DE102011100093B4

DE102011100093B4 - "Verfahren zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen sowie Anlage zu dessen Durchführung"

Info

Publication number: DE102011100093B4
Application number: DE201110100093
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Afotek Anlagen fur Oberflaechentechnik De GmbH
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-04-30
Also published as: DE202011110582U1; DE102011100093A1; FR2974521A1; DE102011100093A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen (2), wobei als Emissionen angefallene, in den Abgasen (2) enthaltene Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas (2) bestimmt und in mindestens einem Reaktionsraum (4) eines Bioreaktors (3) abgebaut werden, in dem auf einem inerten Trägermaterial ein Biofilm mit mindestens einer Art von zum Abbau der organischen Verbindungen geeigneten Mikroorganismen angesiedelt ist, wobei das Trägermaterial und der Biofilm mittels mindestens einer Befeuchtungseinrichtung (5) mit einer wässrigen Behandlungsflüssigkeit (6) befeuchtet werden, welche in einem Fermenter (7) mit den Mikroorganismen sowie mit Nährstoffen (6A, 6B, 6C, 6D) für dieselben versetzt wird, und welche nach einem Durchrieseln des Reaktionsraums (4) in einem Sammelraum (8) gesammelt und von dort einer Rezirkulation zur Befeuchtungseinrichtung (5) zugeführt wird. Zur Erzielung einer hohen Effizienz bei geringem apparativem und technologischem Aufwand wird vorgeschlagen, dass die Behandlungsflüssigkeit (6) bei der Rezirkulation durch den Fermenter (7) geleitet wird, wobei die Nährstoffe (6A, 6B, 6C, 6D) separat entsprechend der chemischen Zusammensetzung und Menge der im Abgas (2) enthaltenen Verbindungen in den Fermenter (7) dosiert werden. Die Erfindung betrifft auch einen Bioreaktor (3) und eine Anlage (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen, wobei als Emissionen angefallene, in den Abgasen enthaltene Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas bestimmt und in mindestens einem Reaktionsraum eines Bioreaktors abgebaut werden, in dem auf einem inerten Trägermaterial ein Biofilm mit mindestens einer Art von zum Abbau der organischen Verbindungen geeigneten Mikroorganismen angesiedelt ist, wobei das inerte Trägermaterial und der Biofilm mittels mindestens einer Befeuchtungseinrichtung mit einer wässrigen Behandlungsflüssigkeit befeuchtet werden, welche in einem Fermenter mit den Mikrorganismen sowie mit Nährstoffen für dieselben versetzt wird, und welche nach einem Durchrieseln des Reaktionsraums in einem Sammelraum gesammelt und von dort einer Rezirkulation zur Befeuchtungseinrichtung zugeführt wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend genannten Art,

– mit einer Erfassungseinrichtung, in der als Emissionen angefallene, in den Abgasen enthaltene Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas bestimmt werden,
– mit einem Bioreaktor, der mindestens umfasst: einen Reaktionsraum, in dem die im Abgas enthaltenen, als Emissionen angefallenen Verbindungen abgebaut werden, ein sich in dem Reaktionsraum befindendes inertes Trägermaterial, auf dem ein Biofilm mit mindestens einer Art von zum Abbau der organischen Verbindungen geeigneten Mikroorganismen angesiedelt ist, mindestens eine sich im Reaktionsraum befindende Befeuchtungseinrichtung, mittels derer das Trägermaterial und der Biofilm mit einer wässrigen Behandlungsflüssigkeit befeuchtet werden, welche die Mikrorganismen sowie Nährstoffe für dieselben enthält, sowie einen Sammelraum, in dem die Behandlungsflüssigkeit nach einem Durchrieseln des Reaktionsraums gesammelt und von dort einer Rezirkulation zugeführt wird,
– mit einer Rückführleitung zur Rezirkulation der Behandlungsflüssigkeit zur Befeuchtungseinrichtung,
– sowie mit einem Fermenter, in dem die wässrige Behandlungsflüssigkeit mit den Mikrorganismen sowie mit den Nährstoffen versetzt wird.

Eine Reinigung von Abgasen, die Verunreinigungen in Form von gas- bzw. dampfförmigen organischen Bestandteilen enthalten, wird oft unter Einsatz von thermischen oder biologischen bzw. chemisch-biologischen Verfahren durchgeführt, da alternativ zu diesem Zweck einsetzbare, auf Verbrennungstechnologie basierende Anlagen wegen ihrer hohen laufenden Betriebskosten, verursacht beispielsweise durch den notwendigen Einsatz von Erdgas oder Erdöl, in Frage gestellt sind oder zumindest problematisch erscheinen können. Die biologische Abgasreinigung (Biological waste gas purification) basiert dabei auf der Tätigkeit von Mikroorganismen, bei denen es sich insbesondere um aerobe Bakterien handeln kann, welche im Stande sind, organische Schadstoffverbindungen, die auf Grund ihres Wirkungscharakters potenziell gesundheitsgefährdend und/oder belästigend sind, sowie auch einige anorganische gasförmige Verbindungen, wie Schwefelwasserstoff und Ammoniak, biochemisch in unbedenkliche bzw. geruchsneutrale Produkte umzuwandeln. Naturgemäß ist dabei ein maximaler Schadstoffabbau im eingespeisten Gas von entscheidender Bedeutung für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Abgasreinigungsanlage.
Ein Verfahren und eine Anlage der eingangs genannten Art sind aus der EP 0 933 121 A1 bekannt. Dieses Dokument enthält einleitend auch eine umfangreiche Darstellung zum Einsatz von bekannten biologisch arbeitenden Systemen in der Abluftreinigung, wobei insbesondere drei Typen von Biosystemen unterschieden werden: Biofilter, Biowäscher und Tropfkörperbioreaktoren.
Speziell für Biofilter ist eine Darstellung der prozesstechnischen Grundlagen, der Auslegung und verschiedener bekannter Ausführungsformen der VDI-Richtlinie VDI 3477, Ausgabe 11/2004, ”Biologische Abgasreinigung, Biofilter” zu entnehmen. Nachdem in Biofiltern die Kulturen der Mikroorganismen, deren als Metabolisierung bezeichnete Stoffwechselvorgänge die Abgasreinigung bewirken, sich an den aus organischem Material bestehenden Trägermaterialien entwickelt haben, ist die Beteiligung der Inhaltsstoffe des Abgases an der Metabolisierung oft unbefriedigend, weil es sich dabei in der Regel oft nur um chemische Zufallsreaktionen der Schadstoffe mit den Mikroorganismen auf den Trägern handelt, wobei die Mikroorganismen auch – und nachteilhaft teilweise vorrangig – aus dem organischen Trägermaterial ihre Nährstoffe entnehmen. Des Weiteren ist nachteiligerweise, insbesondere bei einer Außenaufstellung von derartigen Biofiltern, keine eindeutig determinierbare Temperaturführung im Reaktor möglich. Aus der genannten Richtlinie geht unter anderem hervor, dass Anlagen mit Biofiltern insbesondere durch vergleichsweise große Volumina und eine teilweise problembehaftete Abfallentsorgung gekennzeichnet sind, die in Abständen von drei bis fünf Jahren erfolgt und in Deutschland jeweils einer speziellen Untersuchung und Prüfung nach der Biostoffverordnung (BioStoffV, Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei Tätigkeiten mit biologischen Arbeitsstoffen vom 27.01.1999, Ergänzungen/Änderungen vom 25.11.2003, 23.12.2004, 31.10.2006, 06.03.2007, 18.12.2008) bedarf.
Die EP 0 933 121 A1 beschäftigt sich mit dem Problem, einen biologischen Abbau von flüchtigen organischen Verbindungen auch im Falle von Gasemissionen aus mehreren und/oder multifunktionellen chemischen Produktionseinheiten in befriedigender und ökonomischer Weise zu gewährleisten. Dazu werden die Gasemissionen an jeder Produktionseinheit einzeln erfasst und je nach ihrer chemischen und toxikologischen Natur spezifisch in verschiedenen, voneinander getrennten technologischen Einheiten, wie in einem Adsorber, in einem Wäscher sowie in einem ersten und in einem zweiten Biorieselbettreaktor, behandelt. In jedem dieser beiden Biorieselbettreaktoren werden das Trägermaterial und der Biofilm im Abstrom kontinuierlich mit Perkolationswasser berieselt, das abfließende Perkolationswasser wird als Pumpensumpf gesammelt und über eine zum oberen Ende des Biorieselbettreaktors führende Leitung mit Umwälzpumpe rezykliert, wobei dem Perkolationswasser je nach Bedarf Nährstoffe sowie regelmäßig Mikroorganismen zudosiert werden. Vorzugsweise werden deshalb dem Perkolationswasserkreislauf in Abhängigkeit von periodischen Analyseergebnissen beispielsweise Phosphate, Ammonium-, Natrium- und Kaliumsalze sowie Spurenelemente wie Calcium, Eisen, Mangan, Zink, Bor, Cobalt, Kupfer, Nickel und Molybdän zudosiert. Hierzu wird gemäß der EP 0 933 121 A1 eine geeignete Nährlösung mit fest voreingestellter Zusammensetzung in den Pumpensumpf oder in die zum Kopfende führende Leitung dosiert.
Biorieselbettreaktoren, auch als Tropfkörperbioreaktoren (biological trickling filters) oder als Perkolationsbiofilter bezeichnet, wie sie die EP 0 933 121 A1 vorsieht, verwenden immobilisierte Mikroorganismen auf partikelförmigen oder strukturierten, – im Gegensatz zu Biofiltern – mineralischen oder synthetischen Trägern. Die jeweils als Festbett angeordneten Träger werden durch ein Gemisch aus Luft und dem zu behandelnden Gas im Gegenstrom oder im Gleichstrom zum Rieselwasser durchströmt. Der Fluss des Rieselwassers resultiert aus einer dauernden Rezirkulation der Perkolationsflüssigkeit. Tropfkörperbioreaktoren sind auch ausführlich in der VDI-Richtlinie VDI 3478, Blatt 2, Entwurf April 2008, ”Biologische Abgasreinigung, Biorieselbettreaktoren” beschrieben und eignen sich sowohl zur Reinigung von sowohl lösemittel-, als auch geruchsbeladener Abluft mit Emissionskonzentrationen bis zu etwa 1 g/m³.
Der aus der EP 0 933 121 A1 bekannte Reaktor ist dabei derart ausgelegt, dass die Gasemissionen im Abstrom oder Aufstrom, d. h. im Gleich- oder Gegenstrom zur Strömungsrichtung des Perkolationswassers, durch den Biorieselbettreaktor geleitet werden können. Vorzugsweise sind dabei die im Kopfende bzw. im unteren Bereich des Bioreaktors angeordneten Ablufteinlass- und -auslasssysteme so ausgebildet, dass die Strömungsrichtung in Intervallen umgekehrt, d. h. die Abluft abwechselnd im Abstrom oder im Aufstrom durch den Bioreaktor geleitet werden kann. Dadurch sollen eine geringere Verstopfungsanfälligkeit sowie höhere Dichten und eine einheitlichere Verteilung der auf den Trägern fixierten Biomasse ermöglicht werden. Obwohl die aus der EP 0 933 121 A1 bekannte technische Lösung eine Reihe von vorteilhaften Merkmalen aufweist, ist sie aufgrund der unterschiedlichen notwendigen technologischen Behandlungseinheiten und Anlagenstränge doch als apparativ aufwändig anzusehen und auch hinsichtlich ihrer Verfahrenseffizienz verbesserungswürdig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Anlage zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zu schaffen, wobei mit geringem technologischem bzw. apparativem Aufwand eine erhöhte Effizienz und Funktionalität des Verfahrens, des Reaktors bzw. der Anlage erzielt werden soll. Dies soll insbesondere auch bei hinsichtlich des Schadstoffgehalts wechselnden Zusammensetzungen der zu reinigenden Abgase gewährleistet werden können. Hierbei soll zur Erzielung der höchstmöglichen Effizienz insbesondere auch eine verbesserte verfahrens- und messtechnische Steuerung und Regelung der Reaktionskinetik der chemisch-biologischen Metabolisierungsvorgänge der Mikroorganismen, insbesondere von als solchen eingesetzten Bakterien, geschaffen werden.
Erfindungsgemäß wird dies für das Verfahren dadurch erreicht, dass die Behandlungsflüssigkeit bei der Rezirkulation durch den Fermenter geleitet wird, wobei jeder der Nährstoffe separat entsprechend der chemischen Zusammensetzung und Menge der im Abgas enthaltenen Verbindungen in den Fermenter dosiert wird.
Für die Anlage wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass die Rückführleitung zur Rezirkulation der Behandlungsflüssigkeit zunächst mit einem ersten Abschnitt in den Fermenter und von dort mit einem zweiten Abschnitt zur Befeuchtungseinrichtung geführt ist, dass an den Fermenter Vorratsbehälter zur separaten Dosierung verschiedenartiger Nährstoffe für die Mikroorganismen angeschlossen sind, wobei insbesondere die Erfassungseinrichtung, in der die als Emissionen angefallenen, in den Abgasen enthaltenen Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas bestimmt werden, Bestandteil einer Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung zur separaten Dosierung der verschiedenen Nährstoffe aus den Vorratsbehältern in den Fermenter ist.
Mit der Erfindung ist eine Vielzahl von miteinander kombinierten Vorteilen verbunden, die bei leichter Handhabbarkeit und Bedienungsfreundlichkeit insbesondere

– in der Möglichkeit des Aufbaus und der Installation von bedarfsgerechter und modular verwendbarer Apparatetechnik bestehen, und
– im Vergleich zu den konventionellen Anlagen erhöhten Abbauraten der Schadstoffe im Abgas sowie in niedrigen Reingaskonzentrationen, die durch den gezielten Einsatz von chemischen und biologischen Reaktionskomponenten bedingt sind, sowie
– im Einsatz von inerten Befüllungen aus insbesondere anorganischen Substraten, wie etwa Lavakies oder Blähton, oder auch aus porösen Kunststoffgranulaten als Dauerbefüllung, wodurch eine Verwendung von organischen Substraten, wie von Rindenhumus und -mulch, Holzschnitzeln, Heidekraut oder Stroh, als Trägermaterial und dadurch bedingte Zufallsreaktionen vermieden und damit eine höher definierte Reaktionskinetik der Schadstoffabbauprozesse eingestellt werden kann.

Durch das letzte Merkmal unterscheidet sich die Erfindung insbesondere von den Biofiltern, welche immobilisierte Mikroorganismen auf natürlichen organischen Trägern wie Kompost, Torf, Rinde und dergleichen, allenfalls zusammen mit synthetischen Partikeln, wie Polystyrol oder Polyvinylchlorid, oder auch zusammen mit inerten Materialien, wie Ton, Aktivkohle oder Puzzolanerde verwenden. Diese im Behälter als Bett angeordneten Träger werden im Allgemeinen im Aufstrom durch ein Gemisch künstlich befeuchteter Luft und des zu behandelnden Gases durchströmt. Biofilter eignen sich nur zur Reinigung niedriger Konzentrationen an flüchtigen organischen Verbindungen mit wenig schwankender Zusammensetzung und Konzentration. Diese Nachteile treten erfindungsgemäß nicht auf, wenngleich allerdings erfindungsgemäß Bioreaktoren verwendet werden können, wie sie ihrem Grundaufbau nach von den Biofiltern her bekannt sind. Dort unterscheidet man nach der Bauart grob zwischen Kompaktbiofiltern, Containerbiofiltern und Flächenfiltern. Alle genannten Bauarten sind in offener und geschlossener Bauart zu finden. Die offene Bauart ist erfindungsgemäß allerdings nicht bevorzugt, da sie keine derartige Temperatursteuerung ermöglicht, wie dies die Erfindung als bevorzugtes Merkmal vorsieht.
Von den Biowäschern (bioscrubber), wie sie ausführlich in der VDI-Richtlinie VDI 3478, Blatt 1, Entwurf April 2008, ”Biologische Abgasreinigung, Biowäscher” beschrieben sind, unterscheidet sich die Erfindung dadurch, dass die Behandlung nicht in mehreren Reaktionseinheiten erfolgen muss. Biowäscher werden zwar – wie die Erfindung – im Wesentlichen zur Behandlung wasserlöslicher Verbindungen mittels Mikroorganismen verwendet, die jedoch in Form eines Belebtschlammes oder teilweise auch in immobilisiertem Zustand vorliegen können. Das Verfahren umfasst die Absorption der löslichen gasförmigen Schadstoffe im Wasser, gefolgt von ihrer Oxidation in flüssiger Phase. In Biowäschern auf der Basis von Belebtschlämmen erfolgt – ähnlich wie bei der Erfindung – die Absorption in einer Waschkolonne mit Trägern, oder das Gas wird im Gegenstrom durch die Mischung aus Wasser und Belebtschlamm geleitet. Der Bioabbau des absorbierten Gases findet dann aber typischerweise in einem getrennten Dekanteur mit Hilfe der im Belebtschlamm enthaltenen Mikroorganismen statt. Der erfindungsgemäß vorgesehene Fermenter dient nicht diesem Zweck. In Biowäschern mit fixierter Biomasse werden die gasförmigen Schadstoffe zuerst im Wasser absorbiert. Das derart beladene Wasser wird anschließend an der Oberfläche eines Tropfkörperbioreaktors dispergiert, wo die gelösten Schadstoffe mit Hilfe der auf den Trägerkörpern des Bioreaktors fixierten Mikroorganismen oxidiert werden. Es erfolgt also eine verfahrenstechnische Verknüpfung einer physikalisch-chemisch wirkenden mit einer biologisch wirkenden Abgasreinigungsstufe. Die Erfindung ist demgegenüber technologisch und apparativ sehr viel weniger aufwändig.
Dabei wird die Erfindung in vollem Maß den biologischen Gesetzmäßigkeiten des Stoffwechsels der eingesetzten Mikroorganismen gerecht, wobei im Rahmen der Anmeldung unter Stoffwechsel bzw. Metabolismus oder Metabolisierung die Aufnahme, der Transport und die chemische Umwandlung von Stoffen in die bzw. in den verwendeten Mikroorganismen sowie die Abgabe von Stoffwechselendprodukten an die Umgebung verstanden wird. Diese biochemischen Vorgänge dienen einerseits dem Aufbau und der Erhaltung der Zellsubstanzen (Baustoffwechsel) sowie andererseits der Energiegewinnung (Energiestoffwechsel) und damit der Aufrechterhaltung der Zellfunktionen der Mikroorganismen. Die beim Stoffwechsel ablaufenden biochemischen Reaktionen werden durch Enzyme katalysiert und/oder inhibiert, also beschleunigt oder gebremst.
Als charakteristisch für die Gesamt-Metabolisierung in dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Reaktionsgleichung (1)
CO₂ + H₂O + Zellsubstanz + Energie angesehen werden.
Die Wärmetönung dieser Gleichung ist exotherm und läuft in einem Temperaturintervall zwischen 5°C und 70°C ab. Dabei ist es bekannt, dass die Zellteilungsgeschwindigkeit von bevorzugt eingesetzten Mikroorganismen bei 20°C etwa 12 Minuten beträgt und sich durch Temperaturerhöhungen beschleunigt. Am Prozess der Metabolisierung sind neben dem Kohlen- und Sauerstoff sowie der Biomasse der Zellsubstanz auch Stickstoff und Phosphor als Komponenten beteiligt. Ein diesbezüglich vorteilhaftes weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dabei darin, nach der Bestimmung der in den Abgasen enthaltenen Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas, insbesondere die darin enthaltenen Anteile von organisch gebundenem Kohlenstoff, sowie – falls vorhanden – von Stickstoff und Phosphor zu ermitteln und dann als Steuergrößen für die Verfahrensführung, insbesondere für die separate Dosierung der Nährstoffe in den Fermenter, zu benutzen. Dadurch können eine hohe Zellteilungsgeschwindigkeit und somit ein hoher Biomasseertrag der Reaktion und Schadstoffumsatz eingestellt werden.
Unter Anabolismus bzw. Anabolisierung werden die dem Aufbau körpereigener Bestandteile der Mikroorganismen dienenden Metabolisierungsprozesse verstanden. So wird erfindungsgemäß aus einem Teil der Schadstoffe durch Wachstum und Vermehrung der Mikroorganismen eine Biomasse aufgebaut. Diese Biomasse benötigt zu ihrem Aufbau außer den Schadstoffen auch die Nährstoffe, wie z. B. Stickstoff, Phosphor, Schwefel und die Spurenelemente, sowie das Wasser der Behandlungsflüssigkeit als Lebensgrundlage. Da die genannten chemischen Verbindungen nur im Wasser gelöst von den Mikroorganismen verwertbar sind, wachsen diese auf dem Trägermaterial in einem feuchten biologischen Film oder Rasen, wobei auch ein gewisser Anteil der Mikroorganismen in der wässrigen Lösung suspendiert bleibt. Dadurch, dass erfindungsgemäß die Nährstoffe separat entsprechend der chemischen Zusammensetzung und Menge der im Abgas enthaltenen Verbindungen in den Fermenter dosiert werden, ist vorteilhafterweise eine sehr subtile und differenzierte Steuerung der Metabolisierung, insbesondere der Anabolisierung, möglich.
Der Abbau von komplexeren zu einfacheren Molekülen wird als Katabolismus bzw. Katabolisierung bezeichnet. Mit dem Anabolismus ist der Katabolismus durch eine Energiekopplung verbunden. Die beim Katabolismus gewonnene Energie dient beim Anabolismus zum Aufbau komplexerer Moleküle, wobei der Katabolismus und der Anabolismus als die Teile des Metabolismus aufzufassen sind. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bei der chemisch-biologischen Reinigung der Abgase die Schadstoffe, welche Kohlenstoff- und/oder teilweise Stickstoff- oder Schwefelanteile enthalten können, aus der Abluft abgeschieden und in den katabolischen Teilprozessen bei Anwesenheit von Sauerstoff durch die Mikroorganismen insbesondere zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert, wobei die bei der Oxydation frei werdende Energie den Mikroorganismen als Energiequelle bei den Anabolismus-Vorgängen des Stoffwechsels zum Aufbau der Zellsubstanz dient.
In einem stabilen biologischen System, das sich im Betriebszustand des erfindungsgemäßen Bioreaktors nach einer anfänglichen Adaptionszeit ausbildet, besteht dann ein Gleichgewicht zwischen absterbenden und neu gebildeten Mikroorganismen, so dass die Menge an Biomasse im Reaktor etwa konstant bleibt. Die Immobilisierung der Mikroorganismen erfolgt durch die Kapillarkräfte des beispielsweise in Granulatform vorliegenden Trägers. Bei einem Absterben von Mikroorganismen in einer Kolonie wird der Platz auf der Oberfläche der Granulatkapillaren durch neue Kolonien besiedelt. Abgestorbene Mikroorganismen können dann in der erfindungsgemäß vorgesehenen Kreislaufführung der Behandlungsflüssigkeit filtertechnisch aufgefangen und aus dem Prozess abgeführt werden.
Beim Aufbau der Zellsubstanz ist die Ernährungsweise der Mikroorganismen zu berücksichtigen, wobei man im Hinblick auf die Art der Energiequelle – Licht oder Oxidation chemischer Substanzen – zwischen einer Photo- und einer Chemotrophie, im Hinblick auf einen immer auch notwendigen organischen oder anorganischen Wasserstoffdonator zwischen einer Organo- und einer Lithotrophie und im Hinblick auf den Kohlenstoffdonator in der oben aufgeführten Gleichung – Kohlendioxid oder organische Substanzen – zwischen einer Auto- und einer Heterotrophie unterscheidet. Die spezifischen Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens charakterisieren dieses als chemotroph, litho- und organotroph sowie als heterotroph.
In einer chemolithotrophen Reaktion können im erfindungsgemäßen Verfahren Energie und Wasserstoffionen beispielsweise gemäß der folgenden Gleichung (2) aus z. B. in den Nährstoffen enthaltenen Ammoniumionen bereitgestellt werden:
Insbesondere Bakterien, die bevorzugt erfindungsgemäß als Mikroorganismen eingesetzt werden, üben mit Hilfe einer Chemotaxis über ihre Geißeln eine Pförtnerfunktion für Wasserstoff und Kohlenstoff aus, welche aus den Oxydationen der als Donatoren wirkenden Schadstoffmoleküle stammen. Dies ist der erste Schritt einer einsetzenden, sogenannten Primär-Metabolisierung. Weitergehende Stufen der Stoffumwandlung finden dann chemoorganotroph statt.
Bei den Vorgängen der Zellteilung der Mikroorganismen wird dann durch enderogenes Anhängen von anorganischen Phosphatresten an Adenosindiphosphat (ADP) das energiereichere Adenosintriphosphat (ATP) gebildet. Dies dient als ein Energiespeicher, der etwa 40% der beim Katabolismus freigewordenen Energie speichert, während die übrigen etwa 60% der freigewordenen Energie für Sekundär- und Tertiärmetabolisierungen weiter zur Verfügung stehen bzw. auch eine Temperaturerhöhung im Bioreaktor bewirken können. Adenosindiphosphat (ADP) ist ein Nucleotid, das aus dem Diphosphat des Nucleosids Adenosin besteht. Bei seiner Reaktion zu ATP wird die Bindung zwischen dem zweiten und dritten Phosphat der Phosphatkette unter Energieverzehr aufgelöst und das Substrat phosphoryliert.
Somit ist der in den Schadstoffen organisch gebundene Kohlenstoff, der bei der Metabolisierung der Bakterien unter den verfahrensgemäß vorliegenden aeroben Reaktionsvorgängen mit einem Sauerstoffanteil aus dem Abgas umgesetzt wird, der primäre Energielieferant für die Zellteilung, während Stickstoff und Phosphor an der zellinternen Umwandlung beteiligt sind und damit die Reaktionskinetik und -geschwindigkeit und damit die Effizienz des Schadstoffabbaus in erheblichem Maß beeinflussen.
Dabei ist ein molares Verhältnis der drei Elemente Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor zueinander (C:N:P-Verhältnis, cnp-value) als maßgebend für die Effektivität der erzielbaren Abbauleistung bei der biologisch-chemischen Abgasreinigung anzusehen. Dieses Verhältnis wird durch bei der Metabolisierung ablaufende Nitrifikations-/Denitrifikationsreaktionen sowie durch die Phosphorylierung des ADP bzw. eine unter Energiefreisetzung erfolgende Dephosphorylierung des ATP beeinflusst. Als Richtwert ist dabei gemäß der nachstehenden Gleichung (3) etwa von einem optimalen molaren Verhältnis C:N:P = 100:5:1 auszugehen, wobei diese optimalen Verhältniszahlen jedoch temperaturabhängig und nicht konstant sind und daher erfindungsgemäß bevorzugt in einem Bereich (4) von C:N:P = 100:2,5 bis 7,5:0,2 bis 3,0 modifiziert sein können. Im Rahmen der erfindungsgemäßen separaten Zudosierung der Nährstoffe kann die Nährstoffzufuhr vorteilhafterweise mittels Steuerungs- oder Regelungsmechanismen realisiert werden, die auf der Anwendung des Grundsatzes der Einstellung eines solchen optimalen Verhältnisses basieren. Die dazu erforderlichen Agenzien, insbesondere Lösungen von Nitrat- und Phosphatsalzen, können automatisch mittels technisch üblicher Dosiereinrichtungen dem Prozess zugeführt werden. Durch Dosierung geeigneter saurer oder alkalischer Nährstoffe kann dabei auch eine Regelung des pH-Wertes im Fermenter erfolgen. Als Maß dafür, ob im Bioreaktor auch tatsächlich ein solches optimales Verhältnis vorliegt, kann dabei auch das Ergebnis einer Analyse der aus dem Bioreaktor austretenden gereinigten Abgase dienen.
Die für die bei der Abgasreinigung ablaufenden Reaktionen erforderlichen Agenzien von Nährstoffen, insbesondere Lösungen von Nitrat- und Phosphatsalzen, können automatisiert mittels technisch üblicher Dosiervorgänge und -einrichtungen individuell dem Prozess im Reaktionsraum zugeführt werden, wobei Sauerstoff und organisch gebundener Kohlenstoff die Energielieferanten für die Zellteilung sind und Stickstoff und Phosphor an der zellinternen Umwandlung beteiligt werden. Die in einem Zyklus freigesetzte Energie wird für den nächsten Zyklus der Zellteilungen benötigt.
Der Bioreaktor, dessen Reaktionsraum bevorzugt in mindestens zwei, nacheinander vom Abgas durchströmbare Kammern unterteilt ist, die über den Sammelraum miteinander verbunden sind, ermöglicht es dabei, dass die in den Abgasen enthaltenen Verbindungen zunächst in einer ersten Stufe in einem ersten Reaktionsraum des Reaktors abgebaut werden, in dem das Trägermaterial und der Biofilm mittels einer ersten Befeuchtungseinrichtung mit der wässrigen Behandlungsflüssigkeit befeuchtet werden, wobei das Abgas und die Behandlungsflüssigkeit im Gleichstrom geführt werden, und dann nach dem Durchströmen des Sammelraums die in den Abgasen enthaltenen Verbindungen in einer zweiten Stufe in einem zweiten Reaktionsraum des Bioreaktors abgebaut werden, in dem das Trägermaterial und der Biofilm mittels einer zweiten Befeuchtungseinrichtung befeuchtet werden, wobei das Abgas und die Behandlungsflüssigkeit im Gegenstrom geführt werden. Dies bewirkt vorteilhafterweise einen erhöhten Schadstoffabbau über den gesamten Reaktionsraum, da nach der ersten Stufe im Sammelraum eine Homogenisierung des Gases erfolgen kann, wonach in der zweiten Stufe – gewissermaßen in einer Feinreinigung – das zu reinigende Gas mit einer weniger als in der ersten Stufe mit Schadstoffen beladenen Behandlungsflüssigkeit in Kontakt steht.
In dem Reaktor stellt sich, wenn die in den Abgasen enthaltenen Verbindungen in einer ersten Stufe und in einer zweiten Stufe abgebaut, jedoch jeweils mittels der ersten und der zweiten Befeuchtungseinrichtung mit einer Behandlungsflüssigkeit gleicher Zusammensetzung befeuchtet werden, im ersten Reaktionsraum des Bioreaktors ein geringfügig anderes C:N:P-Verhältnis als im zweiten Reaktionsraum ein. Die Mikroorganismen im Biofilm können sich dadurch bei Ablauf der anabolischen und katabolischen Reaktionen auch in geringfügig voneinander abweichender Weise entwickeln. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass der Schadstoffabbau über den gesamten Reaktionsraum gewissermaßen breitbandiger und dadurch vollständiger erfolgen kann.
Die Temperatur im Bioreaktor kann mit Vorteil unter Berücksichtigung der Wärmetönung der Metabolisierung durch eine Temperierung der Behandlungsflüssigkeit gesteuert oder geregelt werden.
Zur Temperierung kann insbesondere ein Heizkreislauf dienen, in welchem Heizrohre vorgesehen sind, mittels derer die Behandlungsflüssigkeit im Sammelraum erwärmt wird. So kann insbesondere bei Einsatz sogenannter psychrophiler, psychrotropher und/oder mesophiler Bakterien als Mikroorganismen eine Temperatur in einem bevorzugten Bereich von 30 EC bis 65 EC im Reaktionsraum eingestellt werden, die im Vergleich mit den für Biofiltern günstigen Temperaturen, die im Bereich von 15 EC bis 40 EC (in Sonderfällen von 8 EC bis 50 EC) liegen, höher gewählt werden kann und dadurch den Schadstoffabbau intensiviert.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung enthalten.
Anhand der durch die beiliegende Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Schema einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
2 in einer 1 entsprechenden Darstellung, ein Schema einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen in einer ersten exemplarischen Ausführung,
4 einen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Bioreaktor in einer Ausführung und Darstellung wie auch in 3, bei dem die Vorder- und Hinterwand entfernt sind,
5 in einer Darstellung ähnlich wie in 3, eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen in einer zweiten exemplarischen Ausführung.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind dieselben Teile auch stets mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben. Dabei wird zu der anschließenden Beschreibung ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei auch nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist.
Wie zunächst 1 und 2 veranschaulichen, kann in einer erfindungsgemäßen Anlage 1 zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen 2, insbesondere mittels eines des dargestellten Bioreaktors 3, ein erfindungsgemäßes Verfahren realisiert werden. 1 stellt dabei das Schema eines Verfahrens mit konstanter Schadstofffracht und gleichbleibenden Stoffbelastungen im Abgas 2 dar, während 2 ein Verfahren mit Selbstüberwachung und Steuerung eines Prozesses beschreibt, bei dem im Abgas 2 schwankende Zusammensetzungen und Konzentrationen der Schadstoffe auftreten.
In der Anlage 1 kann zur gesamten Gasförderung ein zentraler Abluftventilator M1 vorgesehen sein, der technologisch gesehen hinter dem Bioreaktor 3 angeordnet ist und das Abgas 2 durch den Bioreaktor 3 saugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil zur Reinigung der Abgase 2 aus Anlagen der kommunalen und industriellen Abwasserreinigung, der Abfallverwertung, der Lebensmittelverarbeitung, der Schlammtrocknung, der Biogasproduktion, der Futtermittelproduktion, der Tierkörperverwertung, in Schlachthöfen sowie für geruchsbelastete Produktionsabluft eingesetzt werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden als Emissionen angefallene, in den Abgasen 2 enthaltene Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas 2 bestimmt und in mindestens einem Reaktionsraum 4 des Bioreaktors 3 abgebaut. In dem Bioreaktor 3 ist auf einem inerten Trägermaterial ein Biofilm mit mindestens einer Art von zum Abbau der organischen Verbindungen geeigneten Mikroorganismen angesiedelt.
Als Trägermaterialien eignen sich dabei partikelförmige oder strukturierte, mineralische oder synthetische Träger mit hoher Porosität und spezifischer Oberfläche. Es werden Materialien verwendet, die inert sind, d. h. die chemisch indifferente Eigenschaften besitzen und nicht als Energieträger für den Prozess der Metabolisierung geeignet sind. Derartige Träger sind an sich bekannt, im Handel erhältlich und beispielsweise in der oben erwähnten VDI-Richtlinie VDI 3478 beschrieben. Der Einsatz von biologischen Trägermaterialien, wie von Rindenmulch oder Hackschnitzeln, kann vorteilhafterweise vermieden werden. Insbesondere kommen Lava-Granulat oder geformte Kunststoffelemente als Träger in Betracht.
Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und Menge der Schadstoffe im Abgas 2 kann dabei durch Messungen oder durch rechnerische Ermittlungen der Abgasfremdstoffe erfolgen. Die Schadstoffmessungen in den Abgasen 2 dienen zur Feststellung der Schadstoffe nach ihrer Art und nach ihren Konzentrationen. Bei Gasen und Dämpfen organischer Verunreinigungen können beispielsweise Gasproben entnommen und diese gaschromatographisch ausgewertet werden. Bei organischen Stäuben können die Mengenanteile durch gravimetrische Zählungen ermittelt werden. Im Falle zu planender Anlagen mit unbekannter Schadstoffart und unbekannter Quantität kann für organische Dämpfe eine Berechnung in Anlehnung an die VDI 3479 (”Emissionsminderung – Raffinierte Mineralölläger”) vorgenommen werden.
Auf dieser Basis können die Schadstoffe im Rohgas des Abgases 2 beispielsweise wie folgt bestimmt werden: Hinsichtlich der Qualität kann eine Angabe in mg/Nm³ für jeden der einzelnen Schadstoffe erfolgen und hinsichtlich der Quantität kann insbesondere der Massenstrom der organisch gebundenen Kohlenstoffanteile in kg C/h angegeben werden.
Das Trägermaterial und der Biofilm werden mittels mindestens einer Befeuchtungseinrichtung 5 mit einer wässrigen Behandlungsflüssigkeit 6 befeuchtet. Diese wird in einem Fermenter 7 mit den Mikrorganismen sowie mit Nährstoffen 6A, 6B, 6C, 6D für dieselben versetzt. Nach einem Durchrieseln des Reaktionsraums 4 wird die Behandlungsflüssigkeit 6 in einem Sammelraum 8 gesammelt und von dort einer Rezirkulation zur Befeuchtungseinrichtung 5 zugeführt. Dazu ist eine Rückführleitung 9 vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Rückführleitung 9 zur Rezirkulation der Behandlungsflüssigkeit 6 mit einem ersten Abschnitt 9a, in dem sich eine erste Pumpe M2 befindet, zunächst in den Fermenter 7 und von dort mit einem zweiten Abschnitt 9b, in dem sich eine zweite Pumpe M3 befindet, zur Befeuchtungseinrichtung 5 geführt. Mit Hilfe dieser zweiten Pumpe M3, bei der es sich insbesondere um eine elektrisch angetriebene Wasserpumpe handeln kann, die über eine Zeitschaltuhr geschaltet ist, kann insbesondere eine Besprühung des Reaktionsraums 4 von oben realisiert werden.
An den Fermenter 7 sind Vorratsbehälter A, B, C, D zur separaten Dosierung verschiedenartiger Nährstoffe 6A, 6B, 6C, 6D für die Mikroorganismen angeschlossen. In den Voratsbehältern A, B, C, D können sich als Nährstoffe 6A, 6B, 6C, 6D insbesondere Komponenten mit folgenden Funktionen befinden:

– Komponente 6A – Stickstoffspender,
– Komponente 6B – Phosphorspender,
– Komponente 6C – Spurenelemente-Lieferant,
– Komponente 6D – Stärke, Kohlenstoff-Lieferant.

Es können auch weitere Behälter zur separaten Dosierung von Hilfsstoffen vorgesehen sein. So zeigen 1 und 2 einen weiteren Vorratsbehälter E, der es gestattet, dass entsprechend der chemischen Zusammensetzung und Menge der im Abgas 2 enthaltenen Verbindungen ein Löslichkeitsvermittler 6E, wie ein Keton oder Alkohol, zwischen den als Emissionen angefallenen, in den Abgasen 2 enthaltenen Verbindungen und der Behandlungsflüssigkeit 6 separat in den Fermenter 7 dosiert werden kann. Schlecht in Wasser lösliche Schadstoffe sind z. B. Xylole, Toluol, Essigsäureethylacetat oder aliphatische Kohlenwasserstoffe. Diese Stoffe werden mit Zusätzen von gut in Wasser lösbaren Stoffen versetzt, in denen sich aber auch die Schadstoffe gut lösen. Durch den Einsatz derartiger Löslichkeitsvermittler 6E, wie etwa Aceton oder Isopropanol, können die biologischen Abbauraten erheblich noch weiter verbessert und die Effektivität gesteigert werden.
Die Chemikalienbehälter verfügen jeweils über eine eigene Pumpe M4, M5, M6, M7, M8, vorzugsweise über eine peristaltisch wirkende Schlauchpumpe, für die Dosierungen. Die Pumpen M4, M5, M6, M7, M8 können dabei insbesondere separat über getaktete Zeitschaltuhren ein- und abgeschaltet werden.
Der erfindungsgemäßen Anlage 1 ist eine Erfassungseinrichtung (Bezugszeichen ”PID/FID”) zugeordnet, in der die als Emissionen angefallenen, in den Abgasen 2 enthaltenen Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas 2 bestimmt werden. Diese ist in der zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage 1 gemäß 2 figürlich dargestellt und für einen kontinuierlichen bzw. zumindest zyklischen Betrieb als Bestandteil einer nachstehend noch im Detail erläuterten Steuer- und Regelvorrichtung 10 in-line geschaltet. Bei der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage 1 gemäß 1 ist die Erfassungseinrichtung PID/FID für einen periodischen bzw. zumindest initialen Betrieb offline geschaltet und nicht dargestellt.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Behandlungsflüssigkeit 6 bei der Rezirkulation durch den Fermenter 7 geleitet und die Nährstoffe 6A, 6B, 6C, 6D werden separat entsprechend der chemischen Zusammensetzung und Menge der im Abgas 2 enthaltenen Verbindungen in den Fermenter 7 dosiert. Hierzu kann die Festlegung von individuellen Taktzeiten der den Vorratsbehältern A, B, C, D, E jeweils zugeordneten Pumpen M4, M5, M6, M7, M8 dienen.
Die Metabolisierungsreaktionen im Reaktionsraum 4 bzw. auch schon Vormetabolisierungsreaktionen im Fermenter 7, wie die oben beschriebene Primärmetabolisierung nach der oben aufgeführten Gleichung (2), können dadurch gesteuert werden, dass die Zugabe der Einzelkomponenten der Nährstoffe 6A, 6B, 6C, 6D nach stöchiometrischer Berechnung entsprechend den Schadstoffen erfolgt.
Im Fermenter 7 kann auch durch Dosierung geeigneter, mehr oder weniger sauer oder alkalisch wirkender Nährstoffe 6A, 6B, 6C, 6D der pH-Wert der Behandlungsflüssigkeit 6 geregelt werden.
Dabei können in den Fermenter 7 periodisch neue Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, eingegeben werden. Insbesondere können nach der Bestimmung der in den Abgasen 2 enthaltenen Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas 2 die darin enthaltenen Anteile von organisch gebundenem Kohlenstoff, sowie – falls vorhanden – von Stickstoff und Phosphor ermittelt und als Steuergrößen zur Dosierung der Nährstoffe 6A, 6B, 6C, 6D eingesetzt werden. Als Sollwert kann in der Behandlungsflüssigkeit 6 durch die Nährstoffe 6A, 6B, 6C, 6D insbesondere ein molares Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff zu Phosphor im Bereich von 100:2,5 bis 7,5:0,2 bis 3,0, vorzugsweise von 100:5:1, vorgegeben werden. Der Optimalwert dieses Verhältnisses ist temperaturabhängig und nicht konstant.
Durch eine bevorzugte Temperierung, insbesondere im Bereich von 30°C bis 65°C oder sogar bis 70°C, kann dabei die Reaktionsgeschwindigkeit optimal hoch eingestellt werden. Die Tempererierung der Behandlungsflüssigkeit 6 kann dabei vorzugsweise – wie dargestellt – durch einen Heizkreislauf 11 erfolgen, in welchem Heizrohre 12 vorgesehen sind, mittels derer die Behandlungsflüssigkeit 6 im Sammelraum 8 erwärmt wird. Die Einstellung einer beim Anfahren einer neuen Anlage 1 anfänglich gegenüber dem Normalbetrieb erhöhten Temperatur beschleunigt die beginnende Metabolisierung. Es können auch – wie in 1 und 2 dargestellt – Heizrohre 12a vorgesehen sein, die im Bereich der Befeuchtungseinrichtung 5 angeordnet sind. Durch die dadurch mögliche Erwärmung der Behandlungsflüssigkeit schon im Zutrittsbereich des Abgases 2 in den Bioreaktor 3 kann die Absorption der Schadstoffe intensiviert werden. Auch ist es möglich, durch die Heizrohre 12a im oberen Bereich des Reaktionsraums 4 und die Heizrohre 12 im Sammelraum 8 je nach Erfordernis entweder eine sehr homogene Temperaturverteilung im Reaktionsraum 4 oder auch einen Temperaturgradienten einzustellen. In den Schemata der beiden in
1 und 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind einerseits Heizrohre 12a in der ersten Kammer 4a (Reaktionsstufe A) nur im oberen Bereich des Bioreaktors 3 und andererseits Heizrohre 12 der zweiten Kammer 4b (Reaktionsstufe B) nur im unteren Bereich des Bioreaktors 3, also im Sammelraum 8, angeordnet. Das Abgas 2 erfährt somit vor dem Eintritt in jede der beiden Stufen bzw. Kammern 4a, 4b eine Erwärmung. Die Temperaturen in den beiden Kammern 4a, 4b können dadurch optional geringfügig voneinander abweichen.
Es kann auch eine Berechnung des spezifischen Bedarfs an einzutragender Energie anhand der bekannten Bindungsenergien der Moleküle in den gefundenen Schadstoffarten im Abgas 2 und durch eine Gesamtberechnung unter Berücksichtigung des Massenstromes aller Schadstoffmoleküle erfolgen. Dabei kann aus den Standardbildungsenthalpien der im Abgas 2 enthaltenen Stoffe bzw. über die freie Bildungsenthalpie, die auch Druck und Temperatur der Reaktion berücksichtigt, der Energieaufwand berechnet und berücksichtigt werden, der zur biologisch-chemischen Zerlegung der Schadstoffe in ihre Elemente notwendig wäre, bzw. über die Verbrennungsenergie der Energieertrag, der bei einer vollständigen Oxidation durch die Mikroorganismen (rein katabolische Reaktion) anzusetzen wäre. Die Energiebeträge bei den endogen verlaufenden Vorgängen der Anabolisierung müssen in der Gesamtenergiebilanz von diesem Betrag subtrahiert werden.
Die Erwärmung im Sumpf des Sammelraums 8 bzw. die bereits aufgrund der Rezirkulation vorgewärmte Behandlungsflüssigkeit 6 sichert Temperaturen im Reaktionsraum 4, wie sie für die Reaktionen der Zellteilungen der Bakterien erforderlich sind. Die so erzeugte indirekte Erwärmung der Flüssigkeitsfilme auf den inneren Oberflächen der eingesetzten insbesondere porösen Füllstoffe steuert dabei einerseits die Lockerung des Molekülverbundes der Schadstoffe, was sich positiv, im Sinne einer Reduzierung der molekularen Bindungsenergien in den Schadstoffen, auswirkt. Andererseits verbessern sich die Löslichkeitseigenschaften der Schadstoffmoleküle in den Schadstofffilmen im Reaktionsraum 4. Dies trägt ebenfalls zu der erfindungsgemäßen hocheffektiven Abluftreinigung bei, wobei die Erfindung mit einem Platzbedarf von nur etwa einem Drittel gegenüber herkömmlichen Verfahren bzw. Biofiltern auskommt.
Bezüglich der Wichtigkeit der Löslichkeit der Schadstoffe ist anzumerken, dass deren Abbau in Phasengrenzschichten an den strukturierten Oberflächen und in den Kapillaren des Trägermaterials erfolgt. Diese Grenzschichten werden ausgehend von der Oberfläche der porösen Granulate als schleimige Phase aus den immobilisierten Bakterien gebildet. Diese Schleimschichten werden auf der anderen Seite durch die Phasen der Luft-Schadstoffgemische begrenzt. Bei den Schadstoffen handelt es sich dabei vor allem um überwiegend organische Lösemitteldämpfe, die in den Abgasströmen als verunreinigtes Gas-Luftgemisch vorliegen. Auf diese Phasengrenzschichten wirken bei der Abbaureaktion unterschiedliche Kräfte ein. Diese sind dem Wesen nach chemische Bindungskräfte, die durch Art der Fremdstoffe in dem Abgasstrom und ihr Lösevermögen einerseits in Luft und andererseits in Wasser gegeben sind. Das Lösevermögen in Wasser kann vorteilhafterweise durch den bereits erwähnten Löslichkeitsvermittler 6E erhöht werden.
Wie bereits erwähnt, unterscheiden sich die erfindungsgemäßen Verfahrens- und Anlagenvarianten in 1 und 2 durch ihren Automatisierungsgrad. Letzterer ist bei der Ausführung gemäß 2 höher, die besonders zur Reinigung von Abgas 2 mit zeitlich nicht stabilen Zusammensetzungen und Konzentrationen der Schadstoffe prädestiniert ist.
Das Spezifikum dieser Ausführung besteht dabei darin, dass durch parallele Messungen im Reingas 2a (Messpunkt MP1) und im Rohgas 2 (Messpunkt MP2) eine Bestimmung der schwankenden Konzentrationen bzw. Schadstoffarten erfolgt. Es ist also vorgesehen, dass auch in dem gereinigten Abgas 2a, nachdem dieses aus dem Bioreaktor 3 ausgetreten ist, eine weitere Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und Menge eines gegebenenfalls vorhandenen Restanteils der ursprünglich enthaltenen Verbindungen erfolgt. Dies kann – wie im Rohgas 2 – bevorzugt unter Einsatz der Gaschromatographie und/oder mit einem Flammenionisationsdektektor (FID) bzw. einem Photoionisationsdetektor (PID) als schreibenden Messgeräten erfolgen. Die Messungen können im Online-Verfahren kontinuierlich oder mindestens einmal stündlich vorgenommen werden, wobei das jeweilige Messgerät ein Referenzsignal über den im Abgas 2 enthaltenen organisch gebundenen Kohlenstoffanteil in den Schadstoffen liefert.
Ein Flammenionisationsdetektor (Abkürzung und Bezugszeichen in 2: FID) ist ein Detektor für organische Verbindungen, der überwiegend in Verbindung mit Gaschromatographen (GC) eingesetzt wird. Sein Funktionsprinzip besteht in der Messung der Leitfähigkeit einer Knallgasflamme zwischen zwei Elektroden. Zu analysierende Substanzen werden mit einem Trägergasstrom in die Flamme transportiert und dort thermisch ionisiert. Die bei der Ionisierung freiwerdenden Elektronen werden mittels eines Gitters, das um die Flamme angebracht ist, aufgefangen und durch einen angeschlossenen Schreiber oder ein Datensystem als Peak aufgezeichnet. Der FID ist ein Detektor, der Robustheit mit hoher Empfindlichkeit verbindet. Sein Signal ist über einen weiten Konzentrationsbereich linear proportional zur Menge des Kohlenstoffgehaltes in einem Analyten. So kann die Konzentration eines Kohlenwasserstoffs aus dem Signal ohne Kalibrierung abgeschätzt werden, und der Detektor kann gut zur Quantifizierung organischer Schadstoffe verwendet werden.
Ein Photoionisationsdetektor (Abkürzung und Bezugszeichen in 2: PID) ist ein Gerät zur Erkennung und Analyse von chemischen Verbindungen in der Luft. Beispielsweise sind mittels des PID aromatische Kohlenwasserstoffe, einige gängige Lösungsmittel und eine Vielzahl von unterschiedlichen anorganischen, vor allem aber organischen Substanzen nachweisbar. Ein PID saugt mittels einer Pumpe die Umgebungsluft ein und setzt diese dem UV-Licht einer Gasentladungslampe aus. Wenn ionisierbare Substanzen in der Luft vorhanden sind, wird dies als Konzentration auf dem Display angezeigt. Die Belastung des Abgases 2 durch die Schadstoffe kann so festgestellt werden.
Die Weiterverarbeitung der gewonnenen Messsignale kann dann bevorzugt unter Einsatz einer speicherprogrammierbaren Steuerung (Abkürzung und Bezugszeichen in 2: SPS) vorgenommen werden. Die SPS kann die erfindungsgemäße Anlage 1 überwachen und steuern und den technologischen Ablauf unter Kontrolle der einzuhaltenden Toleranzen aufzeichnen. Im Bereich der Speicher der SPS kann dabei zwischen aktiven und aktuellen Datenspeichern für die Durchführung der Messaufgaben und Kalkulationen und den Datenspeichern zur Ablage von Daten der messtechnischen Überwachungen sowie den Dosierungen unterschieden werden. In einer wissenbasierten Datenbank der SPS können auch mathematische Modelle der Reaktionskinetik und der Wärmetönung von unter verschiedenartigen Randbedingungen im Reaktionsraum 4 möglichen Metabolisierungvorgängen niedergelegt sein und zur Steuerung und Regelung eingesetzt werden. Das Programm der SPS verknüpft und koordiniert somit die ablaufenden Vorgänge und sorgt für eine hohe Effizienz der erfindungsgemäßen Anlage 1.
Die chemische Zusammensetzung und Menge der als Emissionen im Abgas 2 enthaltenen Verbindungen vor und nach der Reinigung des Abgases 2 können dann miteinander verglichen und daraus resultierend Steuersignale für die separate Dosierung der Nährstoffe 6A, 6B, 6C, 6D bzw. Hilfsstoffe, wie des Löslichkeitsvermittlers 6E, gebildet werden. Es ist auch möglich, Steuersignale aus dem Ergebnis eines Vergleichs des gegebenenfalls noch vorhandenen Restanteils der ursprünglich enthaltenen Schadstoffe mit einem geforderten Richtwert zu bilden.
Unter praktischen Gesichtspunkten kann eine Messwerterfassung im Abgas 2 und eine sich anschließende Berechnung der zu dosierenden Stoffe beispielsweise wie nachfolgend beschrieben aussehen.
1. Messwerterfassung im Abgas 2 (Rohgas, Messpunkt MP2)
Als Beispiel sei hier Propan C₃H₈ gewählt, dessen Konzentration c_Propan in einem Abgasvolumenstrom von Q = 18.000 m³/h 70 ppm betragen möge.
Schritt 1: Ermittlung der Konzentration c_C an organisch gebundenem Kohlenstoff c_C = 70 ppm × 3 (Kohlenstoffatome) × 12 g/mol (molare Masse C)/22,41 l/mol (molares Volumen) c_C = 112,5 mg C/m³
Schritt 2: Ermittlung des Massenstroms M_C an Kohlenstoff M_C = c_C × Q = 2,025 kgC/h
2. Berechnung der zu dosierenden Stoffe
Gemäß obiger Gleichung (3) soll ein optimales molares Verhältnis von Kohlenstoff (C) zu Stickstoff (N) zu Phosphor (P) von 100:5:1 eingestellt werden. Demnach gilt:
100 mol × 12 g/mol (C):5 mol × 14 g/mol (N):1 mol × 31 g/mol (P). Auf 1200 g Kohlenstoff kommen also 70 g Stickstoff und 31 g Phosphor bzw. auf 1 kg C, 0,058 kg N und 0,0258 kg P. In Bezug auf das oben angeführte Beispiel des Messsignals resultiert ein Kohlenstoffstrom im Abgas 2 von 2,025 kg/h und damit eine notwendige Dosiermenge

– des Stickstoffanteils der in Komponente 6A gelösten Salze von 0,118 kg/h und
– des Phosphoranteils der in Komponente 6B gelösten Salze von 0,052 kg/h.

Als Komponente 6C kann eine Lösung von Spurenelementen in einer Konzentration von einigen in Millionstel ppm zudosiert werden. Die Komponente 6D – eine Stärkelösung – kann als Kohlenstoff-Lieferant für den Fall einer Unterschreitung einer minimalen Grenzkonzentration von Kohlenstoff im gereinigten Abgas 2a oder für den Fall eines Leerlaufbetriebs der erfindungsgemäßen Anlage 1 zudosiert werden, damit die Metabolisierungsvorgänge der Mikroorganismen im Reaktionsraum 4 nicht zum Erliegen kommen. Die Komponente E enthält den Lösevermittler, der im Bedarfsfall bei Vorhandensein von nicht löslichen Schadstoffen in Anteilen von 2% bis zu 5% der betreffenden Stoffe hinzudosiert werden kann.
3. Messwerterfassung im gereinigten Abgas 2a (Reingas, Messpunkt MP2)
Nach erfolgter Berechnung und Dosierung der Reaktionskomponenten erfolgt die Vergleichsmessung am Messpunkt MP1. Wird beispielsweise ein gesetzlich vorgeschriebener Grenzwert nach dem deutschen Bundes-Immissionschutzgesetz (31. BimSchV) von 50 mg C/m³ nicht unterschritten, so können als Steuergrößen die Temperatur sowie die Dosen der Komponenten 6A, 6B, 6C, 6D, 6E systematisch und iterativ verändert werden, um die Reaktion zumindest quantitativ aber ggf. auch qualitativ zu optimieren. Zusätzlich ist es bedarfsweise auch möglich, zur Intensivierung von oxidierenden Teilreaktionen durch Einblasen von reinem Sauerstoff als Komponente 6F aus einem Vorratsbehälter F in das Abgas 2 dort den Sauerstoffanteil zu erhöhen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es dabei, das Verhältnis der Komponenten 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F zueinander zu variieren, um die Effizienz und somit den Grad der Abgasreinigung gezielt zu steuern und damit zu verbessern.
Ein Protokoll des gesamten technologischen Ablaufs kann dann in einer Datenbank der SPS hinterlegt werden.
4. Wiederholungszyklus
Die erfindungsgemäße Anlage 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil auf eine bespielsweise stündliche Wiederholungsroutine ausgelegt sein. Während dieser Zeitspanne werden die vorstehend beschriebenen Teilprozesse umgesetzt. Die Größe des Fermenters 7 kann dabei so bemessen werden, dass die darin enthaltene Behandlungsflüssigkeit 6 in einer Stunde einmal zirkuliert, wobei die Dosierstoffe 6A, 6B, 60, 6D, 6E danach erschöpft sind. So beginnt nach Ablauf einer Stunde der Kreislauf erneut.
Die 3 bis 5 beziehen sich insbesondere auf den erfindungsgemäßen, teilweise schon beschriebenen Bioreaktor 3, wobei in den 3 und 5 aber auch die Vorratsbehälter A, B, C, D, E, F und der Fermenter 7 dargestellt sind.
Der Grundaufbau des erfindungsgemäßen Bioreaktors 3 besteht darin, dass der Reaktor zunächst den Reaktionsraum 4 beinhaltet, in welchen das inerte Trägermaterial eingebracht werden kann, damit sich darauf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Biofilm der Mikroorganismen ausbilden kann. Im oberen Bereich des Reaktionsraums 4 befinden sich die Befeuchtungseinrichtungen 5 zur Befeuchtung des Trägermaterials und des Biofilms mit der Behandlungsflüssigkeit 6. Der Reaktionsraum 4 ist in zwei, nacheinander vom Abgas 2 durchströmbare Kammern 4a, 4b unterteilt, die über den Sammelraum 8 miteinander verbunden sind. Letzterer befindet sich im unteren Teil des Bioreaktors 3 unterhalb der Kammern 4a, 4b und dient zur Sammlung der Behandlungsflüssigkeit 6, nachdem diese den Reaktionsraum 4 durchrieselt hat. Die Kammern 4a, 4b sind in 1 und 2 auch mit „Reaktorstufe A” und „Reaktorstufe B” bezeichnet.
Mit der Erfindung kann bei Vorhandensein des zu einer hocheffektiven Reinigung notwendigen apparativen Aufwands eine Minimalisierung des Bauraums sowie auch des Herstellungsaufwands erreicht werden. So kann – wie insbesondere 4 zeigt – vorteilhafterweise ein käuflich erwerbbarer Serienbehälter, wie beispielsweise ein nach ISO-Norm 668 genormter 20- oder 40-Fuß-Seefracht-Container, der innen durch Einziehen einer Zwischenwand 13 in die beiden Kammern 4a, 4b aufgeteilt wird, zur Herstellung des Bioreaktors 3 verwendet werden.
Der Boden 14 des Bioreaktors 3 ist in einer die Zirkulation des Stromes der zu reinigenden Abluft 2 begünstigenden Weise einheitlich und mit einer nicht im Detail dargestellten gemeinsamen Auffangwanne ausgestattet. In den darüber befindlichen Kammern 4a, 4a laufen im erfindungsgemäßen Verfahren beim Durchfahren mit dem zu reinigenden Abgas 2 die beiden Reaktionsstufen zum biologisch-chemischen Abbau der Schadstoffe ab. Die Kammern 4a, 4b können – wie dargestellt – gegen die gemeinsame, den Sammelraum 8 bildende Auffangwanne durch einen perforierten Druckboden 15 abgeteilt sein, auf dem die Zwischenwand 13 fußt. Die zwei Kammern 4a, 4b können beispielsweise mit porösen Füllkörpern, wie sie in der VDI-Richtlinie 3477 beschrieben sind, als Trägermaterial befüllt werden.
Die Befeuchtungseinrichtungen 5 können – wie ebenfalls aus 4 hervorgeht – durch ein verzweigtes Rohrleitungssystem mit parallel angeordneten perforierten Rohrstücken 5a gebildet sein. Zur Zufuhr des ungereinigten Abgases 2 und zur Ableitung des gereinigten Abgases 2a können an dem Bioreaktor Gaszuleitungseinrichtungen 16 und Gasableitungseinrichtungen 17 vorgesehen sein.
Wie 5 zeigt, besteht die Möglichkeit, zwei oder mehr erfindungsgemäß gestaltete Bioreaktoren 3 modular zum bedarfsgerechten Aufbau und zur Installation biologisch-chemischer Reaktionseinheiten 3a zu vereinigen. Hierzu müssen nur entsprechende Luftführungseinrichtungen 18 und eine angepaßte Schaltung der Befeuchtungseinrichtungen 5 vorgesehen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. So kann der Fachmann weitere zweckmäßige technische Maßnahmen vorsehen, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Derartige Maßnahmen ergeben sich teilweise aus den Anlagenschemata in 1 und 2, in denen zur Ableitung des gereinigten Abgases 2 ein Abluftkamin 19 vorgesehen ist. Die fachüblichen Schaltsymbole in diesen Schemata veranschaulichen auch weitere zweckmäßige technische Merkmale. So kann vorgesehen sein, dass in dem Bioreaktor 3 über einen außen liegenden Schwimmerschalter der Flüssigkeitsstand im Sammelraum 8 überwacht wird. Bei Erreichen eines oberen Grenzwerts wird die elektrisch betriebene Pumpe M2 ein- und bei Erreichen eines unteren Grenzwerts wieder ausgeschaltet. Auch der Fermenter 7 kann bei Steuerung mittels eines Schwimmerschalters mit Wasser versorgt werden. Der Heizkreislauf 11 kann mit Vorteil thermostatisch autark geschaltet werden.
Bezugszeichenliste

1: Anlage
2: Abgas, ungereinigt
2a: Abgas, gereinigt
3: Bioreaktor
3a: Baueinheit aus 3
4: Reaktionsraum von 3
4a: erste Kammer von 4
4b: zweite Kammer von 4
5: Befeuchtungseinrichtung
5a: perforierter Rohrabschnitt von 5
6A: Komponente in A
6B: Komponente in B
6C: Komponente in C
6D: Komponente in D
6E: Komponente in E
6F: Komponente in F
7: Fermenter
8: Sammelraum
9: Rückführleitung von 8 zu 5
9a: Abschnitt 8/7 von 9
9b: Abschnitt 7/5 von 9
10: Steuer- und Regelvorrichtung
11: Heizkreislauf
12: Heizrohr von 11 in 8
12a: Heizrohr von 11 in 4a
13: Zwischenwand in 4
14: Boden von 3
15: Druckboden von 4a/4b
16: Gaszuleitungseinrichtung von 3
17: Gasableitungseinrichtung von 3
18: Luftführungseinrichtung
19: Abluftkamin für 2a
A: Vorratsbehälter für 6A
B: Vorratsbehälter für 6B
C: Vorratsbehälter für 6C
D: Vorratsbehälter für 6D
E: Vorratsbehälter für 6E
F: Vorratsbehälter für 6F
M1: zentraler Abluftventilator
M2: Pumpe für 6 aus 8
M3: Pumpe für 6 aus 7
M4: Pumpe für 6A
M5: Pumpe für 6B
M6: Pumpe für 6C
M7: Pumpe für 6D
M8: Pumpe für 6E
FID: Erfassungseinrichtung, Flammenionisationsdetektor
PID: Erfassungseinrichtung, Photoionisationsdetektor
SPS: Speicherprogrammierbare Steuerung

Claims

Verfahren zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen (2), wobei als Emissionen angefallene, in den Abgasen (2) enthaltene Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas (2) bestimmt und in mindestens einem Reaktionsraum (4) eines Bioreaktors (3) abgebaut werden, in dem auf einem inerten Trägermaterial ein Biofilm mit mindestens einer Art von zum Abbau der organischen Verbindungen geeigneten Mikroorganismen angesiedelt ist, wobei das inerte Trägermaterial und der Biofilm mittels mindestens einer Befeuchtungseinrichtung (5) mit einer wässrigen Behandlungsflüssigkeit (6) befeuchtet werden, welche in einem Fermenter (7) mit den Mikrorganismen sowie mit Nährstoffen (6A, 6B, 6C, 6D) für dieselben versetzt wird, und welche nach einem Durchrieseln des Reaktionsraums (4) in einem Sammelraum (8) gesammelt und von dort einer Rezirkulation zur Befeuchtungseinrichtung (5) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsflüssigkeit (6) bei der Rezirkulation durch den Fermenter (7) geleitet wird, wobei jeder der Nährstoffe (6A, 6B, 6C, 6D) separat entsprechend der chemischen Zusammensetzung und Menge der im Abgas (2) enthaltenen Verbindungen in den Fermenter (7) dosiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der chemischen Zusammensetzung und Menge der im Abgas (2) enthaltenen Verbindungen Hilfsstoffe, wie ein Löslichkeitsvermittler (6E) zwischen den als Emissionen angefallenen, in den Abgasen (2) enthaltenen Verbindungen und der Behandlungsflüssigkeit (6) separat in den Fermenter (7) dosiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierungen zeitgetaktet erfolgen, wobei insbesondere in den Fermenter (7) periodisch auch neue Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, eingegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bestimmung der in den Abgasen (2) enthaltenen Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas (2) die darin enthaltenen Anteile von organisch gebundenem Kohlenstoff, sowie – falls vorhanden – von Stickstoff und Phosphor ermittelt und als Steuergrößen zur Dosierung der Nährstoffe (6A, 6B, 6C, 6D) eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem gereinigten Abgas (2), nachdem dieses aus dem Bioreaktor (3) ausgetreten ist, eine weitere Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und Menge eines gegebenenfalls vorhandenen Restanteils der ursprünglich enthaltenen Verbindungen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung und Menge der als Emissionen im Abgas (2) enthaltenen Verbindungen vor und nach der Reinigung des Abgases (2) miteinander und/oder mit einem festgelegten Richtwert verglichen und daraus Steuersignale für die separate Dosierung der Nährstoffe (6A, 6B, 6C, 6D) sowie gegebenenfalls für eine Sauerstoffzumischung in das Abgas (2) gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Fermenter (7) durch Dosierung geeigneter saurer oder alkalischer Nährstoffe (6A, 6B, 6C, 6D) der pH-Wert der Behandlungsflüssigkeit (6) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Bioreaktor (3) durch eine Temperierung der Behandlungsflüssigkeit (6) gesteuert oder geregelt wird, wobei insbesondere im Reaktionsraum (3) eine Temperatur im Bereich von 30°C bis 70°C eingestellt wird und wobei bevorzugt die Temperierung durch einen Heizkreislauf (11) erfolgt, in welchem Heizrohre (12) vorgesehen sind, mittels derer die Behandlungsflüssigkeit (6) im Sammelraum (8) und/oder im Reaktionsraum (4), vorzugsweise in dessen Eintrittsbereich für das Abgas (2), erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Behandlungsflüssigkeit (6) durch die Nährstoffe (6A, 6B, 6C, 6D) ein molares Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff zu Phosphor im Bereich von 100:2,5 bis 7,5:0,2 bis 3,0, vorzugsweise von 100:5:1, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im Abgas (2) enthaltenen Verbindungen in einem Bioreaktor (3) abgebaut werden, dessen Reaktionsraum (4) in mindestens zwei, nacheinander vom Abgas (2) durchströmbare Kammern (4a, 4b) unterteilt ist, die durch den Sammelraum (8) miteinander verbunden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Abgasen (2) enthaltenen Verbindungen zunächst in einer ersten Stufe in einem ersten Reaktionsraum (4a) des Bioreaktors (3) abgebaut werden, in dem das Trägermaterial und der Biofilm mittels einer ersten Befeuchtungseinrichtung (5) mit der wässrigen Behandlungsflüssigkeit (6) befeuchtet werden, wobei das Abgas (2) und die Behandlungsflüssigkeit (6) im Gleichstrom geführt werden, und dann nach einem Durchströmen des Sammelraums (8) die noch in den Abgasen (2) enthaltenen Verbindungen in einer zweiten Stufe in einem zweiten Reaktionsraum (4b) des Bioreaktors (3) abgebaut werden, in dem das Trägermaterial und der Biofilm mittels einer zweiten Befeuchtungseinrichtung (5) befeuchtet werden, wobei das Abgas (2) und die Behandlungsflüssigkeit (6) im Gegenstrom geführt werden.
Anlage (1) zur chemisch-biologischen Reinigung von Abgasen (2), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, – mit einer Erfassungseinrichtung (PID/FID), in der als Emissionen angefallene, in den Abgasen (2) enthaltene Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas (2) bestimmt werden, – mit einem Bioreaktor (3), der mindestens umfasst: einen Reaktionsraum (4), in dem die im Abgas (2) enthaltenen, als Emissionen angefallenen Verbindungen abgebaut werden, ein sich in dem Reaktionsraum (4) befindendes inertes Trägermaterial, auf dem ein Biofilm mit mindestens einer Art von zum Abbau der organischen Verbindungen geeigneten Mikroorganismen angesiedelt ist, mindestens eine sich im Reaktionsraum (4) befindende Befeuchtungseinrichtung (5), mittels derer das Trägermaterial und der Biofilm mit einer wässrigen Behandlungsflüssigkeit (6) befeuchtet werden, welche die Mikrorganismen sowie Nährstoffe (6A, 6B, 6C, 6D) für dieselben enthält, sowie einen Sammelraum (8), in dem die Behandlungsflüssigkeit (6) nach einem Durchrieseln des Reaktors (4) gesammelt und von dort einer Rezirkulation zugeführt wird, – mit einer Rückführleitung (9) zur Rezirkulation der Behandlungsflüssigkeit (6) zur Befeuchtungseinrichtung (5), – sowie mit einem Fermenter (7), in dem die wässrige Behandlungsflüssigkeit (6) mit den Mikroorganismen sowie mit den Nährstoffen (6A, 6B, 6C, 6D) versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (9) zur Rezirkulation der Behandlungsflüssigkeit (6) mit einem ersten Abschnitt (9a) zunächst in den Fermenter (7) und von dort mit einem zweiten Abschnitt (9b) zur Befeuchtungseinrichtung (5) geführt ist, und dass an den Fermenter (7) Vorratsbehälter (A, B, C, D) zur separaten Dosierung verschiedenartiger Nährstoffe (6A, 6B, 6C, 6D) für die Mikroorganismen angeschlossen sind.
Anlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an den Fermenter (7) ein Vorratsbehälter (E) zur separaten Dosierung eines Löslichkeitsvermittlers (6) zwischen den als Emissionen angefallenen, in den Abgasen (2) enthaltenen Verbindungen und der Behandlungsflüssigkeit (6) angeschlossen ist.
Anlage (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (PID/FID), in der die als Emissionen angefallenen, in den Abgasen (2) enthaltenen Verbindungen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Menge im Abgas (2) bestimmt werden, Bestandteil einer Vorrichtung (10) zur Steuerung und/oder Regelung zur separaten Dosierung der verschiedenen Nährstoffe (6A, 6B, 6C, 6D) aus den Vorratsbehältern in den Fermenter (7) ist, und vorzugsweise einen Flammionisationsdetektor (FID) oder einen Photoionisationsdetektor (PID) umfasst.
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) zur Steuerung und Regelung der Dosiervorgänge und Temperatur im Bioreaktor (3).
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch einen Bioreaktor (3), dessen Reaktionsraum (4) in mindestens zwei, nacheinander vom Abgas (2) durchströmbare Kammern (4a, 4b) unterteilt ist, die über den Sammelraum (8) miteinander verbunden sind.
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Sammelraum (8) des Bioreaktors (3) Heizrohre (12) eines Heizkreislaufs (11) zur Erwärmung der Behandlungsflüssigkeit (6) angeordnet sind.
Anlage (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (4a, 4b) des Bioreaktors (3) durch Einziehen von mindestens einer Zwischenwand (13) in einen kommerziell erhältlichen insbesondere standardisierten Behälter, vorzugsweise in einen nach ISO 668 genormten Container, gebildet sind.
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch einen einheitlichen Boden (14) des Bioreaktors (3), auf dem in den Kammern (4a, 4b) eine gemeinsamen Auffangwanne angeordnet ist, die den Sammelraum (8) bildet.
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (4a, 4b) des Bioreaktors (3) gegen den Sammelraum (8) durch einen perforierten Druckboden (15) abgegeteilt sind.
Anlage (1) nach den Ansprüchen 18 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand (13) auf dem Druckboden (15) fußt.
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtungseinrichtung (5) durch ein verzweigtes Rohrleitungssystem mit parallel angeordneten perforierten Rohrstücken (5a) gebildet sind.
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 22, gekennzeichnet durch eine Reaktoreinheit (3a), die aus zwei oder mehr Bioreaktoren (3) mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils eines oder mehrerer der Ansprüche 16 bis 22 gebildet ist.