DE69407924T2

DE69407924T2 - Verfahren zur Reinigung und Biodesodorierung eines Abgases und Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE69407924T2
Application number: DE69407924T
Authority: DE
Inventors: Christophe Bonnin; Gabriel Coriton; Guy Martin
Original assignee: OTV Omnium de Traitements et de Valorisation SA
Current assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2014-11-01
Also published as: DK0650758T3; US5858768A; DE69407924D1; EP0650758A1; FR2711922A1; CA2134618A1; FR2711922B1; EP0650758B1; CA2134618C

Description

Die Erfindung betrifft die Reinigung und Desodorisierung von Abgasen.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit dem der Inhalt von Geruchsbelästigungen verursachenden Verunreinigungen in diesen Abgasen, insbesondere die Konzentrationen schwefelhaltiger und stickstoffhaltiger Verbindungen, nennenswert gesenkt werden kann.
Kläranlagen sind oft die Quelle mannigfaltiger Geruchsbelästigungen, von denen die wichtigsten Ammoniak, organische Stickstoffverbindungen (beispielsweise Methylamin, Indol, Scatol usw.), Schwefelverbindungen (Schwefelwasserstoff, Thioalkohole, Bisulfide) sowie verschiedene Aldehyde und Ketone sind.
Die flüchtigen schwefel- und stickstoffhaltigen Sorten, welche die Geruchsbelästigungen verursachen, haben darüber hinaus niedrige bis extrem niedrige Wahrnehmungsschwellenwerte. Daraus ergeben sich erhebliche Belästigungen für Anlieger und vorbeilaufende Personen.
Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Reinigungs- und Desodorisierungstechniken für Abgase bekannt.
Eine dieser Techniken besteht darin, das Abgas durch eine Reihe von Berieselungstürmen zu schicken, die jeweils eine Flüssigkeit enthalten, die eine bestimmte organische Verunreinigung zurückhalten soll. Anlagen, welche diese anwenden, umfassen mindesten drei Berieselungstürme: einen Turm, in dem lösliche stickstoffhaltige Verunreinigungen mit saurem pH zurückgehalten werden, einen anderen, in dem lösliche schwefelhaltige Verunreinigungen mit schwach alkalischem pH zurückgehalten werden und zuletzt einen, in dem lösliche schwefelhaltige Verunreinigungen mit stark alkalischem pH zurückgehalten werden.
Solche Anlagen ermöglichen zwar schnelle Durchgangsgeschwindigkeiten der Abgase durch die Berieselungstürme, ihr Hauptnachteil ist aber, daß sie viel Platz brauchen. Es gibt daher Fälle, bei denen solche Anlagen nicht anwendbar sind.
Andere Techniken bestehen darin, die geruchsverursachenden Moleküle in einer Flüssigkeit oder in einem Feststoff einzuschließen und den Abbau dieser Moleküle durch eine Biomasse zu ermöglichen. So sind nach dem Stand der Technik "Bioscrubber" bekannt, wie in der EP-A-0 218 958 beschrieben. In solchen Anlagen wird das behandelte Abgas zuerst mit einer Biomasse in wäßriger Phase in Berührung gebracht, um einen Teil der Verunreinigungen aus der Gasphase in die Biomasse übergehen zu lassen. Die Biomasse wird dann in einen Reaktor geleitet, in dem der Abbau der Verunreinigungen erfolgt.
Solche Einrichtungen ermöglichen jedoch nur die Eliminierung löslicher Verbindungen, die den gleichen pH-Wert wie die verwendete wäßrige Phase haben und ermöglichen nicht die Eliminierung von Verunreinigungen, die beim betrachteten pH- Wert nicht wasserlöslich sind.
Man kennt ebenfalls Biowaschanlagen, in denen die Verunreinigung im Waschwasser eingefangen und in einem zweiten Reaktor unter Anwendung einer geeigneten Biomasse abgebaut wird sowie durch Biofilter, in denen die Verunreinigung durch einen Stoff, an dem sie adsorbiert und/oder absorbiert wird, eingefangen ist, um ihren späteren Abbau durch Bakterien zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft genauer die Technik der Biodesodorisierung über Biofilter.
So ist nach dem Stand der Technik ein Verfahren zur Desodorisierung und zur Reinigung von Abgasen bekannt, die biologisch abbaubare Verunreinigungen enthalten, welches darin besteht, daß das behandelte Abgas durch einen aus Torfschichten bestehenden Träger in Gegenwart von Mikroorganismen geschickt wird, wobei die Schichten mit wäßrigen Lösungen befeuchtet werden, die Ergänzungsnährstoffe zufügen Diese Technik ist im Dokument FR-A-2 591 122 beschrieben. Die bei dieser Technik verwendete Biomasse besteht im wesentlichen aus heterotrophen Bakterien, welche die im Torf sowie in einer Berieselungsnährlösung, die organischen Kohlenstoff enthält, vorhandenen organischen Stoffe als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle nutzt.
Es sind andere Verfahren bekannt, welche die Adsorption an solchen Materialien wie Aktivkohle nutzen. Bei großen Durchsätzen sind jedoch kostspielige Anlagen für die Anwendung solcher Verfahren erforderlich.
Obwohl sie gute Desodorisierungsergebnisse liefern, weisen diese Techniken dennoch einige Nachteile auf.
Erstens ermöglichen sie keine Behandlung, die das Einhalten der Belästigungsschwellenwerte von stark verunreinigten Abgasen gewährleistet. So läßt die Leistung solcher Biofilter nach, wenn der Inhalt an Schwefelwasserstoff größer als 15 bis 20 Milligramm pro Liter ist.
Zweitens hat diese Technik den Nachteil, daß keine hohe Durchlaufgeschwindigkeit möglich ist, so daß die Filter derart konfiguriert werden müssen, daß sie große Filterflächen aufweisen. In der Praxis können mit solchen Anlagen Durchlaufgeschwindigkeiten von höchstens 100 m je Stunde erreicht werden.
Zuletzt haben Biofilter mit Torfschichten den Nachteil, daß sie nur langsam auf plötzliche Belastungsänderungen reagieren, was ihren Anwendungsbereich einschränkt.
Es sind ebenfalls Biofilter bekannt, die eine auf inerte Träger aufgebrachte heterotrophe Biomasse anwenden, wie in EP-A-94 573 bzw. in EP-A-224-889 beschrieben.
Diese Biofilter haben den Nachteil, daß sie nur eine Art von Verunreinigung (z. B. H&sub2;S) auf einmal zurückhalten können, und daß sie nur mit relativ geringen Durchsatzgeschwindigkeiten arbeiten (geringer als 100 m je Stunde).
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Biodesodorisierungsverfahrens, das die Nachteile der Verfahren nach dem Stand der Technik nicht aufweist.
Ein besonderes Ziel dieser Erfindung ist die Beschreibung eines Verfahrens, das die Behandlung von sehr stark verunreinigten Abgasen ermöglicht.
Ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das effizient auf häufige und plötzliche Änderungen des Verunreinigungsgrades der Abgase reagiert, ohne daß es zu einem nennenswerten Abfall des Rückhaltevermögens von Verunreinigungen kommt.
Noch ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Anlage zur Anwendung eines solchen Verfahrens, die viel kleiner ist als die mit Biofiltern auf Torfschichten arbeitenden Anlagen gemäß dem Stand der Technik.
Diese verschiedenen Ziele sowie andere, die im folgenden ersichtlich werden, erreicht man mit der Erfindung, die ein Verfahren zur Reinigung und Biodesodorisierung eines Abgases betrifft, welches mit organischen Verunreinigungen, mit H&sub2;S und mit NH&sub3; beladen ist, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:
- es wird das Abgas mit einer Geschwindigkeit größer oder gleich 400 m/h durch ein Bett aus anorganischem, inertem, granulärem Material geschickt, das als Träger einer Biomasse dient, die aus Bakterien besteht, welche überwiegend autotroph sind und zum Abbau der Verunreinigungen dienen,
- es wird das Bett mit einer Berieselungsflüssigkeit berieselt,
- es wird das gereinigte und biodesodorisierte Abgas am Ausgang des Bettes wiedergewonnen,
wobei die notwendigen Nährstoffe für die Biomasse vollständig von der Berieselungsflüssigkeit und/oder dem Abgas zugeführt werden,
und wobei die vom anorganischen, inerten, granulären Material und der im wesentlichen autotrophen Biomasse gebildete Gesamtheit gleichzeitig den Abbau der Verunreinigungen auf physikalisch-chemischem und biologischem Weg erlaubt.
So handelt es sich bei der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Biomasse um eine autotrophe Biomasse, d. h., daß sie in der Lage ist, den von ihr benötigten Kohlenstoff und Stickstoff in Mineralform zu verwerten.
Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewandte Biomassenträger weist die Besonderheit auf, im Verhältnis zur Biomasse in dem Sinne anorganisch und inert zu sein, daß er in keiner Weise von der Biomasse aufgebraucht wird.
Ferner bietet die Durchsatzgeschwindigkeit von 400 m/h oder mehr einen erheblichen Vorteil im Vergleich zu den Verfahren nach dem Stand der Technik, bei denen Durchsatzgeschwindigkeiten von höchstens 100 m/h möglich sind.
Nach einer Variante der Erfindung werden die für die autotrophe Biomasse benötigten Nährstoffe vollständig mittels der Berieselungsflüssigkeit des granulären Bettes zugeführt.
Die Berieselungsflüssigkeit spielt demnach zwei Rollen:
- einerseits, das Bett aus granulärem und inertem Material, welches der Biomasse als Träger dient, zu befeuchten;
- andererseits, die für die Biomasse erforderlichen Nährstoffe bereitzustellen.
Nach einer anderen Ausführung der Erfindung werden diese Nährstoffe vom behandelten Abgas selbst eingebracht. Die Berieselungsflüssigkeit spielt dann lediglich ihre wesentliche Rolle, nämlich das Bett aus anorganischen und inerten Stoffen zu befeuchten. Das Bett muß jedoch die für die Entwicklung der Biomasse erfoderlichen Phosphate enthalten.
Bevorzugterweise umfaßt das Verfahren gemäß der Erfindung einen zusätzlichen Schritt, bei dem mindestens ein Teil der Berieselungsflüssigkeit am Ausgang des Bettes rezirkuliert wird. Diese Rezirkulation ermöglicht einen sparsamen Umgang mit der Biomasse und das Konzentrieren der Nährstoffe.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Rezirkulationsschritt von einem Schritt zur Regulierung des pH-Wertes der Berieselungsflüssigkeit auf einen im wesentlichen neutralen pH-Wert (zwischen 6 und 8) oder auf einen alkalischen pH-Wert (zwischen 8 und 14) begleitet. In der Tat wird der Abbau schwefelhaltiger Verbindungen innerhalb des anorganischen granulären Materials von einer Freisetzung von H&spplus;-lonen begleitet, welche eine allmähliche Säuerung des Mediums verursachen. Es ist demnach wünschenswert, dieses derart zu neutralisieren oder zu alkalisieren, daß die entstehende Säure die Entwicklung der Biomasse nicht hemmt.
Bevorzugterweise erfolgt der Schritt zur Regulierung des pH-Wertes durch Zusatz von Kalium zur Berieselungsflüssigkeit. Kalium hat gegenüber Soda den Vorteil, daß keine Ionen freigesetzt werden, welche das Wachstum der Bakterien hemmen.
Es wird jedoch auf die Tatsache aufmerksam gemacht, daß man ebenfalls bei anderen Ausführungsarten der Erfindung, bei denen mindestens ein Teil der Berieselungsflüssigkeit rezirkuliert wird, den pH-Wert der Berieselungsflüssigkeit auf einen sauren pH-Wert (unterhalb von 6) einstellen kann. Bei einer solchen Ausführung werden die autotrophen Bakterien, aus denen die auf dem granulären Bett fixierte Biomasse besteht, den Hauptteil des zu ihrer Entwicklung benötigten Kohlenstoffs aus dem gasförmigen CO&sub2; nehmen, das bei der Entgasung der in der Berieselungsflüssigkeit vorhandenen Carbonate freigesetzt wird.
Es wird ebenfalls darauf aufmerksam gemacht, daß man das direkte Entfernen der Berieselungsflüssigkeit am Ausgang des granulären Bettes, ohne Rezirkulationsschritt und ohne Regulierung des pH-Wertes dieser Flüssigkeit, anwenden kann.
Bei einer Ausführung der Erfindung wird der Schritt zur Berieselung des Bettes des anorganischen, granulären Materials kontinuierlich durchgeführt.
Nach einer weiteren, besonders interessanten Ausführung der Erfindung, wird der Schritt zur Berieselung des Bettes des anorganischen, granulären Materials diskontinuierlich durchgeführt, um zwischen Perioden der Berieselung des Bettes und Perioden der Nicht-Berieselung des Bettes abzuwechseln.
Bevorzugterweise werden die Perioden der Nicht-Berieselung des Bettes eine Dauer von 24 Stunden nicht übersteigen.
Vorteilhafterweise werden der Schritt, bei dem das Abgas durch das anorganische, granuläre Material hindurchgeschickt wird, und der Schritt, bei dem das Bett mit einer Berieselungsflüssigkeit berieselt wird, derart ausgeführt, daß das Abgas eine aufsteigende Bewegung im Bett des anorganischen, granulären Materials durchführt und daß die Berieselungsflüssigkeit eine absteigende Bewegung im Bett des anorganischen, granulären Materials im Gegenstrom zum Abgas durchführt.
Wenn man mit neutralem oder leicht alkalischem pH-Wert arbeitet, ermöglicht der Abbau der schwefelhaltigen Verbindungen die Einstellung eines Säuregradienten innerhalb des Bettes aus anorganischem Material, aufgrund der Bildung von H&sub3;O&spplus;- Ionen. Diese Säuerung ermöglicht die Eliminierung der organischen Stickstoffverbindungen, die durch das Bett von granulärem Material laufen (hauptsächlich Ammoniak) auf physikalisch-chemischem Wege und ihre Transformation in Ammoniumionen, nachdem das Ammoniak in die flüssige Phase überführt wurde. Diese physikalisch-chemische Transformation ist um so ausgeprägter, als das Medium sauer ist. Sie ist demnach im unteren Teil des Biofilters ausgeprägter.
Somit ermöglicht die Erfindung gleichzeitig den biologischen Abbau der schwefelhaltigen Verbindungen und die Eliminierung der stickstoffhaltigen organischen Verbindungen auf physikalisch-chemischem Wege im selben Filter.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die Ammoniumionen, die in der Berieselungsflüssigkeit am Ausgang des Biofilters verbleiben, vorteilhafterweise als Nährstoffe nutzbar sind, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung im Rezirkulations-Modus angewandt wird. Somit kann die Zufuhr von Nährstoffen in die Berieselungsflüssigkeit verringert werden.
Wenn, gemäß der Erfindung, die für die Biomasse erforderlichen Nährstoffe vom Abgas selbst herbeigeführt werden, soll das Abgas bevorzugterweise mehr als 1 mg/m³ Ammoniak und mehr als 1 % CO&sub2; enthalten. Diese Mengen an Ammoniak und an CO&sub2; können entweder natürlich im Abgas vorhanden sein oder sie können eingebracht werden, indem das Abgas vor dem Eingang in das Bett aus anorganischem, inertem, granulärem Material damit beimpft wird.
Werden die Nährstoffe von der Berieselungsflüssigkeit eingebracht, so wird der Schritt zur Berieselung des Bettes aus anorganischem, granulärem Material bevorzugt mit einer Flüssigkeit ausgeführt, die einen minimalen Stickstoff- Ammoniak-Gehalt von mehr als 1 mg/l aufweist.
In ebenfalls bevorzugter Weise weist die Flüssigkeit einen minimalen Carbonat- Gehalt von 10 mg/l auf.
In ebenfalls bevorzugter Weise weist die Flüssigkeit einen minimalen Phosphat- Gehalt von mehr als 0.01 mg/l auf.
Diese Mindestgehalte können entweder natürlich in der verwendeten Berieselungsflüssigkeit vorhanden sein oder sie können entsprechend der von der Flüssigkeit geforderten Nährstoffgehalte eingestellt werden.
Vorteilhafterweise handelt es sich beim anorganischen, inerten, granulären Material um ein mineralisches Material, das insbesondere aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ton, Schieferton, Tonerde, aktivierter Tonerde, Zeoliten, Sand, Kies, Anthrazit und Aktivkohle besteht.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn das anorganische, granuläre Material eine Korngröße von mehr als als 1 mm aufweist.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfaßt die Biomasse autotrophe Bakterien, die schwefelhaltige Verbindungen oxidieren können und aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Thiobacillus thiooxydans, Thiobacillus thioparus und Thiobacillus intermedius besteht.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfaßt das Verfahren einen zusätzlichen Schritt, in dem das Abgas am Ausgang des Bettes aus anorganischem, granulären Material, welches als Träger der Biomasse dient, in einem aufsteigenden oder absteigenden Strom durch mindestens eine Reinigungsfiltriereinheit geschickt wird, die mit dem Bett verbunden oder getrennt von diesem angeordnet ist.
Obwohl jede andere Art von Filtriereinheit verwendbar ist, besteht diese bevorzugterweise aus mindestens einem Bett aus körniger Aktivkohle.
Nach einer Ausführung der Erfindung wird der Schritt, in dem das Bett aus anorganischem, granulärem Material berieselt wird, mit Hilfe von Wasser ausgeführt, das von der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasser von Bohrungen, natürlichem oder ergänztem Wasser, und von Wasser gebildet ist, das aus Abwasserreinigungsanlagen stammt. In der Regel reicht nämlich der Nährstoff- Gehalt solchen Wassers aus, um die Entwicklung der autotrophen Biomasse zu gewährleisten. Bei Bedarf können diese Gehalte so eingestellt werden, daß sie den oben erwähnten Minimumwerten entsprechen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt:
- einen Behälter mit einer oberen und einer unteren Kammer, die durch ein Gitter getrennt sind,
- Mittel zum Zuführen eines Abgases, die auf Höhe der unteren Kammer vorgesehen sind,
- ein mit einer autotrophen Biomasse beimpftes, granuläres, anorganisches Material, das mindestens einen Teil der oberen Kammer füllt, und
- Berieselungsmittel für das granuläre Material in der oberen Kammer mit Hilfe einer Berieselungsflüssigkeit.
Bevorzugterweise umfaßt die Vorrichtung Mittel zur Rezirkulation der Berieselungsflüssigkeit.
Ebenfalls bevorzugt wird eine Ausführung, bei der die Vorrichtung Mittel zur Regulierung des pH-Wertes der Berieselungsflüssigkeit umfaßt.
Die Erfindung sowie ihre verschiedenen Vorteile sind anhand der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, mit Referenzen zu den Zeichnungen, leichter zu verstehen, wobei:
- Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsmodus einer Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist, ohne Rezirkulation der Berieselungsflüssigkeit,
- Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsmodus einer Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist, mit Rezirkulation der Berieselungsflüssigkeit,
- die Figuren 3 und 4 jeweils einen dritten und vierten Ausführungsmodus einer Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der Erfindung darstellen, die eine Einheit mit granulärer Aktivkohle umfassen.
Bezugnehmend auf Figur 1 umfaßt die Anlage zur Reinigung und Desodorisierung von Abgasen ein Polyethylen-Gefäß 1, das im wesentlichen zwei Kammern 2 und 3 abgrenzt.
Die obere Kammer 2 nimmt ein Bett aus anorganischem Material 4 auf, bestehend aus granulärem Tonschiefer, deren Korngröße zwischen 3 und 6 mm liegt. Die Abmessungen des Gefäßes 1 ermöglichen die Aufnahme eines Bettes aus Tonschiefer mit einer Stärke von 1 m und einer filtrierenden Fläche von 5 m².
Die untere Kammer 3 nimmt die gebrauchte Luft aus einer Reinigungsanlage auf, die über eine Leitung 5 zugeführt wird und verteilt diese gebrauchte Luft unter den gesamten Filter. Diese Kammer nimmt ebenfalls das Berieselungswasser auf, nachdem dieses das Bett aus anorganischem Material durchlaufen hat und läßt es über einen Ablauf 6 ablaufen.
Die zwei Kammern 2 und 3 sind durch ein Gitter 7 mit 2 cm² großen Maschen getrennt, das als Träger für das anorganische Material dient. Dieses Gitter, aus starrem Kunststoff, liegt auf Füßen, die im Fuß des Gefäßes eingebracht sind und ist selbst mit einem synthetischen Gewebe bedeckt, dessen Maschenweite zehnmal kleiner als die des Gitters ist.
Das Berieselungswasser, das aus Erdbohrungen stammt, wird über eine Berieselungsvorrichtung 8 zugeführt, die eine Reihe von gleichmäßig oberhalb des Filters verteilten Düsen aufweist und deren Berieselungswinkel zwischen 90º und 120º variieren. Das Wasser wird über eine Leitung 9 in ein mit einem Schwimmer versehenen Trog 10 geführt und von dort über eine weitere Leitung 11 mittels einer Pumpe 12 direkt in die Berieselungsvorrichtung 8 befördert.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, erfolgt die Berieselung des Filtermaterials ohne Rezirkulation, gegen den Abgasdurchlaufstrom durch das Biofilter, wobei die behandelte Luft in den oberen Teil des Gefäßes 1 über eine Leitung 12 abgeleitet wird.
Bei der Verwendung der dargestellten Vorrichtung wurde der Durchsatz an verbrauchter Luft, der durch die Leitung 5 ankommt, auf 2500 m³/h festgelegt, was einer Oberflächenbelastung von 500 m³/m/h und einer Abgasgeschwindigkeit von 0,13 mis (468 m/h) entspricht, bei einer Verweildauer der behandelten Luft im Biofilter von 7,2 s.
Der Durchsatz an Berieselungswasser beträgt 600 l/h. Die Berieselung erfolgt zwei Minuten lang, einmal alle dreißig Minuten.
Die in der Vorrichtung behandelte verbrauchte Luft ist im Wesentlichen mit Ammoniak und mit schwefelhaltigen Verbindungen (hauptsächlich in Form von Sulfiden) belastet und weist im Durchschnitt die folgenden Belastungen mit Verunreinigungen auf, welche die Belästigungsgrenzen überschreiten, mit Ausnahme des organischen Stickstoffs:
H&sub2;S 40 mg/m³
CH&sub3;SH 10 mg/m³
Sulfide insgesamt 50 mg/m³
NH&sub3; 1,5 mg/m³
organischer Stickstoff 0,05 mg/m³
Das zur Berieselung verwendete Bohrungswasser hat die folgenden Haupteigenschaften:
pH 7 bis 7,5 TAC = 30 ºF NTK = 4 mg N/l NH&sub4;&spplus; = 2,5 mg/l Norg = 1,5 mg/l NO&sub3;&supmin; = 8 bis 13 mg/l NO&sub2;&supmin; = 0,5 mg/l PO&sub4;&supmin;&supmin; = 0.05 bis 0,1 mg/l SO&sub4;&supmin;&supmin; = 150 mg/l Sulfide < 0,01 mg/l
Nach einer vierzehntägigen Adsorptionsphase, während der nur verbrauchte Luft durch das Filter in Abwesenheit von Biomasse und ohne Berieselung geströmt ist, wurde das Biofilter mit einer Biomasse geimpft, die im wesentlichen aus Thiobacillus thiooxydans, Thiobacillus thioparus und Thiobacillus intermedius besteht.
Die Vorrichtung wurde danach mit einer Berieselung des anorganischen Tonschiefer Bettes gemäß der oben angegebenen Frequenz gefahren, d. h. zwei Minuten alle halbe Stunde, wobei kurze Trocknungszeiten von lediglich 28 Minuten zugelassen wurden.
Zum Erreichen eines ausreichend hohen Phosphatinhaltes, um eine gute Entwicklung der Biomasse zu gewährleisten, wurde das Berieselungswasser mit Phosphaten in Form von Na&sub3;PO&sub4; geimpft.
Acht tägliche Entnahmen dienten der Messung der Effizienz des Filters. Zu diesem Zweck wurden die Konzentration an Ammoniak und an schwefelhaltigen Verbindungen im Abgas am Filtereingang und am Filterausgang gemessen, wonach die vom Filter erreichte Rückhalteeffizienz berechnet wurde. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen I, II und III gegeben, jeweils für den Schwefelwasserstoff, für den Methyl-Thioalkohol und für das Ammoniak. Tabelle 1: Rückhaltung des H&sub2;S-Gehalts (Berieselungswasser wird nicht rezirkuliert) Tabelle II: Rückhaltung des Methyl-Thioalkohol CH&sub3;SH-Gehalts (Berieselungswasser wird nicht rezirkuliert) Tabelle III: Rückhaltung des Ammoniak-Gehalts (Berieselungswasser wird nicht rezirkuliert)
Diese Ergebnisse verdeutlichen die guten Rückhalteleistungen für schwefelhaltige Verbindungen, trotz der starken und plötzlichen Belastungsänderungen, insbesondere die ausgezeichnete Rückhaltung von H&sub2;S sowie die sehr gute Rückhaltung von Ammoniak.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführung der Vorrichtung nach der Erfindung. Diese Vorrichtung ist identisch mit der in Figur 1 dargestellten, bis auf die Tatsache, daß sie Mittel zum Rezirkulieren des Berieselungswassers umfaßt. Diese Mittel bestehen aus einer Leitung 14, die am Ausgang des Gefäßes 1 mit dem Ablauf 6 der Berieselungsflüssigkeit verbunden und mit einer peristaltischen Pumpe versehen ist, die das Berieselungswasser zu einer Rezirkulationswanne 15 zurückleitet, welche mit einem Rührwerk 16 ausgestattet ist.
Darüber hinaus ist die Wanne 15 mit Mitteln 17 zur Steuerung des pH-Wertes des in der Wanne 15 befindlichen Wassers ausgestattet, welche Mittel für die Zugabe von Kaliumhydroxid 18 in die Wanne steuern, wobei der pH-Wert auf 7 eingestellt wurde.
Bei der Anwendung der in Figur 2 vorgestellten Vorrichtung, wurde der Wasserverlust in der Wanne 15 durch Verdunstung und Zerstäubung durch kontinuierlich hinzugefügtes Bohrungswasser ausgeglichen.
Andererseits waren die Berieselungszeiten die gleichen wie oben angegeben, d. h. 2 Minuten Berieselungszeit, einmal alle 30 Minuten während des Betriebes.
Es wurden fünf tägliche Entnahmen durchgeführt, um die Effizienz des Filters zu messen. Zu diesem Zweck wurden die Konzentration an Ammoniak und an schwefelhaltigen Verbindungen im Abgas am Filtereingang und am Filterausgang gemessen, wonach die vom Filter erreichte Rückhalteeffizienz berechnet wurde. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen IV, V und VI gegeben, jeweils für den Schwefelwasserstoff, für das Methyl-Thioalkohol und für das Ammoniak. Tabelle IV: Rückhaltung des H&sub2;S-Gehalts (Berieselungswasser wird rezirkuliert, pH 7) Tabelle V: Rückhaltung des Methyl-Thioalkohol CH&sub3;SH-Gehalts (Berieselungswasser wird rezirkuliert, pH 7) Tabelle VI: Rückhaltung des Ammoniak-Gehalts (Berieselungswasser wird rezirkuliert, pH 7)
Diese Ergebnisse verdeutlichen die sehr guten Rückhalteleistungen für schwefelhaltige Verbindungen, insbesondere für H&sub2;S sowie die ausgezeichnete Rückhaltung von Ammoniak.
Die Regulierung des pH-Wertes durch Kaliumhydroxid erlaubte das Erreichen guter Leistungen bei der Eliminierung flüchtiger schwefelhaltiger Verbindungen, insbesondere H&sub2;S.
Es wurden noch weitere Versuche mit der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung durchgeführt, wobei der pH-Wert des Berieselungswassers auf 3 eingestellt wurde; dabei schöpften die Bakterien den benötigten Kohlenstoff aus dem gasförmigen CO&sub2;, welches beim Entgasen der in der Berieselungsflüssigkeit vorhandenen Carbonate freigesetzt wird.
Die Ergebnisse für die Rückhaltung des Schwefelwasserstoffs sind in Tabelle VII angegeben. Tabelle VII: Rückhaltung des H&sub2;S (Berieselungswasser wird rezirkuliert, pH 3)
So findet man eine ausgezeichnete Eliminierung der schwefelhaltigen Verunreinigungen, auch wenn das Verfahren mit saurem pH-Wert angewandt wird.
Es wurden ebenfalls Versuche durchgeführt, nachdem die Berieselung über Zeiträume von mehr als 24 Stunden nicht eingestellt wurde. Die Ergebnisse bei der Rückhaltung von Schwefelwasserstoff sind in Tabelle VIII dargestellt und zeigen einen starken Effizienzabfall bei der Rückhaltung. Tabelle VIII: Rückhaltung des H&sub2;S (nach mehr als 24 Stunden ohne Berieselung)
Die Figuren 3 und 4 zeigen zwei weitere Ausführungen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche eine Aktivkohleschicht umfassen, die das Filtrieren des Abgases nach dem Durchlaufen des Biofilters, in dem es 0,2 bis 10 Sekunden lang verweilt, verfeinert.
Bei der in der Figur 3 dargestellten Vorrichtung ist diese Schicht im Gefäß 1 oberhalb der Berieselungsvorrichtung untergebracht und ruht auf einem horizontalen Boden 22, wobei das Abgas eine aufsteigende Richtung durch das Biofilter und danach in der Aktivkohleschicht 20 einschlägt.
Bei der in der Figur 4 dargestellten Vorrichtung ist diese Schicht um das Gefäß 1 angebracht, wobei das Abgas eine aufsteigende Richtung im Biofilter und eine absteigende Richtung in der Aktivkohleschicht 21 einschlägt. Diese Schicht kann ganz um das Gefäß 1 verlaufen.
Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß noch andere Ausführungen möglich sind, bei denen eine Verfeinerungseinheit mit Aktivkohleschicht angewandt werden kann, die ganz unabhängig ist und mit der Absaugung 12 der Abgase aus dem Biofilter verbunden ist. In diesem Falle kann die zu behandelnde Luft entweder durch direkte Verdrängung durch das Aktivkohlefilter geschickt werden, oder durch Ansaugen und Verdrängen mittels einer zwischen dem Biofilter und der granulären Aktivkohleeinheit eingefügten Vorrichtung, oder durch eine nach dem Aktivkohlefilter angebrachte Ansaugvorrichtung.
Die Aktivkohleschicht kann auch direkt auf der granulären, anorganischen Materialschicht angebracht werden, wobei die Berieselungsvorrichtung dann oberhalb der Aktivkohleschicht angebracht ist.
Das Ansaugen des Abgases kann mittels eines vor dem Torfbett angebrachten Gebläses erfolgen, eventuell durch ein weiteres Gebläse unterstützt.
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sollen ihre Tragweite keinesfalls einschränken. Es können demnach weitere Änderungen angebracht werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann das Bett von anorganischen, inerten Material, das der autotrophen Biomasse als Träger dient, aus anderen Stoffen als Tonschiefer bestehen und die Durchsätze der zu reinigenden Abgase können von dem angegebenen Durchsatz abweichen, ohne den in den Ansprüchen definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung und zur Biodesodorisierung eines Abgases, das mit verunreinigten organischen Substanzen, H&sub2;S und NH&sub3;, beladen ist, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

- es wird das Abgas mit einer Geschwindigkeit größer oder gleich 400 m/h durch ein Bett aus anorganischem, inertem, granulärem Material geschickt, das als Träger einer aus Bakterien bestehenden Biomasse dient, die überwiegend autotroph sind und zum Abbau der verunreinigenden Substanzen dienen,

- es wird das Bett mit einer Berieselungsflüssigkeit berieselt,

- es wird das gereinigte und biodesodorisierte Abgas am Ausgang des Bettes wiedergewonnen,

wobei die notwendigen Nährstoffe für die Biomasse vollständig von der Berieselungsflüssigkeit und/oder dem Abgas zugeführt werden, und wobei die vom anorganischen, inerten, granulären Material und der autotrophen Biomasse gebildete Gesamtheit gleichzeitig den Abbau der verunreinigenden Substanzen auf physikalisch-chemischem und biologischem Weg erlaubt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nährstoffe vollständig mittels der Berieselungsflüssigkeit zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nährstoffe vollständig mittels des Abgases zugeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zusätzlichen Schritt umfaßt, bei dem mindestens ein Teil der Berieselungsfliissigkeit am Ausgang des Bettes rezirkuliert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezirkulationsschritt von einem Schritt zur Regulierung des pH-Wertes der Berieselungsflüssigkeit auf einen im wesentlichen neutralen pH-Wert (zwischen 6 und 8) oder auf einen alkalischen pH-Wert (zwischen 8 bis 14) begleitet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Regulierung des pH-Wertes durch Zusatz von Kalium zur Berieselungsflüssigkeit durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezirkulationsschritt von einem Schritt zur Regulierung des pH-Wertes der Berieselungsflüssigkeit auf einen sauren pH-Wert unterhalb von 6 begleitet ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt umfaßt, der aus dem direkten Entfernen der Berieselungsflüssigkeit ohne einen Rezirkulationsschritt besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Berieselung des Bettes des anorganischen, granulären Materials kontinuierlich durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Berieselung des Bettes des anorganischen, granulären Materials diskontinuierlich durchgeführt wird, um zwischen Perioden der Berieselung des Bettes und Perioden der Nicht-Berieselung des Bettes abzuwechseln.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Perioden der Nicht-Berieselung des Bettes eine Dauer von 24 Stunden nicht übersteigen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, bei dem das Abgas durch das anorganische, granuläre Material hindurchgeschickt wird, und der Schritt, bei dem das Bett mit einer Berieselungsflüssigkeit berieselt wird, derart ausgeführt werden, daß das Abgas eine aufsteigende Bewegung im Bett des anorganischen, granulären Materials durchführt und das die Berieselungsflüssigkeit eine absteigende Bewegung im Bett des anorganischen, granulären Materials im Gegenstrom zum Abgas durchführt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in natürlicher Weise mehr als 1 mg/m³ Ammoniak und mehr als 1 % CO&sub2;/m³ enthält.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zusätzlichen Schritt umfaßt, in dem das Abgas vorher derart beimpft wird, daß es mehr als 1 mg/m³ Ammoniak und mehr als 1 % CO&sub2;/m³ zur Zeit seines Eintritts in das Bett des granulären Materials enthält.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Berieselung des Bettes aus anorganischem, granulärem Material mit einer Flüssigkeit ausgeführt wird, die einen minimalen Stickstoff-Ammoniak-Gehalt von mehr als 1 mg/l aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Berieselung des Bettes aus anorganischem, granulärem Material mit einer Flüssigkeit durchgeführt wird, die einen minimalen Carbonat-Gehalt von 10 mg/l aufweist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Berieselung des Bettes aus anorganischem, granulärem Material mit einer Flüssigkeit ausgeführt wird, die einen minimalen Phosphat-Gehalt von mehr als 0,01 mg/l aufweist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische, inerte, granuläre Material ein mineralisches Material ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ton, Schieferton, Tonerde, aktivierter Tonerde, Zeoliten, vulkanischem Gestein, Sand, Kies, Anthrazit und Aktivkohle besteht.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische, granuläre Material eine Korngröße von größer als 1 mm aufweist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Biomasse autotrophe Bakterien umfaßt, die schwefelhaltige Verbindungen oxidieren können und aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Thiobacillus thiooxydans, Thiobacillus thioparus und Thiobacillus intermedius besteht.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zusätzlichen Schritt umfaßt, in dem das Abgas am Ausgang des Bettes aus anorganischem, granulären Material zur Unterstützung der Biomasse in einem aufsteigenden oder absteigenden Strom durch mindestens eine Reinigungsfiltriereinheit geschickt wird, die mit dem Bett verbunden oder getrennt von dieser angeordnet ist.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtriereinheit aus mindestens einem Bett aus körniger Aktivkohle gebildet ist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, in dem das Bett aus anorganischem, granulärem Material berieselt wird, mit Hilfe von Wasser ausgeführt wird, das von der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasser von Bohrungen, natürlichem oder ergänztem Wasser, und von Wasser gebildet ist, das vom Ausgang von Abwasserreinigungsstationen stammt.

24. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23, umfassend:

- einen Behälter mit einer oberen und einer unteren Kammer, die durch ein Gitter getrennt sind,

- Mittel zum Zuführen eines Abgases, die auf Höhe der unteren Kammer vorgesehen sind,

- ein mit einer Biomasse beimpftes granuläres Material, das mindestens einen Teil der oberen Kammer füllt, und

- Berieselungsmittel für das granuläre Material in der oberen Kammer mit Hilfe einer Berieselungsflüssigkeit,

dadurch gekennzeichnet, daß das granuläre Material ein anorganisches, inertes, granuläres Material ist, das mit einer autotrophen Biomasse beimpft ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Rezirkulation der Berieselungsflüssigkeit umfaßt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Regulierung des pH-Wertes der Berieselungsflüssigkeit umfaßt.