DEVICE FOR THE PURIFICATION OF EXHAUST AIR

Abstract: 1. Device for the purification of waste air by biochemical decomposition by aerobic microorganisms of the contaminations absorbed by washing water, with a washing unit with a packed bed (2) over which the wash water is led by a wash water circuit (4, 5) and through which the waste air flows, with a growth of microorganisms on the packing units (10) of the packed bed (2) and with a washing unit sump (6, 6a, 6b, 6c) which collects the wash water under the packed bed (2), characterised by the fact that several washing unit stages (13a, 13b, 13c) are connected in series and through which the waste air (A) flows through consecutively, that each washing unit stage has a separate wash water circuit (4, 5), each having different chemical characteristics of the wash water, and that the packing units (10) of the packed beds (29) of the washing unit stages have filament-like loops which lie on a torus surface and in each case are interconnected at at least one peripheral point.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abluft Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abluft, bei dem biologisch abbaubare Verunreinigungen von feinverteiltem Waschwasser absorbiert und durch aerobe Mikroorganismen abgebaut werden, wobei mindestens der überwiegende Teil des Waschwassers im Kreislauf geführt wird. Bei der herkömmlichen Abluftreinigung durch Nasswäsche werden die in der Abluft enthaltenen Verunreinigungen durch Absorption an der stark vergrösserten Wasseroberfläche in das Waschwasser aufgenommen. Das auf diese Weise mit den Verunreinigungen belastete Waschwasser muss anschliessend durch aufwendige Verfahren gereinigt werden, zu denen je nach der Art der anfallenden Verunreinigungen auch biologische Verfahren gehören können, bei denen Mikroorganismen in aeroben Stoffwechselvorgängen organische Verbindungen abbauen. Zu diesen organischen Luftverunreinigungen gehören insbesondere Geruchsstoffe, die schon in sehr geringer Konzentration zu erheblichen Geruchsbelästigungen führen, beispielsweise Amine und Merkaptane und andere Kohlenstoffverbindungen. Im Gegensatz zu chemischen Verfahren, bei denen ein chemischer Abbau der in dem Waschwasser enthaltenen Luftverunreinigungen angestrebt wird und die einen erhöhten Aufwand an Chemikalien erfordern und insbesondere die Geruchsstoffe nur unvollständig beseitigen, haben biologische Verfahren den Vorteil, dass als Stoffwechselprodukte beim biologischen Abbau der Verunreinigungen Kohlendioxid und Wasser oder in anderen Fällen Nitrate und Sulfate entstehen, die ohne Schwierigkeiten zu beseitigen sind. Schwierigkeiten bereitet jedoch bisher die biologische Reinigung des die Luftverunreinigungen enthaltenden Waschwassers. Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art (DE-OS 25 47 675) wird das mit den Verunreinigungen belastete Waschwasser in einem belüfteten Belebtschlamm¯ behälter auf biologischem Wege aufbereitet, wobei auch vorgesehen werden kann, dass das im Kreislauf geführte Waschwasser Belebtschlamm enthält. Hierzu sind jedoch aufwendige Anlagen erforderlich, deren Wartung und 8ber- wachung einen erheblichen Arbeitsaufwand nötig macht. Bleibt der Belebtschlamm im Belebtschlammbehälter, so besteht die Schwierigkeit, das in dem Kreislauf weiterzuführende Waschwasser von dem Belebtschlamm zu trennen, wofür ein erheblicher Anlagenaufwand vorgesehen werden muss. Wird dagegen der Belebtschlamm mindestens teilweise mit dem Waschwasser im Kreislauf geführt, so müssen die hierfür vorgesehenen Einrichtungen, insbesondere die Pumpe, so beschaffen sein, dass keine Schädigung der Mikroorganismen im Belebtschlamm erfolgt. In beiden Fäl- len bereitet die Aufrechterhaltung der lebenden Mikroorganismen Schwierigkeiten, die besonders durch die Not wendiglceit bedingt sind, den Mikroorganismen in allen Phasen des Kreislaufs und bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine ausreichende Sauerstoffmenge zuzuführen, um den aeroben Vorgang aufrecht zu erhalten und ein Umschlagen in anaerobe Zustände zu verhinern. Derartige anaerobe Betriebszustände sind im allgemeinen mit starken Geruchsbelästigungen verbunden und bewirken somit das Gegenteil der angestrebten Reinigung der Abluft von übelriechenden organischen Verunreinigungen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das mit geringem Aufwand an Anlagen, Wartungs- und überwachungsarbeiten und bei geringem Platzbedarf eine wirksame und sichere Reinigung der Abluft ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Waschwasser über ein Füllkörperbett geleitet wird, durch das die Abluft strömt, und dass die Mikroorganismen als biologischer Rasen auf der Füllkörperoberfläche angesiedelt sind. Damit wird zugleich mit dem von Füllörper-Nassäschern bekannten Verfahrensschritt der Absorption der Verunreinigungen durch das Waschwasser der weitere Verfahrensschritt der biologischen Reinigung durch Abbau der Verunreinigungen mittels lebender Mikroorganismen durchgeführt. Das aus dem Füllkörperbett austretende Waschwasser ist bereits von den aufgenommenen Verunreinigungen gereinigt und kann daher in einem auch technisch sehr einfach auszuführenden Kreislauf unmittelbar wieder dem Füllkörperbett zugeführt werden. Die aus der Abluft ge lösten Verunreinigungen werden daher noch im Füllkörperbett zu umweltfreundlichen, unschädlichen Substanzen abgebaut. Irgendwelche weiteren, möglicherweise aufwendigen Massnahmen zur Wasseraufbereitung sind überflüssig, was wiederum zu einer bedeutenden Einsparung bei den Investitions- und Betriebskosten führt. Da die aktive Biomasse nicht im Kreislauf im Gerät und durch Nebenanlagen geführt wird, sondern auf dem F¯ull- körperbett als ruhendem Substrat verbleibt, wird eine kompakte Bauweise ohne kostspielige Nebenanlagen ermöglicht; der Betrieb der Anlage wird wesentlich vereinfacht und die Wartung und Überwachung werden erleichtert. Im Gegensatz zu dem genannten bekannten Verfahren, bei dem das gegebenenfalls mit Belebtschlamm durchsetzte Waschwasser zur Erzielung einer innigen Durchmischung mit der zu reinigenden Abluft versprüht wird, wobei die Zeit bis zum Niederschlag im Sumpf unter dem Füllkörper- bett nur sehr kurz ist und für einen biologischen Abbau selten ausreicht, ist die Verweilzeit des mit Verunreinigungen belasteten Waschwassers im Füllkörperbett wesentlich länger und reicht aus, den biologischen Abbau der Verunreinigungen vollständig durchzuführen. Als besonders günstig wirkt sich hierbei die Tatsache aus, dass der biologische Rasen im Füllkörperbett mit sehr grosser Oberfläche zur Verfügung steht und dass sich die Wasseroberfläche jeweils in direktem Kontakt zu dem biologischen Rasen befindet, so dass sowohl die abzubauenden Verunreinigungen als auch der gleichzeitig mit der Abluft an der Wasseroberfläche zugeführte Sauerstoff sehr rasch und vollständig zu dem biologischen Rasen gelangen. Zugleich wird dadurch verhindert, dass sich infolge von Sauerstoffmangel in irgendeinem Bereich der Anlage ein anaerober Zustand mit seinen vorher genannten störenden Nebenwirkungen einstellen kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es in sehr einfacher Weise und ohne umfangreiche Anderungsarbeiten auch bei bestehenden Abluftreinigungsanlagen durchgeführt werden kann, die bisher nach dem Nasswaschverfahren mit Füllkörpern arbeiten. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren fällt nur eine geringe Menge von Abwasser an, das ausserdem nahezu neutral ist; es ist klar, geruchsfrei und weist niedrige BSB-Werte (Biologischer Sauerstoffbedarf) auf. Es kann daher bedenkenlos in ein kommunales Abwassernetz eingespeist werden. Da auch nach längerer Betriebszeit praktisch kein Überschussschlamm anfällt, ist der erforderliche Wartungsauf- wand sehr gering. Gesonderte Wasseraufbereitungsanlagen, zusätzliche Eindickerbehälter, Umwälzpumpen und Verrohrungen entfallen, so dass sich eine einfache, platzsparende Wäscherinstallation ergibt, deren Investitions- und Betriebskosten gering sind. Zur Umwälzung des Waschwassers können einfache, verschleissarme Kreiselpumpen verwendet werden, da das Waschwasser praktisch keine Mikroorganismen enthält. Bereits bestehende Anlagen können mit nur geringen Änderungen auf das erfindungsgemässe Verfahren umgestellt werden. Im Gegensatz zu chemischen Verfahren für den Abbau der Verunreinigungen entfällt die Notwendigkeit, Oxidations mittel, wie Hypochlorit, zuzusetzen, so dass eine wesentliche Einsparung an Chemikalienkosten erreicht wird. Der Wegfall der hohen Chemikalienkonzentration verringert die Abwasserbelastung wesentlich. Ohne Schwierigkeiten lässt sich die Einsatzbereitschaft der Mikroorganismen (Biozönose) auch dann aufrechterhalten, wenn während Stillstandszeiten keine zu reinigende Abluft anfällt; es genügt dann, den Wasserkreislauf aufrecht zu erhalten und einen geringen Belüftungs-Luftstrom durch das Füllkörperbett zu leiten. Die Gefahr einer Bildung von anaeroben Bereichen in der Anlage ist auch dann ausgeschlossen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen. Die Erfindung betrifft weiter eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Ausgehend von einer bekannten Vorrichtung (DE-OS 25 47 675) mit einem Waschwasserkreislauf, der über einen von der Abluft durchströmten Wäscher und eine Waschwasserpumpe geführt wird, ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Waschwasserpumpe in unmittelbarer Leitungsverbindung mit der Wassereintrittsseite des Wäschers steht und dass der Wäscher ein Füllkörperbett aufweist, dessen Füllkörper filamentartig geschlungene Windungen auf weisen. Diese Füllkörper bilden eineTropfkörperbett#Oberfläche, die besonders zur Bildung und Aufrechterhaltung des bio logischen Rasens geeignet ist, da das Füllkörperbett in allen seinen Bereichen gleichmässig vom Waschwasser und der Abluft durchströmt wird. Zonen unzureichender Sauerstoffversorgung, die zu anaeroben Zuständen führen könnten, werden wirksam vermieden. Als besonders vorteilhaft für die Ansiedlung eines biologischen Rasens in einem Füllkörperbett haben sich an sich bekannte Füllkörper erwiesen (DE-PS 22 05 593), die im wesentlichen auf einer Torusfläche liegende, mindestens an jeweils einer Umfangsstelle miteinander verbundene Windungen aufweisen. Der auf solchen Füllkörpern gebildete biologische Rasen wird in allen Bereichen des Füllkörperbetts vom Waschwasser in einem dünnen Film umströmt; der für den biologischen Oxidationsvorgang notwendige Luftsauerstoff und die abzubauenden organischen Verunreinigungen gelangen auf kürzestem Wege von der Wasser- oberfläche zu dem biologischen Rasen. Weitere vorteilhafte Vorrichtungsmerkmale sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt: Fig. 1 in stark vereinfachter Darstellungsweise einen nach dem Kreuzstromprinzip arbeitenden Nasswäscller für die biotechnische Abluftreinigung, Fig. 2 einen im Nasswäscher nach Fig. 1 verwendeten Füll körper, Fig. 3 in einer Darstellung ähnlich der Fig. 1 einen im Gegenstromprinzip arbeitenden Nasswäscher für das erfindungsgemässe Verfahren und Fig. 4 eine mehrstufige Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Reinigungsverfahrens für Abluft, ebenfalls im Kreuzstromprinzip arbeitend. Der in Fig. 1 gezeigte Kreuzstromwäscher weist ein Wäschergehäuse 1 auf, in dem ein Füllkörperbett 2 angeordnet ist. Auf der einen Seite des Füllkörperbetts 2 wird die zu reinigende Abluft, dargestellt durch den Pfeil A, zugeführt. Die Abluft strömt durch das Füllkörperbett 2 und wird dabei gereinigt. Auf der anderen Seite des Füllkörperbetts 2 tritt die Luft aus und passiert einen Tropfenabscheider 3, der mitgerissene Wassertropfen abscheidet. Dann verlässt die Reinluft, dargestellt durch den Pfeil R, den Kreuzstromwäscher. Eine Pumpe 4, die beispielsweise als einfache Kreiselpumpe ausgeführt ist, führt dem Füllkörperbett 2 von oben und seitlich durch eine Rohrleitung 5 Waschwasser zu, das von oben nach unten durch das Füllkörperbett 2 rieselt und die darin enthaltenen Füllkörper benetzt. Unterhalb des Füllkörperbetts 2 sammelt sich das Waschwasser in einem Waschvassersumpf 6, von wo es über eine Rohrleitung 7 durch die Pumpe 4 abgezogen und im Kreislauf gefördert wird. Eine im Wäschersumpf 6 arbeitende Bodenspüleinrichtung wird von der Umwälzpumpe 4 versorgt und ist mit Spül- rohren 9 verbunden. Sie sorgt dafür, dass das Waschwasser im Wäschersumpf 6 ständig in Bewegung bleibt. Das Füllkörperbett 2 besteht aus einer Schüttung von Füllkörpern 10, von denen einer in Fig. 2 dargestellt ist. Der Füllkörper 10 weist z.B. filamentartig geschlungene Windungen 11 auf, die auf einer Torusfläche liegen und an ihrer jeweils inneren und/oder äusseren Umfangsstelle miteinander verbunden sind. Der Füllkörper 1 besteht aus Kunststoff. Durch ihre besondere Formgebung bewirken die Füllkörper 10, auch Tropfkörper genannt, einen optimalen Kontakt der zu reinigenden Abluft mit dem als dünner Film über die Füllkörper 10 rieselnden Waschwasser. Auf der Oberfläche der Füllkörper 10 ist eine aus Mikroorganismen bestehende Biomasse als biologischer Rasen angesiedelt, der die aus der Abluft durch Absorption in das Wasser aufgenommenen Verunreinigungen, beispielsweise Geruchsstoffe, als Nahrung aufnimmt und in einem Oxidationsprozess biologisch abbaut. Die Bildung des biologischen Rasens geschieht selbsttätig und dauert etwa bis zu 6 Wochen. Diese Zeit kann auf etwa 2 bis 3 Wochen verkürzt werden, indem man das Waschwasser mit Mikroorganismen impft. Ein Teil des im Kreislauf geführten Waschwassers wird durch eine in Fig. 1 gestrichelt angedeutete Leitung 12 kontinuierlich auf der Pumpendruckseite abgezogen und dem Abwassernetz zugeführt. Mit diesem Ausschleusen von Waschwasser werden Stoffwechselprodukte der Mikroorga nismen, insbesondere gelöste Salze, aus dem im Kreislauf geführten Waschwasser entfernt und dadurch eine Zunahme der Salzkonzentration vermieden. Die Frischwasserzugabe erfolgt über eine (nicht dargestellte) Niveausteuerung. Weitere Stoffwechselprodukte biologischer Abbauvorgänge, nämlich Kohlendioxid und Wasser, werden an die Luft bzw. an das Waschwasser abgegeben. Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel untersclleidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nur dadurch, dass es sich hier um einen Gegenstromwäscher handelt, bei dem das Füllkörperbett 2 von oben über die Leitung 5 mit Waschwasser berieselt wird, das nach unten in den Wäschersumpf 6 gelangt und von dort durch die Pumpe 4 wie beschrieben im Kreislauf geführt wird. Die seitlich eintretende Abluft A strömt hierbei im Gegenstrom zum Waschwasser, nämlich von unten nach oben durch das Wäschergehäuse 1 und verlässt es als Reinluft R an der Oberseite nach dem Passieren des an der Oberseite angeordneten Tropfenabscheiders 3. Bei einem Anwendungsversuch wurde Abluft aus Metallgiesse reien, die tertiäre Amine enthielt, mit dem beschriebenen Verfahren gereinigt. Tertiäre Amine werden als Katalysatoren zum schnellen Durchhärten von Sandkernen in Kernschiessmaschinen verwendet. Diese Katalysatordampfe erzeugen eine starke Geruchsbelästigung auch schon in geringer Konzentration und müssen deshalb aus der Abluft entfernt werden. Beim Anfahren der Anlage wurde durch Absorption der Amine im Waschwasser den spezifischen Bakterienstämmen Nahrung zugeführt, so dass eine Vermehrung der Mikroorganismen stattfindet, so dass diese imstande sind, sämtliche Verunreinigungen als Nahrung aufzunehmen. Der auf den Füll- körpern 10 als festem Substrat angesiedelte biologische Rasen, dessen Schichtdicke von dem Nahrungsangebot, d.h. von der Konzentration an abzubauenden Verunreinigungen anhängig ist, baut die Amine stufenweise über Ammoniak und Nitrit bis zum Nitrat ab. Bei einer Aminkonzentration von etwa 33 ppm in der zu reinigenden Abluft wurde im Versuch bei kontinuierlichem Betrieb ein Reinigungs-Wir kungsgrad bei einer einstufigen Wasserwäsche mit Biologie von etwa 98 % erzielt. Um während der betriebsbedingten Stillstandszeiten der Anlage, beispielsweise an Wochenenden, die Mikroorganismen lebensfähig zu erhalten, wird der Wasserkreislauf auf rechterhalten und ein geringer Belüftungs-Luftstrom durch das Millkörperbett geleitet. Anstelle der bisher beschriebenen einstufigen Verfahren kann das Reinigungsverfahren auch mehrstufig durchgeführt werden. Ein mehrstufiges Verfahren wird vorzugsweise dann angewendet, wenn unterschiedliche Verunreinigungen aus der Abluft entfernt werden sollen, deren Absorption durch das Waschwasser von chemischen Eigenschaften des Waschwassers günstig beeinflusst werden kann, insbesondere vom pH-Wert. Zur Absorption der basischen Luftverunreinigungen wird eine Stufe mit schwefelsaurer Lösung und eine zweite Stufe mit Natronlaugelösung betrieben. Hierbei wird die Säure- bzw. Laugenkonzentration so gering gehalten, dass sich die Mikroorganismen an dieses Milieu anpassen können, zugleich aber eine grössere Affinität zu den Verunreinigungen gegeben ist. Eine andere Möglichkeit einer mehrstufigen Anlage ist in Fig. 4 dargestellt. Dort sind drei Kreuzstromwäscher 13a, 13b, 13c hintereinander angeordnet, die in dieser Reihenfolge von der Abluft A durchströmt werden, die den letzten Kreuzstromwäscher 13c als Reinluft R verlässt. Der Aufbau der einzelnen Ereuz- stromwäscher 13a, 13b und 13c entspricht dem in Fig. 1 gezeigten Kreuzstromwäscher. Die zugehörigen Wäscher rümpfe 6a, 6b und 6c sind voneinander getrennt. Frischwasser wird durch eine Leitung 14 nur dem letzten Kreu- stromwäscher 13c zugeführt. Aus dessen Wasserkreislauf wird ein Teil des Waschwassers durch eine Leitung 15 abgezweigt und dem Wäschersumpf 6b des zweiten Kreuzstromwäschers 13b zugeführt. Aus dessen Wasserkreislauf wird wiederum durch eine Leitung 16 ein Teil des Waschwassers abgezweigt und dem Wäschersumpf 6a des ersten Kreuzstromwäschers 13a zugeführt. Aus dessen Wasserkreislauf wird ein Teil des Waschwassers als Abwasser über eine Abwasserleitung 17 abgeführt. Diese mehrstufige Anlage ermöglicht eine besonders intensive Ausnutzung des verwendeten Waschwassers; das durch die Leitung 17 abgeführte Abwasser ist weitestgehend frei von den abzubauenden Luftverunreinigungen, enthält jedoch die beim Stoffwechsel der Mikroorganismen gegebenenfalls anfallenden Salze, beispielsweise Nitrate oder Sulfate.

Claims: Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abluft 1. Verfahren zur Reinigung von Abluft, bei dem biologisch abbaubare Verunreinigungen von feinverteiltem Wasch wasser absorbiert und durch aerobe Mikroorganismen abgebaut werden, wobei mindestens der überwiegende Teil des Waschwassers im Kreislauf geführt wird, da durch gekennzeichnet, dass das Waschwasser über ein Füllkörperbett geleitet wird, durch das Abluft strömt, und dass die Mikroorganismen als biologischer Rasen auf der Füllkörperoberfläche angesiedelt sind. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft im Kreuzstrom zu der Waschwasser strömung durch das Füllkörperbett strömt. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung der Abluft in der Weise mehrstufig erfolgt, dass ein Teil des Waschwassers aus dem Kreis lauf einer Reinigungsstufe abgezweigt und dem Kreis lauf der jeweils vorangehend von der Abluft durch strömten Reinigungsstufe zugeführt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugabe von Frischwasser nur in den Wasser kreislauf der zuletzt von der Abluft durchströmten Reinigungsstufe erfolgt und eine Abführung von Ab wasser nur aus dem Wasserkreislauf der zuerst von der Abluft durchströmten Reinigungsstufe erfolgt. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung der Abluft in der Weise mehrstuf-g erfolgt, dass in von der Abluft nacheinander durch strömten Reinigungsstufen jeweils in voneinander ge trennten Kreisläufen Waschwässer unterschiedlicher chemischer Eigenschaften, vorzugsweise von unter schiedlichen pH-Werten, geführt werden. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während Stillstandszeiten, in denen keine zu reinigende Abluft anfällt, der Wasserkreislauf auf rechterhalten, ein Belüftungs-Luftstrom durch das Füllkörperbett geleitet und gegebenenfalls Nährstoffe für die Mikroorganismen zugegeben werden. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 6, mit einem Waschwasserkreis lauf, der über einen von der Abluft durchströmten Wäscher und eine Waschwasserpumpe geführt wird, da durch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Waschwasser pumpe (4) in unmittelbarer Leitungsverbindung (5) mit der Wassereintrittsseite des Wäschers steht und dass der Wäscher ein Füllkörperbett (2) aufweist, dessen Füllkörper (10) filamentartig geschlungene Windun gen (11) aufweisen. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper (10) im wesentlichen auf einer Torusfläche liegende, mindestens an jeweils einer Umfangsstelle miteinander verbundene Windungen (11) aufweisen. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Füllkörperbett (2) ein das Waschwasser sammelnder Wäschersumpf (6) angeordnet ist und dass im Wäschersumpf (6) eine vom Waschwasser durchströmte Bodenspüleinrichtung (8, 9) vorgesehen ist.

Inventors: GRIEM, MICHAEL, MULLER, WOLFGANG, NEUMANN, GUNTER, Müller, Wolfgang, Neumann, Günter
Applicants: GENERAL SIGNAL CORPORATION
Application year: 1983
Main classification: B01D53
IPC codes: C02F3, B01D53, B01D47