DE4129101C1 - Appts. for biologically cleaning air - includes bio-absorber unit with carriers of spherical, hollow parts having lateral ribs which dip into wash soln. - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abluft mit Hilfe von festen Nährböden, die die zum Abbau der Abluftkomponenten befähigten Mikroorganismen in den Zeiten mit Nährstoffen versorgen, in denen keine verwertbaren Abluftinhaltsstoffe vorhanden sind, und die den biologischen Abbau der mikrobiell verwertbaren Abluftinhaltsstoffe ermöglichen oder begünstigen.The invention relates to a device and a method for biological purification of exhaust air with the help of solid Nutrient media, which reduces the exhaust components capable of microorganisms in times of nutrients where there are no usable exhaust air constituents are present, and the biodegradation of the microbial allow recyclable exhaust air ingredients or favor.
Die biologischen Abluftbehandlungssysteme werden überwiegend zur Verminderung von Geruchsemissionen eingesetzt, seltener noch zur Behandlung organisch belasteter Prozeßabgase zur Einhaltung gefordeter Emissionsgrenzwerte. Bemerkenswert ist, daß neben Aminen, Alkoholen und Schwefelwasserstoffverbindungen auch halogenierte Kohlenwasserstoffe abgereichert werden können. Jeder Stoffeintrag muß sich jedoch wiederfinden lassen; sei es unverändert, metabolisiert oder in Form von CO₂ im Abluftstrom, wenn die Verbindungen abgebaut wurden, oder akkumuliert auf dem Füllmaterial. Handelt es sich bei den akkumulierten Verbindungen um gefährliche oder wassergefährdende Stoffe, wird das Füllmaterial hiermit zum Sonderabfall.The biological waste air treatment systems become predominant used to reduce odor emissions, less often still for the treatment of organically polluted process exhaust gases to comply with required emission limit values. It is noteworthy that in addition to amines, alcohols and hydrogen sulfide compounds also halogenated hydrocarbons can be depleted. Every substance entry must, however, be found again; be it unchanged, metabolized or in the form of CO₂ in the exhaust air stream, if the compounds have been degraded or accumulated the filling material. Is it the accumulated Compounds around dangerous or water polluting substances, The filling material hereby becomes a special waste.
Zunächst aber müssen einzelne Begriffe definiert werden, da im deutschsprachigen Raum Abluftreinigung und Abluftbehandlung synonym gebraucht werden. But first, individual terms have to be defined because in German-speaking countries exhaust air purification and exhaust air treatment used synonymously.
Bei einer Reinigung handelt es sich um eine zielgerichtete Herausnahme von Stoffen, bei einer Behandlung ganz allgemein um ein "in die Hand" nehmen. Diese Unterscheidung ist insofern wichtig, als gerade bei den sogenannten "Biofiltern" der betrachtete Abgasstrom lediglich durch einen Reaktionsraum hindurchgeleitet, aber nicht streng nach Definition filtriert wird; er wird sogar mit anderen - teilweise aromatischen - Komponenten angereichert. Man kann dies auch als Schönung bezeichnen. Die Behandlung schließt also die Reinigung mit ein und sagt noch nichts über den Erfolg aus.A cleaning is a purposeful one Removal of substances, in a treatment completely generally to take a "hand". This distinction is important insofar as just in the so-called "Biofiltern" considered exhaust flow through only passed a reaction space, but not strictly filtered by definition; he even becomes with others - partially aromatic - enriched components. you This can also be called a fining. The treatment So include the cleaning and say nothing about the success.
Technisch werden derzeit zwei Abluftbehandlungssysteme angewendet, deren prinzipieller Unterschied in der Literatur mit der Anzahl der Phasen erklärt wird, aus denen sich das System zusammensetzt:Technically, currently two exhaust air treatment systems applied, their principal difference in the literature is explained with the number of phases from which the system is composed:
Während der "Biofilter" aus einer festen und einer gasförmigen Phase besteht (2phasig), weist der Biowascher drei Phasen auf.During the "biofilter" of a solid and a gaseous Phase exists (2phasig), points the bio-washer three phases up.
Diese Unterscheidung ist jedoch nicht korrekt, da der "Biofilter" nur biologisch funktioniert, wenn das Festbettmaterial von einem Wasserfilm überzogen ist. Auch die Bezeichnung "Biofilter" ist - wie oben erläutert - irreführend, weil der zu behandelnde Gasmassenstrom lediglich durch ein Festbettmaterial mit unterschiedlicher Porosität hindurchgeleitet wird, wobei sich die Porosität mit der Zeit infolge mikrobiellen Abbaus verringert.However, this distinction is incorrect because the "Biofilter" only works biologically if the fixed bed material is covered by a film of water. Also the Term "biofilter" is - as explained above - misleading because the gas mass flow to be treated only through a fixed bed material with different porosity is passed through, wherein the porosity with reduced in time due to microbial degradation.
Ähnliches gilt auch für den Biowäscher: Seine Funktion ist die Auswaschung und Absorption von Luftinhaltsstoffen in eine wäßrige Phase; nur in Ausnahmefällen (bei längeren Verweilzeiten des Waschwassers im Reaktor) findet im Wäscher eine biologische Stoffumwandlung statt. Deshalb ist zu unterscheiden in Wäscher, in denen Stoffe aus einem Gasmassenstrom in eine von Mikroorganismen besiedelte Waschflüssigkeit übertragen werden können, und in Biowascher, in denen neben der Übertragung auch ein nachweisbarer mirkobieller Stoffumsatz stattfindet. The same applies to the bioscrubber: its function is the leaching and absorption of air constituents in an aqueous phase; only in exceptional cases (with longer Residence times of the wash water in the reactor) takes place in Scrubber a biological conversion instead. That's why is to be distinguished in scrubber, in which substances from one Gas mass flow in one colonized by microorganisms Washing liquid can be transferred, and in Biowascher, in which in addition to the transfer also a detectable Mucobal metabolism takes place.
Es wird auch grundsätzlich unterschieden zwischen Träger, Trägermaterial und Trägersystem. Der Träger ist inert, er wird in der Literatur auch als Füllkörper bezeichnet und wird standardmäßig in Wäschern oder Kolonnen eingesetzt. Als Trägermaterial wird bezeichnet, wenn der Träger mit dem speziellen Nährbodenüberzug ausgestattet ist. Das Trägersystem besteht zusätzlich noch aus Mikroorganismen, die auf dem Trägermaterial immobilisiert sind.It is also fundamentally differentiated between carriers, Carrier material and carrier system. The carrier is inert, he is referred to in the literature as a packing and is used by default in scrubbers or columns. As a carrier material is referred to when the carrier with equipped with special nutrient coating. The Carrier system additionally consists of microorganisms, which are immobilized on the carrier material.
Als Biosorber wird das System bezeichnet, das alle sorbierenden Merkmale, wie Adsorption und Chemisorption, aufweist.As biosorbent, the system is called, all sorbing Characteristics, such as adsorption and chemisorption, having.
Im Hinblick auf die verfahrenstechnische Optimierung derartiger Anlagen ist die Zuordnung zu den Grundeinheiten (unit operations) wichtig. Der Stand der Technik und einzelne Beschreibungen zu den Prinzipien sind bei GUST, GROCHOWSKI und SCHIRZ (Staub-Reinhaltung der Luft 39 (1979) 9, 308-314 und 11, 397-402) nachzulesen.With regard to the process engineering optimization of such Attachments is the assignment to the basic units (unit operations) important. The state of the art and individual Descriptions of the principles are available at GUST, GROCHOWSKI and SCHIRZ (dust-clean air 39 (1979) 9, 308-314 and 11, 397-402).
Der herkömmliche "Biofilter" besteht aus einem Becken, das am Grund mit einer Kiesschicht angefüllt ist, in die ein gelochtes Rohr verlegt wird. Über einen Verteiler wird mittels Ventilatoren die zu behandelnde Abluft in ein Netzwerk von gelochten Rohrleitungen eingeblasen, von wo sie nach oben durch ein geschüttetes Bett aus verschiedenen Materialien in die Atmosphäre entweicht. Neben diesen Beckensystemen gibt es heute auch Stahlkonstruktionen in Hochbauweise, die in ähnlicher Weise, in der Regel von unten durchströmt werden.The conventional "biofilter" consists of a basin, which is filled at the bottom with a layer of gravel, in the a perforated pipe is laid. About a distributor By means of fans, the exhaust air to be treated in injected a network of perforated pipes, from where they go up through a spilled bed of different Materials escapes into the atmosphere. Next These pelvic systems today also have steel structures in structural engineering, in a similar way, in usually flowed through from below.
Das Kernstück des "Biofilters" besteht aus einem geschütteten Füllmaterial aus Kompost, Rindenmulch, Walderde, Torf oder Sägespänen. Daran sind bereits aufgrund der vorherigen Lagerung oder aus der Umgebungsluft heraus Mikroorganismen fixiert, die sich aus dem Abluftstrom mit Nährstoffen versorgen oder, wenn dieser nährstoffarm ist, aus dem Füllmaterial, das sie dann abbauen. Der Biofilter kann aber auch aus Polyurethan-, Polyethylen und/oder Polypropylen-Elementen in offenporiger, ein hohes Hohlraumvolumen aufweisender Bauweise ausgeführt sein, wie in der DE-OS 34 28 798 A1 beschrieben ist, oder ein gesinterter, poröser Träger mit hoher Adsorptionswirkung auf Mikroorganismen, wie in der DE-OS 36 11 582 A1 vorgeschlagen. The core of the "biofilter" consists of a poured Fillings made of compost, bark mulch, forest soil, Peat or sawdust. This is already due to the previous storage or out of the ambient air microorganisms fixed, resulting from the exhaust air flow with Supply nutrients or, if this is nutrient-poor is, from the filler, which they then break down. The But biofilters can also be made of polyurethane, polyethylene and / or polypropylene elements in open-pore, a high Cavity volume having construction executed be as described in DE-OS 34 28 798 A1, or a sintered, porous carrier having a high adsorption effect on microorganisms, as in DE-OS 36 11 582 A1 proposed.
Wesentliches Auslegungskriterium ist die Stofffracht, die Sorptionsfähigkeit der Stoffe, deren biologische Abbaubarkeit und vor allem die Abbauleistung des Systems über die Zeit. Die VDI-Richtlinie 3477 berücksichtigt jedoch nur die Verweilzeit und die Filterflächenbelastung: Empfohlen sind 50 bis 90 s und 50 bis 300 m³/m² · h und für das FüllmaterialThe essential design criterion is the material load, the Sorption capacity of the substances, their biodegradability and above all, the degradation performance of the system over the time. However, the VDI Guideline 3477 takes into account only the residence time and the filter surface load: Recommended are 50 to 90 s and 50 to 300 m³ / m² · h and for the filling material
- - pH-Wert zwischen 7 und 8,- pH between 7 and 8,
- - Porenvolumen <80%,Pore volume <80%,
- - Korndurchmesser bei 60% Siebdurchgang <4 mm,- grain diameter at 60% sieve passage <4 mm,
- - Glühverlust <55%.- Ignition loss <55%.
Beim Wäscher wird die Abluft zwangsweise durch einen Wasserfilm geleitet. Der eigentliche Abbau der organischen Abluftbestandteile findet nicht im Waschturm, sondern in einem separaten, meist zusätzlich belüfteten Reaktionsraum mit nachgeschalteter Abtrennung der Mikroorganismen statt, der einer klassischen mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage entspricht.When scrubber, the exhaust air is forcibly by a water film directed. The actual degradation of the organic Exhaust air components does not find in the wash tower, but in a separate, usually additionally ventilated reaction space with downstream separation of the microorganisms instead of a classic mechanical-biological wastewater treatment plant equivalent.
Beim Biowäscher handelt es sich ebenfalls um den klassischen aeroben Bioreaktor (Festbett- oder Submers-), bei dem jedoch die Zuluft die zu behandelnde Abluft ist. Die feste Phase bei den Biowäscher-Festbettreaktoren besteht aus einem inerten Träger (vgl. DE-OS 32 17 923) oder aus einer Schlammflocke, auf den und in die sich die abbauende Biomasse als Biofilm immobilisiert.The bioscrubber is also the classic one aerobic bioreactor (fixed bed or submerged), at however, the supply air is the exhaust air to be treated. The solid phase in the Biowäscher fixed bed reactors from an inert support (see DE-OS 32 17 923) or from a mud flake, on and in which the degrading Biomass immobilized as biofilm.
Wesentliches Element ist der Absorber, in dem der Stoffaustausch zwischen Rohgas und Absorbens stattfindet. Der Stoffaustausch kann durch konstruktive Maßnahmen, wie Füllkörperwäscher, Gasblasenwäscher, Bodenkolonnen, Sprüh- bzw. Düsenwäscher und Rotationswäscher, intensiviert werden (s. SATTLER: Thermische Trennverfahren. VCH-Verlag, Weinheim, 1990). Die Waschflüssigkeit stellt in jedem Fall den Lebensraum der Mikroorganismen dar. Die Waschflüssigkeit wird bei verschiedenen technischen Verfahren mit Komponenten angereichert, die die Absorption von Abluftkomponenten erhöhen. Essential element is the absorber, in which the mass transfer takes place between raw gas and absorbent. The Mass transfer can be achieved through constructive measures, such as Packed body scrubber, gas bubble scrubber, tray columns, Spray or jet scrubber and rotary scrubber, intensified (see SATTLER: Thermal Separation Techniques, VCH-Verlag, Weinheim, 1990). The washing liquid is in In any case, the habitat of microorganisms dar. The Washing liquid is used in various technical processes Enriched with components that enhance the absorption of exhaust air components increase.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt in diesem Zusammenhang ist die Feuchte. Da die zu reinigende Abluft nie 100% wassergesättigt ist, findet beim Durchgang der Luft durch einen Biofilter eine Entfeuchtung statt, wodurch das zuerst durchströmte Füllmaterial somit austrocknet. Dadurch wird den Mikroorganismen die Lebensgrundlage entzogen. Dieser Nachteil kann in Biowäschern nicht auftreten, da die zu behandelnde Abluft intensiv mit dem Waschwasser, insbesondere beim Wäscher, in Berührung kommt.An essential aspect in this context is the humidity. Since the exhaust air to be cleaned never 100% water saturated is through the passage of air through one Biofilter held a dehumidification, making the first flowed through filler thus drying out. This will the microorganisms deprived of their livelihoods. This Disadvantage can not occur in biological scrubbers, as the too treating exhaust air intensively with the washing water, in particular at the scrubber, comes in contact.
Die Leistungsfähigkeit der beiden Systeme Biosorber-Biowäscher wird determiniert im wesentlichen durch die Biomassekonzentrationen, die ein Ergebnis der Stofftransportraten und des Ertragskoeffizienten sind. Da es sich in der Regel um die gleichen Mikroorganismenstämme handelt, ist der limitierende Faktor der Stofftransport. Ergo steigt die Leistungsfähigkeit mit der Konzentration in den zu behandelnden Stoffströmen: Beim "Biofilter" ist das die Konzentration im Gasmassenstrom; ggf. erfolgt eine Aufkonzentrierung im Wasserfilm auf dem Füllmaterial.The performance of the two systems Biosorber Bioscrubber is determined essentially by the biomass concentrations, which is a result of substance transport rates and the yield coefficient. As it is usually are the same microorganism strains, is the limiting factor of mass transfer. Ergo the efficiency increases with the concentration in the streams to be treated: When "biofilter" is the concentration in the gas mass flow; if necessary, a Concentration in the water film on the filler.
Beim Biowäscher (insbesondere beim Wäscher) findet eine gezielte Einengung des abzuscheidenden und behandelnden Stoffstromes statt, die zur Aufkonzentrierung führt. Deshalb weist der Biowäscher eine um den Faktor 3-10 (ZIEHR/KLEIN, forum mikrobiologie (1988) 9, 379-384) höhere spezifische Abbaugeräte auf. Dadurch kann der Reaktionsraum um diesen Faktor verkleinert werden.When Biowäscher (especially at the scrubber) finds one targeted narrowing of the patient to be separated and treated Material flow instead, which leads to concentration. That's why the bioscrubber has a factor of 3-10 (ZIEHR / KLEIN, forum microbiology (1988) 9, 379-384) higher specific mining equipment. This allows the reaction space be reduced by this factor.
Der Vorteil der biologischen Abluftreinigung liegt darin, daß im Gegensatz zur reinen Adsorption (z. B. an Aktivkohle) oder Absorption in ein Lösungsmittel die in den Biofilm eingeleiteten, biologiefähigen Stoffe abgebaut werden, wodurch eine Senke entsteht und ein Konzentrationsgefälle hin zu den Mikroorganismen herrscht. Die Beladbarkeit ist in diesem Fall theoretisch unerschöpflich.The advantage of biological waste air purification lies in that in contrast to pure adsorption (eg on activated carbon) or absorption into a solvent in the biofilm introduced, biologically compatible substances are degraded, which creates a sink and a concentration gradient towards the microorganisms prevails. The loadability is theoretically inexhaustible in this case.
Allerdings benötigen die Mikroorganismen meist weitere Substrate als die, die in der Abluft vorhanden sind. Beim Biofilter verwendet man deshalb in der Regel organische Festbettmaterialien als Substrate, beim Biowäscher dosiert man entsprechende Nährstoff-Komponenten flüssig zu. However, the microorganisms usually need more Substrates than those present in the exhaust air. At the Therefore biofilters are usually used organic Fixed bed materials as substrates, dosed in the bioscrubber you appropriate liquid components to liquid.
Bei der gezielten biologischen Abluftreinigung handelt es sich immer um ein dynamisches, dreiphasiges System, das verfahrens- und biotechnische Eingriffe erfahren muß. Die folgenden Ausführungen beschäftigen sich mit Lösungsansätzen, die über den oben beschriebenen Stand der Technik hinausgehen.The targeted biological waste air purification is always a dynamic, three-phase system, the procedural and biotechnical interventions must be experienced. The The following explanations deal with solutions, those on the above-described prior art go out.
Als Träger für die Immobilisierung von Mikroorganismen schlägt die DE-OS 36 11 582 A1 vor, gesinterte, aus mindestens zwei Komponenten bestehende Werkstoffgemische zu verwenden, mit dem Ziel, Mikroorganismen adsorptiv an die Oberfläche des Trägers zu binden. Die Träger sollen eine Dichte nahezu der von Wasser aufweisen und porös sein, um Mikroorganismen aufzunehmen.As a carrier for the immobilization of microorganisms proposes DE-OS 36 11 582 A1, sintered, from at least two-component material mixtures use, with the purpose of adsorbing microorganisms to the To bond surface of the carrier. The carriers should have one Density close to that of water and be porous to To pick up microorganisms.
In der DE-OS 34 28 798 wird ein biologisch aktiver Filter aus spezifisch leichten, ein großes Hohlraumvolumen aufweisenden Stoffen vorgestellt, das größere Porenräume aufweist als konventionell geschüttete Filter aus Kompost oder vergleichbarem Material. Ziel dieser Vorrichtung ist, Trägermaterialien, die als Abfall aus der Abwasserreinigung zu entsorgen wären, weiterzuverwenden, um Gerüche und Aerosole aus der Abluft über Klärbecken zu eliminieren. Die Schrift enthält den Hinweis, die Träger mit Aktivkohle zu Trägermaterialien zu ergänzen, um die Adsorption von Abluftinhaltsstoffen zu erhöhen.In DE-OS 34 28 798 is a biologically active filter from specifically lightweight, having a large void volume Substances presented, the larger pore spaces has as conventionally poured filters made of compost or similar material. Goal of this device is, carrier materials that are considered waste from wastewater treatment to dispose of, to reuse, to odors and eliminate aerosols from the exhaust air via clarifiers. The font contains the note, the carrier with Activated carbon to supplement carrier materials to adsorption of exhaust air ingredients.
Bezüglich der Trägermaterialien stellt die DE-OS 37 20 555 A1 eine Lösung vor, die auf den Träger polyfunktionelle Ammoniumverbindungen mit dem Ziel appliziert, Mikroorganismen aus einem vorbeiströmenden Fluid an die Träger zu binden und das Fluid keimfrei zu machen. Das Verfahren kann damit zur Reinigung von Abluft von Mikroorganismen, nicht aber von Gerüchen oder Schadstoffkomponenten eingesetzt werden. Eine Versorgung der Mikroorganismen mit Nährstoffen aus der applizierten Substanz ist nicht vorgesehen und auch nicht zu erwarten. With respect to the support materials, DE-OS 37 20 555 A1, a solution which is polyfunctional on the carrier Ammonium compounds with the aim of applying microorganisms from a passing fluid to the carrier bind and make the fluid germ-free. The procedure can thus be used to purify exhaust air from microorganisms, but not used by odors or pollutant components become. A supply of microorganisms with Nutrients from the applied substance is not provided and not to be expected.
In der DE-OS 33 45 944 A1 wird vorgeschlagen, poröse, adsorptiv wirkende Träger aus Aktivkohle, Zeolith oder Silicagel einzusetzen und die Träger mit einem leicht abbaubaren Substrat vor einem Kontakt mit Mikroorganismen zu benetzen. Hintergrund des Verfahrens ist es, Stoffe aus der Luft an die Träger bzw. in ihnen zu binden, und die Mikroorganismen nicht nur aufgrund von Oberflächenkräften sondern auch chemotaktisch zu binden, was durch die Stoffwechselprodukte aus dem leicht abbaubaren Substrat erfolgen soll. Die Benetzung der Träger erfolgt flüssig.In DE-OS 33 45 944 A1 is proposed, porous, adsorptive active carriers of activated carbon, zeolite or silica gel insert and the carrier with a readily degradable Substrate to wet before contact with microorganisms. Background of the procedure is to remove substances from the Air to bind to the carrier or in them, and the microorganisms not just because of surface forces but also to bind chemotactically what through the Metabolites from the easily degradable substrate should be done. The wetting of the carrier is liquid.
Schließlich sei noch auf ein Verfahren hingewiesen, das zur Behandlung von Abwasser kugelige Trägermaterialien mit geringer Dichte mit dem Ziel einsetzt, die Träger in Bewegung halten und aus dem Reaktionsraum austragen zu können, um Verstopfungen im Reaktionsraum zu unterbinden und den Biomassezuwachs auf den Trägern abzutragen. Die Reinigung der Träger soll aber nur soweit gehen, daß die Oberfläche noch einen Biofilm aufweist, damit die Leistungsfähigkeit des Systems bis zum möglichen Anwachsen neuer Träger nicht eingeschränkt ist.Finally, it should be pointed to a method that for the treatment of waste water spherical support materials low density with the aim of putting the wearer in Keep moving and carry out of the reaction chamber too can to prevent blockages in the reaction space and ablate the biomass growth on the carriers. The But cleaning the carrier should only go so far that the Surface still has a biofilm, hence the performance of the system until possible growth new carrier is not restricted.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der konventionellen "Biofilter", die in der Behandlung großer Volumenströme mit geringen Abluftkonzentrationen, einfachem und robusten Aufbau und Betrieb sowie verhältnismäßig geringen Betriebskosten liegen, mit den von höherer Leistungsfähigkeit, Steuerbarkeit und vor allem die Abluft reinigenden Biowäschern bzw. Wäschern mit nachgeschalteter bioloogischer Wasserbehandlung zu kombinieren.The invention is based on the object, the advantages the conventional "biofilter" used in the treatment large volume flows with low exhaust air concentrations, simple and robust construction and operation as well relatively low operating costs, with the of higher performance, controllability and above all the exhaust air cleaning bio-scrubbers or scrubbers with to combine downstream biologic water treatment.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bei den konventionellen "Biofiltern" eingesetzte organische Material durch technische Träger ersetzt wird, das jedoch in Erweiterung zu allen bisher bekannten technischen Trägern in der biologischen Abluftbehandlung einen festen Nährbodenüberzug erhält, der den Diauxie-Effekt ausnutzt. This object is achieved in that the organic used in conventional "biofilters" Material is replaced by technical supports, However, in extension to all known technical Carriers in biological waste air treatment Get firm nutrient coating that has the diauxie effect exploits.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit einem mit festen Nährboden überzogenen, rolligen, offenporigen, inerten Träger werden die zum Abbau spezieller Abluftinhaltsstoffe befähigten Mikroorganismen gezielt gefördert, in Hungerzeiten, in denen extern keine Stoffe zugeführt werden, am Überleben gehalten und permanent in die Lage versetzt, ihre enzymatische Ausrüstung bzw. die Stoffwechselaktivität zu regenerieren.By the device according to the invention and the inventive Procedure with a solid medium coated, mobile, porous, inert carrier which are capable of breaking down special exhaust air constituents Microorganisms specifically promoted, in times of hunger, in which no substances are externally supplied to the survival kept and permanently in the position of their enzymatic Equipment or metabolic activity regenerate.
Darüber hinaus können die synthetischen Nährböden, die in der Fermentationstechnik als Minimalmedien zur Selektion bestimmter Mikroorganismen seit Robert KOCH eingesetzt werden, mit zusätzlichen Komponenten, wie Vitaminen, Spurenelementen, Wachstumsfaktoren und Nährsalzen ausgestattet werden, die den Stoffwechsel der Mikroorganismen direkt begünstigen und die Regeneration ihrer enzymatischen Ausstattung ermöglichen sowie hohe Absorptionspotentiale für die zu eliminierenden Abluftkomponenten schaffen, wie sie bisher nur in den biologischen Abluftwaschverfahren eingesetzt werden. Die Nährböden werden flüssig z. B. aus folgenden KomponentenIn addition, the synthetic nutrient media that can be used in the fermentation technique as minimal media for selection certain microorganisms since Robert KOCH used with additional components, such as vitamins, trace elements, Growth factors and nutrient salts which are the metabolism of the microorganisms directly favor and the regeneration of their enzymatic Equipment and high absorption potentials create for the exhaust air components to be eliminated, such as they previously only in the biological exhaust air washing process be used. The nutrient media become liquid z. B. off following components
zusammengesetzt und anschließend über Tauchsysteme oder Sprühsysteme auf die technischen Träger bis zum sechsfachen ihres ursprünglichen Gewichtes aufgezogen, wo sie sich infolge von Gelierungsmittel, wie Agar-Agar, die der Lösung zugesetzt wurden, verfestigen.assembled and then via dipping systems or Spray systems on the technical support up to six times raised to their original weight, where they are as a result of gelling agents, such as agar-agar, the Solidified.
Unter der herrschenden Luftfeuchte bzw. im Wasserfilm gehen die die Absorption fördernden Stoffe in Lösung, während die Nährstoffkomponenten auf dem Träger verbleiben und von den Mikroorganismen verstoffwechselt werden. Under the prevailing humidity or in the water film go the absorption promoting substances in solution while the nutrient components remain on the carrier and be metabolized by the microorganisms.
Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Zusammenstellung der Nährkomponenten wird der Diauxie-Effekt ausgenutzt. In der Fachwelt ist bekannt, daß z. B. Glukose vollständig vor Sorbit als Kohlenstoffquelle verstoffwechselt wird (Schlegel: Allgemeine Mikrobiologie. Thieme-Verlag, Stuttgart, 6. Auflage 1985). Erfindungsgemäß wird deshalb die Formulierung der Nährböden-Zusammensetzung in Abhängigkeit der jeweiligen Abluftkomponenten unter Berücksichtigung der Diauxie vorgenommen.In the procedure according to the invention for compilation The nutrient components exploit the diauxie effect. It is known in the art that z. B. glucose completely metabolized by sorbitol as a carbon source (Schlegel: General Microbiology, Thieme-Verlag, Stuttgart, 6th edition 1985). According to the invention Therefore, the formulation of the nutrient media composition depending on the respective exhaust air components below Consideration of Diauxie made.
Das Verfahren ist weder von der Zielsetzung noch von der Sache her mit der DE-OS 37 20 555 A1 vergleichbar, da der Nährboden nicht der Anheftung von Mikroorganismen sondern ihrer optimalen Versorgung mit Wachstums- und in Hungerzeiten Kohlenstoffquellen auf Basis des Diauxieeffektes dient. Auch das Verfahren mit der Benetzung der Oberfläche mittels eines leicht abbaubaren Substrates (DE-OS 33 45 944) nimmt das erfindungsgemäße Verfahren nicht vorweg, weil das Ziel der OS die chemotaktische Bindung der Mikroorganismen ist, während das hier beschriebene erfindungsgemäße Verfahren gerade ja vorsieht, daß der Nährboden mit einer Kohlenstoffquelle angereichert wird, die schwerer abbaubar ist als die Kohlenstoffquelle aus der Abluft, um die Mikroorganismen während ihrer Reinigungsfunktion optimal zu versorgen. Das leicht abbaubare Substrat dürfte darüberhinaus innerhalb kurzer Zeit aufgezehrt sein, zumal es nur benetzend aufgebracht wird und keine Erstarrungsmittel enthält.The procedure is neither of the objective nor of the Thing her comparable with DE-OS 37 20 555 A1, since the culture medium not the attachment of microorganisms but theirs optimal supply of growth and starvation Carbon sources based on the Diauxieeffektes serves. Also the method with the wetting of the surface by means of a readily degradable substrate (DE-OS 33 45 944) does not anticipate the method according to the invention, because the goal of the OS is the chemotactic binding of microorganisms is, while the invention described here Procedure just yes, that provides the breeding ground enriched with a carbon source, the is more degradable than the carbon source from the Exhaust air to the microorganisms during their cleaning function optimally care. The easily degradable substrate should also be consumed within a short time be, especially since it is applied only wetting and contains no solidifying agents.
Die in verschiedenen Veröffentlichungen und Patentschriften offenbarter Träger (z. B. DE-OS 34 28 798 A1 oder DE-OS 36 11 582 A1) können, wenn sie dem Anspruch 1 entsprechen, alle zum Einsatz kommen. Derartige Ansprüche werden bei den in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwendenden Trägern wesentlich dadurch erweitert, daß sie mit einem festen Nährboden überzogen sind, der eine wesentlich andere Aufgabe im Reinigungsgeschehen übernimmt, als bei den bisherigen Trägern bzw. modifizierten Trägermaterialien offenbart ist. The in various publications and patents disclosed carrier (eg DE-OS 34 28 798 A1 or DE-OS 36 11 582 A1), if they correspond to claim 1, all are used. Such claims are to be used in the device according to the invention Carriers substantially expanded by that with are covered in a solid medium, which is essential performs another task in the cleaning process, as in the previous carriers or modified carrier materials is disclosed.
Die zu verwendenden Träger haben lediglich die Aufgabe, den Untergrund für die Nährböden zu liefern und durch ihre Stützstruktur einen ausreichenden freien Querschnitt im Reaktionsraum zu gewährleisten. Es ist nämlich bekannt, daß Träger in biologischen Systemen, wenn sie mit einem kompletten Biofilm überzogen sind, keine nachweisbare Funktion in bezug auf das Fluid mehr aufweisen, was ihre ursprüngliche adsorptive Kraft oder ihre Mikro-Porosität anbelangt. Die Diffusionslimitierung im Biofilm ist in den meisten Fällen zu groß, als daß der Werkstoff oder seine Spezifikation noch wirken kann. Ganz anders sieht es natürlich in der Wechselwirkung des Trägermaterials zum Biofilm aus. Wenn das Trägermaterial - wie erfindungsgemäß offenbart - Komponenten enthält, die den Mikroorganismen nützen können, stellt der Träger eine Krippe für die Mikroorganismen dar. Dieser Sachverhalt ist jedoch bislang nirgends beschrieben.The carriers to be used have only the task of to supply the underground for the nutrient media and through their Support structure a sufficient free cross-section to ensure in the reaction space. It is well known that carrier in biological systems when using a complete biofilm are covered, no detectable Function with respect to the fluid more, what their original adsorptive power or their micro-porosity As. The diffusion limitation in the biofilm is too large in most cases, than that the material or its specification can still work. Completely different Of course, it sees in the interaction of the carrier material to the biofilm. If the carrier material - as in the invention discloses components containing the Microorganisms, the carrier provides one Crib for the microorganisms dar. This situation however, has not been described anywhere.
Bei optimierten Prozessen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Vitamine, Spurenelement-Donatoren oder Katalysatoren eingesetzt (Alginat, Carragen, Epoxyd-Harz, Polyurethan, Silicon), die sich auf die Leistung des Gesamtprozesses entscheidend auswirken (Aktivität des Katalysators). Bekanntlich läuft die Stoffwandlung in Form mehrstufiger enzymatischer Reaktionen ab, wobei man nach neueren Erkenntnissen zu berücksichtigen hat, daß neben den Stoffumsatzprozessen simultan gekoppelte Regenerierungsschritte der mirkobiellen Aktivitäten (Kofaktor-Regenerierung) ablaufen.In optimized processes of the method according to the invention become vitamins, trace element donors or catalysts used (alginate, carrageen, epoxy resin, Polyurethane, silicone), focusing on the performance of the overall process have a decisive effect (activity of the catalyst). As you know, the transformation of the material is taking shape multi-stage enzymatic reactions, wherein after recent findings has to take into account that beside Regeneration steps simultaneously coupled to the substance conversion processes the mircobial activities (cofactor regeneration) expire.
Weiterhin kann der Biosorber zur Begünstigung mikrobieller Stoffumsatzleistungen über Wärmetauschersysteme klimatisiert werden.Furthermore, the biosorbent for the promotion of microbial Metabolic turnover services via heat exchanger systems air-conditioned become.
Schließlich wird der Biosorber meß- und regeltechnisch über Differenzdruckmessung, Leitfähigkeits- und pH-Wert-Messung sowie Messung gelöster Komponenten über diverse ionensensitive Sonden sowie Messung von Abluftkomponenten über Sauerstoff-, Ammoniak- oder ähnlichen Sonden nach Bedarf, fallweise auch mit GC- und FID-Messung bestückt, um die Entnahme der Träger und die Zufuhr von Nähr- und Waschflüssigkeitskomponenten zu optimieren. Finally, the biosorbent becomes measuring and control technology via differential pressure measurement, conductivity and pH measurement as well as measurement of dissolved components via diverse ion-sensitive probes and measurement of exhaust air components via oxygen, ammonia or similar probes Demand, occasionally also equipped with GC and FID measurement, to the removal of the carrier and the supply of nutrient and Optimize washing fluid components.
Im Gegensatz zu herkömmlichen "Biofiltern", bei denen mit der Zeit alle organischen Trägerstoffe abgebaut werden und das Trägermaterial in sich zusammensackt, wodurch sich die Stoffübergangsfaktoren dynamisch ändern, werden beim Biosorber die aufgebrauchten Trägernährstoffe durch Wiederaufbringung von Nährböden ersetzt, über die starre Struktur der Träger bleibt das Gerüst stabil, der Stoffübergang wird nur unwesentlich über den Verbrauch des Nährbodens beeinflußt.In contrast to conventional "biofilters" in which the time all organic carriers are degraded and the support material collapses, thereby the mass transfer factors will change dynamically at Biosorber the depleted carrier nutrients through Replenishment of nutrient media replaced, over the rigid Structure of the carrier, the scaffolding remains stable, the mass transfer is only insignificantly above the consumption of Culture medium affected.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich von daher auch von der in der DE-OS 32 17 923 A1 beschriebenen Vorrichtung - abgesehen davon, daß es sich bei diesem Verfahren um einen Biowäscher handelt, wie er oben ausführlich beschrieben ist, der mit Waschwasser arbeitet, das über das Trägermaterial abgeleitet wird - weil der Träger starr ausgebildet ist und sich entlang des Abluft- bzw. Waschwasserstromes ein Konzentrationsprofil bzw. eine Differenzierung des mirkobiellen Bewuchses einstellt, wohingegen es in dem hier vorgeschlagenen Verfahren darum geht, daß im Reaktionsraum gleiche Bedingungen herrschen und kein unterschiedlicher Bewuchs der Trägermaterialien einsetzt, weil dieser den Strömungswiderstand neben den o. g. Merkmalen verschlechtert.The device according to the invention differs from Therefore, from the described in DE-OS 32 17 923 A1 Device - apart from the fact that this is Procedures around a bioscrubber, as detailed above described, who works with washing water, which is derived via the carrier material - because of Carrier is rigid and extends along the exhaust air or washing water stream a concentration profile or a Differentiation of the microbial growth stops, whereas in the method proposed here it is goes that same conditions prevail in the reaction space and no different growth of the support materials because of this, the flow resistance in addition to the o. g. Characteristics deteriorates.
Das in der DE-OS 31 23 155 A1 beschriebene Verfahren dient der Abwasserreinigung mit Hilfe von Trägermaterialien in Form eines Tropfkörper-Festbettsystems, das die Nachteile der DE-OS 32 17 923 bezüglich Verstopfung durch Verwendung eines lose geschütteten, kugeligen Materials beseitigt, indem durch Fluten oder Einblasen von Gas die Träger im Reaktor in Bewegung gesetzt und sogar aus dem Reaktor eliminiert werden, um gereinigt werden zu können.The method described in DE-OS 31 23 155 A1 is used Wastewater treatment with the help of carrier materials in Form of a trickle bed fixed bed system, which has the disadvantages DE-OS 32 17 923 with respect to constipation by use a loosely-poured, spherical material, by flooding or blowing gas through the carrier in the Reactor set in motion and even out of the reactor be eliminated in order to be able to be cleaned.
Dieses Verfahren ist für die Abwassertechnik sehr geeignet, enthält aber keine Merkmale, die Träger mit einem Nährboden zur gezielten Förderung mikrobiellen Wachstums zu überziehen. This method is very suitable for wastewater engineering, but does not contain any features that support with a Nutrient medium for targeted promotion of microbial growth to coat.
Weiterhin ist es dort wesentlich, den mikrobiellen Bewuchs nicht vollständig abzunehmen, um die Leistungsfähigkeit des Systems zu erhalten, wohingegen es bei dem hier offenbarten System gerade darum geht, die Träger vollständig abzureinigen, so daß sie neu beschichtet, mit Mikroorganismen besiedelt und wieder in den Reaktor gegeben werden können, um eine Erneuerung des biologischen Systems und die Minimierung der möglicherweise als Sonderabfall zu entsorgenden Rückstände zu ermöglichen.Furthermore, it is essential there, the microbial growth not completely decrease the performance of the system, whereas in the case of the system disclosed here just goes to the carriers completely cleaned, so that she recoated, with Colonized microorganisms and returned to the reactor can be a renewal of the biological Systems and minimizing potentially as hazardous waste to enable disposal of residues.
Auslöser dafür ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß es Abluftströme gibt, bei denen nicht oder sehr schwer abbaubare Verbindungen am Träger/Trägermaterial/Trägersystem akkumulieren. Diese werden somit in einem geringen Volumen aufkonzentrierbar. Die Träger werden wiederverwendet. Abgestorbene Biomasse wird ebenfalls auf diesem Wege aus der Anlage eliminiert.The trigger for this is in the device according to the invention, that there are exhaust air streams where not or very Hard degradable compounds on the carrier / carrier material / carrier system accumulate. These are thus in one small volume aufkonzentrierbar. The carriers will be reused. Dead biomass will also be on eliminated this way from the plant.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mit Nährboden überzogenen Trägermaterialien vor Aufgabe in den Biosorber mit den standorteigenen Mikroorganismen immobilisiert, indem die Trägermaterialien mit den Abläufen aus den Befeuchtern in Berührung gebracht werden. Dabei siedeln sich die in der Regel sessilen Mikroorganismen aus dem ablaufenden Wasser auf den Trägermaterialien an, wodurch längere Anpassungsphasen der frisch in die Abluftbehandlungsanlage eingefüllten Trägermaterialien vermieden werden können.In the context of the method according to the invention are with Soil-coated carrier materials before task in the biosorbent immobilized with the site microorganisms, by the carrier materials with the processes be brought out of the humidifier. there Settle the usually sessile microorganisms from the running water on the carrier materials, whereby longer adaptation phases of the fresh into the exhaust air treatment plant filled carrier materials avoided can be.
Der Biosorber wird in Erweiterung zu den konventionellen "Biofiltern" mit z. B. einem Rüttler versehen, wie er bei der Siebklassierung körniger Materialien im Baustoffsektor eingesetzt wird. Dieser Rüttler kann horizontal und vertikal bewegt werden. Der Rüttler wird mit einem Gewebe bespannt, das den Abluftstrom in jeder Richtung ohne erheblichen Druckverlust hindurchläßt, die Trägermaterialien aber zurückhält. Über die Rüttelbewegung werden die Trägersysteme in ihrer gegenseitigen Lage verändert, so daß Verbackungen ausgeschlossen und der Strömungswiderstand begrenzt aber auch in gleicher Weise die Lunkerbildung, das sind Strömungskanäle, durch die die Abluft unbehandelt hindurchströmen kann, unterbunden werden. The Biosorber is in extension to the conventional "Biofilters" with z. B. provided a vibrator, as in the sieve classification of granular materials in the building materials sector is used. This vibrator can be horizontal and be moved vertically. The jogger comes with a fabric covered, the exhaust air flow in each direction without significant Pressure loss lets through, the carrier materials but withholds. About the shaking motion are the Carrier systems changed in their mutual position, so that caking excluded and the flow resistance but also limits the formation of voids in the same way, These are flow channels through which the exhaust air is left untreated can flow through it, be prevented.
Daneben wird das Trägersystem in mäßiger Bewegung gehalten, wodurch wie beim Wäscher gewährleistet wird, daß der gesamte Abluftstrom mit dem Füllmaterial in Berührung kommt und die Abluftkomponenten adsorptiv oder absorptiv aus der Abluft entfernt werden und ggf. chemisch gebunden werden. Infolge der Bewegung und der nachstehend beschriebenen Optimierungsmaßnahmen werden auch adsorptiv gebundene Abluftkomponenten einem biologischen Abbau unterzogen. Gleichzeitig erfolgt durch die Rüttelbewegung eine Sortierung der Trägersysteme in leichtere und schwerere, so daß Träger, die keinen Nährboden mehr enthalten, weil er von den Mikroorganismen aufgezehrt ist, aus dem Biosorber gezielt entnommen werden können.In addition, the carrier system is held in moderate motion, which ensures as the scrubber that the Entire exhaust air flow with the filler in contact comes and the exhaust components Adsorptive or absorptive be removed from the exhaust air and optionally chemically bound become. As a result of the movement and the one described below Optimization measures are also adsorptive Bound exhaust components subjected to biodegradation. At the same time it is done by the shaking movement a sorting of the carrier systems into lighter and heavier, so that carriers that no longer contain any nutrient medium, because it is consumed by the microorganisms, from the Biosorber can be removed specifically.
Die Bewegung der Trägersysteme im Biosorber und die Entnahme können auch durch Schneckenförderer, Portalkrane und wie in den Ansprüchen beschrieben erfolgen. Die Reaktorbauform wird darauf angepaßt.The movement of the carrier systems in the biosorber and the removal can also by screw conveyors, gantry cranes and as described in the claims. The reactor design will be adapted.
Im Biosorber, in dem die Abluft vorzugsweise von oben auf das Trägersystem auftrifft, sind Sprüheinrichtungen vorgesehen, über die die Oberfläche des Trägermaterials, die infolge der nicht 100%igen Sättigbarkeit von Luft mit Wasser zuerst austrocknen würde, ständig befeuchtet werden.In biosorber, in which the exhaust preferably from above the carrier system hits, sprayers are provided, about the the surface of the substrate, the due to not 100% saturation of air with Water would dry out first, be moistened all the time.
Aufgrund dieser Maßnahme kann fallweise auf einen Luftbefeuchter vor dem Biosorber verzichtet werden, was die Anlagentechnik wesentlich vereinfacht und verbilligt. Weiterhin können über die Sprüheinrichtung auch im laufenden Betrieb pH-Wert-Korrekturen durchgeführt und Nährstoffkomponenten oder Komponenten, die das Wachstum begünstigen oder ermöglichen, oder Waschflüssigkeitskomponenten für eine verbesserte Aufnahme der Abluftkomponenten in den die Trägersysteme überziehenden Wasserfilm zudosiert werden.Due to this measure may occasionally apply to a humidifier be dispensed before the biosorbent, what the plant technology much easier and cheaper. Farther can over the spraying device also in the current Operation performed pH adjustments and nutrient components or components that promote growth or enable, or wash liquid components for improved absorption of the exhaust air components in added to the carrier systems covering water film become.
Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungern für das Verfahrensprinzip und das Vorrichtungsprinzip anhand von Blockschaltbildern näher erläutert: In the following the invention in connection with the Drawing for the process principle and the device principle explained in more detail by means of block diagrams:
Fig. 1 zeigt schematisch den Weg der Träger im Rahmen der biologischen Reinigung von Abluft. Der von diversen Lieferanten beziehbare Träger (a) wird in ein Tauchbad (1) mit Nährlösung gegeben, in dem er durch mehrmaliges Eintauchen einen Überzug erhält, der sich durch Erkaltenlassen verfestigt. Als Trägermaterial (b) wird er vorzugsweise in den Immobilisierungsreaktor (2) gegeben, in dem er mit standorteigenen Mikroorganismen über Tacu- oder Sprühsysteme überzogen wird. Der Biosorber wird mit diesem Trägersystem (c) beschickt. Die Immobilisierung von Mikroorganismen und die Ausbildung zum Trägersystem (c) kann auch im Biosorber direkt erfolgen. Im Biosorber findet ein Abbau des Nährbodens (d2) und ggf. eine Ablösung des Biofilms (d1) statt, potentiell reichern sich auch nicht abbaubare Substanzen auf dem Träger an. Deshalb werden die infolge Nährbodenverlust leichter gewordenen Trägersysteme aus dem Biosorber entfernt und in einem Reiniger (4) von den anhaftenden Substanzen befreit, bevor die Träger wieder wie beschrieben mit Nährboden in (1) überzogen werden. Fig. 1 shows schematically the path of the carrier in the context of the biological purification of exhaust air. The carrier (a), which can be obtained from various suppliers, is placed in an immersion bath ( 1 ) with nutrient solution in which it is given a coating by repeated immersion, which solidifies on cooling. As carrier material (b), it is preferably added to the immobilization reactor ( 2 ), in which it is coated with site-specific microorganisms via tacus or spray systems. The biosorbent is charged with this carrier system (c). The immobilization of microorganisms and the training to the carrier system (c) can also be done directly in the biosorbent. In the biosorbent, a degradation of the nutrient medium (d2) and possibly a detachment of the biofilm (d1) take place, and non-degradable substances potentially accumulate on the carrier. Therefore, the carrier systems that have become lighter as a result of loss of nutrient medium are removed from the biosorbent and freed of the adhering substances in a cleaner ( 4 ) before the carriers are again coated with nutrient medium in ( 1 ) as described.
Fig. 2 zeigt schematisch die Vorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die zu behandelnde Abluft gelangt über einen Luftbefeuchter (5) in den Biosorber (3), durchströmt ihn von oben nach unten und verläßt ihn gereinigt. Die Befeuchtung der Luft bzw. die Berieselung des Biosorbers erfolgt über den Wasserweg (A), über den dem Biosorber auch die beschriebenen optimierenden Komponenten zugeführt werden können. Das Befeuchtermedium und ablaufende Flüssigkeiten aus dem Biosorber gelangen in das Immobilisierungsbad (2), von wo sie als (D) Recyclewasser über (A) dem System wieder zugeführt oder mit dem Ablauf (E) der Reinigungsanlage (4) einer Abwasserbehandlung zugeführt werden. Der Weg der Träger ist in Fig. 1 beschrieben. Fig. 2 shows schematically the device of the method according to the invention. The exhaust air to be treated passes through a humidifier ( 5 ) in the biosorbent ( 3 ), flows through it from top to bottom and leaves it cleaned. The moistening of the air or the sprinkling of the biosorbent takes place via the waterway (A), via which the biosorbent can also be supplied with the described optimizing components. The moistening medium and effluent from the biosorbent pass into the immobilization bath ( 2 ), from where they are returned to the system as (D) recycle water via (A) or fed to the effluent (E) of the purification plant ( 4 ) for wastewater treatment. The path of the carriers is described in FIG .
Claims (2)
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