DE4017384C2 - Plattenbiofilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Biofilter zur biologischen Abgasreinigung mit einem Trägermaterial als Aufwuchsfläche für die Biomasse.

In einem Biofilter werden organische Abluftbestandteile in einem Biofilm, der auf Trägermaterial sitzt, absorbiert und von den Mikroorganismen abgebaut.

Der Abluftstrom wird vor Eintritt in das Biofilter konditioniert. Dazu wird das Gas im allgemeinen zu 95% mit Wasser gesättigt, auf 20 bis 35°C temperiert und sofern nötig werden in einem Vorfilter Staub, Aerosole und Fetttröpfchen abgeschieden.

Das Gas durchströmt im Filter eine ungeordnete Schüttung mit biologisch organischem Trägermaterial im allgemeinen von unten nach oben. Die Schüttung besteht z. B. aus Rinde, Torf, Heidekrautpartikeln etc. Die Gasgeschwindigkeit beträgt zwischen 50 und 500 m³/m²/h. Der Schüttung werden zum Teil anorganische Partikeln beigemischt, die als pH-Puffer und/oder zur Auflockerung der Schüttung dienen. Das Trägermaterial wird von oben mit Wasser berieselt, damit es oben nicht austrocknet. Die Höhe der Schüttschichten beträgt im allgemeinen 1 bis 1,5 m. Um Grundfläche zu sparen, werden die Schüttschichten in Etagen übereinander angeordnet, wobei der Gasstrom entsprechend der Anzahl der Etagen aufgespalten wird, so daß je eine Fraktion eine Etage durchströmt.

Die Mikroorganismen im Biofilter entsprechen entweder der natürlichen, auf dem Trägermaterial angesiedelten Flora, oder werden entweder mit Klärschlamm oder mit speziell gezüchteten Kulturen eingeimpft.

Die höher entwickelten Biofilter werden in geschlossener Bauweise angeboten, so daß Temperatur und Feuchte relativ konstant bleiben.

Die bekannten Biofilter weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Die verwendeten Trägermaterialien bringen einen hohen spezifischen Druckverlust mit sich. Der Biofilm weist häufig eine zu hohe Feuchte auf, was den Stoffübergang schwer löslicher Stoffe beeinträchtigt, oder trocknet zu stark aus, so daß die Mikroorganismen inaktiviert werden. Aufgrund von Zersetzungserscheinungen des organischen Trägermaterials kommt es bei längerem Betrieb zu einer inhomogenen Durchströmung des Biofilters durch das Abgas. Außerdem ist keine homogene, gezielte Konditionierung der verfahrenstechnischen Bedingungen, wie z. B. pH-Wert, Korrektur oder Nährsalzzufuhr möglich. Darüber hinaus kann das Trägermaterial nicht gereinigt werden. Hinzu kommt, daß durch die geringe Gaslauflänge im Filterbett alle Mikroorganismen demselben Schadstoffgemisch in verschiedenen Konzentrationen ausgesetzt sind. Da durch die leicht abbaubaren Stoffe bis zu einer gewissen Grenzkonzentration der Abbau der schwerer abbaubaren Stoffe behindert werden kann, ist mit der geringen Gaslauflänge eine geringe Abbauleistung verbunden. Außerdem ist das herkömmlicherweise verwendete Trägermaterial nicht dauerfest, sondern muß von Zeit zu Zeit erneuert werden. Ein weiterer Nachteil der bekannten Biofilter besteht darin, daß die Ansiedlung schadstoffspezifischer Mikroorganismen problematisch ist, da sich in dem spezifischen Mikromilieu auf dem biologischen Träger nur bestimmte Kulturen halten können.

Aus der DE-OS 39 16 250 ist eine Mischkammereinheit bekannt, die aus mehreren übereinander gestapelten Mischkammerelementen besteht. Das Mischkammerelement weist einen ersten Außenringkanal, einen Innenringkanal, der koaxial zum Außenringkanal angeordnet ist, sowie mehrere, vom Außenringkanal radial nach innen gerichtete Stege auf, die in den Innenringkanal münden. Derartige Mischkammereinheiten sind insbesondere für die Verwendung in der Biotechnologie und für Stoffaustauschvorgänge allgemeiner Art geeignet.

Die DE-OS 35 42 599 betrifft ein Verfahren zur Eliminierung schwer wasserlöslicher und leicht flüchtiger Verunreinigungen aus einem Abluft- bzw. Abgasstrom durch biologische Oxidation. Dabei wird eine chemisch und biologisch inerte Membran als Vermittler eingesetzt, an der die Abluftinhaltsstoffe zunächst sorbiert werden. Sie wandern dann durch diese Membran und werden auf der anderen Seite von Mikroorganismen biologisch abgebaut, welche sich dort in einer wäßrigen Nährlösung befinden bzw. direkt auf der Membranoberfläche siedeln.

Aus der EP-A-0 361 277 ist ein Kompostfilter zur Abgasreinigung bekannt, der aus einem Metallgehäuse besteht, das von oben mit frischem Kompost gefüllt wird, während unten kontinuierlich verbrauchter Kompost abgezogen wird. Das Abgas wird von unten nach oben durch den Kompost hindurchgeleitet.

Schließlich ist aus der EP-B-0 165 730 ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus einem Abgasstrom bekannt, bei dem der Abgasstrom in einem Rotationsbiokontaktor mit Biomasse kontaktiert wird. Der Rotationsbiokontaktor besitzt eine Kammer, die eine Vielzahl von zur Rotation um eine Achse montierte Scheiben einschließt. Die Scheiben rotieren durch die im Bodenbereich des Biokontaktors befindliche Biomasse hindurch, wobei sich die Biomasse auf den Scheiben ansiedelt. Der Abgasstrom wird über die rotierenden Scheiben geleitet, auf denen die Biomasse wächst. Durch die Biomasse wird ein Großteil der Verunreinigungen aus dem Abgasstrom entfernt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Biofilter bereitzustellen, mit dem eine hohe Reinigungsleistung erreicht wird, ohne daß die oben genannten Nachteile auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• a) das Trägermaterial als geordnete Packung von im wesentlichen parallel angeordneten Trägerflächen (5, 7) ausgebildet ist,
• b) die Trägerflächen (5, 7) jeweils in einem Abstand von 2 bis 10 mm voneinander angeordnet sind, und
• c) die Trägerflächen (5, 7) aus inertem Material gefertigt sind.

Die Trägerflächen können beispielsweise als Platten ausgebildet sein, die aus Kunststoff, Stahl oder Glasfasergewebe bestehen. Sie sind zu Bündeln gepackt und vorzugsweise auf Führungsstangen zusammen mit Abstandshaltern fixiert. Zwischen den Trägerflächen sind vorteilhafterweise Abstreifelemente zum Reinigen der Trägerflächen angeordnet.

Zweckmäßigerweise liegen die Führungsstangen auf einer geschlitzten Deckelplatte auf, die ihrerseits auf einem Stahlrahmen aufliegt. Zur Reinigung werden die Bündel an den Führungsstangen hängend z. B. von einem Kran nach oben gezogen. Die an der geschlitzten Deckelplatte abgestreifte Biomasse kann mit Wasserstrahldüsen abgespritzt werden.

Vorzugsweise sind die Trägerflächen parallel zum Abgasstrom angeordnet. Die Trägerflächen können aber auch schräg vom Abgas angeströmt werden.

Um einerseits einen hohen Stoffübergang zu erreichen, andererseits aber ein Zuwachsen der Zwischenräume zwischen den Trägerflächen mit Biomasse zu verhindern, sollte der Abstand der Trägerflächen voneinander ca. 3 bis ca. 10 mm betragen. Die Trägerflächen weisen zweckmäßigerweise eine Länge in Abgasströmungsrichtung von ca. 2 bis ca. 5 m und eine Höhe von ca. 2 bis ca. 10 m auf.

In Abgasströmungsrichtung vor der Packung sind vorzugsweise Zerstäuberdüsen angeordnet, die in intermittierendem Betrieb z. B. Wasser oder Konditionierflüssigkeit fein zerstäuben. Der erzeugte Tröpfchennebel wird mit dem Abgasstrom in die Packung getragen und scheidet sich auf den Trägerflächen ab. Um eine möglichst gleichmäßige Konditionierung der Trägerflächen zu erreichen, sind die Zerstäuberdüsen zweckmäßigerweise in vertikaler Richtung in einem Abstand von ca. 1 bis ca. 5 m voneinander angeordnet. In horizontaler Richtung weisen die Zerstäuberdüsen vorzugsweise einen Abstand von ca. 1 bis 3 m voneinander auf. Der Abstand der Zerstäuberdüsen von den Trägerflächen beträgt bevorzugt ca. 0,3 bis 0,8 m.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist das Biofilter in mehrere Segmente unterteilt, die in Abgasströmungsrichtung aufeinanderfolgen und in denen die Packungen der Trägerflächen angeordnet sind. In den einzelnen Segmenten können unterschiedliche Betriebsbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise können verschiedene Bakterienarten in den Segmenten angesiedelt sein. Vorzugsweise sind vor jedem Segment Zerstäubungs­ düsen angeordnet, so daß in den einzelnen Segmenten unterschiedliche Konditionierungen vorgenommen werden können.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der ersten Packung eine Vorstufe zur Abscheidung von Staub, Fetttröpfchen und Aerosolen vorgeschaltet ist. Dazu sind beispielsweise Platten in lamellenartiger oder gewinkelter Form einzusetzen. Vor dieser Vorstufe für die Staubabscheidung ist vorzugsweise eine Vorrichtung zur homogenen Gasverteilung eingebaut. Das kann z. B. eine Prallplatte sein.

Das erfindungsgemäße Biofilter kann z. B. mit kompakten Abmessungen am Boden liegend oder lang und schmal als Turmkonstruktion gebaut werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Vorstufe eine Berieselungsanlage vorgesehen, so daß eine starke Wasserberieselung z. B. von oben stattfindet. Die Vorstufe arbeitet somit als Biowäscher, in dem die leicht löslichen Komponenten ausgewaschen werden. Die Flüssigkeit wird unten in der Vorstufe entweder direkt in einem Sumpf mit Mikroorganismen regeneriert oder sofort abgezogen und extern regeneriert. Zur Regenerierung kann zusätzlich Luft eingeblasen werden. Die regenerierte Waschflüssigkeit wird oben wieder aufgegeben.

Um eine geeignete Feuchte im Biofilm aufrechtzuerhalten, muß das Abgas entweder in einer Vorstufe befeuchtet werden, oder der Biofilm wird in geeigneten Zeitabständen durch den Sprühnebel der Zerstäuberdüsen benetzt.

In das Biofilter können noch Pufferzonen z. B. durch Aktivkohleschüttungen eingebaut werden.

Die optimalen Bedingungen für die Biologie werden dadurch erreicht, daß durch den Sprühnebel homogen und segmentspezifisch der pH-Wert reguliert und Nährsalze zugeführt werden können. Außerdem kann der Untergrund, auf dem die Mikroorganismen zu immobilisieren sind, spezifisch für bestimmte Kulturen präpariert werden. Dadurch, daß ein geringer spezifischer Druckverlust auftritt, kann der Filter sehr lang gestaltet werden. Dadurch ist bei der Reinigung eines Mehrstoffgemisches eine ausgeprägte Stufenbildung der Mikroorganismenkulturen zu erwarten. Durch diesen Effekt wird eine verbesserte Abbauleistung erreicht.

Der Stoffübergang schwer löslicher Stoffe wird dadurch verbessert, daß nur der Biofilm, d. h. eine relativ geringe Masse, Flüssigkeit absorbiert. Von daher ist ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Gasfeuchte und der Biofilmfeuchte gegeben, ohne daß Hystereseverhalten auftritt. Dadurch kann die Feuchte im Biofilm relativ homogen und gut reguliert werden. Da der Stoffübergangswiderstand für schwer lösliche Stoffe im wesentlichen im Flüssigkeitsfilm liegt, kann mit der Gasfeuchteregulierung ein optimaler Betriebspunkt zwischen Stoffübergang und Reaktion im Biofilm angefahren werden.

Die Energiekosten für die Verdichtung des zu reinigenden Abgases werden durch den geringen spezifischen Druckverlust der im wesentlichen parallel angeordneten Trägerflächen deutlich gesenkt.

Durch den Einsatz inerten Trägermaterials, das sich gut reinigen läßt, werden Betriebs- und Wartungskosten gespart.

Das erfindungsgemäße Biofilter ermöglicht eine homogene Konditionierung und Durchströmung des Filters bei geringem Druckverlust. Aufgrund der im wesentlichen parallelen Anordnung der Trägerflächen und der Ausbildung eines dünnen Biofilms bei gleichzeitiger hoher Biomassekonzentration werden ein guter Stoffübergang und eine hohe volumenbezogene Reinigungsleistung erzielt. Durch den Aufbau der Trägerflächen aus inertem Material wird eine Einbringung spezifischer Mikroorganismenarten in großer Menge ermöglicht. Spezielle Beschichtungen der Trägerflächen können diesen Vorteil noch verstärken.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines liegend angeordneten Biofilters,

Fig. 2 eine Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten Biofilters,

Fig. 3 eine Detailansicht der Trägerflächen.

Das in Fig. 1 dargestellte Biofilter ist liegend angeordnet. Es weist eine Abgaszuführung 1 und eine Abgasabführung 2 auf. Das dem Biofilter zugeführte Abgas, z. B. Abluft aus einer Lackiererei, trifft zunächst auf eine Prallplatte 3, die zur Gasverteilung dient. Anschließend erreicht das Abgas die Vorstufe I, in der Platten 4 in gewinkelter Form angebracht sind, die zur Abscheidung von Staub, Fetttröpfchen und Aerosolen dienen. Bevor das Abgas in die erste biologische Stufe, nämlich in das Segment II eintritt, durchläuft es eine Zwischenstufe Ia, die der weiteren Verteilung und Homogenisierung des Abgases dient. Gegebenenfalls kann in dieser Zwischenstufe Ia eine Aktivkohleschüttung eingebaut werden, so daß die Zwischenstufe Ia als Pufferzone wirkt. Vor den im Segment II angeordneten Platten 5, die aus inertem beschichtetem Kunststoffmaterial bestehen und als Aufwuchsfläche für die Biomasse dienen, sind in einem Abstand von ca. 0,5 m Zerstäuberdüsen 13 angebracht, die die Konditionierflüssigkeit fein zerstäuben. Der erzeugte Tröpfchennebel wird mit dem Gasstrom in das Segment II getragen und scheidet sich auf den Platten 5 ab. Um eine möglichst homogene Verteilung der Konditionierflüssigkeit zu erreichen, sind die Zerstäuberdüsen in vertikaler Richtung in einem Abstand von ca. 3 m und in horizontaler Richtung senkrecht zur Abgasströmungsrichtung in einem Abstand von ca. 2 m angeordnet. Die Platten 5 sind planparallel zu Bündeln zusammengefaßt und hängen an Führungsstangen 6, die auf einer geschlitzten Deckelplatte 9 aufliegen. Die Platten 5 sind parallel zum Abgasstrom ausgerichtet und weisen eine Höhe von ca. 6 m und eine Länge in Abgasströmungsrichtung von ca. 3 m auf. Sie sind in Fig. 1 lediglich von der Seite zu sehen. Der Aufbau der Plattenbündel ist in der in Fig. 2 gezeigten Draufsicht besser zu erkennen. Fig. 3 zeigt schließlich die Anordnung der Platten im Detail.

Der Abgasstrom durchläuft das im Segment II angeordnete Plattenbündel. Da mehrere hintereinanderliegende Segmente durchströmt werden, wird aufgrund des genannten Stufeneffektes eine hohe Abbauleistung erreicht. Durch die planparallele Anordnung der Platten 5 in geringem Abstand von ca. 5 mm in Verbindung mit der gezielten, homogenen Befeuchtung durch die Zerstäuberdüsen 6 wird ein hoher Stoffübergang erreicht. Anschließend tritt das Abgas in das Segment III über, in dem ebenfalls ein Plattenbündel aus planparallelen Platten 7 angeordnet ist. Zwischen den Segmenten II und III sind Zerstäubungsdüsen 8 angebracht, die eine Konditionierflüssigkeit fein zerstäuben und die Platten 7 befeuchten. Die Zerstäuberdüsen 8 sind ca. 0,5 m von den Platten 7 entfernt angeordnet. Durch den Einsatz unterschiedlicher Plattenbeschichtungen und unterschiedlicher Konditionierflüssigkeiten kann im Segment III eine andere Biomasse immobilisiert werden als im Segment II. Auf diese Weise ist die Schaffung spezifischer biologischer Zonen entlang der Abgasströmungsrichtung möglich. Das gereinigte Abgas verläßt schließlich das Biofilter über die Abgasabführung 2. Zur Reinigung der Platten 5 und 7 von überschüssiger Biomasse werden die Platten 5, 7 an den Führungsstangen 6 hängend z. B. von einem Kran nach oben gezogen. Die an der geschlitzten Deckelplatte 9 abgestreifte Biomasse wird mit Wasserstrahldüsen 12 abgespritzt. Der am Boden liegende Bioschlamm kann mit Wasserstrahldüsen 14 ausgeschwemmt werden, gegebenenfalls müssen zusätzlich noch Räumwerkzeuge eingesetzt werden.

In Fig. 2 ist das in Fig. 1 dargestellte Biofilter in der Draufsicht gezeigt. Dieselben Geräteteile sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1. In der Draufsicht ist die planparallele Anordnung der Platten 5 und 7 gut erkennbar.

Fig. 3 zeigt eine Detailansicht der planparallelen Platten 5, auf denen die Biomasse in Form eines dünnen Biofilms 11 aufgewachsen ist. Die Platten 5 sind in Bündeln gepackt und hängen an Führungsstangen 6, die auf einer geschlitzten Deckelplatte 9 aufliegen. Die Deckelplatte 9 liegt ihrerseits auf einem in der Figur nicht dargestellten Stahlrahmen auf. Die Platten 5 sind auf den Führungsstangen 6 zusammen mit Abstandshaltern 10 in einem Abstand von ca. 5 mm voneinander fixiert. Zur Reinigung werden die Bündel an den Führungsstangen 6 hängend z. B. von einem Kran in Pfeilrichtung nach oben gezogen. Die an der geschlitzten Deckelplatte 9 abgestreifte Biomasse kann mit nicht dargestellten Wasserstrahldüsen abgespritzt werden.

Claims (5)

1. Biofilter zur biologischen Abgasreinigung mit einem Trägermaterial als Aufwuchsfläche für die Biomasse, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Trägermaterial als geordnete Packung von im wesentlichen parallel angeordneten Trägerflächen (5, 7) ausgebildet ist,
• b) die Trägerflächen (5, 7) jeweils in einem Abstand von 2 bis 10 mm voneinander angeordnet sind, und
• c) die Trägerflächen (5, 7) aus inertem Material gefertigt sind.

2. Biofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerflächen (5, 7) parallel zum Abgasstrom angeordnet sind.

3. Biofilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abgasströmungsrichtung vor der Packung Zerstäuberdüsen (8, 13) zum Anfeuchten der Trägerflächen (5, 7) mit Wasser oder einer Konditionierflüssigkeit angeordnet sind.

4. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Packungen in Abgasströmungsrichtung hintereinander in verschiedenen Segmenten (I, II) des Biofilters angeordnet sind.

4. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Abgasströmungsrichtung vor der Packung eine Vorstufe (I) zur Staub- und Fettabscheidung angeordnet ist.