WO1999028018A1 - Verfahren zur reduzierung der konzentration von inhaltsstoffen in einem gas und in einer flüssigkeit und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur reduzierung der konzentration von inhaltsstoffen in einem gas und in einer flüssigkeit und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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WO1999028018A1
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André Stelling
Olaf Richert
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Umweltschutz Nord Gmbh & Co.
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    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the concentration of ingredients in a gas and in a liquid, in which the liquid is passed through a scrubber unit, gas containing ingredients is passed into the scrubber unit and comes into contact with the liquid in the scrubber unit, so that the liquid absorbs ingredients from the gas in a possibly converted form and the reduced-content gas is led out of the scrubber unit.
  • the invention relates to a device for reducing the concentration of constituents in a gas and in a liquid with a scrubber unit for receiving constituents from a gas in a possibly converted form by a liquid, the gas and the liquid being conductible and in through the scrubber unit the scrubber unit can be brought into contact with one another.
  • Such ingredients include, in particular nutrients, pollutants or odors such as ammonia, phosphate, ammonium, nitrate, nitrite, amines, hydrogen sulfide, mercaptans, fatty acids, alcohols, ketones, esters, organic acids, organic sulfur compounds, aromatic hydrocarbons and
  • a trickle bed reactor is used as the scrubber unit, in which a liquid comes into direct contact with the constituents of the gas and binds them.
  • the liquid wets fillers filled in the trickle bed reactor, on the large surfaces of which heterotrophic microorganisms grow naturally.
  • the microorganisms bind ingredients from the gas and mineralize them.
  • the mineralized substances then accumulate in the liquid, which is then passed out of the trickle bed reactor and, for example, back to the sprinkler system of the reactor.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device of the type mentioned at the outset in order to be able to remove constituents both in a gas and in a liquid in a combined method in a simple and cost-effective manner, without possibly protecting the environment strain.
  • the liquid enriched with the constituent is at least partly passed from the scrubber unit into a conversion device containing microalgae, in which the constituents are at least partly absorbed by the microalgae due to photosynthetic activation, and in that the microalgae are at least partially separated from the liquid after the absorption of ingredients.
  • the aforementioned object is achieved according to the invention in the device of the type mentioned at the outset by means of a conversion device for photosynthetic recording containing microalgae and connected to the scrubber unit of ingredients from the liquid enriched with ingredients by the microalgae and a separation device downstream of the conversion device for at least partially separating the microalgae from the liquid.
  • the advantages of the invention are, in particular, that the microalgae clean the liquid after the liquid has taken up constituents from the gas - possibly in a converted, for example mineralized, form.
  • the algae in the conversion device absorb the possibly converted ingredients under carbon dioxide consumption and oxygen production or build them in, as a result of which they multiply.
  • the microalgae are then separated from the liquid and can be used for further economical use, for example for heavy metal sorption from waste water.
  • the cleaned liquid can e.g. returned to the agricultural or industrial plant or, in principle, returned to the scrubber unit as often as required. A time-consuming and environmentally harmful disposal of the liquid is no longer necessary.
  • Purified gas, clean liquid and algae biomass are the end products, which can be further used.
  • gases such as exhaust air containing carbon dioxide or dust in the scrubber unit
  • gases can be separated from their ingredients.
  • the only requirement is that the ingredients of the gas are biologically bindable.
  • exhaust gas from an agricultural or industrial plant is used as the gas
  • process water is used as the liquid, which contains ingredients in the form of nutrients for the microalgae and / or microorganisms and can come, for example, from the same agricultural or industrial plant.
  • the carbon dioxide-rich combustion air and the liquid that is produced at the same time are fed to a biogas combustion system of the scrubber unit.
  • the resulting gases and the process water can be cleaned together by means of the method according to the invention.
  • the liquid is - at least in part before the microalgae are separated off - at least partially returned to the scrubber unit. In this way, continuous, continuous operation of the liquid can advantageously be realized.
  • the liquid cleaned in the conversion device is then brought into contact again with the contaminated gas in the scrubber unit and finally directed back to the conversion device.
  • the method according to the invention can in principle be carried out with a single circuit for the liquid, in which the liquid is returned from an outlet of the scrubber unit to the conversion device and then to an inlet of the scrubber unit.
  • the liquid is divided into two partial streams, which circulate in two circuits - with sections that may be common to both circuits.
  • a partial liquid stream in a first circuit is returned from a first outlet of the scrubber unit to a first inlet of the scrubber unit, while another partial liquid stream in a second circuit is directed from a second outlet of the scrubber unit to the conversion device and after passing through the conversion device to a second inlet of the scrubber unit is returned.
  • the partial liquid flows of the two circuits preferably mix at least in a mixing section of the scrubber unit.
  • the partial liquid flows collect in a mixing section of the scrubber unit, which serves as a reservoir, and mix there.
  • the reservoir here represents a partial section common to both circuits. From the reservoir, the liquid is then passed on the one hand through the first outlet via the first circuit back to the scrubber unit and on the other hand through the second outlet via the second circuit to the conversion device. This ensures that the partial liquid streams circulating in both circuits contain essentially the same ingredients, as a result of which the liquid supplied to the scrubber unit via the first circuit is continuously 'diluted' with the cleaned liquid coming from the conversion device.
  • the first and second outlet can preferably form a common outlet.
  • a preferred embodiment is characterized in that a line leads from the common outlet of the scrubber unit, which later bifurcates into a first connecting line and into a second connecting line.
  • the the first connection line belonging to the first circuit leads a partial liquid flow back to the scrubber unit, while the second connection line belonging to the second circuit leads a partial liquid flow to the conversion device.
  • the scrubber unit is preferably designed as a trickle bed reactor in which packing elements made of pebbles, lava material, plastics or other material with a large surface area are filled.
  • the liquid - transported for example via the first circuit - sprinkles the packing, whereby the microorganisms that are always present in the liquid, which are mainly heterotrophic bacteria, deposit on the surface of the packing and multiply there. If the liquid contains an increased number of bacteria, the corresponding number can settle on the packing.
  • the packing When the packing is sprinkled, the liquid wets its surface, so that the molecules of the constituents from the gas are adsorptively bound to the liquid film and to the microorganisms on the packing and are mineralized by the microorganisms with the absorption of oxygen and release of carbon dioxide.
  • the liquid is enriched with mineralized ingredients (also called nutrients), for which purpose e.g. Count phosphates, nitrates, ammonium, etc.
  • the oxygen for the microorganisms deposited on the packing is advantageously transported in by the liquid which was previously enriched with oxygen in the conversion device due to the photosynthetic activity of the algae and which reaches the packing via the reservoir and the first circuit.
  • the oxygen in the liquid partially enriches the cleaned gas leaving the scrubber unit.
  • the amount of microorganisms and / or the amount of ingredients can be increased by appropriate supply to the single circuit or to the first and / or second circuit.
  • the individual quantities can be coordinated with one another, possibly with the aid of a suitable measuring and regulating device, in such a way that an optimized cleaning of gas and liquid can be achieved.
  • high aigen production is desirable, since with a high proportion of algae the nutrient uptake, carbon dioxide consumption and oxygen production by the algae also increase.
  • a limit value of the optical density for example if the algae density is too high, it can diluting nutrient solution with mineralized ingredients or also fresh water from a storage container or an inlet device are fed to the first and / or the second circuit.
  • a part of the algae can be separated off before the liquid is returned to the circuits.
  • An algae population can develop itself under favorable conditions; however, algae, for example a specific algae strain, can also be inoculated. This inoculation is carried out either before or during the operation of the device according to the invention.
  • a feed line can be provided, which feeds algae continuously or as required into one of the circuits.
  • the circulating liquid can expediently both microorganisms, which are mainly in the scrubber unit are active, as well as contain microalgae, which are essentially necessary in the conversion device.
  • the scrubber unit can be designed according to the cocurrent principle or the countercurrent principle, i.e. the gas and the liquid pass through the scrubber unit essentially in the same or opposite direction. Depending on the better material transfer, which depends on the individual case, one or the other principle is used. If a countercurrent spray washer is used, there may also be no packing elements in the scrubber unit.
  • the conversion device preferably has at least one photobioreactor, in which the algae absorb or incorporate the constituents, for example mineralized by the microorganisms, from the liquid by generating oxygen and absorbing carbon dioxide by irradiation with sunlight and / or artificial light.
  • Photobioreactors have the advantage that they are easy to maintain and only take up a small amount of space, since they can usually be set up on a relatively small footprint.
  • the liquid to be irradiated is passed through a multiply wound, transparent tube into which the light can penetrate in order to excite the microalgae contained in the liquid for the photosynthetic absorption of the ingredients from the liquid.
  • Semi-open photobioreactors can generally be used as conversion devices. For example, a plate photobioreactor can be used instead of a truncated cone-shaped photobioreactor. A fermenter with interior lighting can also be used.
  • the conversion device can have an open algae cultivation system.
  • the microalgae Since - in a device having two circuits - the microalgae circulate with the liquid in the two circuits before they are separated, the microalgae must be prevented from clogging the first and second outlet leading out of the scrubber unit.
  • the liquid is preferably returned through the second inlet with vortex formation into the reservoir of the scrubber unit in such a way that the liquid is constantly in a vortex movement and thus no microalgae block the first and second or the common outlet.
  • the reason for the increasing amount of liquid in the reservoir over time is, in particular, that - as mentioned above - liquid, for example process water enriched with mineralized ingredients, is supplied to the first and / or second circuit from a storage container or an inlet device.
  • the inflow can be regulated depending on the algae density in the conversion system, or a constant inflow rate is set.
  • the excess water expediently leaves the scrubber unit through a third outlet by means of an overflow device and is passed into a separation device which has, for example, a centrifuge and / or a thickening device for separating the microalgae from the liquid.
  • a separation device which has, for example, a centrifuge and / or a thickening device for separating the microalgae from the liquid.
  • the separated algal biomass can then be used for further processing.
  • cleaning granules are added to the second circuit which, due to the flow of the liquid, on the inner walls of the tubes scrubs and takes away microbial algae. So that the cleaning granulate does not, however the sprinkler and the packing, filters are provided in the first circuit, which largely prevent the cleaning granules.
  • at least one filter which can be designed, for example, as a sieve, is arranged in the reservoir in front of the first outlet - if the first and second outlet are separated.
  • the filter is preferably arranged in the region of the branching off of the first and second circuits in such a way that water granules flowing from the reservoir into the second circuit entrains cleaning granules deposited on the filter and does not clog them.
  • a first controllable pump device is provided in the single circuit or in the first circuit for wetting the filler bodies with the liquid as required.
  • the first pump device ensures optimal irrigation of the packing.
  • a second pump device preferably circulates the liquid in the second circuit continuously. This ensures that the liquid is continuously introduced into the reservoir to keep the first and second or the common outlet free, as described above. In addition, the outlets are unlikely to be clogged due to the suction effect of the second pump device. In addition, through continuous operation, the tubes of the photobioreactors are kept permanently clear by means of the cleaning granulate.
  • a measuring and regulating device preferably carries out measurements of parameters of the liquid, such as pH value, optical density, oxygen concentration, electrical conductivity, temperature, and partial volume flows, at intervals or continuously. Individual process steps can be regulated on the basis of these measured values.
  • the data acquisition and visualization can advantageously be controlled via remote data monitoring and remote data interrogation, which reduces the personnel expenditure on site.
  • the pH of the liquid should be adjustable using an external carbon dioxide source. For this purpose, the pH value of the liquid measured by the measuring and control device is evaluated and, if necessary, the carbon dioxide source is activated to supply carbon dioxide.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a scrubber unit, a conversion device consisting of three photobioreactors and a separation device according to a first embodiment
  • Fig. 2 is an enlarged view of the scrubber unit
  • Fig. 3 is a schematic representation of a second embodiment
  • Fig. 4 is a schematic representation of a third embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic overall view of a first embodiment of the device according to the invention, the essential components of which are a scrubber unit 10, a conversion device 40 and a separation device 60.
  • the scrubber unit 10 gas laden with ingredients comes into contact with a liquid, as a result of which the liquid absorbs ingredients from the gas, possibly after conversion of the ingredients, as explained below. While the cleaned gas leaves the scrubber unit 10 through a separate gas outlet 24, part of the liquid is returned to the scrubber unit 10 in a first circuit via a first connection line 28, while another part of the liquid in a second circuit via a second connection line 29 is passed to the conversion device 40, which consists of three photobioreactors 42 connected in parallel.
  • the liquid circulating in the second circuit contains microalgae, which incorporates ingredients from the liquid in the photobioreactor 42 under light irradiation.
  • FIG. 2 shows the arrangement of scrubber unit 10 and separation device 60 of FIG. 1 in detail.
  • the scrubber unit 10 is designed as an essentially cylindrical trickle bed reactor 10.
  • a gas inlet 22 is provided centrally, in the vicinity of which a first inlet 1 2 for the liquid is arranged, which opens into a spray device 1 7 arranged below the gas inlet 22, which is open towards the bottom and at three underlying layers of tubular screens 20 is directed.
  • fillers 26 with a large surface area, such as plastics, pebbles, lava, are filled. Heterotrophic microorganisms, which can multiply there, are preferably deposited on the surface of the packing 26.
  • a reservoir 21 tapering downwards in a funnel shape, in which the liquid collects and in which the partial liquid flows of the first and second circuits mix.
  • the gas outlet 24 is provided in a side wall of the trickle bed reactor 10, through which the gas leaves the trickle bed reactor 10 after cleaning.
  • an outlet 13 for the liquid which is connected on the one hand via the first connecting line 28 to the first inlet 12 and on the other hand via the second connecting line 29 to the conversion device 40.
  • the third connecting line 30 continuing from the conversion device 40 merges into a second inlet 15 of the trickle bed reactor 10 and opens essentially tangentially, ie offset with respect to the radial direction, into the reservoir 21 which is essentially circular in cross section and approximately at the level of the liquid level.
  • a pump device 35, 36 is provided in each of the first and second connecting lines 28, 29, which, depending on need, promote the partial liquid flows in the first or second circuit.
  • the liquid in the first circuit is pumped by means of the first, controllable pump device 35 in such a way that the fillers 26 are sprinkled in dependence on the amount of gas entered into the trickle bed reactor 10 and their content of ingredients, while the liquid together with the microalgae in the second circuit e.g. is continuously circulated between the reservoir 21 and the conversion device 40.
  • Each of the three photobioreactors 42 of the conversion device 40 has one upright on a base 50 attached frustoconical support frame 46, on the outside of which a transparent tube 44 is wound (Fig. 1).
  • the second connecting line 29 is connected to the one end of each tube 44 located in the region of the base 50, while the third connecting line 30 is flanged to the other end of each tube 44 in the upper section of the photobioreactor 42.
  • the liquid enters each photobioreactor 42 in the region of the base 50 and is conducted in turns in the continuous tube 44 into an upper region, from which it is led to the second inlet 15. Alternatively, the liquid can of course also be conducted in the opposite direction through the photobioreactors.
  • the photobioreactors 42 are set up in such a way that sunlight and possibly also an artificial light source arranged in the interior of the reactor cause the algae to absorb the mineralized constituents from the liquid under photosynthesis.
  • the three photobioreactors 42 are set up in a special stationary container 52.
  • the photobioreactors 42 can be arranged in a movable container in order to enable flexible use.
  • a plano-convex collecting lens 48 designed as a hood closes off the associated photobioreactor 42, which on the one hand protects the reactor interior from unfavorable weather conditions and on the other hand prevents excessive temperature fluctuations in the reactor 42.
  • the converging lens 48 focuses the incident sunlight and thus increases the photosynthetic activity of the microalgae.
  • the collecting lens 48 is arranged opposite in the area of the base 50 an internal reflector (not shown) with a reflecting surface, which reflects the light onto the tubes 44 and thus increases the nutrient absorption by the algae.
  • the second circuit which includes the reservoir 21, the second connecting line 29, the conversion device 40 and the third connecting line 30, has added a cleaning granulate (not shown) which, due to the liquid flow on the inner walls of the connecting lines 29, 30 and the pipes 44 Photobioreactors 42 scrubs and thus prevents microalgae from settling there.
  • a filter (not shown) is used to keep the relatively large-volume cleaning granules largely away from the spray device 17 and the tube screens 20 provided downstream of the common outlet 1 3 at the junction with the first connecting line 28.
  • the cleaning granulate is carried along by the liquid flowing into the second circuit and ensures that the filter is self-cleaning. If there were no filter, there would be a risk that the cleaning granulate would be transported to the inlet 1 2 of the trickle bed reactor 1 0 and the tube screens 20 would become blocked or the effectiveness of the packing 26 would be impaired.
  • an overflow device with a third outlet 18 for the liquid is provided, which is connected to the separation device 60 via a fourth connecting line 31.
  • the separation device 60 which has, for example, continuous centrifuges and / or filter devices.
  • the microalgae are separated from the liquid in that the microalgae settle, for example, in a lower section 64 of the separation device 60 and can be removed there, while the liquid cleaned of microalgae can flow out of an upper section 66 of the separation device 60.
  • a measuring and control device 80 is provided (shown schematically in FIG. 1 below the conversion device 40), which measures, for example, the pH value, the optical density, the temperature and / or the oxygen content and these values to a data evaluation device 85 passes.
  • the data can preferably be called up from a remote location.
  • Some process steps can be regulated on the basis of measured values of certain parameters.
  • the pH of the liquid can be regulated via an external carbon dioxide source 90. Carbon dioxide is then fed into the second cycle.
  • a solution containing mineralized ingredients or also fresh water from a storage container 70 is fed to the second circuit via a feed line 72 when the measuring and control device 80 reports that a predetermined limit value of the optical density of the circulating liquid with the microalgae contained therein has been exceeded. This is the case, for example, when the algae have absorbed a large part of the ingredients from the liquid and have multiplied and therefore new nutrient solution has to be added in order to provide new nutrients on the one hand and to dilute the circulating liquid on the other.
  • Alterna- A constant inflow can also be set to supply the solution depending on the algae density.
  • Exhaust air is preferably used as the gas, which is produced in agricultural or industrial plants, for example in a composting plant, and is accordingly loaded with ingredients.
  • Process water is preferably used as the liquid, which may be used in the same plant or in another plant of the company.
  • the exhaust air is passed through the gas inlet 22 into the trickle bed reactor 10.
  • process water passes through the first inlet 1 2 into the trickle bed reactor 1 0 and is sprayed onto the tubular screens 20 from above.
  • the trickle bed reactor 10 accordingly works on the direct current principle, i.e. the directions of movement of exhaust air and process water are essentially the same.
  • the process water passes from the tubular sieves 20 onto the fillers 26 and wets their surface, on which microorganisms, in particular heterotrophic bacteria, have naturally deposited. It should be noted here that the microorganisms are not only found on the surface of the packing, but are also contained in the process water circulating in two circuits.
  • the absorption of the ingredients from the exhaust air by the process water can take place in two ways: On the one hand, the process water drops and the molecules of the ingredients in the exhaust air can collide directly, with the ingredients, which include, for example, ammonia and carbon dioxide, adsorptively to the process water drops be bound. Further constituents in the exhaust air are bound by the process water wetting the fillers 26, in that the molecules of these constituents come into contact with the microorganisms on the filler surface, mineralized by them using oxygen and as inorganic, mineralized constituents, for example in the form of phosphates, Nitrates, ammonium etc. are released to the process water.
  • the process water runs down under the action of gravity along the packing elements 26 and collects in the funnel-shaped reservoir 21 of the trickle bed reactor 10. From there, part of the process water is returned to and taken through the common outlet 1 3 in the first circuit to the first inlet 1 2 other part in the second circuit continuously pumped to the photobioreactors 42, in which the process water is irradiated with sunlight and / or artificial light becomes. Because of the large suction effect of the second pump device 36, a blockage of the common outlet 13 by the microalgae can largely be excluded.
  • the microalgae which, like the microorganisms, circulate with the process water in the first and second circuits, absorb the mineralized constituents from the process water under the influence of light in the photobioreactors 42.
  • the oxygen enriched in the process water by photosynthesis is required on the one hand by the microorganisms to mineralize the ingredients, on the other hand it also enriches the waste air to be cleaned in the trickle bed reactor 10.
  • the return of the process water circulating in the second circuit into the reservoir 21 arranged in the lower part of the trickle bed reactor 10 fulfills two functions.
  • a constant swirling of the process water in the reservoir 21 is achieved in that the process water is conducted tangentially and under pressure through the second inlet 15 located tangentially at the circular cross-section reservoir 21 into the reservoir 21.
  • no cleaning granules get into the upper sections of the trickle bed reactor 10.
  • the process water flows from the third outlet 18 of the overflow device 62 into the separation device 60, in which the microalgae containing the process water are separated.
  • the algae biomass can then be fed to a biogas production plant, for example.
  • Solution with mineralized ingredients for example, is replenished from a storage container 70 when the optical density of the process water measured by the measuring and control device 80 with the microalgae contained therein exceeds a limit value.
  • process water which may be enriched with mineralized ingredients such as phosphates, ammonium, nitrates, nitrites etc. and which may contain bacteria, can be used an inlet device (not shown), for example, be passed into the second circuit. If in this embodiment the purified process water is returned to the agricultural or industrial plant, an advantageous largely closed material cycle results for the process water.
  • a continuous inflow of process water possibly enriched with ingredients from a plant and thus likewise a largely continuous backflow of purified process water to the plant is possible.
  • fresh water can alternatively be added to reduce an excessive algae density.
  • FIG. 3 two further embodiments of the device according to the invention are shown, which differ from the first embodiment essentially in the guidance of the liquid.
  • the embodiment shown in FIG. 3 is characterized in that a line 27 goes out from the common outlet 1 3 of the trickle bed reactor 1 0, which forks further downstream into a first connecting line 1 28 and into a second connecting line 1 29.
  • the first connecting line 1 28 is part of the first circuit for the liquid and leads a partial liquid flow - controlled by means of a valve 37 - via the first inlet 1 2 of the trickle bed reactor 10 to the spray device 1 7.
  • the second connecting line 1 29 is part of the second circuit and leads a partial liquid flow to the conversion device 40.
  • a pump device 36 in the line 27 conveys the liquid continuously or at intervals, while a filter 38 in the region of the branching off of the line 27 prevents cleaning granules from penetrating to the spray device 17.
  • the third embodiment shown in FIG. 4 has only a single circuit for the liquid.
  • the liquid passing through the conversion device 40 is guided by a pump device 235 to an inlet 21 2 of the trickle bed reactor 10 and then to the spray device 17.
  • no cleaning granules can be used to clean the tubes 44 of the photobioreaction 42, since this would otherwise get to the spray device 17 and the tube screens 20 and block them.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der Konzentration von Inhaltsstoffen in einem Gas und in einer Flüssigkeit. Bei dem Verfahren wird die Flüssigkeit durch eine Wäschereinheit (10) geleitet. Ferner wird Inhaltsstoffe enthaltendes Gas in die Wäschereinheit (10) geleitet und kommt in der Wäschereinheit (10) mit der Flüssigkeit in Berührung, so dass die Flüssigkeit Inhaltsstoffe in ggf. umgewandelter Form aus dem Gas aufnimmt. Anschliessend wird das inhaltsstoffreduzierte Gas aus der Wäschereinheit (10) entnommen. Das Besondere der Erfindung besteht darin, dass die inhaltsstoffangereicherte Flüssigkeit zumindest teilweise von der Wäschereinheit (10) in eine Mikroalgen enthaltende Konversionsvorrichtung (40) geleitet wird, in welcher die Inhaltsstoffe zumindest teilweise von den Mikroalgen aufgrund von photosynthetischer Aktivierung aufgenommen werden, und die Mikroalgen nach Aufnahme von Inhaltsstoffen zumindest teilweise von der Flüssigkeit getrennt werden. Dementsprechend weist die Vorrichtung eine Wäschereinheit (10) zur Aufnahme von Inhaltsstoffen aus dem Gas in ggf. umgewandelter Form durch eine Flüssigkeit sowie zusätzlich eine mit der Wäschereinheit (10) verbundene, Mikroalgen enthaltende Konversionsvorrichtung (40) zur photosynthetischen Aufnahme von Inhaltsstoffen aus der mit Inhaltsstoffen angereicherten Flüssigkeit durch die Mikroalgen und eine der Konversionsvorrichtung (40) nachgeschaltete Separationseinrichtung (60) zum zumindest teilweisen Trennen der Mikroalgen von der Flüssigkeit auf.

Description

Verfahren zur Reduzierung der Konzentration von Inhaltsstoffen in einem Gas und in einer Flüssigkeit und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Konzentration von Inhaltsstoffen in einem Gas und in einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit durch eine Wäschereinheit geleitet wird, Inhaltsstoffe enthaltendes Gas in die Wäschereinheit geleitet wird und in der Wäschereinheit mit der Flüssigkeit in Berührung kommt, so daß die Flüssigkeit Inhaltsstoffe in ggf. umgewandelter Form aus dem Gas aufnimmt und das inhaltsstoffreduzierte Gas aus der Wäschereinheit geleitet wird.
Desweiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Reduzierung der Konzentration von Inhaltsstoffen in einem Gas und in einer Flüssigkeit mit einer Wäschereinheit zur Aufnahme von Inhaltsstoffen aus einem Gas in ggf. umgewandelter Form durch eine Flüssigkeit, wobei das Gas und die Flüssigkeit durch die Wäschereinheit leitbar und in der Wäschereinheit miteinander in Berührung bringbar sind.
Derartige Inhaltsstoffe umfassen, insbesondere Nähr-, Schad- oder Geruchsstoffe wie beispielsweise Ammoniak, Phosphat, Ammonium, Nitrat, Nitrit, Amine, Schwefelwasserstoff, Mercaptane, Fettsäuren, Alkohole, Ketone, Ester, organische Säuren, organische Schwefelverbindungen, aromatische Kohlenwasserstoffe und
BESTÄΠGUNGSKOPIE sonstige Kohlenwasserstoffverbindungen u. dgl. und/oder Kohlendioxid sowie Gemische oder Verbindungen dieser Stoffe.
Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die zur Reinigung von mit verschiedenen Inhaltsstoffen belastem Gas, insbesondere Abluft aus landwirtschaftlichen oder industriellen Betrieben, eingesetzt werden. Hierbei wird beispielsweise als Wäschereinheit ein Rieselbettreaktor eingesetzt, in welchem eine Flüssigkeit mit Inhaltsstoffen des Gases direkt in Berührung kommt und diese bindet. Außerdem benetzt die Flüssigkeit in den Rieselbettreaktor gefüllte Füllkörper, auf deren großen Oberflächen heterotrophe Mikroorganismen in natürlicher Weise wachsen. Die Mikroorganismen binden Inhaltsstoffe aus dem Gas und mineralisieren sie. Die mineralisierten Stoffe reichern sich dann in der Flüssigkeit an, die anschließend aus dem Rieselbettreaktor und beispielsweise zurück zur Berieselungseinrichtung des Reaktors geleitet wird. Ist die Flüssigkeit mit der Zeit jedoch zu sehr mit Inhaltsstoffen aus dem Gas bzw. mit mineralisierten Stoffen von den Mikroorganismen beladen, wird sie fortgeleitet und neue Flüssigkeit dem Rieselbettreaktor zugeführt. Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren bzw. dieser bekannten Vorrichtung ist, daß die Flüssigkeit ungereinigt bleibt und daher einerseits meistens nicht wiederverwertbar und evtl. nur schwer bzw. kostenintensiv entsorgbar ist und andererseits nicht beliebig oft durch den Rieselbettreaktor geleitet werden kann, wodurch Aufwand und Kosten steigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, um Inhaltsstoffe sowohl in einem Gas als auch in einer Flüssigkeit in einem kombinierten Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise entfernen zu können, ohne möglichst die Umwelt zu belasten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren der eingangs genannten Art die inhaltsstoff angereicherte Flüssigkeit zumindest teilweise von der Wäschereinheit in eine Mikroalgen enthaltende Konversionsvorrichtung geleitet wird, in welcher die Inhaltsstoffe zumindest teilweise von den Mikroalgen aufgrund von photosynthetischer Aktivierung aufgenommen werden, und daß die Mikroalgen nach Aufnahme von Inhaltsstoffen zumindest teilweise von der Flüssigkeit getrennt werden.
Weiterhin wird die vorgenannte Aufgabe bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine mit der Wäschereinheit verbundene, Mikroalgen enthaltende Konversionsvorrichtung zurphotosynthetischen Aufnahme von Inhaltsstoffen aus der mit Inhaltsstoffen angereicherten Flüssigkeit durch die Mikroalgen und eine der Konversionsvorrichtung nachgeschaltete Separationsvorrichtung zum zumindest teilweise Trennen der Mikroalgen von der Flüssigkeit.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die Mikroalgen die Flüssigkeit reinigen, nachdem die Flüssigkeit Inhaltsstoffe vom Gas - evtl. in umgewandelter, beispielsweise mineralisierter Form - aufgenommen hat. Die Algen nehmen hierbei in der Konversionsvorrichtung die evtl. umgewandelten Inhaltsstoffe unter Kohlendioxidverbrauch und Sauerstoffproduktion auf bzw. bauen diese ein, wodurch sie sich vermehren. Anschließend werden die Mikroalgen von der Flüssigkeit getrennt und können zur weiteren wirtschaftlichen Verwertung, beispielsweise zur Schwermetallsorption aus Abwässern, eingesetzt werden. Die gereinigte Flüssigkeit hingegen kann z.B. zurück in die landwirtschaftliche oder industrielle Anlage geführt oder im Prinzip beliebig oft in die Wäschereinheit zurückgeleitet werden. Eine aufwendige und die Umwelt belastende Entsorgung der Flüssigkeit entfällt. Als Endprodukte entstehen somit gereinigtes Gas, saubere Flüssigkeit sowie Algenbiomasse, die weiter verwertet werden können.
Generell können Gase unterschiedlichster Art wie beispielsweise kohlendioxidhalti- ge Abluft oder auch Staub in der Wäschereinheit von ihren Inhaltsstoffen separiert werden. Voraussetzung ist lediglich, daß die Inhaltsstoffe des Gases biologisch bindbar sind.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird als Gas Abluft einer landwirtschaftlichen oder industriellen Anlage sowie als Flüssigkeit Prozeßwasser verwendet, welches Inhaltsstoffe in Form von Nährstoffen für die Mikroalgen und/oder Mikroorganismen enthält und beispielsweise aus derselben landwirtschaftlichen oder industriellen Anlage stammen kann. Konkret wird beispielsweise die kohlendioxidreiche Verbrennungsluft sowie die gleichzeitig entstehende Flüssigkeit einer Biogasverbrennungsanlage der Wäschereinheit zugeführt. In einer industriellen Anwendung sind z.B. die anfallenden Gase sowie das Prozeßwasser zusammen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens reinigbar.
Nachdem die Mikroalgen in der Konversionsvorrichtung Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeit aufgenommen haben, wird die Flüssigkeit - ggf. vor Abtrennung der Mikroalgen - zumindest teilweise in die Wäschereinheit zurückgeleitet. Hierdurch läßt sich mit Vorteil ein kontinuierlicher Durchlaufbetrieb der Flüssigkeit realisieren. Die in der Konversionsvorrichtung gereinigte Flüssigkeit wird dann in der Wäschereinheit von neuem mit dem verunreinigten Gas in Berührung gebracht und an- schließend wieder zur Konversionsvorrichtung geleitet.
Demnach läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell mit einem einzigen Kreislauf für die Flüssigkeit durchführen, bei dem die Flüssigkeit von einem Auslaß der Wäschereinheit zur Konversionsvorrichtung und anschließend zu einem Einlaß der Wäschereinheit zurückgeleitet wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein relativ einfacher Aufbau der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert.
Andererseits hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Flüssigkeit in zwei Teilströme aufgeteilt wird, die in zwei Kreisläufen - mit ggf. beiden Kreisläufen gemeinsamen Teilabschnitten - zirkulieren. Vorzugsweise wird ein Flüssigkeitsteilstrom in einem ersten Kreislauf von einem ersten Auslaß der Wäschereinheit zu einem ersten Einlaß der Wäschereinheit zurückgeleitet, während ein anderer Flüssigkeitsteilstrom in einem zweiten Kreislauf von einem zweiten Auslaß der Wäschereinheit zur Konversionsvorrichtung geleitet und nach Durchlaufen der Konversionsvorrichtung zu einem zweiten Einlaß der Wäschereinheit zurückgeleitet wird.
Vorzugsweise durchmischen sich die Flüssigkeitsteilströme der beiden Kreisläufe zumindest in einem Durchmischungsabschnitt der Wäschereinheit. Hierzu hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn sich die Flüssigkeitsteilströme in einem als Reservoir dienenden Durchmischungsabschnitt der Wäschereinheit sammeln und sich dort durchmischen. Das Reservoir stellt hierbei einen beiden Kreisläufen gemeinsamen Teilabschnitt dar. Vom Reservoir aus wird dann die Flüssigkeit einerseits durch den ersten Auslaß über den ersten Kreislauf zurück zur Wäschereinheit und andererseits durch den zweiten Auslaß über den zweiten Kreislauf zur Konversionsvorrichtung geleitet. Hierdurch wird gewährleistet, daß die in beiden Kreisläufen zirkulierende Flüssigkeitsteilströme im wesentlichen dieselben Inhaltsstoffe enthalten, wodurch die der Wäschereinheit über den ersten Kreislauf zugeführte Flüssigkeit kontinuierlich mit der von der Konversionsvorrichtung kommenden gereinigten Flüssigkeit 'verdünnt' ist.
Zur konstruktiven Vereinfachung der Vorrichtung können der erste und zweite Auslaß vorzugsweise einen gemeinsamen Auslaß bilden.
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß vom gemeinsamen Auslaß der Wäschereinheit eine Leitung abgeht, die sich im weiteren Verlauf in eine erste Verbindungsleitung und in eine zweite Verbindungsleitung gabelt. Die zum ersten Kreislauf gehörende erste Verbindungsleitung leitet einen Flüssigkeitsteilstrom zur Wäschereinheit zurück, während die zum zweiten Kreislauf gehörende zweite Verbindungsleitung einen Flüssigkeitsteilstrom zur Konversionsvorrichtung führt.
Bevorzugt istdie Wäschereinheit als Rieselbettreaktor ausgebildet, in den Füllkörper aus Kieselsteinen, Lavamaterial, Kunststoffen oder anderem Material mit großer Oberfläche gefüllt sind. Die Flüssigkeit - beispielsweise über den ersten Kreislauf herantransportiert - berieselt die Füllkörper, wobei die in der Flüssigkeit stets vorhandenen Mikroorganismen, welche in der Hauptsache heterotrophe Bakterien sind, sich auf der Oberfläche der Füllkörper ablagern und dort vermehren. Enthält die Flüssigkeit eine vermehrte Anzahl an Bakterien, können sich diese in entsprechender Zahl auf den Füllkörpern absetzen. Bei der Berieselung der Füllkörper benetzt die Flüssigkeit deren Oberfläche, so daß die Moleküle der Inhaltsstoffe aus dem Gas an dem Flüssigkeitsfilm sowie den Mikroorganisen auf den Füllkörpern adsorptiv gebunden werden und von den Mikroorganismen unter Aufnahme von Sauerstoff und Abgabe von Kohlendioxid mineralisiert werden. Auf diese Weise reichert sich die Flüssigkeit mit mineralisierten Inhaltsstoffen (auch Nährstoffe genannt) an, wozu z.B. Phosphate, Nitrate, Ammonium usw. zählen.
Der Sauerstoff für die auf den Füllkörpern abgelagerten Mikroorganismen wird vorteilhafterweise von der Flüssigkeit herantransportiert, welche zuvor in der Konversionsvorrichtung aufgrund der Photosyntheseaktivität der Algen mit Sauerstoff angereichert wurde und über das Reservoir und den ersten Kreislauf zu den Füllkörpern gelangt. Teilweise reichert der Sauerstoff in der Flüssigkeit das die Wäschereinheit verlassende, gereinigte Gas an.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß durch entsprechende Zufuhr zum einzigen Kreislauf bzw. zum ersten und/oder zweiten Kreislauf die Mikroorganismenmenge und/oder die Menge an Inhaltsstoffen beispielsweise in Form von mineralisierten Nährstoffen und/oder die Algenmenge erhöht werden können. Hierdurch sind die einzelnen Mengen - evtl. mit Hilfe einer geeigneten Meß- und Regelungseinrichtung - derart aufeinander abstimmbar, daß eine optimierte Reinigung von Gas und Flüssigkeit erreicht werden kann. Hierbei ist zu beachten, daß eine hohe Aigenproduktion erwünscht ist, da bei hohem Algenanteil auch die Nährstoffaufnahme, der Kohlendioxidverbrauch sowie die Sauerstoffproduktion seitens der Algen zunimmt. Wird jedoch beispielsweise ein Grenzwert der optischen Dichte überschritten, z.B. bei zu großer Algendichte, kann verdünnende Nährlösung mit mineralisierten Inhaltsstoffen oder auch frisches Wasser aus einem Vorratsbehälter oder einer Zulaufeinrichtung dem ersten und/- oder dem zweiten Kreislauf zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann zur Herabsetzung der optischen Dichte ein Teil der Algen vor Rückführung der Flüssigkeit zu den Kreisläufen abgetrennt werden.
Eine Algenpopulation kann sich unter günstigen Bedingungen selbst einstellen; es können jedoch auch Algen, beispielsweise ein bestimmter Algenstamm, inokuliert werden. Diese Inokulation wird entweder vor oder während des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen. Beispielsweise kann eine Zuführleitung vorgesehen sein, welche Algen kontinuierlich oder je nach Bedarf in einen der Kreisläufe nachführt.
Zwar findet der Stoff Übertrag vom Gas auf die Flüssigkeit mit Hilfe der Mikroorganismen vornehmlich in der Wäschereinheit statt, während der Stoff Übertrag von der Flüssigkeit auf die Mikroalgen vornehmlich in der Konversionsvorrichtung abläuft, jedoch kann zweckmäßigerweise die umlaufende Flüssigkeit sowohl Mikroorganismen, die hauptsächlich in der Wäschereinheit aktiv sind, als auch Mikroalgen enthalten, welche im wesentlichen in der Konversionsvorrichtung nötig sind.
Die Wäschereinheit kann nach dem Gleichstromprinzip oder dem Gegenstromprinzip ausgelegt sein, d.h. das Gas und die Flüssigkeit durchlaufen die Wäschereinheit im wesentlichen in gleicher oder entgegengesetzter Richtung. Je nach besserer, vom Einzelfall abhängigen Stoffübertragung wird das eine oder andere Prinzip eingesetzt. Bei Verwendung eines Gegenstrom-Sprühwäscher sind ggf. auch keine Füllkörper in der Wäschereinheit vorgesehen.
Die Konversionsvorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Photobioreaktor auf, in welchem die Algen durch Bestrahlung mittels Sonnenlicht und/oder künstlichem Licht die z.B. von den Mikroorganismen mineralisierten Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeit unter Erzeugung von Sauerstoff und Aufnahme von Kohlendioxid aufnehmen bzw. einbauen. Photobioreaktoren haben den Vorteil, daß sie wartungsfreundlich sind und nur einen geringen Platz benötigen, da sie üblicherweise auf einer relativ kleinen Grundfläche aufstellbar sind. Bei bekannten Photobioreaktoren wird die zu bestrahlende Flüssigkeit durch ein mehrfach gewundenes, transparentes Rohr geleitet, in welches das Licht eindringen kann, um die in der Flüssigkeit enthaltenen Mikroalgen zur photosynthetischen Aufnahme der Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeit anzuregen. Als Konversionsvorrichtung sind generell halb-offene Photobioreaktoren einsetzbar. Beispielsweise istanstelleeines kegelstumpfförmig ausgebildeten Photobioreaktors auch ein Plattenphotobioreaktor verwendbar. Ebenfalls kann ein Fermenter mit Innenbeleuchtung eingesetzt werden.
Alternativ oder ggf. auch zusätzlich kann die Konversionsvorrichtung ein offenes Algenkultivationssystem aufweisen.
Da - bei einer zwei Kreisläufe aufweisenden Vorrichtung - die Mikroalgen mit der Flüssigkeit vor ihrer Abtrennung in den beiden Kreisläufen zirkulieren, muß verhindert werden, daß die Mikroalgen den ersten und zweiten, aus der Wäschereinheit herausführenden Auslaß verstopfen. Hierzu wird die Flüssigkeit bevorzugt durch den zweiten Einlaß unter Wirbelbildung derart in das Reservoir der Wäschereinheit zurückgeleitet, daß die Flüssigkeit sich ständig in einer Wirbelbewegung befindet und somit keine Mikroalgen den ersten und zweiten bzw. den gemeinsamen Auslaß blockieren.
Zur Abtrennung der Mikroalgen von der Flüssigkeit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese dann aus der Wäschereinheit abzuleiten, wenn die Flüssigkeit in dem Reservoir einen vorgegebenen Füllstand im Reservoir übersteigt. Der Grund für die mit der Zeit ansteigende Flüssigkeitsmenge in dem Reservoir liegt insbesondere darin, daß - wie vorerwähnt - aus einem Vorratsbehälter oder einer Zulaufeinrichtung Flüssigkeit, beispielsweise mit mineralisierten Inhaltsstoffen angereichertes Prozeßwasser, dem ersten und/oder zweiten Kreislauf zugeführt wird. Der Zufluß kann in Abhängigkeit von der Algendichte im Konversionssystem geregelt werden, oder es wird eine konstante Zuflußrate eingestellt. Das überschüssige Wasser verläßt die Wäschereinheit zweckmäßigerweise durch einen dritten Auslaß mittels einer Überlaufeinrichtung und wird in eine Separationseinrichtung geleitet, die beispielsweise eine Zentrifuge und/oder eine Eindickvorrichtung zur Abtrennung der Mikroalgen von der Flüssigkeit aufweist. Die abgetrennte Algenbiomasse kann dann einer weiteren Verwertung zugeführt werden.
Um Ablagerungen von Mikroalgen an den Rohrinnenwänden des zweiten Kreislaufes zu vermeiden, welche insbesondere die Transparenz der Rohre des oder der Photobioreaktoren und damit den Nährstoffeinbau seitens der Algen beeinträchtigen würden, ist dem zweiten Kreislauf ein Reinigungsgranulat zugesetzt, welches aufgrund der Strömung der Flüssigkeit an den Rohrinnenwänden scheuert und dort angelagerte Mikrobioalgen mitnimmt. Damit das Reinigungsgranulat jedoch nicht zu der Berieselungsvorrichtung sowie den Füllkörpern gelangt, sind Filter im ersten Kreislauf vorgesehen, welche das Reinigungsgranulat weitestgehend abhalten. Vorzugsweise ist mindestens ein Filter, welcher beispielsweise als Sieb ausgebildet sein kann, vor dem ersten Auslaß - falls erster und zweiter Auslaß getrennt sind - im Reservoir angeordnet. Falls ein gemeinsamer Auslaß vorgesehen ist, ist der Filter vorzugsweise derart im Bereich der Abzweigung von erstem und zweitem Kreislauf angeordnet, daß vom Reservoir in den zweiten Kreislauf fließendes Wasser am Filter abgelagertes Reinigungsgranulat mitreißt und dieser nicht verstopft.
Vorteilhafterweise ist in dem einzigen Kreislauf bzw. im ersten Kreislauf eine erste steuerbare Pumpenvorrichtung für eine bedarfsgerechte Benetzung der Füllkörper mit der Flüssigkeit vorgesehen. Je nach momentan in die Wäschereinheit eingebrachtem Gas sowie deren Verschmutzungsgrad sorgt die erste Pumpenvorrichtung für eine optimale Berieselung der Füllkörper.
Eine zweite Pumpenvorrichtung wälzt die Flüssigkeit im zweiten Kreislauf bevorzugt kontinuierlich um. Hierdurch wird ein fortwährender Eintrag der Flüssigkeit in das Reservoir zur Freihaltung des ersten und zweiten bzw. des gemeinsamer Auslasses - wie oben beschrieben - gewährleistet. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung der Auslässe aufgrund der Sogwirkung der zweiten Pumpenvorrichtung gering. Zudem werden durch den kontinuierlichen Durchlauf betrieb die Rohre der Photobioreaktoren mittels des Reinigungsgranulats permanent freigehalten.
Eine Meß- und Regelungseinrichtung führt bevorzugt in zeitlichen Abständen oder kontinuierlich Messungen von Parametern der Flüssigkeit, wie pH-Wert, optischer Dichte, Sauerstoffkonzentration, elektrischer Leitfähigkeit, Temperatur, Volumenteilströme, durch. Auf Grundlage dieser Meßwerte sind einzelne Verfahrensschritte regelbar. Die Datenerfassung und -Visualisierung ist vorteilhafterweise über Datenfernüberwachung und Datenfernabfrage steuerbar, was den Personalaufwand vor Ort reduziert. Der pH-Wert der Flüssigkeit sollte sich mittels einer externen Kohlendioxidquelle regulieren lassen. Hierzu wird der von der Meß- und Regelungseinrichtung gemessene pH-Wert der Flüssigkeit ausgewertet und bei Bedarf die Kohlendioxidquelle zur Zufuhr von Kohlendioxid aktiviert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind im übrigen durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wäschereinheit, einer aus drei Photobioreaktoren bestehenden Konversionsvorrichtung sowie einer Separationseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Wäschereinheit und der
Separationseinrichtung gemäß der Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren wesentliche Bestandteile eine Wäschereinheit 10, eine Konversionsvorrichtung 40 sowie eine Separationseinrichtung 60 sind.
In der Wäschereinheit 1 0 kommt mit Inhaltsstoffen beladenes Gas mit einer Flüssigkeit in Berührung, wodurch die Flüssigkeit Inhaltsstoffe aus dem Gas - ggf. nach Umwandlung der Inhaltsstoffe, wie weiter unten ausgeführt - aufnimmt. Während das gereinigte Gas die Wäschereinheit 10 durch einen separaten Gasauslaß 24 verläßt, wird die Flüssigkeit zum Teil in einem ersten Kreislauf über eine erste Verbindungsleitung 28 wieder in die Wäschereinheit 10 zurückgeleitet, während ein anderer Teil der Flüssigkeit in einem zweiten Kreislauf über eine zweite Verbindungsleitung 29 zur Konversionsvorrichtung 40 geleitet wird, welche aus drei parallel geschalteten Photobioreaktoren 42 besteht. Die im zweiten Kreislauf zirkulierende Flüssigkeit enthält Mikroalgen, die unter Lichtbestrahlung in dem Photobioreaktor 42 Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeit einbaut. Die so an Inhaltsstoffen reduzierte Flüssigkeit sowie die in der Flüssigkeit schwimmenden Mikroalgen werden von der Konversionsvorrichtung 40 über eine dritte Verbindungsleitung zur Wäschereinheit 10 zurückgeleitet und von dort zum Teil in die Separationseinrichtung 60 geführt, in der die Mikroalgen von der Flüssigkeit getrennt werden. In Fig. 2 ist die Anordnung von Wäschereinheit 10 und Separationseinrichtung 60 der Fig. 1 im einzelnen dargestellt. In der ersten Ausführungsform gemäß der Fig. 1 ist die Wäschereinheit 10 als im wesentlichen zylindrischer Rieselbettreaktor 1 0 ausgebildet. An der Oberseite des Rieselbettreaktors 1 0 ist zentral ein Gaseinlaß 22 vorgesehen, in dessen Nähe seitlich ein erster Einlaß 1 2 für die Flüssigkeit angeordnet ist, welcher in eine unterhalb des Gaseinlasses 22 angeordnete Sprüheinrichtung 1 7 mündet, die nach unten hin offen und auf drei untereinander liegende Lagen von Röhrensieben 20 gerichtet ist. Unterhalb der Röhrensiebe 20 schließt sich ein Abschnitt an, in den Füllkörper 26 mit einer großen Oberfläche, wie beispielsweise Kunststoffe, Kieselsteine, Lava, gefüllt sind. Auf der Oberfläche der Füllkörper 26 lagern sich vorzugsweise heterotrophe Mikroorganismen ab, die sich dort vermehren können.
In einem unteren Abschnitt des Rieselbettreaktors 10, unterhalb der Füllkörper 26, schließt sich ein nach unten trichterförmig zulaufendes Reservoir 21 an, in dem sich die Flüssigkeit sammelt und in der sich die Flüssigkeitsteilströme des ersten und zweiten Kreislaufes durchmischen. In geringem Abstand oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche ist der Gasauslaß 24 in einer Seitenwand des Rieselbettreaktors 10 vorgesehen, durch den das Gas den Rieselbettreaktor 10 nach Reinigung verläßt. An dem spitz zulaufenden unteren Ende des Reservoirs 21 ist ein Auslaß 1 3 für die Flüssigkeit vorgesehen, der einerseits über die erste Verbindungsleitung 28 mit dem ersten Einlaß 1 2 und andererseits über die zweite Verbindungsleitung 29 mit der Konversionsvorrichtung 40 verbunden ist. Die von der Konversionsvorrichtung 40 fortführende dritte Verbindungsleitung 30 geht in einen zweiten Einlaß 1 5 des Rieselbettreaktors 10 über und mündet im wesentlichen tangential, also gegenüber der radialen Richtung versetzt, in das im Querschnitt im wesentlichen kreisförmige Reservoir 21 ungefähr auf Höhe des Flüssigkeitfüllstandes.
In der ersten und der zweiten Verbindungsleitung 28, 29 ist jeweils eine Pumpenvorrichtung 35, 36 vorgesehen, die bedarfsabhängig die Flüssigkeitsteilströme im ersten oder zweiten Kreislauf fördern. Beispielsweise wird die Flüssigkeit im ersten Kreislauf derart mittels der ersten, steuerbaren Pumpenvorrichtung 35 gepumpt, daß die Füllkörper 26 in Abhängigkeit von der in den Rieselbettreaktor 1 0 eingetragenen Gasmenge sowie von deren Gehalt an Inhaltsstoffen berieselt werden, während die Flüssigkeit mitsamt der Mikroalgen im zweiten Kreislauf z.B. kontinuierlich zwischen dem Reservoir 21 und der Konversionsvorrichtung 40 umgewälzt wird.
Jeder der drei Photobioreaktoren 42 der Konversionsvorrichtung 40 weist ein aufrecht auf einem Sockel 50 befestigtes kegelstumpfförmiges Trägergestell 46 auf, auf dessen Außenseite ein transparentes Rohr 44 aufgewickelt ist (Fig. 1 ). Die zweite Verbindungsleitung 29 ist mit dem einen, im Bereich des Sockels 50 liegenden Ende jeden Rohrs 44 verbunden, während die dritte Verbindungsleitung 30 an das andere Ende jeden Rohrs 44 im oberen Abschnitt des Photobioreaktors 42 angeflanscht ist. Die Flüssigkeit tritt in jeden Photobioreaktor 42 im Bereich des Sockels 50 ein und wird innerhalb des durchgehenden Rohrs 44 in Windungen in einen oberen Bereich geleitet, von dem aus sie zum zweiten Einlaß 1 5 geführt wird. Alternativ ist die Flüssigkeit natürlich auch in entgegengesetzter Richtung durch die Photobioreaktoren leitbar.
Die Photobioreaktoren 42 sind derart aufgestellt, daß Sonnenlicht und gegebenenfalls auch eine im Reaktorinnenraum angeordnete künstliche Lichtquelle die unter Photosynthese erfolgende Aufnahme der mineralisierten Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeit durch die Algen hervorrufen. In der dargestellten Ausführungsform sind die drei Photobioreaktoren 42 in einem speziellen ortsfesten Container 52 aufgestellt. Alternativ können die Photobioreaktoren 42 in einem verfahrbaren Container angeordnet sein, um flexible Einsatzmöglichkeiten zu ermöglichen.
Nach oben schließt jeweils eine als Haube ausgebildete, plankonvexe Sammellinse 48 den zugehörigen Photobioreaktor 42 ab, welche einerseits den Reaktorinnenraum bei ungünstigen Witterungen schützt und andererseits zu große Temperaturschwankungen im Reaktor 42 unterbindet. Die Sammellinse 48 bündelt das einfallende Sonnenlicht und erhöht somit die Photosyntheseaktivität der Mikroalgen. Gegebenenfalls ist der Sammellinse 48 gegenüber im Bereich des Sockels 50 ein (nicht dargestellter) Innenreflektor mit einer spiegelnden Oberfläche angeordnet, welcher das Licht auf die Rohre 44 reflektiert und somit die Nährstoffaufnahme seitens der Algen erhöht.
Dem zweiten Kreislauf, der das Reservoir 21 , die zweite Verbindungsleitung 29, die Konversionsvorrichtung 40 sowie die dritte Verbindungsleitung 30 umfaßt, ist ein (nicht dargestelltes) Reinigungsgranulat zugesetzt, welches aufgrund der Flüssigkeitsströmung an den Innenwänden der Verbindungsleitungen 29, 30 sowie den Rohren 44 der Photobioreaktoren 42 scheuert und somit verhindert, daß sich dort Mikroalgen absetzen.
Um das relativ großvolumige Reinigungsgranulat weitgehend von der Sprüheinrichtung 1 7 und den Röhrensieben 20 fernzuhalten, ist ein (nicht dargestellter) Filter stromabwärts des gemeinsamen Auslasses 1 3 an der Einmündung in die ersteNer- bindungsleitung 28 vorgesehen. Das Reinigungsgranulat wird von der in den zweiten Kreislauf strömenden Flüssigkeit mitgenommen und sorgt für eine Selbstreinigung des Filters. Falls kein Filter vorhanden wäre, bestünde die Gefahr, daß das Reinigungsgranulat zum Einlaß 1 2 des Rieselbettreaktors 1 0 transportiert wird und die Röhrensiebe 20 verstopft bzw. die Wirksamkeit der Füllkörper 26 beeinträchtigt.
Im oberen Abschnitt des Reservoirs 21 ist eine Überlaufeinrichtung mit einem dritten Auslaß 1 8 für die Flüssigkeit vorgesehen, der über eine vierte Verbindungsleitung 31 mit der Separationsvorrichtung 60 verbunden ist. Erreicht die Flüssigkeit in dem Reservoir 21 einen vorgegebenen Füllstand, fließt die Flüssigkeit zur Separationsvorrichtung 60, welche beispielsweise Durchlaufzentrifugen und/oder Filtereinrichtungen aufweist. In der Separationsvorrichtung 60 werden die Mikroalgen von der Flüssigkeit getrennt, indem die Mikroalgen sich beispielsweise in einem unteren Abschnitt 64 der Separationsvorrichtung 60 absetzen und dort entnommen werden können, während die von Mikroalgen gereinigte Flüssigkeit aus einem oberen Abschnitt 66 der Separationsvorrichtung 60 abfließen kann.
Einige Parameter der Flüssigkeit im zweiten Kreislauf werden kontinuierlich oder in Intervallen gemessen. Hierzu ist eine Meß- und Regelungseinrichtung 80 vorgesehen (schematisch in Fig. 1 unterhalb der Konversionsvorrichtung 40 dargestellt), welche beispielsweise den pH-Wert, die optische Dichte, die Temperatur und/oder der Sauerstoff-Gehalt mißt und diese Werte an eine Datenauswertevorrichtung 85 übergibt. Die Daten sind vorzugsweise von einem entfernten Ort abrufbar.
Anhand von Meßwerten bestimmter Parameter sind einige Verfahrensschritte regelbar. Beispielsweise kann der pH-Wert der Flüssigkeit über eine externe Kohlendioxid-Quelle 90 reguliert werden. Kohlendioxid wird dann in den zweiten Kreislauf eingeleitet. Weiterhin wird eine mineralisierte Inhaltsstoffe enthaltende Lösung oder auch frisches Wasser aus einem Vorratsbehälter 70 über eine Zuführleitung 72 dem zweiten Kreislauf zugeführt, wenn die Meß- und Regelungseinrichtung 80 das Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der optischen Dichte der zirkulierenden Flüssigkeit mit den darin enthaltenen Mikroalgen meldet. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Algen einen Großteil der Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeit aufgenommen und sich vermehrt haben und deshalb neue Nährlösung zugeführt werden muß, um einerseits neue Nährstoffe zur Verfügung zu stellen und andererseits die in den Kreisläufen zirkulierende Flüssigkeit zu verdünnen. Alterna- tiv zu einer von der Algendichte abhängigen Zuführung der Lösung kann auch ein konstanter Zufluß eingestellt sein.
Nachstehend wird der Betrieb der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Vorzugsweise wird als Gas Abluft verwendet, welche in landwirtschaftlichen oder industriellen Anlagen anfällt, beispielsweise in einer Kompostieranlage, und entsprechend mit Inhaltsstoffen beladen ist. Als Flüssigkeit findet bevorzugt Prozeßwasser Verwendung, welches ggf. in derselben Anlage oder einer sonstigen Anlage des Betriebs eingesetzt wird. Die Abluft wird durch den Gaseinlaß 22 in den Rieselbettreaktor 10 geleitet. Gleichzeitig gelangt Prozeßwasser durch den ersten Einlaß 1 2 in den Rieselbettreaktor 1 0 und wird von oben auf die Röhrensiebe 20 gesprüht. Der Rieselbettreaktor 10 arbeitet demnach im Gleichstromprinzip, d.h. die Bewegungsrichtungen von Abluft und Prozeßwasser stimmen im wesentlichen überein. Von den Röhrensieben 20 gelangt das Prozeßwasser auf die Füllkörper 26 und benetzt deren Oberfläche, auf der sich in natürlicher Weise Mikroorganismen, insbesondere heterotrophe Bakterien, abgelagert haben. Es ist hierbei anzumerken, daß die Mikroorganismen nicht nur auf der Füllkörperoberfläche zu finden, sondern auch in dem in zwei Kreisläufen zirkulierende Prozeßwasser enthalten sind.
Die Aufnahme der Inhaltsstoffe aus der Abluft durch das Prozeßwasser kann auf zweierlei Art erfolgen: Einerseits können die Prozeßwassertropfen und die Moleküle der Inhaltsstoffe in der Abluft direkt zusammenprallen, wobei günstigenfalls die Inhaltsstoffe, zu denen beispielsweise Ammoniak und Kohlendioxid zählen, adsorp- tiv an die Prozeßwassertropfen gebunden werden. Weitere Inhaltsstoffe in der Abluft werden von dem die Füllkörper 26 benetzenden Prozeßwasser gebunden, indem die Moleküle dieser Inhaltsstoffe mit den Mikroorganismen auf der Füllkörperoberfläche in Berührung kommen, von diesen unter Verbrauch von Sauerstoff mineralisiert und als anorganische, mineralisierte Inhaltsstoffe, beispielsweise in Form von Phosphaten, Nitraten, Ammonium usw., an das Prozeßwasser abgegeben werden.
Das Prozeßwasser läuft unter Wirkung der Schwerkraft an den Füllkörpern 26 entlang nach unten und sammelt sich in dem trichterförmigen Reservoir 21 des Rieselbettreaktors 10. Von dort wird ein Teil des Prozeßwassers durch den gemeinsamen Auslaß 1 3 im ersten Kreislauf zum ersten Einlaß 1 2 zurück und ein anderer Teil im zweiten Kreislauf kontinuierlich zu den Photobioreaktoren 42 gepumpt, in denen das Prozeßwasser mit Sonnenlicht und/oder künstlichem Licht bestrahlt wird. Aufgrund der großen Sogwirkung der zweiten Pumpenvorrichtung 36 ist ein Verstopfen des gemeinsamen Auslasses 1 3 durch die Mikroalgen weitgehend auszuschließen. Die Mikroalgen, die ebenso wie die Mikroorganismen mit dem Prozeßwasser in dem ersten und zweiten Kreislauf zirkulieren, nehmen die mineralisierten Inhaltsstoffe aus dem Prozeßwasser unter dem Lichteinfluß in den Photobioreaktoren 42 auf. Für diesen Prozeß ist Kohlendioxid notwendig, welches u.a. von den Mikroorganismen produziert wird, sich im Prozeßwasser anreichert und von diesem zu den Photobioreaktoren 42 transportiert wird. Das durch den zweiten Einlaß 1 5 in das Reservoir 21 des Rieselbettreaktors 1 0 zurückgeleitete Prozeßwasser weist nach Durchlaufen der Photobioreaktoren 42 einen reduzierten Inhaltsstoffanteil und einen erhöhten Sauerstoffgehalt aufgrund der Sauerstoffproduktion seitens der Algen während der Photosynthese auf.
Der sich im Prozeßwasser durch die Photosynthese angereicherte Sauerstoff wird einerseits von den Mikroorganismen zur Mineralisierung der Inhaltsstoffe benötigt, andererseits reichert er auch die im Rieselbettreaktor 10 zu reinigende Abluft an.
Das Rückleiten des im zweiten Kreislauf zirkulierenden Prozeßwassers in das im unteren Teil des Rieselbettreaktors 10 angeordnete Reservoir 21 erfüllt zwei Funktionen. Einerseits wird aufgrund des kontinuierlichen Durchflusses im zweiten Kreislauf eine stetige Verwirbelung des Prozeßwassers in dem Reservoir 21 erreicht, indem das Prozeßwasser tangential und unter Druck durch den tangential am im Querschnitt kreisförmigen Reservoir 21 sitzenden zweiten Einlaß 1 5 in das Reservoir 21 geleitet wird. Andererseits gelangt auf diese Weise kein Reinigungsgranulat in die oberen Abschnitte des Rieselbettreaktors 10.
Ist ein vorgegebener Füllstand des Reservoirs 21 erreicht, fließt das Prozeßwasser aus dem dritten Auslaß 1 8 der Überlaufeinrichtung 62 in die Separationsvorrichtung 60, in der die mit dem Prozeßwasser enthaltenden Mikroalgen abgetrennt werden. Die Algenbiomasse kann dann beispielsweise einer Biogasgewinnungsanlage zugeleitet werden.
Von einem Vorratsbehälter 70 wird Lösung mit beispielsweise mineralisierten Inhaltsstoffen nachgeführt, wenn die von der Meß- und Regelungseinrichtung 80 gemessene optische Dichte des Prozeßwassers mit den darin enthaltenen Mikroalgen einen Grenzwert übersteigt. Alternativ kann in diesem Fall Prozeßwasser, welches ggf. mit mineralisierten Inhaltsstoffen wie Phosphaten, Ammonium, Nitraten, Nitriten usw. angereichert ist sowie eventuell Bakterien enthält, mittels einer (nicht dargestellten) Zulaufeinrichtung z.B. in den zweiten Kreislauf geleitet werden. Wenn bei dieser Ausführungsform das gereinigte Prozeßwasser in die landwirtschaftliche oder industrielle Anlage zurückgeleitet wird, ergibt sich ein vorteilhafter weitgehend geschlossener Stoff kreislauf für das Prozeßwasser. Auch ein kontinuierlicher Zufluß von eventuell mit Inhaltsstoffen angereichertem Prozeßwasser von einer Anlage und somit gleichfalls ein weitgehend kontinuierlicher Rückfluß von gereinigtem Prozeßwasser zur Anlage ist möglich. Anstelle von Prozeßwasser kann alternativ auch frisches Wasser zur Herabsetzung einer übergroßen Algendichte zugeführt werden.
In den Fig. 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die sich von der ersten Ausführungsform im wesentlichen durch die Führung der Flüssigkeit unterscheiden. Die in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß vom gemeinsamen Auslaß 1 3 des Rieselbettreaktors 1 0 eine Leitung 27 abgeht, die sich weiter stromabwärts in eine erste Verbindungsleitung 1 28 und in eine zweite Verbindungsleitung 1 29 gabelt. Die erste Verbindungsleitung 1 28 ist Bestandteil des ersten Kreislaufes für die Flüssigkeit und führt einen Flüssigkeitsteilstrom - kontrolliert mittels eines Ventils 37 - über den ersten Einlaß 1 2 des Rieselbettreaktors 10 zur Sprüheinrichtung 1 7. Die zweite Verbindungsleitung 1 29 ist Teil des zweiten Kreislaufes und führt einen Flüssigkeitsteilstrom zur Konversionsvorrichtung 40. Eine Pumpenvorrichtung 36 in der Leitung 27 fördert die Flüssigkeit kontinuierlich oder intervallartig, während ein Filter 38 im Bereich der Abzweigung der Leitung 27 ein Vordringen von Reinigungsgranulat zur Sprüheinrichtung 1 7 verhindert.
Im Gegensatz zu den in den Fig. 1 - 3 dargestellten beiden Ausführungsformen weist die dritte, in Fig. 4 abgebildete Ausführungsform lediglich einen einzigen Kreislauf für die Flüssigkeit auf. Hierbei wird die die Konversionsvorrichtung 40 durchlaufende Flüssigkeit mittels einer Pumpenvorrichtung 235 zu einem Einlaß 21 2 des Rieselbettreaktors 10 und anschließend zur Sprüheinrichtung 1 7 geleitet. Bei dieser Ausführungsform kann kein Reinigungsgranulat zur Säuberung der Rohre 44 des Photobioreaktions 42 eingesetzt werden, da dieses ansonsten zur Sprüheinrichtung 1 7 und den Röhrensieben 20 gelangen und diese verstopfen würde.

Claims

A n s p r ü c h e
1 . Verfahren zur Reduzierung der Konzentration von Inhaltsstoffen in einem Gas und in einer Flüssigkeit, bei dem: die Flüssigkeit durch eine Wäschereinheit ( 10) geleitet wird; Inhaltsstoffe enthaltendes Gas in die Wäschereinheit (10) geleitet wird und in der Wäschereinheit (10) mit der Flüssigkeit in Berührung kommt, so daß die Flüssigkeit Inhaltsstoffe in ggf. umgewandelter Form aus dem Gas aufnimmt; und das inhaltsstoffreduzierte Gas aus der Wäschereinheit (1 0) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die inhaltsstoffangereicherte Flüssigkeit zumindest teilweise von der Wäschereinheit (1 0) in eine Mikroalgen enthaltende Konversionsvorrichtung (40) geleitet wird, in welcher die Inhaltsstoffe zumindest teilweise von den Mikroalgen aufgrund von photosynthetischer Aktivierung aufgenommen werden; und daß die Mikroalgen nach Aufnahme von Inhaltsstoffen zumindest teilweise von der Flüssigkeit getrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Abluft einer landwirtschaftlichen oder industriellen Anlage verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Prozeßwasser einer landwirtschaftlichen oder industriellen Anlage verwendet wird, welches von den Mikroalgen aufnehmbare Inhaltsstoffe und/oder Mikroorganismen enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die inhaltsstoffreduzierte Flüssigkeit nach Durchlaufen der Konversionsvorrichtung (40) zumindest teilweise in die Wäschereinheit ( 1 0) zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem einzigen Kreislauf von einem Auslaß (1 3) der Wäschereinheit ( 10) zur Konversionsvorrichtung (40) geleitet und nach Durchlaufen der Konversionsvorrichtung (40) zu einem Einlaß (21 2) der Wäschereinheit ( 1 0) zurückgeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Flüssigkeit in einem ersten Kreislauf von einem ersten Auslaß ( 1 3) der Wäschereinheit (1 0) zu einem ersten Einlaß ( 1 2) der Wäschereinheit ( 1 0) zurückgeleitet wird,
Flüssigkeit in einem zweiten Kreislauf von einem zweiten Auslaß (1 3) der Wäschereinheit (1 0) zur Konversionsvorrichtung (40) geleitet und nach Durchlaufen der Konversionsvorrichtung (40) zu einem zweiten Einlaß ( 1 5) der Wäschereinheit (1 0) zurückgeleitet wird, und sich die Flüssigkeitsmengen der beiden Kreisläufe zumindest in einem Durchmischungsabschnitt (21 ) der Wäschereinheit ( 1 0) durchmischen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flüssigkeit nach Anreicherung mit Inhaltsstoffen aus dem Gas zumindest teilweise in einem als Reservoir (21 ) dienenden Durchmischungsabschnitt der Wäschereinheit (10) sammelt, in welchem sich die Flüssigkeitsmengen des ersten und zweiten Kreislaufes durchmischen, und Flüssigkeit aus dem Reservoir (21 ) durch den ersten Auslaß ( 1 3) in den ersten Kreislauf und durch den zweiten Auslaß (1 3) in den zweiten Kreislauf geleitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Auslaß (1 3) und der zweite Auslaß ( 1 3) einen gemeinsamen Auslaß ( 1 3) bilden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß von einem gemeinsamen Auslaß ( 1 3) der Wäschereinheit ( 10) eine Leitung (27) abgeht, welche sich in eine erste Verbindungsleitung (1 28) des ersten Kreislaufes zur Zuführung eines Flüssigkeitsteilstromes zu einem ersten Einlaß ( 1 2) der Wäschereinheit ( 1 0) und in eine zweite Verbindungsleitung (1 29) des zweiten Kreislaufes zur Zuführung eines Flüssigkeitsteilstromes zur Konversionsvorrichtung (40) gabelt.
1 0. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit von der Konversionsvorrichtung (40) durch den zweiten Einlaß ( 1 5) unter Wirbelbildung derart in das Reservoir (21 ) der Wäschereinheit ( 10) zurückgeleitet wird, daß ein Verstopfen der Auslässe ( 1 3) für die Flüssigkeit durch die Mikroalgen in der Flüssigkeit verhindert wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß überschüssige Flüssigkeit im Durchmischungsabschnitt (21 ) durch einen dritten Auslaß (1 8) in der Wäschereinheit ( 10), vorzugsweise mittels einer Überlaufeinrichtung (62), in eine Separationseinrichtung (60) abgeführt wird, in der die Mikroalgen von der Flüssigkeit getrennt werden.
1 2. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismenmenge und/oder die von den Algen aufnehmbare Inhaltsstoffmenge und/oder die Mikroalgenmenge in dem einzigen Kreislauf bzw. in dem ersten und/oder zweiten Kreislauf durch externe Zufuhr erhöht wird.
1 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeit mit von den Mikroalgen aufnehmbaren Inhaltsstoffen bei Bedarf aus einem Vorratsbehälter (70) oder einer Zulaufeinrichtung dem einzigen Kreislauf bzw. dem ersten und/oder dem zweiten Kreislauf zugeführt wird.
1 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem einzigen Kreislauf bzw. in beiden Kreisläufen umlaufende Flüssigkeit sowohl Mikroalgen als auch Mikroorganismen enthält.
1 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit und/oder das Gas durch die als Rieselbettreaktor (1 0) ausgebildete Wäschereinheit (10) geleitet werden, in welchen Füllkörper (26) aus Kieselsteinen, Lavamaterial, Kunststoffen oder anderen Körpern gefüllt sind, deren Oberfläche derart beschaffen ist, daß darauf Mikroorganismen in natürlicher Weise wachsen können.
1 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14 sowie nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste steuerbare Pumpenvorrichtung (35; 235) in dem einzigen Kreislauf bzw. im ersten Kreislauf für eine bedarfsgerechte Benetzung der Füllkörper (26) mit der Flüssigkeit in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern wie Gasmenge, Art und Menge der Inhaltsstoffe im Gas und/oder Flüssigkeitsmenge sorgt.
1 7. Verfahren nach Anspruch 6 und ggf. einem der Ansprüche 7 bis 1 6, " dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Pumpenvorrichtung (36) die Flüssigkeit im zweiten Kreislauf und ggf. auch im ersten Kreislauf intervallartig oder kontinuierlich umwälzt.
1 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und die Flüssigkeit die Wäschereinheit ( 10) im Gleichstromprinzip oder im Gegenstromprinzip durchlaufen.
1 9. Verfahren nach Anspruch 1 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Gegenstrom zu dem Gas durch eine als Gegenstrom-Sprühwäscher ohne Füllkörper ausgebildete Wäschereinheit ( 10) geleitet wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch mindestens einen die Konversionsvorrichtung (40) bildenden Photobioreaktor (42) geleitet wird, in welchem die Algen durch Lichteinfluß Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeit unter Erzeugung von Sauerstoff und Kohlendioxid-Aufnahme aus der Flüssigkeit einbauen.
21 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Reinigungsgranulat dem zweiten Kreislauf zugesetzt wird, welches eine Ablagerung von Algen an Rohrinnenwänden des zweiten Kreislaufes verhindert.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsgranulat mittels Filter vom Eindringen in den ersten Kreislauf abgehalten wird.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Meß- und Regelungseinrichtung (80) Messungen von Parametern der Flüssigkeit, wie pH-Wert, optischer Dichte, Sauerstoffkonzentration, elektrischer Leitfähigkeit, Temperatur, Volumenteilströme, durchgeführt werden und auf Basis dieser Meßwerte einzelne Verfahrensschritte geregelt werden.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Flüssigkeit mittels einer externen Kohlendioxid-Quelle (90) reguliert wird.
25. Vorrichtung zur Reduzierung der Konzentration von Inhaltsstoffen in einem Gas und in einer Flüssigkeit, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Wäschereinheit (10) zur Aufnahme von Inhaltsstoffen aus einem Gas in ggf. umgewandelter Form durch eine Flüssigkeit, wobei das Gas und die Flüssigkeit durch die Wäschereinheit (10) leitbar und in der Wäschereinheit (10) miteinander in Berührung bringbar sind, gekennzeichnet durch eine mit der Wäschereinheit (10) verbundene, Mikroalgen enthaltende Konversionsvorrichtung (40) zur photosynthetischen Aufnahme von Inhaltsstoffen aus der mit Inhaltsstoffen angereicherten Flüssigkeit durch die Mikroalgen und eine der Konversionsvorrichtung (40) nachgeschaltete Separationseinrichtung (60) zum zumindest teilweise Trennen der Mikroalgen von der Flüssigkeit.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch Mittel (30) zum Zurückführen der inhaltsstoffreduzierten Flüssigkeit von der Konversionsvorrichtung (40) zur Wäschereinheit (10).
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch einen einzigen Kreislauf für die Flüssigkeit, welcher die Wäschereinheit ( 10), einen Auslaß ( 1 3) aus der Wäschereinheit ( 10), eine anschließende Verbindungsleitung (229) zur Konversionsvorrichtung (40), die Konversionsvorrichtung (42) und eine weitere Verbindungsleitung (230) von der Konversionsvorrichtung (40) zu einem Einlaß (21 2) der Wäschereinheit (1 0) umfaßt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, gekennzeichnet durch einen die Wäschereinheit (10) umfassenden, ersten Kreislauf für die Flüssigkeit, in welchem das Gas mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt, und durch einen zumindest einen Teil der Wäschereinheit ( 10) und die Konversionsvorrichtung (40) umfassenden, zweiten Kreislauf für die Flüssigkeit, in welchem die Mikroalgen Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeit aufnehmen.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kreislauf die Wäschereinheit (1 0), einen in die Wäschereinheit ( 1 0) führenden ersten Einlaß ( 1 2) und mit einem Durchmischungsabschnitt (21 ) der Wäschereinheit ( 10) verbundenen ersten Auslaß ( 1 3) sowie eine den ersten Einlaß (1 2) und den ersten Auslaß (1 3) verbindende erste Verbindungsleitung (28) umfaßt, und der zweite Kreislauf den Durchmischungsabschnitt (21 ) derWäschereinheit ( 10), einen mitdiesem Durchmischungsabschnitt verbundenen zweiten Einlaß (1 5) und einen zweiten Auslaß (1 3), die Konversionsvorrichtung (40) sowie eine zweite Verbindungsleitung (29) zwischen dem zweiten Auslaß (1 3) und der Konversionsvorrichtung (40) und eine dritte Verbindungsleitung (30) zwischen der Konversionsvorrichtung (40) und dem zweiten Einlaß ( 1 5) umfaßt.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, gekennzeichnet durch ein im Durchmischungsabschnitt der Wäschereinheit ( 1 0) angeordnetes Reservoir (21 ), in welchem sich Flüssigkeit aus dem einzigen Kreislauf bzw. beiden Kreisläufen sammelt.
31 . Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Separationseinrichtung (60) an eine Überlaufeinrichtung (62) zur Abführung von überschüssiger Flüssigkeit aus dem Reservoir (21 ) der Wäschereinheit (10) angeschlossen ist.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 31 , gekennzeichnet durch eine Zulaufeinrichtung oder einen Vorratsbehälter (70) mit einer Zuführleitung (72) zum Zuführen von Inhaltsstoffen für die Mikroalgen und/- oder Mikroorganismen und/oder Mikroalgen in den einzigen Kreislauf bzw. den ersten und/oder zweiten Kreislauf.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Wäschereinheit (10) von mindestens einem im Gleichstrom- oder Gegenstromprinzip arbeitenden Rieselbettreaktor (1 0) gebildet ist, in den Füllkörper (26) aus Kieselsteinen Lavamaterial, Kunststoffen oder anderen Körpern mit großen Oberflächen eingefüllt sind.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Wäschereinheit ( 1 0) einen Gegenstrom-Sprühwäscher ohne Füllkörper aufweist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 34, gekennzeichnet durch eine steuerbare Pumpenvorrichtung (235) im einzigen Kreislauf bzw. eine erste steuerbare Pumpenvorrichtung (35) im ersten Kreislauf zur bedarf sgerechten Umwälzung der Flüssigkeit bzw. abluftabhängigen Benetzurig der Füllkörper (26) mit der Flüssigkeit.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 35, gekennzeichnet durch eine zweite Pumpenvorrichtung (36) zur intervallartigen oder kontinuierlichen Umwälzung der Flüssigkeit im zweiten Kreislauf und ggf. auch im ersten Kreislauf.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Separationseinrichtung (60) eine Zentrifuge und/oder eine Eindickvorrichtung umfaßt.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Konversionsvorrichtung (40) mindestens einen Photobioreaktor (42) aufweist.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Konversionsvorrichtung ein offenes Algenkultiva- tionssystem aufweist.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 39, gekennzeichnet durch eine Meß- und Regelungsvorrichtung (80) zur Messung von Parametern der Flüssigkeit, wie pH-Wert, optischer Dichte, Sauerstoffkonzentration, elektrischer Leitfähigkeit, Temperatur, Volumenteilströme, und zur Steuerung oder Regelung einzelner Verfahrensschritte auf Basis dieser Meßwerte.
41 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 40, gekennzeichnet durch eine externe Kohlendioxid-Quelle (90) zur Regulierung des pH-Wertes der Flüssigkeit.
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