DE3841804C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abbau organischer Verunreinigungen aus Abgasen durch Mikroorganismen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau organischer Verunreinigungen aus Abgasen durch Mikroorganismen und eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.

Aus der AT-B-390 017 ist ein Biofilter bekannt, in dem auf einem gasdurchlässigen Stützboden eine Schicht aus biologischem Filtermaterial angeordnet ist, welche von dem zu reinigenden Gas durchströmt wird. Als Filtermaterial werden dabei Humus, verrottetes Holz, oder mit Klärschlamm angereicherter Torf verwendet, in denen Mikroorganismen vorhanden sind, welche die organischen Bestandteile der eingeleiteten Abgase abbauen können.

Sobald bei dem bekannten Biofilter die Aktivität der Bio-Masse erschöpft ist, was durch Messungen des O₂-Gehaltes der den Behälter verlassenden Abluft ermittelt wird, muß die Bio-Masse ersetzt werden.

Es ist auch bekannt, bei einem solchen Verfahren zum Abscheiden gasförmiger Verunreinigungen aus Abgasen von Verarbeitungsanlagen der chemischen Industrie unter Ausnutzung der Stoffwechselprozesse von Mikroorganismen, das Substrat, in denen die Mikroorganismen angesiedelt sind, nach Art einer Wanderschicht durch einen allseits geschlossenen Behälter zu führen, wobei das als Bio-Masse wirkende Substrat stark mit Actinomycetes globisporus besetzt und für das Abscheiden von Abgasen mit einer Belastung an halogenierten Verunreinigungen mit einem zusätzlichen Pilzbesatz der Species Penicillium versehen ist, vgl. DE-OS 33 22 688.

Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die zu reinigenden Abgase zwar von der Bio-Masse ad- bzw. absorbiert und von den dort angesiedelten Mikroorganismen je nach Art mehr oder weniger schnell oder langsam abgebaut werden, daß aber sehr schnell eine Sättigung der Bio-Masse und der Mikroorganismen eintritt. Nach Sättigung der Bio-Masse durchströmen die Abgase dann ungereinigt den Bio-Filter und die Mikroorganismen können die Schadstoffe nicht mehr oder nur zum Teil abbauen. Diese biologische Eigenart solcher Filter führt bei beiden vorbekannten Ausführungsformen zu erheblichen technischen Schwierigkeiten.

Hier Abhilfe zu schaffen ist Aufgabe der Erfindung, durch die ein neues Bio-Filter geschaffen wird, das diesen Schwachpunkt vermindert bzw. beseitigt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist diese Aufgabe erfindungsgemaß gelöst durch die Vorrichtung nach dem Unteranspruch 4.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde schrittweise jeweils nur soviel Abluft durch die Bio-Masse zu drücken, wie die Bio-Masse in der Lage ist, die Schadstoffe zu ad- oder absorbieren und diese dann in der Ruhepause in der keine weitere Abluft zugeführt wird, von den dort angesiedelten Mikroorganismen abgebaut werden können, so daß die in der Abluft vorhandenen Schadstoffe nunmehr tatsächlich von den Mikroorganismen annähernd vollständig abgebaut werden können.

Im Gegensatz zum Stande der Technik wird also die zu reinigende Abluft nicht kontinuierlich, sondern von vorbestimmten Pausen unterbrochen, diskontinuierlich in die Bio-Masse eingeführt. Den Mikroorganismen wird daher Zeit für die mikrobiologische Verarbeitung der Schadstoffe gelassen. Überraschenderweise hat es sich aufgrund der durchgeführten Versuche gezeigt, daß hierbei die Bio-Masse viel länger als bisher benutzbar ist, ganz abgesehen davon, daß die Filterergebnisse erheblich besser sind. Um dennoch eine kontinuierliche Arbeitsweise zu ermöglichen, weist der erfindungsgemäße Bio-Filter in seiner apparativen Ausbildung immer zwei oder mehr Filtereinheiten auf. Solange die Filtereinheit I beschickt wird, hat die Filtereinheit II eine empirisch zu ermittelnde Ruhepause. Sind in Abhängigkeit des Umfanges des toxischen Gehaltes der Abluft mehrere Filtereinheiten nebeneinander, z. B. vier vorgesehen, so wird die Filtereinheit I beschickt und die Filtereinheiten II, III und IV haben "Atempause". In dieser Ruhezeit haben die Mikroorganismen Zeit, die in der Abluft befindlichen Schadstoffe abzubauen. Der Rhythmus der wechselweisen Beschickung richtet sich nach der Abluftmenge, insbesondere aber nach der Abluftzusammensetzung und der Art der Schadstoffe.

Nach den vorliegenden Versuchsergebnissen wird der Beginn der Pausen in Abhängigkeit des Gehaltes an organischem C in der den Behälter verlassenden Abluft und deren Ende aufgrund empirisch ermittelter Zeitwerte bestimmt, die drei Minuten nicht unter- und dreißig Minuten nicht überschreiten sollten.

Es ist vorteilhaft, wenn die Filtereinheiten in viereckiger Form ausgebildet werden, da dann diese mit den Innenwänden gegeneinander gesetzt werden können, so daß nicht alle Seitenwände der Filtereinheiten sondern nur der Biofilter insgesamt, also das Wandungs-Modul wärmeisoliert auszubilden ist. Dies ergibt den weiteren Vorteil, daß anstelle einer den Querschnitt des gesamten Biofilters erfassenden Schneckenaus­ tragevorrichtung wohlfeile und betriebssichere Kratzeraus­ tragesystem beherrschbarer Größe verwendet werden können.

Schließlich wird bei der Reinigung von einseitig oder schwer abzubauenden Abgasen der Abluft ein leicht abbaubares Gas als Lösungsmittel, z. B. Toluol oder Xylol beigemischt, so daß ein Mischgas entsteht, das zu einer stark biologischen Aktivität in der Bio-Masse und damit zu hohem Abbaugrad bei solchen schweren abbaubaren Gasen führt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiels beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Behälterstruktur des Bio-Filters gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht auf die Behälterstruktur gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch ein Behälter-Modul gegenüber Fig. 1 um 90° gedreht gesehen.

Eine in Fig. 1 insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Behälterstruktur bildet einen Bio-Filter BF und umfaßt mindestens zwei nebeneinanderstehend angeordnete Behälter- Module BM1 und BM2 (Filtereinheit I und II), die von einem wärmeisolierten Wandungs-Modul WM formschlüssig umgeben sind, das ferner ein Maschinen-Modul MM zumindest teilweise umschließt.

Im oberen Bereich des Wandungs-Moduls WM ist ein Luftdom 12 vorgesehen, der einen Auslaß 13 aufweist, durch den die gereinigte Abluft entweicht. In den Behälter-Modulen befindet sich eine Bio-Masse, die jeweils auf einem Lochboden 22 ruht. Das Einspeisen der schadstoffbehafteten Abluft erfolgt bei 14, die entsprechend des jeweils aktivierten Behälter-Moduls in das eine oder andere Behälter-Modul eintritt und nach ihrer Reinigung in den Luftdom des Wandungs-Moduls eintritt und von dort über den Auslaß aus dem Filter austritt. Dem Umschalten dient ein an sich bekannter Schieber 16 im unteren Bereich des Wandungs-Moduls, über den die dargestellten Eintritts- und Austrittsöffnungen aufweisenden Luftkästen 19 und 20 wechselweise belüftet werden.

Der Eintrag der Bio-Masse in die einzelnen Behälter-Module erfolgt in üblicher Weise, beispielsweise über hier nicht dargestellte Förderbänder oder über im Behälter angeordnete Eintragsmittel. In einem solchen Falle weisen die Behälter- Module über den Lochböden Kratzerförderbänder 17 und 18 sowie noch zu beschreibende Eintragswerkzeuge auf.

Nunmehr sei anhand der Fig. 3 ein Behälter-Modul BM im einzelnen beschrieben, von denen zwei, wie Fig. 2 zeigt, aber auch drei und mehr Behälter-Module nebeneinander angeordnet sein können, je nach den Erfordernissen gemäß den jeweils anfallenden Mengen von mikrobiologisch abzubauenden Schadstoffen in der Abluft.

In einem im Querschnitt viereckig entweder quadratisch oder auch rechteckig ausgebildeten Behältergehäuse 15 sind nahe dem Boden 16 über die gesamte Breite des Behältergehäuses sich erstreckende Austragewerkzeuge in Form von zwei nebeneinanderliegenden Kratzerförderbändern 17 und 18 angeordnet, die mit ihren Lagerungen und Antriebsanschlüssen außerhalb der Wandung des Behältergehäuses 15 und innerhalb eines Ansatzes 20 am Behälterboden liegen, wobei über einen dort angelenkten Deckel 21, der unter der Steuerung des Maschinen-Moduls geöffnet werden kann, der Austrag der erschöpften Bio-Masse über die Kratzerförderbänder erfolgt.

Unterhalb der Kratzerförderbänder ist der bereits erwähnte feste Lochboden 22 angeordnet, auf dem sich die jeweilige Bio-Masse als Haufwerk HW abstützt. Unterhalb des Lochbodens ist ein freier Raum 24, in den Anschlußöffnungen 25 für die zuzuführende schadstoffbehaftete Abluft und ein Anschluß­ stutzen 26 für den Abzug von Sickerwasser u.ähnl. führt.

Innerhalb des Behältergehäuses 15 sind an vier gleichmäßig verteilt angeordneten Leitschienen 27 Zugspindeln 28 und 29 auf- und abbeweglich gelagert, wobei das Auf- und Abbewegen ebenfalls mittels Zugspindeln 30 und 31 erfolgt. Auf den Zugspindeln 28 und 29 ist jeweils ein Räumschaar 33 befestigt, mit dessen Hilfe die über eine verschließbare Öffnung 34 am Deckel 35 des Behältergehäuses 15 eingebrachte Bio-Masse über den gesamten Querschnitt des Behälter-Moduls gleichmäßig verteilt werden kann.

Das Räumschaar 33 und die Kratzerförderbänder 17, 18 sind wirkungsmäßig im rechten Winkel zueinander angeordnet, vgl. insbesondere die Fig. 1 und 3.

Wie oben erwähnt kann auf die Anordnung von Räumschaare und Kratzerförderbänder verzichtet werden, ohne daß dabei das erfindungsgemäße Filterverfahren undurchführbar würde.

Schließlich sind bei beiden Ausführungsformen Anschlußstutzen 36 und 37 für den Austritt der gereinigten Abluft und für die Zufuhr von Wasser für ein evtl. Beregnen des Haufwerkes am Deckel 35 eines jeden Behälter-Moduls vorgesehen.

Nunmehr sei anhand der Fig. 1 das Wandungs-Modul WM beschrieben, das aus einer ortsfesten, wärmeisolierten Wandung 38 besteht, die nahe dem unteren Ende ringsum ein Auflager 39 zur Abstützung der Behälter-Module BM aufweist. Unterhalb der Auflager 39 befindet sich ein Maschinenraum 40 zur Aufnahme des Maschinen-Moduls MM, dem ein Aggregat 41 für das Erzeugen des Förderdruckes für die schadstoffbehaftete Abluft, ein Antriebsaggregat 42 für die Ein- und Austrage­ werkzeuge, Pumpenaggregate 43 und u. a. auch den Schieber 16 auslösende Regel- und Steueraggregate 44 zugeordnet sind.

Über nicht dargestellte Anschlußstutzen sind die entsprechen­ den Anschlußstutzen der Behälter-Module mit dem Maschinen- Modul wirkungsmäßig hinsichtlich der notwendigen Luft-, Wasser- und Meßleitungen verbunden. Das Wandungs-Modul ist oben ebenfalls durch eine aufklappbare oder abnehmbare Abdeckung 45 verschlossen, die oberhalb der Behältermodule den bereits erwähnten Luftdom 12 begrenzt und die den Anschluß für die Ableitung der gereinigten Abluft aufweist. Infolge der rechteckigen Ausbildung von Wandungs-Modul und Behälter-Modulen liegen diese, wie insbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, mit ihren Längswandungen und mit ihren Ansätzen an den einander zugewandten Innen- und Außenflächen formschlüssig aneinander an.

Dem Anschlußstutzen 14 ist ein Sauerstoff-Meßgerät und dem Luftdom ist ein - sog. F.J.D. - Meßgerät zugeordnet, mit dessen Hilfe der Gehalt an organischem C in der die Anordnung verlassenden Abluft zugeordnet. In Fig. 1 sind lediglich die Meßsonden 47 und 48 dieser Meßgeräte dargestellt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung mit zwei Behälter-Modulen gleich welcher Ausführungsform ist folgende.

Nach dem Einsetzen der mit Bio-Masse aufgefüllten Behälter- Module BM1 und BM2 kann die zu reinigende Abluft unter der Steuerung des Steuerungs-Moduls 44 dem Behälter-Modul BM1 zugeführt werden, bis die Bio-Masse, also das Adsorbens gesättigt ist. Dies wird durch Messen des Gehaltes an organischem C in der die Filtereinrichtung verlassenden Abluft mittels eines F.J.D.-Meßgerätes bestimmt, das mit der Meßsonde 48 verbunden ist. Sobald maximal 40 mg/m³ organisches C in der Abluft überschritten werden, schaltet das Steuerungsmodul 44 die Abgas-Zuführung von der Filtereinheit I auf die Filtereinheit II um. Nach Ablauf einer aufgrund empirischer Versuche ermittelten Zeit, die die Mikroorganismen für das "Veratmen", also den Abbau der Schadstoffe benötigen, und die in dem Steuerungsmodul gespeichert ist, steht die Filtereinheit I zur Zuführung von Abluft wieder zur Verfügung. Während dieser Zeit wird das zweite Behälter-Modul BM2 mit der zu reinigenden Abluft solange beaufschlagt, bis auch dort die beschriebene Umschaltung erfolgt. Während der Zuführungspausen haben die in der Bio-Masse der Behälter-Module BM1 und BM2 angesiedel­ ten Mikroorganismen jeweils Zeit, die dort aufgenommenen Schadstoffe zu verarbeiten.

Nach Ablauf der meßtechnisch zu ermittelnden Belüftungszeit schaltet also das Steuerungs-Modul 44 die Zuführung von Abluft vom Behälter-Modul BM2 zum Behälter-Modul BM1 und vice versa um, so daß die in der Bio-Masse des jeweiligen Behälter-Moduls angesiedelten Mikroorganismen die dort aufge­ nommenen Schadstoffe mikrobiologisch verarbeiten können. Beide Behälter-Module werden also in einem vorgegebenen Rhythmus diskontinuierlich belüftet, wobei die Belüftung über den jeweiligen Luftkasten 24 in durch vorbestimmte Pausen unterbrochenen Stößen erfolgt. Die in Abhängigkeit der Abluftmenge und der zu verarbeitenden Schadstoffe nach Erfahrungswerten bemessenen Pausen werden durch die Regel- und Steuereinrichtungen 44 unter Benutzung der Meßsonden 47, 48 bestimmt. Hierbei wird insbesondere auch darauf geachtet, daß der Gehalt an O₂ in der zugeführten Abluft nicht unter 12 Vol.-% absinkt; den zugeführten Abgasen muß dann gegebenen­ falls atmosphärische Luft zudosiert werden. Die Messung der Feuchtigkeit erfolgt ebenfalls in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer nicht dargestellten Meßsonde. Unterschreitet die Feuchtigkeit im Haufwerk einen unteren Grenzwert, so kann um ein Austrocknen des Haufwerkes zu verhindern, die oberste Schicht des Haufwerkes durch Beregnen wieder angefeuchtet werden. Etwa entstehendes Sickerwasser wird über jeweils einen der Anschlußstutzen 26 abgesaugt.

Zur Aufzeichnung der jeweils richtigen Bemessung der Belüftungspausen können sog. Schreiber für den C- und O₂- Gehalt im Abgasstrom benutzt werden.

Ist die Abbaufähigkeit der Mikroorganismen in der Bio-Masse endgültig erschöpft, so erfolgt das Austragen des Haufwerkes aus dem jeweiligen Behälter-Modul. Im einfachsten Falle erfolgt dies in der Weise, daß beispielsweise die Behälter- Module über eine Laufkatze oder ein Hebezeug dem Wandungs- Modul nach Aufklappen der Abdeckung 45 herausgenommen, in üblicher Weise entleert, neu beschickt und wieder zurückbe­ wegt werden.

Für das Austragen des verbrachten Haufwerkes aus dem entsprechenden Behälter-Modul können aber auch über das Maschinen-Modul die zugehörigen Austragewerkzeuge 17 bzw. 18 in dem einzelnen Behälter-Modul betätigt werden, die das angebaute Haufwerk über die genannte Öffnung 21 austragen; vgl. Fig. 3. Das geleerte Behälter-Modul kann dann über die Öffnung 34, z. B. über ein nicht dargestelltes Förderband, erneut beladen werden, wobei über das in die Bodennähe bewegte Räumschaar 33 die zugeführte Bio-Masse gleichmäßig über den Querschnitt des Behälter-Moduls verteilt werden. Das Räumschaaar wird mit dem ansteigenden Haufwerk in bezug auf Fig. 3 über die Zugspindeln 30, 31 nach oben bewegt. Nach dem Auffüllen der Behälter-Module kann erneut schadstoffbehaftete Abluft in der beschriebenen Weise zugeführt werden.

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, erfolgt der mikro­ biologische Abbau der anfallenden organischen Schadstoffe er­ findungsgemäß innerhalb geeigneter Chargengrößen und diskontinuierlich innerhalb vorbestimmter Zeiträume, so daß den in der Bio-Masse angesiedelten Mikroorganismen genügend Zeit zum mikrobioellen Abbau der Schadstoffe gegeben wird. Auf diese Weise ist erstmals eine über beliebig lange Betriebszeiten kontinuierlich und funktionssicher arbeitende Bio-Filteranordnung gegeben.

Claims (12)

1. Verfahren zum Abbau organischer Verunreinigungen aus Abgasen durch Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) die Abgase bis zur Sättigung des Absorbens einem Behältermodul BM1 zuführt,
• b) daraufhin solange die Zuführung der Abgase zu diesem Behältermodul unterbricht, bis die im Absorbens angesiedelten Mikroorganismen die Schadstoffe abgebaut haben, und während dieser Zeit das Abgas durch ein Behältermodul BM2 führt und umgekehrt und
• c) den Beginn der Unterbrechung in der Abgaszuführung zu dem jeweiligen Behältermodul vom Gehalt an organischem C der dieses Behältermodul verlassenden Abluft abhängig macht und das Ende der Unterbrechung aufgrund empirisch ermittelter Zeitwerte festlegt, die 3 Minuten nicht unter- und 30 Minuten nicht überschreiten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Sauerstoffgehalt der zugeführten Abgase überwacht und gegebenenfalls durch Zudosieren von atmosphärischer Luft vor Einführung in das Absorbens auf 12 Volumenprozent hält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man drei, vorzugsweise vier annähernd gleichmäßig geschüttete Haufwerke der Bio-Masse als Absorbens von den Abgasen wechselweise beaufschlagt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, unter Einsatz von Behältern mit Lochböden als Aufnahmeflächen für die in Form geschütteter Haufwerke eingebrachte Bio-Masse und mit Anschlüssen für die Zufuhr von Luft und die Abfuhr von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Behälter von mindestens 40 m³ Fassungsvermögen als Behälter-Module (BM1 bis BMn) ausgebildet sind, denen ein umfassendes stationäres Wandungs-Modul (WM) zugeordnet ist, das ein Maschinen-Modul (MM) einschließt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Einsatz von Behältermodulen (BM1 bis BMn), die mit am Boden angeordneten mechanischen Austragewerkzeugen (17, 18) sowie mit mechanischen Eintragewerkzeugen (33) versehen sind und entsprechende Anschlüsse für das Maschinen- und Wandungsmodul (MM, WM) aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragewerkzeuge (33) in dem jeweiligen Behälter-Modul (BM1 bis BMn) an auf- und abbeweglichen Zugspindeln (28 bis 33) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragewerkzeuge als hin- und herbeweglich gelagerte Streichschaare (34) ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragewerkzeuge als jeweils oberhalb des Lochbodens (22) angeordnete Kratzförderbänder (17, 18) ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrage- und Austragewerkzeuge (34, 17, 18) wirkungsmäßig im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter-Module (BM1 bis BMn) einen viereckigen Querschnitt aufweisen und im Falle der Ausbildung nach Anspruch 5 mit einem Ansatz (20) zwecks Aufnahme der Austragewerkzeuge (17, 18) versehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gleichgroße Querschnitte aufweisende Behälter- Module (BM1 bis BMn) nebeneinanderstehend innerhalb eines Wandungs- Moduls (WM) angeordnet sind, die über einen Schieber (16) mit einer gemeinsamen Druckquelle (Aggregat 41) wechselweise verbindbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wandungsmodul (WM) Meßsonden (47, 48) für das Ermitteln des O₂-Gehaltes in den zugeführten Abgasen sowie des Gehaltes an organischem C in der gereinigten Abluft zugeordnet sind.