NL9100901A - Inrichting en werkwijze voor het biologisch zuiveren van met afvalgassen verontreinigde lucht. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Inrichting en werkwijze voor het biologisch zuiveren van met afvalgassen verontreinigde lucht.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het biologisch zuiveren van met afvalgassen verontreinigde lucht, omvattende tenminste een houder met een biologische f iltereen-heid, bestaande uit op dragermateriaal geïmmobiliseerde micro-organismen, welke houder is voorzien van tenminste een toevoeropening voor een te behandelen gasfase en voor een waterfase, alsmede van tenminste een afvoeropening voor de behandelde gasfase en voor de intermediaire waterfase, tegenover de respektieve genoemde toevoeropeningen.

Een dergelijke inrichting is bijvoorbeeld bekend uit het Duitse Offenlegungsschrift 3.227.678.

Meer in het bijzonder zijn in deze bekende inrichting de toevoeropening voor de te behandelen gasfasen en voor een waterfase alsmede de afvoeropening voor de behandelde gasfase en de waterfase zodanig aangebracht in de houder dat beide fasen van boven naar beneden, in gelijkstroom, door de houder kunnen worden gevoerd. Inrichtingen waarin beide fasen in tegenstroom ten opzichte van elkaar door de houder worden gevoerd zijn overigens ook bekend.

Opgemerkt wordt dat de toepassing van biof liters om met afvalgassen verontreinigde lucht te zuiveren een bekend principe is.

Zo worden in de literatuur, waaronder de VDI-richtlijnen 3477, methoden aangehaald om met afvalgassen verontreinigde luchtstromen biologisch te zuiveren, o.a. met name in de compost-verwerking en vleesafval-verwerkingsindustrie. De op dat principe werkende installaties kunnen echter maar een zeer beperkte hoeveelheid afvalgas per filtervolume-eenheid af breken vanwege de hierbij noodzakelijke relatief lange verblijftijd van de gasfase met dienaangaande zeer lage doorstroomsnelheden. Het hieruit voortvloeiende grote nadeel is dan ook het relatief zeer grote volume van een dergelijke installatie.

Biof iltersystemen worden toegepast om verontreinigingen uit luchtstromen te verwijderen. Ze bestaan uit dragers waarop zich micro-organismen bevinden. Hierlangs wordt de lucht met de verontreiniging geleid. De verontreiniging wordt door de micro-organismen als substraat gebruikt. Doordat aan het grensvlak tussen micro-organismen en verontreinigde lucht steeds verontreiniging wordt weggenomen ontstaat er een fysisch transport waardoor de verontreiniging uit de luchtstroom wordt verwijderd.

De micro-organismen, hoofdzakelijk bacteriën, moeten altijd omringd zijn door een water laag je. Als op de drager geen water wordt aangebracht, moet de luchtvochtigheid zo hoog zijn dat er geen uitdroging zal optreden. Dit komt neer op ongeveer een luchtvochtigheid van 95% of meer. Naast het substraat (de verontreiniging) hebben de bacteriën nutriënten (andere voedingsstoffen dan het substraat) nodig. Deze nutriënten moeten in de drager voor handen zijn of moeten anderszins worden toegevoerd.

Traditionele biofilters kenmerken zich door een groot bedoppervlak en een beperkte bedhoogte. Tevens moet na verloop van tijd het filtermateriaal worden vervangen. Enkele redenen hiervoor zijn: a) Vanwege een voldoende lange verblijftijd is de snelheid van het te behandelen afvalgas door het bed laag. Om dit te realiseren moet een groot bedoppervlak worden toegepast.

b) Een belangrijke voorwaarde voor een efficiënte biologische werking is de hoge relatieve vochtigheid van de te behandelen afvalgasstroom. Omdat het echter om een exotherm reactieproces gaat, zal de bedhoogte moeten worden gelimiteerd om uitdroging en daardoor het af sterven van micro-organismen zoveel mogelijk te voorkomen.

c) Het voor dergelijke traditionele filters gebruikte dragermateriaal bestaat voornamelijk uit compost of heide of een combinatie hiervan, al dan niet met vulmiddelen en of kalkachtige additieven. Dergelijke bedden hebben een hoge drukval, waardoor de bedhoogte in deze biofiltersystemen beperkt is.

d) het filtermateriaal moet na verloop van enige tijd (tijdsbestek afhankelijk van het af te breken afvalgas) worden vervangen omdat het niet mogelijk is gevormde verzurende componenten uit het filterbed te krijgen.

Om dit laatste te ondervangen wordt soms mergel toegevoegd om het zuur te neutraliseren. Dit is echter ook geen permanente oplossing omdat het kalk opraakt of omdat de toenemende concentratie CaCl2 voor inhibitie zorgt. Een ander biologisch filter waarbij veel van deze problemen worden ondervangen is een type filter waarbij men water over een hiervoor geschikte drager laat stromen. Uitdroging kan hierdoor eenvoudig worden voorkomen. Dit principe biedt het voordeel dat nutriënten kunnen worden aangevoerd en afvalproducten kunnen worden afgevoerd. Dit biofiltersysteem wordt "trickle bed" bioreactor genoemd. Het wezen van een dergelijk "trickle bed" bioreactor ligt in het feit dat het mogelijk is om met de waterfase het levensmilieu van de microorganismen , te conditioneren. De gasfase wordt in alle bekende typen in gelijkstroom of in tegenstroom met de waterfase toegepast, waarbij de gasfase vertikaal door het bed stroomt.

Het gebruik van het water in de "trickle bed" bioreactor heeft verschillende voordelen ten opzichte van het traditionele biofilter.

a) Er is een permanente nauwkeurige dosering van nutriënten mogelijk.

b) Er is nauwelijks temperatuurstijging zodat de procesgang niet nadelig wordt beïnvloed.

c) Afvoer van verzurende componenten kan plaatsvinden. Nadeel van een dergelijke bioreactor is een grotere water- laagdikte waardoor een extra weerstand optreedt bij het stof-transport. Dit geeft vooral problemen bij verbindingen die slecht oplosbaar zijn in water. Gevonden is namelijk dat de stofover-dracht voornamelijk wordt bepaald door de weerstanden over de beide zijden van het grensvlak.

Daarbij is bij dit type "trickle bed" bioreactor de hoogte van het bed beperkt, omdat bij grotere hoogte hiervan verzuring van de waterfase optreedt en daardoor de werkzaamheid van het systeem aanzienlijk terugloopt.

Gevonden is nu een inrichting van het in de aanhef genoemde type waarbij de hierboven vermelde bezwaren worden ondervangen.

De inrichting volgens de uitvinding wordt hierdoor gekenmerkt dat een toevoer- en afvoeropening voor de gasfase respektievelijk de waterfase in hoofdzaak tegenover elkaar zijn aangebracht in de wand van de houder, met dien verstande dat de wand van de houder die een toevoeropening bezit voor de te behandelen gasfase in hoofdzaak loodrecht staat op de wand van de houder die een toevoeropening voor de waterfase bezit.

De stroming van de gasfase en de stroming van de waterfase vindt derhalve volgens een "kruis-stroom" principe plaats.

Bij voorkeur is de plaats van de toe- respektievelijk afvoeropening voor de gasfase zodanig dat een horizontale doorvoer van de gasfase door de houder wordt gewaarborgd, terwijl de plaats van de toe- respektievelijk afvoeropening van de waterfase zodanig in de houder is aangebracht dat een vertikale doorvoer daarvan wordt gewaarborgd.

Substantiële verhoging van het filterbed van de tot nog toe bekende biologische filterinrichtingen met het doel bij hogere snelheden van de gasfase een minstens gelijke verblijftijd te realiseren leidt door een grotere af te leggen weg van de waterfase tot moeilijk te beïnvloeden condities en dienaangaande tot aanzienlijke verzuring van de waterfase.

Zoals bekend is, zal verzuring van de waterfase de biologische werking nadeling beïnvloeden. Om dat te voorkomen moeten er vele lage bedden boven elkaar geplaatst worden, waarbij , weliswaar in die inrichtingen moeilijk te realiseren, de waterverzameling en conditionering per bed uitgevoerd moet worden.

De inrichting volgens deze uitvinding wordt echter gekenmerkt door op een eenvoudige wijze de doorstroomsnelheid aanzienlijk groter te maken dan bij bestaande biofiltersystemen mogelijk is. De verblijftijd kan eenvoudig worden aangepast door de bedhoogte (in dit geval dus bedlengte) uit te breiden. De waterfase legt door deze vinding een relatief kleine weg over de drager af, waardoor er nauwelijks verzuring kan optreden en de condities over de gehele bedlengte eenvoudig kunnen worden beheerst.

Bij voorkeur bezit het in de inrichting volgens de uitvinding toegepaste zeer lichte dragermateriaal een volume-gewicht van ten hoogste 0,10 g/cm3, meer in het bijzonder minder dan 0,05 g/cm3. Uit polyvinylchloride gevormd dragermateriaal is bijzonder geschikt gebleken, doch andere materialen kunnen uiteraard eveneens worden toegepast, mits de toe te passen micro-organismen daarop kunnen worden geïmmobiliseerd en een kruis-stroom van de waterfase en de gasfase door het materiaal mogelijk is.

Het volume van de biologische filtereenheid bedraagt bij voorkeur slechts 10%, meer in het bijzonder ongeveer 5% van de houder.

Opgemerkt wordt dat in de biologische f iltereenheid micro-organismen worden toegepast, die afhankelijk van de uit de verontreinigde lucht te verwijderen afvalgassen zijn geselecteerd.

Doordat de lengte van de onderhavige inrichting gemakkelijk groter kan worden gemaakt, kan het met gas doorstroomde oppervlak kleiner worden dan bij bekende biofliters. Aldus wordt bij eenzelfde verblijftijd een hogere gassnelheid in de f iltereenheid verkregen. Deze verhoogde snelheid zorgt ervoor dat de fysische transportweerstand in de gasfase afneemt waardoor een beter massatransport wordt verkregen. Door dit betere massatransport neemt de capaciteit van de inrichting volgens de uitvinding toe ten opzichte van andere typen bioreactoren.

Doordat voorts de inrichting volgens de uitvinding de grootste afmeting in horizontale richting bezit, is ze eenvoudig te bouwen en vereist geen zware fundering. Doelmatig omvat de inrichting volgens de uitvinding meerdere, ten opzichte van de stroming van de gasfase in serie geplaatste houders. Het is daarbij mogelijk om de waterfase in de houders afzonderlijk te regelen. Dit zou echter in een bioreactor van het bekende type slechts mogelijk zijn als er meerdere bedden boven elkaar geplaatst worden; de verzameling van het water moet dan echter per bed worden uitgevoerd hetgeen in die situatie een zeer grote extra weerstand in de gasfase introduceert. In de onderhavige inrichting neemt echter noch de waterverzameling noch de bevochtiging ruimte in in de (lengte)richting van het bed, terwijl de toename in de hoogte een aanzienlijk nadeel van een (gelijk- of tegenstrooms) bioreactor is, wanneer men meerdere bedden achter elkaar nodig heeft. Bovendien heeft men dan een aanzienlijk kostbaardere fundering nodig, in verband met de vereiste stabiliteit.

Doordat, zoals hierboven is toegelicht, de regeling en dosering van de waterfase per filtereenheid mogelijk is, kan optimale af regeling van de afbraakcapaciteit worden gerealiseerd.

Een bijkomend voordeel van de onderhavige inrichting is dat deze zodanig is geconstrueerd, dat te allen tijde op eenvoudige wijze onderhoud kan worden gepleegd. Dit wordt mede veroorzaakt doordat de hele installatie horizontaal staat waardoor alle leidingen, kleppen, regelaars e.d. vanaf één niveau te bereiken en te onderhouden zijn. Ook is het pakkingsmateriaal in de houders eenvoudig te bereiken en te onderhouden.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het biologisch zuiveren van met afvalgassen verontreinigde lucht door de verontreinigde lucht te voeren door een drager-materiaal dat is voorzien van geschikte micro-organismen waarover een waterfase wordt gevoerd met nutriënten welke naast de verontreiniging essentiëel zijn voor de groei van de microorganismen, die hierdoor wordt gekenmerkt, dat de doorvoerrichting van de gasfase door het dragermateriaal in hoofdzaak loodrecht staat op de doorvoerrichting van de waterfase.

Een dergelijke werkwijze maakt het mogelijk om bij geringe hoogte van het bed, bestaande uit dragermateriaal dat is voorzien van geschikte micro-organismen, een voldoende verblijftijd van de door stromende gasfase te creëren, doordat slechts de lengte van de houder behoeft te worden vergroot of doordat meerdere houders in serie worden gekoppeld.

Doelmatig past men in de houder dragermateriaal toe met een volumegewicht van ten hoogste 0,10 g/cm3, bij voorkeur minder dan 0,05 g/cm3, welk materiaal voorts een onderling in hoofdzaak loodrechte stroming van de gasfase en de waterfase toelaat.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van bijgaande tekening waarin: - Fig. 1 schematisch een bekend biofilter,

Fig. 2 schematisch een bekende bioreactor met waterbe-sproeiing in tegenstroom-, en gelijkstroomsituatie Fig. 3 schematisch een dwarsdoorsnede van een inrichting volgens de uitvinding toont.

In fig. 1 is schematisch een biofilter weergegeven. De verontreinigde lucht wordt door het biofilter 1 gevoerd, zoals met de gearceerde pijl 2 of de witte pijl 3 is weergegeven.

Fig. 2 geeft schematisch een bioreactor weer waarin eveneens de verontreinigde lucht door het filterbed wordt gevoerd, volgens de met de gearceerde pijl 2 of de witte pijl 3 aangeduide richting. De conditionering van het levensmilieu van de micro-organismen in het filterbed 1 vindt plaats door een waterfase te leiden door het bed. Deze waterfase stroomt in het hier weergegeven geval via leidingen 4 en 5 in tegenstroom (pijl 2) of gelijkstroom (pijl 3) met de gasfase door het filterbed. In fig. 3 is schematisch een inrichting volgens de uitvinding weergegeven, bestaande uit één of meerdere in serie geschakelde houders H met één of meerdere biologische filtersecties 1. Zoals is weergegeven omvat een houder H meerdere secties S. Hoewel de waterfase, evenals in de in fig. 2 weergegeven bioreactor in hoofdzaak vertikaal door de filtereenheid 1 stroomt via leidingen 3 en 4, is de stroming van de gasfase daarentegen horizontaal, zoals met pijl 2 is weergegeven.

Opgemerkt wordt dat de aan de opeenvolgende houders toe te voeren waterfase steeds een onbelaste waterfase kan zijn, waardoor in zeer korte tijd en nadat het te zuiveren gas is gevoerd door een (beperkt) aantal houders, dit gas volledig is gezuiverd van verontreinigingen. Anderzijds is het mogelijk om de uit een of meer houders stromende, verontreinigingen bevattende, waterfase aan een willekeurige houder toe te voeren zodat concentratie fluctuaties kunnen worden ondervangen.

Zoals duidelijk uit fig. 3 blijkt, leidt een vergroting van het aantal filterbedden niet tot een inrichting die een bijzonder fundering vereist om stabiel te blijven. Uitbreiding van het aantal filterbedden leidt slechts tot een uitbreiding in lengterichting van de inrichting; ook in dat geval blijven alle leidingen, kleppen e.d. vanaf eenzelfde niveau bereikbaar, hetgeen voor het onderhoud bijzonder doelmatig is.

Claims (9)

1. Inrichting voor het biologisch zuiveren van met afval-gassen verontreinigde lucht, omvattende tenminste een houder met een biologische filtereenheid, bestaande uit op dragermateri-aal geïmmobiliseerde micro-organismen, welke houder is voorzien van tenminste een toevoer opening voor een te behandelen gasfase en voor een waterfase, alsmede van tenminste een afvoeropening voor de behandelde gasfase en voor de intermediaire waterfase, tegenover de respektieve genoemde toevoeropeningen, met het kenmerk. dat een toevoer- en afvoeropening voor de gasfase respektievelijk de waterfase in hoofdzaak tegenover elkaar zijn aangebracht in de wand van de houder, met dien verstande dat de wand van de houder die een toevoeropening bezit voor de te behandelen gasfase in hoofdzaak loodrecht staat op de wand van de houder die een toevoeropening voor de waterfase bezit.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de plaats van de toe- respektievelijk afvoeropening voor de gasfase een horizontale doorvoer van gassen, en de plaats van de toe- respektievelijk afvoeropening voor de waterfase een vertikale doorvoer daarvan waarborgen.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het dragermateriaal een volumegewicht van ten hoogste 0,10 g/cm3, bij voorkeur minder dan 0,05 g/cm3 bezit.

4. Inrichting volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat het volume van de biologische filtereenheid 10%, bij voorkeur ongeveer 5% van de houder bedraagt.

5. Inrichting volgens conclusie 1-4, met het kenmerk, dat het micro-organismen bevattende dragermateriaal een zodanige vormgeving bezit dat een in hoofdzaak horizontale doorvoer van de gasfase en een in hoofdzaak vertikale doorvoer van de waterfase wordt gewaarborgd.

6. Inrichting volgens conclusie 1-5, met het kenmerk, dat de inrichting meerdere, ten opzichte van de stroming van de gasfase in serie geplaatste houders omvat.

7. Werkwij ze voor het biologisch zuiveren van met afvalgassen verontreinigde lucht door de verontreinigde lucht te voeren door een dragermateriaal dat is voorzien van geschikte micro-organismen, waarover een waterfase wordt gevoerd met nutriënten die naast de verontreiniging essentieel zijn voor de groei van de micro-organismen, met het kenmerk, dat de doorvoerrichting van de gasfase door het dragermateriaal in hoofdzaak loodrecht staat op de doorvoerrichting van de waterfase.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat men dragermateriaal toepast met een volumegewicht van ten hoogste 0,10 g/cm3, bij voorkeur minder dan 0,05 g/cm3.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat men dragermateriaal toepast dat een onderling in hoofdzaak loodrechte stroming van de gasfase en de waterfase toelaat.