oxigen, absenţa materialelor toxice, condiţii optime cum ar fi temperatura potrivită şi pH-ul relativ neutru.Pentru procesul de punere in funcţiune a unui biofiltru, microorganismele necesită o perioada de acomodare, de obicei 10 zile, pentru ca apoi să crească şi să îşi îndeplinească rolul în tratarea fluxurilor gazoase încărcate cu poluanţi.De obicei, biofiltrele nu funcţionează în mod continuu. Ele pot fi folosite în mod intermitent sau sezonier, depinzând de procesul de tratare. S-a aratat ca biomasa este viabilă pentru aproximativ 2 saptamâni de cand se închide un biofiltru,iar dacă aceasta este alimentată constant cu nutrienţi anorganici şi oxigen poate fi menţinută timp de 2 luni.

  • conţinutul de apă din biofiltru: acest parametru este cel mai important deoarece de existenţa lui depinde eficienţa biofiltrarii, deoarece în timpul procesului, fluxul de aer are tendiţa de a usca mediul biofiltrului.O cantitate prea mică de apă duce la scăderea capacităţii microorganismelor de a degrada poluanţii , iar gazul rezultat rămâne într-o oarecare măsură încărcat cu poluanţi ce sunt ulterior eliminaţi în atmosferă. O cantitate prea mare de apă poate de asemenea afecta prin apariţia zonelor anaerobe, cu un potenţial de producere a mirosurilor. Apa poate fi adaugată în sistem prin 2 modalităţi :prin umidificarea fluxului de aer sau prin aplicarea directă a apei pe suprafaţa biofiltrului.

  • temperatura : activitatea microbiană are loc între limitele de temperatură 10-400 O temperatură mai mare va distruge biomasa, iar o temperatură mai mică va conduce la o activitate scăzută a microorganismelor.

  • pH-ul : trebuie menţinut între limitele 7-8
  • timpul de staţionare al gazului : timpul minim de staţionare a gazului este cuprins între 30 s pentru mediu de compost,şi minim 1 minut pentru mediul format din sol.