DE2839173C2

DE2839173C2 -

Info

Publication number: DE2839173C2
Application number: DE2839173A
Authority: DE
Inventors: Walter Schofield Wis. Us Burant Jun.; William Marvin Wausau Wis. Us Copa
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1977-09-15
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1990-11-15
Also published as: FR2403102A1; CH625132A5; NL190269C; CA1104795A; DE2839173A1; GB2004198A; JPS5453670A; NL190269B; BE870281A; NL7809138A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von unangenehmen Verunreinigungen aus einen Geruch abgebenen Gasströmen, die bei industriellen Verfahren erzeugt werden.

Die riechenden organischen oder anorganischen flüchtigen Materialien, die für den unangenehmen Geruch der am häufigsten in Betracht kommenden Gasströme verantwortlich sind, sind gewöhnlich schwefelhaltige Verbindungen, stickstoffhaltige Verbindungen oder sauerstoffhaltige Verbindungen. Die riechenden Verbindungen, die in dieser Gruppe von Verbindungen enthalten sind, weisen Geruchsschwellkonzentrationen (OTC) im Bereich von so gering wie 0,00021 ppm (bezogen auf das Volumen) bis zu so hohen Werten wie 100 ppm auf. Riechende, schwefelhaltige Verbindungen schließen Schwefelwasserstoff mit einer OTC von 0,00047 ppm, Methylmercaptan mit einer OTC von 0,0021 ppm und Dimethylsulfid mit einer OTC von 0,0010 ppm ein. Riechende, stickstoffenthaltende Verbindungen umfassen Trimethylamin mit einer OTC von 0,00021 ppm und Ammoniak mit einer OTC von 46,8 ppm. Beispiele für riechende, sauerstoffhaltige Verbindungen sind Acetylaldehyd bzw. Acetaldehyd mit einer OTC von 0,21 ppm und Aceton mit einer OTC von 100,0 ppm.

Riechende Gasströme werden gebildet, wenn eine oder mehrere geruchsabgebende Verbindungen in einen Gasstrom verflüchtigt werden. Das Verflüchtigen kann durch ein Kochverfahren bewirkt werden. Beispiele hierfür sind das Auslassen von Fett, die thermische Schlammkonditionierung bzw. -aufbereitung, die Trocknung von Schlamm und die Veraschung; durch biologischen Abbau, wie z. B. die biologische Behandlung von Abwasser; oder durch Belüftungsverfahren, ein Beispiel hierfür ist das Strippen bzw. Abstreifen von Ammoniak. Kochverfahren in der Aufbereitungsindustrie führen zu geruchsbildenden Gasströmen, die riechende Verbindungen aus der Gruppe der Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff enthaltenden Verbindungen enthalten. Die thermische Schlammaufbereitung unter oxidierenden Bedingungen und die Veraschung von Schlamm führen zu riechenden Gasströmen, die sauerstoffhaltige Verbindung enthalten. Jedoch führt die thermische Schlammaufbereitung, die unter reduzierenden Bedingungen durchgeführt wurde, zu einem Gasstrom, der riechende Schwefelverbindungen, sowie sauerstoffhaltige, riechende Verbindungen enthält. Bei der Behandlung von Abwasser kann die biologische Aktivität zu geruchsbildenden Gasen führen, die riechende Stickstoff-, Schwefel- und Sauerstoffverbindungen enthalten. Belüftungsverfahren können ebenfalls zur Verflüchtigung von riechenden Gasen führen, die riechende Stickstoff-, Schwefel- und Sauerstoffverbindungen enthalten.

Behandelt man Geruch verbreitende Gasströme, die eine oder mehrere der Klassen an riechenden Verbindungen enthalten, so wird die Gasabsorption gewöhnlich in chemischen Waschsystemen durchgeführt. Ein geruchsverbreitender Gasstrom, der nur riechende Schwefelverbindungen enthält, die aus Schwefelwasserstoff, Mercaptanen und organischen Sulfiden bestehen, kann wirksam durch Waschen der riechenden Gase mit einer wäßrigen Alkalilösung wie Natriumhydroxid behandelt werden. Ein riechender Gasstrom, der nur riechende Stickstoffverbindungen enthält, die aus Ammoniak und organischen Aminen bestehen, kann wirksam durch Waschen der geruchsverbreitenden Gase mit einer wäßrigen Säurelösung, wie Schwefelsäure, behandelt werden. Ein riechender Gasstrom, der nur riechende Sauerstoffverbindungen enthält, die aus organischen Aldehyden und organischen Säuren bestehen, kann wirksam behandelt werden durch Waschen der riechenden Gase mit einer wäßrigen Lösung von Kaliumpermanganat.

Ist ein geruchsverbreitender Gasstrom beteiligt, der riechende Schwefelverbindungen, riechende Stickstoffverbindungen und riechende Sauerstoffverbindungen enthält, so hat sich das Waschen mit chemischen Oxidationslösungen, entweder mit wäßrigem Natriumhypochlorit oder wäßrigem Kaliumpermanganat als wirksame Behandlungsweise erwiesen. Jedoch weisen übliche chemische Waschbehandlungen den Nachteil auf, daß die Chemikalie häufig erneuert werden muß, da sie aufgebraucht wird, und im Falle von Kaliumpermanganat fällt unlösliches Mangandioxid aus der Waschlösung aus und muß verworfen werden.

Es sind auch Adsorptionsmethoden zur Entfernung von riechenden Verbindungen aus einem Gasstrom bekannt. Sauerstoffhaltige organische Substanzen, Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid wurden aus Gasströmen durch Waschen mit einer Suspension von Aktivkohle in Wasser entfernt, vgl. D. Metha et al., Environmental Science Tech. 1, 325 (1967); A. Quach, M. S. Thesis, Pennsylvania State University (1968) (S. i-vi, 1-27 und 62-63); J. Seaburn et al., Gas Purification by Adsorption, AIChE symposium Series 69 (1973).

Sauerstoffhaltige, organische Substanzen wurden aus geruchsverbreitenden Gasströmen entfernt, die aus Naßoxidationsreaktoren stammten, durch Gasabsorption in einer wäßrigen Suspension von biologischen Feststoffen (vgl. US-PS 38 28 525 vom 13. August 1974).

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von riechenden Substanzen aus Gasströmen, bei dem man das Gas durch eine wäßrige Suspension leitet, die sowohl biologische Feststoffe als auch Aktivkohle enthält. Es zeigt sich, daß dieses Waschmedium wesentlich wirksamer zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen ist, als ein Medium, das nur biologische Feststoffe enthält, oder ein Medium, das nur Aktivkohle enthält. Tatsächlich ist das erfindungsgemäße Waschmedium beträchtlich wirksamer, als der additive Effekt äquivalenter Mengen biologischer Feststoffe und von Aktivkohle, die getrennt in Reihe bzw. hintereinander verwendet werden.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren bereitzustellen zur Entfernung eines wesentlichen Anteils der organischen und anorganischen flüchtigen Substanzen aus einem einen Geruch verbreitenden Gasstrom. Dieses Verfahren besteht darin, den Gasstrom durch mindestens eine Gaswaschvorrichtung (Gas-Skrubber) zu leiten, die eine wäßrige Suspension von biologischen Feststoffen in einer Konzentration von etwa 50 mg/l bis 20 000 mg/l und pulverisierte Aktivkohle in einer Konzentration von etwa 50 mg/l bis 20 000 mg/l enthält.

Der einen Geruch abgebende Gasstrom kann aus jeglichem industriellem Betrieb stammen und enthält eine oder mehrere Schwefel, Stickstoff oder Sauerstoff enthaltende Substanzen, wie die vorstehend durch Beispiele veranschaulichten. Beispiele für Gasströme sind solche, die sich von Kochverfahren, thermischen Schlammaufbereitungsverfahren, Schlammtrocknungsverfahren, Veraschungsverfahren, Gasstripparbeitsgängen und dem biologischen Abbau von Abwässern herleiten.

Die biologischen Feststoffe, die erfindungsgemäß verwendet werden, bestehen aus einer wäßrigen Suspension von aktiviertem Abschlamm bzw. Abwasserschlamm oder der gemischten Flüssigkeit, die man erhält durch Zusatz von aktiviertem Abschlamm zu frischem Abwasser oder Wasser. Ein bevorzugter Konzentrationsbereich für die biologischen Feststoffe in dem Waschmedium liegt bei 1000 bis 5000 mg/l.

Ein bevorzugter Konzentrationsbereich für die Aktivkohle in dem Waschmedium liegt bei 5000 bis 16 000 mg/l.

In Abwasserbehandlungsanlagen stellt eine vorwiegende Geruchsquelle gewöhnlich der geruchsbildende Gasstrom aus dem oberen Raum eines Schlammeindickungsbehälters dar. Der geruchsabgebende Gasstrom enthält Schwefelwasserstoff in einer Konzentration von etwa 0,1 bis 10 ppm (bezogen auf das Volumen) und weist ein Geruchskonzentrationsniveau von etwa 40 bis 200 Geruchseinheiten pro 0,028 m³ auf. Wird dieser Überkopf-Gasstrom aus der Schlammeindickvorrichtung durch eine Suspension von Aktivkohle und biologischen Feststoffen in Wasser geführt, so wird die Schwefel-Wasserstoff-Konzentration auf weniger als 10% der ursprünglichen Konzentration verringert, und in gleicher Weise wird das Geruchskonzentrationsniveau auf weniger als 10% des ursprünglichen Konzentrationsniveaus verringert.

Die von einem Naßluftoxidationsverfahren stammenden Abgase, insbesondere solche, die von der Naßluftoxidation von Abwasserschlamm kommen, enthalten einen Geruch verbreitende Stickstoffverbindungen und einen Geruch verbreitende sauerstoffhaltige Verbindungen in Kombination. Die riechenden Stickstoffverbindungen sind Ammoniak und andere Amine. Ammoniak liegt in diesem Gasstrom in einer Konzentration von etwa 50 bis 1000 ppm vor. Die riechenden Sauerstoffverbindungen sind Methanol, Acetaldehyd, Äthanol, Acrolein, Propionaldehyd, Aceton und andere. Die riechenden Sauerstoffverbindungen, gemessen in Kombinationen, liegen in diesem Gasstrom in einer Konzentration von 1000 bis 10 000 ppm (bezogen auf das Volumen) vor. Wird dieses Abgas aus einer Naßluftoxidationseinheit durch eine Suspension von Aktivkohle und biologischen Feststoffen in Wasser geleitet, so wird die Konzentration der riechenden Sauerstoffverbindungen auf weniger als 35% des ursprünglichen Wertes verringert, und die Ammoniakkonzentration wird auf weniger als 5% der ursprünglichen Konzentration verringert.

In einigen Abwasser-Behandlungsfällen ist die Waschsuspension erhältlich als Seitenstrom von dem Belüftungsanteil der Anlage, da diese gleiche Suspension dort zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Abwasser verwendet wird. Bei einer normalen Abwasserbehandlung wird ein Teil dieser Suspension kontinuierlich durch ein Regenerationssystem geführt, das die biologischen Feststoffe und adsorbierte riechende Substanzen durch Oxidationsreaktionen entfernt, die diese Substanzen in Kohlendioxid und Wasser umwandeln. Der regenerierte Kohlenstoff wird anschließend in den Einlaß-Abwasserstrom zurückgeführt und erneut mit biologischen Feststoffen vermischt und bei der Abwasserbehandlung und der Gaswäsche eingesetzt.

In solchen Fällen, wo ein Gemisch von Aktivkohle und biologischen Feststoffen nicht aus angeschlossenen Behandlungsverfahren erhalten werden kann, kann es erzeugt werden durch Anwendung eines Belüftungssystems; das sich in einem geschlossenen flüssigen Kreislauf mit der Gaswaschvorrichtung befindet. Eine derartige Arbeitsweise erfordert die kontinuierliche Zugabe von frischer Kohle oder die Regenerierung der verbrauchten Kohle. Jedoch ist die Geschwindigkeit bzw. das Ausmaß, in der bzw. in dem Kohlenstoff ersetzt oder regeneriert werden muß, relativ gering, da der biologische Anteil des Systems einen wesentlichen Anteil der einen Geruch abgebenden Substanzen entfernt und stabilisiert (vgl. die nachstehenden Beispiele 1 und 2).

Dieses Belüftungssystem kann mit einer Anfangsbeschickung von sowohl aktiviertem Schlamm als von Kohle gestartet werden, oder es kann durch eine Aufschlämmung von Aktivkohle allein in Gang gesetzt werden.

Bei der letzteren Startmethode erreicht das System rasch die gewünschte Konzentration an biologischen Feststoffen bedingt durch die normale Verunreinigung mit Organismen, die in einer nicht gesteuerten Atmosphäre vorhanden sind, sowie durch deren aerobes Wachstum unter Verwendung der Verunreinigungen, die durch die frische Kohleaufschlämmung aus dem Gasstrom entfernt werden, als Nahrungsquelle.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nach zwei Methoden durchgeführt werden. Bei der ersten Methode kann der einen Geruch abgebende Gasstrom in dem Waschmedium dispergiert werden in einer Gassprüh- bzw. Einblasevorrichtung, die sich unter der Oberfläche der Suspension aus Aktivkohle und biologischen Feststoffen in Wasser befindet. Das einen Geruch abgebende Gas gelangt dann in Form von Blasen zur Oberfläche, wobei eine Massenübertragung der riechenden Verbindungen zwischen dem riechenden Gas und dem Waschmedium erzielt wird. Bei der zweiten Methode werden der riechende Gasstrom und das Waschmedium in einem Absorptionsturm in Kontakt gebracht, indem die Massenübertragung der riechenden Verbindungen aus dem Gasstrom in das Waschmedium erfolgt.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Eine aus einer Naßluftoxidationseinheit für Abwasserschlamm austretende Gasprobe, die riechende Sauerstoffverbindungen enthält, wurde durch eine Gasabsorptionsstraße geleitet, die aus zwei in Reihe angeordneten Zusammenführ- bzw. Zusammenprallvorrichtungen bestand, von denen jede 250 ml Waschmedium enthielt. Die Konzentrationen der gesamten riechenden Sauerstoffverbindungen in den Gasstraßen-Einlaß- und Gasauslaßströmen wurden unter Anwendung des Flammenionisationsdetektors gemessen. Die Konzentration an riechenden sauerstoffhaltigen Verbindungen wird als Methanäquivalent abzüglich der tatsächlichen Methankonzentration angegeben. Die Waschmedien, die verglichen wurden, waren

1. eine Suspension von Aktivkohle (16 g/l) und von biologischen Feststoffen (3,2 g/l) in Wasser,
2. eine Suspension von Aktivkohle allein (16 g/l) in Wasser und
3. Wasser allein.

Die Entfernung von riechenden sauerstoffhaltigen Verbindungen durch die jeweiligen Waschmedien ist in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle 1

Die größte prozentuale Konzentrationsverringerung an sauerstoffhaltigen Verbindungen (64,6%) ergab die Suspension von Aktivkohle und biologischen Feststoffen in Wasser.

Beispiel 2

Eine Gasprobe, die aus einer Naßluftoxidationseinheit für Abwasserschlamm stammte und riechende Sauerstoffverbindungen enthielt, wurde durch die in Beisp. 1 beschriebene Gasstraße geleitet. In diesem Beispiel wurden folgende Waschmedien verglichen:

1. eine Suspension von Aktivkohle (8 g/l) und biologischen Feststoffen (2,6 g/l) in Wasser,
2. eine Suspension von biologischen Feststoffen allein (2,6 g/l) in Wasser,
3. eine Suspension von Aktivkohle allein (8 g/l) und
4. Wasser allein.

Die Entfernung der riechenden Sauerstoffverbindungen durch die jeweiligen Waschmedien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle 2

Auch hier zeigt sich die größte prozentuale Verminderung der Konzentration an riechenden Sauerstoffverbindungen (65,5%) bei Anwendung der Suspension von Aktivkohle und biologischen Feststoffen in Wasser.

Beispiel 3

Ein einen Geruch aufweisender Gasstrom, der vom oberen Ende einer Schwerkraft-Eindickungsvorrichtung für Abwasserschlamm stammte und Schwefelwasserstoff in einer Konzentration von 0,104 ppm enthielt, wurde durch zwei gefüllte bzw. gepackte Turmwaschvorrichtungen geführt, die in Reihe bzw. hintereinander angeordnet waren. Jeder gefüllte Turm wies einen Durchmesser von 30 cm und eine Bettiefe von 1,5 m auf. Das Turm-Füllmaterial bestand aus handelsüblichen Sattelfüllkörpern aus Kunststoff von 2,54 cm. In jedem Turm wurde eine Waschsuspension aus Aktivkohle von etwa 8 g/l und biologischen Feststoffen von etwa 3 g/l vom dem Bodensumpf zu einem oberen Abschnitt zirkuliert, wo sie über die Oberfläche des gepackten Bettes gesprüht wurde. Das Waschmedium wurde mit einer Geschwindigkeit von 5 g/Min. im Kreislauf geführt, und der riechende Gasstrom wurde durch die Waschanlagen bzw. die Absorptionsanlagen in einer Geschwindigkeit von etwa 4,2 m³ pro Minute gezogen.

Der aus dem ersten der beiden Waschtürme bzw. Skrubber austretende Gasstrom wies eine Schwefelwasserstoffkonzentration von 0,031 ppm auf und der aus dem zweiten der hintereinander angeordneten Skrubber austretende Gasstrom wies eine Schwefelwasserstoffkonzentration von 0,012 ppm auf. Die Geruchscharakteristika des Gasstromes, die aus dem zweiten der beiden hintereinander angeordneten Skrubber austrat, waren im Hinblick auf die Geruchscharakteristika des eingeführten, einen Geruch aufweisenden Gasstromes wesentlich verbessert.

Beispiel 4

Es wurden zwei Versuche durchgeführt, um die verbesserte Wirksamkeit eines Waschmediums aufzuzeigen, das sowohl biologische Feststoffe als auch Aktivkohle aufwies, im Vergleich mit Waschmedien, die biologische Feststoffe allein sowie Aktivkohle allein enthielten und nacheinander verwendet wurden.

Bei einem Versuch wurden Gase, die aus einer thermischen Schlammaufbereitungseinheit stammten und flüchtige organische Substanzen enthielten, die im folgenden als THC bezeichnet werden, durch zwei Gasabsorptions-Waschflaschen geleitet, die hintereinander angeordnet waren, wobei die Geschwindigkeit 6 l pro Minute betrug. Die erste Waschflasche enthielt 250 ml einer gemischten Flüssigkeit aus 4,68 g/l an biologischen Feststoffen, und die zweite Waschflasche enthielt 250 ml einer Aufschlämmung von 16 g/l pulverisierter Aktivkohle in Wasser. Es wurden Gasanalysen von dem unbehandelten Gas (ursprünglich), nach dem Durchtritt des Gases durch die erste Waschflasche (1. Stufe) und nach dem Durchtritt des Gases durch die zweite Waschflasche (2. Stufe) durchgeführt. Es wurden drei Ansätze durchgeführt, bei denen Proben nach 5, 10 bzw. 15 Minuten entnommen wurden. Man erhielt folgende Ergebnisse:

Dampfanalysen der gemischten Flüssigkeit und der Kohlenstoff-Wasser-Aufschlämmungs-Wäsche

Die zweite Untersuchung wurde unter Anwendung des gleichen Arbeitsgangs durchgeführt, wobei jedoch beide Waschflaschen 8 g/l pulverisierte Kohle, aufgeschlämmt in 250 ml gemischter Flüssigkeit mit 2,52 g/l biologischen Feststoffen enthielten.

Man erhielt folgende Ergebnisse:

Dampfanalyse der kombinierten Kohlenstoff-gemischten Flüssigkeitswäsche

Ein Vergleich der Ergebnisse der beiden Untersuchungen zeigt, daß die Leistungsfähigkeit der gesamten THC-Entfernung bei der ersten beschriebenen Untersuchung 59, 59 und 44% für die nach 5, 10 bzw. 15 Minuten entnommenen Proben betrug. Bei der zweiten beschriebenen Untersuchung lagen die Leistungsfähigkeiten bei 80, 70 und 70%.

Das kombinierte Kohlenstoff-gemischte Aufschlämmung-Medium weist so eine wesentlich höhere Leistungsfähigkeit auf, als im wesentlichen äquivalente Mengen von getrennt angewendeter Kohlenstoffaufschlämmung und gemischter Flüssigkeit.

Claims

1. Verfahren zur Entfernung eines wesentlichen Anteils der organischen und/oder anorganischen flüchtigen Substanzen aus einem einen Geruch verbreitenden Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gasstrom durch mindestens eine Gaswaschanlage leitet, die eine wäßrige Suspension von biologischen Feststoffen in einer Konzentration von 50 mg/l bis 20 000 mg/l und Aktivkohle in einer Konzentration von 50 mg/l bis 20 000 mg/l enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die biologischen Feststoffe in einer Konzentration von 1000 bis 5000 mg/l und die Aktivkohle in einer Konzentration von 5000 bis 16 000 mg/l verwendet.