AT401891B

AT401891B - Füllmaterialien für biologische abluftreinigung

Info

Publication number: AT401891B
Application number: AT0029595A
Authority: AT
Inventors: Thomas Dipl Ing Zich; Friedrich Dipl Ing Proell
Original assignee: Krems Chemie Ag
Priority date: 1995-02-17
Filing date: 1995-02-17
Publication date: 1996-12-27
Also published as: EP0809530A1; AU4613996A; JPH11501862A; ATA29595A; WO1996025222A1; CZ257397A3

Description

ΑΤ 401 891 Β

Die biologische Abluftreinigung ist ein Verfahren zur Konzentrationsminderung von Luftschadstoffen durch biologischen Abbau. Dabei verwerten Mikroorganismen die Schadstoffe, die in den Prozeßabgasen verschiedener Industrien, wie z.B. von Lackiererei- und Druckereibetrieben Vorkommen, als Substrat für den Aufbau von Biomasse und für ihren Energiestoffwechsel. Dabei entstehen aus gefährlichen Substanzen unbedenkliche Verbindungen wie H2O und CO2. Es handelt sich hier nachweislich um eine Biokonversion der Luftstoffe und nicht um eine Bioakkumulation, was einer Verlagerung des Abluftproblems in andere umweltrelevante Bereiche entspräche.

Bei den Anlagen zur biologischen Abluftreinigung dominieren zwei Verfahrensprinzipien: Biofilter und Tropfkörperbioreaktor. In beiden Fällen werden die Bioreaktoren von der schadstoffbelasteten Abluft durchströmt, wobei sich auf dem Füllmaterial der Reaktoren eine für den Abbau der Luftschadstoffe geeignete Mikroorganismenflora ausbildet. Der grundsätzliche Unterschied beider Verfahrensprinzipien liegt in der Wasserberieselungsdichte der Reaktorschüttung zur Befeuchtung des Biofilms auf dem Füllmaterial. Dem Füllmaterial kommt entscheidende Bedeutung zu in Bezug auf die biologische Besiedelungsfähigkeit, die mikrobielle Nährstoffversorgung, die Materialstruktur, die spezifische Oberfläche, den Druckverlust des Abgasstroms durch den Bioreaktor, das Wasserhaltevermögen und die Standzeit. Die genannten Faktoren haben entscheidenden Einfluß auf die Gesamteffizienz einer biologischen Abluftreinigungsanlage, und zwar sowohl auf die Investitions- als auch auf die Betriebskosten.

Der heutige Stand der Technik bietet bezüglich des Füllmaterials zwei grundsätzlich verschiedene Alternativen: Synthetische Kunststoff-Füllkörper aus der konventionellen Stoffaustauschtechnik sowie organische Schüttungen aus Kompost, Erde, Torf, Zellulose, Holzspänen, Kohlen,Heidekraut und/oder Rindenmulch (DE-A1-34 14 044). Der Vorteil inerter Materialien liegt in langen Standzeiten und homogenen Struktureigenschaften. Auch die Materialbefeuchtung kann besser reguliert werden. Andererseits muß jedoch bei Betriebsbeginn inokuliert werden, sodaß es zu Verzögerungen bei der Abbauleistung kommt. Des weiteren besteht bei hohen Belastungen häufig die Gefahr des Zuwachsens.

Organische Füllmaterialien machen Mineralsalzgaben entbehrlich, da diese meist in für die Mikroorganismen ausreichender Menge enthalten sind. Das organische Filtermaterial dient also nicht nur als Träger des Biofilms aus einer meist sessilen Mikroflora aus Bakterien, sondern auch als Feuchtigkeitsreservoir und Nährstoffquelle. Dies mindert den regelungstechnischen Bedarf. Das hohe Wasserrückhaltevermögen von organischen Füllmaterialien begünstigt die mikrobielle Besiedelung. Die meisten dieser biologischen Filtermaterialien besitzen jedoch eine sehr inhomogene Struktur, die sich außerdem im Laufe der Zeit auch noch verändert. Es kommt zur Klumpenbildung oder das Material wird durch wiederholte Austrocknung und Befeuchtung immer feinkörniger und bewirkt dadurch hohe Druckverluste. Eine weitere Folge sind unterschiedliche Verweilzeiten im Filter, da es zu starker Randgängigkeit kommt. Dies wirkt sich negativ auf die Eliminationsleistung aus.

Es hat auch Versuche gegeben, biologisches Material durch mechanische Verfestigung, gegebenenfalls unter Zugabe von mineralischen Zuschlagstoffen, wie Bentonit, Zeolith und/oder Ton. zu Pellets zu verpressen, um eine gleichmäßige Schüttung zu erreichen und damit Kanalbindungen und Randgängigkeiten zu vermeiden (AT-PS 395 684). Solche Pellets sind aber im Dauerbetrieb unter den Einfluß von Feuchtigkeit nicht stabil, sodaß sie im Laufe der -Zeit zerfallen, wodurch die oben erwähnten Nachteile wieder auftreten.

Weitere Vorschläge für Biofilterfüllungen sind den EP-A1-0 464 661 und 0 497 214 zu entnehmen.

Das Ziel der Erfindung ist die Entwicklung von Füllmaterialien auf organischer Basis zur Befüllung von biologischen Abluftreinigungsanlagen, die unter Beibehaltung der Vorteile von biologischen Füllmaterialien die Nachteile der bisherigen Materialien überwinden sollen. Das organische Material soll mit einem Bindemittel zu mechanisch stabilen und gegen Feuchtigkeit unempfindlichen Pellets verfestigt werden, ohne daß jedoch die erwünschten Eigenschaften, als Feuchtigkeitsreservoir und Nährstoffquelle für die Mikroorganismen zu dienen, verloren gehen. Das gewählte Bindemittel soll auch so beschaffen sein, daß es bei Beendigung des Lebenszyklus des bioaktiven Füllmaterials wieder problemlos biologisch abgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wurde gelöst durch die Beimengung eines reaktiven Bindemittels aus der Klasse der Amino-/Phenoplaste und eines geeigneten Härters zu organischem Material wie z.B. Kompost und die Verpressung unter gleichzeitiger Aushärtung des Bindemittels zu stabilen Pellets.

Als organisches Material können verschiedene Produkte wie Fasertorf oder Heidekraut sowie insbesondere Komposte (Müllkompost, Grünkompost, Rindenkompost, Laub, usw.) bzw. Mischungen dieser Materialien eingesetzt werden.

Auf diese Weise hergestellte Füllkörper weisen alle Vorteile der bisher verwendeten organischen Füllkörper auf. Sie bauen nach einer Adaptionsphase sowohl gut als auch schlecht wasserlösliche organische Luftschadstoffe ab. Als Prototyp für solche Schadstoffe wurden Ethylacetat und Toluol gewählt, 2

AT 401 891 B deren biologischer Abbau in geeigneten Anlagen gemessen wurde.

Die neuentwickelten Pellets weisen gegenüber konventionellen Füllmaterialien folgende Vorteile auf: Stabilität: Durch Pelletierung unter Zugabe von Amino/Phenoplasten als Bindemittel wird eine langfristig hohe mechanische Stabilität der Pellets bei dem aus betriebstechnischen Gründen bei biologi-5 sehen Abluftreinigungsanlagen erforderlichen Feuchtegehalt erreicht.

Rentabilität: Durch erhöhte Stabilität der Pellets nimmt die Standzeit des Füllmaterials zu, sodaß die Schüttungen von biologischen Abluftreinigungsanlagen seltener ausgetauscht werden müssen. Langwierige Anfahrphasen mit geringerer Reinigungsleistung nach aufwendigem Entleeren und Wiederbefüllen der Bioreaktoren werden somit seltener. 10 Druckverlust: Schüttungen mit den neuen Pellets weisen einen niedrigeren Druckverlust bei Luftdurch satz als herkömmliche Filtermaterialien auf und vermindern somit den nötigen Gebläseenergiebedarf. Nährstoffquelle: Mit Kompost als organischen Hauptbestandteil weisen die Pellets eine hinreichende Nährsalzverfügbarkeit für Mikroorganismen auf, sodaß eine zusätzliche Nährsalzdosierung entfällt. Materialstruktur: Durch Veränderung des Kompost/Aminoplast-Verhältnisses und der Pelletierungspa-i5 rameter kann eine definierte Materialstruktur erreicht werden.

Entsorgbarkeit: Da in den Pellets nur biologisch abbaubare Verbindungen enthalten sind, kann die Entsorgung z.B. über Kompostwerke erfolgen. Erfahrungsgemäß erfolgt keine Akkumulation von Luftschadstoffen in den Filtermedien biologischer Abluftreinigungsanlagen.

Als Aminoplaste/Phenoplaste kommen insbesondere Additions- und Kondensationsprodukte von Carbo-20 nylverbindungen (speziell Aldehyden) mit Harnstoffen, Thioharnstoffen, Melamin, Urethanen und Phenolen in Betracht.

Folgende Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie hierauf zu beschränken.

Beispiel 1 25 9 kg Kompost (Reifekompost der Firma SAB GmbH, 8 mm gesiebt) mit 18 Gew.-% Feuchte, 0,99 kg eines handelsüblichen Harnstoff-Formaldehydleimes (z.B. Hiacoll H18 der Firma Krems Chemie) und 0,01 kg Härter (Harnstoffphosphat) werden in einer Mischmaschine gemischt und anschließend durch einen Kollergang mit einer 7 mm Lochplatte zu Pellets mit ca. 2 - 5 cm Länge verpreßt. 30

Beispiel 2 · 10

Wie in Beispiel 1, wobei jedoch das Bindemittel, der Härter und das Verhältnis der Komponenten wie folgt variiert werden: 35 40 45 so 3 55

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Beispiel Nr. Kompost Bindemittel Härter kg Feuchte Gew.-% Typ kg Feuchte, Gew.% Typ kg 2 9 16 Harnstoff-Formaldehyd (Hiacoll wlp 99) 0,99 51 Ammoniumchlorid 0,01 3 6 1 Hamstoff-Formaldehyd (Hiacoll wlp 99) 3,96 51 Ammoniumchlorid 0,04 4 9 16 Harnstoff-Formaldehyd (Hiacoll wlp 99) 0,99 51 Weinsäure 0,01 5 6 1 Hamstoff-Formaldehyd (Hiacoll wlp 99) 3,96 51 Harnstoffphosphat 0,04 6 9 18 Hamstoff-Formaldehyd (Hiacoll H18) 0,99 35 Harnstoffphosphat 0,01 7 9 18 Formaldehyd-Melamin-Harn-stoff (Hiacoll MUF26) 0,99 36 Hamstoffphosphat 0,01 8 5 3 Formaldehyd-Melamin-Harn-stoff (Hiacoll MUF26) 4,95 36 Harnstoffphosphat 0,05 9 9 18 Phenoplast (Hiacoll HMP45) 0,99 35 Ameisensäure 0,01 10 7 6 Phenoplast (Hiabond P1413) 2,82 53 Pottasche 0,08

Die Wirksamkeit der so- hergestellten Pellets wurde in einer Laborapparatur überprüft und mit einer mit gewöhnlichem Kompost gefüllten Apparatur verglichen.

Schadstoff: Ethylacetat Rohgasfracht [g-org.C/m3.h] Abbaurate [g org.C/m3.h] Umsatz % Kompost-Strukturmaterial 30 30 100 Kompost-Leim-Pellets 30 30 100 Kompost-Strukturmaterial 50 50 100 Kompost-Leim-Pellets 50 50 100

Schadstoff: Toluol Rohgasfracht [g Abbaurate [g Umsatz % org.C/m3.h] org.C/m3.h] Kompost-Strukturmaterial 30 25 84 Kompost-Leim-Pellets 30 30 100 Kompost-Strukturmaterial 50 28 56 Kompost-Leim-Pellets 50 30 60

Druckverlust der Füllmaterialien zu Betriebsbeginn, nach 30 Betriebstagen mit Ethylacetat als Schadstoff sowie nachfolgend 40 Betriebstagen mit Toluol als Luftschadstoff bei einer spezifischen Flächenbelastung von 90 m3 Abluft/m2 Filtervolumen.h: 4

Claims

AT 401 891 B Betriebsbeginn mm Ws/m nach 30 Tagen mm Ws/m nach 70 Tagen mm Ws/m Kompost-Strukturmaterial 73 146 >500 Kompost-Leim-Pellets 28 47 144 Patentansprü che 1. Füllmaterialien auf organischer Basis für biologische Abluftreinigungsanlagen, dadurch gekennzeich· net, daß sie in pelletierter, mit einem organischen Bindemittel verfestigter Form vorliegen.
2. Füllmaterialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als organisches Grundmaterial Torf, Heidekraut und/oder Kompost enthalten.
3. Füllmaterialien nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als organisches Grundmaterial Müllkompost, Grünkompost oder Laub enthalten.
4. Füllmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, daudrch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 50 Gew.-% organisches Bindemittel enthalten.
5. Füllmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als organisches Bindemittel Aminoplaste oder Phenoplaste enthalten.
6. Verfahren zur Herstellung der Füllmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das organische Grundmäterial, insbesondere Torf, Heidekraut, Kompost bzw. Mischungen hievon, mit einem organischen Bindemittel, insbesondere einem Harnstoff-Formaldehydleim, vermischt und das Gemisch unter gleichzeitiger Aushärtung des Bindemittels zu Pellets verpreßt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Kompost und Harnstoff-Formaldehydleim im Gewichtsverhältnis 9:1 bis 1:1 vermischt und das Gemisch zu Pellets verpreßt.
8. Verwendung von Füllmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 5 zur Reinigung von Gasströmen, insbesondere in Abluftreinigungsanlagen.
9. Bioreaktoren zur Reinigung von Gasströmen, insbesondere Biofilter für die biologische Abluftreinigung, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Füllmaterial die mit einem organischen Bindemittel verfestigten Pellets nach einem der Ansprüche 1 bis 5 enthalten. 5