DE19925085C1 - Verfahren und Vorrichtung zur mikrobiologischen Reinigung von Gasen oder Gasgemischen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Gasen oder Gasgemischen, bei dem im Gas oder Gasgemisch enthaltende Bestandteile abgetrennt und mittels Mikroorganismen biologisch abgebaut werden und ist insbesondere zur Reinigung von Abluft oder Abgasen geeignet. DOLLAR A Die im Gas oder Gasgemisch enthaltenden, abzutrennenden Bestandteile, z. B. Schadstoffe, werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus dem zu reinigenden Gas oder Gasgemisch ab- bzw. adsorptiv entfernt und mit Hilfe von Mikroorganismen biologisch abgebaut. Die hierfür verwendeten, jeweils mindestens zwei Oberflächen aufweisenden Träger sind partiell auf ihren Oberflächen mit Mikroorganismen belegt, d. h. es gibt auf den Trägeroberflächen mit Mikroorganismen belegte und nicht-belegte Bereiche, wobei die mit Mikroorganismen belegten Oberflächenbereiche mit einer Flüssigkeit berieselbar sind. Eine geeignete Belegung der Trägeroberflächen ist beispielsweise der partielle Bewuchs mit einem die Mikroorganismen enthaltenden Biofilm. Des Weiteren sind die mindestens zwei Träger, die ein für die abzutrennenden Bestandteile permeables Material enthalten, derart in dem Reinigungsreaktor angeordnet, dass das zu reinigende Gas oder Gasgemisch an den Trägern vorbeigeführt wird und dabei gleichzeitig mit Mikroorganismen belegten und mit nicht-belegten Bereichen von Trägeroberflächen in Kontakt steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Gasen oder Gasgemischen, bei dem im Gas oder Gasgemisch enthaltene Bestandteile abgetrennt und mittels Mikroorganismen biologisch abgebaut werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der Vorrichtung insbesondere zur Reinigung von Abluft oder Abgasen.

Die bei einem Prozess anfallenden Emissionen können entweder durch primäre, also durch Verringern der Emissionen selbst, oder durch sekundäre Maßnahmen verringert werden. Bei den letzteren wird zwischen physikalisch-chemischen und biologischen Reinigungs­ technologien unterschieden. Als physikalische und chemische Reinigungsprinzipien stehen bei Gasen Absorption, Adsorption, thermische oder katalytische Verbrennung im Vorder­ grund. Bei der biologischen Abluftreinigung werden die in der Abluft enthaltenen Schad­ stoffe nach ihrer Lösung in wässerigem Milieu bzw. nach ihrer Sorption an Trägern mit Hilfe von Mikroorganismen oxidativ zu niedermolekularen Verbindungen, wie Wasser, Kohlendioxid, Ammoniak, u. ä. abgebaut. Die jeweiligen Mikroorganismen sind in Form einzelner Zellen suspendiert oder als Biofilm auf der Oberfläche eines Trägers immobili­ siert. Für den Aufbau der Biomasse müssen in der Regel Nährsalze und Spurenelemente der wässerigen Phase zugeführt werden. Häufig können die Schadstoffe jedoch nicht voll­ ständig abgebaut werden, so dass es zur unerwünschten Bildung von Nebenprodukten, wie z. B. Säuren oder anorganischen Salzen, kommt, die bei höheren Konzentrationen sogar die beabsichtigte biologische Reaktion be- oder verhindern können.

Einen Überblick über den Stand der Technik zur biologischen Abluftreinigung geben beispielsweise Danzig und Kümmel in "Studie zum Stand der Technik und Markt- und Absatzchancen von Anlagen zur biologischen Abluftreinigung", UMSICHT e. V., 1997.

Bekannte technische Verfahrensvarianten der biologischen Abluftreinigung sind Biofilter und Biowäscher. Biofilter besitzen in der Regel eine von Mikroorganismen besiedelte Schüttung eines organischen Materials wie z. B. Torf oder Rindenmulch. Sie benötigen allerdings eine große Filterfläche, und in bestimmten Zeitintervallen muss das Füllmaterial ausgetauscht werden, da es durch Verrottung und Kompaktierung zu einer Verschlech­ terung der Nährstoffversorgung der Mikroorganismen und zu einer Verstopfung des Bio­ filters kommt. Dies hat einen Anstieg des Druckverlustes im Biofilter und eine verminderte Reinigungsleistung zur Folge. Biofilter werden vor allem für Abluftströme mit geringen und weitgehend konstanten Schadstoffkonzentrationen eingesetzt. In Biowäschern werden dagegen die Schadstoffe in einer wässerigen Phase aufgenommen, die auch die aeroben Mikroorganismen zum Abbau der Schadstoffe enthält. Biowäscher sind daher nur für die Entfernung gut wasserlöslicher Stoffe, nicht aber für die Entfernung schlecht wasserlös­ licher Schadstoffe geeignet. Des Weiteren ist ihre Einsatzfähigkeit beschränkt, da bei großen, kontinuierlich durchfließenden Abluftvolumina das zu reinigende Gas eine nur geringe Verweilzeit im Biowäscher und damit eine schlechte Reinigungsleistung aufweist.

Alternativ zu den Biofiltern und Biowäschern wurden in den letzten Jahren Biorieselbett- und Biomembranreaktoren entwickelt und vorgeschlagen.

Bei Rieselbettreaktoren sind die Mikroorganismen, die die jeweiligen Schadstoffe abbauen bzw. umwandeln sollen, auf einem inerten Trägermaterial aufgebracht. Das zu reinigende Gas oder die Abluft durchströmt eine unregelmäßige Schüttung des Trägermaterials, die kontinuierlich oder intermittierend mit einer wässerigen Nährsalzlösung im Gleich- oder Gegenstrom berieselt wird. Dadurch wird gleichzeitig eine Befeuchtung der Biomasse erreicht, und es ist möglich, die bei der biologischen Reaktion entstehenden Abbau­ produkte wie bei einem Biowäscher abzuziehen. Solche Rieselbettreaktoren sind beispielsweise in DE 32 27 678 A1, DE 34 28 798 A1 und US 4,421,534 beschrieben. Die bekannten Biorieselbettreaktoren zeichnen sich gegenüber Biofiltern durch eine höhere Prozesssicherheit und eine bessere Regelbarkeit und gegenüber Biowäschern durch den geringeren Apparateaufwand und durch einen leicht verbesserten Abbau von schlecht wasserlöslichen Schadstoffen durch geringerer Wasserfilmdicken aus. Problematisch bei den bekannten Rieselbettreaktoren ist jedoch, dass der freie Strömungsquerschnitt für das zu reinigenden Gas oder die Abluft durch übermäßige Biomasseproduktion zuwächst und dadurch den Rieselbettreaktor verstopft (VDI-Berichte 1104, "Biologische Abgasreini­ gung", Tagungsbericht 09. Bis 11.03.1994, Heidelberg, VDI-Verlag Düsseldorf (1994); R. Diks, S. Ottengraf, S. Vrijland, "The existence of a biological equilibrium in a trickling filter for waste gas purification", Biotech. Bioeng. 44 (1994) S. 1279ff.; K. Kirchner C. A. Gossen, H.-J. Rehm, "Purification of exhaust air containing organic pollutants in a trickle­ bed bioreactor", Appl. Microbiol. Biotechnol. 35 (1991), S. 396-400). Dieser Nachteil kann auch durch strukturierte Träger mit großen Lückendurchmessern, einer verringerten Beladung mit Mikroorganismen und einer veränderten Biomassenmorphologie nicht voll­ ständig ausgeschlossen werden. Daneben kann sich eine Behinderung des Wachstums der Biomasse, beispielsweise durch begrenzte Zugabe von Nährsalzen oder durch Zugabe von Wachstumsinhibitoren, auch negativ auswirken, da die Kapazität der biologischen Reaktion, also die Menge der abgebauten Schadstoffe, hierdurch eingeschränkt wird, wie K. Kirchner et al. in Appl. Microbiol. Biotechnol., 35 (1991) S. 396-400 berichteten.

In Biomembranreaktoren werden dagegen vorwiegend sehr schlecht wasserlösliche Abluftinhaltstoffe mittels Gaspermeation entfernt (U. Bäuerle, K. Fischer, D. Bardtke, "Biologische Abluftreinigung mit Hilfe eines neuartigen Permeationsreaktors" in Staub, Reinhaltung der Luft, 46 (1986) Heft 5, S. 233-235; DE 35 42 599 A1). Dabei ist eine Gas durchlässige, chemisch und biologisch inerte Membran derart zwischen der Gas- und der flüssigen Phase angeordnet, dass die hydrophoben Schadstoffe an der Oberfläche der Membran sorbieren und nach der Permeation durch die Membran an der Flüssigkeit tragenden Oberfläche von den dort immobilisierten Mikroorganismen durch biologische Reaktion abgebaut werden. Dieses Verfahren kann jedoch nur sehr bedingt für wasserlös­ liche Stoffe verwendet werden.

Die bekannten Verfahren zur biologischen Abluftreinigung sind für die Behandlung von Abluftströmen, die gleichzeitig gut und schlecht wasserlösliche Schadstoffe enthalten, insbesondere bei schwankenden Schadstoffkonzentrationen nicht geeignet. In Zeiten höherer Schadstoffkonzentrationen besitzen die Anlagen kaum Pufferkapazität, um insbesondere die schlecht wasserlöslichen Schadstoffe abzubauen. Daher wurden in den letzten Jahren Kombinationsverfahren aus aufeinander folgenden biologischen und adsorp­ tiven Reinigungsstufen vorgeschlagen (DE 196 08 834 C1, DE 43 41 467 A1 und Thißen, cav 8/1997, S. 28ff.). Diese Verfahren zeichnen sich jedoch durch einen hohen apparativen Aufwand und eine komplizierte Regelungs- und Steuerungstechnik und somit durch hohe Investitionskosten aus.

In der DE 197 29 814 C1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Separation von in Gasen enthaltenen Schadstoffen beschrieben, bei denen Mikroorganismen nur auf einer Seite eines Trägers immobilisiert sind. Das Gas wird hier nacheinander an jeder der beiden Seiten des Trägers vorbeigeführt werden. Dies erfordert jedoch, insbesondere bei Platten­ reaktoren, sehr aufwendige Konstruktionen, um die Trennung von Gas- und Flüssigkeits­ strom sowie das notwendige Umlenken des Gasstromes zu bewerkstelligen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Separation von Bestandteilen aus Gasen oder Gasgemischen bereitzustellen, die die Nach­ teile des Standes der Technik nicht aufweisen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegen­ den Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche die Reinigung von mit Schadstoffen kontaminierten Gasen oder Gasgemischen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß dem Hauptanspruch sowie der Vorrichtung nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Erfindungsgemäß werden die im Gas oder Gasgemisch enthaltenen, abzutrennenden Bestandteile, z. B. Schadstoffe, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung aus dem zu reinigenden Gas oder Gasgemisch ab- bzw. ad­ sorptiv entfernt und mit Hilfe von Mikroorganismen biologisch abgebaut. Die hierfür ver­ wendeten, jeweils mindestens zwei Oberflächen aufweisenden Träger sind partiell auf ihren Oberflächen mit Mikroorganismen belegt, d. h. es gibt auf den Trägeroberflächen mit Mikroorganismen belegte und nicht-belegte Bereiche, wobei die mit Mikroorganismen belegten Oberflächenbereiche mit einer Flüssigkeit berieselbar sind. Eine geeignete Belegung der Trägeroberflächen ist beispielsweise der partielle Bewuchs mit einem die Mikroorganismen enthaltenden Biofilm. Des Weiteren sind die mindestens zwei Träger, die ein für die abzutrennenden Bestandteile permeables Material enthalten, derart in dem Reinigungsreaktor angeordnet, dass das zu reinigende Gas oder Gasgemisch an den Trägern vorbeigeführt wird und dabei gleichzeitig mit Mikroorganismen belegten und mit nicht-belegten Bereichen von Trägeroberflächen in Kontakt steht.

Die gut wasserlöslichen bzw. hydrophilen Bestandteile des Gases oder Gasgemisches werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vom Flüssigkeitsfilm aufgenommen, welcher sich an den mit Mikroorganismen belegten Trägerbereichen befindet. Durch Diffusion oder Turbulenz werden die Bestandteile dann zu den Mikroorganismen trans­ portiert. Hier werden sie biologisch in unschädliche, niedermolekulare Komponenten, wie z. B. Wasser, Kohlendioxid oder Ammoniak, abgebaut. Dagegen werden die schlecht wasserlöslichen bzw. hydrophoben Bestandteile an den nicht mit Mikroorganismen belegten Bereichen der Träger adsorbiert und durch die permeablen Träger zu den Mikro­ organismen transportiert, wo sie wie die gut wasserlöslichen bzw. hydrophilen Bestandteile biologisch abgebaut werden.

Das Hauptaugenmerk der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt auf der Reinigung der bei technischen oder natürlichen Prozessen anfal­ lenden Abluft oder Abgase. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit gehören hierzu beispielsweise die Abluft von Lackierbetrieben, Druckereien, chemischen Produktions­ anlagen und anderen Lösungsmittel verarbeitenden Betrieben. Beispiele für erfindungs­ gemäß abzutrennende Schadstoffe bzw. Schadstoffgruppen sind aliphatische und aroma­ tische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ether, Carbonsäuren und Carbon­ säureester, sowie stickstoff- und schwefelhaltige organische Verbindungen. Als geeignete Mikroorganismen werden z. B. Bakterien der Gattungen Pseudomonas, Nocardia und/oder Acetobacter verwendet, die auch aus der Abwasserreinigung bekannt sind. Der Fachmann auf dem Gebiet der Biotechnologie ist aufgrund seines Fachwissens in der Lage, die für die jeweils aus einem Gas oder Gasgemisch abzutrennenden Bestandteile optimal geeigneten Mikroorganismen auszuwählen. Besonders geeignet ist die Verwendung einer an die abzutrennenden Schadstoffe adaptierten Mischkultur. Diese kann aus einer allgemeinen Mischkultur aus dem Belebungsbecken einer Kläranlage (vorteilhafterweise aus der Werkskläranlage, die zu dem Abluft verursachenden Betrieb gehört) durch Versetzen mit einer Nährstofflösung und einer wässerigen Lösung des Schadstoffes oder des Schadstoff­ gemisches sowie durch mehrfaches Überimpfen gewonnen werden.

Bevorzugt sind die Träger auf einer ihrer Oberflächen vollständig mit Mikroorganismen belegt und das Gas oder Gasgemisch wird gleichzeitig an einer mit Mikroorganismen belegten und an einer nicht-belegten Oberfläche benachbarter Träger vorbeigeführt.

Geeignete Berieselungsflüssigkeiten verhindern das Austrocknen der Mikroorganismen und versorgen die Mikroorganismen mit den von ihnen benötigten Nährstoffen. Daneben können Berieselungsflüssigkeiten beispielsweise auch Wachstumsinhibitoren enthalten, die die Zusammensetzung der abbauenden Mikroorganismen beeinflussen oder die Zusatz­ stoffe gegen Parasiten- und Pilzbefall aufweisen. Als Berieselungsflüssigkeit eignet sich bevorzugt Wasser oder eine wässerige Lösung; besonders bevorzugt ist eine wässerige Mineralsalzlösung. Andere Berieselungsflüssigkeiten sind aber auch geeignet, z. B. wasser­ haltige Emulsionen.

Bevorzugt wird die Berieselungsflüssigkeit ganz oder partiell im Kreislauf gefahren. Hier­ durch verbleiben die biologisch nicht abgebauten Schadstoffe im Flüssigkeitskreislauf und werden durch die Umwälzung der Berieselungsflüssigkeit wieder der Biofilmoberfläche verfügbar gemacht. Biomasse kann in einer weiteren Ausführungsform durch eine Aus­ schleusung dem Flüssigkeitskreislauf entnommen werden. Insbesondere kann so eine Reinigung des Mikroorganismenfilms sehr einfach durchgeführt werden, indem vor, während oder nach der Gasreinigung verstärkt Berieselungsflüssigkeit zugegeben wird, wodurch überschüssige Mikroorganismen mit der Flüssigkeit heruntergespült werden, und indem diese überschüssige Biomasse dann durch eine Ausschleusung entfernt wird. Hierbei ist eine leichte Neigung der Träger zusätzlich hilfreich.

Besonders bevorzugt enthält die Berieselungsflüssigkeit Chemikalien zur Nährstoff- und/oder Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen. Neben Säure oder Lauge zur pH- Statierung oder Nährstofflösung können auf diese Weise zum Beispiel auch Sauerstoff­ träger zugesetzt werden, die die Verwendung von aeroben Mikroorganismen auch zur Reinigung von sauerstofffreien Gasen oder Gasgemischen ermöglichen. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind Beispiele für derartige Sauerstoffträger Nitrationen und Wasserstoffperoxid.

Die Schichtdicke der Biomasse auf den Trägeroberflächen ist in weiten Bereichen variier­ bar. Bevorzugt wird eine Schichtdicke von < 1 mm verwendet.

Geeignete Werkstoffe für Trägermaterialien sind chemisch und biologisch inert und weisen eine gute Haftung für Mikroorganismen und eine Permeabilität für die aus dem Gas oder Gasgemisch abzutrennenden Bestandteile auf. Geeignete Trägermaterialien sind vorzugs­ weise poröse, anorganische oder organische Werkstoffe. Beispielsweise können als derar­ tige Materialien Metalloxide (z. B. Aluminiumoxide), Keramiken (z. B. Zeolithe), Aktiv­ kohle oder aktivkohlehaltige Gemische sowie polymere Sorbentien eingesetzt werden. Vorteilhafterweise zeigen die Trägerwerkstoffe neben der Permeabilität auch ein Adsorp­ tionsvermögen für einen oder mehrere der aus dem Gas oder Gasgemisch abzutrennenden Bestandteile. Konzentrationsschwankungen der abzutrennenden Schadstoffe im Gas oder Gasgemisch können so z. B. ausgeglichen oder Belastungsspitzen gemildert werden, da die Träger aufgrund ihres Adsorptionsvermögens eine Pufferkapazität aufweisen, so dass die Mikroorganismen relativ gleichmäßig mit Schadstoffen versorgt werden. Dies hat eine gleichbleibende Reinigungsleistung des Verfahrens und eine lange Standzeit der Träger zur Folge.

In einer weiteren Ausführungsform befindet sich zwischen Träger und den Mikroorganis­ men eine für die abzutrennenden Bestandteile permeable Membran aus polymeren oder keramischen Materialien. Hierdurch wird ein Durchsickern der Berieselungsflüssigkeit durch den Mikroorganismenfilm in den porösen Träger verhindert.

Der Anstellwinkel der erfindungsgemäß vorgesehenen Träger zur Vertikalen kann Werte zwischen 0° und 90° einnehmen, wobei 0° und 90° mit eingeschlossen sind. Besonders bevorzugt sind Anstellwinkel zwischen 5° und 30° gegenüber der Vertikalen. Ist der An­ stellwinkel < 0°, so ist bevorzugt, dass die mit Mikroorganismen belegten Trägerbereiche nach oben zeigen. Durch die Wahl des Anstellwinkels und/oder durch die Menge der Berieselungsflüssigkeit können sowohl die Dicke des Flüssigkeitsfilmes wie auch die Ablaufgeschwindigkeit der Berieselungsflüssigkeit beeinflusst werden und so an Art, Menge und Konzentration der abzutrennenden Bestandteile aus dem Gas oder Gasgemisch angepasst werden. Beispielsweise wird bei größerem Anstellwinkel und bei vermehrter Berieselungsflüssigkeit der Flüssigkeitsfilm dicker und die Berieselungsflüssigkeit fließt langsamer ab.

Vorzugsweise befinden sich 40 bis 100 Träger in einem Reinigungsreaktor. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Träger parallel nebeneinander derart angeordnet, dass die größten Oberflächen jeweils parallel zueinander sind, so dass das Gas oder Gasgemisch gleichzeitig an allen Trägern vorbeigeführt wird. Besonders bevorzugt befinden sich 40 bis 100 Träger parallel nebeneinander in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Vorteilhafterweise sind die Träger der erfindungsgemäßen Vorrichtung plattenförmig ausgestaltet. Dies gestattet eine besonders einfache Verfahrensführung und einen besonders einfachen Vorrichtungsaufbau. Geeignete Träger sind beispielsweise 3-5 mm dick, und ihr Abstand zueinander beträgt ca. 10 mm. Andere Geometrien sind aber ebenfalls möglich. Die bevorzugte Länge der Träger beträgt etwa 1 m. In Abhängigkeit von der Stabilität des Trägermaterials sind aber auch größere Längen realisierbar. Die bevorzugte Breite der Träger liegt ebenfalls bei ca. 1 m, jedoch können diese auch breiter sein. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Träger sind also Platten mit einer Fläche von 1 × 1 m².

Größere Anlagen zur Gasreinigung oder zur Erzielung sehr hoher Abtrennungsleistungen werden vorteilhafterweise durch das hintereinander Schalten mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen realisiert. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die einzelnen Vorrichtungen mit unterschiedlichen konstruktiven Merkmalen, wie z. B. Größe, Form, Dicke, Neigung und Material der Träger, und/oder unterschiedlichen Betriebsparametern, wie z. B. Temperatur und Flüssigkeitsberieselung, ausgestattet sein können. Damit können erfindungsgemäß unterschiedliche Schadstoffe unter unterschied­ lichen Bedingungen aus einem Gas oder Gasgemisch abgetrennt werden. Es können aber auch mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen parallel zueinander geschaltet werden, wodurch insbesondere die Reinigung sehr großer Abluftmengen pro Zeiteinheit ermöglicht wird.

Das zu reinigende Gas oder Gasgemisch kann im Gegenstrom, im Kreuzstrom oder im Gleichstrom zur Berieselungsflüssigkeit geführt werden. Die Effektivität der Schadstoff­ separation kann so vorteilhafterweise an die Art des Gases oder Gasgemisches und an Art, Menge und Konzentration der abzutrennenden Bestandteile bzw. an die betrieblichen Gegebenheiten (z. B. Aufstellungsort oder Raumangebot) angepasst werden.

Die Permeations- und die Adsorptionseigenschaften des Trägermaterials sowie die Sorptionseigenschaften der Berieselungsflüssigkeit können über Temperaturänderungen beeinflusst werden, so weit dies von den Mikroorganismen toleriert wird. Hierfür wird vorzugsweise eine Heizung oder Kühlung des Gases oder Gasgemisches und/oder eine Heizung oder Kühlung der Träger und/oder eine Heizung oder Kühlung der Berieselungs­ flüssigkeit vorgesehen. So führt z. B. eine Beheizung des Trägers und des Gases oder Gas­ gemisches in der Regel zu einem erhöhten Permeationsvermögen aber zu einem geringeren Adsorptionsvermögen.

Durch die Variation der konstruktiven Merkmale (wie z. B. Größe, Form, Dicke, Neigung und Material der Träger) und der Betriebsparameter (wie z. B. Temperatur und Flüssig­ keitsberieselung) sowie gegebenenfalls durch das parallel oder hintereinander Schalten mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen zu einer Anlage kann das erfindungsgemäße Verfahren in einem weiten Spektrum an die Anforderungscharakteristik der abzutrennen­ den Bestandteile des Gases oder Gasgemisches (z. B. Art des Gases sowie Art, Eigenschaf­ ten und Konzentration der zu entfernenden Schadstoffe) angepasst werden.

Der erfindungsgemäße Gegenstand zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik, z. B. gegenüber Biofiltern, durch eine höhere Prozesssicherheit aus. Beispielsweise kommt es zu keiner Verstopfung des Reaktors durch Biomasse, weil überschüssige Mikroorganismen aufgrund der Geometrie und der weiten Abstände der Träger leicht abgespült werden können. Auch lässt die Reinigungsleistung der Mikroorganismen bei längerer Standzeit nicht nach, weil diese durch den Berieselungskreislauf immer wieder mit neuen Nähr­ stoffen kontinuierlich versorgt werden können, während bei Biofiltern nach dem Stand der Technik das als Nährstoffspeicher dienende Bettmaterial bei längerer Standzeit altert. Ferner sind in der Vorrichtung keine inaktiven Biomassezonen aufgrund unzureichender Sauer­ stoffversorgung vorhanden, da alle Mikroorganismen durch den Berieselungskreislauf mit ausreichend Sauerstoff versorgt werden können.

Weiterhin zeichnet sich der erfindungsgemäße Gegenstand gegenüber dem Stand der Technik, auch durch sehr gute Steuer- und Regelbarkeit aus. So ist beispielsweise eine Temperierung auf die optimale Abbautemperatur der Mikroorganismen sehr leicht möglich. Auch können Umlaufmenge und Zusammensetzung der Berieselungsflüssigkeit in einfacher Weise z. B. an die Schadstoffmenge im Gas angepasst werden. Ferner ist, verglichen beispielsweise mit Biowäschern, der geringere apparative Aufwand vorteilhaft.

Durch den geordneten Aufbau der Träger ist die erfindungsgemäße Vorrichtung, im Gegensatz z. B. zu Biorieselbettreaktoren mit unregelmäßigen Trägerschüttungen, im Bedarfsfall leicht zu reinigen, und es wird das Zuwachsen der freien Gasquerschnitte mit Mikroorganismen und damit eine Verstopfung zuverlässig vermieden. Dadurch tritt nur ein sehr geringer und nahezu konstanter Druckabfall über die erfindungsgemäße Vorrichtung auf.

Insbesondere durch das Adsorptionsvermögen des Trägermaterials für eine oder mehrere Schadstoffkomponenten können Konzentrationsschwankungen im zu reinigenden Gas oder Gasgemisch ausgeglichen werden. Dies führt zu einer gleichmäßigen Versorgung der Mikroorganismen mit Schadstoffen und damit zu einer guten Reinigungsleistung und einem betriebsstabilen Verfahren. Hierbei behält der erfindungsgemäße Gegenstand auch nach kurzzeitiger hoher Schadstoffbelastung im zu reinigenden Gas oder Gasgemisch seine Wirksamkeit, weil die Mikroorganismen durch das Adsorptionsvermögen des Trägermat­ erials vor einer zu starken, möglicherweise ihre Abbauaktivität nachhaltig negativ beeinflussenden Belastung durch Schadstoffe, die in hoher Konzentration meist hemmend oder toxisch wirken, geschützt werden. Des Weiteren muss hierdurch die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung nicht, wie nach dem Stand der Technik üblich, auf der Basis der höchsten Schadstoffkonzentration dimensioniert werden, sondern sie kann an die in der Regel weitaus geringere Durchschnittsbelastung angepasst werden, was zu kleiner dimensionierten Anlagen und geringeren apparativen Kosten führt.

Durch die gleichzeitige Kontaktierung des Gases oder Gasgemisches mit zwei unter­ schiedlich beschaffenen Bereichen der Trägeroberflächen stehen sowohl für hydrophobe bzw. schlecht wasserlösliche wie auch für hydrophile bzw. wasserlösliche Schadstoffe effiziente Abtrennungsbedingungen in einer Vorrichtung simultan zur Verfügung. Somit können in einer Anlage vorteilhafterweise auch Gase oder Gasgemische gereinigt werden, die mehrere Bestandteile enthalten, die auf unterschiedliche Art entfernt werden. Durch die gleichzeitige Kontaktierung des Gases oder Gasgemisches mit Mikroorganismen belegten und mit nicht-belegten Trägerbereichen erhält man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verglichen mit dem Verfahren gemäß der DE 197 29 814 C1 apparatetechnisch erheblich einfachere und kostengünstigere Anlagen, da das aufwendige Umlenken und nacheinander Vorbeiführen des Gases oder Gasgemisches an beiden Seiten des Trägers entfällt.

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird die vorliegende Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigt Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abtrennung von in Gasen enthaltenen Bestandteilen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei der schematischen Aufbau eines einzelnen plattenförmigen Trägers mit den dort stattfindenden Prozessschritten als Detail nochmals herausgehoben ist.

Die in der Fig. 1 beispielhaft dargestellte Anlage besteht zunächst aus einem Reinigungs­ reaktor (1). Im Reaktor befinden sich mehrere parallel zueinander ausgerichtete, platten­ förmige Träger (3), die einen Anstellwinkel (4) gegenüber der Vertikalen aufweisen. Auf der nach oben gerichteten Oberfläche der Träger befindet sich ein Biofilmbewuchs von Mikroorganismen (7). Dieser wird mit einer Berieselungsflüssigkeit derart befeuchtet, dass sich auf den Mikroorganismen (7) ein Rieselfilm (6) ausbildet, wobei die Berieselungs­ flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft und der Schrägstellung der Träger von oben nach unten abläuft. Die Dicke sowie die Ablaufgeschwindigkeit des Rieselfilms sind dabei u. a. vom Anstellwinkel (4) abhängig und können daher an Art, Menge und Konzentration der abzutrennenden Bestandteile angepasst werden.

Das schadstoffhaltige Rohgas (2) wird im unteren Bereich in den Reaktor (1) eingeführt und strömt - wie durch den Pfeil (5) schematisch dargestellt - zwischen den Trägern schräg nach oben. In diesem Beispiel wird also die Berieselungsflüssigkeit im Gegenstrom zu dem zu reinigenden Gas geführt.

Aus dem zu reinigenden Gas (5) werden die abzutrennenden, hydrophoben bzw. schlecht wasserlöslichen Bestandteile des Gases an der nicht-belegten Seite der Träger durch Adsorption an das Trägermaterial aus dem Gasstrom abgetrennt (durch den Pfeil (8) ange­ deutet). Anschließend gelangen diese mittels Diffusion und/oder Permeation durch den Träger zu dem Mikroorganismen des Biofilms (7), wo sie biologisch zu niedermolekularen Komponenten abgebaut werden. Gleichzeitig werden die abzutrennenden, hydrophilen bzw. wasserlöslichen Bestandteile des Gases bevorzugt auf der berieselten Trägerober­ fläche von der Berieselungsflüssigkeit (6) aufgenommen (durch den Pfeil (9) angedeutet) und in gelöster Form durch Diffusion oder turbulenten Transport den Mikroorganismen im Biofilm (7) zugeführt, von denen sie ebenfalls biologisch abgebaut werden.

Die Berieselungsflüssigkeit (6) gelangt am unteren Ende der Träger (3) in den Flüssigkeits­ sumpf (10) des Reaktors. Von dort wird sie mit Hilfe einer Umwälzpumpe (11) wieder dem Kopfbereich des Reaktors (1) zugeführt und mittels einer geeigneten, vorzugsweise aus Rohren aufgebauten Berieselungseinrichtung (12) erneut auf die belegten Bereiche der Träger (3) geleitet und so im Kreislauf geführt. Diesem Flüssigkeitskreislauf können bei Bedarf einerseits durch die Zufuhreinrichtung (13) Nährlösung, Säure, Lauge und/oder Sauerstoffträger zugeführt werden, während andererseits überschüssige Biomasse, die mit der Berieselungsflüssigkeit heruntergespült wurde, durch eine Ausschleusung (14) entfernt werden kann.

Das gereinigte Abgas (15) verlässt dann die Vorrichtung (1) durch eine Austrittsöffnung im Kopfbereich des Reaktors.

Bezugszeichenliste

1

Abluftreinigungsreaktor

2

schadstoffhaltiges Rohgas

3

plattenförmiger Träger

4

Anstellwinkel der Träger

5

Richtung des Gasstroms zwischen den Trägern

6

Rieselfilm aus Berieselungsflüssigkeit

7

Mikroorganismen

8

Aufnahme der hydrophoben bzw. schlecht wasserlöslichen, abzutrennenden Bestandteile in den Träger

9

Aufnahme der hydrophilen bzw. wasserlöslichen, abzutrennenden Bestandteile in die Berieselungsflüssigkeit

10

Reaktorsumpf

11

Umwälzpumpe

12

Berieselungseinrichtung

13

Zufuhreinrichtung für Nährlösung, Säure, Lauge und/oder Sauerstoffträger

14

Ausschleusung

15

gereinigtes Abgas

Claims (16)

1. Verfahren zur mikrobiologischen Reinigung von Gasen oder Gasgemischen,
bei dem das Gas oder Gasgemisch (5) an mindestens zwei, jeweils mindestens zwei Oberflächen aufweisenden und für die aus dem Gas oder Gasgemisch abzutrennen­ den Bestandteile permeablen Trägern (3) vorbeigeführt wird,
bei dem Mikroorganismen (7) die Oberflächen der Träger partiell belegen und
bei dem die mit Mikroorganismen belegten Oberflächenbereiche mit einer Flüssig­ keit berieselt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Gas oder Gasgemisch derart an den Trägern vorbeigeführt wird, dass es gleichzeitig mit Mikroorganismen belegten und mit nicht-belegten Bereichen von Trägeroberflächen kontaktiert wird,
wobei zunächst die hydrophilen Bestandteile des Gases oder Gasgemisches von dem Flüssigkeitsfilm an den mit Mikroorganismen belegten Bereichen und die hydrophoben Bestandteile adsorptiv an den nicht mit Mikroorganismen belegten Bereichen der Träger aufgenommen, dann die Bestandteile zu den Mikroorganismen (7) transportiert und abschließend die Bestandteile von den Mikroorganismen abgebaut werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Träger (3) mit einer mit Mikroorganismen belegten Oberfläche eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Träger (3) mit porösen Werkstoffen eingesetzt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Träger (3) mit einer Membran eingesetzt werden, die sich zwischen dem Träger (3) und den Mikroorganismen (7) befindet.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Träger (3) mit einem Adsorptions­ vermögen für einen oder mehrere der aus dem Gas oder Gasgemisch (5) abzu­ trennenden Bestandteile eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder Gasgemisch (5) an plattenförmigen Trägern (3) vorbeigeführt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder Gasgemisch (5) an Trägern (3) mit einen Anstellwinkel (4) zwischen 0 und 90°, insbesondere zwischen 5 und 30°, gegenüber der Vertikalen und einer nach oben zeigenden mit Mikroorganismen belegten Oberfläche vorbeigeführt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Gas oder Gasgemisch (5) an 40 bis 100 nebeneinander angeordneten Trägern vorbeigeführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Gas oder Gasgemisch (5) im Gegenstrom, im Kreuzstrom oder im Gleichstrom zu der Berieselungsflüssigkeit (6) geführt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Berieselungsflüssigkeit (6) Wasser oder eine wässerige Lösung eingesetzt wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Berieselungsflüssigkeit (6) im Kreislauf geführt wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Berieselungsflüssigkeit (6) abgespülte Mikroorganismen aus der Berieselungsflüssigkeit durch eine Ausschleusung (14) entnommen werden.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Berieselungsflüssigkeit (6) Chemikalien zudosiert werden.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Gas oder Gasgemisch (5) vor oder während der Kontaktierung mit den Trägern (3) beheizt oder gekühlt und/oder an beheizten oder gekühlten Trägern und/oder an beheizter oder gekühlter Berieselungsflüssigkeit (6) vorbeigeführt wird.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als zu reinigendes Gas oder Gasgemisch die bei technischen oder natürlichen Prozessen anfallende Abluft oder Abgase eingesetzt wird.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, mit mindestens zwei, jeweils mindestens zwei Oberflächen aufweisenden Trägern (3), die für die aus dem Gas oder Gasgemisch abzutrennenden Bestandteile permeabel sind,
deren Oberflächen partiell mit Mikroorganismen (7) belegt sind und
deren mit Mikroorganismen belegte Oberflächenbereiche mit einer Flüssigkeit berieselbar sind,
dadurch, gekennzeichnet, dass die Träger (3) derart angeordnet sind, dass das zu reinigende Gas oder Gasgemisch (5) gleichzeitig mit Mikroorganismen belegten und mit nicht-belegten Bereichen von Trägeroberflächen kontaktiert ist.