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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abluft durch Behandeln mit einer wässe- rigen Mikroorganismensuspension.
Derartige Verfahren sind im Prinzip bekannt, jedoch sind sie häufig mit technischen Nachteilen verbunden, insbesondere einerseits mit hohem Stoffaustauschflächenbedarf, wobei Behälterein- bauten stets zum Verkrusten neigen, und anderseits erfordern sie das parallele Vorhandensein biologischer Abwasserkläranlagen.
Die DEG 9304082U1 betrifft einen festen Biofilter zur Reinigung von Luft mit vorgeschalteter Luftbefeuchterkammer.
Ebenso betrifft die DE 9203062U1 biologischen Abluftwäscher mit einem festen Biofilter, dies- mal mit Wasserberieselung von oben und Wasserbespritzung von unten.
In ähnlicher Weise betrifft die DE 4341467 A1 ein Verfahren zur biologischen Abgas/Abluft- reinigung mit einem festen Biofilter aus Braun- und Steinkohle.
Auch die DE 4307672 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Bioreaktion von Gasstrom und Biomasse mit einem Biomassefilter in Form eines Biomassebetts.
Endlich betrifft die DE-A 3900727 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Ab- wasser oder Abgasen, bei dem der für die biologische Reinigung durch Mikroorganismen nötige Sauerstoff in eine in einem Tank befindliche gerührte Flüssigkeit unter deren Oberfläche eingedüst wird, in der sich die Mikroorganismen vorzugsweise zusammen mit einem feinteiligen Adsorpti- onsmittel (insbesondere Aktivkohle) befinden. Diese Flüssigkeit wird dann einem eigentlichen Gaswäscher aufgegeben, der ein geordnetes Festbett enthält.
Demgegenüber zielt die Erfindung insbesondere darauf ab, ein Verfahren zu schaffen, das vom Vorhandensein einer biologischen Abwasserkläranlage unabhängig ist und sieht das Hochfahren einer eigenen Mikroorganismensuspension (z.B Hefesuspension) vor, die mit Abwasser nicht in Berührung kommt. Weiters ist erfindungsgemäss ein einbautenloses System vorgesehen, das im wesentlichen aus zwei Becken besteht, nämlich einem Denitrifikationsbecken und einem damit kommunizierenden Nachklärbecken.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft zuerst durch mindestens eine, vorzugsweise teilweise zur Oberfläche eines biologischen Denitrifikations- beckens gerichtete, Sprühzone von Flüssigkeit aus dem Denitrifikationsbecken und anschliessend durch mindestens eine, vorzugsweise gleich gerichtete, Sprühzone aus Klarflüssigkeit aus einem mit dem Denitrifikationsbecken kommunizierenden Nachklärbecken hindurchgeführt wird.
Dabei ist bevorzugt, dass Absetzschlamm aus dem Nachklärbecken in das Denitrifikations- becken rückgeführt wird, sowie weiterhin, dass Sprühflüssigkeit und Beckenflüssigkeit im Kreislauf geführt werden.
Vorteilhaft wird ein Teil des aus dem Denitrifikationsbecken entnommenen Volumens versprüht und der andere dem Nachklärbecken aufgegeben.
Zum Verständnis des Verfahrens sei darauf hingewiesen, dass dabei die chemischen Reaktio- nen in Analogie zur biologischen Abwasserreinigung stattfinden. Z. B. ist ein Denitrifikationsbecken ein Behälter, in dem eine Mikroorganismensuspension ohne Sauerstoffzufuhr Nitrit- und Nitrat- stickstoff in N2 umwandelt und aus abbaubarem organischen Kohlenstoff CO2 bildet. Diese Gase reichern sich in der Flüssigkeit im Denitrifikationsbecken an und werden beim biologischen Abwas- serreinigen z. B. mit Luft ausgeblasen Beim erfindungsgemässen Verfahren erfolgt dies in der ersten Sprühzone, wobei der Sauerstoffgehalt der Abluft organische Verbindungen zum Teil auf- spaltet.
Die Spaltprodukte werden aus dem Abgas herausgewaschen und die sauerstoffgesättigte Abluft wird in der zweiten Sprühzone mit Klarflüssigkeit aus dem Nachklärbecken weitergewa- schen, wobei in der zweiten Sprühzone Nitrifikationsbedingungen herrschen, also aus Stickstoff- verbindungen durch Oxydation Nitrate und Nitrite gebildet werden. Für die anschliessende Denitrifi- kation ist vollständige Nitrifikation wesentlich
Die Flussigphase aus den beiden Spruhzonen gelangt ins Denitrifikationsbecken, wo kein Sauerstoff mehr zugeführt wird und Denitrifikation erfolgt.
Ein Teil des Ablaufvolumens aus dem Denitrifikationsbecken geht in die erste Sprühzone und kommt anschliessend direkt zurück, ein anderer Teil geht ins Nachklärbecken, von wo Klarflüssigkeit zuerst in die zweite Sprühzone geht und dann über die erste Sprühzone ins Denitrifikationsbecken zurück. Überschussschlamm aus dem Nachklärbecken, also der Schlamm, der nicht als C-Quelle ins Denitrifikationsbecken zurück- geht, kann als Bioschlamm entsorgt werden, falls keine hohe Schwermetallbelastung vorliegt -
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ansonsten ist es üblich, den Schlamm zu verbrennen und die Rückstände aufzuarbeiten.
Gemäss der Erfindung werden somit biologisch abbaubare Schadstoffe in einer sauerstoffhälti- gen Abluft auf mindestens zwei Ebenen mit verschieden konzentrierten wässerigen Mikroorganis- mensuspensionen in Kontakt gebracht, die aus einem eigenen geschlossenen Kreislauf entstam- men. Diese Schadstoffe sind aromatische und auch zyklische leicht bis mittel abbaubare Kohlen- wasserstoffe und basische Stickverbindungen.
Dieses Verfahren ist insbesondere dort einzusetzen, wo keine H2S Emission vorhanden ist.
Zum Beispiel: Abluft von Zuckerfabriken, Tierkörperbeseitigungsanstalten, Kunstharzerzeu- gung, Kläranlagenabluft, Lösungsmitteldämpfe, Kompositierungsanlagen usw., wobei die Abluft aromatische und auch zyklische, leicht bis mittelschwer abbaubare Kohlenwasserstoffe und basi- sche Stickstoffverbindungen enthalten kann.
Zum Betrieb des erfindungsgemässen Verfahrens wird eingangs eine Biosuspension mit Hefe und Spurenelementen hochgefahren, wobei die Zusammensetzung des Rohwassers zu beachten ist. Der bekannte Einsatz von "Biologie" einer Kläranlage wäre auch möglich, wird aber erfindungs- gemäss vermieden.
Folgende Parameter definieren die Leistung der "Biologie": - Qualität und Menge der abbaubaren Stoffe - Temperatur - pH - Leitfähigkeit - NH3 - N02 - N03 - CSB - BSBs - org. N - P - Trockengehalt - Schlammgehalt
Aus der Abwasserchemie und-biochemie ist bekannt, wie diese Parameter einander beeinflus- sen und daher aufeinander abzustimmen sind.
Z. B. ist ein solcher Abstimmparameter das Kohlenstoff : Stickstoffverhältnis im Rohgas. Es soll- te (BSB5 > 3N) nicht überschreiten. Beim Überschuss von biologisch abbaubaren auswaschbaren Stickstoffverbindungen ist eine stärkere Auslegung der Nitrifikation erforderlich, was wiederum eine externe C Quelle für die Denitrifikation erfordert. Im umgekehrten Fall ist NH3 Lösung bei der Zweitbedüsung kontinuierlich zuzufügen. Ebenfalls ist auch der Schlamm zur Erstbedüsung einzu- setzen, um den Sauerstoff der Abluft bereits auszunützen. Für 1 m3 Abluft werden 3-10 I Wasch- flüssigkeit verdüst, bei mehreren Ebenen entsprechend mehr. Durch den schnellen Phasenaus- tausch in der Erstbedüsung findet eine schnelle Entgasung der Biosuspension statt.
Die Verweilzeit im Denitrifikationsbecken sollte zwischen 10 und 30 min betragen, im Nachklärbecken werden üblicherweise mindestens 30 min benötigt, um Klarflüssigkeit zu erzielen.
Zum Anfahren der Anlage werden pro m3 "Biologie" 1-2 kg Bierhefe hinzugefügt und anschlie- #end die Spurenelemente beigefügt.
Empfohlene Kationen und Anionen in der Biosuspension.
Kationen Anionen Ca2+ 100 - 300 mg/1 an HCO3- 60 - 80% Mg2+ 100 - 200 mg/l Bindung der Kationen
K+ 20 -100 mg/l SO42+ 100 - 300 mg/l
Na+ 100 - 300 mg/1 Cl-20- 100 mg/l
Fe3+ 2 - 5 mg/l P04 50 - 80 mg/1
Mn2 20 - 50 mg/l B4O72- 20 - 40 mg/l Zn2+ 5 - 10 mg/l Cu2+ 2 mg/l Co2+ 0,2 mg/l
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Die wässerige Biosuspension kann auch einige Wochen in Ruhestellung verharren, solange eine leichte Strömung in den Becken vorhanden ist, sodass keine Faulung eintritt.
Die Temperatur liegt für die Zweitbedüsung im Idealfall bei 37 C. Da die Denitrifikation vorge- schaltet ist, ist diese Temperatur bei manchen Prozessen vor allem im Sommer leichter zu er- zielen.
In einer simulierten Abluft von Schadstoffen mit Luft wurde die Nitrifikationsrate von über 160 mg NO2 pro Liter erreicht. Ebenfalls wurde bei der Denitrifikation mehr als 100 mg N02 Verrin- gerung bei der Denitrifikation mit Äthanol erzielt. Die Temperatur lag in beiden Fällen bei 36 - 38 Die Anlage ist so zu betreiben, dass die NH4 und NO2 Konzentrationen die 100 mg/1 Grenze nicht überschreiten.
Bei hohen Nitrit/Nitratkonzentration(en) kommt es im Nachklärbecken zur Blähschlammbildung.
Bei hohen NH4-Werten in der wässerigen Biosuspension wird der Wirkungsgrad für das Ausfiltern der basischen Stickverbindungen verringert.
Der pH Wert der Anlage liegt im Normalfall zwischen 7,4 - 7,7. PH 7,7 ist für das Ende der Denitrifikation, die Ausgasung, die Anspeisung für das Nachklärbecken und die Erstbedüsung bevorzugt.
Ab einer gewissen Grösse an Abluftvolumen ist es angebracht, mehrere einzelne Batterien an Filtertürmen in parallel gekoppelten Kreislauf zu betreiben. Bei hohen Konzentrationen der Schad- stoffe sind mehrere Besprühungsebenen zu installieren. Aerosole werden z. B. nach einem Zyklon- abscheider mit einem Nassabscheider entfernt. Das Ankoppeln von Ventilatoren nach einem Zyklonabscheider der Bio-Anlage hat den Vorteil, dass die Laufräder weniger verschmutzen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt.
Diese Vorrichtung ist ein Gasreaktionswäscher, der nach dem Sprühzonenverfahren arbeitet und in seinem Unterteil gemäss einem Denitrifikationsbecken ausgebildet ist. Dieser Gasreaktions- wäscher 1 weist einen üblicherweise geschlossenen Bodenauslass 2 auf, der Konzentrat an ein Nachklärbecken 3 mit Bodenschlammaustrag 4 abgibt. Zwischen Bodenschlammaustrag 4 und Gasreaktionswäscher 1 ist eine Schlammrückführleitung 5 mit Schlammpumpe 6 vorgesehen, die Schlamm in die Denitrifikationszone unterhalb deren Flüssigkeitspegel 7 rückfördert. Der Pfeil zwischen Bodenschlammaustrag 4 und der Schlammpumpe 6 deutet die Überschussschlamment- nahme an.
Oberhalb des Flüssigkeitspegels 7 weist der Reaktionswäscher 1 einen Düsenring 8 zum Ein- blasen von Abluft und darüber einen Düsenring 9 zur Erzeugung einer Sprühzone aus denitrifizier- ter Flüssigkeit auf, die über einen Seitenablauf 10 des Behälters 1 und eine Flüssigkeitspumpe 11 dem Düsenring 9 zugeführt wird.
Oberhalb des Düsenrings 9 ist ein weiterer Düsenring 12 am Behälter 1 vorgesehen, der zur Erzeugung einer Sprühzone aus Klarflüssigkeit aus dem Nachklärbecken 3 dient, die über einen Seitenablauf 13 des Nachklärbeckens 3 und eine Flüssigkeitspumpe 14 dem Düsenring 12 zuge- führt wird.
Oberhalb des Düsenrings 12 befindet sich eine Beruhigungszone 15 und der Reinluftaustrag 16. Zwischen Seitenablauf 10 des Behälters 1 und Flüssigkeitspumpe 11 ist eine Abzweigpumpe
17 vorgesehen, die einen Teil der uber den Seitenablauf 10 aus dem Behälter 1 entnommenen denitrifizierten Flüssigkeit dem Nachklärbecken 3 zuführt. Die Regelung dieses Teilstroms erfolgt u. a. in Abhängigkeit von den Parametern pH, NH3 und NO2.
Die Abluft wird somit zuerst mit denitrifizierter Flüssigkeit aus dem Behälter 1 und dann mit wei- ter nachgeklärter Flüssigkeit aus dem Behälter 3 gewaschen - deren jeweilige Mengen über die Pumpen 11 und 17 abgestimmt werden können (natürlich vorausgesetzt, dass die Behälter 1 und 3 auf entsprechende Kapazität ausgelegt sind).
Die Sprühflussigkeit regnet auf die oder fliesst an der Behälterwand zur Oberfläche der Denitrifi- kationszone - Verdampfungsverluste werden durch Brauchwasser ergänzt. Die Sprühflüssigkeit ist beim Erreichen der Oberflache 7 noch sauerstoffgesättigt, darunter wird kein Sauerstoff mehr zugeführt