Abluftreinigung - Natascha Mitschitz
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Biologische ABLUFTREINIGUNG Natascha Mitschitz 2AHWI 2012 / 13 Chemie-Referat HTL Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie INHALTSVERZEICHNIS Abgas ……………………………………………………………………………………………………………………………….2 Abluft ……………………………………………………………………………………………………………………………...2 Vorteile der Biologischen Verfahren ………………………………………………………………………………..2 Biologische Abgasreinigung ……………………………………………………………………………………………..2 Der Schadstoff… ……………………………………………………………………………………………………………….3 Verfahren zur Biologischen Abgasreinigung ……………………………………………………………………..3 Biofilter ………………………………………………………………………………………………………………………3,4,5 Verwendete Trägermaterialien …………………………………………………………………………………….6,7 Etagenfilter ………………………………………………………………………………………………………………………7 Turmbiofilter ……………………………………………………………………………………………………………………7 Biowäscher ………………………………………………………………………………………………………………………8 Weitere Vorteile gegenüber den Biofiltern sind ………………………………………………………………8 Biorieselbett – Reaktor ……………………………………………………………………………………………………9 Biomembran – Reaktor …………………………………………………………………………………………………10 Biosorber ……………………………………………………………………………………………………………………...10 English Summary …………………………………………………………………………………………………………..11 Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 1/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Unter Abgas- oder Abluftreinigung versteht man die Entfernung schädlicher Komponenten aus der Luft. Abgas: o Gasförmig o Entsteht meist bei einer Verbrennung o Produkt einer Reaktion Abluft: o Aus einem Raum abströmende/abgesaugte Luftmenge o Temperaturen bis maximal 100° C Vorteile der biologischen Verfahren: o Keine problematischen Abfallstoffe o Niedrige Investitionskosten o Niedrige Erhaltungs- und Wartungskosten Die Beseitigung von Geruchsproblemen zählt zu den bevorzugten Anwendungsgebieten für biologische Abluftreinigungsverfahren, ebenso wie die Reinigung von nicht zu stark belasteten Abluftströmen. Biologische Abgasreinigung: Hier wandeln Mikroorganismen (an)organische schadstoffbelastete gasförmige Verbindungen biochemisch in geruchsneutrale Produkte um. Dabei werden die Schadstoffe, die Kohlenstoff oder teilweise auch Schwefel- oder Stickstoffanteile enthalten, aus der Abluft abgeschieden und durch Mikroorganismen zu Wasser und Kohlendioxid, mithilfe von Sauerstoff, oxidiert. Als Energiequelle zum Erhalt des Stoffwechsels dient den Mikroorganismen die dabei freiwerdende Energie. Als Biomasse dient ein Teil der Schadstoffe, und Nährstoffe wie z. B. Stickstoff, Phosphor, Schwefel und Spurenelemente sowie Wasser als Lebensgrundlage, zur Vermehrung der Mikroorganismen. Die Biomasse bleibt immer konstant, da ein Gleichgewicht zwischen absterbenden und neu gebildeten Mikroorganismen besteht. Die biologische Abgasreinigung wird in der Regel dann eingesetzt, wenn die zu entfernenden Schadstoffe nicht zurückgewonnen werden sollen und es nicht zu viele Schadstoffe gibt. Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 2/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Der Schadstoff… o muss biologisch abbaubar sein o muss eine bedingte Wasserlöslichkeit haben o darf nicht toxisch sein Verfahren zur Biologischen Abgasreinigung: o o o o o Biofilter Biowäscher Biorieselbett-Reaktor Biomembranreaktor Kombinationsverfahren Biofilter: Durch den relativ einfachen Aufbau stellt der Biofilter ein sehr günstiges Abluftreinigungsverfahren dar, das jedoch nur für die Anwendung in stetiger Betriebsweise mit geringer Lösemittel- oder Geruchsbeladung geeignet ist. Es handelt sich hierbei nicht um einen Filter im eigentlichen Sinne, da der Hauptzweck die Abscheidung von gasförmigen bzw. gelösten Substanzen und nicht von festen Partikeln ist. Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 3/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Organisches Trägermaterial wie z. B. Rindenmulch wird in ein Filterbett mit ca. 0,5–3 m Schütthöhe gefüllt. Die Abluft durchströmt das Filterbett von unten nach oben, wobei die Schadstoffe biologisch abgebaut werden. Mikroorganismen zerlegen dabei Schad- und Geruchsstoffe in harmlose Produkte wie Kohlendioxid und Wasser. Wesentliche Voraussetzung für eine gute Reinigungsleistung ist die Einhaltung optimaler Lebensbedingungen für die Mikroorganismen, wie pH-Wert, Temperatur und Nährstoffangebot. o Biofilter werden zur Abluftreinigung, meist mit dem Hauptzweck der Geruchsentfernung, in Abwasser- und Abfallbehandlungsanlagen, o in lebensmittelverarbeitenden Betrieben, o Druckereien, o Gießereien, o oder der Landwirtschaft verwendet. Reaktionsweg (Stark vereinfacht) - Organische Kohlenstoffverbindungen R-CH3 ------> CO2 + H2O + Biomasse - Organische Schwefelverbindungen R-SH ------> SO42- + Biomasse R-SH ------> SO42- ------> Biomasse - Organische Stickstoffverbindungen R-NH2 ------> NO3- + Biomasse R-NH2 ------> NO3- ------> Biomasse R……Organischer Rest Quelle: http://www.biofilter.de/txt/biofilter_info_11.php Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 4/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Geschlossener Container: o Können leichter den Einsatzort wechseln o Aufgrund ihrer Bauweise verfahrenstechnisch leichter zu beherrschen. Die wichtigsten Voraussetzungen für das Funktionieren von Biofiltern sind: o Biologisch abbaubare Inhaltsstoffe o Einhaltung günstiger Temperaturen (15 bis 40°C, in Sonderfällen 10 bis 50°C) o Befeuchtung der Abluft bis zur Sättigung um ein Austrocknen des Filtermaterials zu verhindern. Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 5/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Verwendete Trägermaterialien: o Fasertorf o Heidekraut Kokosfaser Gesiebter Rinderkompost o Torf-Heidekraut-Gemisch o Grünkompost Wurzelholz Um die Schadstoffe der Abluft abzubauen siedeln sich Mikroorganismen im Trägermaterial an. Die zu reinigende Luft wird mittels Gebläse nach einer Konditionierung (Entstaubung, Befeuchtung, ...) von unten in die Schüttung eingeblasen, gleichmäßig über den Filter verteilt und durch das Filtermaterial geleitet. Am Feuchtigkeitsfilm des Biofilters werden die in der Abluft befindlichen Schadstoffe absorbiert und diffundieren dann zu Mikroorganismen. Diese verarbeiten die Schadstoffe zu Wasser, Kohlendioxid und Biomasse. Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 6/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Die gereinigte Luft tritt anschließend oben flächig aus dem Filter aus. In der Anlaufphase des Verfahrens erreichen die Mikroorganismen noch nicht ihre volle Leistung da sie sich noch nicht an die Abluft angepasst haben. Bis sich eine ausreichende Menge an Mikroorganismen gebildet hat kann es einige Wochen dauern. Zur Beschleunigung können in das System spezialisierte Bakterienstämme eingebracht oder mit Klärschlamm an geimpft werden. Um ein Überleben der Mikroorganismen sicher zu stellen, muss der Filter immer ausreichend feucht gehalten werden (40 - 50%). Durch Berieselung mit Wasser kann dieser Zustand jedoch nicht gehalten werden, da sich das Wasser im Filtermedium unregelmäßig verteilt und es so zu feuchten und zu trockenen Stellen kommt, wobei beides eine Reduktion der Abbauleistung mit sich führt. Deshalb wird die Luft vor dem Filter nahezu mit Wasserdampf gesättigt und nur unterstützend berieselt. Viele Stämme sterben bei Temperaturen über 40°C ab. Daher ist oft eine Temperaturregelung des Abgasstroms notwendig. Aufgrund der meist offenen Bauweise der Flächenfilter ist ihre Leistung von der Witterung abhängig, daher wurden auch geschlossene Bauformen entwickelt. Etagenfilter: … werden verwendet, wenn kein Platz für normale Flächenfilter vorhanden ist. … sind 2 oder mehr übereinander gestapelte Flächenfilter. Turmbiofilter: … erreichen Schütthöhen von bis zu 6m, dadurch sind mit ihnen auch höhere Schadstoffkonzentrationen oder Volumenströme zu bewältigen. Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 7/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Biowäscher: Die Schadstoffe werden physikalisch aus dem Wasser ausgewaschen und danach in der wässrigen Phase biologisch abgebaut. Dabei unterscheidet man Biowäscher mit biologischem Abbau durch die im Wasser suspendierten oder auf dem Füllkörpermaterial fixierten Mikroorganismen und Biowäscher mit separater externer Belebungseinheit. Diese sind notwendig bei höher beladenem Waschwasser. Die zum biologischen Abbau notwendigen Nährstoffe müssen in die Waschflüssigkeit zugegeben werden. Der Biowäscher eignet sich gut für wasserlösliche Abluftinhaltsstoffe mittlerer Konzentrationen. Die Organismen sind entweder im Waschwasser fein verteilt (Belebtschlammanlagen) oder als biologischer Rasen auf den Wäschereinbauten angesiedelt (Tropfkörperanlagen). Ohne verrottendes Filtermaterial bleibt der Druckverlust der Anlage konstant wodurch wesentlich längere Standzeiten erreicht werden können. Weitere Vorteile gegenüber den Biofiltern sind: o Geringer Platzbedarf o Überschussschlamm kann ausgeschleust werden o Keine Verstopfung des Filtermaterials möglich Diese Vorteile müssen aber teuer erkauft werden da die Anlage deutlich kostenintensiver ist. Während bei Biofiltern nur laufende Kosten für das Gebläse anfallen und gegebenenfalls gelegentlich für eine Auflockerung des Trägermaterials, so benötigt ein Biowäscher Pumpen zur Flüssigkeitsbeförderung, Mess- und Regeltechnik so wie eine stetige Versorgung der Mikroorganismen mit Nährstoffen. Aufgrund dieser Mehrkosten ist der Biowäscher weniger verbreitet als der Biofilter. Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 8/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Biorieselbett-Reaktor: … stellt eine Zwischenstufe zwischen Biofilter und Biowäscher dar. Der Biorieselbettreaktor unterscheidet sich vom herkömmlichen Biofilterverfahren dadurch, dass anstatt des biologischen Trägermaterials ein inertes Trägermaterial verwendet wird. Auf diesem Trägermaterial werden die Mikroorganismen angesiedelt, die den biologischen Abbau der Abluftinhaltsstoffe durchführen. Die beladene Abluft durchströmt das inerte Trägermaterial im Gegen- oder im Gleichstrom, wird im Trägermaterial gereinigt und tritt dann am Abluftkamin als gereinigte Abluft wieder aus. Die Feuchtigkeit und die notwendigen Nährstoffe, die beim Biofilter aus dem organischen Trägermaterial entnommen werden und so zum Zersetzen dessen führen, werden beim Biotropfkörper über das Berieselungswasser zugeführt. Da kein Kohlenstoff aus dem Trägermedium gewonnen werden kann, können Organismen die nicht in der Lage sind Kohlenstoff aus der Luft zu entziehen nicht überleben, daher ist die Dichte an Schadstoffabbauenden Organismen deutlich höher als im Biofilter. Der Biotropfkörper eignet sich sowohl zur Reinigung lösemittel- als auch geruchsbeladener Abluft mit Konzentrationen bis zu 1 g/m³. Das Prinzip des Biotropfkörperverfahrens beruht auf dem biologischen Abbau der in der Abluft enthaltenen Schadstoffe zu Kohlendioxid und Wasser. Die dazu benötigte Biologie befindet sich auf einem speziellen Filtermaterial aus Kunststoff. Je nach Einsatzfall werden verschiedene Filtermaterialien eingesetzt, um die optimale Oberfläche zum Bewuchs mit Biologie einzusetzen. Mit einer patentierten Nährlösung wird die Biologie mit allen erforderlichen Komponenten versorgt. Biotropfkörperanlagen werden z.B. bei Lackierbetrieben, Betrieben zur Beschichtung von Papier, in der Halbleiterindustrie, Viskoseindustrie, Tabakindustrie und in Betrieben zur Kompostierung eingesetzt. Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 9/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Biomembranreaktor: In diesen Reaktoren sind rohrförmige oder flächige Membranschichten eingebaut, die einseitig von Nährlösungen umspült sind. An dieser Seite liegt auch der Organismenrasen. Auf der anderen Seite der Membran wird die Abluft vorbei geleitet. Die Schadstoffe der Luft adsorbieren an der Membranwand und werden zu den Organismen transportiert. Auf diese Weise können auch wasserunlösliche Luftschadstoffe abgebaut werden. Biosorber: Soll die Vorteile von Biofilter und Biowäscher miteinander kombinieren. Von der Funktionsweise prinzipiell wie der Biofilter, nur, dass das Filtermaterial während des Betriebs unten aus dem System entnommen werden kann und nach einer Regeneration wieder oben aufgebracht wird. Speziell für diskontinuierlich arbeitende Betriebe geeignet. Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 10/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie English Summary Exhaust emission o Gaseous o Usually arise at a burning o Product of a reaction Discharged air o Air flowing away from a room o Temperature to at most 100° Celsius Advantages of the biological methods o No problematic waste materials o Low investment costs o Low preservation and maintenance costs Logical purification of exhaust gases Microorganisms change pollutant loaded connections into smell neutral products biochemically. Methods of purification of exhaust gases o o o o o Biological filter Biological washer Biological trickling bed reactor Biological membrane reactor Biosorber Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 11/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Bilder – Verzeichnis Bild 1 (Deckblatt): http://cdn4.spiegel.de/images/image-697-panoV9free-nfln.jpg Bild 2 (Biofilter): http://www.schwefelwasserstoff.de/images/Image10.gif Bild3 (Geschlossener Container): http://www.tsanlagenbau.de/images/Container_PE_HD.jpg Bild 4(Fasertorf): http://members.aon.at/kleitin1/Fasertorf.jpg Bild 5 (Heidekraut): http://norwegen.piranho.de/Deutschland/Pflanzen/Jpg/Heidekraut_01.jpg Bild 6 (Grünkompost): http://www.ogv.at/ogv/images/medium/2011/ogv20110304017711.jpeg Bild 7(Kokosfaser): http://www.zooversandhausjung.de/WebRoot/StoreLDE/Shops/62029368/Products/v70b/PICT0236.JPG Bild 8 (Gesiebter Rinderkompost): http://www.weilandmannheim.de/erdenwerk/files/2011/08/5_Kompost.jpg Bild 9 (Wurzelholz): http://ava.ve.m-online.net/cms/images/stories/biofilter.jpg Bild 10 (Biorieselbett-Reaktor): http://shumwelt.de/s/cc_images/cache_2420098387.jpg?t=1298400346 Bild 11 (English Summary): http://rubbel99.ru.ohost.de/England_Flagge2.gif Quellen – Verzeichnis: http://www.biofilter.de/txt/biofilter_info_11.php http://www.reinluft.de/index.php?option=com_content&task=view&id=5&Itemid=6 http://universal_lexikon.deacademic.com/214432/Biow%C3%A4scher Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 12/13 Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenwesen Logistik Allgemeine Chemie und Ökologie Mitschitz Natascha/File: Abluftreinigung-Referat 2AHWI/ 2012/13 13/13
