Abluftreinigung - Natascha Mitschitz

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
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Bilder – Verzeichnis
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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):
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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
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