DE19506835A1

DE19506835A1 - Biofilter zur Abluftreinigung

Info

Publication number: DE19506835A1
Application number: DE19506835A
Authority: DE
Inventors: Karin Luyten-Naujoks; Annette Voswinckel
Original assignee: W U R M GES ZUR WEITERVERARBEI
Current assignee: W U R M GES ZUR WEITERVERARBEI
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1996-08-29

Description

Die Erfindung betrifft einen Biofilter zur Abluftreinigung, bestehend aus einem von der Abluft durchströmbaren Haufwerk mit biologisch aktivem, organischem Rottematerial.

Geruchsintensive Abluft aus Klärwerken, aus der Nahrungsmittel produktion, aus Lackierereien sowie anderen Gewerbetrieben, aber auch Abluft aus der Containerkompostierung stellt eine störende Geruchsbelästigung dar, weshalb verstärkt die Abluft reinigung gefördert wird.

Im zugänglichen Stand der Technik, wie beispielsweise in der die Containerkompostierung betreffenden DE-A-25 41 070 wird zwar von einem Bio-Abluftfilter gesprochen, jedoch wird der Aufbau nicht näher spezifiziert. Soweit überhaupt bekannt, wird biologisch aktives organisches Rottematerial zu einem Haufwerk aufgeschichtet, in der Hoffnung, daß die im Rottematerial vor handenen Mikroorganismen die Gase geruchsneutral machen. Erfah rungsgemäß tritt die gewünschte Geruchsneutralisierung häufig nicht ein, z. B. dann, wenn der Feuchtegrad des als Abluftfilter verwendeten Rottematerials zu hoch ist oder dieses selbst noch biologisch abgebaut wird und hierbei geruchsintensive Gase bil det. Je nach Schichtung des Haufwerkes muß auch befürchtet wer den, daß die meist bodenseitig eingeleitete Abluft das Haufwerk nicht gleichmäßig durchströmt, sondern randseitig des Behälters im wesentlichen ungefiltert durch den Biofilter abgeleitet wird, so daß nicht die gewünschte Filterwirkung bewirkt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Biofilter der eingangs genannten Art zu schaffen, der im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik bekannten Biofiltern verbesserte Filterwirkungen hat.

Diese Aufgabe wird durch einen Biofilter nach Anspruch 1 gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Biofilter substrat aus Holzanteilen mit einer Korngrößenverteilung (in Gewichtsprozent) bei Trockensieben von
20% bis 90% zu < 32 mm bis maximal 300 mm,
5% bis 65% zu 8 mm bis 32 mm,
Rest Feinanteile < 8 mm, jedoch maximal 20%
aufweist, die zu einer Höhe von 50 cm bis 250 cm aufgeschichtet sind und die neben einem strukturstabilen Anteil von 30 Vol.-% bis 90 Vol.-%, vorzugsweise 50 Vol.-% bis 80 Vol.-%, schwer abbaubarem Holz, wie Wuzelholz oder Hartholz, als Rest voll ständig heißfermentierte und kompostierte Holzanteile als Trä gersubstanz für die Animpfung aufweist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein Teil der vollständig fermentierten und kompostierten Holzanteile durch leicht abbaubare Holzanteile, Laub, Rinde, Kokosfaser oder entsprechendes unfermentiertes, kompostierbares Material als Bakteriennahrungsquelle mit gleicher Korngrößenverteilung des Substrates bis zur Hälfte ersetzt werden.

Weitere Ausgestaltungen des Biofilters hinsichtlich der jewei ligen Korngrößenverteilung der zuvor genannten Anteile sind in den Ansprüchen 3 bis 8 beschrieben.

Der derart aufgebaute Biofilter kombiniert die Vorteile von feinkörnigen Biofiltersubstraten mit grobkörnigen Filter substraten in folgender Weise:

Feinkörnige Biofiltermaterialien zeichnen sich durch eine große aktive Oberfläche, große Sorptionsoberfläche und geringe Aus trocknungsneigung durch hohe Wasserhaltefähigkeit aus. Biofil termaterialien grober Struktur zeichnen sich durch geringe Strömungsverluste, hohe Strukturstabilität, sehr gute Sauer stoffversorgung im Substrat und eine geringe Anfälligkeit gegenüber Druckverlustanstiegen bei Niederschlägen aus. Eine alleinige Verwendung feinkörniger Biofiltermaterialien würde den Nachteil häufig geringer Strukturstabilität verbunden mit einem erheblichen Sackungsverhalten mit sich bringen, die, ver bunden mit der hohen Wasserhaltefähigkeit, insbesondere bei Niederschlägen zu einem starken Anstieg der Druckverluste füh ren würden. Eine alleinige Verwendung von grobkörnigen Biofil termaterialien würde nachteiligerweise zu langen Adaptionspha sen für die Mikrobenpopulationen, eine schlechte Versorgung der Mikroorganismen und zu geringen Verweilzeiten führen. Erst die erfindungsgemäße Kombination der feinkörnigen mit den grobkör nigen Biofiltermaterialien nach Anspruch 1 gleicht diese Nach teile nicht nur aus, sondern führt zu einem erheblichen Syner gieeffekt, dessen Wirkung deutlich über der Wirkung liegt, die durch Einsatz bei nur feinkörnigen Biofiltermaterialen oder nur grobkörnigen Biofiltermaterialien erzielbar wäre. Dieser Syner gieeffekt war nach dem bekannten Stand der Technik nicht zu erwarten.

Die Mischung der genannten verschiedenen Komponenten bewirkt zunächst eine durchgängige Versorgung der Mikroorganismen, wobei der Anteil, der als Bakterien-Nahrungsquelle dient, in Zeiten geringer Nahrungszufuhr über die Zuluft versorgt wird. Dies ist insbesondere bei nicht kontinuierlich betriebenen Bio filtern für eine dann wieder rasch einsetzende mikrobielle Abbauaktivität ohne lange Adaptionsphase wichtig. Beispiels weise werden am Wochenende und zu sonstigen Stillstandszeiten Biofilter nicht benutzt. Andererseits ist die vom erfindungsge mäßen Biofilter dargebotene Nahrungsquelle nicht so leicht abbaubar, wie die Nährstoffe in der zu reinigenden Abluft. Überraschenderweise konnte durch praktische Versuche mit dem erfindungsgemäßen Biofilter nachgewiesen werden, daß das Substrat nur geringfügig zum Eigenabbau neigt.

Olfaktorische Messungen nach 14 Tagen wiesen bereits die aufga bengemäß geforderte volle Geruchtsminderungsrate auf, die auf die Einmischung der Trägersubstanz und Einstellung des optima len Wassergehaltes im Substrat beim Einbau zurückzuführen ist bzw. hierauf beruht. Der strukturstabile Anteil im Biofilter substrat gewährleistet ferner eine geringe Sackungsneigung und damit verbunden eine geringe Anfälligkeit gegenüber steigenden Druckverlusten bei Niederschlägen. Ein ausreichendes Gesamt porenvolumen, insbesondere Luftporenvolumen und eine optimale Sauerstoffversorgung sind über die Standzeit des Biofilters gewährleistet. Strukturstabile Anteile im Biofilter halten dar über hinaus die Druckverluste im Biofilter gering. Durch die Biofilteranteile Bakteriennahrungsquelle und Trägersubstanz wird zudem eine ausreichende Wasserhaltefähigkeit gewährlei stet.

Der erfindungsgemäße Biofilter gewährleistet zudem eine opti male Verweildauer des zu reinigenden Gases, das ggf. mit aero solförmigen Schadstoffen belastet sein kann. Die gleichmäßige Korngrößenverteilung bei unterschiedlichen Korngrößen im Bio filtersubstrat führt zu langen Wegen der Abluft im Biofilter ohne große Druckverluste. Hiermit wird die bei einer einheitli chen Körnung festzustellende geradlinige Durchströmung des Bio filters vermieden. Zudem bietet das organische Material den darin enthaltenen Mikroorganismen, die einen großen Teil der biologischen Reinigungsarbeit verrichten, gute Milieubedingun gen und ein optimales Nährstoffangebot. Der Biofilteraufbau sorgt zudem für eine gute Drainage.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt das unfermentierte kompostierbare Material einen Gehalt an organi scher Substanz von mehr als 40% in der Trockenmasse. Vorzugs weise besitzen die leicht abbaubaren Holzanteile ein C/N-Verhältnis < 30.

Die Holzanteile, die im Biofilter verwendet werden, sind vor zugsweise gerissen, gehackt, geschnitten, gebrochen und/oder geshreddert bzw. sind mehreren der genannten Behandlungen unterzogen worden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird unterhalb des vor beschriebenen Haufwerkes eine 10 cm bis 50 cm, vorzugsweise 20 cm, hohe Basisschicht angeordnet, die aus gebrochenen, geschnittenen, gequetschten, geshredderten, gerissenen oder gehackten Wurzeln mit einer maximalen Kantenlänge von 10 mm bis 1500 mm besteht und die als Strömungsverteilungsschicht aufge häuft sind. Diese Strömungsverteilungsschicht besitzt vorzugsweise eine Korngrößenverteilung mit 0 bis 10 Gew.-% < 8 mm, 0 bis 70 Gew.-% 8 mm bis 32 mm, Rest 32 mm bis 300 mm, mindestens jedoch 20%. Die zu reinigende Abluft wird an der Unterseite dieser Strömungsverteilungsschicht großflä chig aufgegeben und durch die genannte Strömungsverteilungs schicht breitflächig auf die Haufwerkunterseite geleitet, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Zuluft unabhängig von dem Öffnungsvolumen etwa vorhandener Filterplatten in optimierter Weise vermindert wird, so daß eine gleichmäßige Luftverteilung und -geschwindigkeit vor Eintritt der Luft in die Biofilter substratmenge gewährleistet wird. Gleichzeitig dient die Strö mungsverteilungsschicht als Zwischenschicht zur Verminderung der Gefahr einer Verstopfung der Öffnungen betreffender Luftzu führöffnungen, da sie verhindert, daß Feinanteile aus dem Bio filtersubstrat absinken.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist oberhalb des Biofil tersubstrates eine 5 cm bis 50 cm hohe Abdeckschicht aus Kom postmulch, vorzugsweise heißfermentierten und kompostierten Holzanteilen mit einem Rottegrad V, und/oder fermentierte oder unbehandelte Rinde angeordnet. Die Mächtigkeit der Abdeck schicht richtet sich insbesondere bei im Freien liegenden Fil teranlagen nach den regionalen Witterungsverhältnissen, wie der Jahresniederschlagsmenge, der Temperaturverteilung etc. Die Abdeckschicht, die vorzugsweise zu 5 Gew.-% bis 70 Gew.-% in der Tockenmasse Holzanteile mit einer Korngröße < 10 mm auf weist, erfüllt die Funktion, einen Temperaturausgleich zwischen dem Biofiltersubstrat und der Außenluft zu schaffen, die ober flächige Austrocknung des Biofiltersubstrates an strahlungsrei chen Tagen zu verhindern und den Druckverlust im Hinblick auf eine angemessene Verweildauer zu gewährleisten, insbesondere in der Sackungsphase des Biofiltersubstrates nach dem Aufsetzen und während der Betriebsphase.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist als Sohle ein belüfteter Schlitzboden vorgesehen, vorzugsweise mit einem Öffnungsvolumen von 3% bis 25% und/oder eine Lochung von 100 Löchern/m².

Nach der vorbeschriebenen Ausführungsform wird der Schlitzboden durch die Abgaszufuhr belüftet, wovon ausgehend die Abluft durch die genannte Strömungsverteilungsschicht in das Biofil tersubstrat gedrückt wird, bevor das Abgas in gereinigter, geruchsgeminderter Form die Abdeckschicht in die Außenumgebung verläßt.

Als schwer abbaubares Holz sowohl im Biofiltersubstrat als auch in der Strömungsverteilungsschicht werden bevorzugt Wurzelholz und/oder Harthölzer, wie Eiche, Buche, Erle und/oder Teakholz, jeweils in gerissener, gehackter, geschnittener, gequetschter, geshredderter sowie kombinierten Fraktionen verwendet.

Vorzugsweise und um zu verhindern, daß von der Strömungsvertei lerschicht die Abluft zu einem großen Teil ohne Durchlaufen des Biofilters nach außen dringt, ist vorgesehen, daß die Strö mungsverteilerschicht sich nicht vollflächig über die gesamte Basisfläche des Biofilters erstreckt, sondern daß ein Randbe reich von 60 cm bis 2 m freigelassen ist. In diesem Randbereich liegt der Biofilter bzw. das Biofiltermaterial auf einer geschlossenen Bodenfläche.

Der Biofilter kann entweder unter Verwendung von seitlichen Stützwänden quaderförmig aufgeschichtet sein oder als im Quer schnitt trapezförmiges Haufwerk.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar gestellt, die jeweils einen Querschnitt durch erfindungsgemäße Biofilter in einer schematischen Ansicht darstellen.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist auf einem mit Abluft belüfteten Schlitzboden 10 eine erste Schicht aus gebrochenen Wurzeln 11 unter Verwendung von Eichen-, Buchen-, Erlen- und/oder Teakholz in einer Höhe von 20 cm aufgeschichtet. Diese Wurzelschicht 11 dient als Strömungsverteilungsschicht mit Wurzelholzanteilen, die Kantenlängen zwischen 10 mm bis 1500 mm aufweisen. Das Wurzelholz ist ggf. vorher durch Shreddern, Quetschen, Brechen, Schneiden, Reißen und/oder Hacken oder Kombinationen der genannten Zerkleinerungsarbeiten auf entsprechende Größen zerkleinert worden, beispielsweise mit einer Korngrößenverteilung jeweils in Gew.-% bei Trockensie bung:
< 8 mm bis maximal 10%
8 bis 32 mm bis 70%
< 32 mm Rest.

Die Strömungsverteilungsschicht kann auch zu 100% aus Wurzel holz mit Korngrößen < 32 mm bis zu einer maximalen Kantenlänge von 1500 mm bestehen.

Darüber befindet sich die Biofiltersubstratschicht 12 in einer Höhe von 130 cm, die jeweils zu gleichen Anteilen vollständig kompostierte und fermentierte Holzanteile als Trägersubstanz für die Animpfung, leicht abbaubare Holzanteile in Form geshredderten heimischen Holzes und gebrochenes Holz als struk turstabiler schwer abbaubarer Anteil enthält. Das Biofilter substrat besteht aus gesiebten Bestandteilen, wovon 8 Gew.-% eine Korngrößenverteilung < 8 mm, 22 Gew.-% von 8 mm bis 32 mm, Rest (70 Gew.-%) eine Korngrößenverteilung von 32 mm bis 300 mm bis hin zu einer Kantenlänge von 900 mm aufweisen.

Über der Biofiltersubstratschicht und diese komplett über deckend ist eine Abdeckschicht 13 aus Kompostmulch angeordnet, die eine Dicke von 5 cm bis 10 cm hat und deren Bestandteile eine Korngröße besitzen, die nach Siebungen durch zwei Siebe mit einer Maschenweite von 24 mm und 10 mm erhalten werden. Diese Abdeckschicht 13 überdeckt sowohl die Biofiltersubstrat schicht als auch die Wurzelschicht 11.

Während der Biofilter nach Fig. 1 quaderförmig unter Verwendung von seitlichen Stützwänden 14 aufgeschichtet ist, ist der Bio filter nach Fig. 2 im Querschnitt trapezförmig, d. h., er besitzt geneigte Seitenflanken, die jedoch auch eine obere Abdeckschicht 13 aufweisen.

Der Belüftungsboden 10 ist derart ausgestaltet, daß er sich nicht über die gesamte Basisfläche des Biofilters erstreckt, sondern randseitig über eine Breite a von 60 cm der Biofilter unmittelbar auf dem Grund aufliegt. Die Strömungsverteilungs schicht ist flächenmäßig der Größe des Schlitzbodens angepaßt, sie erstreckt sich ebenfalls nicht über die gesamte Basisfläche des Biofilters 12.

Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung nach Fig. 2, wo rand seitig eine Breite b von 150 cm freigelassen wird.

Claims

1. Biofilter zur Abluftreinigung, bestehend aus einem von der Abluft durchströmbaren Haufwerk mit biologisch aktivem, organischem Rottematerial, dadurch gekennzeichnet, daß das Biofiltersubstrat (12) im wesentlichen aus Holzan teilen mit einer Korngrößenverteilung in Gew.-% bei Trockensiebung von
20% bis 90% zu <32 mm bis maximal 300 mm,
5% bis 65% zu 8 mm bis 32 mm,
Rest Feinanteile < 8 mm , jedoch maximal 20%
aufweist, die zu einer Höhe von 50 cm bis 250 cm aufge schichtet sind und die neben einem strukturstabilen Anteil von 30 Vol.-% bis 90 Vol.-%, vorzugsweise 50 Vol.-% bis 80 Vol.-%, schwer abbaubarem Holz, wie Wurzelholz oder Hartholz, als Rest vollständig heißfermentierte und kompostierte Holzanteile als Trägersubstanz für die Animp fung aufweist.

2. Biofilter nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der vollständig fermentierten und kompostierten Holz anteile durch leicht abbaubare Holzanteile, Laub, Rinde, Kokosfaser oder entsprechendes unfermentiertes kompostier bares Material als Bakteriennahrungsquelle mit gleicher Korngrößenverteilung des Substrates bis zur Hälfte ersetzt wird.

3. Biofilter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Korngrößenverteilung des heißfermentierten Kompo stes, angegeben in Gew.-% nach Trockensiebung 32-300 mm|20-90% 8-32 mm 6-60% < 8 mm Rest, aber höchstens 30%

4. Biofilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der heißfermentierte Kompost durch Grobsiebung mit einem Sieb mit der Maschenweite 40 mm erhalten worden ist und/oder die Bestandteile Kantenlängen von 10 bis 500 mm aufweisen.

5. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Korngrößenverteilung des strukturstabilen Anteiles, angegeben in Gew.-% nach Trockensiebung 32-300 mm|20-90% 8-32 mm 5-60% < 8 mm Rest, aber maximal 20%.

6. Biofilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der strukturstabile Anteil Bestandteile mit Kantenlängen von 10 bis 1000 mm aufweist.

7. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das unfermentierte kompostierbare Material folgende Korngrößenverteilung aufweist 32-300 mm|20-100% 8-32 mm 0-60% < 8 mm Rest, aber maximal 10%.

8. Biofilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das unfermentierte kompostierbare Material Bestandteile einer Kantenlänge von 10 bis 1000 mm aufweist.

9. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch daß das unfermentierte kompostierbare Material einen Gehalt an organischer Substanz < 40% in der Trockenmasse aufweist und/oder ein C/N-Verhältnis < 30 besitzt.

10. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile gerissen, gehackt, geschnitten, gebrochen, gequetscht und/oder geshreddert sind.

11. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß als 10 cm bis zu 50 cm, vorzugsweise 20 cm, hohe Basisschicht unter dem Biofiltersubstrat (12) geschnittene, gebrochene, gerissene, gequetschte, geshred derte oder gehackte Wurzeln oder Hartholz mit einer maxi malen Kantenlänge von 10 mm bis 1500 mm als Strömungsver teilungsschicht aufgehäuft sind.

12. Biofilter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverteilungsschicht folgende Korngrößenvertei lung aufweist < 8 mm|0-10% 8- 32 mm 0-70% 32-300 mm Rest, mindestens 20%.

13. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Biofiltersubstrat eine 5 cm bis 50 cm hohe Abdeckschicht aus Kompostmulch, vorzugs weise heißfermentierten und kompostierten Holzanteile mit einem Rottegrad V, und/oder fermentierte oder unbehandelte Rinde angeordnet ist.

14. Biofilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht zu 5 Gew.-% bis 70 Gew.-% in der Trockenmasse Holzanteile mit einer Korngröße < 10 mm, Rest Korngröße < 10 mm aufweist.

15. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Sohle ein belüfteter Schlitzboden, vorzugsweise mit einem Öffnungsvolumen von 3% bis 25%
und/oder einer Lochung von 100 Löchern/m² vorgesehen ist, worauf die Basisschicht oder das Biofiltersubstrat aufge setzt sind.

16. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als schwer abbaubares Holz in dem strukturstabilen Anteil sowie in der Strömungsverteilungs schicht Wurzelholz und/oder Harthölzer, vorzugsweise Eiche, Buche, Erle und/oder Teakholz verwendet ist.

17. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverteilungsschicht nur bis zu einer Länge, Breite oder einem Durchmesser vorgese hen ist, so daß 0,6 m bis 2 m des Biofilterhaufwerkes randseitig auf einer geschlossenen Bodenfläche und nicht auf der Strömungsverteilungsschicht angeordnet sind.

18. Biofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeich net durch ein im Querschnitt trapezförmiges Haufwerk.