DE4114024A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb von mit mikroorganismen arbeitenden, biologischen luftreinigern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von mit Mikroorga­ nismen arbeitenden, biologischen Luftreinigern, bei denen die Mi­ kroorganismen auf einer Trägerschicht vorliegen, und denen ein Be­ feuchter, insbesondere in Form eines Drallwäschers vorgeschaltet ist; sie betrifft ferner eine Vorrichtung, mit der das Verfahren vorteilhaft durchführbar ist.

Mit Mikroorganismen können Luftreinigungsaufgaben durchgeführt wer­ den, bei denen biologisch abbaubare Luftverunreinigungen aus der Luft durch Absorptionsvorgänge entfernt und in wäßriger Phase an­ schließend durch die Mikrorganismen metabolisch abgebaut werden. Dieser Abbau setzt ein intaktes Milieu für die Mikroorganismen voraus, wobei besonders die Feuchte zum Verhindern eines Austrock­ nens und damit eines Absterbens der Mikroorganismen so hoch gehal­ ten werden muß, daß die Trägerschicht für die Mikroorganismen im­ mer gut durchfeuchtet bleibt, zumal sonst auch die für die Luft­ reinigung notwendigen Absorptionsvorgänge in Frage gestellt sind. Aus diesem Grunde werden derartigen Filtern entsprechend dimensio­ nierte Luftwäscher als Befeuchter vorgeschaltet, deren Wasser ggf. mit den Mikroorganismen aufbereitet wird, die im biologisch arbei­ tenden Filter vorliegen. Die im biologisch arbeitenden Filter vor­ liegende Feuchte ist letztendlich abhängig von der Feuchte der zu reinigenden Luft, die im vorgeschalteten Wäscher auf einen hohen Wert gebracht wird, dessen Höhe an sich unkritisch ist, solange ein bestimmter kritischer Wert nicht unterschritten wird. Bei der Befeuchtung von Luft in einem als Luftwäscher arbeitenden Befeuch­ ter wird die Trockenthermometer-Temperatur der Luft abgesenkt, während die Feuchtthermometer-Temperatur ansteigt, um nahe der Sättigung diese zu erreichen. Dabei bleibt die Enthalpie ungeän­ dert, d. h. im iX-Diagramm verlagert sich der den thermodynamischen Luftzustand widerspiegelnde Punkt längs einer Linie konstanter Enthalpie. Die physikalischen Zusammenhänge führen nun dazu, daß besonders im Winterbetrieb, wenn die absolute Feuchte der zu rei­ nigenden Luft einen niedrigen Wert zeigt, die Trockenthermometer- Temperatur so stark abgesenkt wird, daß die Mikroorganismen in ei­ ne Art Winterschlaf fallen und so ihren Metabolismus derart redu­ zieren, daß ein merkbarer Anteil der ihnen absorptiv angebotenen "Nahrung" nicht verwertet wird.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, das Verfahren des Betriebes derartiger Luftreiniger so weiter zubil­ den, daß ein ungestörter Betrieb zumindest im Winter vorgenommen werden kann. Darüber hinaus soll eine Temperaturerhöhung infolge eines durch übergroßes Nahrungsangebot überhöhten Metabolismus vermieden werden. Schließlich soll eine Vorrichtung angegeben werden, mit deren Hilfe das Verfahren vorteilhaft durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das zum Befeuchten im Luftwäscher eingesetzte Wasser soweit vorgewärmt wird, daß die Trockenthermometer-Temperatur der den Luftwäscher verlassenden Luft einen vorgegeben Wert von vorzugsweise +10°C nicht unterschreitet. Bei zu niedrigen Temperaturen reduzieren die Mikroorganismen ihre Lebenstätigkeit, ihr Stoffwechsel geht auf Minimalwerte zurück. Damit entfällt aber die Abbauwirkung dieser Mikroorganismen für die in einem biologisch arbeitenden Filter ab­ geschiedenen Stoffe, seine Wirksamkeit geht signifikant zurück. Hinzu kommt, daß die absolute Feuchte, die mit sinkender Tempera­ tur schnell abfällt, Werte annimmt, die ein Überleben dieser aus der Abwasserreinigung stammenden oder mit den dort eingesetzten Spezien verwandten Arten nicht mehr sicherstellen. Diese besonders auf Wasser angewiesenen Mikroorganismen können nur dann ihre Ab­ bauarbeit erfolgreich leisten, wenn neben einer in einem für sie günstigen Bereich liegenden Temperatur auch eine hinreichende freie Feuchtigkeit vorliegt. Die Erwärmung des im Befeuchtungs­ wäscher im Umlauf gefahrenen Wassers schafft hier die notwendige Abhilfe. Damit wird der Temperaturabfall infolge der bei der Ab­ feuchtung verbrauchten Verdampfungswärme des Wassers zumindest teilweise kompensiert, wobei das Verfahren besonders dann wirt­ schaftlich ist, wenn diese Wärme über einen Wasser-Wasserwärmetau­ scher z. B. einem ein Abwärme führenden Kühlkreislauf entnommen und dem Umlaufwasser zugeführt werden kann. Dies ist beispielsweise dort der Fall, wo Kühlsätze betrieben werden, deren Abwärme mit einem Kühlkreislauf abgeführt wird, oder wo Apparate oder Öfen oder dgl. zu kühlen sind und diese Kühlung mittels eines Kühl­ kreislaufes durchgeführt wird, wobei über diesen Kühlkreislauf die abzuführende Wärme abtransportiert wird. Mit dieser auf das Um­ laufwasser des Befeuchtungswäschers bleibt die Lebenstätigkeit der Mikroorganismen erhalten, wobei es sich von selbst versteht, daß die Grenztemperaturen von der Art der Mikroorganismen abhängen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß die Vorwärmung des zum Befeuchten im Luftwäscher eingesetzten Wassers dann unterbrochen wird, wenn die Trockenthermometer-Temperatur der das biologisch arbeitende Filter verlassenden Luft einen vorgege­ ben Wert von vorzugsweise +40°C überschreitet. Dieser Vorschlag berücksichtigt, daß der Abbau der absorptiv im Filter festgehalte­ nen Stoffe durch die Mikroorganismen ein Verbrennungsvorgang ist, wobei die Verbrennungswärme hier auf einem niedrigen Temperatur- Niveau abgegeben wird. Da für die Mikroorganismen auch eine obere Grenztemperatur anzusetzen ist, muß der Wärmeeintrag in das Um­ laufwasser des Befeuchtungswäschers zumindest dann verschwinden, wenn die Ablufttemperatur, und zwar die Trockenthermometer-Tempe­ ratur hinter der Filterschicht diesen Maximal-Wert erreicht. Dazu wird diese Temperatur gemessen und der Meßwert als Stellwert be­ nutzt. So kann die im biologisch arbeitenden Filter metabolisch anfallende Wärme hinreichend schnell abgeführt werden, um einen Schaden von den Mikroorganismen abzuwenden.

Schließlich wird im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungs­ form vorgeschlagen, daß das zum Befeuchten im Luftwäscher einge­ setzte Wasser im Kreislauf über die Sekundärseite eines Wasser-Was­ serwärmetauschers geführt wird, dessen Primärseite einen Warmwas­ serstrom führt, der in Abhängigkeit von der Trockenthermometer-Tem­ peratur der zu reinigenden Luft hinter dem Wäscher geöffnet und in Abhängigkeit von der Trockenthermometer-Temperatur der gereinigten Luft hinter dem biologisch arbeitenden Filter abgesperrt wird. Al­ ternativ wird vorgeschlagen, daß das zum Befeuchten im Luftwäscher eingesetzte Wasser im Kreislauf über die Sekundärseite eines Wass­ er-Wasserwärmetauschers geführt wird, dessen Primärseite einen Warmwasserstrom, vorzugsweise im Rücklauf eines Kühlkreislaufes führt, der in Abhängigkeit von der Trockenthermometer-Temperatur der zu reinigenden Luft hinter dem Wäscher auf eine für die arbei­ tenden Mikroorganismen vorteilhafte Temperatur geregelt wird, wo­ bei die Grenzen der Trockenthermometer-Temperaturen von +10°C vor bzw. +40°C hinter dem Filter die Endwerte für Vorwärmung "EIN" bzw. für Vorwärmung "AUS" der Reglung bestimmen. Dabei entspricht der Zustand "Vorwärmung "EIN"" einem zu 100% geöffneten Stellven­ til im Kühlkreislauf, während bei dem Zustand "Vorwärmung "AUS" dieses Stellventil voll geschlossen ist. Mit diesen Vorschlägen wird der sichere Betrieb eines biologisch arbeitenden Filters auch dann ermöglicht, wenn starke Schwankungen im Stoff- und damit Nah­ rungsangebot für die Mikroorganismen auftreten, die durch das Ver­ stellen des Stellventils im Primärkreislauf bzw. durch seine Reg­ lung aufgefangen werden können.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist für eine Anordnung mit einem biologisch arbeitenden Filter mit einer Trägerschicht für die Mi­ kroorganismen, dem ein ein insbesondere als Drallwäscher ausgebil­ deter Luftwäscher über einen Feuchtluftkanal vorgeschaltet ist, dadurch gegeben, daß dem Wäscher ein Umwasserkreislauf zugeordnet ist, mit einem Wasser-Wasserwärmetauscher, dessen vorzugsweise von einem Rücklauf eines Kühlkreislaufes gespeister Primärfluß mit ei­ nem Stellventil versehen ist, und daß im Feuchtluftkanal ein Meß­ fühler für die Trockenthermometer-Temperatur angeordnet ist, wobei das Stellventil von dem Ausgangsmeßwert des Meßfühlers betätigbar ist.

Zur Durchführung des Verfahrens wird für eine Vorrichtung mit ei­ nem biologisch arbeitenden Filter mit einer Trägerschicht für die Mikroorganismen, dem ein ein insbesondere als Drallwäscher ausge­ bildeter Luftwäscher über einen Feuchtluftkanal vorgeschaltet ist, dadurch gegeben, daß dem Wäscher ein Umwasserkreislauf zugeordnet ist, mit einem Wasser-Wasserwärmetauscher, dessen vorzugsweise von einem Rücklauf eines Kühlkreislaufes gespeister Primärfluß mit ei­ nem Stellventil versehen ist, und daß im Feuchtluftkanal ein Meß­ fühler für die Trockenthermometer-Temperatur angeordnet ist, wobei das Stellventil von dem Ausgangsmeßwert des Meßfühlers betätigbar ist. Mit diesem Vorschlag wird erreicht, daß das Wasser im Wäscher ständig über einen Kreislauf geführt in Bewegung gehalten ist, und bei jedem Umlauf einen Schub an Wärmeenergie zur Erhöhung seiner Enthalpie erhält. Dabei kann diese Zufuhr an Wärmeenergie mittels des Stellventils so eingestellt werden, daß die untere Temperatur­ grenze nicht unterschritten wird.

Vorteilhaft ist nach einer Weiterbildung im Reinluftraum des bio­ logisch arbeitenden Filters bzw. in der Reinluftleitung ein Meß­ fühler für die Trockenthermometer-Temperatur angeordnet, wobei das Stellventil von dem Ausgangs-Meßwert des Meßfühlers betätigbar ist. Mit diesem Meßfühler wird die Ausgangstemperatur überwacht, wobei diese Ausgangstemperatur bzw. ihre Differenz zu der Eingangs­ temperatur auch ein Maß für das Stoff- und damit Nahrungsangebot und die Aktivität der Mikroorganismen ist. Mit diesem Meßfühler kann auch das Erreichen einer (von den eingesetzten Mikroorganis­ men abhängigen) oberen Grenztemperatur erkannt und bei Erreichen dieser Grenze der Wärmeeintrag in das Umlaufwasser des Befeuch­ tungswäschers über das Stellventil abgeschaltet werden. Vorteil­ haft ist dabei das Stellventil von dem Meßwert des dem Wäscher nachgeschalteten Meßfühlers in Richtung "Öffnen" und von dem Meß­ wert des der Trägerschicht für die Mikroorganismen nachgeschalte­ ten Meßfühlers in Richtung "Schließen" betätigbar, wobei in bevor­ zugter Ausführungsform eine Regeleinrichtung zur Aufnahme der Meß­ werte der Meßfühler und zur Ausgabe der Stellbefehle an das Stell­ ventil vorgesehen ist. Mit dieser Ausführung wird erreicht, daß ein Wärmeeintrag dann unterbrochen wird, wenn durch die im biolo­ gisch arbeitenden Filter aufgrund des Stoffwechsels der Mikroorga­ nismen frei gesetzte Wärmeenergie die Ablufttemperatur Werte an­ nimmt, die oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegen, und daß der Wärmeeintrag wieder geöffnet wird, wenn der untere Grenzwert erreicht und die Mikroorganismen ihre Lebenstätigkeit verringern oder ganz einstellen und so die Wirksamkeit des biologisch arbei­ tenden Filters in Frage gestellt ist. Mit dieser Ausbildung kann auch eine einfache Reglung realisiert werden, an die, wegen der Trägheit des Systems des biologisch arbeitenden Filters, keine ho­ hen Anforderungen zu stellen sind. Hier kann eine einfache Zwei­ punktreglung bereits die Ansprüche befriedigen. Die Weiterbildung sieht eine Reglung vor, wobei der Regel-Bereich von 0% Wärmeein­ trag bis 100% Wärmeeintrag der Meßwertdifferenz zwischen der un­ teren Grenztemperatur von vorzugsweise +10°C und der oberen Grenztemperatur von vorzugsweise +40°C zugeordnet ist. Es ver­ steht sich von selbst, daß diese Grenzen von den Spezies der ein­ gesetzten Mikroorganismen abhängen und daher ohne Kenntnis dieser Arten keine Festwerte darstellen können.

Das Wesen der Erfindung wird an Hand der beigefügten Fig. 1 beispielhaft näher erläutert, die ein schematisches Verfahrensschema für das biologisch arbeitende Filter zeigt.

Dem biologisch arbeitenden Filter 4 mit seiner mit den Mikroorga­ nismen durchsetzten Schüttschicht 6, im allgemeinen aus grobkör­ nigem organischen Material wie Holzschnitzel oder Rindenmulch, ist ein Befeuchtungswäscher 2 vorgeschaltet, wobei diese beiden Geräte über den Feuchtluftkanal 3 verbunden sind. Die zu reinigende Roh­ luft wird dem Befeuchtungswäscher über die Rohluftleitung 1 zuge­ führt; diese Luft verläßt das biologisch arbeitende Filter 4 ge­ reinigt über den Reinluftauslaß 5. In dem Befeuchtungswäscher 2 wird die Luft angefeuchtet, wobei relative Feuchten von über 90% erreicht und solche von über 95% angestrebt werden. Zu diesem Be­ feuchten ist der Befeuchtungswäscher 2 mit einem Wasserkreislauf versehen, der einen Vorlauf von der Umwälzpumpe 14 über die Sekun­ därseite 13.2 einen Wasser-Wasserwärmetauscher 13 und die Wasser­ zuführung 10 zu den Düsenrohren 11 mit den Düsen 11.1 in den Be­ feuchtungswäscher und einen Rücklauf von dem Befeuchtungswäscher zur Umwälzpumpe 14 über die zurückführende Rückwasserleitung 12 umfaßt. Der Wasser-Wasserwärmetauscher 13 weist eine an einem Kühlkreislauf 15 angeschlossene Primärseite 13.1 auf, wobei der durch diese Primärseite geleitete Kühlwasserkreislauf der durch die Kühlung erwärmte Rücklauf ist, dessen Durchfluß mittels des Stellventils 16, das mit einem Stellantrieb 16.1 von Hand oder automatisch absperr- und offenbar ist, oder der - bei Ausbildung des Stellventils 16 mit an einem (nicht näher dargestellten) Reg­ ler, der die Stellbefehle für den dann motorischen Antrieb 16.1 gibt, als Regelventil - auch regelbar ist. Bei der Befeuchtung sinkt die Trockenthermometer-Temperatur ab, wobei sich mit stei­ gender Feuchte die Feuchtthermometer-Temperatur der Trockenther­ mometer-Temperatur nähert. Diese wird im Feuchtluftkanal 3 vor dem Eintritt in das biologisch arbeitende Filter 4 mit dem Meßfühler 9.1 gemessen, wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß an dieser Meß­ stelle tatsächlich die Trockenthermometer-Temperatur gemessen wird. Der Meßwert wird über (eine nicht näher dargestellte) Lei­ tung einem (ebenfalls nicht näher dargestellten) Auswertegerät bzw. Regler zugeleitet, das bzw. der auf das Stellventil 16 des die Primärseite 13.1 des Wasser-Wasserwärmetauschers 13 versor­ genden Kühlkreislaufs einwirkt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betrieb von mit Mikroorganismen arbeiten­ den, biologischen Luftreinigern, bei denen die Mikroorga­ nismen auf einer Trägerschicht vorliegen, und denen ein Befeuchter, insbesondere in Form eines Drallwäschers vor­ geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Be­ feuchten im Luftwäscher eingesetzte Wasser soweit vorge­ wärmt wird, daß die Trockenthermometer-Temperatur der den Luftwäscher verlassenden Luft einen vorgegeben Wert von vorzugsweise +10°C nicht unterschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung des zum Befeuchten im Luftwäscher einge­ setzten Wassers dann unterbrochen wird, wenn die Trocken­ thermometer-Temperatur der das biologisch arbeitende Filter verlassenden Luft einen vorgegeben Wert von vor­ zugsweise +40°C nicht überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das zum Befeuchten im Luftwäscher eingesetzte Wasser im Kreislauf über die Sekundärseite eines Wasser- Wasserwärmetauschers geführt wird, dessen Primärseite einen Warmwasserstrom, vorzugsweise im Rücklauf eines Kühlkreislaufes führt, der in Abhängigkeit von der Trocken­ thermometer-Temperatur der zu reinigenden Luft hinter dem Wäscher geöffnet und in Abhängigkeit von der Trocken­ thermometer-Temperatur der gereinigten Luft hinter dem biologisch arbeitenden Filter abgesperrt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das zum Befeuchten im Luftwäscher eingesetzte Wasser im Kreislauf über die Sekundärseite eines Wasser- Wasserwärmetauschers geführt wird, dessen Primärseite einen Warmwasserstrom, vorzugsweise im Rücklauf eines Kühlkreislaufes führt, der in Abhängigkeit von der Trocken­ thermometer-Temperatur der zu reinigenden Luft hinter dem Wäscher auf eine für die arbeitenden Mikroorganismen vorteilhafte Temperatur geregelt wird, wobei die Grenzen der Trockenthermometer-Temperaturen von +10°C vor bzw. +40°C hinter dem Filter die Endwerte für Vorwärmung "EIN" bzw. für Vorwärmung "AUS" der Reglung bestimmen.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem biologisch arbeitenden Filter (4) mit einer Trägerschicht (6) für die Mikro­ organismen, dem ein insbesondere als Drallwäscher (2) ausgebildeter Luftwäscher über einen Feuchtluftkanal (3) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wäscher (2) ein Umwasserkreislauf (10, 11, 11.1, 12, 13.1, 14) zugeordnet ist, mit einem Wasser-Wasserwärme­ tauscher (13), dessen vorzugsweise von einem Rücklauf eines Kühlkreislaufes gespeister Primärfluß (15) mit ei­ nem Stellventil (16) versehen ist, und daß im Feucht­ luftkanal (3) ein Meßfühler (9.1) für die Trockenthermo­ meter-Temperatur angeordnet ist, wobei das Stellventil (16) von dem Ausgangsmeßwert des Meßfühlers (9.1) betä­ tigbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Reinluftraum des biologisch arbeitenden Filters bzw. in der Reinluftleitung (5) ein Meßfühler (9.2) für die Trockenthermometer-Temperatur angeordnet ist, wobei das Stellventil (16) von dem Ausgangs-Meßwert des Meßfühlers (9.2) betätigbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stellventil (16) von dem Meßwert des dem Wä­ scher (2) nachgeschalteten Meßfühlers (9.1) in Richtung "Öffnen" und von dem Meßwert des der Trägerschicht (6) für die Mikroorganismen nachgeschalteten Meßfühlers (9.2) in Richtung "Schließen" betätigbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung zur Aufnahme der Meßwerte der Meß­ fühler (9.1, 9.2) und zur Ausgabe der Stellbefehle an das Stellventil (16) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Reinluftraum der Schüttschicht des biologisch arbeitenden Filters nachgeschaltet ein psy­ chrometrischer Fühler angeordnet ist, der mit ebenfalls in diesem Reinluftraum vorgesehenen Sprühdüsen zur Be­ feuchtung der Schüttschicht derart zusammenwirkt, daß bei Unterschreiten einer vorgegebenen Feuchte der Schütt­ schicht die Sprühdüsen aktiviert werden.