NL193684C - Werkwijze voor het biologisch zuiveren van gas dat door micro-organismen afbreekbare verontreinigingen bevat alsmede inrichting daarvoor. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het biologisch zuiveren van gas dat door micro-organismen afbreekbare verontreinigingen bevat alsmede inrichting daarvoor

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het biologisch zuiveren van gas dat door micro-5 organismen afbreekbare verontreinigingen bevat, door dit gas over een dragermateriaal uit polyurethaan te leiden, waarop de micro-organismen zich bevinden.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit DE-A-3.428.798. Dit document beschrijft een filter dat bestaat uit een materiaal met een laag soortelijk gewicht, dat een structuur met open poriën en een hoge porositeit bezit. Het filter kan zijn opgebouwd uit polyurethaanelementen, bij voorkeur afval materiaal in de vorm van 10 stukken. Nadere specifieke eisen voor het toe te passen polyurethaan worden in dit document niet beschreven.

Er zijn diverse methoden bekend om afvalgassen te reinigen teneinde luchtvervuiling te bestrijden. Zo zijn chemisch-fysische methoden bekend, die bijvoorbeeld gebaseerd zijn op verbranding, adsorptie aan actieve kool, absorptie met behulp van water en/of chemicaliën, geurmaskering en condensatie. Het is ook 15 bekend, afvalgassen biologisch te reinigen, bijvoorbeeld met behulp van biofilters, biowassers, biowasfilters en membraanreactoren. Ten opzichte van de andere systemen hebben biologische systemen het voordeel, dat een vochtig uitgangsmateriaal geen problemen oplevert, dat het te behandelen volume niet van belang is en dat het tegelijkertijd verwijderen van verschillende geurcomponenten mogelijk is. In het algemeen geldt ook, dat biologische reiniging veel goedkoper is dan de andere methoden.

20 Hieronder zullen de bekende biologische systemen biofilter, biowasfilter en biowasser aan de hand van de figuren 1-3 nader worden toegelicht.

Het biofilter (figuur 1)

Het te behandelen gas wordt in kamer 1 geleid en daarin bevochtigd. Het vochtige gas komt via verdeel-25 orgaan 2 in een absorberend bed 3, dat gewoonlijk grond compost, schors, veenturf, heide of mengsels van deze materialen kan bevatten. De verontreinigingen (of polluenten) worden in eerste instantie door adsorptie, absorptie of ionenuitwisselingsprocessen in het substraat vastgehouden. Daarna vindt een microbiële afbraak van de diverse bestanddelen plaats, zodat de adsorptie-, absorptie- en ionenuitwisse-lingscapaciteit van het substraat continu geregenereerd worden. Zo wordt een evenwichtstoestand bereikt 30 en kan het substraat in principe onbeperkt actief blijven.

In het algemeen worden biofilters gedimensioneerd op een belasting van 100 tot 150 m3/m2 bed.h. Een voordeel van biofilters is dat de werking daarvan niet sterk afhankelijk is van de oplosbaarheid in water van de verontreinigende bestanddelen. Bovendien is het bedrijven van een dergelijk systeem eenvoudig en goedkoop.

35 Een nadeel van de biofilters is, dat ze een relatief groot oppervlak in beslag nemen en dat de conditie van de toegevoerde gassen binnen bepaalde grenzen van temperatuur, pH, belasting en vocht geregeld moeten worden. Bovendien is het substraat (filtermateriaal) aan afbraak onderhevig. Dit leidt tot verstopping en vergt regelmatig vernieuwing.

40 Het biowasfilter (figuur 2)

Het biowasfilter betreft een systeem, dat sterk analoog is aan het oxidatiebed of de sproeifilterinstaliatie, die bij de waterzuivering wordt toegepast. Een belangrijk verschil is echter, dat bij het biowasfilter het uitgangsmateriaal in de gasfase verkeert. Bij het biowasfilter wordt de gasstroom door het met actieve micro-organismen begroeide dragermateriaal omvattende bed 4 geleid. Daarbij wordt het dragermateriaal 45 doorspoeld met wasvloeistof, waarin zich actieve micro-organismen bevinden. De wasvloeistof wordt opgevangen in een reservoir 5 en van daaruit met behulp van een vloeistofpomp 6 teruggeleid naar het filterbed. In het biowasfilter is een voorziening aanwezig om uit het behandelde gas vocht te verwijderen (mistvanger 7 in figuur 2). Er kunnen diverse dragermaterialen worden toegepast, die zowel hydrofoob als hydrofiel kunnen zijn en een groot of een klein specifiek kunnen bezitten. Het filter wordt in het algemeen 50 gedimensioneerd op een belasting van 250 m3/m2 bed.h. De installatie is compact, bezit een grote flexibiliteit en een sterk buffervermogen. De installatie is bovendien geschikt om stoffen met een matige tot vrij hoge Henry-coëfficiënt te verwijderen. De Henry-coëfficiënt is de verhouding van de concentratie van het polluent in de gasfase (mg/m3) ten opzichte van de concentratie van het polluent in de vloeistoffase (mg/l). Polluenten met een lage Henry-coëfficiënt (<5) zijn goed oplosbaar in water, polluenten met een hoge 55 Henry-coëfficiënt (>10) zijn moeilijk oplosbaar in water.

De biowasser (figuur 3)

De biowasser is een combinatie van een gaswasser zonder dragermateriaal en een actief slibbekken, waarin het water geregenereerd wordt. Het te behandelen gas wordt in een vloeistofstraal 8 gebracht en wordt meegesleept naar het actieve slibbekken 9. Via een vloeistofpomp 10 wordt de wasvloeistof weer 5 naar de bovenzijde van de inrichting geleid om daar opnieuw in aanraking te worden gebracht met de ingangsgasstroom. De in bekken 9 aanwezige wasvloeistof met biomassa wordt via leiding 11 belucht. Het zal duidelijk zijn, dat de massatransfer en de microbiële afbraak in twee afzonderlijke eenheden plaatsvindt. Dit systeem is vooral geschikt voor het verwijderen van verbindingen, die goed in water oplosbaar zijn. Een nadeel is de extra beluchting van de vloeistoffase, die gepaard kan gaan met schuimvorming.

10 Als belangrijkste nadelen van bekende biologische zuiveringsinstallaties kunnen het grote drukverval en het plaats innemende karakter worden genoemd.

Er is nu gevonden dat de hierboven genoemde nadelen in belangrijke mate kunnen worden voorkomen door middel van een werkwijze volgens de aanhef, gekenmerkt, doordat gereticuleerd polyurethaan wordt toegepast, waarvan het soortelijk gewicht in het traject van 20 t/m 24 kg/m3 ligt en dat de biologische 15 zuivering geheel of nagenoeg geheel in dit gereticuleerd polyurethaan plaatsvindt.

Het volgens de uitvinding toegepaste urethaan is flexibel en licht en staat borg voor een lagere stromingsweerstand en een groot specifiek oppervlak. Energetisch beschouwd speelt het drukverval over het dragermateriaal een zeer belangrijke rol. Een klein drukverval gaat immers gepaard met een laag energieverbruik. Derhalve moet het drukverval zo laag mogelijk blijven. Anderzijds bevordert een groot 20 specifiek oppervlak de microbiologische fixatie en derhalve het rendement van de reinigingsinstallatie.

Het volgens de uitvinding toegepaste polyurethaan heeft nog diverse andere voordelen. Zo vertoont het geen overmatige verouderingsverschijnselen of structuurveranderingen tijdens de toepassing. Bij de microbiële verwijdering van verschillende organische componenten ontstaan zure stofwisselingsproducten. Het volgens de uitvinding toegepaste materiaal is zuurbestendig. Bovendien zorgt het volgens de uitvinding 25 gebruikte materiaal voor een homogene verdeling over het filterbed en garandeert het een minimale contacttijd. Het polyurethaan dat volgens de uitvinding kan worden toegepast, kan ook een pH-bufferend effect vertonen na behandeling met bijvoorbeeld actieve kool.

Zoals hiervoor beschreven is het soortelijk gewicht van het polyurethaan 20 tot 24 kg/m3. Een dergelijk soortelijk gewicht is in vergelijking met de tot dusver toegepaste, veel zwaardere materialen, gunstig zodat 30 met een eenvoudigere constructie van de installatie kan worden volstaan. Het polyurethaan kan, afhankelijk van de gebruikte installatie en de te behandelen hoeveelheid gas, in verschillende vormen, afmetingen en poriëngrootte worden toegepast.

Naast het soortgelijk gewicht is ook het feit dat gereticuleerd polyurethaan wordt toegepast belangrijk. Een dergelijk polyurethaan met een open driedimensionale structuur heeft goede gasdiffusie-35 eigenschappen. Deze volledig open celstructuur wordt verkregen door een thermische explosie van in het bijzonder zuurstof en waterstof in een gesloten reactor. Hierdoor smelten alle celvliezen.

Het specifieke oppervlak van het polyurethaan bedraagt bij voorkeur 500 t/m 4000 m2/m3. De porositeit heeft bij voorkeur een waarde van 95 t/m 97%.

In het bijzonder wordt polyurethaan met een nopvormig profiel toegepast. Bij een dergelijke vormgeving 40 wordt het contact tussen het te behandelen gas en water bevorderd omdat zowel het water als het te behandelen gas indirecte wegen moeten volgen.

De micro-organismen kunnen op het polyurethaan aangebracht worden via het sproeiwater, bijvoorbeeld door enten met actief slib of specifiek geselecteerde species.

Afhankelijk van het te behandelen gas kan het polyurethaan voorzien zijn van een bekleding, die 45 hydrofiele en/of hydrofobe componenten bevat. Ook kan de toevoer van nutriënten voor de micro- organismen plaatsvinden via een op het polyurethaan aangebrachte bekleding, die nutriënten voor deze micro-organismen (langzaam en geregeld) afgeeft (slow release).

Voorts heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het biologisch zuiveren van gas, in het bijzonder afvalgas, ten minste omvattende een houder met een inlaat voor gas, een filterbed van gereticu-50 leerd polyurethaan zoals gedefinieerd in een der conclusies 1-3, alsmede een uitlaat voor gas.

Gezien de hoge belasting en het geringe drukverval over het filtermateriaal is een zeer compacte, eventueel modulaire bouw mogelijk.

In figuur 4 wordt een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, nader toegelicht.

55 Onder in houder 12 wordt via 13 verontreinigde lucht gebracht. Deze lucht doorloopt het filterbed 14, dat bestaat uit lagen polyurethaan meteen nopvormig profiel. Bovenin de houder 12 bevinden zich sproeiers 15, met behulp waarvan sproeiwater homogeen over het dragermateriaal 14 verspreid wordt. Het zal duidelijk zijn dat de stroomrichting van het sproeiwater tegengesteld is aan die van het gas. De verhouding van het luchtdebiet Q, (m3/h) ten opzichte van het waterdebiet Qw (1/h) kan variëren maar is optimaal tussen 1 en 2.

In de inrichting volgens de uitvinding worden de verontreinigende bestanddelen zeer efficiënt verwijderd.

5 In een experiment met het sterk ruikende isoboterzuur (2-methylpropionzuur), dat door zijn vertakte structuur het minst biodegradeerbaar is van de lage organische zuren, zijn de gerealiseerde efficiëntes groter dan 99%. De belasting bedroeg daarbij 1,71 ml isoboterzuur, hetgeen overeenkomt met 2,94 kg COD/m3r.d. Gedurende het experiment bedraagt de luchtsnelheid 35 m3/h en het sproeiwaterdebiet 400 l/h. Er wordt daarbij een drukverval gemeten van 1,5 mm WK/m PU. Het soortelijk gewicht van het gereticuleerde 10 polyurethaan was 20 tot 25 kg/m3, het specifiek oppervlak 1375 ma/m3 en de porositeit 30 ppi.

Het bovengenoemde experiment met isoboterzuur werd uitgevoerd in de in figuur 5 toegelichte inrichting. Daarin is een reactor 16 van plexiglas aanwezig, die is opgebouwd uit vier platen met een breedte van 30 cm en een hoogte van 130 cm. De platen zijn door middel van schroeven aan elkaar bevestigd. In een plaat is op 20 cm van de bodem bij 17 een opening met een diameter van 7 cm aanwezig voor de toevoer 15 van gas. In een andere plaat is op 5 cm van de bodem bij 18 een opening met een diameter van 7 cm aanwezig voor de afvoer van vloeistof. De onderplaat van de reactor 16 heeft zijden van 30 cm. In de reactor bevindt zich op een hoogte van 30 cm een zeefplaat 19 waarop Filtren TR 30 polyurethaanlamellen (soortelijk gewicht 20-24 kg/m3, specifiek oppervlak gelijk aan 1375 m2/m3) met een hoogte van 90 cm steunen. De lamellen hebben een nopvormig profiel met een nophoogte van 2,5 cm en een voet van 1 cm. 20 In de bovenplaat van de reactor 16 zijn twee openingen aanwezig, nl. een opening 20 met een diameter van 3 cm voor de toevoer van vloeistof en een opening 21 met een diameter van 7 cm voor de afvoer van gas. De reactor werd geënt met 2 liter actief slib, afkomstig van de aerobe waterzuiveringsinstallatie van een zuivel verwerkend bedrijf. Voor de dosering van isoboterzuur werd gebruikgemaakt van een (niet weergegeven) compressor met een fijn regel kraan. Daarmee werd tucht geborreld door isoboterzuur 25 (zuiverheid 99%) dat zich in een wasfles 22 met een inhoud van 375 ml bevond. De isoboterzuur bevattende gasstroom wordt via een wasfles 23 met een inhoud van 125 ml (voor het tegengaan van het meevoeren van vloeistofdruppels) in leiding 24 gebracht en bij opening 17 in reactor 16 geleid. Via leiding 24 wordt met behulp van een (niet weergegeven) ventilator lucht aangevoerd. De isoboterzuur bevattende gasstroom komt bij 17 in de reactor 16. Het gereinigde gas verlaat de reactor 16 via afvoeropening 21. Bij 30 opening 20 wordt vanuit vloeistofreservoir 25 met behulp van een niet weergegeven vloeistofpomp wasvloeistof in de reactor gebracht. De gebruikte wasvloeistof verzamelt zich onder in de reactor 16 en wordt afgevoerd bij opening 18 en weer in reservoir 20 geleid. Bij de openingen 17 en 21 zijn voorzieningen aanwezig om monsters te kunnen nemen.

Bij een ander experiment werd de doeltreffendheid van een polyurethaan houdend biowasfilter en van 35 een biobed vergeleken. Voor dit experiment werd de lucht afkomstig van twee stallen van 5 x 5 m, waarin 300 slachtkippen gedurende 7 weken werden gehouden, aangezogen. De staltemperatuur varieerde van 28°C bij aanvang van de proef tot 20°C aan het einde. De relatieve vochtigheid schommelde rond de 70%.

De voornaamste kenmerken van de biowasfilter zijn samengevat in tabel A. Het drukverval dat genoteerd werd ontstond voornamelijk in de toevoerleidingen naar de reactor. Van het oorspronkelijk drukverval van 59 40 Pa werd ongeveer 20 Pa veroorzaakt door het polyurethaan.

TABEL A

Proceskarakteristieken van de biowasfilter 45 Parameter

Dragermateriaal Filtren TR 20

Filteroppervlak (m2) 1

Luchtbelasting (m3/m2.h) 2000 50 HRT lucht (s) 1,8

Sproeiwaterbelasting (m3/m2.h) 0,196

Drukvervalverloop (Pa) 58 —> 100 55 Ter vergelijking werd een bekend biobed van vezelturf en heide bedreven. De proceskarakteristieken van deze opstelling zijn samengevat in tabel B.

Claims (4)

10 Drukvervalverloop (Pa) 35—>110 Tabel C geeft een overzicht van de resultaten. Niettegenstaande de kortere verblijftijd van het gas realiseert het biowasfilter volgens de uitvinding eenzelfde reductie van WZ en stof. De reductie van NH3 en van het 15 totaal kiemgetal door het biowasfilter anderzijds is zelfs beduidend hoger in vergelijking met de reducties verkregen met het bekende biobed. TABEL C Samenvatting van resultaten van proeven met het polyurethaanhoudende biowasfilter volgens de uitvinding 20 en het bekende biobed Parameter Biowasfilter (uitv., %) Biobed (bekend, %) VVZ 92 94 25 NH3 89 56 Kiemgetal 98 85 Stofgehalte 96 100 30 In de tabellen A, B respectievelijk C betekent HRT hydraulische retentietijd en WZ vluchtige vetzuren.

1. Werkwijze voor het biologisch zuiveren van gas dat door micro-organismen afbreekbare verontreinigingen bevat, door dit gas over een dragermateriaal uit polyurethaan te leiden, waarop de micro-organismen zich bevinden, met het kenmerk, dat gereticuleerd polyurethaan wordt toegepast, waarvan het soortelijk gewicht in het traject van 20 t/m 24 kg/m3 ligt en dat de biologische zuivering geheel of nagenoeg geheel in dit gereticuleerd polyurethaan plaatsvindt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gereticuleerd polyurethaan een specifiek oppervlak in het traject van 500 t/m 4000 m2/m3 en een porositeit in het traject van 95 t/m 97% heeft.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het polyurethaan een nopvormig profiel heeft.

4. inrichting voor het biologisch zuiveren van gas, in het bijzonder afvalgas, ten minste omvattende een houder met een inlaat voor gas, een filterbed van gereticuleerd polyurethaan zoals gedefinieerd in een der 45 conclusies 1-3, alsmede een uitlaat voor gas. Hierbij 2 bladen tekening