DE19858871C2

DE19858871C2 - Verfahren und Vorrichtung zur biotechnologischen Entfernung von Schadstoffen aus Gasen

Info

Publication number: DE19858871C2
Application number: DE19858871A
Authority: DE
Inventors: Stefan Gai; Klaus Krueger
Original assignee: M & K Bio und Umwelttechnologi
Current assignee: M & K Bio und Umwelttechnologi
Priority date: 1998-12-19
Filing date: 1998-12-19
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2018-12-20
Also published as: DE19858871A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biotechnologischen Entfernung von Schadstoffen aus Gasen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren zur biotechnischen Abluftreinigung bzw. zur Entfernung von Schadstoffen aus Gasen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt, u. a. aus dem Artikel von H. Brauer in Umschau 1984, Heft 20 - S. 598.. Dabei wird der Abluft- bzw. Gasstrom durch mit Waschflüssigkeit berieselte Tropfkörper o. ä. geleitet, die gleichzeitig als Trägerkörper für die entstehende Biomasse dienen. Optimaler Schadstoffabbau setzt eine gleichmäßige Versorgung der Biomasse mit anorganischen Nährsalzen über Berieselungsflüssigkeit voraus. Dem Wunsch nach einer hohen abbauaktiven und langfristig stabilen Biomassekonzentration steht jedoch die Tendenz der Biomasse im Trägerkörper zu akkumulieren, entgegen. Dies führt auf längere Sicht zum Verblocken des Festbettes und der Ungleichverteilung der Rieselflüssigkeit. Daraus entsteht eine unzureichende und schwer beeinflußbare Versorgung der abbauaktiven Biomasse mit anorganischen Nährsalzen und Sauerstoff. Die Folgen sind unkontrollierbare Schwankungen der Abbauleistung und das Verstopfen bzw. Verblocken des Trägerkörpers. Letzteres führt wiederum zu einem gasseitigen Druckverlust und einer Verkürzung der Standzeiten. Diese Neigung zur Verblockung und damit erforderliche häufige Betriebsunterbrechungen infolge Reinigung hat die Verbreitung der biotechnologischen Entfernung von Schadstoffen aus Gasen trotz bestimmter Vorteile behindert.

Es hat deshalb bisher nicht an Versuchen gefehlt, diese bekannten Nachteile zu vermeiden.

Es ist z. B. aus der DE 40 04 030 A1 ein flexibles Verfahren bekannt, welches mit periodischer Umschaltung der Waschflüssigkeit im Gleich- oder Gegenstrom arbeitet. In der DE 32 27 678 A1 ist ein Beispiel der bisherigen diskontinuierlichen Verfahrensweise zur Abluftreinigung mit einem Füllkörper enthaltenden Reaktionsturm bekannt, bei dem Abluft und Wasser gleichmäßig von oben nach unten geführt werden. Die Entfernung der überschüssigen Biomasse erfolgt nach Betriebsunterbrechnung mit Flutung und Herausspülung des Reinigungsapparates.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zu entwickeln, das bei kontinuierlichem Betrieb eine kontrollierte Einflußnahme auf die Bildung und Ausleitung der Biomasse ermöglicht.

Außerdem soll eine funktionsgerechte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig gelöst durch die im Anspruch 1 und vorrichtungsmäßig durch die im Anspruch 2 gekennzeichneten Merkmale.

Danach erfolgt die biotechnologische Entfernung von Schadstoffen aus Gasen mittels einer mit Nährflüssigkeit berieselten und bewachsenen Trägerpackung, die mit Biomasse bewachsen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) in der Anfahrphase eine kontinuierliche Berieselung der Trägerpackung erfolgt, wobei
- a) die Berieselungsrate größer als 1 m³/(m²h) beträgt und
- b) das Gewicht des Trägerkörpers das des unbewachsenen Trägerkörpers um weniger als 10% übersteigt;
b) in der Betriebsphase eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Berieselung er folgt, wobei
- a) bei der diskontinuierlichen Berieselung die zeitlichen Abstände gleich sind,
- b) der Druckverlust ≦ 1 mbar ist und
- c) das Gewicht des Trägerkörpers das des unbewachsenen Trägerkörpers um mehr als 10%, aber weniger als 50% übersteigt;
c) bei Erreichung eines Trägerkörpergewichtes über 150% des Gewichtes des unbewachsenen Trägerkörpers die Vorrichtung wahlweise geflutet wird, wobei
- a) die Biomasse durch Scherkräfte von der Packung abgelöst und ausgeleitet wird,
- b) die Rotationsgeschwindigkeit der Packung wesentlich erhöhrt wird oder
- c) durch stoßartige hydrodynamische Belastungen eine partielle Ablösung der Biomasse mit nachfolgender kontinuierlicher Ausleitung erfolgt.

Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch

a) einen Biorotationstropfkörperreaktor mit rotierender Trägerpackung, wobei
- a) die Rotationsgeschwindigkeit der Trägerpackung weniger als 50 U/min beträgt,
- b) die Trägerpackung aus mehreren geordneten Segmenten, die auf einer Achse montiert sind, besteht,
- c) die Segmente eine gitterartige Struktur mit hohem Lückengrad aufweisen, oder
- d) die Segmente aus horizontal, parallel angeordneten Rohren mit durchbrochener Wandung bestehen und
- e) die Rotationswelle der Trägerpackung in einer Fest-Los-Lagerung fixiert ist;
b) zwischen den Segmenten ringförmig starr oder rotierend angeordnete Düsen,
c) an der Reaktorwandung ringförmig starr oder rotierend angeordnete Düsen,
d) eine Druckmeßdose in Verbindung mit dem Los-Fest-Lager

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es besonders wichtig zu erwähnen, daß bei kontrollierter Beachtung der Biomasse-Zunahme in Kombination mit der Messung des gasseitigen Druckverlustes und daraus resultierender Maßnahmen wie einer den jeweiligen Anforderungen der Technologie entsprechende Berieselung und einer quasikontinuierlichen Ausleitung der überschüssigen Biomasse eine insgesamt kontinuierliche Fahrweise der Anlage ermöglicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren unter Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist gegenüber dem bekannten Stand der Technik folgende Vorteile auf:

- Betriebsunterbrechung infolge notwendiger Flutzungen und Ausleitungen der überschüssigen Biomasse können entfallen;
- die kontrollierte Fahrweise ermöglicht verteilhafte Bedingungen zur Berieselung der Tropfkörper und damit zur Entfernung von Schadstoffen aus Gasen;
- es wird die Errichtung zusätzlicher Vorrichtungen zur Nachreinigung oder Übergangsreinigung vermieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung eignen sich zur Elimination von organischen Schadstoffen aus Abgas- und Abwasserströmen. Dabei handelt es sich um Schadstoffemissionen, die entweder direkt aus industriellen Produktionsprozessen oder aus Sanierungsmaßnahmen für Boden und Grundwasser resultieren. Bei letzteren wird die Abluft aus Bodenluftabsaugungen behandelt oder das anfallende Abwasser im Tropfkörper verrieselt. Relevante Schadstoffe sind solche mit stark xenobiotischem Charakter (z. B. Aromaten, chlorierte Kohlenwasserstoffe und polychlorierte Biphenyle). Die genannten Substanzen sind Bestandteile von (Lack)Lösemitteln, Kunstharzen, Weichmachern und Alterungsschutzmitteln. Eine beispielhafte Liste relevanter Schadstoffe ist in Tabelle 1 enthalten. Typische Einsatzfelder sind die Emissionsminderung aus der kunststoffverarbeitenden Industrie, der lack- und lösemittelverarbeitenden Industrie, der Textilveredelung bis hin zu Betrieben der Metallverarbeitung (Gießereien, Metallentfettung).

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1: Einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Biorotationstropfkörperreaktors.

Fig. 2: Eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform der Rotierenden Trägerpackung mit Lagerung.

Fig. 3: Eine mögliche Ausführungsform der Segmente der Trägerpackung.

Fig. 4: Eine weitere Ausführungsform der Segmente der Trägerpackung.

In einem, vorzugsweise zylindrischen Biorotationstropfkörperreaktor 1 ist eine rotierende Trägerpackung 2 angeordnet. Der Antrieb der Trägerpackung 2 erfolgt mittels eines außerhalb des Reaktors angebrachten Motors 8.

Die Trägerpackung 2 selbst besteht aus einzelnen Segmenten 21, die wahlweise gitterartig gemäß Fig. 3 strukturiert sind oder in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform gemäß Fig. 4 aus parallel angeordneten Rohren mit durchbrochener Wandung bestehen.

Als Material für die einzelnen Segmente der Trägerpackung wird vorzugsweise geeignetes Plastmaterial verwendet. Denkbar ist auch der Einsatz korrosions geschützter Metallkonstruktionen.

Die Trägerpackung rotiert mit einer Geschwindigkeit von max. 50 U/min. Die Überwachung der Fahrweise des Biorotationstropfkörperreaktors 1 erfolgt mittels der mit dem Los-Fest-Lager 6 der Antriebswelle 3 verbundenen Druckmeßdose 7.

In Abhängigkeit vom angezeigten Ist-Gewicht des Trägerkörpers in Relation zum Gewicht des unbewachsenen Trägerkörpers wird mittels einer geeigneten Steuerungsvorrichtung das Verfahrensregime zur Berieselung bzw. Ausleitung überschüssiger Biomassen gesteuert. Die durch die erfindungsgemäße Lösung erreichten Vorteile werden nachstehend anhand eines Vergleiches des spezifischen Druckverlustes in Abhängigkeit vom Betriebszeitraum dargestellt. Der spezifische gasseitige Druckverlust [Pa/m Schütthöhe] dient in der Regel als indirektes Maß für den Akkumulationsgrad von Biomasse in Festbettreaktoren, die in der biologischen Gasreinigung eingesetzt werden. Dabei wirkt sich der Druckverlust nachteilig auf den Energieeintrag zur Förderung des Gasdurchsatzes durch das Festbett aus.
Betriebsdaten:
Spezif. Flüssigkeitsbelastung: 4,7 m³/(m²h)
Spezif. Gasbelastung: 51 m³/(m²h)
herkömmliches Trägermaterial: Füllkörper regellos geschüttet oder geordnet gepackt
Trägermaterial des Rotationstropf körpers: Gitter in konzentrischen Ringen vertikal ausgerichtet und segmentiert.

Der Anstieg des spezifischen Druckverlustes ist bezogen auf den Betriebszeitraum in den Tabellen 2 und 3 dargestellt.

Daraus ergibt sich, daß bei Verwendung bekannter Tropfkörpersysteme der zu hohe Druckverlust nach 40 bis spätestens 100 Tagen zum Betriebsabbruch führt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind wesentlich geringere Druckveränderungen feststellbar.

Damit wird eine kontinuierliche Fahrweise gewährleistet.

Tabelle 1

Beispiele für relevante Schadstoffe

Tabelle 2

Vergleich des spezifischen Druckanstiegs

Tabelle 3

Vergleich des spezifischen Druckanstiegs (graphisch)

Claims

1. Verfahren zur biotechnologischen Entfernung von Schadstoffen aus Gasen mittels einer mit Nährflüssigkeit berieselten Trägerpackung, die mit Biomasse bewachsen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) in der Anfahrphase eine kontinuierliche Berieselung der Trägerpackung erfolgt, wobei
- a) die Berieselungsrate größer als 1 m³/(m²h) beträgt und
- b) das Gewicht des Trägerkörpers das des unbewachsenen Trägerkörpers um weniger als 10% übersteigt;
b) in der Betriebsphase eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Berieselung erfolgt, wobei
- a) bei der diskontinuierlichen Berieselung die zeitlichen Abstände gleich sind,
- b) der Druckverlust ≦ 1 mbar ist und
- c) das Gewicht des Trägerkörpers das des unbewachsenen Trägerkörpers um mehr als 10% aber weniger als 50% übersteigt;
c) bei Erreichung eines Trägerkörpergewichts von über 150% des Gewichts des unbewachsenen Trägerkörpers die Vorrichtung wahlweise geflutet wird, wobei
- a) die Biomasse durch Scherkräfte von der Packung abgelöst und ausgeleitet wird,
- b) die Rotationsgeschwindigkeit der Packung wesentlich erhöht wird oder
- c) durch stoßartige hydrodynamische Belastungen eine partielle Ablösung der Biomasse mit nachfolgender kontinuierlicher Ausleitung erfolgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekenn zeichnet durch

a) einen Biorotationstropfkörperreaktor 1 mit einer rotierenden Trägerpackung 2 wobei
- a) die Rotationsgeschwindigkeit der Trägerpackung weniger als 50 U/min beträgt,
- b) die Trägerpackung aus mehreren geordneten Segmenten 21, die auf einer Achse 3 montiert sind, besteht,
- c) die Segmente eine gitterartige Struktur mit hohem Lückengrad aufweisen, oder
- d) die Segmente aus horizontal, parallel angeordneten Rohren mit durch brochener Wandung bestehen und
- e) die Rotationswelle der Trägerpackung in einer Fest-Los-Lagerung 6 fixiert ist;
b) zwischen den Segmenten 21 ringförmig starr oder rotierend angeordnete Düsen 4;
c) an der Reaktorwandung ringförmig starr oder rotierend angebrachte zusätzliche Düsen 5;
d) eine Druckmeßdose in Verbindung mit dem Los-Fest-Lager 6 der Rotationswelle 3.