DE19527506A1 - Appts. for biologically treating solvent-contg. waste air - has buffer system to cope with solvent concn. spikes, allowing size of bio=reactor to be reduced - Google Patents

Appts. for biologically treating solvent-contg. waste air - has buffer system to cope with solvent concn. spikes, allowing size of bio=reactor to be reduced

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Abstract

The appts. for biological treatment of solvent-contg. waste air has an integrated buffer system that can be switched in as required, allowing the concn. spikes to be balanced out and permitting a long-term redn. in pollutant load during operating periods. The waste air can be supplied to the reactor directly and via a pre-separator in infinitely variable proportions, where the proportion supplied directly to the bioreactor is such that it can be handled [by a bioreactor] with the desired degradation capacity, this value being determined beforehand in a series of tests with direct gas injection (100% waste air direct into the bioreactor). During periods of high pollutant concn., a side stream is introduced into the buffer system, from which the adsorbed solvent can be continuously desorbed with compressed air during periods when operations are at a standstill, where temp./time programs can be established to meet the needs of the particular waste air problem.

Description

1. Einleitung1 Introduction

Obwohl die Anwendung von Biofiltern ursprünglich für die Beseitigung von Geruchs­ belästigungen konzipiert war, hat sie sich heute zu einer wichtigen Alternative zu den bekannten physikalisch und chemischen Methoden der Abgasreinigung entwickelt. Es konnte gezeigt werden, daß Biofilter in der Lage sind, auf industrieller Basis Lösemittel aus Abgasen zu entfernen. Man kann erwarten, daß zukünftig für besondere Anwendungs­ bereiche in der Industrie "maßgeschneiderte" Hochleistungsfilter eingesetzt werden können.Although the application of biofilters originally for the elimination of odor was designed to be an important alternative to the developed physical and chemical methods of emission control. It could be shown that biofilters are capable of solvent on an industrial basis To remove exhaust gases. One can expect that in the future for special application can be used in industry "tailor made" high performance filters.

Das Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit stellt die Entwicklung eines leistungsfähigen, reproduzierbar anfahrbaren und auslegbaren Biofiltersystems durch Einsatz spezieller, adaptierter Mikroorganismen, sowie durch die Anwendung verfahrenstechnischer Aus­ legungsmethoden dar. Für eine geeignete Biofilter-Planung sind die Einsichten in die Prozesse, die in einem Biofilter stattfinden unentbehrlich. Während mit Pilotanlagen in situ die Makrokinetik bestimmt wird, sollte die Mikrokinetik auf Laboratoriumsmaßstab unter­ sucht werden. Mittels Modelierung können diese Untersuchungsergebnisse verarbeitet und für die Dimensionierung einer Großanlage genutzt werden.The objective of this research is to develop a powerful, reproducible approachable and interpretable biofilter system through the use of special, Adapted microorganisms, as well as by the application of process technology For a suitable biofilter planning, the insights in the Processes that take place in a biofilter indispensable. While with pilot plants in situ the macro-kinetics is determined, the micro-kinetics should be reduced to laboratory scale to be looked for. By means of modeling these examination results can be processed and be used for the dimensioning of a large plant.

Durch eine biologische Reinigung der Abluft eines Lack produzierenden Unternehmens soll die Unterschreitung der gesetzlich vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte erreicht werden. Der Schwerpunkt liegt auf einer Erarbeitung von schadstoffabhängigen Kriterien für den Einsatz des Bioreaktors, wie z. B. das Verhalten bei Auftreten von Konzentrationsspitzen und deren Egalisierung durch Einsatz einer Puffersubstanz, die erstmalig in diesem Zusammenhang getestet wurde, sowie der Benennung schadstoff- und biomassebezogener Kriterien für die Wahl des Filtermaterials. Besondere Bedeutung kommt dabei dem Einsatz eines Lösungsmittelgemisches zu, dessen Zusammensetzung der Realabluft entspricht, und das zusammen mit der Reaktorbefüllung in einer Laborversuchsanlage Auskunft über das Verhalten von in der Praxis überwiegend vorkommenden Mischgasen geben soll. Gerade im Bereich Farbe/Lacke sind Vielstoffgemische mit über 30 Komponenten keine Seltenheit.By a biological cleaning of the exhaust air of a paint producing company should below the legally prescribed emission limit values. The focus is on developing pollution - related criteria for the Use of the bioreactor, such. B. the behavior when concentration peaks occur and their leveling by using a buffer substance, the first time in this Context, as well as the naming of pollutant and biomass-related Criteria for the choice of filter material. Particular importance is attached to the use a solvent mixture whose composition corresponds to the real exhaust air, and this together with the reactor filling in a laboratory test facility information about the Behavior of predominantly occurring in practice mixed gases should give. Especially in the In the paint / varnish area, multi-component mixtures with over 30 components are not uncommon.

Unter Berücksichtigung der entsprechenden Fachliteratur (u. a. VDI Richtlinien 3477 ¹ und 3478 ²) und aktuellen Veröffentlichungen, mußten durch Prüfung der betrieblichen Be­ gebenheiten und durch Emissionsmessungen die notwendigen Fragen zur Wahl des ge­ eigneten Verfahrens (Biowäscher, Biofilter oder Tropfkörperreaktor) beantwortet werden. Dabei stellte sich heraus, daß die Reinigung der Abgase mittels eines Biowäschers für die Abluft der Lackfabrik nicht in Frage kommt. Neben der Absorption der Schadstoffe in einer Flüssigkeit, d. h. Aufnahme und gleichmäßige Verteilung der Gasmoleküle, wird bei schwer wasserlöslichen Komponenten die Adsorption an eine Feststoffoberfläche als zusätzlicher Sorptionsprozeß notwendig. Diese Adsorptionseffekte, die sich aus Physisorption und Chemisorption zusammensetzen, sind in einem Biowäscher nicht vorhanden.Taking into account the relevant specialist literature (inter alia, VDI Guidelines 3477 ¹ and 3478 ²) and current publications, had to be checked by examination of the operational Be conditions and by emission measurements the necessary questions for the choice of ge suitable method (bioscrubber, biofilter or trickling filter reactor). It turned out that the purification of the exhaust gases by means of a bio-scrubber for Exhaust air of the paint factory is out of the question. In addition to the absorption of pollutants in one  Liquid, d. H. Inclusion and even distribution of gas molecules, becomes heavy water-soluble components adsorption to a solid surface as additional Sorption process necessary. These adsorption effects resulting from physisorption and Chemisorption are not present in a bioscrubber.

Der nächste Schritt bestand in der Planung eines Bioreaktors, der für das vorliegende Reinigungsproblem die Methode der Wahl darstellt. Schließlich wurden die Entwürfe durch den Bau einer Laborversuchsanlage verwirklicht, die in umfangreichen Testreihen viel­ versprechende Ergebnisse über den biologischen Abbau der Abluft einer Lackfabrik geliefert hat. Darüber hinaus konnte das unterschiedliche Adsorptions- und Desorptionsverhalten der einzelnen Lösemittelkomponenten bezüglich der Puffersubstanz getestet werden, die in diesem Zusammenhang erstmalig eingesetzt wurde. Aussagen über die Regeneration des Puffermaterials, der Standzeit des Reaktors, sowie über das Abbauverhalten bei einem längerem Betriebsstillstand runden die Testergebnisse ab. The next step was to design a bioreactor for the present one Cleaning problem represents the method of choice. Finally, the designs were through realized the construction of a laboratory test facility, which in extensive test series much promising results on the biodegradation of the exhaust air supplied by a paint factory Has. In addition, the different adsorption and desorption behavior could the individual solvent components are tested with respect to the buffer substance, which in this context was used for the first time. Statements about the regeneration of the Buffer material, the service life of the reactor, as well as the degradation behavior in a prolonged downtime complete the test results.  

2. Erfassung des Abluftproblems in der Lackfabrik2. Detection of the exhaust air problem in the paint factory 2.1. Allgemeines2.1. General

In der Produktionshalle II der Lackfabrik werden überwiegend Lacke für die holzver­ arbeitende Industrie hergestellt. Daneben produziert der Betrieb im geringerem Umfang auch Siebreiniger. Die Betriebszeit des im Einschichtsystems geführten Unternehmens beträgt 8 Stunden pro Tag bzw. 40 Stunden in der Woche. Die Emission erfolgt während dieser Zeit diskontinuierlich regelmäßig, wobei vom Betreiber eine Emissionsdauer von täglich 8 Stunden angegeben wird. Die anfallenden Lösungsmitteldämpfe werden mittels eines Ventilators über das Dach an die Außenluft weitergeleitet. Weitere Einrichtungen zur Emissionsminderung sind bisher nicht vorhanden.In the production hall II of the paint factory, mainly varnishes for the wood ver working industry. In addition, the company produces to a lesser extent also sieve cleaner. The operating time of the company operating in a single-shift system is 8 hours a day or 40 hours a week. The emission takes place during this period is discontinuous on a regular basis, whereby the operator has an emission period of 8 hours a day. The resulting solvent vapors are by means of a fan passed through the roof to the outside air. Other facilities for Emission reductions are not available so far.

Die Emissionsmessungen zur quantitativen Erfassung des Abluftproblems wurden in Zu­ sammenarbeit mit einem hiesigen Labor für Schadstoffanalytik und Umweltmeßtechnik, durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Abschnitt 2.2. aufgeführt.The emission measurements for the quantitative determination of the exhaust air problem were in Zu co-operation with a local laboratory for pollutant analysis and environmental measuring technology, carried out. The results are in section 2.2. listed.

2.2. Emissionsmessung (FID)2.2. Emission measurement (FID)

Standort der Anlage: Halle II
Art der Messung: Emissionsmessung; Messung der Kohlenwasserstoffkonzen­ tration mittels FID; organischer Kohlenstoff.
Site of the facility: Hall II
Type of measurement: emission measurement; Measurement of the hydrocarbon concentration by means of FID; organic carbon.

Beschreibung der Emissionsquellen Description of emission sources

Zur Zeit der Messungen wurden beim Befüllen der Mischwerksbehälter folgende Einsatz­ stoffe in der Halle II verwendet:At the time of the measurements, the following were used when filling the mixing tank materials used in Hall II:

Lösemittel:Solvent:

Solvent Naphta
Ethylacetat
Butylacetat
Toluol
1-Methoxypropylacetat-2
1-Methoxypropanol-2
Diacetonalkohol
Spezialbenzin 80/100
ORM Regenerat (Zusammensetzung s. 2.3.).
Solvent naphtha
ethyl acetate
butyl
toluene
1-methoxypropyl acetate-2
1-methoxy-2
diacetone
Special fuel 80/100
ORM regenerate (composition see 2.3.).

Darüber hinaus erfolgte eine eventuelle Zugabe von:In addition, a possible addition of:

Bindemitteln wie z. B.:Binders such. B .:

Nitrocellulose
Acrylharze
Polyesterharze
Alkydharze
Harnstoffharze
nitrocellulose
acrylic resins
polyester resins
alkyd resins
urea resins

Weichmacher wie z. B.:Plasticizers such. B .:

Dibutylphtalat
Dioctylphtalat
Biethylsteorat
dibutyl phthalate
dioctylphthalate
Biethylsteorat

Mattierungsmittel wie z. B.:Matting agents such. B .:

PE-Wachse
Siliciumoxide
PE waxes
silicas

oder anderen Additiven.or other additives.

Die TA-Luft legt folgende Grenzwerte fest:The TA-Luft sets the following limit values:

Analysator:analyzer:

- FID Ratfisch, Typ R555
- Eichgas: Propan in synthetischer Luft 992 ppm
- eingestellter Meßbereich war 0-1000 ppm
- eignungsgeprüft
- DRAEGER-Röhrchen zur Bestimmung der Luftfeuchte; DRAEGER- Wasserdampf 1a:0.1.
- FID Ratfisch, type R555
- Calibration gas: propane in synthetic air 992 ppm
- set measuring range was 0-1000 ppm
- suitability tested
- DRAEGER tubes for determining the humidity; DRAEGER water vapor 1a: 0.1.

Daten dates

Emissionen (FID) Emissions (FID)

Massestrom mass flow

Bewertung der MeßergebnisseEvaluation of the measurement results

TA-Luft, Ziffer 3.2.2.2.: war erfüllt.
TA-Luft, Ziffer 3. 1.7.: bei Abluft, bestehend aus organischen Stoffen mehrerer Klassen, darf bei einem Massenstrom von 3 kg/h oder mehr zusätzlich zu den Anforderungen nach Satz 1 die Massenkonzentration im Abgas insgesamt 0.15 g/m³ nicht überschreiten.
TA-Luft, point 3.2.2.2 .: was fulfilled.
TA-Luft, point 3. 1.7 .: in the case of exhaust air consisting of organic substances of several classes, in a mass flow of 3 kg / h or more in addition to the requirements of sentence 1, the mass concentration in the exhaust gas shall not exceed 0.15 g / m³.

- der Massenstrom von 3 kg/h wird nicht erreicht.
- die Massenkonzentration von 0.15 g/m³ wird ebenfalls von keinem der Mittel­ werte erreicht; jedoch überschreiten die Konzentrationsspitzen beider Meß­ stellen diesen Richtwert um mehr als das Doppelte.
- The mass flow of 3 kg / h is not achieved.
- the mass concentration of 0.15 g / m³ is also not reached by any of the mean values; However, the concentration peaks of both measuring points exceed this benchmark by more than double.

2.3. Messungen zur Ermittlung der Konzentrationen der einzelnen Lösemittelkomponenten bei verschiedenen Produktionsarten (GC)2.3. Measurements to determine the concentrations of the individual Solvent components in different types of production (GC)

Durch diese Emissionsmessungen sollten die Konzentrationen der einzelnen Lösemittel­ komponenten aufgeschlüsselt werden, d. h. im Vergleich mit den FID-Messungen erfolgt neben der quantitativen auch eine qualitative Charakterisierung des Abgases. Um die Produktpalette dieser Produktionshalle und somit die verwendeten Lösemittel repräsentativ zu erfassen, wurden die Emissionsmessungen innerhalb eines Zeitraumes von ca. sechs Wochen durchgeführt. Während dieser Zeit wurden drei verschiedene Lackarten und ein Siebreiniger hergestellt. Die mittels Aktivkohle adsorbierten Proben wurden im Labor mit einem geeigneten Lösemittel (n-Nonan, o-Xylol) eluiert und gaschromatographisch ausge­ wertet. Ziel dieser Messungen war, durch das Aufschlüsseln der Abgaskomponenten ein repräsentatives Lösemittelgemisch herstellen zu können, welches dann als "synthetisches Abgasgemisch" zur Beschickung der Bioreaktor-Versuchsanlage dienen sollte. Through these emission measurements should be the concentrations of each solvent broken down into components, d. H. compared with the FID measurements in addition to the quantitative and a qualitative characterization of the exhaust gas. To the Product range of this production hall and thus the used solvents representative The emissions measurements were taken within a period of about six Weeks performed. During this time were three different types of paint and one Screen cleaner made. The adsorbed by activated carbon samples were in the laboratory with a suitable solvent (n-nonane, o-xylene) and eluted by gas chromatography evaluates. The aim of these measurements was to break down the exhaust gas components to produce representative solvent mixture, which then as "synthetic Exhaust mixture "should serve to feed the bioreactor test facility.  

Ergebnisse der Abluftmessungen (GC)Results of the exhaust air measurements (GC)

Standort: Halle II
Art der Messung: Emissionsmessung; Gaschromatographie nach Anreicherung an Aktivkohle.
Abluftgeschwindigkeitsmessung mit Staurohr.
Location: Hall II
Type of measurement: emission measurement; Gas chromatography after enrichment with activated charcoal.
Exhaust air velocity measurement with pitot tube.

Emissionsquellen:
Meßstelle 1: Rechteckkanal, westlicher Kamin (s. a. 2.2.)
Emission sources:
Measuring point 1: rectangular channel, western chimney (see also 2.2.)

- Strömungsgeschwindigkeit: 8.5 m/s;
- Probenahme ca. 70 cm unter Abluftaustritt.
- flow velocity: 8.5 m / s;
- Sampling about 70 cm under exhaust air outlet.

Meßstelle 2: Rundkanal, östlicher Kamin (s. a. 2.2.)Measuring point 2: round channel, east chimney (see 2.2)

- Strömungsgeschwindigkeit: 9.0 m/s;
- Probenahme ca. 40 cm unter Abluftaustritt.
Flow rate: 9.0 m / s;
- Sampling about 40 cm under exhaust air outlet.

Analysator:
Aktivkohleröhrchen: (Firma: KARL OHG) zur Adsorption; GC: VARIAN Aerograph; Series 2700;
Kapillarsäule: SPB1/30 m; ID 0.32 mm, 0.25 µm (SUPELCO)
Eluat: o-Xylol und n-Nonan von FLUKA (standards for GC);
verschiedene GC-Lösungsmittel-Standards.
analyzer:
Activated charcoal tubes: (company: KARL OHG) for adsorption; GC: VARIAN Aerograph; Series 2700;
Capillary column: SPB1 / 30 m; ID 0.32 mm, 0.25 μm (SUPELCO)
Eluate: o-xylene and n-nonane from FLUKA (standards for GC);
different GC solvent standards.

Zur Zeit der Messungen wurden beim Befüllen der Mischwerksbehälter in Halle II folgende Lösemittel eingesetzt:At the time of the measurements, when filling the mixing tank in Hall II, the following became Solvent used:

Aceton
Ethylacetat
n-BAC
n-Butanol
Diacetonalkohol
Dowanol PM (1-Methoxypropanol-2)
Ethoxypropylacetat
MIBK (Methylisobutylketon)
ORM-Regenerat*
Solvent Naphta
Toluol
technisches Xylol (Gemisch aus Ethylbenzol, ortho-, meta-, und para-Xylol).
acetone
ethyl acetate
n-BAC
n-butanol
diacetone
Dowanol PM (1-methoxy-2-propanol)
ethoxypropylacetate
MIBK (methyl isobutyl ketone)
ORM regenerated *
Solvent naphtha
toluene
technical xylene (mixture of ethylbenzene, ortho-, meta- and para-xylene).

Folgende Lösemittel bzw. Gemische wurden im Zeitraum der Emissionsmessungen nicht eingesetzt, müssen aber als häufig verwendete Komponenten ebenfalls erwähnt werden:The following solvents or mixtures did not become available during the period of emission measurements used, but must also be mentioned as frequently used components:

MEK (Methylethylketon)
Spezialbenzin SB 80/110.
MEK (methyl ethyl ketone)
Special fuel SB 80/110.

Die während der Probennahmen eingesetzten Lösemittel wurden den jeweiligen Arbeitsvor­ schriften, die den Mitarbeitern vorliegen, entnommen. Bei Zusatzstoffen, die schon in gelöster Form vorlagen, konnte aus den entsprechenden DIN-Sicherheitsdatenblättern der Fachfirmen das eingesetzte Lösemittel nachgeschlagen werden. Butylacetat (BAC) findet sich in unterschiedlicher Konzentration z. B. in den Edukten SYNTHALAT A 1633 (50% BAC) oder in der Lösung STANCLERE TL (10% BAC). Die Zusammensetzung des oftmals verwendeten ORM-Regenerats sei hier ebenfalls aufgeführt:The solvents used during the sampling were the respective Arbeitsvor taken from employees. For additives already in dissolved templates, could from the corresponding DIN safety data sheets of Specialist companies, the solvent used can be looked up. Butyl acetate (BAC) in different concentrations z. B. in the starting materials SYNTHALATE A 1633 (50% BAC) or in the solution STANCLERE TL (10% BAC). The composition of the often used ORM Regenerats should also be listed here:

* ORM-Regenerat-Zusammensetzung:* ORM regenerated composition:

BACBAC 21.9 Vol.-%21.9 Vol .-% Ethylacetatethyl acetate 12.4 Vol.-%12.4 vol.% Toluoltoluene 12.0 Vol.-%12.0 vol.% technisches Xyloltechnical xylene 12.0 Vol.-%12.0 vol.% Acetonacetone 10.5 Vol.-%10.5 vol.% Methylacetat 85 (15% MeOH)Methyl acetate 85 (15% MeOH) 4.5 Vol.-%4.5 vol.% Isopropanolisopropanol 2.7 Vol.-%2.7% by volume Methanol, H₂O, etc.Methanol, H₂O, etc. jeweils <2.4 VoL.-%each <2.4% by volume außerdem: 8 Vol.-% Solvesso 100 (Kp. 170°C)also: 8 vol.% Solvesso 100 (bp. 170 ° C)

Emissionsmessung 1 (GC)Emission measurement 1 (GC)

Datum: 09. 06. 93
Produktionsart: DS-Lack für Spritzautomat
Date: 09. 06. 93
Production method: DS paint for automatic spray gun

Inhaltsstoffe (nur Lösemittel, alphabetisch):
Aceton
Ethylacetat
BAC (Butylacetat)
Dowanol PM (1-Methoxypropanol-2)
MIBK (Methylisobutylketon)
ORM-Regenerat*
Silicon PL-Lsg. 1%ig in Xylol (s. DIN-Datenblatt)
Toluol
Ingredients (solvents only, alphabetically):
acetone
ethyl acetate
BAC (butyl acetate)
Dowanol PM (1-methoxy-2-propanol)
MIBK (methyl isobutyl ketone)
ORM regenerated *
Silicon PL solution 1% in xylene (see DIN data sheet)
toluene

Probenmenge: 6.5 l (Durchflußgeschwindigkeit: 0.65 l/min; Meßdauer: 10 min)
Extraktionsmittel: 1 ml o-Xylol
Sample volume: 6.5 l (flow rate: 0.65 l / min, measuring time: 10 min)
Extractant: 1 ml of o-xylene

Emissionen [mg/m³] Emissions [mg / m³]

Emissionsmessung 2 (GC)Emission measurement 2 (GC)

Datum: 29. 06. 93
Produktionsart: SH-Lack, Matt
Date: 29. 06. 93
Production method: SH-varnish, matt

Inhaltsstoffe
(nur Lösemittel, alphabetisch):
Ethylacetat
BAC 98/100 (Butylacetat)
Butanol
Dowanol PM (1-Methoxypropanol-2)
ORM-Regenerat*
Toluol
technisches Xylol
ingredients
(only solvents, alphabetically):
ethyl acetate
BAC 98/100 (butyl acetate)
butanol
Dowanol PM (1-methoxy-2-propanol)
ORM regenerated *
toluene
technical xylene

Probenmenge: 6.0 l (Durchflußgeschwindigkeit: 0.60 l/min; Meßdauer: 10 min)
Extraktionsmittel: 1 ml n-Nonan
Sample volume: 6.0 l (flow rate: 0.60 l / min, measurement time: 10 min)
Extractant: 1 ml of n-nonane

Emissionen [mg/m³] Emissions [mg / m³]

Emissionsmessung 3 (GC)Emission measurement 3 (GC)

Datum: 13. 07. 93
Produktionsart: NC-Überzugslack
Date: 13. 07. 93
Production type: NC coating varnish

Inhaltsstoffe
(nur Lösemittel; alphabetisch):
Aceton
Ethylacetat
Butanol
Dowanol PM (1-Methoxypropanol-2)
ORM-Regenerat*
Toluol
ingredients
(solvent only, alphabetically):
acetone
ethyl acetate
butanol
Dowanol PM (1-methoxy-2-propanol)
ORM regenerated *
toluene

Probenmenge: 6.0 l (Durchflußgeschwindigkeit: 0.60 l/min; Meßdauer: 10 min)
Extraktionsmittel: 1 ml n-Nonan
Sample volume: 6.0 l (flow rate: 0.60 l / min, measurement time: 10 min)
Extractant: 1 ml of n-nonane

Emissionen [mg/m³] Emissions [mg / m³]

Emissionsmessung 4 (GC)Emission measurement 4 (GC)

Datum: 26. 07. 93
Produktionsart: Siebreiniger (REMCOLIN)
Date: 26. 07. 93
Production Type: Screen Cleaner (REMCOLIN)

Inhaltsstoffe
(nur Lösemittel, alphabetisch):
Aethylacatat
Diacetonalkohol
Dowanol PM (1-Methoxypropanol-2)
Ethoxypropylacetat
Solvent Naphta
ingredients
(only solvents, alphabetically):
Aethylacatat
diacetone
Dowanol PM (1-methoxy-2-propanol)
ethoxypropylacetate
Solvent naphtha

Probenmenge: 30.0 l (Durchflußgeschwindigkeit: 1.50 l/min; Meßdauer: 20 min)
Extraktionsmittel: 1 ml o-Xylol
Sample volume: 30.0 l (flow rate: 1.50 l / min, measuring time: 20 min)
Extractant: 1 ml of o-xylene

Emissionen [mg/m³] Emissions [mg / m³]

Bemerkungcomment

Am Tag der Probenahme fand keine Lackproduktion statt. Die Abfüllarbeiten für die Herstellung der Siebreiniger wurden nicht unmittelbar unter den Absaughauben, sondern inmitten der Produktionshalle durchgeführt. Dies erklärt die mangelhafte Erfassung der Lösemittel in der Kaminabluft. No paint production took place on the day of sampling. The filling works for the Production of the sieve cleaner were not directly under the suction hoods, but in the middle of the production hall. This explains the inadequate registration of the Solvent in the chimney exhaust.  

2.4. Zusammenfassung der Emissionsmessungen (FID und GC)2.4. Summary of emission measurements (FID and GC)

Sowohl die Ergebnisse der FID bzw. der GC-Emissionsmessungen, als auch der Vergleich dieser beiden Bestimmungsarten spiegeln deutlich die diskontinuierliche Schadstoffemission im lackproduzierenden Betrieb wieder. Während bei den Mittelwerten der FID-Messungen die Massenkonzentrationen noch unter den behördlich geforderten Werten liegen, deuten die Maximalwerte schon deren Überschreitung um das Doppelte an. Die Auswirkung von auftretenden Konzentrationsspitzen schlägt sich jedoch erst in den GC-Emissionsmessungen drastisch nieder. Hier wird bei den Werten von nur vier Messungen bereits eine Spanne in den Lösungsmittelkonzentrationen von ca. 0.01 bis ca. 0.31 g/m³ erreicht (TA-Luft fordert 0.15 g Corg./m³). Dazu muß erwähnt werden, daß die GC-Emissionsmessungen parallel zu den Abfüll- und Mischarbeiten durchgeführt wurden und somit die Konzentrationsspitzen sehr gut widerspiegeln. Um realistische Versuchsbedingungen und damit aussagekräftige Ergebnisse erzielen zu können, ist es zweckmäßig, von Anfang an mit schwankenden Rohgaskonzentrationen zu arbeiten. Dadurch wird eine Anpassung der Biologie an eine konstante Schadstoffkonzentration verhindert.Both the results of the FID and the GC emission measurements, as well as the comparison These two types of determination clearly reflect the discontinuous pollutant emission in the paint-producing operation again. While at the averages of the FID measurements the mass concentrations are still below the officially required values the maximum values already exceed the double. The impact of However, peak concentrations occur only in the GC emission measurements drastically down. Here, at the values of just four measurements, there is already a span in reaches the solvent concentrations of about 0.01 to about 0.31 g / m³ (TA-Luft calls 0.15 g Corg./m³). It should be noted that the GC emission measurements parallel to the filling and mixing work was carried out and thus the concentration peaks very well reflected. To realistic test conditions and thus meaningful To achieve results, it is expedient, from the beginning with fluctuating Crude gas concentrations to work. This will be an adaptation of biology to a prevents constant pollutant concentration.

Die über die GC-Emissionsmessungen ermittelte durchschnittliche Zusammensetzung der Abluft ist in Tabelle 1 aufgeführt. Entsprechend diesen Werten wurde das in den Labor­ versuchen eingesetzte synthetische Abgasgemisch hergestellt. Bei Ethoxypropylacetat und dem Gemisch Solvent Naphta wurde der Anteil im Abgasgemisch um etwa 50% erhöht, da angenommen werden muß, daß diese beiden Komponenten bei der Herstellung des Siebreinigers REMCOLIN bei optimaler Absaugung in stärkeren Konzentrationen auftreten, als in der GC-Emissionsmessung 4 festgestellt werden konnte. Darüber hinaus ist die Untersuchung des biologischen Abbaus des aromatischen Kohlenwasserstoffgemisches Solvent Naphta besonders interessant. Durch eine höhere Dosierung des nur in geringer Konzentration (<1% im Lösemittelgemisch) auftretenden Lösungsmittel wird in den Versuchsreihen auch eine bessere quantitative Auswertung ermöglicht.The average composition of the Exhaust air is listed in Table 1. According to these values that was in the laboratory tried used synthetic exhaust gas mixture prepared. For ethoxypropyl acetate and the mixture solvent naphtha, the proportion in the exhaust gas mixture was increased by about 50%, since must be assumed that these two components in the manufacture of the Screen Cleaner REMCOLIN with optimal suction in higher concentrations occur could be found in the GC emission measurement 4. In addition, the Investigation of the biodegradation of the aromatic hydrocarbon mixture Solvent Naphta especially interesting. By a higher dosage of only in small Concentration (<1% in the solvent mixture) occurring solvent is in the Series of tests also allows a better quantitative evaluation.

Schon jetzt wird erkennbar, daß im Vielstoffgemisch sowohl leicht wasserlösliche Verbindungen als auch schwerlösliche Verbindungen (Xylole, Toluol, MIBK, Solvent Naphta) vorhanden sind. Durch die geringere Verfügbarkeit im Biofilm des feuchten Reaktormaterials muß mit Problemen bei der Abbauleistung dieser Verbindungen gerechnet werden. Darüber hinaus ist bekannt, daß in mit Xylol belasteten Biofiltern sofort etwa 80% der ursprünglich vorhandenen Organismen ihr Wachstum einstellen.³ Deshalb wird es notwendig sein bei höherer Belastung mit BTX-Aromaten einen "trockenen" Puffer vorzuschalten, der die Konzentrationen dieser schwer abbaubaren Verbindungen konstant und so gering wie möglich hält (s. a. Abschnitt 3.3.4. und 4.3.6. bis 4.3.8.).Already it can be seen that in the multi-fuel mixture both slightly water-soluble Compounds and sparingly soluble compounds (xylenes, toluene, MIBK, Solvent Naphta) are present. Due to the lower availability in the biofilm of the moist Reactor material must be expected with problems in the degradation of these compounds become. In addition, it is known that in xylene loaded biofilters immediately about 80% the originally existing organisms stop growing.³ That's why it will be necessary at higher load with BTX aromatics a "dry" buffer that keeps the concentrations of these hardly degradable compounds constant and as small as possible (see sections 3.3.4 and 4.3.6 to 4.3.8.).

3. Planung und Bau der Bioreaktoranlage mit integriertem Puffersystem im Labormaßstab3. Planning and construction of the bioreactor plant with integrated Buffer system on a laboratory scale 3.1. Allgemeines zur Methodenwahl3.1. General to the method choice

Sowohl die Zusammensetzung des Rohgases als auch die betrieblichen Begebenheiten müssen bei der Wahl eines geeigneten Verfahrens zum Abbau von organischen Lösungs­ mitteln durch Mikroorganismen in Betracht gezogen werden. Folgende Punkte müssen dabei geprüft werden:Both the composition of the raw gas and the operational conditions Need to be in the selection of a suitable process for the decomposition of organic solvents be taken into account by microorganisms. The following points must be to be checked:

  •  1. Art, Löslichkeit, Toxizität und Konzentration (in der Regel <2 g/m³) der Schadstoffe,1. nature, solubility, toxicity and concentration (usually <2 g / m³) of the pollutants,
  •  2. biologische Abbaubarkeit der Hauptkomponenten; alle Schadstoffe müssen einem aeroben Abbau zugänglich sein.2. Biodegradability of the main components; all pollutants have one be accessible to aerobic degradation.
  •  3. Art der Abgasquelle (Punkt, Linien, Flächen, Einzelstrom oder Strom aus verschie­ denen Quellen),3. Type of exhaust gas source (point, lines, areas, single stream or electricity from different those sources),
  •  4. Rohgasstrom (Abgasvolumenstrom),4. raw gas stream (exhaust gas volume flow),
  •  5. Rohgaskonzentration (Schwankungen beim Rohgas?)5. Raw gas concentration (fluctuations in the raw gas?)
  •  6. Konzentrationsspitzen in mg/m³6. Concentration peaks in mg / m³
  •  7. Wie hoch ist die geforderte Reingaskonzentration?7. What is the required clean gas concentration?
  •  8. Rohgasfeuchte,8. Rohgasfeuchte,
  •  9. Rohgastemperatur,9. raw gas,
  • 10. Korrosivität des Rohgases,10. Corrosivity of the raw gas,
  • 11. Staub- bzw. Fettanteile im Rohgas,11. dust or fat content in the raw gas,
  • 12. Selbstentzündlichkeit, Explosionsgrenzen,12. Self-ignitability, explosion limits,
  • 13. Betriebszeiten der Anlage (Emissionszyklus); Gibt es Betriebsstillstände außer an Wochenenden?; Arbeitet der Betrieb kontinuierlich?13. Plant operating times (emission cycle); Are there any shutdowns except for weekends ?; Does the operation work continuously?
  • 14. Wie groß ist die Fläche auf dem Betriebsgelände, die als Standort für eine Filteranlage genutzt werden kann?14. What is the size of the area on the premises that is the location of a filter system? can be used?

Viele der hier aufgeführten Fragen konnten unter Berücksichtigung der Ergebnisse aus den Emissionsmessungen in Abschnitt 2.2. und 2.3. beantwortet werden.Many of the questions listed here were able to take into account the results of the Emission measurements in Section 2.2. and 2.3. get answered.

Die Zusammensetzung der Abluft, sowie die wichtigsten Eigenschaften der einzelnen Komponenten sind in Tabelle 1 (Kap. 2.4.) aufgeführt. Als Volumenstrom unter Betriebsbe­ dingungen (Punkt 4) wurden ca. 20000 m³/h gemessen. Zu Punkt 2 läßt sich anmerken, daß man zwischen leicht biologisch abbaubaren, sogenannten biogenetischen Verbindungen und anthropogenetischen Verbindungen ("Xenobiotika") unterscheidet. Letztgenannte besitzen manchmal Strukturen die nicht in der Natur vorkommen, wodurch ihr Abbau erschwert oder gar unmöglich gemacht wird. The composition of the exhaust air, as well as the main characteristics of each Components are listed in Table 1 (chapter 2.4.). As volume flow under Betriebsbe conditions (point 4) were measured about 20000 m³ / h. As regards point 2, it should be noted that one between readily biodegradable, so-called biogenetic compounds and anthropogenetic compounds ("xenobiotics"). The latter possess sometimes structures that are not found in nature, which makes their mining difficult or even impossible.  

Prinzipiell ist mit einer biologischen Abbaubarkeit aller hier auftretender Komponenten zu rechnen.¹ Zu dieser Problematik sei an dieser Stelle auf einige ausgewählte Untersuchungen hingewiesen, die bereits in der Literatur beschrieben wurden.3-7 Einige der Forschungs­ arbeiten konzentrieren sich dabei speziell auf den Abbau von Toluol als mittelschwer abbaubare Komponente8-10, oder Xylol als schwer abbaubares Lösemittel¹¹. Mit Schwierig­ keiten muß aber beim mikrobiellen Abbau des aromatischen Kohlenwasserstoffgemisches Solvent Naphta gerechnet werden, welches hauptsächlich aus Mesitylen und alkylierten Benzolabkömmlingen besteht (die exakte Zusammensetzung kann den entsprechenden DIN- Datenblättern entnommen werden). Literatur zum Abbau dieses Gemisches liegt, ebenso wie im Falle von Dowanol PM und Ethoxypropylacetat, noch nicht vor.In principle, biodegradability of all components occurring here is to be reckoned with.¹ To this problem, reference should be made at this point to a few selected investigations which have already been described in the literature. 3-7 Some of the research work focuses specifically on the degradation of toluene as a moderately degradable component 8-10 , or xylene as a poorly degradable solvent¹¹. With diffi culties but must be expected in the microbial degradation of the aromatic hydrocarbon mixture solvent naphtha, which consists mainly of mesitylene and alkylated Benzolabkömmlingen (the exact composition can be found in the corresponding DIN data sheets). Literature for the degradation of this mixture, as in the case of Dowanol PM and ethoxypropyl acetate, is not yet available.

Die geforderten Rohgaskonzentrationen sind in der TA-Luft beschrieben. Bei der in dieser Arbeit untersuchten Abluft handelt es sich um ein Gemisch aus organischen Stoffen mehrerer Klassen. Hier darf bei einem Massenstrom von 3 kg/h und mehr die Massen­ konzentration im Abgas insgesamt 0.15 g Corg/m³ nicht überschreiten. Die Abgaserfassung im Lack produzierendem Betrieb erfolgt über zwei Absaugevorrichtungen, d. h. es werden verschiedene Abgasquellen zusammengeführt und über Kamin an die Außenluft abgegeben. Die Schwierigkeit bei dem im Einschichtverfahren geführten Betrieb liegt in der diskontinuierlichen Produktion und den Betriebsstillständen an Wochenenden und Feiertagen. Durch das Auftreten von Konzentrationsspitzen innerhalb der täglichen Arbeitszeit von acht Stunden wird eine Adaption der Mikroorganismen an die Schadstoffe ebenfalls erschwert. Während Stillstandszeiten ohne Zugabe von Nährlösung besser mit einem Biofilter überbrückt werden können, ist eine durch das Auftreten von Konzentrationsspitzen erforderliche Pufferwirkung besser durch einen Biowäscher zu erzielen. Unter Pufferwirkung versteht man die Minderung des Einflusses der Konzentrationsschwankungen im Rohgas auf die Reingaskonzentration. Die Entscheidung zwischen den beiden Abgasreinigungsverfahren wird im vorliegenden Fall sowohl durch die Schwerlöslichkeit einiger Komponenten, die zum Teil in höheren Konzentrationen auftreten, als auch durch eine extrem geringe Feuchtigkeit der Abluft zugunsten des Biofilters mit Befeuchtungsanlage entschieden. Als Nachteil muß hier erwähnt werden, daß keine optimale pH-Regelung und auch keine Produktausschleusung möglich ist. Einer eventuell auftretenden pH-Absenkung, die durch den mikrobiellen Abbau von Ethylacetat (Essigester) zu erwarten ist, kann aber durch Zugabe von basischen Zuschlägen wie CaCO₃ entgegengewirkt werden. Gegen den Einsatz eines klassischen Biofilters, d. h. eines Flächen- oder Etagenfilters auf dem relativ engen Betriebsgelände der Firma, spricht die großflächige Auslegung dieser Filtertypen. Darüberhinaus kann durch die stark schwankenden Rohgas­ konzentrationen das Vorschalten eines Puffersystems als unausweichlich angesehen werden. Zur Entfernung der partikelförmigen Abluftbestandteile muß zusätzlich entweder ein Trockenabscheider (z. B. Gewebefilter oder Absitzkammer) oder aber ein Naßabscheider (Venturi-Wäscher oder Füllkörperkolonne) der eigentlichen Abgasreinigung vorgeschaltet werden.The required raw gas concentrations are described in TA-Luft. In the case of this Work examined exhaust air is a mixture of organic matter several classes. Here, at a mass flow of 3 kg / h and more, the masses may concentration in the exhaust gas does not exceed 0.15 g Corg / m³. The exhaust gas collection in paint-producing operation via two suction devices, d. H. it will merged various exhaust sources and discharged through chimney to the outside air. The difficulty with the single-shift operation is the discontinuous production and shutdowns on weekends and Holidays. By the occurrence of concentration peaks within the daily Working time of eight hours will be an adaptation of the microorganisms to the pollutants also difficult. During downtime without adding nutrient solution better with can be bridged by a biofilter, one by the occurrence of Concentration peaks required buffer effect better by a bioscrubber too achieve. Buffering is the reduction of the influence of Concentration fluctuations in the raw gas on the clean gas concentration. The decision between the two emission control method is in the present case both by the Poor solubility of some components, some of which occur in higher concentrations, as well as by an extremely low humidity of the exhaust air in favor of the biofilter Humidification system decided. As a disadvantage must be mentioned here that no optimal pH control and no product removal is possible. One possibly occurring pH reduction caused by the microbial degradation of ethyl acetate (ethyl acetate) is to be expected, but can by addition of basic additives such as CaCO₃ be counteracted. Against the use of a classic biofilter, d. H. of a surface or floor filters on the relatively narrow company premises of the company, speaks the large area Design of these filter types. In addition, by the strongly fluctuating raw gas Concentrations, the upstream of a buffer system are considered inevitable. To remove the particulate exhaust components must in addition either a Dry separator (eg fabric filter or deposition chamber) or a wet scrubber  (Venturi scrubber or packed column) upstream of the actual exhaust gas purification become.

Unter Berücksichtigung der in diesem Abschnitt genannten Auswahlkriterien wurde eine Laborversuchsanlange konzipiert, deren Herzstück ein Bioreaktor bildet, der durch einen Befeuchtungskreislauf einen konstanten Feuchtegehalt von über 95% relativer Feuchte im Filter erlaubt. Der Planung und dem Entwurf dieser Bioreaktoranlage ist das folgende Kapitel gewidmet. Taking into account the selection criteria referred to in this section, a Designed laboratory laboratory whose core is a bioreactor by a Humidification circuit has a constant moisture content of over 95% relative humidity in the Filter allowed. The planning and design of this bioreactor plant is the following Dedicated chapter.  

3.2. Planung der Bioreaktor-Versuchsanlage3.2. Planning of the bioreactor test facility 3.2.1. Der Bioreaktor3.2.1. The bioreactor

Der Bioreaktor besteht aus einem biologisch aktiven Material, welches mit einer an­ organischen Trägersubstanz vermischt wird. Die Materialfeuchtigkeit des Filtermediums wird konstant gehalten, unabhängig von Schwankungen in der Umgebungstemperatur, der Luftfeuchtigkeit und dem Volumenstrom. Dies wird durch einen Berieselungskreislauf erreicht, dem täglich nur der verdunstete Flüssigkeitsanteil zugeführt werden muß. Das System ist somit nahezu abwasserlos. Die Versorgung der Mikroorganismen mit Nährsalzen und die Probenahme zur Überprüfung des Kreislaufwassers kann ebenfalls über die Berieselungsapparatur erfolgen. Besondere Aufmerksamkeit kommt der geregelten, periodischen Befeuchtung des Filtermaterials zu. Es muß verhindert werden, daß das Filterbett bei Unterversorgung austrocknet und aufbricht bzw., daß durch Überwässerung Filterzonen entstehen, die nicht mehr ausreichend durchlüftet und somit anaerob werden. Der Bioreaktor ist im Gegensatz zu einem Wäscher besser für schwerer lösliche Schadstoffe, die in höheren und schwankenden Konzentrationen auftreten, geeignet. Im Vergleich zum klassischen Biofilter liegen die Vorteile des Reaktors in der besseren Eignung für trockene Abgase sowie in der platzsparenden Konstruktion. In einigen Untersuchungen konnte in Bioreaktoren mit höherer Bauweise ein besserer Stollübergang für schwerlösliche Substanzen beobachtet werden, der auf die höhere Geschwindigkeit im Reaktor mit geringerem Querschnitt und proportional zunehmender Höhe zurückgeführt werden kann. Diese Hochbauweise erlaubt ebenfalls eine unkomplizierte Erweiterung der Reinigungsanlage zum zweistufigen Reaktor. Auf diese Art könnte z. B. eine erfolgreichere mikrobielle Verwertung schwerer bzw. langsamer abbaubaren Verbindungen, wie z. B. Xylole oder Solvent Naphta erfolgen.The bioreactor consists of a biologically active material, which with a organic carrier substance is mixed. The moisture content of the filter medium is kept constant, regardless of fluctuations in the ambient temperature, the Humidity and the volume flow. This is done by a sprinkler circuit reached, the daily only the evaporated liquid content must be supplied. The System is thus almost wastewater free. The supply of microorganisms with nutrient salts and the sampling for the verification of the circulating water can also on the Sprinkler equipment done. Special attention comes to the regulated, periodic humidification of the filter material. It must be prevented that the Filter bed dries when dried and breaks or that by overhydration Filter zones arise that are no longer adequately ventilated and therefore anaerobic. The bioreactor is better for less soluble than a scrubber Pollutants that occur in higher and fluctuating concentrations suitable. in the Compared to the classic biofilter, the advantages of the reactor lie in the better ones Suitability for dry exhaust gases as well as in the space-saving design. In some Investigations in bioreactors with higher construction a better Stollübergang for poorly soluble substances, which are due to the higher velocity in the Reactor with smaller cross-section and proportionally increasing height recycled can be. This structural design also allows an uncomplicated expansion of Cleaning system for two-stage reactor. In this way z. B. a more successful microbial recovery heavy or slow degradable compounds such. B. Xylenes or solvent naphtha.

Da die Abluft der Lackfabrik bei einer Temperatur von 18°C sehr trocken ist, muß bei ihrer Befeuchtung auf eine relative Luftfeuchte von mind. 90% mit einer adiabatischen Abkühlung auf ca. 6°C gerechnet werden. Dieser Sachverhalt und die Tatsache, daß das Optimum der biologischen Aktivität im Filter ca. 30-40°C beträgt, macht eine Anhebung der Abgastemperatur notwendig. Man kann bei einer Temperaturerhöhung um ca. 10°C mit einer Verdopplung der Aktivität rechnen.Since the exhaust air of the paint factory at a temperature of 18 ° C is very dry, must at their Humidification to a relative humidity of at least 90% with an adiabatic Cooling to about 6 ° C can be expected. This fact and the fact that the Optimum biological activity in the filter is about 30-40 ° C, makes an increase in the Exhaust gas temperature necessary. You can with a temperature increase by about 10 ° C with expect a doubling of activity.

Die entwickelte Laborversuchsanlage sowie der Bioreaktor sind in den Abb. 1 und 2 schematisch dargestellt. The developed laboratory test facility and the bioreactor are shown schematically in Figs .

3.2.2. Das Filtermedium3.2.2. The filter medium

Folgende Kriterien müssen bei der Wahl des Filtermediums berücksichtigt werden, bzw. folgende Eigenschaften sind Voraussetzung für einen optimalen mikrobiellen Abbau:The following criteria must be considered when choosing the filter medium, or The following properties are a prerequisite for optimal microbial degradation:

  • - artenreiche Mikroorganismenbesiedelung- species-rich microorganism colonization
  • - Struktur (z. B. gewährleistet eine gleichmäßige Struktur eine konstante Filter­ belastung.)- Structure (eg a uniform structure ensures a constant filter burden.)
  • - Hohlraumvolumen- void volume
  • - gute sorptive Eigenschaften; die Sorptionskapazität bei schlechter wasser­ löslichen Substanzen kann durch Zumischung von Adsorbentien (z. B. Aktiv­ kohle) erhöht werden.- good sorptive properties; the sorption capacity in case of bad water Soluble substances can be prepared by admixing adsorbents (eg coal) are increased.
  • - große spezifische Oberfläche (hohe Aufwuchsfläche) des Trägermaterials- Large specific surface area (high growth area) of the carrier material
  • - geringer spezifischer Widerstand; daraus resultiert ein geringer Druckverlust (gut: ca. 2 mbar/m)Low resistivity; this results in a low pressure loss (good: about 2 mbar / m)
  • - gutes Wasserhaltevermögen; Feuchtigkeit mindestens 30%; optimaler Wasser­ gehalt ca. 50%.- good water retention capacity; Humidity at least 30%; optimal water content about 50%.
  • - Standzeit- lifetime
  • - geringer Eigengeruch, d. h. Vermeidung sekundärer Emissionen- low odor, d. H. Prevention of secondary emissions
  • - gute Nährstoffversorgung mit Stickstoff, Phosphor und Spurenelementen.- good nutrition with nitrogen, phosphorus and trace elements.
  • - geringer Instandhaltungsaufwand- low maintenance costs
  • - geringe Kosten.- low cost.

Für ein ausreichendes Wachstum der heterotrophen Bakterien sind weiterhin die Abwesenheit von Hemmstoffen, die Sauerstoffversorgung, der richtige pH-Wert und eine konstante Temperatur wichtige Parameter.For a sufficient growth of heterotrophic bacteria are still the Absence of inhibitors, oxygenation, the right pH and a constant temperature important parameters.

Bisher werden folgende Filtermaterialien beim Abbau von organischen Lösemitteln mit Erfolg eingesetzt:So far, the following filter materials in the degradation of organic solvents with Success used:

  • - Kompost/Rindenmischung⁵- Compost / Rindenmischung⁵
  • - Rindenhumus/Wurzelholz12, 13 - bark humus / root wood 12, 13
  • - Torf/Kompost4, 14 - peat / compost 4, 14
  • - Torf/Rindenmulch⁸- Peat / Rindenmulch⁸
  • - Rindenhumus/Rindenmulch⁹.- bark humus / Rindenmulch⁹.

Als aktives biologisches Material wurde Kompost aus dem Biotonnenabfall und den Grünschnittabfällen der Stadt Heidelberg eingesetzt. Die Standzeit des Kompostes, der mir vom Müllkompostwerk Heidelberg-Wieblingen zur Verfügung gestellt wurde, betrug ca. 5.5 Wochen (∼ Rotte 2). Der gehäckselte, frische Kompost bestand aus unterschiedlich großen Einheiten und hatte ursprünglich einen strengen würzigen bis käsigen Eigengeruch. Zum besseren Wasserhaltevermögen und zur Verbesserung der Struktur wurde in der ersten Testreihe als Trägermaterial kleinkörnige Lava (Korngröße ca. 3-5 mm) untergemischt. In den späteren Testreihen wurde die Lava durch Keramikringe (EHEIM-EHFIMECH; Länge ca. 1 cm) ersetzt. Zwischen Rohgaseinlaß und biologischem Filtermaterial wurde außerdem eine ca. 5 cm dicke Schicht aus grobkörniger Lava (Korngröße ca. 10 mm) eingebracht. Der Einsatz natürlicher Trägermaterialien birgt neben den offensichtlichen Vorteilen, wie z. B. ausreichende Nährstoffversorgung und Mikroorganismenbesiedelung, aber den Nachteil der Materialzersetzung (s.a. 4.1. und 4.3.1.). In diesem Falle kann der Druckverlust im Reaktor so hoch werden, daß ein Austausch des Filtermediums empfehlenswert wird.As an active biological material compost from biotope waste and the Green waste from the city of Heidelberg used. The life of the compost, me provided by the waste composting plant Heidelberg-Wieblingen, was approx. 5.5 weeks (~ rump 2). The chopped, fresh compost consisted of different large units and originally had a strong spicy to cheesy odor. For better retention of water and to improve the structure was in the first Test series as support material small granular lava (particle size approx. 3-5 mm) mixed in. In  In the later test series, the lava was replaced by ceramic rings (EHEIM-EHFIMECH; about 1 cm) replaced. In addition, raw gas inlet and biological filter material has been added an approximately 5 cm thick layer of coarse-grained lava (grain size about 10 mm) introduced. The Use of natural support materials in addition to the obvious advantages, such. B. adequate nutrient supply and microorganism colonization, but the disadvantage of Material decomposition (see 4.1 and 4.3.1.). In this case, the pressure drop in the reactor so high that a replacement of the filter medium is recommended.

Zur Aufrechterhaltung des schadstoffabbauenden Stoffwechsels der Mikroorganismen muß neben dem Angebot an kohlenstoffhaltigen Substraten und Sauerstoff auch die Versorgung mit anorganische Nährstoffen gewährleistet sein. Wegen des starken Stickstoffmangels, der beim Abbau von BTX-Aromaten beobachtet werden kann, wurde neben dem N-Lieferanten (NH₄)₂SO₄ noch zusätzlich (NH₄)NO₃ zugegeben. Die zugesetzte anorganische Nährlösung hat folgende Zusammensetzung:In order to maintain the pollutant metabolism of the microorganisms must in addition to the supply of carbonaceous substrates and oxygen and the supply be ensured with inorganic nutrients. Because of the strong nitrogen deficiency that in the degradation of BTX aromatics was observed alongside the N supplier (NH₄) ₂SO₄ additionally (NH₄) added NO₃. The added inorganic nutrient solution has the following composition:

OTTENGRAF ET AL¹⁴ setzen bei 0.2-1.0 mmol Lösemittel ca. 200 cm³ einer ähnlich zu­ sammengesetzten Nährlösung ein. Bei der hier durchgeführten ersten Testreihe wurden dem Befeuchtungswasser zweimal im Monat jeweils 100 ml der Lösung zugegeben. In den späteren Testreihen stellte es sich heraus, daß die Zugabe von wöchentlich 1×50 ml den Vorteil eines geringeren Gegendrucks im Reaktor hat. Auch wurde der Abbau der schwer­ löslichen Komponenten durch Zugabe kleinerer Mengen an Flüssigkeit im allgemeinen weniger beeinträchtigt.OTTENGRAF ET AL¹⁴ add about 200 cm³ to a similar solution at 0.2-1.0 mmol solvent a composite nutrient solution. In this first test series, the Moisturizing water is added twice a month, 100 ml each of the solution. In the In later series of tests, it was found that the addition of weekly 1 × 50 ml Advantage of a lower back pressure in the reactor has. Also, the degradation of the hard soluble components by adding smaller amounts of liquid in general less impaired.

Auf eine Animpfung des biologisch aktiven Materials mit speziell angezüchteten Mikro­ organismen wurde zunächst verzichtet. Man kann davon ausgehen, daß die biologische Besiedelung des frischen Kompostes mit einer Mischpopulation von Mikroorganismen ausreichend ist und auch die Nährstoffzugabe gering gehalten werden kann. Dennoch wurde zum Vergleich in einer späteren Testreihe das Filtermaterial mit Klärschlamm aus einem Klärbecken der BASF AG in Ludwigshafen beimpft (s.a. 4.3.2.). On an inoculation of the biologically active material with specially cultivated micro Organisms was initially omitted. It can be assumed that the biological Colonization of fresh compost with a mixed population of microorganisms is sufficient and the nutrient addition can be kept low. Nevertheless, became For comparison in a later test series the filter material with sewage sludge from a Septic tank of BASF AG in Ludwigshafen inoculated (see 4.3.2.).  

3.3. Die Bioreaktoranlage im Labormaßstab3.3. The bioreactor plant in the laboratory scale 3.3.1. Zuleitungen und Konditionierung der Preßluft3.3.1. Supply lines and conditioning of the compressed air

Zur Abscheidung von Ölbestandteilen wird die Preßluft über eine Aktivkohlekolonne gereinigt. Eine nachgeschaltete Blaugelsäule dient zusätzlich als Staubfilter. Die Luftzu­ leitungen zum Filter sollten glatt und groß genug sein, damit der Druckverlust (Δp ∼ r-4) gering gehalten werden kann. Die Rohrleitungen der Reaktoranlage bestehen aus Messing­ rohren mit 6 mm Durchmesser. Zur Befeuchtung bis zur Sättigungsgrenze strömt die Luft durch drei mit Wasser gefüllten Fritten-Waschflaschen, die sich in einem auf 28°C temperierten Bad befinden. Die Vorrichtung zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten im Filter, wie auch die Entnahme von eventuell entstehendem Überflußwasser wird nicht in dieser Befeuchtungseinheit, sondern direkt am separaten Befeuchtungskreislauf des Bio­ reaktors vorgenommen. An den Waschflaschen selbst wird nur der durch die Luftsättigung entstehende, tägliche H₂O-Verlust ausgeglichen (s.a. 4.2.). Wegen der zu erwartenden adiabatischen Abkühlung der Luft bei deren Befeuchtung zum einen und der optimalen Ablufttemperatur von 30 bis max. 50°C im Reaktor zum anderen muß die feuchte Luft erwärmt werden. Dies erfolgt in einem nachgeschalteten und mit einem Heizband umwickeltem Rohr, in dem die Luft vor der Abgasdosierung auf eine Temperatur von ca. 50°C gebracht wird. Weiterhin werden alle nachfolgenden Rohrleitungen zum Reaktor gegen Abkühlung mit Isoliermaterial umwickelt.For the separation of oil components, the compressed air is purified via an activated carbon column. A downstream blue gel column also serves as a dust filter. The air lines to the filter should be smooth and large enough to keep the pressure drop (Δp ~ r -4 ) low. The pipelines of the reactor plant consist of brass tubes with 6 mm diameter. For humidification up to the saturation limit, the air flows through three fry washing bottles filled with water, which are in a bath tempered to 28 ° C. The device to compensate for evaporation losses in the filter, as well as the removal of any resulting excess water is not made in this moistening unit, but directly on the separate humidifying the Bio reactor. At the wash bottles themselves, only by the air saturation resulting daily H₂O loss is compensated (see also 4.2.). Because of the expected adiabatic cooling of the air during their humidification on the one hand and the optimum exhaust air temperature of 30 to max. 50 ° C in the reactor on the other hand, the moist air must be heated. This is done in a downstream and wrapped with a heating tape tube in which the air is brought to a temperature of about 50 ° C before the exhaust gas metering. Furthermore, all subsequent pipes to the reactor are wrapped against cooling with insulating material.

3.3.2. Dosierung des Abgases3.3.2. Dosing of the exhaust gas

Für alle Versuchsreihen wird ein Lösemittelgemisch definierter Zusammensetzung verwendet. Es hat sich bei verschiedenen Untersuchungen gezeigt, daß von den Ergebnissen, die durch mikrobiellen Abbau von Einzelkomponenten erhalten werden, nicht auf das Abbauverhalten im Gemisch geschlossen werden kann. Aus diesem Grund wird ein Gasgemisch erzeugt, welches in seiner Zusammensetzung der Abluft der Lackfabrik entspricht. Die Dosierung des durch die in Abschnitt 2.3. aufgeführten Emissionsmessungen ermittelten Abgasgemisches kann durch Vergasertechnik oder über Injektion mit einer Dosierpumpe (Tauchkolbenpumpe) mit anschließender Verdampfung in die vorbei­ strömende Luft erfolgen. In der hier geplanten Anlage wird u. a. aus Kostengründen eine Dosiervorrichtung eingesetzt, die aus einem Motor der eine Spule vorwärts treibt und einer gasdichten Spritze besteht, die durch die Spule ihren Inhalt in definierter Weise in das Rohrleitungssystem abgibt. Die Temperatur beim Lösemitteleinlaß beträgt ca. 50°C. Das Injektionsvolumen variierte zwischen 100 und 1050 µl/h. Da die Schadstoffkonzentrationen in der Realabluft der Lackiererei ständig schwanken, wurde in den Testreihen keine streng konstante Mengen injiziert, sondern es wurden bewußt geringe Schwankungen (z. B. auch punktuelle Konzentrationsspitzen) zugelassen. Um verläßliche Aussagen zu erhalten, wurde aber die Gaseinlaßkonzentration zwischen den täglichen Analysen des Roh- und Reingases immer konstant gehalten.For all test series, a solvent mixture of defined composition used. It has been shown in various studies that of the Results obtained by microbial degradation of individual components, not on the degradation behavior in the mixture can be concluded. For this reason, a Gas mixture produced, which in its composition of the exhaust air of the paint factory equivalent. The dosage of the by in section 2.3. listed emission measurements determined exhaust gas mixture can be by carburetor technology or via injection with a Dosing pump (plunger pump) with subsequent evaporation in the past flowing air take place. In the here planned plant u. a. for cost reasons one Metering device used, which consists of a motor which drives a coil forward and a gas-tight syringe, which through the coil their contents in a defined manner in the Pipe system issues. The temperature at the solvent inlet is approx. 50 ° C. The Injection volume varied between 100 and 1050 μl / h. As the pollutant concentrations in the real exhaust air of the paint shop constantly fluctuate, was in the test series no strict injected constant amounts, but there were deliberately small fluctuations (eg  selective concentration peaks). To get reliable statements, was but the gas inlet concentration between the daily analyzes of raw and clean gas always kept constant.

3.3.3. Auslegung3.3.3. interpretation

Bei einem Normvolumenstrom von ca. 20000 m³/h entsprechen die gemessenen FID- Maximalwerte von 400 mg Corg./m³ einer Schadstoffbelastung von 8 kg/h. Entsprechend ergaben sich für die mittleren Massenkonzentrationen um 130 mg Corg./m³ Massenströme zwischen 2 und 3 kg/h. Der maximale GC-Emissionswert von 310 mg Corg./m³ entspricht einer Belastung von 6.2 kg/h (mittlere Massenkonzentration um 100 mg Corg./m³).With a standard volume flow of approx. 20000 m³ / h, the measured FID maximum values correspond to 400 mg org. / m³ of a pollutant load of 8 kg / h. Correspondingly, the mean mass concentrations were 130 mg C org. / m³ mass flows between 2 and 3 kg / h. The maximum GC emission value of 310 mg C org. / m³ corresponds to a load of 6.2 kg / h (mean mass concentration of 100 mg org. / m³).

Biofiltertechniksanlagen (halbtechnische Versuchsanlagen) arbeiten in der Regel mit einem Volumenstrom der Gasphase von 1 bis 20 m³/h. Pilotanlagen, die mit einem Teil­ strom des gesamten Gasvolumens beschickt werden (großtechnische Versuchsanlagen), können Ströme von mehreren tausend m³/h aufweisen. Die Laborversuchsanlage wurde auf einen Volumenstrom von 0.1 bis max. 1.5 m³/h ausgelegt. Die bisher durchgeführten Test­ reihen wurden mit einem Rohgasvolumenstrom von 0.20-0.24 m³/h durchgeführt. Die höchste zugeführte Fracht betrug 1 mg/h und somit die maximale Rohgasbelastung 4 mg/m³.Biofiltertechniksanlagen (semi-technical pilot plants) work usually with a volume flow of the gas phase of 1 to 20 m³ / h. Pilot plants, with one part stream of the entire volume of gas (large-scale pilot plants), can have currents of several thousand m³ / h. The laboratory test facility was opened a volume flow of 0.1 to max. 1.5 m³ / h designed. The previously performed test rows were carried out with a raw gas volume flow of 0.20-0.24 m³ / h. The the highest delivered load was 1 mg / h and thus the maximum raw gas load 4 mg / m³.

Der eigentliche Bioreaktor besteht aus einem Glaszylinder, der über einen Flansch gasdicht mit dem Reaktortopf aus Aluminum verbunden ist (s. Abb. 2).The actual bioreactor consists of a glass cylinder, which is gas-tightly connected to the aluminum reactor pot via a flange (see Fig. 2).

Maße:Dimensions:

Höhe: 800 mm
Durchmesser (innen): 140 mm
Leervolumen: 12.3 l
Height: 800 mm
Diameter (inside): 140 mm
Void volume: 12.3 l

Die Verweilzeit in der Filterschicht soll maximal 60 Sekunden betragen. Diese Zeit bestimmt auch die Höhe des Filtermaterials in der Reaktorsäule. The residence time in the filter layer should be a maximum of 60 seconds. This time also determines the height of the filter material in the reactor column.  

3.3.4. Das Puffersystem3.3.4. The buffer system

Der Vorabscheider stellt ein nach Bedarf zuschaltbares Puffersystem dar, das sowohl dem Ausgleich auftretender Konzentrationsspitzen dient als auch einer dauerhaften Erniedrigung der Schadstoffbelastung. Dazu wurde in zwei Testreihen (Lösemittelzugabe ca. 1000 µl/h) ein organischen Adsorber auf Styrol-Divinylbenzol-Basis eingesetzt. Das Material der Firma SUPELCO (AMBERSORB XEN-572) ist in einem patentierten Pyrolyseprozeß hergestellt und läßt sich nach Adsorption leicht mit temperierter Preßluft wieder desorbieren. Diese Desorption sollte nachts während den Stillstandszeiten oder auch an Wochenenden erfolgen und im günstigsten Fall zu Schichtbeginn abgeschlossen sein. Über diese Versuchs­ ergebnisse und das optimale "Pufferprogramm" wird in den Abschnitten 4.3.7 und 4.3.8. ausführlich berichtet. Die bisher in der Literatur veröffentlichten Untersuchungen über den Einsatz von Puffermaterialien haben alle den Nachteil, daß zum einen fast ausschließlich die für den Abbau von Lackierereiabluft unerwünschte Aktivkohle getestet wurde, und zum anderen, daß die beschriebenen Adsorptionsprozesse allesamt stark feuchtigkeits­ empfindlich - und somit für die fraglichen Lösemittelgemische ungeeignet - sind 15,16. Neben verschiedenen Aktivkohlearten wurden nur Silicagel und Al₂O₃ getestet, die aber ebenfalls unter feuchten Bedingungen unwirksam sind. Zwar konnte mit einer Aktivkohle die Toluolkonzentration von 0-1.5 g/m³ auf 200-800 mg/m³ gepuffert werden (entspricht 13- 53%), da aber in diesem Versuch Toluol als einzigste Schadstoffkomponente eingesetzt wurde, hat dieses Ergebnis keinerlei Gültigkeit für reale Lackierereiabgase¹⁶.The pre-separator is a switchable as needed buffer system, which serves both the compensation of occurring concentration peaks as well as a permanent reduction of pollutant load. For this purpose, an organic adsorber based on styrene-divinylbenzene was used in two series of tests (addition of solvent about 1000 μl / h). The material of the company SUPELCO (AMBERSORB XEN-572) is produced in a patented pyrolysis process and can be easily desorbed with tempered compressed air after adsorption. This desorption should take place at night during downtimes or even at weekends and should be completed at the beginning of the shift at best. These test results and the optimal "buffer program" are discussed in sections 4.3.7 and 4.3.8. reported in detail. The previously published in the literature studies on the use of buffer materials all have the disadvantage that on the one hand almost exclusively for the degradation of Lackierereiabluft unwanted activated carbon was tested, and on the other hand, that the adsorption processes described all highly sensitive to moisture - and thus for the Inappropriate solvent mixtures are unsuitable - are 15,16 . In addition to various types of activated carbon only silica gel and Al₂O₃ have been tested, which are also ineffective under humid conditions. Although it was possible with an activated carbon, the toluene concentration of 0-1.5 g / m³ buffered to 200-800 mg / m³ (equivalent to 13- 53%), but since in this experiment toluene was used as the only pollutant component, this result has no validity for real Lackierereiabgase¹⁶.

3.3.5. Werkstoffe3.3.5. materials

Der Bioreaktor besteht zur besseren Beobachtung des Filtermaterialzustandes aus einem Glaszylinder. Die Siebplatte, auf der das Filtermaterial aufliegt, und der höhenverstellbare Reaktordeckel wurden aus Teflon hergestellt. Der Reaktorboden besteht aus einem Aluminiumtopf, in dem das ablaufende Berieselungswasser gesammelt und zur Umwalz­ pumpe weitergeleitet wird. Hier kann auch das Kondensat entnommen werden. Die Zuleit­ ungsrohre mit einem Innendurchmesser von 6 mm und alle übrigen Metallteile sind aus Messing hergestellt. Die Verbindung der einzelnen Teile erfolgt über Swagelok-Fittings. The bioreactor consists of a better observation of the filter material state of a Glass cylinder. The sieve plate on which the filter material rests, and the height-adjustable Reactor covers were made of Teflon. The reactor bottom consists of a Aluminum pot in which the running irrigation water collected and for Umwalz pump is forwarded. Here you can also remove the condensate. The Zuleit pipes with an internal diameter of 6 mm and all other metal parts are made Made of brass. The connection of the individual parts takes place via Swagelok fittings.  

4. Reinigung von simulierter Lackierereiabluft mit der Bioreaktor­ versuchsanlage4. Cleaning simulated paint shop air with the bioreactor experimental plant 4. 1. Befüllung des Reaktors und Adaption des biologisch aktiven Filter­ materials4. 1. Filling of the reactor and adaptation of the biologically active filter materials 4.1.1. Befüllung für Testreihe 1 und 24.1.1. Filling for test series 1 and 2

Der biologisch aktive Kompost (Rotte 2) hatte zum Zeitpunkt der Befüllung eine Temperatur von ca. 32°C. In der ersten Testreihe betrug die Füllhöhe im Reaktor nach Durchmischung von ca. 1.5 l Kompost mit feinkörniger Lava und Befeuchtung mit 200 ml Wasser 52 cm (mit der untersten Schicht aus grober Lava: 57 cm). Nach drei Stunden war die Temperatur im Reaktor auf 24.5°C abgesunken, was u. a. auch auf einen Rückgang der biologischen Aktivität hinweist. Die Außentemperatur schwankte in dieser Zeit um 23°C. Der Luftstrom wurde auf 0.2 m³/h (2.8 l/min) geregelt und mit dem Heizband auf eine Temperatur von ca. 50°C, die vor dem Lösemitteleinlaß gemessen wurde, erhitzt. Zwei Tage nach der Befüllung wurde das überschüssige und faulig riechende Wasser abgelassen und durch 200 ml der anorganischen Nährlösung (3.2.2.) ersetzt. Darüber hinaus wurden 300 ml Wasser über die Berieselungsanlage zugegeben. Nach Optimierung des Beriesel­ ungskreislaufs, d. h. nach Einstellung der Umwälzpumpe, die eine konstante Kondensat­ menge im Reaktortopf gewährleistet, stand der Bioreaktor noch 14 Tage still. Während dieser Zeit wurden lediglich die verdunsteten Flüssigkeitsanteile aufgefüllt. Die Temperatur im Reaktor schwankte in dieser Zeit um 25°C und die Füllhöhe war am Ende der Adaptionszeit um 6 cm abgesunken. Das mit Filtermaterial gefüllte Reaktorvolumen betrug nun 7.1 l. Der Verlauf der Füllhöhe während Testreihe 1 im Vergleich mit der Befüllung einer späteren Testreihe ist in Tabelle 2 festgehalten. Die Bioreaktorabluft hatte nach 14 Tagen einen leicht würzigen, nicht unangenehmen Geruch und das anfänglich noch trübe Umlaufwasser war jetzt klar. Kurz vor Beginn der ersten Testreihe wurde versucht, die Verweilzeit durch Einblasen von Rauch zu bestimmen. Dies war aber nicht möglich, da der Rauch vom Filtermaterial absorbiert wurde. Deshalb mußte die Verweilzeit wie auch in den späteren Testreihen von Probanden über die erste Geruchswahrnehmung eines wasser­ unlöslichen Lösungsmittels (Toluol) bestimmt werden. Sie betrug ca. 100 Sekunden.The biologically active compost (compost 2) had one at the time of filling Temperature of about 32 ° C. In the first series of tests, the filling level in the reactor was after Mixing of approx. 1.5 l compost with fine-grained lava and moistening with 200 ml Water 52 cm (with the lowest layer of coarse lava: 57 cm). After three hours was the temperature in the reactor has dropped to 24.5 ° C, which u. a. also on a decline in indicates biological activity. The outside temperature fluctuated around 23 ° C during this time. The air flow was controlled to 0.2 m³ / h (2.8 l / min) and with the heating tape to a Temperature of about 50 ° C, which was measured before the solvent inlet, heated. Two Days after filling the excess and foul smelling water was drained and replaced by 200 ml of the inorganic nutrient solution (3.2.2.). In addition, were 300 ml of water added via the sprinkler. After optimization of the sprinkler cycle, d. H. after setting the circulation pump, which is a constant condensate guaranteed quantity in the reactor pot, the bioreactor stood still for 14 days. While During this time only the evaporated liquid components were filled up. The temperature in the reactor fluctuated in this time around 25 ° C and the filling height was at the end of Adaptation time dropped by 6 cm. The filled with filter material reactor volume was now 7.1 l. The course of the filling level during test series 1 in comparison with the filling a later test series is recorded in Table 2. The bioreactor exhaust air had after 14 Days a slightly spicy, not unpleasant odor and the initially still cloudy Circulating water was now clear. Shortly before the beginning of the first test series was tried, the To determine residence time by blowing in smoke. This was not possible because of the Smoke from the filter material was absorbed. Therefore, the residence time as well as in the later test series of subjects on the first smell perception of a water insoluble solvent (toluene) can be determined. It was about 100 seconds.

4.1.2. Befüllung für Testreihen 3 bis 7b4.1.2. Filling for test series 3 to 7b

Analog der ersten Befüllung bestand das biologisch aktive Material aus Kompost des Kompostwerkes Heidelberg/Wieblingen. Diesmal wurden aber eine Miete, die eine Stand­ zeit von ca. 5.5 Wochen (Rotte 2) aufwies mit einer zweiten Miete von 10.5 Wochen Stand­ zeit vermischt. Als unterste Schicht wurden 3 cm grobkörnige Lava eingebracht, auf die eine 36 cm hohe Mischung aus 5.9 l Kompost und 2.1 l Keramikringen (EHEIM/EHFIMECH) aufgebracht wurde. Als abdeckende Schicht wurde Kompost mit 0.6 l grobkörniger Lava vermischt (Höhe: 18 cm). Die Temperatur des Kompostes betrug anfänglich 42-43°C und nach Vermischung mit den Trägermaterialien und Einfüllen in den Reaktor nur noch 32°C. Drei Stunden nach der Befüllung hatte sich im Reaktor eine Temperatur um 27°C eingestellt. Als Befeuchtungs- und Berieselungswasser wurden 950 ml Belebtschlamm (pH: 7.0) aus einem Rückhaltebecken der BASF AG in Ludwigshafen verwendet. Wenige Stunden nach Einfüllen des Umlaufwassers hatten sich sowohl im Reaktortopf als auch im Filter und in den Schlauchverbindungen des Berieselungskreislaufes voluminöse Schlamm­ flocken abgesetzt. Deshalb wurde die Flüssigkeit nochmals abgelassen, die störenden Feststoffe abgetrennt und das klare, bernsteinfarbene Filtrat wieder in den Kreislauf eingefüllt. Der Verlauf der Füllhöhe im Reaktor im Vergleich mit der ersten Befüllung ist in Tabelle 2 aufgeführt. Man erkennt, daß die zweite Befüllung ein wesentlich günstigeres Verhalten bezüglich der Standzeit zeigt. Zwar fällt die Füllhöhe schon während des ersten Tages um fast 3 cm und innerhalb der ersten beiden Wochen sogar um ca. 6 cm ab, danach zeigt sie aber einen konstant geringen Rückgang und erreicht schließlich einen Endwert, der bis März′ 95 noch nicht unterschritten wurde (ca. 10 cm/Jahr). Dies ist auf die Stabilität der Keramikringe zurückzuführen, die im Gegensatz zur Lava während des Reaktorbetriebes keinen Veränderungen erliegen. So wird hier ein Endwert der Füllhöhe erreicht, sobald die Strukturveränderungen, die das aktive Kompostmaterial erfährt, abgeschlossen sind.Analogous to the first filling, the biologically active material consisted of compost of the Composting plant Heidelberg / Wieblingen. This time, however, a rent that was a stand time of about 5.5 weeks (rump 2) showed with a second rent of 10.5 weeks  time mixed. As the lowest layer 3 cm coarse-grained lava were introduced, on the a 36 cm high mixture of 5.9 l compost and 2.1 l ceramic rings (EHEIM / EHFIMECH) was applied. The covering layer was compost with 0.6 l of coarse-grained lava mixed (height: 18 cm). The temperature of the compost was initially 42-43 ° C and after mixing with the carrier materials and filling in the reactor only 32 ° C. Three hours after filling, the temperature in the reactor was around 27 ° C set. As wetting and irrigation water 950 ml of activated sludge (pH: 7.0) from a retention basin of BASF AG in Ludwigshafen. Few Hours after filling the recirculating water had both in the reactor pot and in the Filter and in the hose connections of the Sprieselungskreislaufes voluminous sludge flaked off. Therefore, the liquid was drained again, the disturbing Solids separated and the clear, amber-colored filtrate back into the circulation filled. The course of the filling level in the reactor in comparison with the first filling is in Table 2 listed. It can be seen that the second filling a much cheaper Behavior with respect to the service life shows. Although the filling height falls during the first Day by almost 3 cm and within the first two weeks even by about 6 cm, then But it shows a constant small decline and finally reaches a final value, the until March '95 has not yet fallen below (about 10 cm / year). This is due to the stability of Ceramics rings, in contrast to the lava during reactor operation do not succumb to change. So here a final value of the filling height is reached, as soon as the Structural changes that the active compost material experiences are completed.

Tabelle 2 Table 2

Abnahme der Füllhöhe im Bioreaktor bei verschiedener Befüllung Decrease of the filling level in the bioreactor with different filling

4.2. Die Meßreihen im Überblick4.2. The measurement series at a glance

Während den Testreihen wurden folgende Parameter täglich überprüft und festgehalten:During the test series, the following parameters were checked daily and recorded:

  • - Füllhöhe- filling height
  • - Luftstrom- air flow
  • - Geruch der Abluft am Reingasausgang- Smell of the exhaust air at the clean gas outlet
  • - Temperatur:
    des Wasserbades, in der sich die Waschflaschen befinden
    des Heizbandes
    im Reaktor
    Temperature:
    the water bath in which the washing bottles are located
    of the heating tape
    in the reactor
  • - Berieselungsprogramm der Umwälzpumpe- Watering program of the circulation pump
  • - pH-Wert, Geruch und Aussehen des Umlaufwassers- pH, odor and appearance of the circulating water

Außerdem wurde der Berieselungskopf täglich gedreht, um zu verhindern, daß das auftropfende Wasser Durchbrüche im Filter erzeugt. Das Filtermaterial (Filterwatte) des Filters für das Berieselungswasser mußte in der ersten Woche täglich, später bis zum Ende der Testreihe nicht mehr gewechselt werden.In addition, the Spritzer head was rotated daily to prevent the Dripping water creates breakthroughs in the filter. The filter material (filter cotton wool) of the Filters for the irrigation water had to be in the first week daily, later until the end the test series can not be changed.

Wasserverbrauchwater consumption

Der Wasserverbrauch in den Waschflaschen (ca. 100 ml/Tag) und im Reaktortopf (ca. 30 ml/Tag) mußte täglich ausgeglichen werden. Der relative Feuchtegehalt innerhalb des Reaktors wurde mit einem Terrarium-Hygrometer von DEHNER bestimmt, der direkt über dem Füllmaterial vor dem Reingasausgang angebracht war. Der relative Feuchte betrug während den gesamten Versuchsreihen über 98%. Während der gesamten Testreihen wurden bezogen auf eine maximale Luftsättigung bei 27°C pro Woche durchschnittlich 700 ml Wasser verbraucht. Dabei konnten Schwankungen im Bereich von 650 bis 760 ml pro Woche festgestellt werden. Ein Maximalwert von 900 ml/Woche wurde im August erreicht, als die Außentemperatur auf über 30°C angestiegen war. Durch die Beheizung des Puffer­ systems während der Betriebsstillstandszeiten in den späteren Testreihen konnte ein Wasser­ mehrverbrauch von ca. 20-40 ml/Woche registriert werden.The water consumption in the wash bottles (about 100 ml / day) and in the reactor pot (about 30 ml / day) had to be compensated daily. The relative moisture content within the Reactor was determined with a terrarium hygrometer of DEHNER, directly over the filling material was attached in front of the clean gas outlet. The relative humidity was over the entire series of tests over 98%. Throughout the test series averaged 700, based on a maximum air saturation at 27 ° C per week ml of water consumed. Fluctuations in the range of 650 to 760 ml per Be determined week. A maximum of 900 ml / week was reached in August, when the outside temperature had risen to over 30 ° C. By heating the buffer During the downtimes in the later series of tests, a system could produce water more consumption of about 20-40 ml / week to be registered.

Folgende GC-Messung wurden routinemäßig durchgeführt:The following GC measurements were performed routinely:

  • - Eichmessungen mit dem "synthetischen Abgasgemisch" im Bereich 0.5-5.0 ppm, bzw. 5.0-15.0 ppm- calibration measurements with the "synthetic exhaust gas mixture" in the range 0.5-5.0 ppm, or 5.0-15.0 ppm
  • - Umlaufwasser vor Beginn und nach Ende der Lösungsmittelzugabe, um die im Berieselungswasser gelösten und nicht abgebauten Löse­ mittelanteile zu erfassen (s. a. 4.3. 1.)Circulating water before and after the end of the solvent addition, around the dissolved in the irrigation water and not broken dissolving average shares (see 4.3 a 1.)
  • - Roh- und Reingasmessungen; in den Testreihen mit Puffer auch Roh­ gasmessungen vor und nach Durchlaufen des Puffersystems.- raw and clean gas measurements; in the test series with buffer also raw Gas measurements before and after passing through the buffer system.

Die Konzentrationen der einzelnen Schadstoffkomponenten während den Testreihen variierten insgesamt über die folgende Bereiche:The concentrations of the individual pollutant components during the test series Overall, they varied over the following areas:

1. Aceton1. acetone 355-3000 [µg/d] und 185-1565 [µg/m³]355-3000 [μg / d] and 185-1565 [μg / m³] 2. Toluol2. toluene 170-1450 [µg/d] und 89-756 [µg/m³]170-1450 [μg / d] and 89-756 [μg / m³] 3. Ethylacetat3. ethyl acetate 140-1200 [µg/d] und 73-626 [µg/m³]140-1200 [μg / d] and 73-626 [μg / m³] 4. Methylacetat 854. Methyl acetate 85 65-550 [µg/d] und 34-287 [µg/m³]65-550 [μg / d] and 34-287 [μg / m³] 5. n-Butylacetat5. n-butyl acetate 60-500 [µg/d] und 31-261 [µg/m³]60-500 [μg / d] and 31-261 [μg / m³] 6. n-Butanol6. n-butanol 56-470 [µg/d] und 29-245 [µg/m³]56-470 [μg / d] and 29-245 [μg / m³] 7. Isopropanol7. Isopropanol 15-125 [µg/d] und 8-65 [µg/m³]15-125 [μg / d] and 8-65 [μg / m³] 8. techn. Xylol8. techn. xylene 14-120 [µg/d] und 7-63 [µg/m³]14-120 [μg / d] and 7-63 [μg / m³] 9. Dowanol PM9. Dowanol PM 13-110 [µg/d] und 7-57 [µg/m³]13-110 [μg / d] and 7-57 [μg / m³] 10. MIBK10. MIBK 10-75 [µg/d] und 5-39 [µg/m³]10-75 [μg / d] and 5-39 [μg / m³] 11. Ethoxypropylacetat11. ethoxypropyl acetate 2-20 [µg/d] und 1-10 [µg/m³]2-20 [μg / d] and 1-10 [μg / m³] 12. Diacetonalkohol12. Diacetone alcohol 2-20 [µg/d] und 1-10 [µg/m³]2-20 [μg / d] and 1-10 [μg / m³] 13. Solvent Naphta13. Solvent Naphta 1-5 [µg/d] und 0.5-3 [µg/m³]1-5 [μg / d] and 0.5-3 [μg / m³]

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über alle Testreihen:The following table gives an overview of all test series:

Tabelle 3 Table 3

Übersicht über die Meßreihen 1 bis 7b Overview of the series of measurements 1 to 7b

4.3. Messungen mit der Bioreaktorversuchsanlage4.3. Measurements with the bioreactor test facility 4.3.1. Ergebnisse: Testreihe 14.3.1. Results: Test series 1

Wie zu erwarten, waren die wasserlöslichen Komponenten zu Beginn der Testreihe 1 nicht in der Reinluft nachweisbar, da sie sofort vom Umlaufwasser aufgenommen und dort auch abgebaut wurden. Deshalb mußten regelmäßig Proben aus dem Berieselungskreislauf entnommen und mittels Gaschromatographie untersucht werden. Am Ende der ersten Woche konnten im Umlaufwasser nach Zugabe von täglich 800 µl Lösungsmittel nur noch die in Tabelle 4 aufgeführten Mengen an Schadstoffen detektiert werden.As expected, the water-soluble components were not at the beginning of the test series 1 detectable in the clean air, since they are immediately absorbed by the circulation water and there too were dismantled. Therefore had to regularly samples from the Sprieselungskreislauf taken and examined by gas chromatography. At the end of the first Week in circulation water after addition of daily 800 .mu.l of solvent only the amounts of pollutants listed in Table 4 are detected.

Tabelle 4 Table 4

Lösungsmittelkonzentrationen im Berieselungskreislauf und Abscheideleistung am Ende der ersten Versuchswoche (Testreihe 1) Solvent concentrations in the sprinkler circuit and separation efficiency at the end of the first test week (test series 1)

Die Versuchsergebnisse aus Testreihe 1 bezüglich Abscheidegrad und Reingaskonzentra­ tionen der nicht vollständig abgebauten Lösungsmittelkomponenten werden im folgenden tabellarisch zusammengefaßt. Abb. 3 zeigt die GC-Diagramme des Roh- und Reingases vom 26. 01. 94 (4. Versuchswoche).The test results from test series 1 with regard to the degree of separation and clean gas concentrations of the not completely degraded solvent components are summarized in the following table. Fig. 3 shows the GC diagrams of the crude and pure gas from 26. 1. 94 (4th week of the experiment).

Da die in den Tabellen aufgeführten Werte den tatsächlichen Tagesverlauf nicht wider­ spiegeln können, soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß die Reingaskonzen­ trationen während eines Tages (9 00 -17 00 Uhr) kontinuierlich abnehmen, analog dem Verlauf über den Zeitraum von jeweils einer Woche. Deutlicher wird dieses Verhalten in der bild­ lichen Darstellung. Abb. 4 und 5 zeigen die Roh- bzw. Reingaskonzentrationen von Toluol bzw. Xylol während Testreihe 1. Man erkennt deutlich die niedrigeren Abscheide­ leistungen jeweils am Montag einer Versuchswoche und das Abfallen der Reingaskonzen­ trationen im weiteren Verlauf der Woche. Since the values listed in the tables can not resist the actual course of the day reflect should be noted at this point that the clean gas Konzen concentrations during a day (9 00 -17 00) decrease continuously, analogous to the course over the period of each of Week. This behavior becomes clearer in the pictorial representation. Fig. 4 and 5 show the crude or pure gas concentrations of toluene or xylene during test series 1. One clearly recognizes the lower separation rates on Monday of a test week and the drop in clean gas concentrations later in the week.

1. Toluol: (Testreihe 1: ohne Beimpfung/Lösemittelzufuhr: ca. 100 µl/h: 380 µg/m³) 1. Toluene: (test series 1: without inoculation / solvent supply: approx. 100 μl / h: 380 μg / m³)

Ein ähnliches Verhalten wie bei Aceton wurde für Isopropanol, Methylacetat und Dowanol PM festgestellt: im Reingas sind diese Komponenten nur unterhalb der Nachweisgrenze ver­ treten. Während der ersten zwei Wochen konnten aber regelmäßig geringe Mengen dieser Substanzen im Umlaufwasser nachgewiesen werden (s. Tabelle 4). Der biologische Abbau dieser Komponenten erfolgt dann schließlich mit einer Abscheideleistung von über 98%.A similar behavior to acetone was for isopropanol, methyl acetate and dowanol PM found: in the clean gas, these components are ver only below the detection limit ver to step. During the first two weeks but could regularly small amounts of this Substances in circulating water are detected (see Table 4). The biological degradation These components are then finally with a separation efficiency of over 98%.

Dagegen waren bei Ethylacetat, n-Butanol, n-Butylacetat (n-BAC) und Ethoxypropylacetat (EPA) schon nach weniger als einer Woche auch im Umlaufwasser keine oder nur minimale Spuren nachweisbar. Diese Lösungsmittel werden sehr schnell und mit einem Abscheide­ grad von über 98% im Reaktor abgebaut. In contrast, with ethyl acetate, n-butanol, n-butyl acetate (n-BAC) and ethoxypropyl acetate (EPA) in less than a week even in the circulating water no or only minimal Traces detectable. These solvents are very fast and with a separator Degraded over 98% in the reactor.  

2. techn. Xylol, Summe: (Testreihe 1: ohne Beimpfung/ Lösemittelzufuhr: ca. 100 µl/h; 380 µg/m³) 2. techn. Xylene, total: (test series 1: without inoculation / solvent supply: about 100 μl / h, 380 μg / m³)

Von der schwerer löslichen Komponente Solvent Naphta (SN), die nur in geringer Konzen­ tration vorhanden ist (<0.1%), sind keine quantitativen Aussagen möglich. Man kann während Testreihe 1 immer noch Spuren dieser Substanz im Reingas erkennen, jedoch ist eine qualitative Abnahme erkennbar. Das Abbauverhalten von Solvent Naphta wird in den Testreihen, die mit höheren Gaseinlaßkonzentrationen arbeiten, untersucht.From the less soluble component Solvent Naphta (SN), which is only in minor concentrations is present (<0.1%), no quantitative statements are possible. One can while test series 1 still recognizes traces of this substance in the clean gas, however a qualitative decrease recognizable. The degradation behavior of Solvent Naphta is in the Test series, which work with higher gas inlet concentrations examined.

Auch das Abbauverhalten von MIBK konnte aufgrund der geringen Konzentration im Gemisch (<1%) noch nicht erforscht werden; jedoch ist jetzt schon ein langsamerer Abbau als bei den leichter wasserlöslichen Komponenten, wie z. B. Dowanol PM, feststellbar. The degradation behavior of MIBK could also be reduced due to the low concentration in the Mixture (<1%) not yet explored; however, now is a slower degradation than in the more water-soluble components, such. B. Dowanol PM, detectable.  

3. Aceton: (Testreihe 1: ohne Beimpfung/Lösemittelzufuhr ca. 100 µl/h: 380 µg/m³) 3. acetone: (test series 1: without inoculation / solvent supply approx. 100 μl / h: 380 μg / m³)

Der pH-Wert des Berieselungswassers, welches das Filtermaterial kontinuierlich durch­ strömt, betrug nach ca. 10 Tagen 7.6 und nach weiteren 14 Tagen 8.0. Im Vergleich dazu sei erwähnt, daß das bei der Befüllung des Reaktors eingesetzte Wasser, ebenso wie die anorganische Nährlösung und das Lösungsmittelgemische einen pH-Wert von nur 5.5-6.0 besitzt. Eine Erhöhung des pH-Wertes fördert die mikrobielle Aktivität, die ihr Optimum bei einem pH-Wert zwischen 8 und 9 hat und bei höheren Werten wieder drastisch abnimmt.The pH of the irrigation water, which continuously passes through the filter material flows, was after about 10 days 7.6 and after another 14 days 8.0. In comparison to it It should be noted that the water used in the filling of the reactor, as well as the Inorganic nutrient solution and the solvent mixtures have a pH of only 5.5-6.0 has. Increasing the pH promotes the microbial activity that contributes to its optimum has a pH between 8 and 9 and decreases drastically at higher values.

Die Temperatur im Bioreaktor lag während Testreihe 1 zwischen 25 und 28°C.The temperature in the bioreactor during test series 1 was between 25 and 28 ° C.

Am Ende der 5. Versuchswoche wurde versucht, das Filtermaterial mit einem Holzstab auf zulockern, um einem anwachsenden Druckverlust entgegenzuwirken. Diese Bemühungen führten jedoch Rum gegenteiligen Effekt, denn die Lavateilchen, die bereits starke Zer­ setzung aufwiesen, zerbröselten und ihre anfangs auflockernde Wirkung war verloren gegangen. Auch die Kompostteile waren in ihrer Struktur leicht verändert; d. h. jetzt über­ wiegten kleinere Teilchen, die zusammen mit dem zersetzten Lava einen Druckanstieg im Reaktor verursachten. Durch diesen konnte das Berieselungswasser nicht mehr ungehindert das Filtermaterial durchströmen und sammelte sich auf der Filteroberfläche an. Weiterhin konnten verschiedene Durchbrüche im Material (Kanalbildung) festgestellt werden. Der wachsende Druckverlust im Reaktor war also nicht die Folge einer Biomassenvermehrung, dem sogenannten "clogging". Zur Wiederherstellung der optimalen Verhältnisse wurde die Anlage bis auf das Durchleiten von angefeuchteter und temperierter Luft 8 Tage stillgelegt. In dieser Zeit verbesserte sich die Struktur des Filtermediums wieder und es wurde be­ gonnen erneut Lösungsmittel zuzugeben. Die Auswirkungen der versuchten Materialauf­ lockerung wirkten sich durch die entstandenen Durchbrüche jedoch so stark negativ auf das Abbauverhalten der Mikroorganismen aus, daß die Testreihe abgebrochen werden mußte. At the end of the 5th week of testing, the filter material was tried with a wooden stick Loosen, to counteract an increasing pressure loss. These efforts However, rum had the opposite effect, because the lava particles, which are already strong Zer had decomposed, and their initial loosening effect was lost went. The compost parts were also slightly changed in their structure; d. H. now over smaller particles weighed, which together with the decomposed lava caused a pressure increase in the Reactor caused. Due to this, the irrigation water could no longer unhindered flow through the filter material and accumulated on the filter surface. Farther it was possible to detect different breakthroughs in the material (channeling). The growing pressure loss in the reactor was not the result of a biomass increase, the so-called "clogging". To restore the optimal conditions, the Plant shut down for 8 days except for the passage of humidified and tempered air. During this time, the structure of the filter medium improved again and it was be begin to add solvent again. The effects of the attempted material However, the resulting breakthroughs had such a negative effect on relaxation Degradation behavior of the microorganisms that the test series had to be terminated.  

4.3.2. Ergebnisse: Testreihe 24.3.2. Results: Test series 2

Diese Versuchsreihe wurde analog der ersten Testreihe durchgeführt; einziger Unterschied war die Beimpfung des Filtermaterials mit Klärschlamm aus einem geeigneten Klärbecken der BASF AG in Ludwigshafen. Die Testergebnisse sind in den Abb. 6 und 7 dargestellt. Der Abbau erfolgte durchweg mit besseren Abbauraten als in der Testreihe ohne Beimpfung. Auffallende Unterschiede sind jedoch nur in der ersten Woche festzustellen. Danach findet nur noch eine marginale Verbesserung der Biodegradation statt. Bei den schwerlöslichen Schadstoffen liegt die Abbauleistung in Testreihe 2 bis zu 10% höher. Bei den gut wasserlöslichen Lösemitteln lag der Abscheidegrad wie schon in der ersten Testreihe nahe der 100%-Marke. Außerdem waren von Beginn an keine nennenswerte Lösungsmittelanteile im Umlaufwasser nachzuweisen. Eine vergleichende Darstellung der Testreihen 1 und 2 zeigen die Abb. 8 und 9.This series of experiments was carried out analogously to the first test series; the only difference was the inoculation of the filter material with sewage sludge from a suitable clarifier of BASF AG in Ludwigshafen. The test results are shown in Figs. 6 and 7. Degradation was consistently with better degradation rates than in the test series without inoculation. However, striking differences can only be noticed in the first week. Thereafter, only a marginal improvement in biodegradation takes place. For the sparingly soluble pollutants, the degradation rate in Test Series 2 is up to 10% higher. As with the first test series, the degree of separation of the readily water-soluble solvents was close to the 100% mark. In addition, no significant amounts of solvent in the circulating water had to be detected from the beginning. A comparative presentation of the test series 1 and 2 are shown in FIGS. 8 and 9.

1. Toluol: (Testreihe 2: mit Beimpfung/Lösemittelzufuhr ca. 100 µl/h; 380 µg/m³) 1. Toluene: (test series 2: with inoculation / solvent supply about 100 μl / h, 380 μg / m³)

2. techn. Xylol, Summe: (Testreihe 2: mit Beimpfung/Zufuhr ca. 100 µl/h; 380 µg/m³) 2. techn. Xylene, total: (test series 2: with inoculation / supply approx. 100 μl / h, 380 μg / m³)

3. Aceton: (Testreihe 2: mit Beimpfung/Lösemittelzufuhr ca. 100 µl/h; 380 µg/m³) 3. acetone: (test series 2: with inoculation / solvent supply approx. 100 μl / h; 380 μg / m³)

4.3.3. Ergebnisse: Testreihe 34.3.3. Results: Test series 3

Im Verlauf dieser Testreihe, die mit stark erhöhten und sehr schwankenden Konzentrationen (2 mal 2 Stunden: 1000 µl/h) durchgeführt wurde, konnte eine Zunahme von Biomasse sowohl im Filtermaterial als auch in allen Zuleitungen des Umlaufwassers bemerkt werden. Trotz des Anwachsens der biologischen Aktivität bezüglich der leicht abbaubaren, wasser­ löslichen Bestandteile, sind die Abbauleistungen bei den problematischen aromatischen Komponenten nicht zufriedenstellend. Sowohl bei Toluol als auch bei Xylol wird der maximaler Abscheidegrad erst nach der vierten Versuchswoche erreicht. Mit Werten im Bereich von 30 bis 40% kann für diese Substanzen keine effektive Reinigung erzielt werden.In the course of this series of tests, those with greatly increased and very fluctuating concentrations (2 times 2 hours: 1000 μl / h), an increase of biomass was detected be noticed both in the filter material and in all supply lines of the circulating water. Despite the increase in biological activity with respect to easily degradable, water soluble ingredients, the breakdown efficiencies are problematic Components unsatisfactory. For both toluene and xylene, the maximum degree of separation achieved only after the fourth week of testing. With values in the Range of 30 to 40%, no effective cleaning can be achieved for these substances.

Um sicher zu stellen, daß die stark verminderte Abbauleistung im Vergleich zu den beiden vorangegangenen Testreihen (100 µl/h) alleine durch die Erhöhung der Schadstoff­ konzentration und nicht etwa durch mechanische Effekte im Filter bedingt wird, wurde der Reaktor ab der 6. Woche wieder mit 100 µl Lösemittel pro Stunde beschickt. Das sofortige Ansteigen der Abscheidegrade auf die Werte der letzten Testreihen, zeigt deutlich die erhalten gebliebene biologische Aktivität an. Weiterhin läßt sich erkennen, daß trotz einer Überlastung mit BTX-Aromaten, zum einen die wasserlöslichen Komponenten weiterhin hervorragend umgesetzt werden, und zum anderen eine rasche Erholung der Biologie erfolgt, sobald die BTX-Konzentration wieder erniedrigt wird.To ensure that the greatly reduced degradation performance compared to the two previous series of tests (100 .mu.l / h) alone by increasing the pollutant concentration and not caused by mechanical effects in the filter was the Reactor from the 6th Week again charged with 100 .mu.l of solvent per hour. The instant Increasing the degrees of separation on the values of the last series of tests, clearly shows the preserved biological activity. Furthermore, it can be seen that despite a Overloading with BTX aromatics, on the one hand, the water-soluble components continue and a rapid recovery of biology takes place as soon as the BTX concentration is lowered again.

Die Problematik der Egalisierung von Konzentrationsspitzen wird bei dieser Testreihe ganz besonders deutlich. Eine effektive Reinigung der problematischen Komponenten wird nur durch Zwischenschalten eines Puffersystems verwirklicht werden können.The problem of equalization of concentration peaks becomes quite clear in this test series especially clear. An effective cleaning of the problematic components will only can be realized by interposing a buffer system.

Während dieser Testreihe konnte auch ein empfindliche Gleichgewicht zwischen Wasserge­ halt im Filtermaterial und Abscheidegrade der BTX-Aromaten festgestellt werden. Sowohl bei Zugabe von Nährlösung als auch bei technisch bedingter Erhöhung des Berieselungs­ wassers, stiegen die Reingaskonzentrationen dieser Komponenten sofort an (s. Reingas­ werte am 26. 04., 03. 05. und 16. 05. 95).During this test series could also be a delicate balance between Wasserge just be detected in the filter material and separation efficiency of the BTX aromatics. Either with addition of nutrient solution as well as with technical increase of the irrigation water, the clean gas concentrations of these components increased immediately (see clean gas values on 26. 04., 03. 05. and 16. 05. 95).

Die Abb. 10 und 11 zeigen die Ergebnisse aus den Reingasmessungen von Toluol und Xylol. Die Abscheideleistungen werden in Abb. 12 dargestellt. Wie auch bei den vorangegangenen Versuchen konnten von den wasserlöslichen Komponenten trotz Er­ höhung der Schadstoffzugabe außer Acetonspuren keine Restmengen registriert werden, d. h. ihr Abbau erfolgt durchgehend zu über 95%. Figures 10 and 11 show the results from the clean gas measurements of toluene and xylene. The separation performance is shown in Fig. 12. As with the previous experiments could be registered by the water-soluble components in spite of He increase the addition of pollutants except traces of acetone no residual amounts, ie their degradation is consistently over 95%.

Der pH-Wert des Reaktorwassers betrug in Testreihe 3 ca. 7.0. The pH of the reactor water was about 7.0 in test series 3.  

1. Toluol (Testreihe 3: Lösemittelzufuhr: 2 × 2100 µl/h; insg. 4200 µl/d 4000 µg/m³) 1. Toluene (test series 3: solvent feed: 2 × 2100 μl / h, in total 4200 μl / d 4000 μg / m³)

2. techn. Xylol, Summe: (Testreihe 3: Zufuhr: 2 × 2100 µl/2h; insg. 4200 µl/d; 4000 µg/m³) 2. techn. Xylene, total: (test series 3: supply: 2 × 2100 μl / 2 h, total 4200 μl / d, 4000 μg / m³)

3. Aceton: (Testreihe 3: Lösemittelzufuhr: 2 × 2100 µl/2h; insg. 4200 µl/d; 4000 µg/m³) 3. acetone: (test series 3: solvent supply: 2 × 2100 μl / 2 h, total 4200 μl / d, 4000 μg / m³)

4.3.4. Ergebnisse: Testreihe 44.3.4. Results: Test series 4

Bei dieser Versuchsreihe wurde die Schadstoffkonzentration im Vergleich zu den ersten beiden Testreihen verfünffacht. Die Lösemittelzufuhr von 0.525 ml/h (3780 µg/m³) wurde ohne die starken Konzentrationsschwankungen, die Testreihe 3 auszeichneten, ohne vor­ geschaltetes Puffersystem und bei gleicher Filterhöhe getestet. Im Falle der wasserlöslichen Komponenten (Aceton, Isopropanol, Methylacetat, Essigester, n-Butanol, Dowanol PM, n-BAC und EPA) benötigten die Mikroorganismen auch bei den erhöhten Schadstoff­ konzentrationen nur ca. 24 Stunden, um Abscheidegrade von < 99% zu erzielen. Bei den Problemstoffen Toluol, Xylol und Solvent Naphta wird ein mit den ersten Testreihen vergleichbarer Abscheidegrad erst nach der vierten Woche erreicht. Nach dieser Anlaufzeit, die hauptsächlich auf die toxische Wirkung der Xylole zurückzuführen ist, liegt die Summe der Reingaskonzentrationen unter 150 µg/m³. Die Lösemittelbestandteile, die dann noch im Reingas verbleiben setzen sich aus Toluol, Xylol und Solvent Naphta zusammen. Hier müßte in der Praxis zur Vermeidung der relativ langen Anlaufphase und der eventuell damit verbundenen Grenzwertüberschreitung eine Erhöhung der Filterschicht zu Beginn der Inbetriebnahme vorgenommen werden.In this series of experiments, the pollutant concentration was compared to the first both test series quintupled. The solvent feed of 0.525 ml / h (3780 μg / m³) was without the strong concentration variations that characterized Test Series 3, without before switched buffer system and tested at the same filter height. In the case of water-soluble Components (acetone, isopropanol, methyl acetate, ethyl acetate, n-butanol, Dowanol PM, n-BAC and EPA) required the microorganisms even at the elevated pollutant Concentrations only approx. 24 hours to achieve separation efficiencies of <99%. Both Problematic Toluene, Xylene and Solvent Naphta will be one with the first test series comparable degree of filtration achieved only after the fourth week. After this start-up period, which is mainly due to the toxic effects of xylenes, is the sum the clean gas concentrations below 150 μg / m³. The solvent components, which are still in the Pure gases remain composed of toluene, xylene and solvent naphtha. Here would in practice to avoid the relatively long start-up phase and possibly so associated increase in the filter layer at the beginning of the Commissioning be made.

Ein Unterschied zu den ersten beiden Testreihen ist beim Verhalten der Abbauleistung im Verlauf einer Betriebswoche festzustellen. Während in Testreihe 1 und 2 die Abscheide­ grade immer von Montag zu Freitag ansteigen, d. h. die Reingaskonzentrationen fallen, kann hier teilweise auch ein Anstieg der Reingaswerte bemerkt werden.A difference to the first two series of tests is the behavior of the degradation performance in the Determine the course of an operating week. While in test series 1 and 2 the separations just always increase from Monday to Friday, d. H. the pure gas concentrations can fall here also an increase of the clean gas values are noticed.

Während dieser Testreihe wurde überprüft, ob eine Anreicherung von Schadstoffen im Re­ aktormaterial erfolgt, die die gemessenen Reingaskonzentrationen verfälschen könnte. Dazu wurde die Reaktorabluft wenige Minuten nach einer achtstündigen Lösemittelzugabe unter­ sucht. Das Gaschromatogramm zeigte keinerlei Schadstoffe an, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die den Reaktor durchströmende Lackierereiabluft innerhalb der Verweil­ zeit abgebaut wird und keine Anreicherung erfolgt. Dieses Ergebnis zeigten im übrigen alle Reingasmessungen, die während den Betriebsstillstandszeiten durchgeführt wurden.During this test series, it was checked whether accumulation of pollutants in the Re actor material that could distort the measured clean gas concentrations. To The reactor exhaust was a few minutes after an eight-hour addition of solvent under examined. The gas chromatogram showed no pollutants, so that assumed can be that the reactor flowing through the Lackierereiabluft within the dwell time is reduced and no enrichment takes place. This result showed all the rest Clean gas measurements taken during downtime.

Weiterhin wurde der Einfluß eines längeren Betriebsstillstands geprüft. Nach der zweiten Betriebswoche wurde der Filter 16 Tage lang - ohne Zugabe von Nährstoffen - nur mit konditionierter Luft beschickt. Bei Wiederanfahren des Reaktors konnten schon nach z. T. weniger als 24 Stunden die alten Abbauraten wieder erreicht werden. Der Abbau von Aceton erreicht mit hohem Anfahrwert (ca. 81%) innerhalb dieser Zeit den Maximalwert von über 98%. Auch Toluol wird nach 24 h wieder so gut verwertet wie vor der Betriebs­ pause, allerdings mit einem schwächeren Startwert (ca. 27%). Nur beim Xylol liegen die Abbauraten während den ersten drei Tagen etwas niedriger als die ehedem schwachem Werte vor der Pause. Der höchste Abscheidegrad wird bei Xylol erst nach einem Monat erreicht. Eine längere Stillstandszeit läßt sich also mit relativ kurzer Adaptionszeit und ohne eingreifende Verluste bezüglich der Abscheideleistung überbrücken. Die Ergebnisse für die drei wichtigsten Komponenten sind in den nachfolgenden Tabellen und in den Abb. 13 bis 15 aufgeführt. Abb. 16 gibt einen Vergleich zwischen den Testreihen 3 und 4.Furthermore, the influence of a longer downtime was tested. After the second week of operation, the filter was charged with conditioned air for 16 days without addition of nutrients. When restarting the reactor could already after z. T. less than 24 hours the old mining rates are reached again. The degradation of acetone reaches the maximum value of over 98% with a high starting value (about 81%) within this time. Toluene is recycled as well after 24 h as before the break, albeit with a weaker starting value (about 27%). Only with xylene, the degradation rates during the first three days are slightly lower than the previously weak values before the break. The highest degree of separation of xylene is reached only after one month. A longer downtime can thus be bridged with relatively short adaptation time and without intervening losses in terms of separation efficiency. The results for the three most important components are listed in the following tables and in Figs. 13 to 15. Fig. 16 gives a comparison between the test series 3 and 4.

1. Toluol: (Testreihe 4: Lösemittelzufuhr: 525 µl/h, insg. 4200 µl/d; 2000 µg/m³) 1. Toluene: (test series 4: solvent feed: 525 μl / h, in total 4200 μl / d, 2000 μg / m³)

2. techn. Xylol, Summe: (Testreihe 4: Lösemittelzufuhr: 525 µl/h, insg. 4200 µl/d; 2000 µg/m³) 2. techn. Xylene, total: (test series 4: solvent feed: 525 μl / h, total 4200 μl / d, 2000 μg / m³)

3. Aceton: (Testreihe 4: Lösemittelzufuhr: 525 µl/h, insg. 4200 µl/d; 2000 µg/m³) 3. acetone: (test series 4: solvent feed: 525 μl / h, total 4200 μl / d, 2000 μg / m³)

4.3.5. Ergebnisse: Testreihe 54.3.5. Results: Test series 5

In dieser Testreihe wurde die Schadstoffkonzentration nochmals verdoppelt, um an die Grenze der Abbauleistung des Reaktors zu gelangen (1050 µl/h). Wie schon in Testreihe 4 erkennbar, steigen bei höheren Schadstoffwerten die Reingaskonzentrationen der BTX- Aromaten im Verlauf einer Woche und sogar schon während der täglichen Zugabe über 8 Stunden an. Dies ist als deutlicher Hinweis für das Erreichen der maximalen Abbaukapazität zu werten. Während die wasserlöslichen Bestandteile immer noch hervorragend abgebaut werden (3 g/m³ Aceton mit einer Abscheideleistung von durchschnittlich 88%; alle anderen < 95%), können die schlecht wasserlöslichen, aromatischen Komponenten nur noch mit maximalen Abscheidegraden von ca. 30% aufwarten. In dieser Testreihe konnten die Reingaswerte für die einzelnen Bestandteile des technischen Xylols aufgesplittet werden. Die wichtigsten Ergebnisse sind in den Tabellen und den Abb. 17 bis 19 aufgeführt.In this test series, the pollutant concentration was doubled again to reach the limit of the degradation capacity of the reactor (1050 μl / h). As already seen in test series 4, at higher pollutant levels, the clean gas concentrations of the BTX aromatics increase over a week and even during the daily addition over 8 hours. This is to be regarded as a clear indication of the achievement of maximum mining capacity. While the water-soluble components are still excellently degraded (3 g / m³ acetone with an average separation rate of 88%, all others <95%), the poorly water-soluble, aromatic components only offer maximum separation rates of about 30%. In this test series, the clean gas values for the individual components of the technical xylene could be split up. The most important results are listed in the tables and Figs. 17 to 19.

Das empfindliche Gleichgewicht zwischen Wassergehalt im Reaktor und Reingaskonzen­ tration der BTX-Aromaten konnte man auch in dieser Versuchsreihe erkennen. Da sich jede Wasserzugabe in den Reaktor negativ auf die Abscheideleistung bezüglich der schwer wasserlöslichen Verbindungen auswirkte, wurde eine Zugabe von wöchentlich nur 50 ml Nährlösung der bisherigen Zugabe von 100 ml nach jeweils zwei Wochen vorgezogen.The delicate balance between water content in the reactor and clean gas concentrations The presence of BTX aromatics was also evident in this series of experiments. As each Addition of water to the reactor negatively affects the separation efficiency with respect to the heavy water-soluble compounds, an addition of weekly was only 50 ml Nutrient solution of the previous addition of 100 ml after two weeks preferred.

1. Toluol: (Testreihe 5: ohne Puffer/Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³) 1. Toluene: (test series 5: without buffer / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³)

2. techn. Xylol, Summe: (Testreihe 5: ohne Puffer/Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h; 4000 µg/m³) 2. techn. Xylene, total: (test series 5: without buffer / solvent supply: 1050 μl / h, 4000 μg / m³)

3. techn. Xylol, getrennt: (Testreihe 5: ohne Puffer/Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h; 4000 µg/m³) 3rd techn. Xylene, separated: (test series 5: without buffer / solvent feed: 1050 μl / h; 4000 μg / m³)

4. Aceton: (Testreihe 5: ohne Puffer/Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³) 4. acetone: (test series 5: without buffer / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³)

5. Solvent Naphta: (Testreihe 5: ohne Puffer/Zufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³) 5. Solvent Naphta: (test series 5: without buffer / feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³)

4.3.6. Ergebnisse: Testreihe 64.3.6. Results: Test series 6

Bei gleichen Rohgasmengen wurde dem eigentlichen Bioreaktor ein Puffersystem zwischen­ geschaltet. Zum einen sollte die Erhöhung der Abbauleistung und zum anderen das Desorp­ tionsverhalten der einzelnen Komponenten bezüglich des Puffermaterials untersucht werden. Dazu wurde das synthetische Abgasgemisch vollständig über 30 g einer Puffersubstanz geleitet. Durch Messungen sowohl direkt nach dem Puffersystem als auch nach Durchlaufen der Filterschicht - also am Reingasende - konnten Aussagen sowohl über das Desorptions­ verhalten als auch über die Abbauleistung bezüglich der Komponenten gemacht werden. Die Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen und den Abb. 20 bis 22 aufgeführt.For the same amounts of raw gas, a buffer system was switched between the actual bioreactor. On the one hand, the increase in degradation power and, on the other, the desorption behavior of the individual components with respect to the buffer material should be investigated. For this purpose, the synthetic exhaust gas mixture was passed completely over 30 g of a buffer substance. By measurements both directly after the buffer system and after passing through the filter layer - ie at the clean gas end - statements could be made both about the desorption behavior and about the degradation performance with respect to the components. The results are shown in the following tables and Figs. 20 to 22.

Schon ca. fünf Minuten nach Zuschalten des Puffers waren keinerlei Schadstoffe mehr meßbar. Die gemessenen Reingaswerte des ersten Versuchstages (22. 09.) rühren noch von der letzten Testreihe, so daß im Falle der schwerlöslichen Komponenten Toluol und Xylol erste Durchbrüche am Puffer erst am 24. 09. festzustellen waren. Dagegen wurde Aceton schon nach ca. 24 Stunden erstmalig wieder am Pufferausgang detektiert. Neben der her­ vorragenden Leistung auch unter sehr feuchten Bedingungen ist das gutes Adsorptions­ verhalten bezüglich der kritischen, schwer wasserlöslichen Bestandteile ein großer Vorteil der eingesetzten Puffersubstanz. Während letztgenannte Komponenten lange adsorbiert und schließlich "dosiert" abgegeben werden, stehen die biologisch leicht verwertbaren wasser­ löslichen Anteile der Biologie schnell zur Verfügung. Eine detaillierte Übersicht über das Desorptionsverhalten aller Lösemittelkomponenten gibt Tabelle 3. In der Tabelle sind sowohl die ersten Durchbrüche der Komponenten am Pufferende (fettgedruckte Zahlen!) als auch charakteristische Höchstwerte (unterstrichene Zahlen!) hervorgehoben.Already about five minutes after the buffer was switched on, no pollutants were left measurable. The measured clean gas values of the first test day (22. 09.) still stir the last series of tests, so that in the case of sparingly soluble components toluene and xylene first breakthroughs on the buffer only on 24. 09. were detected. In contrast, acetone was For the first time after about 24 hours the buffer output is detected again. Next to her outstanding performance even under very humid conditions is the good adsorption behavior with regard to the critical, poorly water-soluble constituents a great advantage the buffer substance used. While the latter components are adsorbed for a long time and Finally, "metered" are issued, the biologically easily recoverable water soluble components of biology are readily available. A detailed overview of the Desorption behavior of all solvent components are given in Table 3. In the table are both the first breakthroughs of the components at the end of the buffer (bold numbers!) as also characteristic maximum values (underlined numbers!) highlighted.

Die Reingasmessungen enthielten in dieser Versuchsreihe im ungünstigsten Fall hohe Mengen an Toluol und technischem Xylol, sowie Spuren von Aceton, MIBK und Solvent Naphta. Wenn die aromatischen Lösemittel den Puffer einmal durchbrochen haben er­ scheinen sie auch relativ schnell (wenige Stunden) am Reingasausgang. Ihr Abbau im Biofilter erfolgt also aufgrund des plötzlichen Konzentrationsanstieges nur unzureichend. Dagegen wirkt sich das sprunghafte Ansteigen der Acetonkonzentration im Filter nur wenig negativ auf die Acetonabscheidegrade aus, was für eine problemlose Verstoffwechselung auch hoher Mengen dieser leichtlöslichen Substanz spricht. Isopropanol, Methylacetat, Ethylacetat, n-Butanol, Dowanol PM, n-BAC und EPA wurden reingasseitig nicht mehr detektiert!The pure gas measurements contained in this test series in the worst case high Amounts of toluene and technical grade xylene, as well as traces of acetone, MIBK and solvent Naphtha. Once the aromatic solvents have broken through the buffer it They also seem relatively fast (a few hours) at the clean gas outlet. Your removal in the Biofilter is therefore insufficient due to the sudden increase in concentration. By contrast, the sudden increase in acetone concentration in the filter has little effect Negative on the acetone separation, what a trouble-free metabolism also high amounts of this easily soluble substance speaks. Isopropanol, methyl acetate, Ethyl acetate, n-butanol, Dowanol PM, n-BAC and EPA ceased to be pure detected!

Während der gesamten Versuchsreihe lagen die Reingaswerte, die nachmittags - nach 14 Uhr - gemessen wurden höher als die entsprechenden Messungen um 10 Uhr morgens. Auch war deutlich der Moment der Sättigung jeder einzelnen Komponente und somit ihr Durchbruch am Pufferende erkennbar. Wenn dieser zeitlich mit der Lösemittelzufuhr während der Betriebsstunden zusammentraf, bedeutete dies eine starke Konzentrations­ schwankung, deren Egalisierung in den folgenden Testreihen durch Regenerierungs­ maßnahmen am Puffer angestrebt wird.During the entire series of tests, the clean gas values were in the afternoon - after 14 Clock - measured higher than the corresponding measurements at 10 o'clock in the morning. Also was clearly the moment of saturation of each component and thus her Breakthrough visible at the end of the buffer. If this time with the solvent supply  During the operating hours, this meant a strong concentration fluctuation, their leveling in the following series of tests by regeneration measures is sought at the buffer.

In den Abb. 20 bis 22 ist der Abbau der wichtigsten Komponenten dokumentiert. Wie in allen Versuchsreihen gilt für Bestandteile, die nicht detektierbar waren und somit auch nicht in den Tabellen aufgeführt sind, eine Abscheidung von weit über 90%. Figures 20 to 22 show the degradation of the most important components. As in all test series, for components that were undetectable and therefore not listed in the tables, a separation of well over 90% applies.

Im direkten Vergleich mit Testreihe 5 wird die Leistung des Puffersystems besonders deutlich. Dort konnten die Abscheidegrade sowohl beim Toluol als auch beim technischen Xylol Werte von 30 bis 38% nicht überschreiten. Bei gleichen Einlaßkonzentrationen wurde dagegen bei Vorschalten eines Puffers Abscheidegrade von konstant über 60% erzielt. Das dieses Ergebnis noch zu steigern ist, lassen die hervorragenden Abbauraten (80-100%) in den ersten beiden Woche erkennen. Hierzu muß aber eine effektive Regenerierung des Puffermaterials während der Betriebsstillstandszeiten entwickelt werden, die einer Erschöpfung der Pufferkapazität entgegenwirkt. Über die Ergebnisse wird in Testreihe 7 berichtet. Einen interessanten Vergleich zwischen den Testreihen 5, 6 und 7, die mit gleichen Gaseinlaßkonzentrationen arbeiteten, bietet Abb. 27 in Kapitel 4.3.7. In direct comparison with test series 5, the performance of the buffer system becomes particularly clear. There, the degrees of separation of both toluene and technical xylene could not exceed values of 30 to 38%. At the same inlet concentrations, on the other hand, separation rates of constant over 60% were achieved when a buffer was connected upstream. The fact that this result can be increased is shown by the excellent degradation rates (80-100%) in the first two weeks. For this purpose, however, an effective regeneration of the buffer material during the downtime must be developed, which counteracts exhaustion of the buffer capacity. The results are reported in Test Series 7. An interesting comparison between the test series 5, 6 and 7, which worked with the same gas inlet concentrations, Fig. 27 in Chapter 4.3.7.

1. Toluol: (Testreihe 6: mit Puffer/Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³) 1. Toluene: (test series 6: with buffer / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³)

2. techn. Xylol, Summe: (Testreihe 6: mit Puffer/ Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³) 2. techn. Xylene, total: (test series 6: with buffer / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³)

3. techn. Xylol, getrennt: (Testreihe 6: mit Puffer/ Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³) 3rd techn. Xylene, separated: (test series 6: with buffer / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³)

4. Aceton: (Testreihe 6: mit Puffer/Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³) 4. acetone: (test series 6: with buffer / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³)

5. MIBK: (Testreihe 6: mit Puffer/Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³) 5. MIBK: (test series 6: with buffer / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³)

4.3.7 Ergebnisse: Testreihe 7a4.3.7 Results: Trial 7a

In dieser Testreihe wurde versucht unter Berücksichtigung der Erfahrungen und Ergebnisse aus den vorangegangenen Untersuchungen ein optimales Reinigungskonzept mit Pufferein­ satz und Pufferregenerierung zu erstellen. Dazu wurden folgende Punkte optimiert:In this series of tests was attempted taking into account the experiences and results from the previous investigations an optimal cleaning concept with buffer set and buffer regeneration. For this the following points were optimized:

  • - Puffermenge: 35 g (entspricht einer Erhöhung um ca. 15%)- Buffer quantity: 35 g (corresponds to an increase of approx. 15%)
  • - direkter Teilstrom: ca. 40% der Rohluft werden direkt in den Reaktor geleitet- direct partial flow: approx. 40% of the raw air is led directly into the reactor
  • - Pufferregenerierung: Beheizung: von Raumtemperatur auf max. 55°C (acht Stunden); Beheizung des Puffermaterials während der Betriebsstillstandszeiten in Intervallen; dazwischen 2 mal 30 Minuten Beheizungspause zur Vermeidung von Kon­ zentrationsspitzen.- Buffer regeneration: Heating: from room temperature to max. 55 ° C (eight Hours); Heating the buffer material during the Downtime at intervals; in between 2 times 30 minutes heating break to avoid con zentrationsspitzen.

Das Puffermaterial arbeitet hervorragend unter den von der Biologie benotigten feuchten Bedingungen und besitzt die Eigenschaft, gerade die für die Mikroorganismen problem­ atischen Lösemittelkomponenten zurückzuhalten und sie bei optimaler Regeneration wieder dosiert und somit leichter degradierbar abzugeben. In Testreihe 6 wurde das synthetische Abgasgemisch zu 100% über den Puffer geleitet. Dadurch erschöpfte sich zum einen relativ schnell die Pufferkapazität und zum anderen ist auch das anfängliche Fehlen jeglicher Löse­ mittel im Bioreaktor als Nachteil zu werten. Deshalb wurden in dieser Reihe ca. 40% des Rohgases direkt in den Reaktor geleitet. So stand der Biologie von Beginn an ein Teil der Lösemittelmenge zur Verstoffwechselung zur Verfügung. Während Testreihe 7a war eine deutliche Biomassenvermehrung feststellbar - ein Indiz für gute Abbauleistung.The buffer material works well under the humid ones required by biology Conditions and possesses the property, just the problem for the microorganisms Atisches solvent components and retain them in optimal regeneration dosed and thus easier to deliver degradable. In test series 6, the synthetic Exhaust gas mixture passed 100% over the buffer. This exhausted for a relative the buffering capacity quickly, and the initial lack of any solution medium in the bioreactor as a disadvantage. Therefore, about 40% of the Raw gas passed directly into the reactor. So biology was part of the Solvent amount available for metabolism. During test series 7a was one Significant increase in biomass detectable - an indication of good degradation performance.

Schließlich konnte die Reinigungskapazität bei gleichem Filtermaterial und Reaktorvolumen und unter Beihaltung der in Testreihe 2 erzielten maximalen Abscheideleistungen auf das 10-fache erhöht werden! Der Abbau von Toluol und technischem Xylol erfolgte zu über 80%. Neben diesen konnten mit Ausnahme von Aceton und Solvent Naphta, die noch in Spuren an der Reingasseite detektierbar waren, alle anderen Komponenten nicht mehr gaschromatographisch erfaßt werden. Bei diesen Lösemitteln kann selbst bei einer weiteren Steigerung ihrer Rohgaswerte noch mit ausreichender Abscheidekapazität gerechnet werden. Der Abbau der BTX-Aromaten Toluol und Xylol muß als determinierender Faktor bei der Filterauslegung betrachtet werden.Finally, the cleaning capacity for the same filter material and reactor volume could and keeping the maximum separation efficiency achieved in Test Series 2 on the 10 times increased! The degradation of toluene and technical xylene was too over 80%. Besides these, with the exception of acetone and solvent naphtha, which were still in Traces on the clean gas side were detectable, all other components were no longer detectable be detected by gas chromatography. These solvents can even in another Increase of their raw gas values still counted with sufficient separation capacity become. The degradation of BTX aromatics toluene and xylene must be considered determinant be considered in the filter design.

In den nachfolgenden Tabellen und den Abb. 24 bis 27 sind die Ergebnisse zu­ sammengefaßt. Bedenkt man, daß durch Erhöhung des Reaktorvolumens oder der Menge an Puffermaterial oder auch durch weitere Optimierung des Beheizungsprogrammes (s.a. 4.3.8.) die Reinigungsleistung noch zu steigern ist, wird die Bedeutung dieses Reinigungs­ konzeptes deutlich. In the following tables and Figs. 24 to 27 the results are summarized. Considering that by increasing the reactor volume or the amount of buffer material or by further optimization of the heating program (see 4.3.8.), The cleaning performance is still to increase, the importance of this cleaning concept is clear.

Ein weiteres wichtiges Ergebnis ist die hervorragende Abbauleistung des Reaktors bezüglich einer längeren Standzeit. Diese Langzeitergebnisse nach 10-monatiger Standzeit, wovon 6 Monate lang werktags eine regelmäßige achtstündige Lösemittelzugabe von ca. 1 ml/h erfolgte, sind in den Tabellen zusätzlich mitaufgeführt. Die Abscheidegrade von Aceton, Toluol und technischem Xylol erreichen nach dieser Zeit immer noch über 90%. Alle anderen Komponenten sind nicht im Reingas nachweisbar. Abbildung 23 zeigt die Gas­ chromatogramme des Roh- und Reingases nach fünfstündiger Lösemittelzugabe am 3.2.95. In den gezeigten Gaschromatogrammen taucht im Falle des Reingases ein Produktpeak aufs der zuvor bei den Meßreihen, die mit geringeren Schadstoffkonzentrationen als 1 ml/h arbeiteten, noch nicht bemerkt werden konnte. Zur Aufklärung dieser Komponente muß man folgendes berücksichtigen: Aliphatische Kohlenwasserstoffe werden unter aeroben Bedingungen durch Einführung von Sauerstoff zunächst in primäre Alkohole umgewandelt. Über die Aldehydstufe werden diese Verbindungen zu den entsprechenden Carbonsäuren aufoxidiert und schließlich im Zuge der β-Oxidation als Kohlenstoff- und Energiequelle verstoffwechselt. Als zentrale Intermediate beim Xylol- und Toluolabbau entstehen in der Regel alkylsubstituierte Brenzkatechine, die über Wege der sogenannten meta-Spaltung weiter abgebaut werden10, 18. Das es sich bei der gaschromatographisch nachgewiesenen Komponente um ein echtes Zwischenprodukt handelt, beweist die Tatsache, daß seine Konzentration mit fallenden Reingaswerten ständig ansteigt. Darüber hinaus erscheint es bei einer Retentionszeit, die noch vor dem Auftreten der ersten Rohgaskomponente liegt. Ein Vergleich der Retentionszeit mit der von 4-Methylbrenzkatechin zeigte völlige Überein­ stimmung. Durch GC/MS Untersuchungen des Produktpeaks bei 7.14 Minuten konnte zwar ausgeschlossen werden, daß es sich um Aceton, Methanol oder eine anderen Rohgas­ komponente handelt, jedoch war es massenspektroskopisch nicht möglich, ein substituiertes Brenzkatechin nachzuweisen. Die gleichen Probleme tauchten auch aufs als versucht wurde eine Probe von gasförmigen 4-Methylbrenzkatechin zu vermessen. Weder der Molpeak bei der Masse M=124, der in der Lösung von 4-Methylbrenzkatechin eindeutig zu finden war, noch ein anderes Bruchstück konnte in der Gasprobe festgestellt werden. Hier könnte eventuell, durch eine Aufkonzentrierung der gesuchten Substanz im Reingas, der massen­ spektroskopischen Nachweis möglich gemacht werden. Another important result is the excellent degradation efficiency of the reactor with regard to a longer service life. These long-term results after 10 months of service life, of which a regular eight-hour solvent addition of approx. 1 ml / h took place for 6 months on weekdays, are also included in the tables. The degrees of separation of acetone, toluene and technical grade xylene still reach over 90% after this time. All other components are not detectable in the clean gas. Figure 23 shows the gas chromatograms of the crude and clean gas after five hours of solvent addition on 3/2/95. In the gas chromatograms shown, in the case of pure gas, a product peak emerged which previously could not be detected in the series of measurements which worked with lower pollutant concentrations than 1 ml / h. To elucidate this component, one must consider the following: Aliphatic hydrocarbons are first converted into primary alcohols under aerobic conditions by introducing oxygen. Through the aldehyde stage, these compounds are oxidized to the corresponding carboxylic acids and finally metabolized in the course of β-oxidation as a carbon and energy source. The main intermediates in the degradation of xylene and toluene are usually alkyl-substituted pyrocatechols, which are further degraded by so-called meta-cleavage processes 10, 18 . The fact that the component detected by gas chromatography is a genuine intermediate proves the fact that its concentration constantly increases with decreasing clean gas values. In addition, it appears at a retention time, which is still before the appearance of the first raw gas component. A comparison of the retention time with that of 4-methyl catechol showed complete agreement. By GC / MS investigations of the product peak at 7.14 minutes could indeed be ruled out that it is acetone, methanol or another crude gas component, however, it was not possible by mass spectroscopy to detect a substituted pyrocatechol. The same problems arose when trying to measure a sample of gaseous 4-methylcatechol. Neither the mole peak at mass M = 124, which was clearly found in the solution of 4-methyl catechol, nor any other fragment could be found in the gas sample. Here, possibly by a concentration of the substance sought in the clean gas, the mass spectroscopic detection could be made possible.

1. Toluol: (Testreihe 7a: mit Puffer und Regenerierung/ Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³)) 1. toluene: (test series 7a: with buffer and regeneration / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³))

2. techn. Xylol, Summe: (Testreihe 7a: mit Puffer und Regenerierung/ Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³)) 2. techn. Xylene, total: (test series 7a: with buffer and regeneration / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d, 4000 μg / m³))

3. techn. Xylol, getrennt: (Testreihe 7a: mit Puffer und Regenerierung/ Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³)) 3rd techn. Xylene, separated: (test series 7a: with buffer and regeneration / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³))

4. Aceton: (Testreihe 7a: mit Puffer und Regenerierung/ Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³)) 4. acetone: (test series 7a: with buffer and regeneration / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³))

5. MIBK: (Testreihe 7a: mit Puffer und Regenerierung/ Lösemittelzufuhr: 1050 µl/h, insg. 8400 µl/d; 4000 µg/m³)) 5. MIBK: (test series 7a: with buffer and regeneration / solvent feed: 1050 μl / h, total 8400 μl / d; 4000 μg / m³))

4.3.8. Ergebnisse: Testreihe 7b4.3.8. Results: Test series 7b

Diese Versuchsreihe wurde zur Klärung der Lösemitteldesorption während der Puffer­ refenerierung in den Betriebsstillstandszeiten, die in Testreihe 7a eingeführt wurde, durch­ geführt. Das Puffersystem wurde in dieser Zeit acht Stunden lang auf 55°C beheizt. Dabei konnte festgestellt werden, daß schon nach 30 Minuten, wenn eine Temperatur von etwa 50°C erreicht wurde, eine Konzentrationsspitze freigesetzt wird, die sich negativ auf die Abbauleistung im Reaktor auswirkt (s. Tabelle 6). Um diesem entgegenzuwirken, wurde nach 30 Minuten eine Beheizungspause von eine halben Stunde zwischengeschaltet. In dieser Zeit sinkt die Temperatur im Puffer wieder bis fast auf Raumtemperatur ab. Danach wird erneut beheizt und mit der Temperatur steigt auch die Menge der desorbierten Löse­ mittel wieder an. Die Maximalwerte werden nach 2.3 Stunden erreicht. Dieser Verlauf ist in den Tabellen 6 und 8, sowie in den Abb. 28 und 30 wiedergegeben.This series of experiments was carried out to clarify the solvent desorption during the buffer refenerierung in the downtime, which was introduced in test series 7a. The buffer system was heated to 55 ° C for eight hours during this time. It was found that even after 30 minutes, when a temperature of about 50 ° C was reached, a concentration peak is released, which has a negative effect on the degradation efficiency in the reactor (see Table 6). To counteract this, a heating break of half an hour was interposed after 30 minutes. During this time, the temperature in the buffer drops again to almost room temperature. Thereafter, it is heated again and with the temperature also increases the amount of desorbed solvent medium again. The maximum values are reached after 2.3 hours. This process is shown in Tables 6 and 8, and in FIGS. 28 and 30.

Um auch die Konzentrationsspitze bei 2.3 h zu glätten, wurde eine weitere 30-minütige Beheizungspause zwischen 2.0 h und 2.5 h zwischengeschaltet. Der positive Effekt sowohl auf die vom Puffer abgegebenen Lösemittelmengen als auch auf die Abbauleistung im Reaktor ist in den Tabellen 7 und 8, und besonders deutlich in den bildlichen Darstellungen 29 und 30 dokumentiert. Schließlich entstehen bei erneuter Pufferbeheizung nach den Beheizungspausen sowohl bei Zwischenschaltung von einem als auch von zwei Abkühlungs­ intervallen keine störenden Konzentrationsmaxima mehr, so daß die Temperatur weitere 6 h auf ca. 55°C gehalten werden kann. Danach ist die Puffersubstanz regeneriert und damit ihre Kapazität zu Betriebsbeginn wiederhergestellt. Der anfänglich als negativ bewertete dis­ kontinuierliche Anfall von schadstoffbeladener Abluft im Schichtbetrieb, kann also bei Einsatz einer Reinigungsanlage mit Vorabscheider zum Vorteil bei der Regeneration des Puffermaterials gewandelt werden. Weitere Optimierungsmaßnahmen sind denkbar. Wie aus den Tabellen 6 und 7 erkennbar, findet bei 1.9 h fast keine Verminderung der Löse­ mittelkonzentrationen bezüglich der Rohgaseinlaßkonzentrationen statt. Eine weitere Verbesserung könnte z. B. die Zwischenschaltung einer kurzen Beheizungspause nach ca. 15 Minuten bringen. Dadurch könnten die relativ hohen Rohgaswerte, die am Pufferausgang gemessen wurden, noch weiter gesenkt werden. Ebenso wäre es möglich die Puffer­ regeneration von Beginn an im 30-Minuten Rhytmus durchzuführen, um Konzentrations­ spitzen zu unterdrücken. To even the concentration peak at 2.3 h, was another 30-minute Heating break between 2.0 h and 2.5 h interposed. The positive effect both on the amounts of solvent released by the buffer as well as on the degradation rate in the Reactor is shown in Tables 7 and 8, and particularly clear in the pictorial representations 29 and 30 documented. Finally, arise again with buffer heating after the Heating pauses both with the interposition of one and two cooling Interval no disturbing concentration maxima more, so that the temperature for another 6 h can be maintained at about 55 ° C. Thereafter, the buffer substance is regenerated and thus restored their capacity at the start of operation. The initially rated as negative dis Continuous accumulation of pollutant-laden exhaust air in shift operation, so can at Use of a cleaning system with pre-separator for the benefit of the regeneration of the Buffer material to be converted. Further optimization measures are conceivable. How out Tables 6 and 7 can be seen at 1.9 h almost no reduction in the solution medium concentrations with respect to the Rohgaseinlaßkonzentrationen instead. Another Improvement could z. B. the interposition of a short heating break after approx. Bring 15 minutes. This could cause the relatively high raw gas levels at the buffer output were measured, even further lowered. Likewise it would be possible the buffers regeneration from the beginning to perform in the 30-minute rhythm to Concentrations suppress peaks.  

Tabelle 6 Table 6

Desorption der Lösemittelkomponenten während der Stillstandszeiten (eine Beheizungspause!) Desorption of the solvent components during downtime (one heating break!)

Tabelle 7 Table 7

Desorption der Lösemittelkomponenten während der Stillstandszeiten (zwei Beheizungspausen!) Desorption of the solvent components during downtime (two heating breaks!)

Tabelle 8 Table 8

Reingaskonzentrationen von Toluol und techn. Xylol nach Verlassen des Bioreaktors während der Pufferregeneration mit einer bzw. zwei Beheizungspausen (Testreihe 7b: 1050 µl/h) Clean gas concentrations of toluene and techn. Xylene after leaving the bioreactor during buffer regeneration with one or two heating pauses (test series 7b: 1050 μl / h)

6. Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick6. Summary of the results and outlook

Die mit dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung einer leistungsfähigen und speziell auf das Abluftproblem einer Lackfabrik abgestimmten biologischen Reinigungsanlage. Darüber hinaus wird ein Konzept vorgestellt, welches allgemeine Gültigkeit für mittelständische Betriebe besitzt, bei denen im Schichtbetrieb diskontinuierlich lösemittelhaltige Abluft erzeugt wird. Sowohl die Problematik von Misch­ gasen aus wasserlöslichen, leicht abbaubaren Lösemitteln und schwer verwertbaren BWX- Aromaten als auch die Egalisierung von unvermeidbaren Konzentrationsspitzen konnte durch Einführen eines vorgeschalteten und regenerierbaren Puffersystems gelöst werden.The results presented with this work form the basis for the development a powerful and specially tailored to the exhaust air problem of a paint factory biological cleaning system. In addition, a concept is presented, which has general validity for medium-sized companies where shifts are used discontinuous solvent-containing exhaust air is generated. Both the problem of mixing gases from water-soluble, easily degradable solvents and difficult-to-use BWX Aromatics and the equalization of unavoidable concentration peaks could be solved by introducing an upstream and regenerable buffer system.

In der folgenden Aufzählung werden die wichtigsten Ergebnisse, die mit der entwickelten Laborversuchsanlage (Abb. 1 und 2) erzielt wurden, zusammenfassend vorgestellt.In the following list, the most important results obtained with the developed laboratory test facility ( Figs . 1 and 2) are summarized.

1. Filtermaterial1. filter material

Bewährt hat sich eine Mischung aus biologisch aktivem Kompost (Rotte 2) und Keramik­ ringen (Durchmesser ca. 6 mm) als stabilisierende Komponente im ungefähren Volumen­ verhältnis 3 : 1. Nach einer 12-monatigen Standzeit konnte bei gleichbleibender Verweilzeit im Filter kein merklicher Druckverlust festgestellt werden (s.a. Tab. 2; S. 24). Die hohen Abscheidegrade der letzten Testreihe bei einer Lösemittelzufuhr von ca. 1 ml/h werden auch noch nach 10 Monaten erreicht (s. 4.3.7. und Abb. 23). Die relative Feuchte betrug in allen Versuchsreihen über 98% und die Verweilzeiten im Filter betrugen bei einer Spanne von 50 bis - in einem Extremfall - 130 Sekunden meistens ca. eine Minute.Proven has a mixture of biologically active compost (Rotte 2) and ceramic rings (diameter about 6 mm) as a stabilizing component in the approximate volume ratio of 3: 1. After a 12-month service life was observed at a constant residence time in the filter no significant pressure drop (see also Table 2, page 24). The high separation rates of the last series of tests with a solvent supply of about 1 ml / h are still achieved after 10 months (see 4.3.7 and Fig . 23). The relative humidity was over 98% in all test series and the residence times in the filter were at a range of 50 to - in one extreme case - 130 seconds usually about one minute.

2. Beimpfung des Filtermaterials2. Inoculation of the filter material

Auffallende Unterschiede durch Animpfung des Filtermaterials mit Klärschlamm aus einem geeigneten Becken der BASF AG konnten nur in der Anfahrphase der ersten Versuchs­ woche festgestellt werden. Danach findet nur noch eine marginale Verbesserung der Bio­ degradation statt (s. 4.3.2. und Abb. 8 und 9).Remarkable differences due to inoculation of the filter material with sewage sludge from a suitable basin of BASF AG could only be ascertained during the start-up phase of the first test week. Thereafter, only a marginal improvement in biodegradation takes place (see 4.3.2 and Fig . 8 and 9).

3. Wasserverbrauch und Nährstoffzugabe3. Water consumption and nutrient addition

Bei maximaler Luftsättigung bei 27°C betrug der Wasserverbrauch im Jahresdurchschnitt 720-740 ml/Woche. In einem heißen Monat wurde ein einmaliger Spitzenwert von 900 ml pro Woche erreicht. Eine wöchentliche Zugabe von 50 ml anorganischer Nährstofflösung mit in Kapitel 3.2.2. genannter Zusammensetzung, hat sich bewährt.At maximum air saturation at 27 ° C, water consumption was on average for the year 720-740 ml / week. In a hot month, a single peak of 900 ml reached per week. A weekly addition of 50 ml of inorganic nutrient solution with in chapter 3.2.2. said composition, has proven itself.

4. Betriebsstillstand4. Standstill

Ein Betriebsstillstand von 16 Tagen - ohne Zugabe von Nährstoffen - konnte problemlos überbrückt werden. Bei Wiederanfahren des Reaktors wurden z. T. schon nach weniger als 24 Stunden die alten Abbauraten wieder erreicht (s. Abschnitt 4.3.4.). A shutdown of 16 days - without the addition of nutrients - could easily be bridged. When restarting the reactor z. T. already after less than 24 hours the old mining rates again reached (see Section 4.3.4.).  

5. Standzeit; Langzeitergebnisse5. service life; Long-term results

Der Reaktor zeigte eine hervorragende Abbauleistung auch noch nach 10-monatiger Standzeit, wovon während den letzten 6 Monaten werktags je acht Stunden ca. 1 ml/h Lösemittel zugegeben wurde. Bis zum heutigen Stand - im März 95 - hat sich noch kein merklicher Druckverlust im Filter bemerkbar gemacht. Läßt man die ersten vier Wochen nach der letzten Befüllung des Bioreaktors unberücksichtigt, hat sich das Filtermaterial in 11 Monaten um nur ca. 2 cm abgesenkt (s. S. 24).The reactor showed excellent degradation even after 10 months Life, of which during the last 6 months on weekdays eight hours approx. 1 ml / h Solvent was added. To date - in March 95 - has not yet noticeable pressure loss in the filter made noticeable. Leave the first four weeks disregarded after the last filling of the bioreactor, the filter material in Lowered by only about 2 cm for 11 months (see page 24).

6. Konzentrationsschwankungen im Abgas; Auftreten von Konzentrationsspitzen6. concentration fluctuations in the exhaust gas; Occurrence of concentration peaks

Ohne Vorabscheider konnte keine effektive Reinigungsleistung erzielt werden. Die als problematisch zu bewertenden, schwer wasserlöslichen Komponenten durchbrachen den Filter und erschienen schnell am Reingasausgang. Außerdem war der Abscheidegrad für Toluol und Xylol bei Zugabe der gleichen Tagesdosis an Lösemittel im Falle einer diskontinuierlichen Zugabe über acht Stunden nur etwa halb so groß als bei kontinuierlicher Zugabe (s. Abb. 16, sowie Punkt 8 und 9 dieser Auflistung). Ein zwischengeschalteter Vorabscheider muß beim vorliegenden Abluftproblem als Voraussetzung für eine zufriedenstellende Biodegradation betrachtet werden.Without a pre-separator no effective cleaning performance could be achieved. The difficult-to-water-soluble components to be evaluated as problematic broke through the filter and appeared quickly at the clean gas outlet. In addition, if the same daily dose of solvent was added to the same daily dose of solvent for toluene and xylene, the rate of separation for toluene and xylene was only about half that for continuous addition (see Figure 16, and items 8 and 9 of this list). An interposed pre-separator must be considered as a prerequisite for satisfactory biodegradation in the present exhaust air problem.

7. Abbauverhalten bezüglich der einzelnen Lösemittelkomponenten7. Degradation behavior with respect to the individual solvent components

Unproblematisch sowohl in sehr hohen als auch bei schwankenden Konzentrationen wurden die wasserlöslichen Komponenten Aceton, Methanol, Methylacetat, Isopropanol, Ethyl­ acetat, Ethoxypropylacetat, n-Butylacetat, n-Butanol und Dowanol PM abgebaut. Beim Auftreten von Konzentrationsspitzen war der Abbau von MIBK verzögert. Problematisch war die Degradation der BTX-Aromaten Toluol und Xylol, sowie dem Aromatengemisch Solvent Naphta. Durch Einsatz eines Puffers und der Anwendung einer Pufferregenerierung konnte jedoch eine zufriedenstellende Abscheidung erreicht werden. Diese Komponenten müssen aber als determinierender Faktor bei der Filterauslegung angesehen werden. Im Vergleich mit anderen Untersuchungen15, 16, bei denen Toluol als biologisch sehr gut abbaubare Verbindung beschrieben wird, machen die vorliegenden Ergebnisse deutlich, daß Ergebnisse, die durch Abbautests mit Einzelkomponenten erzielt wurden, nicht auf das Abbauverhalten von Mischgasen übertragen werden dürfen. Xylol als bakterizid wirkende Substanz spielt beim biologischen Abbau des hier untersuchten Vielstoffgemisches eine wichtige Rolle.The water-soluble components acetone, methanol, methyl acetate, isopropanol, ethyl acetate, ethoxypropyl acetate, n-butyl acetate, n-butanol and Dowanol PM were unproblematically degraded both in very high and in fluctuating concentrations. When concentration peaks occurred, the degradation of MIBK was delayed. The problem was the degradation of the BTX aromatics toluene and xylene, as well as the aromatic mixture solvent naphtha. However, by using a buffer and applying buffer regeneration, satisfactory deposition could be achieved. However, these components must be considered as determinants of filter design. Compared with other studies 15, 16 , where toluene is described as a biologically highly degradable compound, the present results make it clear that results obtained by single-component degradation tests must not be transferred to the degradation behavior of mixed gases. Xylene as a bactericidal substance plays an important role in the biodegradation of the multicomponent mixture investigated here.

8. Das Puffermaterial8. The buffer material

Das Granulat AMBERSORB XEN-572 der Firma SUPELCO hat sich speziell bei Mischungen aus leicht und schwer wasserlöslichen Komponenten bewährt. Während die wasserun­ löslichen Bestandteile lange adsorbiert und schließlich "dosiert" abgegeben wurden, stehen die biologisch leicht verwertbaren wasserlöslichen Anteile der Biologie schnell zur Verfügung. The granules AMBERSORB XEN-572 from the company SUPELCO has been specially formulated for blends made of light and difficult to dissolve water-soluble components. While the water Soluble components were adsorbed for a long time and finally "metered" were delivered, stand the biologically readily exploitable watersoluble components of biology are rapidly becoming available Available.  

Das durch Pyrolyse von hochsulfoniertem Styroldivinylbenzol hergestellte Material arbeitet hervorragend unter den im Filter vorherrschenden extrem feuchten Bedingungen und läßt sich problemlos thermisch regenerieren. Dieses neu auf den Markt gebrachte polymere Adsorbergranulat ist in der Lage, die in explosionsgeschützten Produktionshallen ungern eingesetzte Aktivkohle zu ersetzen. Bei Einsatz dieses Puffermaterials konnte bei einer Lösemittelzufuhr von ca. 1 ml/h die Tohiol-Rohgaskonzentration von 1416 µg/m³ auf stellenweise 100 bis max. 600 µg/m³ (58-90%) abgebaut werden. Bei gleicher Schadstoff­ zufuhr konnten dagegen ohne Zwischenschaltung eines Vorabscheiders nur Toluol-Reingas­ werte zwischen 900 und 1200 µg/m³ (15-36%) erreicht werden (vgl. Testreihe 5 in 4.3.5. mit Testreihe 7 in 4.3.7.).The material produced by pyrolysis of highly sulfonated styrene-divinylbenzene works excellent under the filter in the prevailing extremely humid conditions and leaves to regenerate easily thermally. This newly launched polymer Adsorber granulate is able to reluctant in explosion-protected production halls replace used activated carbon. When using this buffer material could in a Solvent supply of approx. 1 ml / h the crude crude gas concentration of 1416 μg / m³ in places 100 to max. 600 μg / m³ (58-90%) are degraded. For the same pollutant In contrast, only toluene clean gas could be supplied without the interposition of a pre-separator values between 900 and 1200 μg / m³ (15-36%) can be achieved (see test series 5 in 4.3.5. with test series 7 in 4.3.7.).

9. Die Pufferregenerierung9. The buffer regeneration

Die effektive Pufferkapazität ist unter anderem auch von der Zeit, die zur Verfügung steht die Kontaminierungen zu desorbieren, abhängig. Das Puffermaterial wurde während den Betriebsstillstandszeiten mittels eines Beheizungsprogramms - in Schritten die das Frei­ setzen von Konzentrationsspitzen ausschließen - thermisch bei ca. 50-60°C regeneriert. Hier sind noch weitere Optimierungsmaßnahmen denkbar (s. Kap. 4.3.8.). Auch eine Nutzung betrieblich anfallender Abwärme beim Regenerierungsschritt wäre möglich.The effective buffering capacity is among other things also on the time that is available to desorb the contaminants depends. The buffer material was during the Downtimes by means of a heating program - in steps that the free exclude concentration peaks - thermally regenerated at approx. 50-60 ° C. Here Further optimization measures are conceivable (see Section 4.3.8.). Also a use operational waste heat during the regeneration step would be possible.

10. Adsorptions- und Desorptionsverhalten bezüglich des Puffermaterials10. Adsorption and desorption behavior with respect to the buffer material

Die ersten Durchbrüche der einzelnen Komponenten am Puffer wurden in folgender Reihen­ folge registriert (s. Tab. 5):
Aceton - Isopropanol/Methylacetat - Ethylacetat - Toluol - n-Butanol/Dowanol PM - MIBK - n-BAC - m-Xylol - p-Xylol/Ethylbenzol - o-Xylol - EPA - Solvent Naphta.
The first breakthroughs of the individual components at the buffer were registered in the following order (see Table 5):
Acetone - isopropanol / methyl acetate - ethyl acetate - toluene - n-butanol / Dowanol PM - MIBK - n-BAC - m-xylene - p-xylene / ethylbenzene - o-xylene - EPA - solvent naphtha.

Dabei ist zu beachten, daß der prozentuale Anteil jeder Komponente im Abgasgemisch den Zeitpunkt der Puffersattigung und somit den Durchbruch an der Reingasseite in einem nicht unerheblichen Maße mitbestimmt. So läßt sich erklären, daß Toluol, obwohl es vom Puffer­ material viel besser zurückgehalten wird als z. B. n-BAC, trotzdem schneller am Reaktor­ ausgang detektiert wird. Die genaue Angabe der Schadstoffkonzentrationen, die bei der Desorption freigesetzt wurden, findet sich in Tab. 5 auf Seite 51-52. Man erkennt, daß bei zeitlichem Zusammenfallen von Lösemittelzugabe während der Arbeitszeit und der Sättigung einer Komponente im Puffer starke Konzentrationsspitzen, mit zum Teil höheren Werten als das eigentliche Rohgas, auftraten. Deshalb wurde es unerläßlich die Regeneration des Puffers während den Betriebsstillstandszeiten durchzuführen. Wenn die Regeneration noch weiter optimiert wird, können - wie in Kapitel 4.3.8. gezeigt - die desorbierten Schadstoffspitzen schließlich ganz zurückgedrängt werden (s. Tab. 6, 7 und 8). Bei der thermischen Regeneration des Puffermaterials wurden die aromatischen Lösemittel­ anteile, u. a. aufgrund der höheren Siedepunkte, als letztes freigesetzt. Wie schon unter Punkt 8 erwähnt, wirkt sich diese Tatsache positiv auf die Abscheidekapazität des Bioreaktors aus.It should be noted that the percentage of each component in the exhaust gas mixture the Time of Bufferattigung and thus the breakthrough on the clean gas side in one Determined insignificant dimensions. Thus, it can be explained that toluene, although it is from the buffer material is retained much better than z. B. n-BAC, but still faster at the reactor output is detected. The exact indication of the pollutant concentrations, which in the Desorption are found in Tab. 5 on page 51-52. One recognizes that at temporal coincidence of solvent addition during working hours and the Saturation of a component in the buffer strong concentration peaks, sometimes higher Values than the actual raw gas occurred. That's why it became indispensable Regeneration of the buffer to perform during the downtime. If the Regeneration can be further optimized - as in chapter 4.3.8. shown - the desorbed pollutant peaks are finally pushed back completely (see Tables 6, 7 and 8). In the thermal regeneration of the buffer material, the aromatic solvents shares, u. a. due to the higher boiling points, released last. As already under  Point 8, this fact has a positive effect on the separation capacity of the Bioreactor off.

11. Pilotanlage oder halbtechnische Versuchsanlage11. Pilot plant or semi-pilot plant

Am Ende steht die Bewertung der Ergebnisse in Hinblick auf den Bau einer Pilotanlage, die mit einem Teilstrom der Lackfabrikabluft arbeitet. Bei einem Volumenstrom von 0.24 m³/h und einer Schadstoffkonzentration von 4.0 mg/m³ (ca. 1 mg/h) konnten zufriedenstellende Abscheideergebnisse mit Wirkungsgrade um 90% bei einem Rektorvolumen von nur 7 Liter und einer Schütthöhe von 0.49 Meter erreicht werden. Dazu wurden dem eigentlichen Biofilter 35 g des Granulats AMBERSORB XEN-572 der Firma SUPELCO als Puffer vorge­ schaltet. Daraus resultiert eine Filterflächenbelastung von 25 m³/m²h. Eine Pilotanlage arbeitet in der Regel mit Werten, die etwa um Faktor 10 - und bezüglich der Rohgaskonzen­ tration - bis zu Faktor 100 größer sind. Durch die erhöhte Filterflächenbelastung beim Betrieb einer Pilotanlage, wird es notwendig, entweder das Reaktorvolumen zu vergrößern, oder nach Abwägung der betrieblichen Begebenheiten und des Kostenaufwands die Menge an eingesetztem Puffermaterial zu erhöhen. Dieser Spielraum bei der Konzeption einer Reinigungsanlage kann als weiterer Vorteil beim Einsatz eines wirksamen Vorabscheiders angesehen werden. Im Vergleich mit in der Praxis bereits durchgeführten Pilotversuchen, kann das benotigte Reaktorvolumen durch den Puffereinsatz drastisch gesenkt werden. Weiterhin dürfen natürlich hinsichtlich der eingesetzten Rohstoffe und einer Modernisierung der Zwangsabsaugevorrichtungen innerbetriebliche Vermeidungs- und Minimierungsmaß­ nahmen auch zukünftig nicht außer acht gelassen werden. Gerade wenn man bedenkt, daß aerob abbaubare Abgase in der Regel mit Konzentrationen bis zu maximal 2 g/m³ noch zu reinigen sind, gewinnt dieser Aspekt für das Reinigungskonzept der Lackfabrik an Bedeutung. At the end is the evaluation of the results with regard to the construction of a pilot plant, the works with a partial flow of the paint factory exhaust air. At a flow rate of 0.24 m³ / h and a pollutant concentration of 4.0 mg / m³ (about 1 mg / h) were satisfactory Separation results with efficiencies of 90% with a reactor volume of only 7 liters and a pouring height of 0.49 meters can be achieved. These were the actual Biofilter 35 g of the granules AMBERSORB XEN-572 supplied by SUPELCO as buffer on. This results in a filter surface load of 25 m³ / m²h. A pilot plant usually works with values that are around a factor of 10 - and with respect to the crude gas concentrations tration - up to a factor of 100 are greater. Due to the increased filter surface load during Operation of a pilot plant, it becomes necessary to either increase the reactor volume, or after consideration of the operational circumstances and the cost expenditure the quantity to increase on inserted buffer material. This scope in the conception of a Cleaning equipment can be another advantage when using an effective pre-separator be considered. In comparison with pilot tests already carried out in practice, The required reactor volume can be drastically reduced by the buffer insert. Furthermore, of course, regarding the raw materials used and a modernization the forced suction devices in-house avoidance and minimization measure did not want to be ignored in the future. Especially considering that aerobically degradable exhaust gases usually with concentrations up to a maximum of 2 g / m³ still too This aspect of the cleaning concept of the paint factory wins on Meaning.  

7. Literatur7. Literature

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  • 2. VDI 3478; Biologische Abluftreinigung -Biowäscher-; July 1985.2. VDI 3478; Biological waste air purification -Biowäscher-; July 1985.
  • 3. S.P.P. OTTENGRAF, A.H.C. VAN DEN OEVER und F.J.C.M. KEMPENAARS, Waste gas purification in a biological filter bed; Innovations in Biotechnology; Ed.: E.H. HOUWINK und R.R. VAN VER MEER; 157-167; 1984.3rd S.P.P. OTTENGRAF, A.H.C. VAN DEN OEVER and F.J.C.M. KEMPENAARS, Waste gas purification in a biological filter bed; Innovations in Biotechnology; Ed .: E.H. HOUWINK and R.R. VAN VER MEER; 157-167; 1984th
  • 4. S.P.P. OTTENGRAF, A.H.C. VAN DEN OEVER; Kinetics of organic compound removal from waste gas with a biological filter; Biotechnology and Bioengeneering Vol.XXV; 3089-3102; 1983.4. S.P.P. OTTENGRAF, A.H.C. VAN DEN OEVER; Kinetics of organic compound removal from waste gas with a biological filter; Biotechnology and Bioengeneering Vol.XXV; 3089-3102; 1,983th
  • 5. A. WiNDSPERGER, R. BUCHNER und K. STEFAN; Reinigung lösemittelhaltiger Abluft mit Biofiltern; Teil I; Staub-Reinhaltung der Luft; 50; 465-470; 1990.5. A. WiNDSPERGER, R. BUCHNER and K. STEFAN; Cleaning of solvent-containing exhaust air with biofilters; Part One; Dust-clean air; 50; 465-470; 1990th
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  • 7. M. T. CESARIO, H. H. Beeftink und J. Tramper; Biological treatment of waste gases containing poorly-water-soluble pollutants; Studies in Enviromental Science 51; 1991; "Biotechniques for air pollution abatement and odour control policies"; S. 135-140.7. M.T. CESARIO, H.H. Beeftink and J. Tramper; Biological treatment of waste gases containing poorly-water-soluble pollutants; Studies in Enviromental Science 51; 1991; "Biotechniques for air pollution abatement and odor control policies"; Pp. 135-140.
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  • 9. G. BEYREITZ, R. HÜBNER, M. SAAKE; Biotechnologische Behandlung lösemittelhalt­ iger Abluft; WLB-Wasser, Boden, Luft; 9, 53-57; 1989.9. G. BEYREITZ, R.HÜBNER, M. SAAKE; Biotechnological treatment solvent-based iger exhaust air; WLB water, soil, air; 9, 53-57; 1989th
  • 10. K. H. ENGESSER; Mikrobiologische Aspekte der biolog. Abluftreinigung; Studies in Enviromental Science 51; 1991; "Biotechniques for air pollution abatement and odour control policies"; S. 33-40.10. K.H. ENGESSER; Microbiological aspects of biolog. Exhaust air purification; Studies in Enviromental Science 51; 1991; "Biotechniques for air pollution abatement and odour control policies ", pp. 33-40.
  • 11. D. BARDTKE; Mikrobiologische Voraussetzungen für die biologische Abluft­ reinigung; aus:Biologische Abluftreinigung, Hrsg.: Klaus Fischer, Kontakt & Studium Bd. 212, Expert-Verlag; 1-11; 1990.11. D. BARDTKE; Microbiological conditions for biological waste air cleaning; from: Biological exhaust air purification, Ed .: Klaus Fischer, contact & study Bd. 212, Expert-Verlag; 1-11; 1990th
  • 12. R. HÜBNER; Einsatz eines Biofilters zur Behandlung lösemittelhaltiger Abluft- Hauptstoff Styrol; WLB-Wasser, Boden, Luft; 1-2, 54-56; 1993.12. R. HÜBNER; Use of a biofilter for the treatment of solvent-containing exhaust air Main substance styrene; WLB water, soil, air; 1-2, 54-56; 1,993th
  • 13. B.-M. KANIS, J. SZYMROSCZYK; Biofiltereinsatz bei Abgasreinigung in der Kunst­ stoffproduktion; WLB-Wasser, Boden, Luft; 10; 60; 1991.13. B.-M. KANIS, J. SZYMROSCZYK; Biofiltereinsatz in waste gas purification in the art fuel production; WLB water, soil, air; 10; 60; 1,991th
  • 14. S.P.P. OTTENGRAF, J.J.P. MEESTERS, A.H.C. VAN DEN OEVER und H.R. Rozema; Bioprocess Engeneering; 1; 61-69; 1986. 14. S.P.P. OTTENGRAF, J.J.P. MEESTERS, A.H.C. VAN DEN OEVER and H.R. Rozema; Bioprocess engineering; 1; 61-69; 1986th  
  • 15. H. H. Cox, J.H.M. HOUTMAN, H.J. DODDEMA und W. HARDER; Enrichment of funghi and degradation of styrene in biofilters; Biotechnology Letters; Vol. 15, No. 7; 737-742; 1993.15. H.H. Cox, J.H.M. HOUTMAN, H.J. DODDEMA and W. HARDER; Enrichment of funghi and degradation of styrene in biofilters; Biotechnology Letters; Vol. 15, no. 7; 737-742; 1,993th
  • 16. FRANS J. WEBER, SYBE HARTMANS; Biological waste gas treatment with integrated adsorption for the treatment of fluctuating concentrations; Studies in Enviromental Science 51; 1991; "Biotechniques for air pollution abatement and odour control policies"; S. 125-130.16. FRANS J. WEBER, SYBE HARTMANS; Biological waste gas treatment with integrated adsorption for the treatment of fluctuating concentrations; Studies in Enviromental Science 51; 1991; "Biotechniques for air pollution abatement and odor control policies ", pp. 125-130.
  • 17. RUDOLF KAISER, Chromatographie in der Gasphase Teil IV: Quantitative Auswertung 2. Teil; 2., erw. Auflage; Hochschultaschenbücherverlag; 1969.17. RUDOLF KAISER, Gas Phase Chromatography Part IV: Quantitative Evaluation Part 2; 2nd, erw. edition; Hochschultaschenbücher Verlag; 1969th
  • 18. B. HEUSER, J. LINDEMANN; Abbau flüchtiger Schadstoffe in Biowäschern und Bio­ filtern; WLB-Wasser, Boden, Luft; 3; 66-69; 1994.18. B. HEUSER, J. LINDEMANN; Degradation of volatile pollutants in bio-scrubbers and organic filter; WLB water, soil, air; 3; 66-69; 1994th

Claims (2)

1. Anlage zur biologischen Reinigung von lösemittelhaltiger Abluft, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) ein nach Bedarf zuschaltbares Puffersystem integriert ist, welches sowohl den Ausgleich auftretender Konzentrationsspitzen als auch eine dauerhaften Erniedrigung der Schad­ stoffbelastung während der Betriebszeiten ermöglicht.
  • b) die Abluft sowohl über den Vorabscheider als auch direkt in den Reaktor eingeleitet werden kann (stufenlos regelbar). Von einem Schadstoffstrom x werden soviel Prozent der Abluft direkt in den Bioreaktor gegeben, wie dieser mit der gewünschten Abbau­ leistung noch bewältigt. Dieser Wert wird zuvor in einer Testreihe mit direktem Gaseinlaß (100% der Abluft direkt in den Bioreaktor) ausgetestet.
  • c) entsprechend bei höheren Schadstoffkonzentrationen ein Teilstrom während der Arbeits­ zeit über das Puffersystem geleitet wird. Die adsorbierten Lösemittelanteile werden dann in den Betriebsstillstandszeiten mit temperierter Preßluft wieder kontinuierlich desorbiert. Dazu kann ein für das jeweilige Abluftproblem abgestimmtes Temperatur/Zeitprogramm erstellt werden.
1. Plant for the biological purification of solvent-containing exhaust air, characterized in that
  • a) a switchable as needed buffer system is integrated, which allows both the compensation of occurring concentration peaks as well as a permanent reduction of pollutant load during operating hours.
  • b) the exhaust air can be introduced both via the pre-separator and directly into the reactor (infinitely variable). From a pollutant flow x as much percent of the exhaust air are given directly into the bioreactor, as this still coped with the desired degradation performance. This value is previously tested in a test series with direct gas inlet (100% of the exhaust air directly into the bioreactor).
  • c) according to higher pollutant concentrations, a partial flow during working time is passed through the buffer system. The adsorbed solvent fractions are then desorbed again continuously in the operating downtime with tempered compressed air. For this purpose, a temperature / time program coordinated with the respective exhaust air problem can be created.
2. Anlage zur biologischen Reinigung von lösemittelhaltiger Abluft, dadurch gekennzeichnet, daß
  • d.) das unter a.) genannte Puffersystem aus einem staubfreien organischen Adsorber­ granulat auf Polymerbasis besteht, welches hervorragend auch unter sehr feuchten Bedingungen (rel. Feuchte < 90%) arbeitet.
  • e.) mit dem unter a.) genannten integrierten Puffersystem das Reaktorvolumen drastisch gesenkt werden kann.
2. Plant for the biological purification of solvent-containing exhaust air, characterized in that
  • d.) the buffer system mentioned under a.) consists of a dust-free organic adsorbent polymer-based granules, which works excellently even under very humid conditions (relative humidity <90%).
  • e.) can be drastically reduced with the integrated buffer system mentioned under a.) the reactor volume.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19753409A1 (en) * 1997-12-02 1999-06-17 Privatinstitut Fuer Biolog San Biofilter system
DE10042257C1 (en) * 2000-08-29 2001-12-20 Gmbu Ges Zur Foerderung Von Me Process for biologically cleaning waste air having fluctuating pollutant concentrations comprises leveling the pollutant concentration at the inlet to the biological cleaning stage

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