DE4231594A1 - Verfahren zur gleichmäßigen Befeuchtung der Filtermasse eines biologischen Gasfilters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichmäßigen Befeuchtung der Filtermasse eines biologischen Gasfilters gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Filter zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, einen Gasstrom, der mit schädlichen oder unangenehm riechenden Begleitstoffen belastet ist, durch einen Filter zu leiten, dessen Filtermaterial aus einer biologisch aktiven Masse (Biomasse) besteht, wobei die unerwünschten Begleitstoffe sorbiert und von den in der Biomasse lebenden Mikroorganismen vernichtet werden. Das Filtermaterial eines Biofilters muß gewisse Voraussetzungen erfüllen, um ausreichend wirksam sein zu können. Wichtige Kriterien sind:

• 1. Physikalische Eigenschaften (z. B. Porenstruktur, Wassergehalt, Aufwuchsfläche für Mikroorganismen)
• 2. Chemische Eigenschaften (z. B. pH-Wert, Nährstoffversorgung)
• 3. Mikrobiologische Eigenschaften (z. B. Art und Abbauleistung der Mikroorganismen)

Diese vielfältigen Anforderungen an die Filtermasse können entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall durch unterschiedliche Biomassen erfüllt werden. So finden Biomassen bzw. Biomassenmischungen aus Kompost, Heidekraut, Reisig, Torf, Traubenkernen, inerten Zuschlagstoffen und auch Trägermaterialien wie Styropor, Lava oder Blähton Verwendung. Eine Grundvoraussetzung für die biologische Aktivität eines Biofilters ist, daß die Filtermasse gleichmäßig feucht gehalten wird. Um dies zu erreichen, muß der Biofiltermasse Feuchtigkeit zugeführt werden. Eine alleinige Befeuchtung des zu reinigenden Gasstroms genügt nicht. Vielmehr ist eine zusätzliche Berieselung der Biomasse selbst notwendig.

Auch die Berieselung eines Biofilters muß strengen Anforderungen genügen:

• 1. Der Biofilter muß gleichmäßig befeuchtet werden. Bei Entstehung von trockenen Stellen werden diese Bereiche verstärkt durchströmt, so daß es dort zu einer beschleunigten Austrocknung kommt. Dies kann eine Rißbildung in der Biomasse zur Folge haben, so daß ein Teilstrom völlig ungereinigt durch diesen Riß die Biomasse durchströmt.
• 2. Die Beregnung sollte mengenmäßig optimiert sein. Überschüssiges Wasser regnet vom Biofilter wieder ab. Eine erneute Verwendung des abgeregneten Wassers zur Befeuchtung der Biofiltermasse ist meist nur nach einer Reinigung möglich, da dieses Wasser störende Begleitstoffe aufnimmt. Es muß daher angestrebt werden, ausreichend kleine Mengen von Wasser gleichmäßig auf der Biomasse zu verteilen.
• 3. Es sollte eine vollautomatische Befeuchtung der Biomasse möglich sein.
• 4. Bei einer zu starken Bewässerung des Biofilters - auch wenn dies nur auf Teilbereiche beschränkt ist - kann es zu einer starken Reduzierung der Luftdurchlässigkeit des Filters kommen. Außerdem werden Biomassenadditive ausgewaschen. Aufgrund unterschiedlich hoher Druckwiderstände innerhalb der Biomasse kommt es zu einer ungleichmäßigen Durchströmung, so daß sich anaerobe Bereiche ausbilden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Befeuchtung der Filtermasse eines biologischen Gasfilters anzugeben, das eine besonders gleichmäßige Befeuchtung gewährleistet, und einen Filter zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 6 gekennzeichnet. Ein Filter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Merkmale des Patentanspruchs 7 auf. Zweckmäßige Ausgestaltungen dieses Filters finden sich in den Unteransprüchen 8 bis 13.

Um eine Überfeuchtung der Biofiltermasse zu vermeiden, wurde zunächst versucht, die Befeuchtung in der Weise zu bewerkstelligen, daß die Biofiltermasse von unten nach oben durchströmt wurde und das Wasser zum Befeuchten durch Versprühen vom Eintrittskanal des Gasstroms her eingebracht wurde. Trotz Verwendung unterschiedlicher Düsensysteme ergaben sich hierbei keine befriedigenden Ergebnisse.

Ebenfalls noch unbefriedigende Ergebnisse zeigten sich bei der umgekehrten Vorgehensweise, bei der die Gasströmung von oben nach unten durch das Filtermaterial hindurchgeleitet wurde und das Wasser wiederum durch Eindüsung in den Gasstrom eingebracht wurde. Es wurde gefunden, daß nicht nur die Tröpfchengröße des eingedüsten Wassers zu groß, sondern auch der Öffnungswinkel der verwendeten Wasserdüse (unter 90°) zu klein war.

Deutlich bessere Ergebnisse zeigten sich zwar, als eine Düse mit einem Spritzwinkel (Öffnungswinkel des kegelförmigen Sprühstrahls) von über 120 bzw. über 150° verwendet wurde, wobei die Düse jeweils im Bereich des Gaseintritts in das Filtergehäuse angeordnet war. Dennoch konnte auch diese Lösung nicht befriedigen, da nur der engere um die Mittelachse des zylinderförmigen Filtergehäuses herum angeordnete Bereich in nahezu idealer Weise (Trockensubstanzgehalt ca. 65%) befeuchtet wurde, während die breite Randzone (ca. 60% der Filterquerschnittsfläche) unbefeuchtet bzw. unzureichend befeuchtet blieb. Eine weitere Verbesserung konnte dadurch erzielt werden, daß der Abstand des Gaseintritts von der Oberfläche der Biofiltermasse durch Verlängerung der Höhe der Seitenwand des zylinderförmigen Filtergehäuses vergrößert wurde. Dadurch konnte auch der Abstand der Sprühdüse von der Biofiltermasse vergrößert werden. Die Variation dieses Abstandes ergab, daß im Hinblick auf das Befeuchtungsergebnis ein Optimum bestand, das etwa im Bereich der Hälfte des Abstandes der Biofiltermasse vom Gaseintritt lag. Aber auch diese Optimierung konnte letztlich immer noch nicht befriedigen, d. h. es waren immer noch große Teile der Oberfläche der Biofiltermasse unbefeuchtet.

Eine wirklich befriedigende Lösung ergab sich überraschend dadurch, daß die eintretende Gasströmung im Bereich des Eintritts in das Filtergehäuse, also im Mündungsquerschnitt oder in dessen Nähe, umgelenkt wurde. Diese Umlenkung wurde erzielt durch ein Leitblech, das möglichst nicht wesentlich kleiner, sondern eher größer als der Mündungsquerschnitt des Gaseintritts sein sollte und kurz unterhalb des Mündungsquerschnitts und mit seiner Fläche quer zur Gasströmung angebracht worden war. Hierdurch wurde der Gasströmung eine Umlenkung in radialer Richtung zur Längsachse der Gaszuleitung aufgezwungen und zwar nach allen Seiten hin. Das heißt, daß die Gasströmung nach außen von der ursprünglichen Strömungsrichtung in Richtung auf die Peripherie des Filtergehäuses abgelenkt wurde. Eine solche Umlenkung der Strömung könnte beispielsweise auch durch eine entsprechende Ausbildung des Austritts der Gaszuleitung als Ringschlitzdüse erreicht werden, die einen Strahlungskegel mit großem Öffnungswinkel (vorzugsweise mindestens 150°) erzeugt.

Die Sprühdüse für das Wasser war unmittelbar unterhalb des Leitblechs angeordnet und sprühte mit einem sich in Richtung der Biomasse öffnenden Sprühkegel von über 150°. Es zeigte sich, daß die Besprühung kontinuierlich im Sinne einer Dauerberieselung erfolgen kann. Empfehlenswert ist jedoch auch eine diskontinuierliche Betriebsweise, bei der in Abhängigkeit von einer Feuchtemessung, die fortlaufend durchgeführt wird, die Besprühung in zeitlichen Intervallen stattfindet. Um den Mikroorganismen möglichst günstige Lebensbedingungen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, dem Wasser zum Befeuchten bei Bedarf Nährstoffe und/oder Stoffe zur Regelung eines günstigen pH-Wertes zuzusetzen.

Anhand des in der einzigen Figur schematisch im Vertikalschnitt dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend weiter erläutert.

In einem Filtergehäuse 1, das einen Deckel 2, eine Unterseite 3 und einen als Zylindermantel (Gehäusedurchmesser 2200 mm) ausgebildete Seitenwandung 7 aufweist, ist eine horizontal als Feststoffschüttung ausgebildete Biomasse 6 angeordnet. Die Biomasse 6 trennt einen oberen Zuströmraum 8 von einem unteren Abströmraum 8. Das zu reinigende Gas gelangt über einen Rohrleitungsanschluß 4 (300 mm Durchmesser), der konzentrisch im Deckel 2 angeordnet ist, vertikal von oben nach unten einströmend in den Einströmraum 8. Dicht unterhalb des Eintrittsquerschnitts (Abstand B = 100 mm) ist ein Leitblech 11 mit 320 mm Durchmesser befestigt, dessen Blechebene vertikal zur Längsachse des Rohrleitungsanschlusses 4 liegt. Im Bereich der Unterseite 3 ist ein Rohrleitungsanschluß 5 (Durchmesser 300 mm) seitlich aus der Seitenwandung 7 herausgeführt, so daß nach Durchströmen der Biomasse 6 der Gasstrom gereinigt aus dem Ausströmraum 8 ausströmen kann. Der Eintrittsquerschnitt des Rohrleitungsanschlusses 4 liegt etwa 800 mm oberhalb der oberen Oberfläche der Biofiltermasse 6 (Abstand A). Die Sprühdüse 10 zum Besprühen der Biofiltermasse 6 hat einen Sprühwinkel von 152° und einen Wasserdurchsatz von 30 l/h. Der erzeugte Sprühnebel, der auf die Biofiltermasse 6 gerichtet ist, ist sehr feinteilig. Die Sprühdüse 10 ist koaxial zur Längsachse des Rohrleitungsanschlusses 4 angeordnet. Der Abstand der Sprühdüse 10 von dem Eintrittsquerschnitt (Abstand C) beträgt 260 mm, so daß sich der Abstand von der oberen Oberfläche der Biofiltermasse 6 auf etwa 640 mm beläuft. Bei einem Gasdurchsatz von 800 m³/h lag der Druckabfall der Biofiltermasse bei 1000 Pa je Meter Schütthöhe des Filtermaterials. Es kam zu keinerlei Überfeuchtungen. Die gemessene Feuchte war vielmehr völlig gleichmäßig und lag für die gewählte Biomasse im Bereich des Idealwertes: Der Trockensubstanzgehalt schwankte lediglich zwischen 63% und 66%.

Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch auf Filtergehäuse mit anderer Querschnittsform anwenden, wenngleich die Zylinderform vom Befeuchtungsergebnis her sicherlich zu bevorzugen ist. Aus anderen Gründen kann aber beispielsweise auch eine Containerform (Quader) wünschenswert sein. In diesem Fall empfiehlt es sich, den Rohrleitungsanschluß 4 außermittig im Deckel 2 anzuordnen, d. h. in Richtung auf eine der kleineren Seitenwände zu verschieben. Die Längsachse des Rohrleitungsanschluß 4 sollte dann aber nicht vertikal gerichtet, sondern in Richtung auf die der ersten kleineren Seitenwand gegenüberliegende kleinere Seitenwand geneigt sein, so daß der Sprühkegel tendenziell in Richtung auf die am weitesten von der Sprühdüse 10 entfernte Seitenwand gerichtet ist. Hierdurch entsteht eine ellipsenähnliche Querschnittsausbildung des Sprühstrahls, die sich besser an die rechteckige Querschnittsform des Containergehäuses anpaßt.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine praktisch völlig gleichmäßige Befeuchtung mit außerordentlich geringem Bauaufwand erreicht wird. Außerdem kann die Höhe des Filtergehäuses relativ niedrig gehalten werden.

Claims (14)

1. Verfahren zur gleichmäßigen Befeuchtung der in einem Filtergehäuse eingeschlossenen Filtermasse eines biologischen Gasfilters, wobei ein zu reinigender Gasstrom im oberen Teil des Filtergehäuses durch eine Gaszuleitung vertikal oder schräg zur Oberfläche der Filtermasse in das Filtergehäuse eingeleitet und nach Durchströmen der Filtermasse aus dem unteren Teil des Filtergehäuses wieder abgeführt wird und wobei in den Strom des eingeführten Gases vor dem Eintritt in die Filtermasse Wasser in Tröpfchenform eingedüst wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom der am Ende der Gaszuleitung etwa parallel zur Längsachse der Gaszuleitung einströmt, zunächst nach außen bezogen auf die Längsachse der Gaszuleitung allseitig radial abgelenkt wird, bevor die Eindüsung des Wassers erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsung in Form eines kegelförmigen feinteiligen Tröpfchenstrahls erfolgt, dessen Öffnungswinkel über 120°, insbesondere über 150° beträgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsung im Gleichstrom mit dem Gasstrom erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in Form einer Nährlösung für die Mikroorganismen der Filtermasse eingedüst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasser vor dem Eindüsen Stoffe zur Regelung des pH-Wertes in der Filtermasse zugesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsung des Wassers diskontinuierlich in Abhängigkeit von der kontinuierlich in der Filtermasse gemessenen Feuchtigkeit erfolgt.

7. Filter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Filtergehäuse (1), das im Bereich seiner Ober- (Deckel 2) und Unterseite (3) mit Rohrleitungsanschlüssen (4 und 5) für die Zu- bzw. Ableitung eines Gasstroms versehen ist, mit einer Filtermasse (6) aus biologisch aktivem Material, wobei die Filtermasse (6) innerhalb des Filtergehäuses (1) einen Zuströmraum (8) für das zu reinigende Gas trennt von einem Abströmraum (8) für das gereinigte Gas, und mit einer Sprühvorrichtung (10) zur Eindüsung von Flüssigkeitströpfchen in den Strom des zu reinigenden Gases, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Einmündung des Rohrleitungsanschlusses (4) für die Gaszuleitung eine Strömungsumlenkvorrichtung angeordnet ist, die die Gasströmung nach außen bezogen auf die Längsachse des Rohrleitungsanschlusses (4) allseitig radial ablenkt, und daß in Strömungsrichtung hinter der Ablenkvorrichtung die Sprühvorrichtung (10) angeordnet ist.

8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung in Form einer Ringschlitzdüse ausgebildet ist, die die Mündung des Rohrleitungsanschlusses (4) bildet und einen kegelförmigen Gasströmungsmantel mit einem Öffnungswinkel von mehr als 120°, insbesondere mehr als 150°, erzeugt.

9. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung als ebenes Blech (11) ausgebildet ist, das in Strömungsrichtung hinter dem Eintrittsquerschnitt des Rohrleitungsanschlusses (4) angeordnet und quer zur Strömungsrichtung gestellt ist.

10. Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Leitblechs im Bereich von 80-120% der Querschnittsfläche des Rohrleitungsanschlusses (4) liegt.

11. Filter nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand (A) der Mündung des Rohrleitungsanschlusses (4) für die Gaszuleitung von der Oberfläche der Filtermasse (6) mindestens 20%, insbesondere mindestens 40% der größten Querabmessung des Filtergehäuses (1) beträgt.

12. Filter nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Filtergehäuses (1) im Horizontalschnitt kreisförmig ist und daß der Rohrleitungsanschluß (4) von oben vertikal und koaxial zur Mittelachse des Filtergehäuses (1) einmündet.

13. Filter nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergehäuse (1) containerförmig (quaderförmig) ausgebildet ist und daß der Rohrleitungsanschluß (4) außermittig im Deckel (2) des Filtergehäuses (1) angeordnet ist, wobei die Längsachse des Rohrleitungsanschlusses (4) in Richtung auf die am weitesten von dem Rohrleitungsanschluß (4) entfernte Seitenwand (7) geneigt ist.

14. Filter nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüse (10), die einen Sprühkegel von mindestens 150° erzeugt, koaxial zum Rohrleitungsanschluß (4) unterhalb der Ablenkvorrichtung angeordnet ist.