DE4235591A1 - Biofilter zum reinigen von organisch belasteter abluft - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Biofilter zum Reinigen von orga­ nisch belasteter Abluft,

• - mit einem sich horizontal erstreckenden, luftdurchlässigen, parallel zur Schwerkraftrichtung von der Abluft durchströmten Filtersubstrat als Trägermaterial für bio-aktive, die organi­ sche Abluftbelastung verzehrende Mikro-Organismen,
• - wobei das Filtersubstrat aus einem losen, in einer gleichmäßigen Lagenstärke aufgeschütteten Haufwerk von vorzugsweise organischen Kleinteilen wie Holzschnitzel, Holzmehl, Baumrin­ denmulch, Kork- oder Schaumstoffgranulat, Blähtonteilchen, Fasern und dgl. oder Gemischen daraus gebildet ist,
• - mit einer luftdurchlässigen Unterlage zur Abstützung des Fil­ tersubstrats und mit einer oberhalb des Filtersubstrats ange­ ordneten Bewässerungseinrichtung zum Feuchthalten zumindest der Mikroorganismen in dem Filtersubstrat,
• - ferner mit einer Zufuhr und gleichmäßigen Verteilung der zu­ fuhrseitig unter Überdruck stehenden Abluft über die Horizon­ talerstreckung des Filtersubstrats aufgrund einer zufuhrsei­ tig geschlossenen Ausbildung des das Filtersubstrat aufneh­ menden Gehäuses und mit einer Abfuhr der gereinigten Luft aus dem Biofilter, wie es nach dem Kenntnisstand der Anmelderin beispielsweise aus der industriellen Praxis als bekannt hervorgeht.

Bei den der Antragstellerin bekannten Biofiltern dieser Art wurde das Filtersubstrat aufsteigend von der Abluft durchströmt. Dies hat zwar den Vorteil einer ständigen Lockerung des Filtersub­ strats durch die entgegen der Schwerkraftrichtung hindurchströ­ menden Abluft gegen schwerkraftbedingte Setzungserscheinungen, erschwert aber oder verhinderte u. U. sogar eine gleichmäßige Be­ feuchtung des Filtersubstrats. Durch eine oberseitige Berieselung des Filtersubstrates werden die oberseitigen Material lagen darin zwar befeuchtet, jedoch trocknen die unterseitigen Materiallagen aufgrund der aufsteigend hindurchgeleiteten Abluft aus und die in diesen Lagen enthaltenen Mikroorganismen sind biologisch nicht mehr aktiv. Bei einer stärkeren Bewässerung des Filtersubstrates mit dem Ziel, auch die unteren Lagen damit wirksam erreichen zu können, würden die oberen Lagen überfeuchtet werden und stünden somit für eine wirksame biologische Abluftreinigung nicht mehr oder nur sehr eingeschränkt zur Verfügung. Die Folge ist, daß eine hohe Schüttung des Filtersubstrates mit einer langen Behand­ lungsstrecke der Abluft wirkungslos bleibt, weil nur eine relativ dünne Zone darin sich auf einen für eine wirksame biologische Abluftreinigung richtigen Feuchtigkeitsgehalt einstellen läßt. Nachdem jedoch entsprechend der vorgegebenen organischen Beladung der Abluft eine bestimmte Kontaktzeit der Abluft mit dem Filter­ substrat bzw. mit der von ihm getragenen Biozönose bis zu einem gewünschten Reinigungsgrad der Abluft erforderlich ist, darf das Filtersubstrat nur mit einer entsprechend geringen Geschwindig­ keit von der Abluft durchströmt werden. Bei einem vorgegebenen Mengenstrom der Abluft müssen dann entsprechend großflächige Fil­ ter vorgesehen werden.

Zwar sind auch Biofilter der angesprochenen Art bekannt, bei de­ nen das Filtersubstrat fallend durchströmt wird, was den Vorteil einer gleichmäßigeren Befeuchtung des Filtersubstrates bis in die tieferen Materiallagen hinein hat. Nachteilig dabei ist eine pneu­ matische Kompaktierung des Filtersubstrates durch den oberseitig an dem Filtersubstrat anstehenden Luftdruck.

Bei bestimmten Anwendungsfällen sind in der Abluft Aerosole und/ oder Stäube enthalten; diese Fälle sind dann besonders problema­ tisch zu behandeln, wenn die organischen Verunreinigungen haupt­ sächlich in den Aerosolen enthalten und/oder an die Partikel ad­ sorbiert sind. Wollte man eine derartige Abluft mit Biofiltern nach dem Stand der Technik reinigen, so würden sich die Poren in der zutrittsseitig zunächst liegenden, meist also in der unter­ sten Materiallage des Filtersubstrats im Laufe der Zeit je nach Aerosol- oder Staubgehalt in der Abluft mehr oder weniger rasch zulegen, so daß der Luftdurchtrittswiderstand des Biofilters an­ steigen würde. Diese unterste Lage läßt sich bei den aufsteigend durchströmten Biofiltern jedoch praktisch nicht ohne teuren und zeitaufwendigen Gesamtaustausch des Filtersubstrats erneuern. Neben dem dazu erforderlichen Kosten-, Zeit- und Personalaufwand muß während der dafür benötigten Zeit die Filteranlage stillgelegt werden. Sofern nicht an einem Wochenende das Filtersubstrat er­ neuert werden kann, muß u. U. sogar die mit der Filteranlage zu­ sammenhängende Produktion unterbrochen werden, was besonders ko­ stenträchtig wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Biofilter dahingehend zu verbessern, daß eine längere Gebrauchsdauer des Filtersub­ strats und eine wirksamere biologische Reinigung der Abluft auch und insbesondere dann erreicht werden kann, wenn die Abluft aero­ sol- und/oder staubhaltig ist und die organischen Verunreinigun­ gen der Abluft hauptsächlich in den Aerosolen enthalten und/oder an die Partikel adsorbiert sind.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik von Biofiltern wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merk­ male von Anspruch 1 gelöst. Dank der fallenden Durchströmung des Filtersubstrates von der Abluft und der oberseitigen Anordnung einer gesonderten, austauschbaren Filtermatte werden Stäube und Aerosole darin festgehalten und von dem die Mikroorganismen tra­ genden Filtersubstrat ferngehalten. Bedarfsweise kann die Filter­ matte problemlos und rasch gegen eine frische oder regenerierte Matte ausgetauscht werden; das eigentliche Biofilter bleibt da­ durch unterbrechungsfrei einsetzbar. Aufgrund der fallenden Durch­ strömung wird auch die Feuchte durch die befeuchtete Abluft gleichmäßig in das Filtersubstrat eingetragen, so daß die Mikro­ organismen innerhalb der gesamten Höhenerstreckung des Filtersub­ strates biologisch voll aktiv sein können und am Reinigungsprozeß teilnehmen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Biofilters liegen in einer

• - besseren und gleichmäßigeren Befeuchtung des Filtersubstrats auch bis in die tieferen Lagen, da Befeuchtungswasser und Abluft in der gleichen Richtung durch das Filtersubstrat hin­ durchtreten und in der
• - angenähert gleichbleibenden Erhaltung des relativ niedrigen, anfänglichen Luftdurchgangswiderstandes durch das Filtersub­ strat dank der gesonderten, bedarfsweise ausgetauschbaren, Aerosole und Stäube zurückhaltenden Filtermatte.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprü­ chen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigt die einzige Figur ein Biofilter für Abluft mit fallender Durchströmung in schematischer Darstellung und mit vorgeschaltetem Wäscher.

Die von einem Fördergebläse 1 aus einem Abluft erzeugenden Be­ trieb abgezogene Luft wird bei dem ausschnittsweise gezeigten Behandlungsschema zunächst durch einen Wäscher 2 geleitet, in welchem der Abluft Staub und/oder gasförmige Verunreinigungen entzogen werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel muß das Fördergebläse die Abluft auch durch das nachgeschaltete Biofilter 3 hindurchdrücken. Es sei angenommen, daß die Abluft, die den Wä­ scher über die Leitung 14 verläßt, trotz der Waschstufe noch or­ ganische, gasförmige Bestandteile in einer unzulässigen Konzen­ tration enthält, so daß die Abluft vor einer Einleitung in die Atmosphäre noch weiter gereinigt werden muß. Insbesondere, wenn das Waschwasser lediglich sedimentativ regeneriert wird, reichert es sich mit den Organika an und ist dann nicht mehr in der Lage, weitere organische Fracht aufzunehmen; in diesem Fall wird der Abluft im wesentlichen nur ein mehr oder weniger großer Teil des Staubes entzogen. Zur Reinigung der verbleibenden organischen Belastung der Abluft ist das nachfolgend näher beschriebene Bio­ filter 3 vorgesehen.

Das schematisch dargestellte Biofilter weist innerhalb eines tra­ genden Filtergehäuses 8 eine sich horizontal erstreckende Lage eines luftdurchlässigen und von der Abluft durchströmten Filter­ substrates 4 als Trägermaterial für bio-aktive, die organische Abluftbelastung verzehrende Mikroorganismen. Das Filtersubstrat kann aus einem losen Haufwerk vorzugsweise organischer Kleinteile wie Holzschnitzel, Holzmehl, Baumrindenmulch, Kork- oder Schaum­ stoffgranulat, Blähtonteilchen, Fasern und dgl. oder Gemischen daraus gebildet sein, welches in einer gleichmäßig starken Lage - Schichtstärke h - auf ein Stützrost 5 aufgeschüttet ist. Zur Bil­ dung der bioaktiven Mikroorganismen werden die das Filtersubstrat ausmachenden Kleinteile einer Teilkompostierung unterzogen oder mit einer vollständig oder teilweise kompostierten Masse ver­ mischt. Das Stützrost muß stabil und tragfähig genug sein, um ein mit Wasser vollgesaugtes Filtersubstrat auch über große Spannwei­ ten hinweg tragen zu können. Ferner muß das Stützrost korrosions­ beständig und - eventuell durch Auflegen von Sieben mit abnehmen­ der Maschenweite - ausreichrend feinmaschig sein, um die Teilchen des Filtersubstrates vollständig zurückhalten zu können. Oberhalb des Filtersubstrates ist eine Bewässerungseinrichtung zum Feucht­ halten zumindest der Mikro-Organismen in dem Filtersubstrat ange­ ordneten, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel in Form ei­ nes Berieselungsrohres 6 mit mehreren Brauseköpfen oder mehrerer, entsprechender, flächendeckend angeordneter Berieselungsrohre ausgebildet ist. Das Berieselungsrohr erhält das Wasser aus der zu- und abschaltbaren Wasserzufuhrleitung 7. Aufgrund der zufuhr­ seitig geschlossenen Ausbildung des Gehäuses des Biofilters kann die über die Abluftleitung 14 dem Biofilter zugeführte Abluft zu­ fuhrseitig unter Überdruck stehen; sie wird gleichmäßig über die Horizontalerstreckung des Filtersubstrates verteilt.

Um eine längere Gebrauchsdauer des Filtersubstrats und eine wirk­ samere biologische Reinigung der Abluft als beim Stand der Tech­ nik erreichen zu können, ist bei dem Biofilter erfindungsgemäß die Zufuhr der Abluft über die Leitung 14 und die geschlossene Seite des Filtergehäuses 8 oberhalb vom Filtersubstrat 4 angeord­ net, so daß das Filtersubstrat fallend gemäß Strömungsrichtung 15 durchströmt wird. Außerdem ist zum Zurückhalten von Aerosolen und Stäuben von dem Filtersubstrat 4 oberhalb von ihm eine gesonder­ te, luftdurchlässige, von der Abluft zunächst durchströmte, aus­ tauschbare Filtermatte 9 mit einer entsprechend feinen Porenweite angeordnet. Diese Filtermatte braucht nicht aus einem einteilig zusammenhängenden Stück zu bestehen. Es ist bei großflächigen Filtersubstraten ohne weiteres auch denkbar, daß die Filtermatte aus mehreren Streifen zusammengesetzt ist, die sich an ihren seit­ lichen Längsrändern geringfügig überlappen und so die gesamte Fläche des Filtersubstrates lückenlos überdecken. Es sollte so­ wohl bei der Konstruktion des Filtergehäuses als auch beim Ein­ bringen der Filtermatte in das Biofilter darauf geachtet werden, daß keine nennenswerten Strömungskurzschlüsse von der Oberseite der Filtermatte zu ihrer Unterseite an der Filtermatte vorbei entstehen können, weil solche Strömungskurzschlüsse nicht nur die Filterwirkung der Matte, sondern auch die ihr zugedachte Diffu­ sor- und Befeuchtungswirkung beeinträchtigen. Zum Austauschen der Filtermatte muß das Filtergehäuse im oberen Bereich zumindest entlang einer Seite über die gesamte Länge geöffnet werden kön­ nen, was jedoch zeichnerisch nicht dargestellt ist. Die Filter­ matte kann in Form eines Gewebes, Gewirkes, Geflechtes, Vlieses oder Filzes aus natürlichen und/oder künstlichen Fasern gebildet sein. Als natürliche Fasern können beispielsweise Kokosfasern in Betracht kommen. Je nach Art der Belegung einer im Luftdurchgangs­ widerstand unzulässig stark angestiegenen Filtermatte kann eine Regenerierung z. B. durch Dampf-Bestrahlen und Einleiten der dabei freigesetzten Abluft in den Behandlungsprozeß oder auch ein end­ gültiges Entsorgen der Filtermatte beispielsweise durch Deponie­ ren oder durch Verbrennen in Frage. Bei Verwendung von verrot­ tungsfreien Kunststoffasern kann mit einer längeren Lebensdauer gerechnet werden, was insbesondere im Falle einer Regenerierung der Filtermatte und einer mehrmaligen Wiederverwendung vorteil­ haft sein kann.

In einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung kann die Filtermatte 9 oberseitig lose auf dem Filtersubstrat aufliegen; auch bei einer solchen Auflagerung kann sie leicht ausgetauscht werden. Verfahrenstechnisch wesentlich günstiger ist es jedoch, wenn die Filtermatte 9 nicht auf dem Filtersubstrat aufliegt, sondern von einem separaten Stützrost 10 getragen ist. Dadurch wird nämlich das Filtersubstrat von der auf die Filtermatte ein­ wirkenden Druckkraft, die aufgrund der dort anstehenden Druckdif­ ferenz von oben auf die Filtermatte einwirkt, entlastet. Dies wiederum mindert die im komprimierenden Sinn auf das Filtersub­ strat einwirkenden Kräfte; ein zumindest gealtertes Filtersub­ strat ist ohnehin durch schwerkraftbedingte Setzungserscheinungen kompressionsgefährdet, und zwar insbesondere dann, wenn die or­ ganischen Kleinteile des Filtersubstrates im Laufe der Zeit mehr oder weniger stark verrottet sind.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn - wie im Ausführungsbeispiel dargestellt - die Zufuhr für das Befeuchtungswasser mittels der Berieselungsleitung 6 oberhalb der Filtermatte 9 angeordnet ist und wenn zwischen dem Stützrost der Filtermatte und der Oberkante des Filtersubstrats 4 ein Zwischenraum 11 eingehalten ist. In diesem Zwischenraum wird aufgrund der durch die bewässerte Fil­ termatte hindurchstreichend Abluft eine feuchte Atmosphäre ge­ schaffen. Dadurch wird das Befeuchtungswasser wirkungsvoll und gleichmäßig an die zu reinigende Abluft übertragen, die diese Feuchtigkeit in alle Lagen des Filtersubstrates hineinträgt. Auf diese Weise kann - trotz einer u. U. möglichen, örtlich ungleich­ mäßigen Berieselung der Filtermatte - eine sowohl in Horizontal­ erstreckung als auch in Vertikalerstreckung des Filtersubstrates gleichmäßige Befeuchtung desselben erreicht werden. Abgesehen von einer lokal gleichmäßigen Befeuchtung ist wegen einer gewissen Wasserspeicherwirkung der Filtermatte die Befeuchtung des Filter­ substrates auch in zeitlicher Hinsicht - trotz einer intermittie­ renden Berieselung der Filtermatte - annähernd konstant, was für ein gutes und gleichmäßiges Arbeiten der Biozönose von besonderem Vorteil ist. Die Filtermatte gibt nämlich das aufgenommene Wasser nur langsam an die hindurchströmende, wärmere Abluft ab.

Das Filtersubstrat des Biofilters sollte während der gesamten Ge­ brauchsdauer und in allen Bereichen gleichmäßig locker gelagert sein, so daß die Luft überall gut hingelangen kann und eine aero­ be Kultur von Mikroorganismen erhalten bleibt. Außerdem soll der Luftdurchgangswiderstand durch das Filtersubstrat möglichst ge­ ring bleiben. Um ein gealtertes und teilweise bereits angerotte­ tes Filtersubstrat vor schwerkraftbedingten und/oder pneumatisch verursachten Setzungserscheinungen zu schützen, können in das Schüttgut des Filtersubstrates großflächig offene, käfigartige Stützkörper eingelagert sein, die sich gegenseitig abstützen und die die Kleinteile der Schüttung in sich und in den Lücken zwi­ schen den Stützkörpern aufnehmen. Die Stützkörper müssen aus ei­ nem vergleichsweise unnachgiebigen und im übrigen korrosionsbe­ ständigen Werkstoff und in einer entsprechenden Wandstärke ausge­ führt sein. Denkbar wären beispielsweise würfel- oder quaderför­ mige Stützkörper, die lediglich durch Stäbe im Kantenbereich der Stützkörper gebildet sind. Derartige Stützkörper hätten gegenüber einer kugelförmigen Ausbildung sicher Fertigungsvorteile und lie­ ßen sich auch besser in eine homogene Schüttung bei guter Stütz­ wirkung kontrolliert einbringen. In jedem Fall sollte darauf ge­ achtet werden, daß sich an, in oder zwischen den Stützkörpern keine Hohlstellen in der Schüttung bilden und/oder die Schüttung inhomogen wird, weil derartige Stellen von der Abluft bevorzugt durchströmt werden. Die Folge wäre ein Austrocknen dieser Strö­ mungswege und der dort anstehenden Biozönose, ein verminderter Abbau der organischen Belastung der dort strömenden Abluft und eine Reduzierung derjenigen Abluftanteile, die durch die homogen geschütteten Bereiche des Filtersubstrates strömen. Hinsichtlich der Größe der Stützkörper ist deshalb zu sagen, daß zum einen diese selber um mindestens eine bis zwei Zehnerpotenzen größer als die mittlere Korngröße der Kleinteile des Filtersubstrates sein sollten, und daß zum anderen auch die gegenseitigen Abstände der Stützkörper ausreichend groß bemessen sein sollten, damit die Stützkörper und die Zwischenräume sich leicht und vollständig mit ein- oder aufgeschütteten Kleinteilen des Filtersubstrates fül­ len.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß wegen der organischen Eigenschaft der Substratkleinteile das Filtersubstrat bei länge­ rem Gebrauch unvermeidlicherweise mehr oder weniger stark verrot­ tet und zerfällt und demgemäß der Luftdurchgangswiderstand durch das Filtersubstrat unzulässig stark ansteigt, es also unbrauchbar wird. Auch bei Verwendung von verrottungsfreien Kleinteilen für das Filtersubstrat steigt aufgrund eines Wachstums der oberfläch­ lichen Biozönose und aufgrund des Zurücklassens abgestorbener Lagen von Mikroorganismen der Luftdurchgangswiderstand ebenfalls unweigerlich an, so daß auch solche Filtersubstrate nach einer gewissen Zeit erneuert werden müssen. Durch die geschilderten Maßnahmen kann zwar eine Erneuerung des Filtersubstrates hinaus­ gezögert und die Erneuerungsintervalle können verlängert werden, jedoch kann die Notwendigkeit einer Erneuerung insgesamt nicht vermieden werden.

Nachdem das erfindungsgemäße Biofilter oberseitig geschlossen ist, muß es für eine Erneuerung des Filtersubstrates 4 und für ein Auswaschen des Stützrostes 5 oberseitig großflächig geöffnet werden können, was jedoch beim gezeigten Ausführungsbeispiel zeichnerisch nicht dargestellt ist.

Claims (5)

1. Biofilter (1) zum Reinigen von organisch belasteter Abluft,

• - mit einem sich horizontal erstreckenden, luftdurchlässigen, parallel zur Schwerkraftrichtung (Richtung 15) von der Abluft durchströmten Filtersubstrat (4) als Trägermaterial für bio­ aktive, die organische Abluftbelastung verzehrende Mikro-Or­ ganismen,
• - wobei das Filtersubstrat (4) aus einem losen, in einer gleich­ mäßigen Lagenstärke aufgeschütteten Haufwerk von vorzugsweise organischen Kleinteilen wie Holzschnitzel, Holzmehl, Baumrin­ denmulch, Kork- oder Schaumstoffgranulat, Blähtonteilchen, Fasern und dgl. oder Gemischen daraus gebildet ist,
• - mit einer luftdurchlässigen Unterlage (5) zur Abstützung des Filtersubstrats (4) und mit einer oberhalb des Filtersub­ strats (4) angeordneten Bewässerungseinrichtung (6) zum Feuchthalten zumindest der Mikroorganismen in dem Filtersub­ strat (4),
• - ferner mit einer Zufuhr (Leitung 14) und gleichmäßigen Ver­ teilung der zufuhrseitig unter Überdruck stehenden Abluft über die Horizontalerstreckung des Filtersubstrats (4) auf­ grund einer zufuhrseitig geschlossenen Ausbildung des das Filtersubstrat (4) aufnehmenden Gehäuses (8) und mit einer Abfuhr (Leitung 13) der gereinigten Luft aus dem Biofilter (3), wobei
• - die Zufuhr der Abluft (Leitung 14) und die geschlossene Seite des Filtergehäuses (8) oberhalb vom Filtersubstrat (4) zwecks fallender Durchströmung (Strömungsrichtung 15) des Filtersub­ strats (4) angeordnet sind und daß oberhalb des Filtersub­ strats (4) eine gesonderte, luftdurchlässige, von der Abluft zunächst durchströmte, austauschbare Filtermatte (9) angeord­ net ist.

2. Biofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb des Filtersubstrats (4) angeordnete Filtermatte (9) von einem separaten Stützrost (10) getragen ist.

3. Biofilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr für das Befeuchtungswasser (Berieselungsleitung 6) oberhalb der gegenüber der Oberkante des Filtersubstrats (4) be­ abstandet (Zwischenraum 11) gehaltenen Filtermatte (9) angeordnet ist.

4. Biofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Schüttgut des Filtersubstrates käfigartige, großflä­ chig offene Stützkörper aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff eingelagert sind, die sich gegenseitig abstützen und die die Kleinteile der Schüttung in sich und in den Lücken zwischen den Stützkörpern aufnehmen, wobei sowohl die Größe der Stützkörper als auch deren Zwischenräume um mindestens eine bis zwei Zehner­ potenzen größer als die mittlere Körnung der Kleinteile des Fil­ tersubstrates ist.

5. Biofilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkörper würfel- oder quaderförmige ausgebildet sind, die lediglich durch Stäbe im Kantenbereich der Stützkörper gebil­ det sind.