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Mit 12 ist eine Belüftungsleitung des Belebungsbeckens 3 bezeichnet, in welcher ein Regelventil 13 und ein Druckmesser 14 zwischengeschaltet sind. Mit 15 ist ein Rührwerk des Belebungsbeckens bezeichnet. In dieses Belebungsbecken können, wie angedeutet, noch diverse Parametersonden, wie 02-Fühler, Temperaturfühler, pH-Fühler u. dgl. angeordnet sein. Über diese Fühler wird durch eine nicht dargestellt Steuerung entweder über eine Leitung 16 und eine darin befindliche Pumpe 17 Lauge aus einem Behälter 18 oder auch ein Mineralmedium über eine Leitung 19 über eine Pumpe 20 aus einem Behälter 21 zugeführt. Damit werden für die Mikroorganismenflora im Belebungsbecken optimale Lebensbedingungen erzeugt. Über die Leitung 22 wird die von der Absorptionskolonne 1 abrinnende Waschflüssigkeit in das Belebungsbecken rückgeführt.
Die Reaktorabluft wird über eine Leitung 23 und ein Regelventil 24 abgeleitet.
Die über die Pumpe 4 abgesaugte Waschflüssigkeit wird in dem Membranmodul 5 angereichert, wobei das abgezogene Permeat über ein Regelventil 25 gesteuert in einen Auffangbehälter 26 geleitet wird. Die mit Belebtschlamm und daher mit Mikroorganismen angereicherte Waschflüssigkeit wird über eine Leitung 27, in welcher sich ein Druckmessgerät 28 befindet, zur Absorptionskolonne 1 geführt. In der Leitung 27 sind Regelventile 29, 30 vorgesehen, wobei vor dem letzten Regelventil, in diesem Fall 30. eine Leitung 31 abzweigt, in welcher sich ein Regelventil 32 befindet, die zu dem Belebungsbecken 3 zurückführt. Diese Leitung dient dazu, um im Falle eines Stillstandes der Absorptionskolonne überschüssige, mit Verunreinigungen belastete Abwassermengen durch den Membranmodul 5 abzuleiten.
Wie aus dem Anlageschema ersichtlich, ist lediglich eine einzige Umwälzpumpe 4 nötig, um sowohl die Beschickung der Absorptionskolonne 1 als auch die Kreislaufführung der Waschflüssigkeit über die Leitung 31 zu erreichen. Die als Permeat abgeleitete Flüssigkeitsmenge wird entweder durch Frischwasser, Lauge oder Mineralmedium ersetzt, um-wie schon angeführt - für die Mikroorganismen die optimalen Lebensbedingungen zu erreichen.
Da die Leistung des Rückhaltesystems, also in vorliegendem Fall des Membranmoduls, variabel ist. kann durch Zusatz von Nährstoffen auf gesteigerte Abluftbelastungen reagiert werden. Ebenso kann dadurch der Gehalt an Metaboliten, gering gehalten werden.
Dieses System erlaubt es als weiteren Vorteil. Mikroorganismen, Spezialkulturen, die nach Selektion im Labor erzeugt wurden, einzusetzen, da alle Organismen vollständig im System zurückgehalten werden können. Dadurch erreicht man auch ein hohes Schlammalter, wodurch in diesem System auch langsam wachsende Mikroorganismen gedeihen können, welche in konventionellen Systemen ausgewaschen bzw. mit dem Überschussschlamm entfernt werden würden. Durch die hohe Biomassekonzentration ergeben sich auch besonders geringe Schlammbelastungen (Menge Schadstoff/Menge Biomasse), wobei es unterhalb einer bestimmten Schlammbelastung zu keinem weiteren Biomassezuwachs mehr kommen kann, da die den Mikroorganismen zur Verfügung stehende Energie aus dem Metabolismus der gelösten Schadstoffe nur mehr zur Aufrechterhaltung des Erhaltungsstoffwechsels ausreicht.
Dadurch fällt dann kein Überschussschlamm mehr an.
Die höchstmögliche Konzentration im Belebungsbecken wird lediglich dadurch limitiert, dass bei hoher Biomasse-Konzentration nicht mehr genug Sauerstoff in die Belebtschlamm-Suspension eingebracht werden kann und damit eine Limitierung eintritt. Dies könnte durch Begasung mit Reinsauerstoff umgangen werden. Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass die Waschflüssigkeit natürlich pumpbar bleiben muss.
Erfahrungsgemäss ist die Grenze dabei bei etwa 80 g organische Trockensubstanz pro Liter.
Im Falle der Membranfiltration als Rückhaltesystem kann dieses durch diskontinuierliches Rückspülen der Membran mit Permeat gereinigt werden, was gleichfalls den apparativen Aufwand sehr verringert.
In einer Modellanlage entsprechend der Figur wurden unterschiedliche Abluftzusammensetzungen simuliert und deren Abbau unter verschiedenen Versuchsbedingungen getestet. Die untersuchten Abluftinhaltsstoffe waren die am häufigsten verwendeten Industrielösungsmittel Toluol, n-Heptan, Ethylacetat, nButanol, Ethylmethylketon und Isobutylmethylketon. Die Biomasse-Suspension wies dabei organische Trockensubstanz Gehalte von 30-40g. t' auf. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Erläuterung der Begriffe in den Spalten der Tabelle 1. : Substanz die jeweils getestete Substanz, bzw. bei Gemisch, das Lösungsmittelgemisch aus Ethylacetat, Toluol, n-Butanol, Ethylmethylketon, Isobutylmethylketon
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! uf < : volumsspezifischer VolumenstromVvwaschwasser : volumsspezifischer Volumenstrom der hoehkonzentrierten Biomasse-Suspension die durch den Wäscher gepumpt wird in m'm''h* Mv : volumsspezifischer Massenstrom der Verunreinigungen in gC'm'-h- (C = Kohlenstoff)
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: votumsspeztfischeTabelle 1 :
Abbauraten und Wirkungsgrad der. der Erfindung zugrundeliegenden Anlage zur Reinigung von Abluft
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<tb>
<tb> Substanz <SEP> Vvzu@@@ <SEP> Kontaktzeit <SEP> Vvwasch@@@@@ <SEP> Mv <SEP> Rv <SEP> #
<tb> m3 <SEP> m2 <SEP> h1 <SEP> s <SEP> m3 <SEP> m2 <SEP> h1 <SEP> gCm2 <SEP> h1 <SEP> gCm2h1 <SEP> %
<tb> Toluol <SEP> 85, <SEP> 7 <SEP> 42 <SEP> 0, <SEP> 14 <SEP> 124 <SEP> 41 <SEP> 69
<tb> Toluol <SEP> 85, <SEP> 7 <SEP> 42 <SEP> 0, <SEP> 14 <SEP> 108 <SEP> 65 <SEP> 60 <SEP>
<tb> Toluol <SEP> 85,7 <SEP> 42 <SEP> 0,14 <SEP> 144 <SEP> 98 <SEP> 68
<tb> Toluol <SEP> 85,7 <SEP> 42 <SEP> 0,14 <SEP> 173 <SEP> 97 <SEP> 56
<tb> Toluol <SEP> 85,7 <SEP> 42 <SEP> 0,14 <SEP> 153 <SEP> 87 <SEP> 56
<tb> Toluol <SEP> 85,7 <SEP> 42 <SEP> 0,14 <SEP> 178 <SEP> 112 <SEP> 63
<tb> Toluol <SEP> 94,3 <SEP> 36,2 <SEP> 0,15 <SEP> 185 <SEP> 109 <SEP> 59
<tb> Toluol <SEP> 94, <SEP> 3 <SEP> 38,
<SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 361 <SEP> 227 <SEP> 63 <SEP>
<tb> Toluol <SEP> 94, <SEP> 3 <SEP> 38, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 361 <SEP> 305 <SEP> 84 <SEP>
<tb> Toluol <SEP> 197,1 <SEP> 18,3 <SEP> 0,30 <SEP> 320 <SEP> 107 <SEP> 67
<tb> Toluol <SEP> 94,3 <SEP> 38,2 <SEP> 0,15 <SEP> 253 <SEP> 126 <SEP> 50
<tb> Toluol <SEP> 94,3 <SEP> 38,2 <SEP> 0,15 <SEP> 267 <SEP> 117 <SEP> 44
<tb> Toluol <SEP> 31,7 <SEP> 114 <SEP> 0,18 <SEP> 200 <SEP> 140 <SEP> 70
<tb> Toluol <SEP> 31, <SEP> 7 <SEP> 114 <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> 83 <SEP> 55 <SEP> 66 <SEP>
<tb> Toluol <SEP> 31,7 <SEP> 114 <SEP> 0,18 <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 76
<tb> Toluol <SEP> 61,2 <SEP> 59 <SEP> 0,18 <SEP> 95 <SEP> 45 <SEP> 50
<tb> n-Heptan <SEP> 31, <SEP> 7 <SEP> 114 <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> 60 <SEP> 12 <SEP> 20
<tb> n-Heptan <SEP> 31,7 <SEP> 114 <SEP> 0,18 <SEP> 27 <SEP> 5,5 <SEP> 20
<tb> n-Heptan <SEP> 31,
77T <SEP> 3 <SEP> 18 <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 7 <SEP>
<tb> n-Heptan <SEP> 61, <SEP> 2 <SEP> 59 <SEP> 38 <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> 1. <SEP> 25, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Ethytacetat <SEP> 85, <SEP> 7 <SEP> 42 <SEP> 0. <SEP> 14 <SEP> 41 <SEP> 41 <SEP> 100
<tb> Ethylacetat <SEP> 85,7 <SEP> 42 <SEP> 0,14 <SEP> 48 <SEP> 38 <SEP> 100
<tb> Ethylacetat <SEP> 85,7 <SEP> 42 <SEP> 0,14 <SEP> 43 <SEP> 43 <SEP> 100
<tb> Ethylacetat <SEP> 7 <SEP> 42 <SEP> 0,14 <SEP> 61 <SEP> 61 <SEP> 100
<tb> Ethylacetat <SEP> 85,7 <SEP> 42 <SEP> 0,14 <SEP> 60 <SEP> 60 <SEP> 100
<tb> Ethylacetat <SEP> 85,7 <SEP> 42 <SEP> 0,14 <SEP> 69 <SEP> 68 <SEP> 98
<tb> Ethylacetzt <SEP> 94,3 <SEP> 38,2 <SEP> 0,15 <SEP> 73 <SEP> 73 <SEP> 100
<tb> Ethylacetat <SEP> 94 <SEP> 3 <SEP> 38, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 93 <SEP> 9310q <SEP>
<tb> Ethylacetat <SEP> 94,3 <SEP> 38,2 <SEP> 0,
15 <SEP> 93 <SEP> 93 <SEP> 100
<tb> Ethylacetat <SEP> 197. <SEP> 1 <SEP> 18, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP> 92 <SEP> 90 <SEP> 97 <SEP>
<tb> Ethylacetat <SEP> 94,3 <SEP> 38,2 <SEP> 0,15 <SEP> 91 <SEP> 90 <SEP> 99
<tb> Ethylacetat <SEP> 94,3 <SEP> 38,2 <SEP> 0,15 <SEP> 195 <SEP> 193 <SEP> 99
<tb> Gemisch <SEP> 55. <SEP> 4 <SEP> 65 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 87 <SEP> 73 <SEP> 84
<tb> Gemisch <SEP> 55,4 <SEP> 65 <SEP> 0,15 <SEP> 87 <SEP> 72 <SEP> 83
<tb> Gemisch <SEP> 55, <SEP> 4 <SEP> 65 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 72 <SEP> 61 <SEP> 84
<tb> Gemisch <SEP> 55,4 <SEP> 65 <SEP> 0,15 <SEP> 12 <SEP> 10 <SEP> 86
<tb> Gemisch <SEP> 55. <SEP> 4 <SEP> 65 <SEP> 0.
<SEP> 15 <SEP> 11 <SEP> 8 <SEP> 71 <SEP>
<tb> Gemisch <SEP> 55,4 <SEP> 65 <SEP> 0,15 <SEP> 13 <SEP> 11 <SEP> 84
<tb> Gemisch <SEP> 55, <SEP> 4 <SEP> 65 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 135 <SEP> 93 <SEP> 69 <SEP>
<tb> Gemisch <SEP> 55,4 <SEP> 65 <SEP> 0,15 <SEP> 127 <SEP> 82 <SEP> 64
<tb> Gemisch <SEP> 55,4 <SEP> 65 <SEP> 0,15 <SEP> 148 <SEP> 131 <SEP> 89
<tb> Gemisch <SEP> 27,0 <SEP> 120 <SEP> 0,15 <SEP> 285 <SEP> 228 <SEP> 80
<tb>
Nachstehend werden die mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der zugehörigen Anlage erzielten Ergebnisse mit den aus der Literatur bekannten Werten anderen Biowäscheranlagen verglichen.
Toluol als schwer wasserlösliches aber leicht biologisch abbaubares Lösungsmittel ist in einer Vielzahl verschiedener biologischer Abluftreinigungsanlagen auf seine Abbaubarkeit getestet worden. Die in diesem Versuch mit einem Biowäscher erreichte volumenspezifische Abbaurate lag bei maximal 305 gC-m''h-'.
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In der Literatur finden sich dazu lediglich niedrigere Werte.
Für Toluol werden bei Biowäschern maximale Abbauraten von 114 gC#m-3#h-1 angegeben (Schippert, 1994). Bei Biofiltern wird von weitaus niedrigeren maximalen Abbauraten für Toluol um 37 gC#m-3#h-1 berichtet (Ottengraf et al, 1983, Stueki et al, 1995). Die Literaturangaben für Tropfkörperreaktoren liegen in den meisten Fällen darüber, schwanken aber stark. So wird einerseits eine maximale Abbaurate für Toluol
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Füllkörpermaterial wird berichtet, dass eine Eliminierungskapazität von mehr als 200 gC'm''h' vorhanden war (Oosting et al, 1992). Bei Verwendung eines optimierten Airlift-Schlaufenreaktors betrug die maximale Abbaurate 261 gC'm''h-' (Heinrich et al, 1994).
Auch mit neuartigen Reaktortypen, die die speziellen Eigenschaften dieses Lösungsmittels berücksichtigen, werden deutlich höhere Werte erreicht. In einem Reaktor, wo die Lösemitteizufuhr über einen Silikonschlauch erfolgte, wurden Abbauraten von 323 gC'm''h' erzielt (Lee et al, 1993). Betrachtet man die hohen Abbauraten des neuartigen Reaktortyps mit Silikonschlauch, ist zu berücksichtigen, dass die Lösemittel dort in flüssiger Form in den Reaktor eingebracht und nicht zuvor in einem Luftstrom verdampft werden.
Kratz (1993) untersuchte an zwei Biowäschern das Absorptionsverhalten von polaren und nicht polaren Abluftinhaitsstoffen. Allerdings war der Autor vor allem an der Verbesserung der Adsorption von schlecht wasserlöslichen Schadstoffen durch Zusatz von Silikonöl zur Waschflüssigkeit interessiert. Das Volumen des Absorberteils ist nicht genau angegeben, aus der Höhe der drei Packungen und dem Durchmesser lässt sich allerdings ein Volumen von 0, 32 m3 berechnen. Das Nutzvolumen des eingesetzten Belebungsbeckens betrug etwa 1, 7 m3. Der Abluftvolumenstrom wurde zwischen 1000-3500 m3#h-1 varllert. Durch Limitierung der Nährsalze wurde die Pilotanlage lediglich bei einem Biomassegehalt von 3-4 g. ' betrieben.
Die Eliminationsleistungen werden mit 20 bzw. 10 g.)' für Aceton und Ethanol angegeben. Für Toluol wird im Versuchsabschnitt 4 ein maximaler Wirkungsgrad von 49% angegeben. Da in dem Bericht Aussagen über die beim jeweiligen Versuch eingesetzte Abluftkonzentration und die Menge der einzelnen Abluftinhaltsstoffe fehlt, kann aufgrund der Angaben kein direkter Vergleich gezogen werden. Der Wirkungsgrad von 49% liegt jedoch deutlich unter dem von den Autoren gefundenen Wert.
Für Heptan liegen nur sehr wenige vergleichbare Messwerte vor, da es sich aufgrund der grossen HenryKonstante und der schlechten Wasserlöslichkeit nur bedingt für einen biologischen Abbau, vor allem mit einem Biowäscher, eignet.
Ein vergleichbarer Wert wurde in einem Biofilter gemessen. Dort wurden für Heptan Abbauraten von durchschnittlich 12-20 gC#m-3#h-1 erzielt, was durchaus mit den gemessenen Werten (max. 15, 53
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über diesem Wert (Schindler et al, 1994). Auch hier bliebe zu überprüfen, ob bei erhöhter Verweilzeit mit dem Biowäscher nicht ähnliche Werte erreicht werden könnten.
Für die anderen verwendeten Kohlenstoffquellen liegen keine Literaturdaten vor.
Literatur Heinrich, K; Mörl , L, Strauss. A., 1994, Der Airlift-Schlaufenreaktor als Kompaktbiowäscher-Optimierung und Anwendung zur Reinigung lösemittelhaltiger Abluft, VDI Bericht 1104, 499-504 Kratz, Gunther, 1993, Untersuchungen zum Abbau von polaren und nicht polaren Abluftinhaltsstoffen in Biowäschern, Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Band 119, R. Oldenbourg-Verlag, München Lee, J.-Y. ; Choi, Y.-B. ; Kim, H.-S., 1993, Simultaneous Biodegradation of Toluene and p-Xylene in a Novel Bioreactor : Experimental Results and Mathematical Analysis, Biotechnol. Prog., 9,46-53 Oosting, R. ; Urlings, L. G. C. M. ; van Riel, P. H. ; van Driel, C., 1992, Biopur : Alternative Packaging for
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; In : Dragt.
A.,control policies, 63-70 ; Elsevier, Amsterdam Ottengraf, S. P. P. und Van Den Oever, A. H. C. (1983). Kinetics of Organic Compound Removal from Waste Gases with a Biological Filter, Biotechnology and Bioengineering, 25, 3089-3102 Schindter, 1. ; Friedl, A. ; Schmidt, A. (1994). Abbaubarkeit von Ethylacetat, Toluol und Heptan in Tropfkörperbioreaktoren, VDI Berichte 1104,135-147 Stucki, G. ; Goy, A. ; Schmuckli, R. ; Cedraschi, P. (1995). Biologische Reinigung von Abluft aus der chemischen Industrie, Staub-Reinhaltung der Luft, 55,53-57 VDI Richtlinie 3478 - Biologische Abluftreinigung - Biowäscher