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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abluft, die in einem Wäscher durch einen Sprühnebel aus Waschwasser geführt wird, das eine hohe Konzentration an Biomasse aufweist, wobei das aus dem Wäscher austretende Waschwasser in einem Bioreaktor regeneriert wird, aus dem es wiederum dem Wäscher zugeführt wird.
Beim Betrieb von Anlagen der Lebensmittelindustrie, in Betrieben zur Herstellung von Futtermitteln, im Bereich der Landwirtschaft, bei Kläranlagen, in Abfaltbehandlungs- und in Entsorgungsanlagen, in der Farben- und Lackindustrie, bei lösungsmittelhaltiger Abluft, Öldämpfen in der Metall- und Chemieindustrie bzw. Erdöl- und Textilindustrie u. dgl. entstehen durch Abluft unerwünschte Emissionen, die die Umwelt belasten.
Es ist bekannt, die Abluft in sogenannten Biowäschern zu reinigen. In solchen Biowäschern wird die Luft mit Wasser in Berührung gebracht, das die Schadstoffe zunächst aufnimmt, welche in weiterer Folge durch Mikroorganismen abgebaut werden.
Zur Reinigung von Abgasen sind Füllkörperanlagen bekannt, bei denen Waschwasser durch eine Fülikörperkolonne hindurchtreten gelassen wird, während im Gegenstrom dazu die zu reinigende Abluft nach oben geführt wird. Auf den Füllkörpern entwickelt sich ein Bewuchs mit Mikroorganismen, der dem Abbau der Schadstoffe dient. Die Reinigungsleistung einer solchen Anlage ist relativ begrenzt, da für die Mikroorganismen als Lebensraum nur die Oberfläche der Füllkörper zur Verfügung steht. Ausserdem neigen solche Anlagen bei schwankenden Betriebsbedingungen zu Verstopfungen und sind daher schwer zu handhaben.
Bei anderen bekannten Anlagen wird die Abluft durch Waschwasser gereinigt, das eine sehr geringe Konzentration an Biomasse aufweist. Im Anschluss daran wird das Waschwasser in einem Bioreaktor regeneriert, wobei eine Trennung von Reinwasser durch Sedimentation erfolgt. Aufgrund des notwendigen Sedimentationsschrittes ist die mögliche Konzentration der Biomasse im Waschwasser nach oben hin begrenzt, so dass auch der Leistungsfähigkeit solcher Anlagen relativ enge Grenzen gesetzt sind.
Die DE 41 09 732 A und die DE 41 25 471 A zeigen Verfahren zur Reinigung von Abluft, bei denen die Waschflüssigkeit ein Lösungsmittel enthält. Dabei ist ein Membranfilter vorgesehen, um das Abwasser von der Biomasse zu reinigen bzw. das Lösungsmittel rückzugewinnen. Durch diese Verfahren wird die Biomassekonzentration des Waschwassers nicht direkt beeinflusst. Eine entsprechende Reinigungswirkung kann bei solchen Verfahren nur durch entsprechende Lösungsmittel erzielt werden, deren Einsatz aus vielerlei Gründen problematisch ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Leistungsfähigkeit von Reinigungsanlagen wesentlich zu steigern, ohne Lösungsmittel oder dgl. einsetzen zu müssen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das aus dem Bioreaktor austretende Waschwasser in einem Membranfilter aufkonzentriert wird und wieder dem Wäscher zugeführt wird, wobei vorzugsweise ein regelbarer Teilstrom des Konzentrats in den Bioreaktor rückgeführt wird. Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass eine hohe Biomassekonzentration im Wäscher sich äusserst positiv auf die Leistungsfähigkeit der Anlage auswirkt. Insbesonders bringt dies auch Vorteile bezüglich Oberschussschlamm und Schlammbelastung mit. Die hohe Konzentration an Biomasse kann durch die Verwendung eines Membranfilters erreicht werden, da ein solcher Membranfilter eine grosse Trennschärfe aufweist, d. h. es geht dem Prozess über das notwendigerweise ausgeschleuste Ktarwasser keine Biomasse verloren.
Weiters ist der Membranfilter auch bei hohen Konzentrationen an Biomasse im Waschwasser voll funktionsfähig, sodass auch hier keine Einschränkungen gegeben sind. Es ist notwendig, laufend Klarwasser aus dem Prozess auszuscheiden, da einerseits der Feuchtigkeitsgehalt von Zuluft und Abluft unterschiedlich sein kann, und
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die Membran etwa gleich dem Druck ist, der für die Düsen benötigt wird, ermöglicht dies eine optimale Auslegung der Anlage. Ausserdem ist in diesem Fall das Regelverhalten der Anlage ist besonders günstig.
Es ist auch möglich, dass das aus dem Bioreaktor austretende Waschwasser nach einer Förderpumpe in zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom über den Membranfilter in den Bioreaktor rückgeführt wird, während der andere Teilstrom zum Wäscher geführt wird. Die geeignete Lösung ist je nach Abwassermenge und Waschwasserbedarf auszuwählen.
Es ist bevorzugt, wenn die Konzentration an Biomasse im Waschwasser, das in den Wäscher eingeführt wird, grösser als 3 mg/l und vorzugsweise grösser als 8 mgli gewählt wird.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Reinigung von Abluft, mit einem Wäscher in dem die Abluft durch einen Nebel aus Waschwasser strömen kann, einem Bioreaktor zur Regeneration des Waschwassers und mit einer Umwälzpumpe zur Förderung des Waschwassers. Erfindungsgemäss ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass ein Membranfilter vorgesehen ist, um
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Klarwasser ausschleusen zu können. Die Leistung der Umwälzpumpe kann optimal ausgenützt werden, wenn das aus dem Membranfilter austretende Waschwasser in den Bioreaktor rückgeführt wird. Man kann davon ausgehen, dass der Druckverlust für den Querstrom am Membranfilter sehr gering ist. Die Druckhaltung für die Filtration durch die Membran kann durch die Waschdüsen erfolgen.
Zur Druckregelung kann zwischen Membran und Düsen eine regelbare Drossel eingebaut sein. Der Druckverlust bei der Druckhaltung wird daher zum Versprühen an der Düse genutzt.
Im Hinblick auf die hohe Konzentration an Biomasse im Waschwasser handelt es sich bei den Düsen zum Einbringen des Waschwassers in den Wäscher um relativ kritische Bauteile. Besonders bewährt haben sich zu diesem Zweck Mehrstoffdüsen und Tangentialhohlkegeldüsen oder Venturidüse.
Zur Minimierung der Gefahr von Verstopfungen sollte der Wäscher weitgehend frei von Einbauten sein.
Dies bedeutet, dass in dem Wäscher keine Füllkörper, Packungen oder Böden verwendet werden müssen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird als Bioreaktor ein Airliftreaktor oder Hubstrahlreaktor eingesetzt. Bei einem Airliftreaktor bzw. Hubstrahlreaktor wird durch Einblasen von Luft eine Umwälzströmung erzeugt, die eine heftige Turbulenz aufweist. Auf diese Weise kann auch bei hohen Konzentrationen an Biomasse eine unerwünschte Sedimentation verhindert werden, und es wird eine hohe Aktivität der Mikroorganismen durch den intensiven Sauerstoffeintrag erreicht.
In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Figuren zeigen schematisch in Fig. 1 den Aufbau einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung, die Fig. 2 den Aufbau einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung und die Fig. 3 eine Variante des Wäschers.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht grundsätzlich aus einem Wäscher 1, einem Bioreaktor 2, einer Umwälzpumpe 3 und einem Membranfilter 4. Die zu reinigende Abluft wird in der Ausführungsvariante von Fig. 1 über eine Öffnung 5 im oberen Bereich des Wäschers 1 zugeführt. In einem Venturirohr 6, durch das die Zuluft geführt wird, ist ein Rohr 7 angeordnet, um das Waschwasser zu zerstäuben. Der Innenraum 8 des Wäschers 1 ist frei von Einbauten zur Umlenkung des Waschwassers. Es sind jedoch darin Düsen 9 angeordnet, um weiteres Waschwasser eindüsen zu können. Da das Waschwasser mit einer hohen Fracht an Biomasse beladen ist, sind diese Düsen 9 als Mehrstoffdüsen ausgebildet, die nicht zum Verschmutzen neigen. Alternativ sind auch Vollkegeldüsen oder Tangentialhohlkegeldüsen verwendbar.
Aus dem unteren Bereich des Wäschers 1 wird über ein Rohr 10 die Abluft abgeführt, nachdem die Schadstoffe durch das Waschwasser absorbiert worden sind. In dem Rohr 10 ist ein Tropfenfänger 11 angeordnet, um das Mitreissen von Flüssigkeitströpfchen zu verhindern. Ein Auslaufzyklon 12 des Wäschers 1 mündet in den Bioreaktor 2, der als Airliftreaktor ausgeführt ist. Dem Zyklon sind Leitbleche vorgeschaltet, um eine Drallbildung im Wäscher zu verhindern. Im mittleren Abschnitt des Bioreaktors 2 ist ein Führungsrohr 13 vorgesehen, das oben und unten offen ist. Über Düsen 14 wird Luft in den unteren Abschnitt des Rohres 13 eingeblasen, um innerhalb des Rohres 13 eine gerichtete Aufwärtsbewegung und ausserhalb des Rohres 13 eine Abwärtsbewegung des Reaktorinhaltes zu erreichen.
Durch diese intensive Umwälzung wird ausreichend Sauerstoff eingetragen und eine Sedimentation von Schlamm wirksam verhindert. Ausserdem wird durch die mechanische Beanspruchung der Biomasse eine hohe Umsetzungsrate erreicht, so dass bei einer kompakten Baugrösse eine hohe Leistungsfähigkeit erzielt werden kann. Alternativ kann in dem Bioreaktor die Luft in dem Aussenbereich eingeblasen werden, so dass die Aufwärtsbewegung dort erfolgt und die Abwärtsbewegung in mittleren Bereich stattfindet.
Aus dem Bioreaktor 2 wird das regenerierte Waschwasser durch eine Pumpe 3 abgezogen, und dem Membranfilter 4 zugeführt. Nach dem Membranfilter 4 wird ein Teilstrom des Waschwassers in den Bioreaktor 2 rückgeführt, wobei dieser Teilstrom über ein Ventil 15 regelbar ist. Die Hauptmenge des Waschwassers wird dem Rohr 7 bzw. den Düsen 9 zugeführt. Eine zwischengeschaltete Drossel 18 ernmöglicht eine Regelung des Düsendrucks unabhängig von Druck an der Membran. Das durch die Membran 16 des Membranfilters 4 hindurchtretende Klarwasser wird über eine Leitung 17 abgezogen.
Bei einer Auslegung für eine Abluftmenge von 1500 m3/h wird ein Volumenstrom von etwa 5 m3/h Waschwasser umgewälzt. Davon werden etwa 50 lih als Klarwasser durch die Leitung 17 ausgeschleust. Der Druckabfall über die Membran 16 beträgt etwa 2 bar. In gleicher Weise werden etwa 2 bis 4 bar für eine ausreichende Zerstäubung im Wäscher 1 benötigt. Auf diese Weise sind keine Drosselstellen erforderlich, um unterschiedliche Druckniveaus aneinander anzupassen. Die grundsätzliche Möglichkeit dafür Möglichkeit ist jedoch mit der Drossel 18 gegeben.
Die Ausführungsvariante der Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 lediglich dadurch, dass nach der Umwälzpumpe 3 ein Teilstrom des Waschwassers abgezweigt wird, und durch den Membranfilter 4 zurück in den Bioreaktor geführt wird. Bei dieser Ausführungsvariante ergeben sich im Hinblick auf die Regelung Vorteile, da die ausgeschleuste Menge an Klarwasser in grösserem Umfang unabhängig von dem
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Waschwasserdurchsatz 1St.
In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des Wäschers abgebildet. Bei dieser Ausführungsvariante ist ersichtlich, dass die zu reinigende Abluft über eine Zufuhröffnung 20 zugeführt wird, und von unten nach oben den Wäscher durchströmt. An der Spitze wird die gereinigte Abluft über eine Öffnung 21 abgezogen. Das Waschwasser wird über eine Ringleitung 22 zugeführt, und seitlich über Mehrstoffdüsen in den Wäscher eingebracht. Im oberen Bereich ist ein Tropfenfänger 23 vorgesehen, der das Mitreissen von Flüssigkeitströpfchen verhindert. Unmittelbar unterhalb dieses Wäschers 23 sind Düsen 24 vorgesehen, die mit reinem Wasser versorgt werden. Die Düsen 24 sind teilweise nach oben zum Tropfenfänger hin gerichtet, um zu verhindern, dass dieser durch Biomasse verstopft wird.
Die Ausführungsvariante des Wäschers nach Fig. 3 kann sowohl in dem Schaltschema nach Fig. 1 als auch in dem Schaltschema nach Fig. 2 eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung und den Betrieb einer zuverlässigen und kompakten Anlage zur Reinigung von Abluft.