Envi [envi] Biotowers

Department of Chemical Engineering University of San Carlos – Technological Center Nasipit, Talamban, Cebu City

ChE 52E Environmental Engineering

Biotowers

A report submitted to Engr. Camilla Flor Yagonia

By Lumanog, Annette Rubillos, Jonathan Salas, Bernardo Salise, Ferdinand Peter Yocte, Josefino Yu, James

January 13, 2009

  Biotowers  are  structures  used  in  the  treatment  of  wastewater.  Biotowers  share  many  commonalities  with  traditional  trickling  filters.  Like  the  trickling  filters,  biotowers  are  essentially  hollow  structures  containing  packing  material.  The  packing  materials  serve  as  a  medium  where  the  microbial  substrates  attach and wastewater treatment is accomplished by  allowing the wastewater to come in contact with  the substrate. A simplified schematic diagram of the biotower is shown in Figure 1.    

   

Figure 1. Schematic Diagram of a Biotower 

  In  the  operation  of  the  biotower,  influent  is  pumped  to  the  top  of  the  tower  and  into  an  application  system. The application system is responsible for the uniform application of the influent to the media.  The application system can be fixed or rotating.   The  wastewater  then  trickles  down  through  the  pore  spaces  of  the  media  bed.  The  media  bed  may  consist of rock, wood, or synthetic plastics of different types. The media bed provides the surface from  which the microorganisms grow. In the selection of media for the bed, high void space and surface area  must be balanced versus cost. Different types of materials for the media bed are shown in Figure 2.  

   

 

 

 

    Figure 2. Media used in Biotowers 

  Biological reactions occurring at various depths are shown in Figure 3. 

   

Figure 3. Biological reactions at various depths 

  The  underdrain  collects  the  treated  effluent  and  either  re‐circulates  a  portion  or  sends  it  out  the  bioreactor  for  discharge.  The  underdrain  also  serves  as  a  passageway  for  air  entering  the  media  bed. 

Recirculation  of  a  part  of  the  effluent  to  dilute  the  influent  stream  may  be  necessary    in  some  applications.   Wastewater  must  be  pretreated  before  it  is  charged  into  the  biotower.  Large  particles  or  non‐ biodegradable particulates such as plastics, rags, and stringy materials may clog up the distributor and  the media.   Process  applications  along  with  process  benefits  and  drawbacks  are  of  the  biotower  are  outlined  in  Table 1 and Table 2, respectively.   Table 1.  Process Application  Application  Roughing  Carbon Oxidation  Combined carbon oxidation and  nitrification  Separate stage nitrification 

Influent wastewater Screened wastewater or primary  effluent  Screened wastewater or primary  effluent  Screened wastewater or primary  effluent  Secondary Effluent

TOL (kg BOD/m3∙day)

Benefits • Economical, particularly for high‐ strength wastewaters  • Simple to design and operate  • Process and facility design well  known 

Drawbacks 

1.3‐3.2  0.7‐1.5  <1.0  NA 

  Table 2. Process Comparison  Treatment objectives 

Roughing 

Carbon Oxidation 

• Economical  • Simple to design and operate  • Process and facility design well  known 

Combined carbon oxidation and  nitrification 

• Simple to design and operate   

Separate stage nitrification 

• Simple to design and operate   

• Further treatment typically  required prior to discharge  • Generally requires secondary  clarification  • Generally requires secondary  clarification  • Performance is consistent, but  may not meet stringent  performance standards.  • Relatively new process option,  performance options not well  characterized  • Limited operator flexibility  • Relatively new process option,  performance options not well  characterized   

  Table 3 gives a general overview of the advantages and disadvantages of a biotower.      

Table 3. Advantages and Disadvantages of the Biotower 

• • • • • •

Advantages  Cost effective  Low power requirement  Simple operation  Low sludge production  Low maintenance  Low labor requirements 

Disadvantages  • • • • •

Odors  Limited capacity  Pounding and clogging of filters  High capital costs  Effectiveness is temperature dependent 

 

A more detailed diagram of the biotower is shown in Figure 4, Figure 5, and Figure 6.    

  Figure 4. Diagram of a biotower         

  Figure 5. Biotower with packing in forground   

   

 

 

 

Figure 6. Application system in use.