DE3780686T2

DE3780686T2 - Verfahren und vorrichtung zum desodorisieren von luft.

Info

Publication number: DE3780686T2
Application number: DE19873780686
Authority: DE
Inventors: Ronald Barker; Andrew Robert Jones
Original assignee: Electricity Association Services Ltd
Current assignee: Electricity Association Services Ltd
Priority date: 1986-04-18
Filing date: 1987-01-29
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2007-01-30
Also published as: GB2189232B; EP0242941B1; EP0242941A3; GB2189232A; DE3780686D1; GB8607061D0; EP0242941A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Destruktion und Beseitigung übelriechender Verbindungen aus einem Luftstrom mittels Gasabsorption kombiniert mit Ultraviolettstrahlung und Ozon und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Geruchsbekämpfung kann zusätzlich zur Gas-Flüssig-Absorption eine Reihe von Methoden herangezogen werden, wie beispielsweise thermische Verbrennung (Veraschung), katalytische Verbrennung, Adsorption durch einen Festkörper und Verdünnung. Verbrennung ist ersichtlich hinsichtlich des Brennstoffes sehr kostenintensiv, während Adsorption und Verdünnung nicht sehr effizient sind. Gas-Flüssig-Absorption, die üblicherweise in der Technik als Gaswaschen bezeichnet wird, ist die gebräuchlichste Art der Beseitigung übelriechender Verbindungen (bei nicht zu hohen Konzentrationen) aus großen Luft-Volumenströmen. Diese Technik ist mit relativ geringen Betriebskosten verbunden und -unter den richtigen Bedingungen-- dazu in der Lage, die Konzentration von übelriechenden Verbindungen bishin zu sehr niedrigen Werten zu reduzieren. Normalerweise liegt die Gaswaschflüssigkeit in Form von Sprühflüssigkeit vor, die im Gegenstrom zu dem Luftstrom geführt wird. Ein sog. packed bed bzw. Festbett oder ein in der englischen Fachterminologie als plate bed bezeichnetes Bett kann in der Gaswaschvorrichtung eingebaut sein, um die Gas-Flüssig-Vermischung und die Stoffübertragung zu verbessern. Als Waschflüssigkeit wird im allgemeinen Wasser verwendet. Doch selbst wenn die übelriechende Verbindung stark wasserlöslich ist, kann nur in geringem Maße Wasserrecycling praktiziert werden, bis ein Abfall der Effizienz stattfindet. Beim einem System, in dem nur ein Einzeldurchlauf von Wasser durch die einströmende Luft vorgesehen ist, wäre dieses Problem nicht gegeben. Bei einem solchen System würden aber große Mengen verunreinigten Wassers und damit Probleme hinsichtlich dessen Entsorgung auftreten.
Aus diesem Grunde wird dem Wasser üblicherweise ein Reaktant bzw. ein Reaktionsmittel zugegeben, um die übelriechende Verbindung zu zersetzen. Dadurch wird es möglich, die Waschflüssigkeit einige Male zu recyclen bzw. in Umlauf zu halten. Wenn ferner eine merkliche Reaktion zwischen dem in der Waschflüssigkeit gelösten Reaktanten und der übelriechenden Verbindung in der Gasphase stattfindet, wird die Stoffübertragung der übelriechenden Verbindung (bzw. des Produktes) von der Gasphase in die Flüssig-Phase vergrößert. Dies ist in besonderer Weise ausgeprägt, wenn die Löslichkeit der ursprünglichen übelriechenden Verbindung in Wasser niedrig ist.
Der gebräuchlichste der Waschflüssigkeit zugefügte Reaktantentyp ist ein Oxydationsmittel, da durch Oxydation üblicherweise Verbindungen erzeugt werden, die in Wasser besser löslich und ferner weniger riechend sind als die ursprünglichen Verbindungen.
Das gebräuchlichste in Gaswaschern verwendete Oxydationsmittel ist Natriumhypochlorit, da dieses preiswert ist. Dessen Verwendung bringt jedoch auch eine Reihe von Nachteilen mit sich. So sind verschiedene Stufenwascher bzw. Waschstufen heranzuziehen, um den gesamten Bereich übelriechender Verbindungen abzudecken. Ferner liegt eine Tendenz zur Abgabe von Chlorgas (insbesondere bei niedrigem pH-Wert) vor. Auch kann Chlorierung (eher als Oxydation) stattfinden, wodurch sehr übelriechende Verbindungen (z. B. Chloramine bei Chlorierung in Verbindung mit Aminen) und bestenfalls chlorierte organische Verbindungen erzeugt werden können, welche unter Umwelt- Gesichtspunkten als unerwünscht betrachtet werden.
Daher besteht ein Bedarf nach einem Oxydationsmittel, welches nicht zu unerwünschten Produkten führt und welches mit einem weiten Bereich übelriechender Verbindungen reagieren kann. Ozon und Wasserstoffperoxyd sind zwei Oxydationsmittel, die beide das erste Kriterium erfüllen, wobei Ozon das zweite Kriterium besser erfüllt als Wasserstoffperoxyd.
Ozon hat als Oxydationsmittel in Gaswaschsystemen Verwendung gefunden; es reagiert jedoch nicht ausreichend schnell mit einigen Klassen von übelriechenden Verbindungen, z. B. mit einigen Aminen, Carbonsäuren, Ketonen und Aldehyden, um effizient zu sein. Es ist auch nicht dazu in der Lage, jede organische Verbindung vollständig zu oxydieren, um Kohlendioxyd und Wasser zu bilden. Aus diesem Grunde kommt es wahrscheinlich zur Bildung von Carbonsäuren (mit der Folge einer Verminderung des pH-Wertes) in der Waschflüssigkeit.
In der JP-A-5389875 ist ein Verfahren zur Beseitigung übelriechender Verbindungen beschrieben, bei dem übelriechende Verbindungen enthaltende Feuchtluft mit ozonisierter Luft und Chlor gemischt und danach das Gasgemisch einer Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung ausgesetzt wird.
Wir haben nun festgestellt, daß sämtliche übelriechenden Verbindungen vollständig oxydiert und somit aus dem Luftstrom entfernt bzw. beseitigt werden, wenn dazu Ozon als Oxydationsmittel in Flüssig-Gas-Waschsystemen in Kombination mit der Ultraviolettbestrahlung (U. V.) der Waschflüssigkeit verwendet wird.
Demgemäß liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beseitigung von übelriechenden Verbindungen aus Luft, bei dem eine wäßrige Flüssigkeit ozonisiert bzw. ozoniert wird, die ozonisierte wäßrige Flüssigkeit mit ultravioletter Strahlung, welche eine Wellenlänge in dem Bereich von etwa 220 bis 300 nm aufweist, bestrahlt wird und danach die ozonisierte wäßrige Flüssigkeit mit dem die übelriechenden Verbindungen enthaltenden Luftstrom in Kontakt gebracht wird.
Das in der wäßrigen Flüssigkeit gelöste Ozon wird durch die ultraviolette Strahlung gemäß folgender Sequenz in Hydroxylradikale konvertiert.
O&sub3; + hv -- > O&sub2; + O*
O* + H&sub2;O -- > 2 OH
wobei O* ein angeregtes Sauerstoffatom ist, das -- vorausgesetzt, die ultraviolette Strahlung hat eine Wellenlänge < 334 nm -- gebildet wird. Diese Hydroxylradikale sind -- verglichen mit der begrenzten Reaktivität von Ozon-- hinsichtlich fast aller organischer Verbindungen reaktionsfähig. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann daher zur Behandlung jeder übelriechenden Verbindung in einem Luftstrom angewandt werden; und da die U.V./Ozon- Kombination derart stark oxydierend ist, werden alle die in der wäßrigen Flüssigkeit absorbierten Verbindungen zu Kohlendioxyd, Wasser etc. oxydiert, mit der Folge, daß die wäßrige Waschflüssigkeit sauber bleibt und im Vergleich mit der Waschflüssigkeit in einem konventionellen Gaswascher langlebig ist.
Die in dem Verfahren nach der Erfindung verwendete wäßrige Flüssigkeit ist vorzugsweise Wasser, obgleich es selbstverständlich vorteilhaft sein kann, für die Behandlung von Luftströmen, die mit bestimmten übelriechenden Verbindungen kontaminiert sind, eine schwach saure oder eine schwach alkalische wäßrige Waschlösung zu verwenden.
Die wäßrige Flüssigkeit ist vorzugsweise derart ozoniert, daß die Ozonkonzentration in dem Bereich von etwa 1 bis 10 ppm, vorzugsweise 6 bis 10 ppm liegt.
Die ultraviolette Strahlung liegt in dem Bereich von etwa 220 bis 300 nm. Eine Quecksilberniederdrucklampe mit einer Hauptemission bei 254 nm ist eine besonders geeignete Ultraviolettstrahlungsquelle, da diese Emission sehr gut das Absorptionsspektrum von Ozon in Wasser trifft, was zu einer effizienten Konversion von Eingangsenergie zu gebildeten Hydroxylradikalen führt. Vorzugsweise wird die ozonisierte wäßrige Flüssigkeit gleichmäßig mit ultravioletter Strahlung bestrahlt, so daß Hydroxylradikale gleichmäßig in der Flüssigkeit gebildet werden.
Die folgende Tabelle gibt einen Vergleich der Reaktionsraten von Ozon und Hydroxylradikalen mit verschiedenen Klassen von Verbindungen an. Verbindungen Olefine S enthaltende organische Phenole N enthaltende organische aromatische Acetylene Aldehyde Ketone Alkohole Alkane Karbonsäuren
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Gaswascher zur Beseitigung von übelriechenden Verbindungen aus Luft. Der Gaswascher umfaßt einen Waschbehälter, Mittel zum Ozonisieren einer wäßrigen Waschflüssigkeit mit ultravioletter Strahlung, Mittel zur Bewirkung einer Zirkulation der Waschflüssigkeit in dem Behälter und Mittel zum Einbringen der übelriechenden Luft in den Behälter und zum in-Kontankt-bringen der übelriechenden Luft mit der Waschflüssigkeit.
Die wäßrige Waschflüssigkeit ist vorzugsweise in einem Sumpf in dem Waschbehälter enthalten, und Ozon wird in die Flüssigkeit eingeführt, um sie zu ozonisieren. Die wäßrige Waschflüssigkeit wird im allgemeinen mittels einer Pumpe von dem Sumpf zu einem Sprühkopf umgewälzt bzw. transportiert, der eine Vielzahl von Sprühdüsen aufweist. Ein Kohlefilter zur Entfernung von überschüssigem Ozon aus der behandelten Luft kann oberhalb des Sprühkopfes positioniert sein. Ein oder mehrere Feuchte-Fallen bzw. Tropfenfänger können ferner unmittelbar oberhalb des Sprühkopfes positioniert sein, um zu verhindern, daß Wasser aus dem Sprühabschnitt heraus mitgeführt wird. Der übelriechende Luftstrom wird vorzugsweise in den untersten Teil des Waschgefäßes eingeführt, so daß er die wäßrige Waschflüssigkeit im Gegenstrom trifft. In einigen Fällen kann auch ein Gleichstrom- bzw. Parallelströmungsbetrieb von Vorteil sein.
Die Gaswaschvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann ferner ein sog. packed bed oder Festbett oder ein sog. plate bed enthalten, um die Gas-Flüssig-Vermischung und Stoffübertragung zu verbessern.
Zur Illustration, wie die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann, wird nachstehend beispielhaft auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen, die einen Gaswascher zur Behandlung übelriechender Luft zeigt.
Gemäß Fig. 1 wird ein übelriechender Luftstrom 1 längs der Leitung 2 und über ein Gebläse 3 in einen Gaswascher 4 geleitet. Der Gaswascher 4 umfaßt einen Sumpf 5, der elf 15 W - Quecksilberniederdrucklampen 6 enthält, und einen H-Abschnitt-Sprühkopf 7, der fünf Sprühköpfe enthält, welche Löcher mit 3 bis 4 mm Durchmesser aufweisen und gewinkelt angeordnet sind, um Strahlen mit einer zirkularen Bewegung zu erzeugen. Die Waschflüssigkeit -- im allgemeinen Wasser-- wird mittels einer Pumpe 8 kontinuierlich von dem Sumpf 5 zu dem Sprühkopf 7 gepumpt und auf diese Weise mit einer Flußrate von 50 l min&supmin;¹ umgewälzt bzw. in Zirkulation gehalten.
Ozon wird aus in Flaschen abgefülltem Sauerstoffgas (ohne Trocknung) erzeugt, welches längs der Rohrleitung 9 einem Ozonisator 10 zugeführt und über einen Verteilerstrang schließlich in den Sumpf 5 geleitet wird. Eine Sauerstoff- Flußrate von 600 l hr&supmin;¹ ergibt Ozonausbeuten von etwa 30 g Ozon M&supmin;³.
Unmittelbar oberhalb des Sprühkopfes 7 sind zwei Tropfenfänger 11 vorgesehen, um die Mitführung von Wasser aus dem Sprühabschnitt zu minimieren. Ein Aktivkohlebett 12 von bis zu 12 cm Tiefe wird zur Entfernung von überschüssigem Ozon aus dem Austrittsgas des Waschers verwendet. Die behandelte Luft 13 tritt aus dem Oberteil des Waschers aus. Der Kontakt der übelriechenden Luft mit der Waschflüssigkeit in dem Gaswascher findet im Gegenstrom statt.
Das Gebläse 3 kann einen Luftstrom von 3700 l min&supmin;¹ erzeugen. Wenn jedoch die Tropfenfänger 11 und das Kohlebett 12 installiert sind, wird der effektive Luftdurchsatz auf 1200 l min&supmin;¹ reduziert. Das Volumen der Waschflüssigkeit in dem Sumpf 5 beträgt 15 l. Das Volumen des Sprühabschnittes beträgt ca. 100 l. Der Gaswascher ist aus unplastifiziertem Polyvinylchlorid gebildet.
Der Gesamtleistungsverbrauch beträgt 1240 W und setzt sich zusammen aus: Ozonisator- 500 W; Lampen- 440 W; Gebläse- 100W; Pumpe- 200 W.
Die Erfindung wird ferner unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel beschrieben.

BEISPIEL

Zur Behandlung übelriechender Luft aus Prozessen zur Herstellung von 4-Chlor-2-methylphenoxyessigsäure (MCPA) und 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2,4-D) wurde ein Gaswascher verwendet, wie er unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen beschrieben wurde. Ein übelriechender Luftstrom wurde aus einem 10 m³ Reaktionsbehälter extrahiert, in dem die Hydrolyse der Natriumsalze von MCPA oder 2,4-D zu den freien Säuren unter Verwendung von Schwefelsäure durchgeführt wurde.
Die Geruchsschwellenkonzentration der einbezogenen Hauptverbindungen sind nachstehend angegeben: Verbindungen Geruchsschwellenkonzentration (ppm/Masse) Chlorphenole
Als der Verunreinigungspegel des Chlorphenol oberhalb 1,5 % lag, entsprach der Geruch im wesentlichen eher dem von Chlorphenol als dem von 2,4-D.
Zwei Typen von Experimenten wurden durchgeführt. Proben aus dem Luftstrom von dem oben genannten Reaktionsbehälter vor dem Wascher und nach dem Wascher (aber vor dem Kohlefilter) ließ man in Wasser hineinperlen. Sie wurden auf Chlorphenol und auf den organischen Gesamtgehalt hin mittels Flüssig-Chromatografie (l. c.) analysiert. Proben aus der Wascherlösung wurden ebenso auf Chlorphenol hin mittels einer colorimetrischen Technik und auf organischen Gesamtkohlenstoff (TOC) hin mittels eines TOC-Meßgerätes analysiert.
Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse von ausgedehnten Luftproben-Experimenten an, die über Perioden von 10 bis 30 min durchgeführt wurden, wenn der Geruch als maximal betrachtet wurde. Die Luftströmungsrate war entweder 1200 oder 2000 l min&supmin;¹. Diese Ergebnisse zeigen, daß kein systematischer Effekt bezüglich der Chlorphenol-Konzentrationen -- ggf. mit Ausnahme bei den höchsten Werten-- vorliegt. Es ergeben sich kleine aber merkliche Verminderungen in der Destruktion von Chlorphenol, wenn die Ozon-Konzentration vermindert oder die U.V.-Strahlung ausgeschaltet wird. Chlorphenol Konz., ug l&supmin;¹ in Luft % Destruktion
Die Ergebnisse der Analysen der Waschflüssigkeit sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Bei der Analyse gemäß Fig. 2 lag ein stetiger Aufbau von Chlorphenol (hier 4-Chlor-o-cresol) mit Wasser allein- und kein Chlorphenol vor, wenn entweder Ozon oder U.V./Ozon verwendet wurden. Fig. 3 zeigt wieder, daß mit Wasser allein ein stetiger Aufbau von TOC in der Waschflüssigkeit vorlag. Mit Ozon allein war der Aufbau langsamer. Mit U.V./Ozon war praktisch kein Aufbau von TOC über die 5-6 Stunden- Periode vorhanden. Es kann festgestellt werden, daß ein schwacher Effekt auf die Konzentration von Ozon mit der U.V./Ozon-Technik vorlag. Eine effektivere Destruktion der organischen Verbindungen wurde bei den höheren Ozonkonzentrationen erzielt.

Claims

1. Verfahren zur Beseitigung übelriechender Verbindungen aus Luft, bei dem man eine wäßrige Flüssigkeit ozonisiert, die ozonisierte wäßrige Flüssigkeit mit ultravioletter Strahlung mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 220 bis 300 nm bestrahlt und danach die ozonisierte wäßrige Flüssigkeit mit dem die übelriechenden Verbindungen enthaltenden Luftstrom in Kontakt bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wäßrige Flüssigkeit Wasser ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wäßrige Flüssigkeit zur Erzielung einer Ozonkonzentration in dem Bereich von 1 bis 10 ppm, vorzugsweise 6 bis 10 ppm, ozonisiert wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Quelle der ultravioletten Strahlung eine Quecksilberniederdrucklampe ist.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man die wäßrige Flüssigkeit gleichmäßig mit ultravioletter Strahlung bestrahlt.

6. Gaswascher zur Beseitigung übelriechender Verbindungen aus Luft, umfassend einen Waschbehälter, Mittel zum Ozonisieren einer wäßrigen Waschflüssigkeit, Mittel zur Bestrahlung der ozonisierten wäßrigen Waschflüssigkeit mit ultravioletter Strahlung, Mittel zur Bewirkung einer Zirkulation der Waschflüssigkeit in dem Behälter und Mittel, die dazu vorgesehen sind, die übelriechende Luft in den Behälter einzubringen und mit der Waschflüssigkeit in Kontakt zu bringen.

7. Gaswascher nach Anspruch 6, wobei die wäßrige Waschflüssigkeit in einem Sumpf in dem Waschbehälter enthalten ist und wobei ferner eine Vielzahl von Quecksilberniederdrucklampen zur Bestrahlung der ozonisierten Waschflüssigkeit in dem Sumpf enthalten sind.

8. Gaswascher nach Anspruch 7, wobei die Waschflüssigkeit von dem Sumpf zu einem in dem Waschbehälter enthaltenen Sprühkopf umgewälzt wird.

9. Gaswascher nach Anspruch 8, wobei ein Kohlefilter oberhalb des Sprühkopfes positioniert ist, um überschüssiges Ozon aus dem Luftstrom zu entfernen.

10. Gaswascher nach Anspruch 8 oder 9, wobei unmittelbar oberhalb des Sprühkopfes ein Tropfenfänger positioniert ist.

11. Gaswascher nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Mittel zum Einbringen der übelriechenden Luft in den Behälter derart eingerichtet sind, daß der Kontakt der Luft mit der Waschflüssigkeit im Gegenstrom stattfindet.