DE69633561T2

DE69633561T2 - Abgasbehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE69633561T2
Application number: DE69633561T
Authority: DE
Inventors: John Paul Phillips; Kieran John Sandymount MULLINS
Original assignee: Bord na Mona PLC
Current assignee: Bord na Mona PLC
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2016-05-11
Also published as: AU708439B2; GB2300824A8; AU5701296A; EP0824366A1; DE69633561D1; GB2300824B; GB9609749D0; KR100337523B1; PT824366E; CN1090524C; US6019810A; ES2231809T3; ATE278452T1; CN1187777A; WO1996035502A1; KR19990008460A; EP0824366B1; GB2300824A; HK1014890A1

Description

Einleitung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwasserbehandlung und insbesondere ein Abwasserbehandlungssystem zur Entfernung von ausströmenden Gasen aus einem Gasstrom.
Typischerweise sind die ausströmenden Gase übelriechende Gase, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff (H₂S), organische Schwefelverbindungen oder organische Stickstoffverbindungen oder andere flüchtige organische Verbindungen. Die vorliegenden Verminderungssysteme, wie sie oftmals genannt werden, können ebenfalls besonders auf chlorierte Kohlenwasserstoffe anwendbar sein.
Lange Zeit wurde darauf hingewiesen, dass ein effizientes Nährstoffsystem zur Kultivierung von Bakterien bei jedem Biofiltrationssystem eine der Hauptanforderungen darstellt. Die meisten bisherigen Arbeiten haben sich auf die Materialien der Biofiltration an sich konzentriert, die komplexe Mischungen aus organischen und anorganischen Materialien umfassten. Kalkmaterialien wurden lange Zeit ebenfalls als äußerst bedeutsam bei der Biofiltration angesehen. H₂S verwandelt sich unter Mikrobenaktivität in H₂SO₄, das daraufhin mit CaCO₃ reagiert, um CaSO₄ + H₂O + CO₂ zu ergeben. Dies gewährleistet, dass die erzeugte Säure neutralisiert ist.
Die Verwendung von Kalkmaterial aus dem Meer als Medien oder Packungsmaterial bei der Konstruktion von Biofilterwerken ist bekannt. Im Allgemeinen war dieses Kalkmaterial, wenn es im Bett des Biofilters verwendet wird, ein steifes Material, das normalerweise auf eine gleichförmige Partikelgröße gemahlen wird, wobei die Partikelgröße beispielsweise von der Größenordnung von 30 Mikrometer bis auf mehr als 25 mm variieren kann, abhängig von dem ausströmenden Gas, das behandelt wird. Ein Beispiel eines solchen Versuchs ist in der Internationalen Patentanmeldung Nr. WO 9324205 (Berney) offenbart. Dieses relativ homogene Packungsmaterial wurde scheinbar gewählt, um eine Beschädigung des Betts zu vermeiden, die manchmal als „Bettreißen" bezeichnet wird und im Wesentlichen die Erzeugung von Kurzschlusskanälen in dem Packungsmaterial umfasst. Es wurde ein beträchtlicher Aufwand bei der Verringerung der Unregelmäßigkeiten in dem Packungsmaterial unternommen, indem, wie oben erwähnt, entweder sichergestellt wurde, dass das Kalkmaterial auf eine relativ gleichförmige Größe gemahlen ist oder indem durch Licht biologisch abbaubare gleichförmige Materialien als Beimischung zu dem Kalkmaterial eingeschlossen werden, wie beispielsweise bei der zuvor erwähnten Beschreibung von Berney.
Die Verwendung dieser Packungsmaterialien bringt jedoch Nachteile mit sich, insbesondere kann in vielen Fällen der Geruchsproduktionspegel bei der Abwasserbehandlung variieren. Dies ist insbesondere bei Abwasser an den Einlassanlagen der Fall. Beispielsweise beeinflusst die Länge der ankommenden Abwasserleitung direkt den Fäulnispegel in dem Abwasser. Der Pegel des Industrieabwassers, das in die Kläranlage eintritt, beeinflusst ebenfalls die Erzeugung übelriechender Verbindungen. Zusätzlich gibt es bei einer Kläranlange täglich große Veränderungen. Es gibt weitere Situationen, die den Pegel der übelriechenden Gase beeinflussen, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff (H₂S). Tatsächlich sammelt Schlamm unter anoxischen und anaeroben Bedingungen besonders schwefelhaltige Verbindungen, die bei sehr geringen Konzentrationen stark übelriechend sind. Das Problem ist, dass die Geruchsabgabe Spitzenwerte zeigt, wenn der Schlamm bewegt wird, und dies kann entweder passieren, wenn Schlammspeicherbehälter entleert werden oder wenn diesen Speicherbehältern zusätzlicher Schlamm hinzugefügt wird. Dies ist insbesondere bei Anlagen von Bedeutung, bei denen Schlamm für die Behandlung in einer zentralen Anlage gesammelt wird, da der ankommende Schlamm stark faulend sein kann und einen Anstieg des H₂S-Pegels um das Zehnfache verursachen kann, wenn der Schlamm in die Schlammspeicherbehälter gepumpt wird. Dies ist natürlich ein sehr schwieriges Handhabungsproblem.
Es ist nicht nur einfach die Veränderung der Konzentration von H₂S, sondern die Veränderung der Konzentration anderer Verbindungen, die Schwierigkeiten verursachen. Dies wiederum verursacht größere Schwierigkeiten bei der Konstruktion von Verminderungssystemen: wenn die Durchschnittseinlasskonzentration bei der Konstruktion verwendet wird, dann muss das Verminderungssystem in der Lage sein, mit Spitzenwerten fertig zu werden. Wenn das System für Spitzenbelastungen ausgelegt ist, erzeugt es aufgrund von Nährstoffmangel möglicherweise kein optimales Ergebnis im Fall von biologischen Systemen. Zusätzlich werden durch eine auf Spitzenpegel ausgelegte Konstruktion die Größe und damit die Kosten des gesamten Verminderungssystems erhöht.
Eine Alternative zur Verwendung von Bakterien zur Dekontaminierung von übelriechenden Gasen ist in EP 0336119 beschrieben, das ein Verfahren zur Dekontaminierung von mit Sauerstoff angereicherten Gasen offenbart, indem ein Mycelium von Taschenfäulnispilzen auf einem Substrat gezogen wird und Abgase mit dem Mycelium in Kontakt gebracht werden.
Biologische Abwasserbehandlungssysteme haben an Beliebtheit zugenommen, jedoch sind sie leider in ihrer Fähigkeit, die variablen Belastungen handzuhaben, beschränkt. Sowohl Biofiltrations- als auch Biowäscherverminderungssysteme waren bisher zunehmend erfolgreich, da sie Folgendes aufweisen: niedrige Betriebskosten, hohe Leistung, hohe Zuverlässigkeit bei geringer Wartung, Abwesenheit von Sekundärabwasser und schließlich Vielseitigkeit hinsichtlich der Bandbreite von Verunreinigungen, die behandelt werden können. Eines der Hauptprobleme vieler bekannter Biofiltrationssysteme besteht darin, dass, während sie bei der Beseitigung von H₂S höchst erfolgreich sind, die biologische Umwandlung von H₂S H₂SO₄ erzeugt, wodurch der pH-Wert des Systems abnimmt, der, wenn er unkontrolliert ist, auf weniger als 4,0 abfallen kann, was wiederum eine Hemmung der meisten biologischen Aktivitäten verursacht und oft als „Versauerung" bezeichnet wird.
Viele dieser Biofilter weisen Torf als Medium auf und die Versauerung wurde entweder durch Hinzufügen von Kalkmaterial zum Torf, oftmals in Form von Kalk, oder die Verwendung eines Wassersprinklersystems, um das übermäßige H₂SO₄ abzuwaschen, kontrolliert. Während diese Konzepte angemessen erfolgreich sind, haben sie nach wie vor eine Versauerung zur Folge, wenn sie über längere Zeit H₂S-Pegeln ausgesetzt werden, die den Konstruktionspegel überschreiten, wodurch oftmals eine pH-Einstellung erforderlich wird.
Während Biofiltrationssysteme bei konstanten Belastungen oft hoch effizient sind, besteht ein weiteres Problem darin, dass sich die Effizienz verringert, wenn die Belastungen zunehmen. Eine typische Konstruktionsbeschränkung scheint in der Größenordnung von 20 ppm H₂S zu liegen, das bei einer Belastung von 100 m³/m³ Medium/Stunde entfernt wird. Wenn an der Quelle höhere Konzentrationen vorliegen, ist eine Verdünnung nötig oder es ist eine Verringerung der Gasströmung erforderlich. In manchen Situationen wird das Problem gelöst, indem Abgase von unterschiedlichen Stellen kombiniert werden, um die Einlasskonzentration in das Biofiltrationssystem auf einem akzeptablen Pegel zu halten. Es versteht sich, dass die Notwendigkeit der Verdünnung oder der Verringerung der Strömungsraten eine Vergrößerung des Biofilters mit einer entsprechenden Erhöhung der Kosten mit sich bringt und in jedem Fall zu einer komplexeren Anlage führt, um sicherzustellen, dass die Probleme der Spitzenbelastungen gelöst werden.
Ein weiteres größeres Problem bei der Verwendung eines biologischen Systems besteht darin, dass es von der Aktivität der Mikroorganismen abhängig ist, die in dem System vorhanden sind. Es ist demgemäß von wesentlicher Bedeutung, dass ein biologisches System auf effiziente Weise mit Bakterien geimpft wird, um sicherzustellen, dass das Inokulum nicht aus dem Filter ausgewaschen wird, bevor es sich wirksam etabliert hat. Zusätzlich ist es erforderlich, sicherzustellen, dass die Kultur während Nährstoffmangelperioden überlebt, wenn die Einlasskonzentrationen abnehmen. Es ist von vitaler Bedeutung, dass die Inokulationsbakterien sogar während Nährstoffmangelperioden lebensfähig bleiben und somit verwendbar sind, wenn die Konzentration nachfolgend Spitzenwerte erreicht.
Seit langem ist bekannt, dass eines der Hauptprobleme bei der Behandlung von übelriechenden Gasen in der Notwendigkeit besteht, den Energieverbrauch zu steuern, weshalb der Druckabfall in dem Packungsmedium von höchster Wichtigkeit ist. Wenn die Höhe der Betten zunimmt, nehmen somit die Probleme im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch zu. Gleichzeitig besteht ein Bedarf nach einer effizienten Verteilung der ausströmenden Gase in dem gesamten Bett oder tatsächlich nach einer effizienten Verteilung im gesamten Packungsmaterial oder biologisch aktiven Material in anderen Flüssigkeitsfiltrationsanlagen. Dies wurde von vielen Personen verstanden, die in dem Feld tätig sind, wie beispielsweise dem Feld, das in der Erfindung, die in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0 080 747 BI beschrieben wird, bei der der Zusammensetzung des eigentlichen Filtermaterials, und zwar seiner physikalischen Zusammensetzung, eine gewisse Aufmerksamkeit gewidmet wurde.
Jedoch offenbart diese Beschreibung keine Lösung zu dem Problem, die über die Empfehlung hinausgeht, dass ein Packungsmaterial veränderlicher Größe vorteilhaft sein kann, da es den Druckabfall in dem Packungsmaterial verringert. Jedoch basiert sie auf der Verwendung von im Wesentlichen inaktivem Material mit Partikelgrößen von mehr als 6 bis 10 mm, kombiniert mit Bruchteilen von aktivem Material mit geringeren Partikelgrößen als diesen. Des Weiteren bezieht sich diese Patentbeschreibung auf die Probleme im Zusammenhang mit Feuchtigkeitsretention und nimmt diese zur Kenntnis, ohne eine Lösung für die Probleme vorzuschlagen. Tatsächlich wurde die einzige Arbeit von einer detaillierten analytischen Art bezüglich der eigentlichen physikalischen Konstruktion und Beschaffenheit des Packungsmaterials von uns selbst durchgeführt. Jedoch hat bisher niemand die physikalische Konstruktion des biologisch aktiven Mediums detailliert analysiert oder überhaupt nur in Erwägung gezogen. Die Arbeiten konzentrierten sich auf die Quelle von geeignetem Material anstatt auf die tatsächliche physikalische Konstruktion des Materials und ebenfalls wiederum auf die physikalische Konstruktion und Beschaffenheit des Bettes selbst unter Verwendung eines solchen Materials.
Es besteht ein Bedarf nach einem System, das hohe und veränderliche Pegel übelriechender Gase und insbesondere hohe und veränderliche Pegel von H₂S handhaben kann. Es ist eine Aufgabe, Geruchsverringerungssysteme bereitzustellen, die die übelriechenden Gase erfolgreich behandeln, während die anfänglichen Kapitalkosten und die nachfolgenden Betriebskosten minimiert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung von aus einem Gasstrom ausströmenden Gasen bereitgestellt, das Folgendes umfasst: Leiten von kontaminiertem Gas durch ein Packungsmaterial, wobei das Packungsmaterial Kalkelemente umfasst und die meisten Elemente einen Flüssigkeitsretentionsanteil aufweisen, der ein individuelles Flüssigkeitsreservoir bilden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalkelemente zufällig angeordnet sind, wobei sie zur Erleichterung der Passage des Gasstroms dort hindurch mit einigen der Kalkelemente, die ihre Flüssigkeitsreservoire zur Flüssigkeitsretention ausgerichtet haben und worin ein Inokulum aus Bakterien und Flüssigkeit in die Reservoire eingeführt wird, Hohlräume bilden.
Feuchtigkeitsretention ist ein Hauptproblem bei jedem Biofiltrationssystem, und lange Zeit wurde darauf eingegangen, indem bei der Bildung des Mediums Materialien verwendet wurden, die inhärent dafür ausgelegt sind, Feuchtigkeit einzubehalten. Leider bringt die Verwendung solcher Materialien Folgeprobleme mit sich. Daher ist bekannt, einige dieser Materialien mit Kalkmaterialien zu verwenden. Bei Kalkmaterial ist es von wesentlicher Bedeutung, dass in dem Medium ausreichend Feuchtigkeit gehalten wird, um das Wachstum der Bakterien darauf sicherzustellen. Dies kann nur dann vorgenommen werden, wenn das Medium ausreichend Feuchtigkeit halten kann, und bisher war erforderlich, dass es beispielsweise mit Torf vermischt oder tatsächlich kontinuierlich besprüht wird. Die Verwendung von Flüssigkeitsreservoiren löst dieses Problem.
Es ist nahezu unmöglich, die Wichtigkeit des Flüssigkeitsretentionsanteils der Kalkelemente beim effizienten Betrieb des Abwasserbehandlungssystems gemäß der Erfindung überzubetonen. Die somit definierten individuellen Flüssigkeitsreservoirs verleihen der Verwendung von Kalkmaterialien als Packung eine neue Dimension.
Idealerweise werden Bakterien in mindestens einigen der Reservoirs gehalten. Wie oben erwähnt, ist die Form der Kalkmaterialien von großer Bedeutung, und wenn das Medium zusätzlich eine Form aufweist, die die Retention von Bakterien ermöglicht, ist dies besonders vorteilhaft, da stets ein Gleichgewicht zwischen der Retention von Bakterien und der Bereitstellung einer geeigneten einfachen Passage für die ausströmenden Gase bereitgestellt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass das Kalkmaterial dem ausströmenden Strom ohne eine Beschichtung mit Bakterien ausgesetzt werden kann und dass die Bakterien dem ausströmenden Gasstrom ausgesetzt werden können, wenn die Bakterien in relativ deutlich definierten Taschen oder Reservoirs gehalten werden. Dies wird durch die Orientierung der Elemente sichergestellt.
In vielen Fällen werden Bakterien zusätzlich auf einigen Oberflächen der Elemente gehalten. Einige der Bakterien werden selbstverständlich auf manchen, jedoch nicht allen Oberflächen gehalten. Dies hängt zum großen Teil von der Menge der Bakterien in dem System und auch von der tatsächlichen Orientierung des jeweiligen Elements ab. Es ist eine sehr effiziente Weise der Lagerung von Bakterien, während sie gleichzeitig einem ausströmenden Gasstrom ausgesetzt werden.
Idealerweise weist die Packung eine Schüttdichte von weniger als 900 g/Liter, in einigen Fällen von weniger als 600 g/Liter und bei einer Ausführungsform eine Schüttdichte von weniger als 500 g/Liter auf. Je leichter das Packungsmaterial ist, desto weniger Probleme entstehen hinsichtlich der Konstruktionsintegrität der Säulen des Packungsmaterials, darüberhinaus gewinnt die größere Tiefe des Packungsmaterials, die vor der Konstruktionsintegrität der Elemente erreicht werden kann, an Bedeutung.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht die Packung aus verbrauchter Schale von Schalentieren. Die Verwendung von verbrauchter Schale von Schalentieren bringt enorme und nicht vorhergesehene Vorteile mit sich. Erstens handelt es sich um ein Nebenprodukt von verschiedenen Lebensmittelverarbeitungsvorgängen, bei denen Austern, gewundene Muscheln, zweiteilige Muscheln und so weiter in Fabriken verarbeitet werden, die eine große Menge an verbrauchten Schalen erzeugen, die daraufhin entsorgt werden müssen, wodurch Umweltverschmutzung verursacht wird. In jedem Fall ist die Entsorgung solcher Schalen teuer. Alles, was die Notwendigkeit beseitigt, Geld für die Entsorgung der Schalen auszugeben und sie zusätzlich zu einem wertvollen Mittel macht, ist offensichtlich äußerst vorteilhaft. Es wurde lange Zeit geschätzt, dass verbrauchte Schalen von Schalentieren eine Hauptquelle für Calciummaterial darstellen. Es wäre falsch, das Entsorgungsproblem zu unterschätzen, mit dem viele Schalentierverarbeitungsbetriebe konfrontiert werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von verbrauchten Schalen besteht darin, dass sie eine besonders nützliche Form aufweisen, da manche der Schalen zerbrochen sind, andere ihre volle Konstruktionsintegrität aufweisen und so weiter, so dass das Bett, das mit Hilfe der verbrauchten Schalen gebildet wird, ein Bett sein wird, das eine angemessene Gasströmung und eine angemessene Retention und Feuchtigkeit sicherstellt, indem eine ausreichende Anzahl von Schalen bereitgestellt wird, die individuelle Flüssigkeitsreservoirs bilden. Es hat sich herausgestellt, dass Muschelschalen oder korrekter ausgedrückt, halbe Muschelschalen, besonders vorteilhaft sind, da eine große Menge an Muschelschalen nach der Verarbeitung in Fabriken verfügbar ist. Es ist besonders angemessen, eine solche Schale zu verwenden, da sie nicht nur effizient bei der Verwendung ist, sondern ebenfalls regelmäßig entsorgt werden muss. Somit ist ein Rohmaterial für die anfängliche Herstellung der Systempackung zusammen mit dem Ersatz, wenn die Lebensdauer der verwendeten Schale abgelaufen ist, leicht und kostengünstig verfügbar. Des Weiteren ist Muschelschale insbesondere strukturell steif.
Idealerweise ist das Schalenmaterial eine halbe Muschelschale und vorzugsweise handelt es sich um die Spezies Mytilus Edulis. Mytilus Edulis, die leicht verfügbar ist, hat sich in der Praxis als eine Form von Schale zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung als besonders nützlich herausgestellt.
Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung kann die Packung eine oder mehrere zusätzliche Packungsmaterialien enthalten. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, unterschiedliche Packungsmaterialien bereitzustellen, da sie die Effizienz der Abwasserbehandlung verbessern können, insbesondere wenn spezifische ausströmende Gase wahrscheinlich regelmäßig behandelt werden. Jedoch ist das Kalkmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung und insbesondere Elemente von Kalkmaterial, die jeweils einen Flüssigkeitsretentionsanteil aufweisen, für das Mischen mit anderen Medien dahingehend besonders vorteilhaft, dass diese Flüssigkeitsretentionsanteile ebenfalls ein Mittel zum Halten des anderen Mediums in Position in dem Bett bereitstellen und sicherstellen, dass diese anderen Medien nicht weggewaschen oder auf andere Weise aus dem Bett entfernt werden.
Manche oder alle Elemente können aus gemahlenem Kalkmaterial bestehen, das mit einem Bindemittel gemischt ist. Wenn gemahlenes Kalkmaterial verwendet wird, um ein effektiv vollkommen künstliches Element zur Bildung der Packung herzustellen, bestehen beträchtliche Vorteile. Erstens kann das Bindemittel so gewählt werden, dass der korrekte Zerfall des Kalkmaterials bereitgestellt wird. Geeignete Spurenelemente und Additive können ebenfalls mit dem Kalkmaterial kombiniert werden, um die Effizienz des Systems weiter zu verbessern. Da ein Bindemittel verwendet wird und das Medium hergestellt wird, kann zusätzlich die korrekte Größe und Form des Mediums so gewählt werden, dass das wirksamste Filtrationssystem bereitgestellt wird. Somit kann die gewählte Packung vollkommen gleichförmig sein oder sie kann mit einer Anzahl verschiedener Formen bereitgestellt sein, um sicherzustellen, dass eine angemessene Gasströmung durch das Medium vorliegt. Durch die Verwendung unterschiedlicher Formen kann ebenfalls ermöglicht werden, dass andere Materialien damit gemischt werden, und das Medium kann so geformt sein, dass sichergestellt wird, dass diese anderen zusätzlichen Packungsmaterialien in dem Medium gehalten werden können. Die Konstruktionsanforderungen, die sicherstellen, dass diese zusätzlichen Packungsmaterialien angemessen gestützt werden, können erfüllt werden, indem die Elemente in der gewünschten und optimalen Form hergestellt werden. Es können Formen konzipiert und konstruiert werden, die beispielsweise in Situationen, in denen Verdampfung ein Problem darstellen kann, sicherstellen, dass der Flüssigkeitsretentionsanteil so konstruiert ist, dass er eine große Kapazität und einen relativ kleinen Oberflächenbereich, der Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, aufweist.
Vorzugsweise ist das Bindemittel säurebeständig. Es wird darauf hingewiesen, dass die Bindematerialien so beschaffen sein müssen, dass die Elemente nicht zerfallen und die Elemente nicht verursachen, dass die Packung ihre Konstruktionsintegrität verliert, wenn in dem System Säure erzeugt wird.
Idealerweise ist das Bindemittel Keratin. Dies ist ein besonders geeignetes Bindemittel für die Kombination mit dem Kalkmaterial, das gemäß der Erfindung verwendet wird.
Es können viele zusätzliche Packungsmaterialien verwendet werden, wie beispielsweise eins oder mehrere der Gruppe bestehend aus: Erika-, Torfknolle-, Aktivkohle-, Aluminiumoxid- und Kunststoff-Medien. Erika-, Torfknolle-, Aktivkohle-, Aluminiumoxid- und Kunststoff-Medien haben alle gezeigt, dass sie Vorteile aufweisen. Während manche dieser Materialien in vielen Fällen nicht vollständig biologisch abbaubar sind, weisen sie andere Vorteile auf, wie beispielsweise Kunststoffmaterial, das die Konstruktionssteifigkeit der Konstruktion verbessert und weitere individuelle Flüssigkeitsreservoirs bereitstellt, wenn es in geeigneter Weise geformt ist.
Idealerweise werden die Bakterien so ausgewählt, dass sie den Abbau von Schwefel und Schwefelanaloga unterstützen. Die Bakterien sind vorzugsweise von der Spezies Thiobacillus und/oder Rhodobacter und die Bakterien können aus einem oder mehreren der Folgenden ausgewählt werden: Thiosphaera pantotropha, Thiobacillus thioparus, Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus ferroxidans, Nirosomonas, Nitrobacter, Pseudomonas, Rhodococcus, Fungi und Streptomyces. Während diese Bakterien in vielen Fällen für die Behandlung von Abwasser bekannt sind, hat sich herausgestellt, dass sie besonders für die Packung gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam sind.
Idealerweise werden Nährstoffe und/oder Spurenelemente hinzugefügt, um eine aktive Biomasse aufrechtzuerhalten. Einer der großen Vorteile der Elemente aus Kalkmaterial, die jeweils einen Flüssigkeitsretentionsanteil aufweisen, der ein individuelles Flüssigkeitsreservoir bilden kann, besteht darin, dass diese Anteile ebenfalls Nährstoffe und andere Spurenelemente sowie die Bakterien halten können, wodurch sie dazu beitragen, sicherzustellen, dass die Nährstoffe und Spurenelemente verfügbar sind, um die aktive Biomasse aufrechtzuerhalten.
Idealerweise wird das Anfeuchten der Packung mit Hilfe eines Sprühstrahls, der unter Schwerkraft betrieben wird, erreicht. Es ist offensichtlich sehr nützlich, sicherzustellen, dass die Packung ausreichend feucht ist. Die Packung kann intermittierend angefeuchtet werden. Dies wird durch die Tatsache unterstützt, dass die Packung gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer Anzahl zufällig angeordneter Elemente gebildet ist, die jeweils einen Flüssigkeitsretentionsanteil aufweisen, der abhängig von der Orientierung des Elements in der Packung ein individuelles Flüssigkeitsreservoir bilden kann, weshalb es unnötig ist, die Packung kontinuierlich anzufeuchten, was sowohl zu Betriebseinsparungen als auch zu anderen Einsparungen führt. Gemäß der Erfindung wird die Packung in vielen Fällen kontinuierlich angefeuchtet, was tatsächlich erreicht werden kann, indem Wasser über die Packung rezirkuliert wird. Im Allgemeinen ist es natürlich vorteilhaft, die Packung kontinuierlich anzufeuchten, wenn das Wasser recycled und rezirkuliert werden kann. In vielen Fällen ist das verwendete Wasser das letzte Durchlaufwasser der Behandlungsanlage selbst.
Bei einer besonders nützlichen Ausführungsform der Erfindung wird die Anfeuchtung in einer Strömung durchgeführt, die gleichzeitig zur Gasströmung durch die Packung erfolgt. Der Vorteil davon besteht darin, dass bei der gleichzeitigen Strömung die maximale Reaktion mit dem Kalkmaterial an der Oberseite der Packungsbetts stattfindet, und daher findet das maximale Ausmaß der chemischen Reaktion mit den Elementen des Kalkmaterials an der Oberseite der Packung statt, weshalb es, wenn es zerfällt, durch seinen Zerfall weniger zur allgemeinen Verringerung der Konstruktionssteifigkeit der Packung beiträgt als es der Fall wäre, wenn das Wasser und das Gas gegeneinander strömen würden.
Bei einem Beispiel eines Verfahrens zur Beseitigung von ausströmendem Gas aus einem Gasstrom gemäß der Erfindung wird die Packung bei einer Rate von 0 Liter pro Stunde bis 1000 Liter pro Stunde mit Anfeuchtungsflüssigkeit befeuchtet. Wenn die Packung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht die allgemein zellförmige und offene Beschaffenheit hätte, wäre es nicht möglich, derart hohe Raten zu verwenden. Der Vorteil der Verwendung solch hoher Strömungsraten liegt darin, dass in Situationen, in denen eine übermäßige Konzentration von Gas bei Spitzenbelastungen vorliegt, der Wasserdurchsatz erhöht werden kann, um die Wirksamkeit der Anlage weiter zu erhöhen. Die Anfeuchtungsflüssigkeit kann eine Temperatur von 4°C bis 40°C und einen pH-Wert von 1,0 bis 10,0 aufweisen. Idealerweise sollte der pH-Wert eingestellt werden, und in einem System gemäß der Erfindung wird er durch Hinzufügen einer Base, wie beispielsweise Natriumhydroxid, und/oder einer Säure, wie beispielsweise Schwefelsäure, zu der Anfeuchtungsflüssigkeit eingestellt. Zum Beispiel wird der pH-Wert im Fall von H₂S vorzugsweise auf etwa 7 eingestellt, um das H₂S zu aufzulösen. Die Temperatur muss im Bereich von 4°C bis 40°C gehalten werden, um sicherzustellen, dass die Bakterien wirksam arbeiten.
Bei einem Verfahren zur Beseitigung von ausströmendem Gas aus einem Gasstrom gemäß der Erfindung werden Bakterien in den einzelnen Reservoirs der Kalkemente immobilisiert, indem:
zuerst die Packung mit einer Calciumlösung besprüht wird; und
eine Lösung von Bakterien gemischt mit einem Immobilisierungsmittel auf die Packung gesprüht wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Bakterien in Perlen immobilisiert werden, die aus einem Immobilisierungsmittel bestehen. Die Schritte des Bildens der Bakterien enthaltenden Perlen umfassen:
Erwärmen eines Immobilisierungsmittels, bis es sich verflüssigt;
Mischen des verflüssigten Mittels mit Bakterien; und
Gießen der Mischung in Tröpfchen in eine Calciumlösung.
Idealerweise werden die Bakterien mit einem Immobilisierungsmittel, wie beispielsweise Natriumalginat, gemischt. Vorzugsweise ist die Calciumlösung eine Lösung aus Calciumchlorid. Das Sprühen von CaCl₂ ist besonders vorteilhaft, weil es beim Kontakt mit den Bakterien und ihrem Immobilisierungsmittel, beispielsweise wenn es in Kontakt mit Natriumalginat kommt, ein geeignetes Gel bildet, das ermöglicht, dass die Bakterien über einen langen Zeitraum ohne Qualitätsminderung in den Reservoirs und möglicherweise in Kontakt mit den Oberflächen der Elemente gehalten werden.
Vorzugsweise wird die inokulierte Packung entweder fortlaufend oder intermittierend befeuchtet. Dies stellt sicher, dass die Packung nicht austrocknet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Abwasserbehandlungssystem zur Ausführung des Verfahrens geschaffen, wie es in den vorangehenden Ansprüchen beansprucht ist, das eine Packung einer Vielzahl von willkürlich angeordneten Elementen eines Kalkmaterials umfasst, wobei jedes Element einen Flüssigkeitsretentionsanteil aufweist, der ein individuelles Reservoir bilden kann, in dem manche der Elemente Flüssigkeit und Bakterien enthalten und manche der Elemente Hohlräume bilden und die Bakterien mit Hilfe eines Immobilisierungsmittels in den individuellen Reservoirs immobilisiert werden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird besser aus der folgenden, nur als Beispiel dienenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich, wobei:
1 eine typische Variation der Konzentration von H₂S in einer Kläranlage veranschaulicht;
2 ein schematischer Aufriss einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist, die als Biowäscher betrieben wird;
3 eine der Ansicht aus 2 entsprechende Ansicht der Vorrichtung ist, die als Biofilter betrieben wird;
4 bis 6 die Konstruktionen von künstlich gebildeten Packungsmaterialien veranschaulichen;
7 eine Querschnittsansicht des in 6 veranschaulichten Packungsmaterials ist;
8 eine Ansicht einer weiteren Konstruktion von künstlich gebildetem Packungsmaterial ist;
9 eine Querschnittsansicht des Packungsmaterials aus 8 ist;
10 und 11 eine Draufsicht und eine Unteransicht einer halben Muschelschale sind, die in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet wird;
12 eine Ansicht einiger zerbrochener Fragmente der Muschelschalen ist, die in 11 und 12 veranschaulicht sind;
13 einen Abschnitt des Filterbetts veranschaulicht, das die in 11 bis 13 veranschaulichten Muschelschalen enthält;
14 ein Aufriss einer alternativen Biofiltrationsvorrichtung gemäß der Erfindung ist;
15 eine Draufsicht der Vorrichtung aus 14 ist; und
16 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 15 ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und anfänglich auf 1 sind H₂S-Konzentrationen an einer Lattenzahnverdickungsvorrichtung und einer Einweichkammer einer Kläranlage veranschaulicht. Es wird auf die extreme H₂S-Schwankung in einer derartigen Anlage hingewiesen. Wie oben erwähnt, ist es die plötzliche Konzentrationsschwankung, die große Schwierigkeiten bei der Konstruktion der Behandlungsanlage verursacht.
Tabelle 1 und 2 veranschaulichen typische Konzentrationen von Geruchs- und Schwefelverbindungen in Gasemissionen aus einer städtischen Abwasserbehandlungsanlage.
TABELLE 1
TABELLE 2
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Abwasserbehandlungssystemvorrichtung zur Beseitigung von ausströmenden Gasen aus einem Gasstrom veranschaulicht, die allgemein mit der Bezugsnummer 1 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Gaswäschervorrichtung, die durch ein im Allgemeinen zylindrisches Gehäuse 2 bereitgestellt wird, das einen unteren Einlass 3 für einen zu behandelnden Gasstrom und einen oberen Auslass 4 zum Ablassen von behandeltem Gas aufweist. Eine Sprinklerstange 5 ist über einer Packung 6 befestigt und bildet ein Filterbett, durch das der Gasstrom von dem Einlass 3 zum Auslass 4 geleitet wird. Der Boden des zylindrischen Gehäuses 2 bildet ein Wasserreservoir 7, das durch Rezirkulationspumpen 8 und zugehörige Ventile durch ein Zufuhrrohr 9 mit der Sprinklerstange 5 verbunden ist. Das Wasserreservoir 7 ist mit einem herkömmlichen Überlaufrohr 10 verbunden. Ein Ablasshahn 11 und eine Entlüftung 12 sowie ein Behälterablassrohr 13 und ein Wasseraufbereitungsrohr 14, das durch einen Schwimmerhahn 15 versorgt wird, sind bereitgestellt. Verschiedene Abschnitte der Vorrichtung sind nicht veranschaulicht, da sie herkömmlich und für ein Verständnis der Erfindung nicht notwendig sind.
Vorzugsweise enthält die unten ausführlich beschriebene Packung 6 Bakterien, die so ausgewählt sind, dass sie den Zerfall der ausströmenden Gase unterstützen. Zum Beispiel werden im Fall, dass das ausströmende Gas Schwefelwasserstoff, H₂S, ist, die Bakterien so gewählt, dass sie den Zerfall von Schwefel und Schwefelanaloga unterstützen. Die Bakterien können zum Beispiel von der Spezies des Thiobacillus und/oder Rhodobacter sein und aus einem oder mehreren der folgenden Bakterien ausgewählt werden: Thiosphaera pantotropha, Thiobacillus thioparus; Thiobacillus thiooxidans und Thiobacillus ferroxidans. Andere geeignete Bakterien sind in Tabelle 9 unten aufgeführt.
Typischerweise ist der zu behandelnde ausströmende Gasstrom ein Luftstrom mit einer Konzentration von Schwefelwasserstoff im Bereich von 0 bis 1000 ppm bei Belastungen im Bereich von 0 bis 500 m³ pro Stunde pro m³ Packung. Die Temperatur der Luft, die das H₂S-Gas trägt, kann zwischen 4°C und 40°C variieren. Die Befeuchtungsflüssigkeit ist im Allgemeinen Wasser, das mit einer Rate von bis zu 500 Liter pro Kubikmeter Packungsmaterial über die Packung eines Verminderungssystems fließt, wenn es als Biofilter wirkt. Wenn es als Biowäscher wirkt, kann die Rate bis zu 1000 Liter/Std./m³ Bett betragen. In bestimmten Fällen kann es erforderlich sein, etwas Wasser abzulassen. Die Wassertemperatur kann von 4° bis 40°C variieren und der pH-Wert des Wassers in dem System kann typischerweise zwischen 1,0 und 10,0 variieren. Wenn notwendig, kann der pH-Wert unter Verwendung einer kaustischen oder aziden Lösung wie erforderlich eingestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 3 ist dieselbe Vorrichtung wie in 2 veranschaulicht, die nun dahingehend als Biofilter wirkt, dass keine Pumpen 8 oder Zufuhrrohre 9 vorhanden sind. Die Sprinklerstange 5 wird direkt von einer Wasserhauptversorgungsleitung 20 oder, falls möglich, aus dem endgültigen Abwasser versorgt, wie bevorzugt wird.
Die Packung 6 umfasst oder enthält zumindest muschelartiges Material mit einer Schüttdichte von weniger als 900 g/Liter, vorzugsweise von weniger als 600 g/Liter und typischerweise etwa 500 g/Liter. Das muschelartige Material ist in diesem Fall die verbrauchte Schale von Schalentieren, insbesondere Kalkschale, vor allem Muschelschalen der Spezies Mytilus Edulis. Die Packung kann ein oder mehrere zusätzliche Packungsmaterialien umfassen. Zusätzliche Packungsmaterialien können eins oder mehrere der folgenden Packungsmaterialien umfassen: Erika-, Torfknolle-, Aktivkohle-, Aluminium- oder Kunststoffmedien und dergleichen.
Bei Gebrauch werden die Elemente in das Gehäuse geschaufelt oder geworfen oder anderweitig grob in das Gehäuse geladen, so dass sie willkürlich und nicht regelmäßig angeordnet sind.
Des Weiteren stellt diese willkürliche Anordnung sicher, dass einige Elemente auf die eine Art fallen und andere auf eine andere Art fallen. Wenn die Elemente zum Beispiel eine Muschelform aufweisen, sei es von künstlicher Konstruktion oder natürlich, schieben sie sich ineinander, überbrücken einander, liegen aufrecht mit der Oberseite nach unten, wobei die Öffnung abwärts weist und keinen Flüssigkeitsbehälter bildet usw. Ein derartiges Verstreuen der Elemente stellt eine Packung sicher, die eine ausreichend offene Konstruktion aufweist, um den Durchgang eines Gasstroms dort hindurch zu ermöglichen.
Während der Begriff muschelartig besonders geeignet ist, wenn Meeresschalen in Betracht gezogen werden, beschreibt er im Allgemeinen, wenn auch nicht in sehr exakten Begriffen, die geöffnete, behälterartige Konstruktion der einzelnen Elemente, die die Packung darstellen, sei sie künstlich hergestellt oder natürlich auftretend.
Unter Bezugnahme auf 4 bis 9 sind verschiedene künstlich gebildete muschelartige Elemente veranschaulicht, die im Folgenden als Packungselemente bezeichnet und jeweils mit den Bezugsnummern 20, 21, 22 und 23 bezeichnet sind. Jedes dieser Packungselemente 20 bis 23 einschließlich kann aus einem geeigneten Kalkmaterial und einem Bindemittel gebildet sein und kann durch jedes geeignete Formungs- oder ein anderes Formverfahren gebildet sein. Das Packungselement 20 ist die einfachste Konstruktion, die im Wesentlichen eine teller- oder muschelartige Konstruktion aufweist, während das Packungselement 21 eine viel engere Öffnung oder ein viel engeres Loch aufweist als das Packungselement 20. Das Packungselement 22 ist in ähnlicher Weise anders geformt und weist einen dickeren unteren Abschnitt auf, um ein aktiveres Kalkmaterial für die Reaktion während des Gebrauchs bereitzustellen. Das Packungselement 23 zeigt die Bereitstellung einer unregelmäßigen äußeren Fläche, die das Anhaften von Feuchtigkeit und biologisch aktivem Material daran weiter fördert sowie eine größere verfügbare Fläche bereitstellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass viele geeignete Bindemittel verwendet werden könnten. Zum Beispiel wäre es möglich, ein Bindemittel bereitzustellen, das sicherstellt, dass ausreichend freies Calcium vorhanden ist, das beispielsweise zur Verfügung steht, um zu ermöglichen, dass die Packung mit Bakterien inokuliert wird, die mit Natriumalginat gemischt sind, wie hierin erörtert. Ein besonders geeignetes Bindemittel ist Keratin. Jedoch können andere Bindemittel verwendet werden.
10 bis 12 veranschaulichen eine halbe Muschelschale zur Verwendung als Packungselement und Fragmente von Mytilus Edulis, die die Muschelschale ist, die das bevorzugte Packungselement für die Packung 6 war, die in den in der vorliegenden Beschreibung veranschaulichten Beispielen verwendet ist. Diese sind mit der Bezugsnummer 24 bezeichnet.
Unter Bezugnahme auf 13 ist ein Abschnitt einer Packung der Muschelschalen veranschaulicht, der die willkürliche Beschaffenheit der Anordnung zeigt.
Es wurden verschiedene Tests an den Anlagen aus 2 und 3 durchgeführt, die physikalisch dieselbe Anlage waren, wobei unterschiedliche Anordnungen verwendet wurden. Im Folgenden werden die Abmessungen und andere Einzelheiten aufgeführt.
Abmessungen des Wäschers

Säulendurchmesser: 0,21 m
Säulenhöhe: 1,4 m

Die Säule besteht aus CPV-Propylenmaterial.
Einzelheiten der Packung

– Muschelschalen (Dichte etwa 500 g/Liter)
– Volumen der Schalen 36,3 Liter
– Höhe der Schalen in der Säule 1,0 m
– Schalen wurden mit Thiophaera pantotropha inokuliert
– Abwasser aus der Kläranlage wurde als Wasserquelle verwendet. Dieses enthält Bakterien aus den generischen Thiobacillus, Nitrosomonas und Nitrobacter.

Es wird angemerkt, dass einige der Packungselemente, zum Beispiel die Muschelschalen in 13, so ausgerichtet sind, dass sie auf natürliche Weise Flüssigkeit oder Wasser enthalten, da ihre Öffnung aufwärts weist, während andere so ausgerichtet sind, dass darauf befindliche Flüssigkeit oder Material abfließt. Daher bildet die Packung 6 auf natürliche Weise eine Reihe von Haltereservoiren für Flüssigkeit und Bakterien und andere Flächen sind frei von Bakterien. Die Packung wurde, als sie in ihrer Position angeordnet wurde, mit einer Lösung aus CaCl₂ besprüht, und als sie bereit war, das System zu aktivieren, wurde das notwendige biologische Material, das mit Natriumalginat oder einem anderen geeigneten Immobilisierungsmittel gemischt war, seinerseits auf die Packung gesprüht. Aufgrund der Form der Packung halten Abschnitte der Packung natürlich das biologische Material zurück, das mit dem CaCl₂ reagiert und ein relativ festes Gel bildet, das in seiner Position bleibt. Es wird jedoch angemerkt, dass das gesamte Packungsmaterial nicht beschichtet ist und die Form und Ausrichtung des Packungsmaterials dies unterstützen, und das unbeschichtete Packungsmaterial wird von H₂S angegriffen, das mit dem CaCO₃ reagiert, und dementsprechend beginnt die notwendige Aktivität, sobald Gase in die Anlage eingeführt werden.
Die Form der einzelnen Elemente von Kalkmaterial ist überaus wichtig für das korrekte Inokulieren der Packung mit Bakterien und für die Aufrechterhaltung der Bakterien während Zeitspannen mit wenig oder keiner Zufuhr. Wenn ein Versuch gemacht würde, eine herkömmliche Packung oder selbst eins der gemahlenen Kalkmaterialien unter Verwendung von CaCl₂ und Natriumalginat oder eines anderen geeigneten Immobilisierungsmittels zu inokulieren, würde dies zur Bildung eines Gels führen, was dahingehend nutzlos wäre, dass ein Schaum oder eine undurchdringliche Schicht auf der Packung gebildet würde, wodurch der nützliche Betrieb der Biofiltrationsanlage verhindert würde.
Wie unten im Hinblick auf die Lebensfähigkeit der Mikroorganismen veranschaulicht (siehe Tabelle 18), ist die spezifische Form oder schalenartige Anordnung dahingehend besonders vorteilhaft, dass allgemein gesagt ein tiefes Gel vorhanden ist, in dem die Bakterien für eine beträchtliche Zeit überleben können. Es wird ebenfalls angenommen, dass eine bestimmte Menge an Nahrung für die Bakterien auf natürliche Weise in der Packung gespeichert wird. Daher ist die vorliegende Konstruktion der Packung besonders vorteilhaft für die Aktivierung und Aufrechterhaltung der Bakterien.
Bei einem Test liegt die Gesamtanzahl der Bakterien in einer Probe von Schalen und einer Probe von rezirkulierender Flüssigkeit cf/g im Bereich von 1,3 × 10⁷ bis 6,8 × 10⁷.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung entweder als Biowäscher oder als Biofilter verwendet werden kann. Der Hauptvorteil der Funktion als Biofilter besteht natürlich darin, dass die Anforderung für eine Wasserzirkulation beseitigt ist.
Die folgenden Tabellen zeigen die typische Betriebsleistung der Vorrichtung, wenn sie unter verschiedenen Bedingungen verwendet wird. Wie die folgende Tabelle 3 veranschaulicht, ist das System in der Lage, hohe H₂S-Pegel selbst bei hohen Belastungsraten zu behandeln. Bei dieser gegebenen Behandlungseffizienz wird die für dieses Verfahren erforderliche Standfläche im Vergleich zu einem Standard-Biofilter stark verringert.
TABELLE 3
Zudem ist ersichtlich, dass es bei recht wesentlichen Strömungsraten nicht möglich war, selbst bei Konzentrationen von bis zu 100 ppm in dem spezifischen Test H₂S am Auslass zu erfassen. Jedoch ist die Beseitigung von anderen Verbindungen ebenfalls notwendig und die Effizienz des Systems wird aus der folgenden Tabelle 4 ersichtlich. Die folgende Tabelle 5 veranschaulicht in der Tat seine Effizienz bei der Geruchsbeseitigung.
TABELLE 4
TABELLE 5
Eine Pilotanlage, die das Verfahren verwendete, wurde in einer Fleischverarbeitungsfabrik installiert, und sie war bei der Geruchsbeseitigung sehr effizient, wie aus der beigefügten Tabelle 6 ersichtlich.
TABELLE 6
Wie oben erwähnt, ist es möglich, dass die Vorrichtung als Biofilter arbeitet. Dies ist aus Tabelle 7 ersichtlich, die ein Beispiel für Tests darstellt, die an der Vorrichtung aus 8 durchgeführt wurden, d. h. wenn diese als Biofilter bei der Beseitigung von H₂S betrieben wurde.
TABELLE 7
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein wirksames Geruchsverminderungssystem in Kombination mit anderen Verfahren. Es kann daher als Vorfilter in Kombination mit einem herkömmlicheren Biofilter, wie beispielsweise einem Torfbiofilter, der von uns hergestellt wird, verwendet werden. Bei dieser Verwendung wird der Torf vor Spitzenbelastungen von H₂S geschützt, wodurch jede Möglichkeit einer Versauerung des Systems beseitigt wird. Dies ist bei der Behandlung von Abwassergasen erfolgreich von uns verwendet worden. Ein Beispiel dafür ist in Tabelle 8 veranschaulicht, wobei übelriechende Luft zuerst unter Verwendung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wurde, wobei das Einlassgas zuerst in dieser Vorrichtung gewaschen und nachfolgend in einem Torfbiofilter poliert wurde.
TABELLE 8
Eine der Haupteigenschaften der vorliegenden Erfindung besteht darin, die optimale Aktivität der in dem System vorhandenen Mikroorganismen sicherzustellen. Die genaue Mischung von Bakterien und Fungi variiert abhängig von der Kapazität der Einlassgase, und die folgende Tabelle 9 veranschaulicht einige typische Beispiele für Mikroorganismen, die in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden.
TABELLE 9
Es ist seit langem bekannt, dass es beim Impfen eines biologischen Systems mit Bakterien notwendig ist, sicherzustellen, dass das Inokulum nicht aus dem Filtermedium gewaschen wird, bevor es sich effektiv etabliert. Die Verwendung der schalenartigen Konstruktion des Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht dieses Ziel. Zusätzlich ist es ebenfalls notwendig, sicherzustellen, dass die Kultur während Nährstoffmangelperioden überlebt, wenn die Einlasskonzentrationen in der Konzentration sowohl abfallen als auch Spitzenwerte erreichen. Die Flüssigkeitsretention des vorliegenden Mediums kann dies in großem Ausmaß erreichen und durch Verwendung dieses Inokulationsverfahrens bleiben die Bakterien in den Schalen über beträchtliche Nährstoffmangelperioden hinweg lebensfähig.
Die folgenden Tabellen 10 bis 18 veranschaulichen die Vorrichtung gemäß der Erfindung im Betrieb unter verschiedenen Bedingungen und mit Kalkschalen, die von Meerestieren stammen. Bei den spezifischen Beispielen waren die Schalen zweischalige Weichtiere der Phylum Mollusca und insbesondere Mytilus Edulis. Tabelle 18 zeigt, dass in Abwesenheit des Einlasses von Nahrung durch Abschalten des Systems die Mikroorganismen in den Calciumalginatbetten bis zu drei Wochen lang lebensfähig blieben. Es lag eine 90%ige Verringerung der Anzahl lebensfähiger Mikroorganismen während dieser Zeitspanne vor, jedoch blieb eine ausreichende Aktivität aufrecht erhalten, um das System erneut zu starten.
TABELLE 10
TABELLE 11
Sprinklerrate – 8 l/m³ Material oder – 500 l/m³ Material/Std.
Unter Bezugnahme auf die folgende Tabelle 12 ist die Anzahl von Tagen gezeigt, die erforderlich ist, um die optimale Beseitigung von ausströmenden Gasen aus den Anlagen zu erreichen, die entweder als Biowäscher oder als Biofilter arbeiten. Sie zeigt die verschiedenen Verfahren zur Inokulation der Anlage. Wenn einfach eine flüssige Kultur zu den Schalen hinzugefügt wird, wie unter Punkt 1 gezeigt, dauert es 10 Tage, bis der Biowäscher die optimale Leistung erreicht, und 21 Tage bei Betrieb als Biofilter. In Form von imprägnierten Perlen wird eine andere Leistungsrate erzielt. Um Natriumalginat derart zu inokulieren, wird Pulver erwärmt, das sich daraufhin verflüssigt und in Tröpfchen, die mit Bakterien gemischt sind, in eine Lösung von Calciumchlorid gegossen wird, in der es wirksam zu kleinen Perlen geformt wird. Der Vorteil der Verwendung von Calciumalginat-Perlen besteht darin, dass diese geliefert und für eine beträchtliche Zeit gelagert und daraufhin einfach auf die Muscheln gestreut werden können, wenn es für das Starten der Anlage erforderlich ist. Es werden die Ergebnisse für das Beschichten der Schalen, wie oben beschrieben, aufgeführt, wobei die Zahlen für den Fall erstellt sind, dass keine Inokulation ausgeführt wird, sondern die Anlage einfach nur betrieben wird, bis sich genügend Mikroorganismen entwickeln. Einer der Hauptvorteile des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Inokulationsgeschwindigkeit.
TABELLE 12
TABELLE 13
TABELLE 14
TABELLE 15
TABELLE 16
TABELLE 17
TABELLE 18
Während der Tests wurde festgestellt, dass der Stromverbrauch relativ niedrig war und demgemäß wurden weitere Tests durchgeführt, um den Gegendruck in Betten mit verschiedenen Höhen zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in Tabelle 19 aufgeführt, woraus ersichtlich ist, dass die spezifische Anordnung gemäß der Erfindung die Verwendung von relativ hohen Betten ohne merkliche Stromanforderungen ermöglicht.
TABELLE 19
Eine andere Biofiltrationsvorrichtung gemäß der Erfindung ist in 10 bis 13 veranschaulicht. Die Anordnung entspricht der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen und gleichen Teilen sind dieselben Bezugsnummern zugewiesen. Die Packung ist, abgesehen von den folgenden Maßen, beschaffen wie in Beispiel 1 beschrieben:
Die Vorrichtung wurde in einem Gegenstrom betrieben, wobei übelriechende Luft am Boden der Vorrichtung eindrang. Rezirkulationswasser war in einem Sumpf von 1 m³ enthalten und aufbereitetes Wasser wurde über ein Schwimmerhahnsystem zugeführt. Die Irrigationsdüsen führten Wasser mit einer Rate von etwa 60 l/min. zu. Die Gasbelastung fand bei einer Rate von 100 m³/Std./m³ Bettmaterial statt. Der Pegel von H₂S am Einlass betrug 60 ppm. Bei ununterbrochenem 7wöchigem Betrieb wurde kein H₂S am Auslass erfasst. Mercaptane wurden mit 10–15 ppm im Einlassgas gemessen, es wurden keine Mercaptane am Gasauslass erfasst.
Das System kann entweder gegen die Strömung oder mit der Strömung betrieben werden. Ein besonderer Vorteil des Betriebs des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung in Gegenströmung mit Wasser, das natürlich durch die Schwerkraft auf die Packung strömt, besteht darin, dass die Hauptreaktion zwischen dem Kalkmaterial und dem H₂S oben auf dem Bett auftritt, wodurch die Konstruktionssteifigkeit der Packung weiter verbessert wird.
Während sich die Beispiele weitgehend auf die Beseitigung von durch H₂S verursachten Gerüchen konzentriert haben, ist ersichtlich, dass das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung ebenfalls verwendet werden können, um andere übel riechende Gase, wie beispielsweise organische Schwefelverbindungen oder organische Stickstoffverbindungen oder andere flüchtige organische Verbindungen, zu beseitigen.
TESTS VOR ORT
Es sind verschiedene Tests an der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bei Betrieb in verschiedenen Anlagen durchgeführt worden, und im Folgenden werden mittels einer Reihe von Beispielen Einzelheiten der Tests und des Betriebs aufgeführt.
Beispiel 1
Abwasserbehandlungsanlagenwerk A
Diese Anlage wurde in ähnlicher Weise wie die Testvorrichtung aus 2 betrieben.
PROBLEM
Klärschlammbehälter, die ebenfalls Klärschlamm aus externen kleinen Anlagen erhielten, von denen einige eine Salzinfiltration aufwiesen. Die resultierenden Abgase wiesen hohe H₂S-Pegel auf.
KONSTRUKTION
VERMINDERUNGSSYSTEM
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde als Biowäscher betrieben und erreichte die folgenden Ergebnisse:
LEISTUNG
Beispiel 2
Abwasserbehandlungsanlagenwerk B
Diese Anlage wurde wie die Anlage aus 3 betrieben.
PROBLEM
Das Problem bestand in diesem Fall in den Abgasen aus Klärschlammbehältern.
KONSTRUKTION
VERMINDERUNGSSYSTEM
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde als Vorfilter betrieben, der ein Standardtorffilter versorgte, das als Poliersystem wirkte, und Folgendes wurde erreicht:
LEISTUNG
Beispiel 3
Abwasserbehandlungsanlagenwerk C
Diese Anlage wurde in einem Zweiphasenverfahren ebenfalls in derselben Weise betrieben wie die Anlage aus 3.
PROBLEM
Das Problem bestand in diesem Fall in den Abgasen aus der Klärschlammentwässerungsanlage, welche ein großes Problem darstellten.
KONSTRUKTION
VERMINDERUNGSSYSTEM
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde als Vorfilter betrieben, der ein Standardtorffiltrationsanlage versorgte, das als Poliersystem wirkte, und folgende Ergebnisse wurden erreicht:
LEISTUNG
Beispiel 4
Pumpstation-Kläranlagenwerk D
Betrieb in derselben Weise wie die Anlage aus 3.
PROBLEM
In diesem Fall traten Spitzenwerte von H₂S-Gas aus einer Abwasserpumpstation auf.
KONSTRUKTION
VERMINDERUNGSVERFAHREN
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde als Biofilter betrieben. Folgende Ergebnisse wurden erreicht:
LEISTUNG
Es ist ersichtlich, dass die schalenartige Form sicherstellt, dass Flüssigkeiten wirksam gehalten werden und dass dies die Lebenserwartung des Impfstoffes verlängert. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass das System aufgrund der Tatsache, dass es ein biologisches System ist, alle Vorzüge der bisher bekannten Filter auf biologischer Grundlage bei einer Reihe von wichtigen zusätzlichen Vorteilen bietet.
Erstens ist es ein Hochleistungsfilter, und Geruchsprobleme und mit H₂S im Zusammenhang stehende Probleme sind leicht zu handhaben und zu steuern, wenn es konstruiert und installiert ist.
Es weist den großen Vorteil aller biologischen Systeme auf, dass kein Nebenabfall anfällt. Zudem sind keine Gesundheitsrisiken mit der Vorrichtung verbunden, da keine schädlichen Chemikalien usw. erforderlich sind: das Filterverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist dahingehend relativ wirtschaftlich, dass die laufenden Kosten relativ niedrig sind und das Bett in Intervallen von über zwei Jahren ersetzt werden muss. Des Weiteren sind die Schalen relativ leicht zu entsorgen.
Schließlich liegt aufgrund des erhöhten Durchsatzes durch das Bett eine verkürzte Retentionszeit im Bett vor, die zu einer Verringerung der Standfläche führt. Einer der großen Vorteile der Verwendung der Betten besteht darin, dass ein selbststützendes Medium bereitgestellt wird, wodurch die Installation von bis zu drei Meter hohen Betten ohne innere Stützen ermöglicht wird. Es wird in Betracht gezogen, dass bei einer geeigneten Auswahl von Elementen aus Kalkmaterial größere Höhen erreicht werden können.
Während die Anlage oben in ihrer Funktion sowohl als Biofiltrationsanlage als auch als Wäscher beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass der Grund dafür, dass die Anlage in dieser Weise wirken kann, darin besteht, dass eine größere Flexibilität durch die Konstruktion der Packung ermöglicht wird, die eine im Allgemeinen offene Konstruktion aufweist und damit ermöglicht, dass eine bedeutende Menge Wasser durch sie geleitet wird. Dies wäre beispielsweise bei anderen Formen von Packungen nicht der Fall. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie als Biowäscher besser arbeitet als beispielsweise mit einem Kunststoffmaterial als Filtermedium in der Packung, da Kalkmaterial einen größeren pH-Wert aufweist und daher bei höheren H₂S-Konzentrationen besser arbeiten kann.
Ein anderer spezifischer Vorteil eines Abwasserbehandlungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das System, wenn eine maximale Geruchsbeseitigung gewünscht wird, als erste Phase eines Zweiphasenverfahrens verwendet werden kann, wobei die zweite Phase andere Packungsmaterialien enthalten kann, um noch höhere Geruchsbeseitigungsniveaus sicherzustellen. Der Vorteil eines Abwasserbehandlungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die zweite Phase eines derartigen Behandlungssystems kürzer sein kann als es bei bekannten Anlagen der Fall wäre.
Es wird in der Tat in Betracht gezogen, dass im Fall, dass ein bestimmtes Biofilter- oder Wäschersystem nicht optimal arbeitet, eine bestimmte Menge des darin enthaltenen Packungsmaterials durch Packungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt werden kann. Idealerweise würde diese Packung aus willkürlich angeordneten Elementen aus Kalkmaterial oben auf dem bestehenden Bett angeordnet und das Gas würde von oben in Strömungsrichtung mit Wasser durch das Bett geleitet.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist vielseitig im Gebrauch, da eine große Bandbreite von Verbindungen beseitigt werden kann, wodurch die Verwendung der Vorrichtung als vollständiges Geruchsbehandlungssystem ohne eine Notwendigkeit für zusätzliche Anlagen ermöglicht wird. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann sehr hohe H₂S-Spitzeneinlasskonzentrationen von bis zu 250 ppm behandeln und sie kann mit Polierverfahren, wie beispielsweise Torfbiofiltern oder Trockenmedien, kombiniert werden. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass das einzigartige Verfahren der Beschichtung der Muscheln mit dem Mikrobeninokulum sicherstellt, dass die erforderlichen Bakterien in dem Behandlungssystem gehalten werden, und Leistungsschwierigkeiten, die im Zusammenhang mit niedrigen pH-Werten auftreten können, werden von dem Filtermedium gesteuert.
Während der Schwerpunkt eines beträchtlichen Teils der vorangehenden Erörterung auf der Beseitigung von H₂S lag, ist es wichtig anzumerken, dass die Packung gemäß der vorliegenden Erfindung für die Beseitigung anderer ausströmender Gase, wie beispielsweise Ammoniak, besonders nützlich ist. In diesem Fall wird ein nitrierender Organismus verwendet.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Materialien und Verfahren der Vorrichtung beschränkt, die im Einzelnen variiert werden können.

Claims

Verfahren zur Entfernung von ausströmendem Gas aus einem Gasstrom umfassend das Leiten von kontaminiertem Gas durch ein Packungsmaterial, wobei das Packungsmaterial Kalkelemente umfasst, wobei die meisten Elemente einen Flüssigkeitsretentionsanteil aufweisen, der ein individuelles Flüssigkeitsreservoir bilden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalkelemente zufällig angeordnet sind, wobei sie zur Erleichterung der Passage des Gasstroms dort hindurch mit einigen der Kalkelemente, die ihre Flüssigkeitsreservoire zur Flüssigkeitsretention ausgerichtet haben und worin ein Inokulum aus Bakterien und Flüssigkeit in die Reservoire eingeführt wird, Hohlräume bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Bakterien in den individuellen Reservoiren der Kalkelemente immobilisiert werden durch: Zuerst Sprühen der Packung mit einer Calciumlösung; und Sprühen einer mit einem Immobilisierungsmittel gemischten Bakterien-Lösung auf die Packung.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Packung mit Bakterien inokuliert wird, die in den Perlen, umfassend ein Immobilisierungsmittel, immobilisiert sind.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die Schritte des Bildens der die Bakterien enthaltenden Perlen Folgendes einschließen: Erhitzen eines Immobilisierungsmittels, bis es sich verflüssigt, Mischen des verflüssigten Mittels mit Bakterien; und Gießen des Gemischs in Tröpfchen in eine Calciumlösung.
Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 4, worin das Immobilisierungsmittel Natriumalginat darstellt.
Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 5, worin die Calciumlösung eine Lösung aus Calciumchlorid darstellt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, einschließlich Anfeuchten der Packung durch Abgabe einer Flüssigkeit über dem Packungsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 7, einschließlich des intermittierenden Anfeuchtens der Packung.
Verfahren nach Anspruch 7, einschließlich des weitgehend kontinuierlichen Anfeuchtens der Packung.
Verfahren nach Ansprüchen 7 bis 9, worin das Anfeuchten durch Rezirkulieren der Flüssigkeit über der Packung erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, worin das Anfeuchten im gleichzeitigen Fluss an den Durchfluss des Gasstroms durch die Packung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, worin die Packung mit Anfeuchtungsflüssigkeit bei einer Rate von 0 Litern pro Stunde bis 1 000 Liter pro Stunde angefeuchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, worin sich das Anfeuchtungsmittel bei einer Temperatur von 4°C bis 40°C befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, worin sich die Anfeuchtungsflüssigkeit bei einem pH von 1,0 bis 10,0 befindet.
Verfahren nach Anspruch 14, worin der pH der Anfeuchtungsflüssigkeit gegebenenfalls durch Zufügen einer Base oder einer Säure eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die Base Natriumhydroxid darstellt.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die Säure Schwefelsäure darstellt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin Nährstoffe und/oder Spurenelemente zur Aufrechterhaltung einer aktiven Biomasse zugefügt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die zufällig angeordneten Kalkelemente der Packung eine Schüttdichte von weniger als 900 g/Liter aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 19, worin die Kalkelemente der Packung eine Schüttdichte von weniger als 600 g/Liter aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Kalkelemente der Packung eine Schüttdichte von ca. 500 g/Liter aufweisen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Packung die verbrauchte Schale von Schalentieren darstellt.
Verfahren nach Anspruch 22, worin das Schalenmaterial eine halbe Muschelschale darstellt.
Verfahren nach Anspruch 23, worin die Muschelschale von der Spezies Mytilus edulis stammt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin mindestens einige der Elemente aus gemahlenem Kalkmaterial, das mit einem Bindemittel gemischt ist, stammen.
Verfahren nach Anspruch 25, worin das Bindemittel säurebeständig ist.
Verfahren nach Anspruch 26, worin das Bindemittel Keratin darstellt.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, worin die Packung ein oder mehr zusätzliche(s) Packungsmaterial(ien) einschließt.
Verfahren nach Anspruch 28, worin das zusätzliche Packungsmaterial eines oder mehr von Folgendem einschließt: Erika-, Torfknollen-, Aktivkohle-, Aluminiumoxid- und Kunststoffmedien.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Bakterien ausgewählt sind, um den Abbau von Schwefel und Schwefelanaloga zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 30, worin die Bakterien von der Thiobacillus- und/oder Rhodobacter-Spezies stammen.
Verfahren nach Anspruch 30, worin das Bacterium aus einem oder mehr von Folgenden ausgewählt ist: Thiosphaera pantotropha, Thiobacillus thioparus, Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus ferroxidans, Nitrosomonas, Nitrobacter, Pseudomonas, Rhodococcus, Fungi und Streptomyces.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, einschließlich Anfeuchten der Packung mit einem Sprühmittel.