DE2656689C2 - Verfahren zum Naßreinigen von organische Kohlenstoffverbindungen enthaltender Abluft mit biologischer Flüssigkeitsregenerierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Naßreinigen von organische Kohlenstoffverbindungen enthaltender Abluft mit biologischer Regenerierung der Waschflüssigkeit nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-OS 20 20 207 als bekannt hervorgeht

Bei diesem Verfahren, das der Geruchsbeseitigung der Stallabluft von Massentierhaltungert dient, wird als Nährsubstrat Gülle oder Geflügelkot also ein Substrat das in seiner Zusammensetzung der zu reinigenden Stallabluft entspricht zugeführt Diese Zufuhr dient zum Aufbau eiiKr bestimmten Belebtschlamm-Menge im Waschmedium und zur Adaption der Biozönose an die Stallabluft während einer gewissen Anlaufzeit des Waschvorganges. Wenn sich danach eine genügende Menge an adaptiertem Belebtschlamm gebildet hat muß die gesonderte Nährstoffzufuhr eingestellt werden, weil durch die abgebauten Geruchsstoffe selber sich laufend Belebtschlamm neu bildet und weil die Adaption durch den Waschvorgang aufrechterhalten wird. Da die Stallabluft laufend und in stets gleicher Zusammensetzung und Menge anfällt erhält sich die Biozönose nach der Anlaufphase selber aufrecht Eine weitere gesonderte Nährmittelzufuhr würde nur unnötigerweise die abzuziehende Schlamm-Menge erhöhen.

Eine Anwendung dieses Reinigungsverfahrens für Industrie-Abluft hat bisher keinen Eingang in die Praxis gefunden, weil dort höhere Abluftkonzentrationen vorliegen und weil die Industrie-Abluft nach Art und Menge der Verunreinigungen sehr starken Schwankungen unterliegt

Die US-PS 38 76 535 zeigt ein Verfahren zur Entfernung von Schwefel-Wasserstoff aus der flüssigen und gasförmigen Phase von septischen Abwässern, bei welchem das den Abwasserzulauf begleitende Gas zunächst durch Waschen mit Wasser auf absorptivem Wege von Schwefel-Wasserstoff befreit wird. Das Schwefel-Wasserstoff-haltige Waschwasser, das Abwasser und Belebtschlamm werden dann mit Sauerstoff gemischt um der Schwefel-Wasserstoff chemisch und den BSB biochemisch zu oxydieren.

Bei einem bekannten Naßreinigungsverfahren für Schwefel-Wasserstoff-haltige Abgase werden diese in einem Waschturm feucht und mit Chlor behandelt wobei aufgrund einer im Waschturm sofort ablaufenden chemischen Reaktion der Schwefel-Wasserstoff in Schwefeldioxyd und verdünnte Salzsäure überführt werden, die laufend mit dem entweichenden behandelten Abgas in die Atmosphäre ausgetragen werden. Damit kein überschüssiges Chlor und auch kein restlicher Schwefel-Wasserstoff im behandelten Abgas erscheinen, wird die zugeführte Chlorgasmenge über ein Redox-Gerät gesteuert das feststellt ob das gereinigte Gas noch reduzierende (Schwefel-Wasserstoff) oder oxydierende Bestandteile (Chlor) enthält Dieses Verfahren kommt ohne Regeneration der Waschflüssigkeit aus, weil die chemischen Reaktionen sofort und vollständig im Waschturm ablaufen. Es handelt sich um ein Regelverfahren, bei dem aufgrund einer Chlorzugabe auf der Austrittsseite des Gases ein bestimmtes Redox-Potential eingeregelt wird.

Es ist auch ein anderes Naßreinigungsverfahren für Abgase bekannt welches mit einer oxydativen Regeneration des Waschmittels arbeitet. Auch hier geht es um die Beseitigung von Schwefel-Wasserstoff. Die beladene Waschlösung wird durch Begasen mit Sauerstoff oder Luft wieder regeneriert, wobei, die aktive Komponente wieder in ihre ursprüngliche höhere Oxydationsstufe zurückkehrt der absorbierte Schwefel jedoch als Elementarschwefel in Freiheit gesetzt und durch Filtration dem Waschmedium entzogen wird.

Die vorliegende Erfindung geht von einer biologischen Regeneration des Waschmediums aus und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, einen Waschprozeß der angesprochenen Art derart zu gestalten, daß er zur Reinigung von diskontinuierlich anfallender Abluft eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst Die in der Regenerierungseinrichtung herangezogene, an die Art der Verunreinigungen adaptierte Biozönose zehrt von den ausgewaschenen Verunreinigungen. Nur soweit die Schmutzfracht zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden biologischen Aktivität nicht ausreicht muß eine entsprechende Menge an Nährlösung zudosiert werden. Die Nährlösungszufuhr ist insbesondere in längeren Arbeitspausen, z. B. über Nacht oder über die Wochenenden erforderlich, weil während dieser Wäscherstillstandszeiten die Biozönose künstlich am Leben erhalten werden muß.

Die Ermittlung der Schmutzfracht kann auf die organischen Kohlenstoffverbindungen beschränkt sein — diese können mit einem Flammenionisationsdetektor (FI D-Gerät) ermittelt werden —, weil organische Kohlenstoffverbindungen durch Sorption ausgewaschen und biologisch abgebaut werden können. Andere Verunreinigungsarten sind ggf. zweckmäßigerweise durch andere vorgeschaltete Waschprozesse aus der Abluft zu entfernen.

Durch Störungen verschiedenster Art kann es vorkommen, daß die biologische Aktivität der Biozönose einen brauchbaren bzw. zulässigen Bereich verläßt Kritisch in dieser Hinsicht ist ein Unterschreiten der biologischen Aktivität unter einen unteren Eckwert, weil das einen Ausfall der Biozönose und dementsprechend ein Nachlassen der Regenerierungswirkung für die Waschflüssigkeit bedeutet Die Waschflüssigkeit würde sich mehr und mehr mit Verunreinigungen anreichern und schließlich keine Verunreinigungen mehr aufnehmen können, so daß die Abluft ungereinigt ins Freie verblasen würde. Die Anlage müßte dann über mehrere Tage hinweg, während deren erst wieder eine adaptierte Biozönose herangezogen werden müßte, stillgelegt werden. Um solche Gefahren zu vermeiden, wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung die biologische Aktivität laufend ermittelt und achtgegeben, daß diese Größe nicht außerhalb eines zulässigen Bereiches hinausdriftet Sollte dieser Fall doch einmal eintreten, so wird Alarm gegeben und/oder selbsttätig derart eingegriffen, daß die extrem angewachsenen Werte wieder auf zulässige Werte zurückkehren.

Im rauhen Werkstattbetrieb kann es möglich sein, daß die Nährlösung biologischen Veränderungen unterliegt. Zum Beispiel kann bei verschmutzten Nährlösungsbehältern die darin gespeicherte Zuckerlösung in Gärung übergehen oder es kann eine Milchpulverlösung sauer werden. Durch solche Vorgänge ändern sich die Nährwerte je Volumeneinheit an Nährlösung. Eine volumetrische auf den Ausgangsnährwert der Nährlösung ausgelegte Zudosierung würde dann zu falschen Betriebsergebnissen führen. Es könnte bei ungewollt vermindertem Nährwert der Nährlösung gegenüber dem Ausgangswert eine »Unterernährung« der Biozönose in den Stillstandszeiten eintreten und die biologische Aktivität der Biozönose spürbar nachlassen. Um solche Fälle zu vermeiden, ist es zweckmäßig, der

Nährlösung einen Inhibitor oder ein Stabilisierungsmittel zuzugeben, welches in starker in der Nährlösung vorliegender Konzentration auf Bakterien toxisch und dementsprechend als Konservierungsmittel wirkt, aber bei Verdünnungen, die beim Eindosieren der Nährlösung in die Regenerierungseinrichtung eintreten, biologisch abbaubar ist. Ein geeignetes Mittel hierfür wäre z. B. Phenol.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Verfahrensschemas für eine biologische Abluftreinigung und entsprechender Regelungsanordnung nachfolgend noch kurz erläutert.

In dem Verfahrensschema ist ein Füllkörperwäscher 3 sowie ein Venturi-Vorwäscher 2 angeordnet, in den die Abluftleitung 1 einmündet. Die Abluft wird durch das auf der Austrittsseite des Wäschers angeordnete Gebläse 4 durch den Wäscher hindurchgefördert; an dem Gebläse tritt die gereinigte Luft durch die Reingasleitung 5 ins Freie aus.

Im unteren Teil des Wäschers 3 bildet sich ein Sumpf 6 aus Waschmedium, aus dem laufend Waschflüssigkeit durch die Umwälzpumpe 8 abgesaugt und über die Waschdüsen 9 erneut mit der Abluft in Kontakt gebracht wird.

Beim Durchtritt der Abluft durch den Vor- und den Hauptwäscher werden die Luftverunreinigungen durch Sorption an die Waschflüssigkeit abgegeben. Die an das Waschmedium übergebene Schmutzfracht wird in einer vom Wäscher gesonderten Regenerierungseinrichtung 10 aus dem Waschmedium wieder entfernt und das Waschmedium zur erneuten Verwendung im Wäscher regeneriert. Hierfür ist ein Spitzbehälter 12 mit Überlauf 13 sowie entsprechende Verbindungsleitungen 11a und lift und Zirkulationspumpen 11 vorgesehen.

Das erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung geht von einer zu reinigenden Abluft aus, die als Verunreinigungen organische Kohlenstoffverbindungen enthält; etwaige andere Verunreinigungsarten — abgesehen von normalem Staub — sollten zweckmäßigerweise zuvor in anderen Waschstufen ausgeschieden sein. Organische Kohlenstoffverbindungen lassen sich besonders vorteilhaft auf oxydative Weise aus einem Waschwasser entfernen. Die zunächst ins Waschmedium übergegangenen Verunreinigungen werden durch die Oxydation in einen sedimentierbaren Schlamm übergeführt, der bedarfsweise durch die Schlammabfuhrleitungen 7 am Wäscher bzw. 19 an der Regenerierungseinrichtung abgezogen werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Behälter 12 der Regenerierungseinrichtung eine an die Art der auszuwaschenden Verunreinigungen adaptierte Biozönose enthalten, also Bakterien, die sich von den zu entfernenden organischen Kohlenstoffverbindungen ernähren. Der auszuscheidende Schlamm setzt sich dann zusammen aus den Abbauendprodukten der Bakterien und aus Bakteriensubstanz.

Der von der Biozönose benötigte Sauerstoff wird der Regenerierungseinrichtung über den Tauchbelüfter 14 zugeführt, in den mittels des Gebläses 15 Luft, die durch die Leitung 18 angesaugt wird, in die Flüssigkeit eo eingeblasen wird. Die Belüftungstätigkeit bzw. die Luftmenge wird bedarfsweise gesteuert Hierfür ist eine Sauerstoffsonde 16 sowie ein Sauerstoffsteuergerät 17 vorgesehen. .

Die Lebewesen der Biozönose ernähren sich von den an die Waschflüssigkeit fibergegangenen organischen Kohlenstoffverbindungen. Die in der Abluft enthaltene Schmutzfracht stellt also das Nahrungsangebot für die Biozönose dar. Da die Biozönose nach Volumen und biologischer Aktivität zeitlich in etwa konstant bleiben soll, muß auch dieses Nahrungsangebot zeitlich etwa konstant bleiben, damit sich keine Überaktivität und auch keine Ausfallerscheinungen einstellen. Aus diesem Grunde ist für Zeiten eines geringen Anfalls oder völligen Ausfalls von Schmutz bzw. von Abluft die künstliche Zugabe einer Nährlösung in die Biozönose vorzusehen.

Zur quantitativen Erfassung der Schmutzfracht ist an der Abluftzufuhr 1 ein Flammenionisationsdetektor (FID) 26 vorgesehen, der die Konzentration von organisch gebundenem Kohlenstoff in der Abluftzufuhr feststellt. In gleicher Weise ist an der Reinseite 5 ein gleiches FI D-Gerät 27 vorgesehen. Die Meßausgänge beider Geräte werden auf ein Steuergerät 29 gegeben, welches die Differenz dieser Analysewerte an zeitlich zusammengehörigen Zeitpunkten registriert. Die Ausgangsanalysewerte vom Gerät 27 dürfen mit den Eingangsanalysewerten nur zu solchen Zeiten in Vergleich gebracht werden, die um die Aufenthaltszeit der Luft im Gaswäscher gegenüber dem Zulauf zeitverzögert sind. Auf der Gaszutrittsseite 1 ist noch eine Mengenmessung 28 vorgesehen, deren Meßausgang ebenfalls auf die Steuereinheit 29 geschaltet ist. Aus der Differenz der Konzentrationen schmutzgasgegenüber reingasseitig einerseits und aus der Abgasmenge andererseits kann multiplikativ das Gewicht der ausgewaschenen Schmutzfracht laufend ermittelt werden. Diese Schmutzfracht wird ständig mit einem zeitlich konstanten von der Einrichtung 30 eingesteuerten Sollwert verglichen. Dieser Sollwert repräsentiert den Nahrungsbedarf der Biozönose. In der Steuereinrichtung 29 wird nun das Defizit des Nahrungsangebotes aufgrund der ausgewaschenen Schmutzfracht gegenüber dem Nahrungsbedarf ermittelt und entsprechend des ermittelten Defizites die Dosierpumpe 25 zur Zugabe von Nährlösung aus dem Behälter 24 angesteuert

Mit dem Symbol 20 soll angedeutet sein, daß laufend die biologische Aktivität der Biozönose ermittelt wird. Meßtechnisch läßt sich dies am zweckmäßigsten derart bewerkstelligen, daß in regelmäßigen Abständen eine Probe definierten Volumens, z. B. ein Liter der Biozönose abgezogen wird, diese Probe durch künstliche Belüftung auf einen bestimmten Sauerstoffgehalt gebracht und anschließend ohne Luftpolster hermetisch verschlossen wird. Der in der Probenflüssigkeit enthaltene Sauerstoff stellt einen gewissen Sauerstoffvorrat für die Bakterien in der Probe dar, von dem sie eine Zeit lang leben können. Entsprechend der Sauerstoffzehrung der Bakterien wird der Partialdruck des Sauerstoffs der hermetisch verschlossenen Probe absinken. Dieser Druck wird gemessen und von seiner zeitlichen Änderung ein Aufschrieb angefertigt Das Ausmaß, in welchem der Druck in dem Luftvorrat abfällt, ist ein Maß für die Sauerstoffzehrung der Bakterien der Probe und .somit ein Maß für deren biologische Aktivität Nach Beendigung der Messung wird der Probeninhalt ins Becken zurückgeschüttet Für regelmäßige Messungen der Sauerstoffzehrung genügt es, einen Meßwert für den anfänglichen zeitlichen Abfall des Druckes im Luftvorrat der gezogenen Probe zu registrieren und nur diesen Wert auf einem Zeitaufschrieb festzuhalten. Es wird angestrebt, daß die biologische Aktivität der Biozönose zeitlich möglichst konstant bleibt

Es kann nun vorkommen, daß z. B. durch Betriebsstö-

rungen, ζ. B. durch Einschleppen von Giftstoffen in den Kreislauf der Waschflüssigkeit oder in die Abluft, die Biozönose in ihrer Lebensaktivität beeinträchtigt wird. In einem solchen Fall wird von der Überwachungseinrichtung 21, in die ständig die Signale der Aktivitätsmessung eingespeist werden, ein Alarmsignal an die Alarmeinrichtung 23 weitergeleitet, um dem Bedienungspersonal einen entsprechenden Hinweis zu geben (Alarmleitung 22). Gleichzeitig können Pumpen zur Zirkulation des Waschmediums, nämlich die Pumpen 8 und 11 stillgesetzt werden, um eine weitere Belastung der Biozönose mit Giftstoffen zu unterbinden und um eine Erholung und Wiederbelebung der Biozönose einzuleiten. Während einer solchen Erholungsphase kann die Waschanlage überhaupt nicht oder nur mit einer sehr verminderten Leistung gefahren werden,
in dem Nähriösungsbehälter 24, in dem z. B. eine

Zucker- oder eine Milchpulverlösung angesetzt sein kann, ist in bestimmter für die Bakterien toxisch wirksamer Konzentration ein Inhibitor zugesetzt. Dadurch ist eine Zersetzung der Nährlösung und dementsprechend eine Veränderung ihres Nährwertes vor ihrer Zugabe in die Biozönose vermieden. Durch das Einführen von zuzudosierender Nährlösung in den Behälter 12 wird der Inhibitor (z. B. Phenol) jedoch sehr stark verdünnt und verliert aufgrund dieser Verdünnung seine toxische Wirkung; es ist in diesen Verdünnungsgraden vielmehr biologisch abbaubar. Die beispielsweise ständige Phenolzufuhr in die Biozönose in unschädlichen Verdünnungen hat den Vorteil, daß die Adaption der Bakterien an die Art der Verunreinigungen, nämlich hier an die organischen Kohlenstoffverbindungen (Phenol) in der Abluft auch in den längeren Arbeitspausen z. B. an den Wochenenden nicht verloren geht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

230244/266

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Naßreinigen von organische Kohlenstoffverbindungen enthaltender Abluft, bei welchem diese in einem Gaswäscher mit einer Waschflüssigkeit in Kontakt gebracht wird und dabei die Verunreinigungen der Abluft zumindest weitgehend durch Sorption an die Waschflüssigkeit abgegeben und aus dem Gaswäscher fortgetragen werden, woraufhin die angereicherte Waschflüssigkeit in eine flüssige mit Nährlösung gefütterte gesondert gehaltene Biozönose geleitet und darin die ausgewaschenen Verunreinigungen zur Wiederverwendung der Waschflüssigkeit auf biologischem Wege oxidiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die je Zeiteinheit im Gaswäscher (2,3) an die Waschflüssigkeit abgegebene Menge an Verunreinigungen laufend ermittelt wird und daß der Biozönose Nährlösung in einer solchen Menge zugegeben wird, die sich aus dem Unterschied der laufend ermittelten ausgewaschenen Verunreinigungsmenge gegenüber einem konstanten maximal zulässigen Eckwert der Verunreinigungsmenge ergibt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bsi der Ermittlung der Menge der Verunreinigungen lediglich die Menge von organisch gebundenem Kohlenstoff ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß laufend die biologische Aktivitat der Biozönose ermittelt und daß bei Verlassen eines durch wenigstens einen Eckwert markierten zulässigen Bereiches, vorzugsweise nach unten — drohender Ausfall der Regenerierung — ein Signal gegeben und/oder der Waschvorgang reduziert oder abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei drohendem Ausfall der Regenerierung, insbesondere bei Unterschreiten der biologischen Aktivität unter einen unteren Eckwert die Zufuhr verunreinigten Gases zum Wäscher oder die Rückleitung von Waschflüssigkeit in die Regenerierungseinrichtung abgeschaltet oder wenigstens reduziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur laufenden Ermittlung der ausgewaschenen Verunreinigungsmenge jeweils laufend die Menge des je Zeiteinheit durch den Gaswäscher hindurchgeführten Gases — Gasvolumenstrom —, die bei Eintritt des Gases in so den Gaswäscher je Volumeneinheit Gas enthaltene Verunreinigungsmenge — spezifische Zulauf-Verunreinigungsmenge — und die bei Austritt aus dem Gaswäscher noch je Volumeneinheit an Gas verbliebene restliche Verunreinigungsmenge — spezifische Ablauf-Verunreinigungsmenge — ermittelt werden, wobei laufend die Differenz der spezifischen Zulauf-Verunreinigungsmenge zu irgendeinem zulaufseitigin Meßzeitpunkt gegenüber der spezifischen Ablauf-Verunreinigungsmenge zu einem gegenüber dem zulaufseitigen Meßzeitpunkt um die Aufenthaltszeit des Gases im Gaswäscher phasenverschobenen späteren Meßzeitpunkt gebildet und so laufend, die spezifische ausgewaschene Verunreinigungsmenge ermittelt wird und daß die Größen »spezifische ausgewaschene Verunreinigungsmenge« und »Gasvolumenstrom« laufend miteinander multipliziert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur laufenden Ermittlung der ausgewaschenen Verunreinigungsmenge bei vernachlässigbarer restlicher Verunreinigung in dem aus dem Gaswäscher austretenden Gas jeweils laufend die Menge des je Zeiteinheit durch den Gaswäscher hindurchgeführten Gases — Gasvolumenstrom — und die bei Eintritt des Gases in den Gaswäscher in einer Volumeneinheit an Gas enthaltene Verunreinigungsmenge — spezifische Zulauf-Verunreinigungsmenge — ermittelt und beide Größen laufend miteinander multipliziert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur laufenden Ermittlung der ausgewaschenen Verunreinigungsmenge jeweils laufend zum einen die Menge der je Zeiteinheit durch den Gaswäscher hindurchgeführten und wieder zur Regenerierungseinrichtung zurückgeführten Waschflüssigkeit — Flüssigkeits-Volumenstrom —, ferner die bei Eintritt der von der Regenerierungseinrichtung zugeführten Flüssigkeit in den Gaswäscher je Volumeneinheit Flüssigkeit in ihr enthaltene Verunreinigungsmenge — Zulaufkonzent.-ation — und die bei Ablauf der Flüssigkeit aus dem Gaswäscher in die Regenerierungseinrichtung je Volumeneinheit Flüssigkeit in ihr enthaltene Verunreinigungsmenge — Ablauf-Konzentration — ermittelt werden, wobei laufend die Differenz der Ablauf-Konzentration zu irgendeinem ablaufseitigen Meßzeitpunkt gegenüber der Zulauf-Konzentration zu einem gegenüber dem ablaufseitigen Meßzeitpunkt um die Aufenthaltszeit der Waschflüssigkeit im Gaswäscher phasenverschobenen früheren Meßzeitpunkt gebildet und so laufend die spezifische ausgewaschene Verunreinigungsmenge ermittelt wird und daß die Größen »spezifische ausgewaschene Verunreinigungsmenge« und »Flüssigkeits-Volumenstrom« laufend miteinander multipliziert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur laufenden Ermittlung der ausgewaschenen Verunreinigungsmenge bei vernachlässigbarer Verunreinigungskonzentration in der von der Regenerierungseinrichtung zum Gaswäscher zugeführten Waschflüssigkeit jeweils laufend die Menge der je Zeiteinheit vom Gaswäscher zur Regenerierungseinrichtung zurückgeführten Waschflüssigkeit — Flüssigkeits-Volumenstrom — und die Verunreinigungskonzentration in diesem Flüssigkeitsrückfluß ermittelt und beide Größen lautend miteinander multipliziert werden.

9. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Nährlösung ein Inhibitor oder Stabilisator zur biologischen Stabilisierung der Substanz zugesetzt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Inhibitor bzw. Stabilisator zur Stabilisierung der Nährlösung ein in hohen in der Nährlösung verwendeten Konzentration biologisch toxisch wirksames, aber in einer bei der Einführung in die Regenerierungseinrichtung eintretenden Verdünnung biologisch abbaubares Mittel, insbesondere Phenol verwendet wird, welches eine Adaption der Biozönose an die Art der auszuwaschenden und biologisch abzubauenden Verunreinigungen begünstigt bzw. erhält.