-
Die
Erfindung betrifft einen Biowäscher
zur Reinigung von Rohgas, mit einer im Kreislauf geführten Waschflüssigkeit,
welche Wasser und Mikroorganismen zum Abbau der aus dem Rohgas abzuscheidenden
Substanzen enthält,
mit einem Eintritt für
das Rohgas, einem Austritt für
das Reingas, und zumindest einer Stoffaustauschzone, in welcher
der Übergang
des Rohgases von der Gasphase in die Flüssigphase erfolgt, mit einer
Einrichtung zur Berieselung der Stoffaustauschzone mit der Waschflüssigkeit, und
einem Becken zum Sammeln der Waschflüssigkeit und zum Beleben der
darin enthaltenen Mikroorganismen.
-
Mit
Hilfe von Biowäschern
können
Rohgase, welche organische Substanzen enthalten, biologisch abgereinigt
werden. Zum Abbau der Schadstoffe bzw. Substanzen dienen Mikroorganismen,
für welche
diese Substanz als Nährstoff
dient. Die Mikroorganismen werden üblicherweise in so genannten Festkörpern immobilisiert.
Durch Verdüsung
von Waschflüssigkeit über den
Füllkörper findet
ein Übergang
der Rohgase von der Gasphase in die Flüssigphase statt. In dieser
Stoffaustauschzone werden die Schadstoffe des Rohgases durch die
Mikroorganismen abgebaut. Die Mikroorganismen sind im Waschwasser
suspendiert und landen infolgedessen im Sammelbecken der Waschflüssigkeit,
wo die enthaltenen Mikroorganismen durch Zugabe von Sauerstoff,
Nährstoffen
und dgl. belebt werden können. Vom
Sammelbecken wird die Waschflüssigkeit
im Kreislauf wieder den Berieselungseinrichtungen zugeführt.
-
Die
DE 41 41 529 C2 beschreibt
ein biologisches Verfahren zur Reinigung von Abluft, welche schwer
wasserlösliche
oder wasserunlösliche
Substanzen enthält.
Dabei wird eine Waschflüssigkeit eingesetzt,
die ein hochsiedendes organisches Öl enthält, welches eine geringe Löslichkeit
im Wasser besitzt, beständig
gegen Oxidation und Hydrolyse ist, und eine hohe Aufnahmefähigkeit
für lipophile
Bestandteile aufweist. Der Biowäscher
enthält
eine Füllkörperschicht,
oberhalb welcher Düsen
zum Versprühen
der Waschflüssigkeit
angeordnet sind. In den Füllkörpern setzen
sich die Mikroorganismen fest und verstopfen sukzessive die Kanäle, über welche die
Waschflüssigkeit
fließen
soll. Da die Waschflüssigkeit
immer den Weg des geringsten Widerstandes wählt, werden die verstopften
Kanäle
auch nicht durch die Waschflüssigkeit
wieder gereinigt. In der Folge ist es erforderlich, den Füllkör per auszuwechseln
oder in aufwändiger
Weise, beispielsweise mit Hilfe von Natronlauge, zu reinigen. Während der
Reinigung oder des Wechsels der Füllkörper steht der Biowäscher nicht
für die
Reinigung der Abgase zur Verfügung.
Die Verstopfungsneigung ist auch der Hauptgrund, dass derartige
Biowäscher
nicht so häufig
zum Einsatz kommen.
-
Weiters
beschreibt beispielsweise die WO 02/28515 A1 eine Anlage zur Reinigung
von Abgasen unter Verwendung von bestimmten Mikroorganismen, welche
im thermophilen Temperaturbereich von 45°C bis 75°C ihr Wachstumsmaximum aufweisen.
Zur Immobilisierung der Mikroorganismen sind in der Stoffaustauschzone
Einbauten vorgesehen, über
deren Beschaffenheit keine näheren
Angaben gemacht werden.
-
Schließlich zeigt
die
DE 36 35 934 A1 ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Reinigung von Rohgas, wobei das Rohgas
mit einer Waschflüssigkeit,
welche mit Mikroorganismen angereichert ist, in einem einbautenlosen
Sprühturm
besprüht
wird. Zur Senkung der Emissionswerte wird das mit Waschflüssigkeit
besprühte
Rohgas durch ein elektrisches Hochspannungsfeld geleitet.
-
Für die Reinigung
von Rohgasen mit schwer wasserlöslichen
oder wasserunlöslichen
Substanzen werden üblicherweise
Waschflüssigkeiten
verwendet, welche Öle
oder Öl-artige
Stoffe als Lösemittel enthalten.
Ein Austritt dieser Öl-artigen
Stoffe aus dem Biowäscher
ist zur Vermeidung einer Gefährdung
der Umwelt unbedingt zu verhindern. Darüber hinaus verschärfen derartige
Lösemittel
aufgrund der höheren
Viskosität
und Klebrigkeit des Öl-Biomasseschlamms
die Problematik des Verstopfens der Füllkörper.
-
Herkömmliche
Biowäscher
weisen zudem insbesondere bei Rohgasen mit hydrophoben Substanzen
schlechte Abscheidegrade auf.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung
eines oben genannten Biowäschers,
mit dem ein möglichst
hoher Abscheidegrad erzielt werden kann und möglichst wenig Lösevermittler
notwendig sind. Weiter soll der Biowäscher möglichst große Wartungsintervalle aufweisen und
möglichst
einfach und kostengünstig
aufgebaut sein. Nachteile herkömmlicher Biowäscher sollen vermieden
oder zumindest reduziert werden.
-
Gelöst wird
die erfindungsgemäße Aufgabe durch
einen oben genannten Biowäscher,
bei dem in zumindest einer Stoffaustauschzone zumindest ein Paket
aus mehreren, im Wesentlichen vertikal nebeneinander angeordneten
Rohren, und über
zumindest einem Paket eine Abreinigungseinrichtung zur Abreinigung
der Rohre angeordnet ist. Durch die Verwendung derartiger Rohrpakete
anstelle herkömmlicher
Füllkörper zusammen
mit der Abreinigungseinrichtung kann das Problem der Verstopfung
wirkungsvoll verhindert werden. Darüber hinaus sind derartige Rohrpakete
relativ kostengünstig
und einfach herstellbar. Durch die im Wesentlichen vertikale Anordnung
der Rohre kann die Waschflüssigkeit nicht
quer verteilt werden, weshalb allfällige Verstopfungen in den
Rohren durch die Waschflüssigkeit leicht
behoben werden können.
Durch die verringerte Verstopfungsgefahr können auch Zusätze oder
Lösemittel,
wie z.B. Öl-artige
Stoffe, der Waschflüssigkeit zugesetzt
werden, wodurch die Abscheideraten insbesondere für schlecht
wasserlösliche
Substanzen erhöht
werden können.
Somit kann eine effiziente Abreinigung von Rohgasen, welche schwer
wasserlösliche
oder wasserunlösliche
und wasserlösliche Substanzen
enthalten, erzielt werden.
-
Die
Rohre können
runden, eckigen, insbesondere quadratischen, oder sechseckigen,
aber auch dreieckigen oder mehreckigen Querschnitt aufweisen. Beim
sechseckigen Querschnitt resultiert eine wabenförmige Struktur mit einer besonders
großen
Oberfläche,
an der der Übergang
des Rohgases von der Gasphase in die Flüssigphase stattfindet.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Rohre im Wesentlichen zick-zack-förmigen Verlauf
auf.
-
Um
die Abscheidewirkung weiter zu erhöhen, sind vorzugsweise mehrere
Pakete übereinander
angeordnet.
-
Weitere
Verbesserung der Abreinigung wird dadurch erzielt, dass die Abreinigungseinrichtung
zur Abreinigung der Rohre mit Spüldichten über 100 m3/m2h ausgebildet
ist.
-
Vorzugsweise
wird die Abreinigungseinrichtung durch einen so genannten Drehsprenger
gebildet, bei dem ein relativ schmaler Wasserstrahl gebildet und
dieser langsam durch Verdrehen einer Achse mit zumindest einer Düse über sämtliche
Rohre eines Pakets bewegt wird. Der Wasserstrahl verteilt sich auf
lediglich zwei bis drei Rohre und wird durch Drehung der Düse über das
gesamte Paket verteilt. Durch eine derartige Abreinigungseinrichtung
können
hohe Spüldichten
bei relativ geringen Wassermengen erzielt werden. Alternativ zu
einem Drehsprenger kann die Düse
auch durch Verschieben über
die Rohre eines Pakets bewegt werden.
-
Zur
Erzielung der langsamen Drehung eines Drehsprengers ist dieser vorzugsweise
mit einem Antrieb verbunden, da nur bei fremdangetriebenen Drehsprengern
die geringen Drehgeschwindigkeiten erzielbar sind.
-
Vorteilhafterweise
ist bei der oben beschriebenen Konstruktion des Biowäschers der
Rohgaseintritt unterhalb und der Reingasaustritt oberhalb der zumindest
einen Stoffaustauschzone mit dem zumindest einen Paket an Rohren
angeordnet und werden die Rohre vom Rohgas im Gegenstromprinzip
durchströmt.
Bei dieser Durchströmung
ist die Abreinigungswirkung am besten.
-
Alternativ
dazu kann der Rohgaseintritt auch oberhalb und der Reingasaustritt
unterhalb der zumindest einen Stoffaustauschzone mit dem zumindest
einen Paket an Rohren angeordnet sein und können die Rohre vom Rohgas im
Gleichstromprinzip durchströmt
werden.
-
Zusätzlich kann
eine Stoffaustauschzone durch einen Sprühturm gebildet sein. In diesem Sprühturm, der
frei von Einbauten und Füllkörpern ist,
findet der Übergang
der Rohgase von der Gasphase in die Flüssigphase statt, ohne dass
die Gefahr eines Verstopfens von Füllkörpern besteht. Gerade bei der
Reinigung von schwer wasserlösliche oder
wasserunlösliche
Substanzen enthaltenden Rohgasen mit Waschflüssigkeiten, welche Öl oder Ölartige
Stoffe enthalten, kann dadurch ein sicherer Betrieb und eine hohe
Abscheiderate erzielt werden. Derartige Biowäscher eignen sich beispielsweise
zur Reinigung von Rohgasen, wie sie in der Holzwerkstoff-Industrie
anfallen. Je nach Holzart und Produktionsprozess enthalten die Rohgase
einen größeren Anteil
Harze, Terpene, Wachse oder Öle.
Diese Kohlenwasserstoff-Verbindungen
können
mit herkömmlichen
Biowäschern
schlecht abgeschieden werden, da sie praktisch nicht wasserlöslich sind.
Eine derartige Stufe eines Biowäschers
wird in der Praxis am besten dann eingesetzt, wenn nur geringe Abscheidegrade
von ca. 50 bis 80% gefordert sind. Für eine kompakte Bauweise werden
derartige Biowäscher mit
geringen Verweilzeiten von 1 bis 5 Sekunden eingesetzt. Für einen
effizienten Stoffaustausch ist lediglich eine feine Verdüsung der
Waschflüssigkeit
im Sprühturm
erforderlich. Feine Tropfen werden vorzugsweise durch Düsen erzeugt,
welche so ausgebildet sind, dass sie bei den stark feststoffhaltigen Waschflüssigkeiten
nicht rasch verstopfen.
-
Vorteilhafterweise
sind im Sprühturm
mehrere Berieselungeinrichtungen mit Düsen zur Verdüsung der
Waschflüssigkeit
angeordnet. Die Berieselungseinrichtungen können sowohl in horizontaler
als auch vertikaler Richtung verteilt im Sprühturm angeordnet werden. Durch
Anordnung der Düsen
in mehreren Ebenen können über die
gesamte Höhe
des Biowäschers
feine Tropfen gebildet werden. Dies ist deshalb notwendig, weil
die feinen Tropfen agglomerieren und sich somit das Tropfenspektrum
zu größeren Durchmessern
verschieben würde.
Als Düsen kommen
insbesondere Tangential-Hohlkegel-Düsen zur
Anwendung, welche besonders feine Tropfen erzeugen und somit einen
effizienten Übergang
der Rohgase von der Gasphase in die Flüssigphase bewirken. Derartige
Hohlkegel-Düsen können einen
minimalen Querschnitt von ca. 5 bis 15, insbesondere 10 mm aufweisen.
Dadurch wird eine feine Zerstäubung
bei gleichzeitig geringer Verstopfungsanfälligkeit erzielt.
-
Bei
Verwendung einer derartigen Stufe eines Biowäschers mit zumindest einer
als Sprühturm
ausgebildeten Stoffaustauschzone ist der Rohgaseintritt vorteilhafterweise
oberhalb und der Reingasaustritt unterhalb der Stoffaustauschzone
angeordnet und wird die Stoffaustauschzone vom Rohgas im Gleichstromprinzip
durchströmt.
-
Zur
Entfeuchtung der Reingase vor deren Austritt in die Atmosphäre kann
vor dem Reingasaustritt ein Tropfenabscheider ange ordnet sein.
-
Um
eine Belebung der im Sammelbecken enthaltenen Mikroorganismen zu
erzielen, ist vorteilhafterweise eine Belüftungseinrichtung angeordnet, über welche
Luft bzw. Sauerstoff in das Sammelbecken eingeblasen wird.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung sind Leitungen zur Zuführung von
Nährstoffen vorgesehen.
Insbesondere können
den Mikroorganismen Stickstoff und Phosphor als Nährstoffe
zugesetzt und dadurch das Wachstum verbessert werden.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung enthält die Waschflüssigkeit
Lösemittel
zur Lösung
apolarer und organischer Substanzen. Prinzipiell eignen sich alle
apolaren Lösemittel,
welche biologisch nicht oder langsam abgebaut werden und nicht toxisch
für die
verwendeten Mikroorganismen sind. Üblicherweise besteht die Waschflüssigkeit
aus 70 bis 100% Wasser und 0 bis 30% derartiger Lösemittel.
Der Anteil an Lösemittel
hängt vom
gewünschten Abscheidegrad
für die
apolaren Substanzen ab. Um die Verdampfungsverluste gering zu halten
weist das Lösemittel
vorzugsweise geringen Dampfdruck auf.
-
Silikonöl als Lösemittel
eignet sich besonders zur Reinigung von Rohgasen mit wasserunlöslichen
oder schwer wasserlöslichen
Substanzen.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung enthält die Waschflüssigkeit
thermophile Mikroorganismen, welche im thermophilen Temperaturbereich
von 45°C
bis 75°C
ihr Wachstumsmaximum aufweisen.
-
Ebenso
ist die Verwendung mesophiler Mikroorganismen, welche im mesophilen
Temperaturbereich von etwa 25 bis 45°C ihr Wachstumsmaximum aufweisen,
möglich.
-
Die
vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen nähert erläutert. Darin
zeigen: 1 eine schematische Ansicht
eines Biowäschers
mit Einbauten in geschnittener Darstellung; 2a bis 2c verschiedene
Ausführungsformen von
Paketen von Rohren in der Ansicht von oben; 2d bis 2g Anordnungen
von Rohrpaketen in perspektivischer Ansicht, 3a und 3b verschiedene
Detailansichten einer Auführungsform
einer Abreinigungseinrichtung des Biowäschers; und 4 eine
schematische Ansicht einer Stufe eines Biowäschers mit einer als Sprühturm ausgebildeten Stoffaustauschzone
in geschnittener Darstellung.
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
eines Biowäschers 1 der
gegenständlichen
Art in schematischer, geschnittener Darstellung. Der Biowäscher 1 weist
einen im Wesentlichen Turm-förmigen
Aufbau auf mit einem Eintritt 9 für das Rohgas A, in welchem die
zu reinigenden Substanzen enthalten sind. Über einen Reingasaustritt 10 wird
das von den Substanzen gereinigte Reingas B in die Atmosphäre oder
zu weiteren Filterstufen geleitet. Das Rohgas A durchströmt zumindest
eine Stoffaustauschzone S, in welcher der Übergang des Rohgases A von
der Gasphase in die Flüssigphase
erfolgt. Eine Einrichtung 4 berieselt die Stoffaustauschzone
S mit Waschflüssigkeit,
welche Wasser und Mikroorganismen zum Abbau der Substanzen enthält. Die
Waschflüssigkeit wird
in einem Becken 8 gesammelt und danach wieder der Berieselungseinrichtung 4 mit
entsprechenden Pumpen (nicht dargestellt) zugeführt. Im Sammelbecken 8 werden
die in der Waschflüssigkeit
enthaltenen Mikroorganismen durch Belüftungseinrichtungen 6 und
allfällige
Rühreinrichtungen 7 belebt. Die
Belüftungseinrichtung 6 und
die Rühreinrichtungen 7 dienen
auch dazu, allfällige
Substanzen in der Waschflüssigkeit
zu dispergieren. Zusätzlich
kann der so genannte Belebtschlamm im Sammelbecken 8 auf
einer entsprechenden Temperatur gehalten werden, bei der die verwendeten
Mikroorganismen ihr Wachstumsmaximum aufweisen. Schließlich können dem
Belebtschlamm im Sammelbecken 8 noch Nährstoffe, wie zum Beispiel
Stickstoff und Phosphor, zugeführt
werden. Dies kann über
entsprechende Leitungen (nicht dargestellt) erfolgen. In zumindest einer
Stoffaustauschzone S ist zumindest ein Paket 2 aus mehreren
im Wesentlichen vertikal nebeneinander angeordneten Rohren 11 angeordnet.
Durch die Rohre 11 des Pakets 2 wird die Oberfläche in der Stoffaustauschzone
S, in welcher der Übergang
des Rohgases A von der Gasphase in die Flüssigphase erfolgt, vergrößert. Durch
die im Wesentlichen vertikale Anordnung der Rohre 11 wird
eine Verstopfung des Pakets 2 verhindert bzw. erschwert.
Bevor das Reingas B über
den Reingasaustritt 10 in die Atmosphäre oder zu weiteren Filterstufen
gelangt, kann ein Tropfenabscheider 5 zur Abscheidung feiner
Tröpfchen
im Reingas B angeordnet sein.
-
Die 2a bis 2c zeigen
drei verschiedene Varianten erfindungsgemäßer Pakete 2, bestehend
aus mehreren im Wesentlichen vertikal angeordneten Rohren 11 mit
rundem (2a), eckigem, insbesondere quadratischem
(2b) oder sechseckigem (2c) Querschnitt.
Durch die im Wesentlichen vertikale Anordnung der Rohre 11 werden
allfällige
Verstopfungen durch die Waschflüssigkeit
behoben. Durch die vertikale Anordnung der Rohre 11 findet
keine Querverteilung der Waschflüssigkeit
statt und es wird eine maximale Spülwirkung erzielt. Die Rohre 11 werden
in Paketen 2 angeordnet, von welchen mehrere übereinander
gestapelt werden können.
-
2d bis 2g zeigen
verschiedene Anordnungen von Paketen 2 aus mehreren im
Wesentlichen vertikalen nebeneinander angeordneten Rohren 11.
Bei der Variante gemäß 2e sind
die Rohre 11 der übereinander
angeordneten Pakete 2 zick-zack-förmig verlaufend angeordnet.
-
Zur
Abreinigung ist über
zumindest einem Paket 2 eine Abreinigungseinrichtung 3 zur
Berieselung der Rohre 11 des Pakets 2 mit Waschflüssigkeit, vorzugsweise
mit besonders hohen Spüldichten,
angeordnet. Die hohen Spüldichten
bei gleichzeitig geringem Waschflüssigkeitsverbrauch werden insbesondere
durch einen so genannten Drehsprenger 12 erzielt, der in
den Detailansichten gemäß 3a und 3b dargestellt
ist. Durch diesen Drehsprenger 12 mit Düsen 13 wird ein sehr
schmaler Strahl der Waschflüssigkeit
erzielt, der beispielsweise über
einige wenige Rohre 11 des Pakets 2 reicht. Dadurch können beispielsweise
Spüldichten
von über
100 m3/m2h erzielt
werden. Die Drehsprenger 12 drehen sich besonders langsam,
beispielsweise mit 0,5 U/h. Zu diesem Zweck sind die Achsen des
Drehsprengers 12, an dem die Düsen 13 angeordnet
sind, vorzugsweise mit einem eigenen Antrieb (nicht dargestellt)
verbunden. Die über
der Abreinigungseinrichtung 3 angeordnete, bereits erwähnte Berieselungseinrichtung 4 dient
zur gleichmäßigen Verteilung
der Waschflüssigkeit
auf die Oberfläche
der Pakete 2. Die Berieselungsdichten liegen in Bereichen
von beispielsweise 5 bis 50 m3/m2h, insbesondere 10 bis 20 m3/m2h.
-
4 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild einer Stufe eines Biowäschers 1,
bei dem die Stoffaustauschzone S durch einen Sprühturm 16 gebildet
ist. In der als Sprühturm 16 ausgebildeten Stoffaustauschzone
S erfolgt der Übergang
des Rohgases A von der Gasphase in die Flüssigphase durch feine Verdüsung der
Waschflüssigkeit.
Diese feine Verdüsung
erfolgt in mehreren im Sprühturm 16 angeordneten
Einrichtungen 14 zur Berieselung der Stoffaustauschzone
S mit der Waschflüssigkeit.
Der Sprühturm 16 ist
völlig
frei von Einbauten, wodurch die Verstopfungsgefahr gebannt werden
kann. Um das erforderliche Volumen für einen effizienten Stoffaustausch
zu erzielen, ist der Sprühturm 16 meist
mit verbreitertem Querschnitt ausgebildet. An den Sprühturm 16 kann
eine Verengung in Form eines Venturis 15 angeordnet sein.
Im dargestellten Beispiel befindet sich der Eintritt 9 für das Rohgas
A oberhalb der Stoffaustauschzone S und der Austritt 10 für das Reingas
B unterhalb der Stoffaustauschzone S, wodurch die Stoffaustauschzone
S vom Rohgas A im Gleichstromprinzip durchströmt wird. Üblicherweise werden die Ausführungen
der Biowäscher gemäß den 1 und 4 kombiniert
und mehrere Stufen mit oder ohne Pakete 2 mit mehreren
Rohren 11 zur Reinigung der Rohgase A verwendet. Biowäscher gemäß 4 werden
insbesondere dann eingesetzt, wenn geringere Abscheidegrade gefordert sind.
Für höhere Abscheidegrade
werden Biowäscher
gemäß 1 eingesetzt,
wobei eine Vorreinigung mit einem Biowäscher gemäß 4 vorgenommen
werden kann.
-
Der
beschriebene Biowäscher 1 ermöglicht eine
effiziente Abreinigung von Rohgasen, welche wasserunlösliche oder
schwer wasserlösliche
Substanzen enthalten ohne die Gefahr einer Verstopfung von Füllkörpern. Dadurch
ist eine besonders effiziente Abreinigung von Rohgasen möglich.