DE3628030C2

DE3628030C2 -

Info

Publication number: DE3628030C2
Application number: DE19863628030
Authority: DE
Inventors: Karl-Ernst Dipl.-Ing. 6335 Lahnau De Schnorr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-19
Filing date: 1986-08-19
Publication date: 1992-03-12
Also published as: DE3628030A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Gasreinigung und eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Die Reinigung von technisch nutzbaren Gasen oder der in die Atmosphäre entlassenen Abgase technischer Prozesse bringt Rückstände in flüssiger oder fester Form. Diese sind in den meisten Fällen zunächst Abfälle und bedürfen somit einer weiteren Behandlung, wenn sie wiederverwertet oder ohne Umweltbelastung abgelagert werden sollen. Als bekannte Verfahren zur Gasreinigung sind zu nennen:
Trockensorptionsverfahren, Naßwäschen, Gewebefilter, Elektrofilter, Biofilter, Naßwäschen mit biologischer Aufbereitung der Waschflüssigkeit.

Um eine weitestgehende Abscheidung von Gasverunreinigungen zu erhalten, werden die vorgenannten Verfahren auch unter einander gekoppelt.

Besonders wirkungsvolle Kombinationen sind:
die Verbindung von Sorptionsabscheidern mit Gewebe- und Elektrofiltern zur Abscheidung von Verunreinigungen aus technischen Verbrennungsprozessen, sowie Naßwäschen mit biologisch aktivierter Waschflüssigkeit zur Abscheidung biologisch abbaubarer Gasverunreinigungen aus chemischen bzw. biochemischen Prozessen.

Nach der sorptiven Bindung der aus dem Gasstrom zu ent fernenden Teilchen an einen Sorptionsstoff wird bei den nicht biologisch wirkenden Verfahren eine chemische Fest legung der Teilchen angestrebt, um so durch mechanische Filter-, Schwerkraft- oder elektrostatische Abscheidung eine Ausschleusung aus dem Gasstrom vornehmen zu können. Dabei wird akzeptiert, daß die so entstehende gesamte Abfallmasse im Volumen größer ist als die reine aus den Gasen zu entfernende Gasverunreinigungsmasse und somit zu einer erheblichen Vergrößerung der Abfallproblematik führt. Im Gegensatz hierzu stehen die Massenverhältnisse bei sorptiv-biologisch wirkenden Gasreinigungsverfahren. Hierbei wird nach der sorptiven Bindung der abzuschei denden Gasverunreinigungen an den Sorptionsträgerstoff die biologische Umwandlung in einen umweltverträglichen Endzustand mit geringstmöglichem Volumen angestrebt. Dies wird im Wesentlichen dadurch erreicht, daß die aus den Gasen zu entfernenden Verunreinigungen mit der Waschflüssigkeit ein ideales Substrat für bestimmte Mikroorganismen ergeben.

Hierzu wird in der Literatur ausgeführt:
"Die Optimierung von biologischen Abbauprozessen setzt neben der Kenntnis von beteiligten Organismen und deren Wachstumsansprüchen auch das Verständnis der Kinetik und Regulation des bakteriellen Stoffwechsels voraus. Die Abbaugeschwindigkeit als wichtigste kinetische Größe wird von verschiedenen Parametern beeinflußt. In bezug auf Geruchsstoffe, die wegen ihres geringen Geruchsschwellen wertes selbst in kleinsten Konzentrationen noch eine Umweltbelastung hervorrufen, ist es besonders wichtig, daß die Bakterien auch bei geringem Substratangebot noch eine ausreichende Umsetzungsgeschwindigkeit erreichen." (Zitat: Dr. Claus, Inst. f. Mikrobiologie der TH Darmstadt. Veröffentlicht am 28. 10. 82 durch GVC-VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen).

Aus der GB 20 29 227 A ist ein Verfahren zur Gasreinigung mit biologischer Aufbereitung der Gasverunreinigungen bekannt, bei dem die kondensierbaren Verunreinigungen durch Wärmetausch ausgeschieden werden, bevor die nicht kondensierbaren Verunreinigungen das nachfolgende Biofilter passieren.

Aus der Literaturstelle "Biologische Abluftreinigung" in "Umwelt", Supplement 3/85, S. 30 bis 33, ist es an sich bekannt, bei der Gasreinigung Biowäscher nach dem Tropfkörperverfahren zu verwenden, wobei die Waschflüssigkeit üblicherweise im Kreislauf geführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile bekannter, nicht biologisch wirkender Verfahren zur Gasreinigung - wie z. B. die Vergrößerung des Abfallvolumens durch die Bindung der Schadstoffe an einen Sorptionsstoff zum Zweck der besseren Abscheidung - und die Nachteile biologisch wirkender Gasreinigungsverfahren, die bei Prozessen mit stark schwankenden Emissionen nur begrenzt einsetzbar sind, zu überwinden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 3 gelöst. Der Unteranspruch 2 enthält eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens.

Die angegebene Aufgabe wird durch ein dreistufiges physikalisch-biologisch wirkendes Gasreinigungsverfahren gelöst, wobei die Verunreinigungen in einer ersten Stufe durch Wärmeentzug abgeschieden, in einer zweiten Stufe nach Mischen mit einem Substrat über Tropfkörper im Kreislauf geführt und in einer dritten Stufe in einem festen Filterbett abgeschieden und weiter abgebaut werden.

In der ersten Stufe kann sich ein biologisch wirkender Rasen bilden. In der zweiten Stufe kann der Gasstrom über eine Füllkörperkolonne geleitet werden.

Die erfindungsgemäße Betriebsweise hat den Vorteil, daß die im biologisch wirkenden Filter angesiedelten Mikroorganismen durch Substratstöße nicht überbelastet, aber auch durch Substratmangel nicht unterversorgt werden. Weiterhin herrscht im Biofilter immer der gleiche Wasserdampfpartialdruck. Auf diese Weise wird weiterhin gewährleistet, daß überschüssiges Kondensat und/oder Sublimat aus der 1. und 3. Reinigungsstufe biologisch gereinigt aus dem Verfahren austreten kann.

Die aufgrund des Zellwachstums der Mikroorganismen entstehende Biomasse der 2. Stufe wird zu einem Festbett konditioniert und in der 3. Stufe als Substrat verwendet.

Überschüssige Biomasse wird in umweltverträglichem Zustand dem Verfahren entnommen und abgelagert, oder für boden verbessernde Maßnahmen wiederverwendet.

Je nach Art der zu reinigenden Gase kann die Prozeßführung biologisch aerob oder anaerob erfolgen.

Das beschriebene Verfahren hat gegenüber anderen Gasreini gungsverfahren folgende Vorteile:

- da das Substrat biologisch völlig abgebaut wird, ent stehen lediglich enzymatisch bedingte Stoffwechselrest produkte d. h. Bio-Oxydations-Produkte mit großer Stabi lität. Die Masse dieser Reststoffe ist erheblich geringer als die, aus chemischen Neutralisationsprozessen resul tierenden Reststoffe (z. B. Molverhältnis Ca/S = 2 : 1 bei Rauchgasentschwefelungsverfahren),
- durch die 3stufige Verfahrensweise werden insbesondere die, bei bisher gebräuchlichen Biofiltern erreichten Standzeiten für das Substrat erheblich verlängert (3- 4fache Zeit),
- die spezifische Filterflächenbelastung kann bis auf das 10fache gesteigert werden und das gesättigte Substrat bedarf keiner weiteren biologischen Aufbereitung für eine umweltverträgliche Lagerung,
- hochbelastetes Kondensat als Filtersickerwasser fällt nicht mehr an.

Folgende frühere Patentanmeldungen sind bekannt:

1. Verfahren zur Biofiltration (Erfinder: Dr. Henning Vollmer, 1983),
2. Einrichtung zum Abscheiden gasförmiger organischer Verunreinigungen aus Abgasen (OS 24 45 315, Erfinder: Franz X. Kneer),
3. Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Verunrei nigungen aus Gasströmen (Pat. 34 14 044.1, Erfinder: Karl E. Schnorr).

Nachfolgend wird eine mögliche Ausführungsvariante beschrieben, deren Aufbau als beispielhaft für das hiermit zum Patent angemeldete Verfahren mit Vorrichtung anzusehen ist.

In einem gemeinsamen Gehäuse (2) befindet sich im unteren Raum das Kühlaggregat (1). Mit der zusätzlich möglichen Wärmerückgewinnungsvorrichtung (13) kann die aus dem Abgas abgeführte Wärme für Heizzwecke (z. B. Kondensateindampfung) genutzt werden.

Durch den Gaseintrittsstutzen (3) tritt das zu reinigende Abgas in den Kondensationsraum mit Kondensator (5) ein. Durch Unterschreitung der Kondensations- bzw. Sublimations punkte aller aus dem Gas auszuscheidenden Gasverunreinigun gen - im Gemisch oder in fraktionierter Betriebsweise durch übereinander angeordnete Kondensatoren, wobei sich darauf ein biologisch wirkender Rasen bildet, - wird das Gas in der 1. Stufe gereinigt. Das abtropfende Kondensat und/oder Sublimat wird in der Wanne (4) aufgefangen. Der hierbei erzielte Reinheitsgrad kann bis zu ca. 96% betragen. Danach durchströmt das vorgereinigte Gas in abgekühltem Zustand mit entsprechend niedrigen Partialdampfdrucken eine Füllkörperkolonne mit biologischem Rasen (11). Die abtropfende Substratflüssigkeit (6) tritt über Leitbleche (12) in die Auffangwanne (4) zurück und wird mit der Pumpe (10) wieder auf die Füllkörper aufgegeben. Die Füllkörper können so ausgeführt sein, daß sie neben einer oberflächenvergrößern den Eigenschaft noch ionenaustauschende Fähigkeit besitzen. Auf diesem Wege können dann auch Schwermetalle fixiert und aus dem Gasstrom ausgeschleust werden. Es ist bekannt, daß den im Gas mitgeführten Verunreinigungen meist das stoff spezifische Bakterium bereits anhaftet. Somit liegt nahe, durch Kreislaufführung die vorhandenen Milieubedingungen zu nutzen und damit den biologischen Stoffwechselprozeß zu beschleunigen. Ein vorhandenes Milieu muß nicht erst neu entstehen. Der alle biologische Stoffwechselprozesse bestim mende Faktor Zeit wird damit optimiert.

Sind die Milieubedingungen im Gasstrom wachstumshemmend, so kann auch auf die Kreislaufführung des mit Gasverunreini gungen angereicherten Substrates verzichtet und eine bio logische Fermentation (19) im offenen System durchgeführt werden. Dabei treten dann die aus dem Gasstrom abgeschiedenen Stoffe in einen biologisch wirkenden Fermenter (14) ein und werden hier unter geeigneten Milieubedingungen biologisch abgebaut. Die Stoffwechselrestprodukte werden über den Auslaß (15) bzw. (16) abgeführt.

Nach dem Gasdurchtritt durch die Füllkörperkolonne (11) und (12) durchströmt dann das zu reinigende Gas das Biofilter (7) und wird mit dem Ventilator (8) abgesaugt. Soweit es sich um Luft handelt, tritt diese gereinigt frei in die Atmos phäre aus. Handelt es sich um ein technisch nutzbares Gas (z. B. Methan), so wird ein Auffangbehälter nachgeschaltet. Der Biofilter (7) wird durch den annähernd gleichen Gas eintritts- und Austrittszustand immer unter gleichen Milieubedingungen betrieben. Die Milieubedingungen entsprechen dabei der stationären Phase einer Wachstumskurve, wobei den, an den Biomassefilterpartikeln festangesiedelten Bakterien, Nahrungsteilkomponenten in Form von noch aus dem Gasstrom abzuscheidenden Verunreinigungen, auf sorptivem Weg zugeführt werden. Stoffwechselrestprodukte der Abluftreinigung werden soweit gasförmig (CO₂ oder Wasserdampf) hiernach nicht mehr aus dem Gasstrom entfernt, da dann ein atmosphärischer Zustand erreicht ist. Feste Bestandteile in Form von anwach sender Zellmasse wird durch Filterwechsel abgeführt.

Durch einfache aerobe Fermentation der ausgewechselten Filter masse wird eine Stoffmengenreduktion bis fast zur vollen Mineralisation (d. h. angenäherter Aschezustand) erreicht. Sie kann danach wieder eingesetzt werden. Bei der Reinigung technisch nutzbarer Gase kann dem Biofilter (7) nochmals eine 2. Kondensationsstufe (17) nachgeschaltet werden, um so letz te gasverunreinigende Spuren zu entfernen. Dabei kann das Kondensat auf das Biofilter zurücktropfen, wobei gleichfalls ein Austrocknen des Biofilters verhindert wird.

Zur Entkeimung des austretenden Gasstromes können UV- Lampen (18) beitragen, die letzte eventuell vom Gasstrom mitgerissene Mikroorganismen abtöten.

Bei explosionsgefährlichen Gasen oder Gas-Luftgemischen wird die Zündgrenze über ein entsprechendes Überwachungs gerät kontrolliert und die Anlage abgeschaltet, wenn eine unzulässige Konzentration entsteht.

Claims

1. Verfahren zur biologischen Gasreinigung, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) alle kondensierbaren und/oder sublimierbaren Gasverunreinigungen durch Wärmeentzug aus dem zu reinigenden Gasstrom abscheidet,
b) diese mit Substrat für eine biologische Kultur anreichert und dem Gasstrom über Tropfkörper im Kreislaufbetrieb wieder zuführt, und
c) die nicht kondensierten und/oder sublimierten Gasverunreinigungen durch Sorption in einem festen Filterbett abscheidet und durch dort angesiedelte Mikroorganismen abbaut, wobei man das Milieu dieses Filterbetts durch die Tropfkörper im Gleichgewicht hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man damit Gase aus aerob oder anaerob verlaufenden Prozessen reinigt

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus wenigstens einer Kondensations- bzw. Sublimationsstufe (5), einer mit biologisch wirkendem Rasen besetzten Tropfkörperstufe (11) sowie einem biologisch wirkenden Filterbett (7).