PROCESS FOR THE BIOLOGICAL CLEANING OF EXHAUST AIR

Abstract: 1. Process for the biological purification of exhaust air in which exhaust air and water are introduced into a reaction tower which contains packings and a culture of microorganisms which has grown on the packings and is capable of biologically degrading the exhaust air constituents to be removed, the water being introduced in such a quantity which on the one hand is sufficient for keeping the microorganisms moist and on the other hand flows downwards in the reaction tower without filling the spaces between the packings, characterised in that packings are used which have been pretreated with synthetic high molecular weight anionic polyelectrolytes, with the result that they carry positive charges on their surface.

Description: Verfahren zur biologischen Reinigung von Abluft Die vorliegende Erfindung betrifft ein biologisches Abluftreinigungsverfahren, bei dem schädliche Abluftinhaltstoffe durch in wässrigem Medium wachsende Mikroorganismen entfernt werden. Ein solches Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 29 30 232 bekannt. Nach dem bekannten Verfahren werden Geruchsstoffe aus Fabrikabgasen, insbesondere von Abdeckereien, dadurch entfernt, dass die Abgase durch Torf schichten geleitet werden, die mit Bakterien, z.B. aus biologischen Abwasserkläranlagen, angereichert sind. Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass der Trägerkörper für die Mikroorganismen, das Torf, in regelmässigen Abständen erneuert werden muss, wenn die Biomasse sich so vermehrt hat, dass der Durchgang des Abgases behindert ist. Ferner ist es kaum möglich, bei dem bekannten Verfahren spezielle Mikroorganismen zum Abbau schwer abbaufähiger Abluftinhaltsstoffe in hinreichender Menge lebensfähig zu erhalten. Gemäss DE-OS 2 738 362 wurden bereits andere Füllkörper für biologische Abwasser- bzw. Abluftreinigungsanlagen vorgeschlagen, die eine relativ komplizierte Gestalt haben. Diese Packungskörper haben jedoch den Nachteil, dass sie sich in einer Schüttung gegeneinander verhaken und zur Entfernung überschüssiger Biomasse nicht aufgewirbelt werden können. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abluft, bei dem die Abluft in einem Füllkörper enthaltenden Reaktionsturm mit einer zum biologischen Abbau der zu entfernenden Abluftinhaltsstoffe befähigten, auf dem Füllkörper aufgewachsenen Mikroorganismenkultur in Kontakt gebracht wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass a) der Füllkörper aus einer losen Schüttung von Trägerkörpern für die Mikroorganismen besteht, wobei die Trägerkörper eine Dichte von weniger als 0,5 g/cm3 aufweisen, b3 die Schüttung der Trägerkörper eine Raumerfüllung von weniger als 0,74 aufweist, c) Abluft und Wasser gleichsinnig von oben nach un ten dem Füllkörper zugeführt werden, d) wobei das Wasser in einer solchen Menge zugeführt wird, die einerseits zur Feuchthaltung der Träger körperober lächen ausreicht, und andererseits ohne Erfüllung der Zwischenräume der Trägerkörper im Reaktionsraum herab strömt. Die Trägerkörper sollen im wesentlichen Kugelge stalt aufweisen. Dabei können die Trägerkörper, die im wesentlichen Kugelgestalt haben, auf ihrer Oberfläche eine Vielzahl von Noppen aufweisen, so dass der Abstand in der losen Schüttung vergrössert wird und die Raumerfüllung verringert wird. Als Trägerkörper eignen sich z.B. Hohlkörper aus Polypropylen, Polyamid oder Polyethylen. Geeignet sind Körper mit angenäherter Rugelgestalt mit einem Durch messer von 15 bis 50 mm Durchmesser, vorzugsweise 20 bis 35 mm Durchmesser. Es wurde gefunden, dass eine Schüttung von Trägerkörpern mit im wesentlichen Rugelgestalt besonders günstige Bedingungen für den bergang Gas-Flüssigkeit auf der Trä gerkörperoberfläche schafft, indem die Kugelschüttung für den Durchgang des Abgases eine günstige Verteilung von engen und weiten Passagen liefert, die eine ständig wechselnde Strömungsrichtung und Geschwindigkeit dem Abgas aufprägen. Die Dichte der Trägerkörper soll vor#ugsweise weniger als 0,5 g/crn3, besonders bevor 3 zugt zwischen 0,1 und 0,2 g/cm3 betragen. Im Laufe des Betriebes reichert sich die Biomasse auf den Oberflächen der Trägerkörper an. Demnach muss. in regelmässigen Abständen überschüssige Biomasse entfernt werden. Hierzu wird gemäss der vorliegenden Erfindung der Reaktionsraum mit Wasser gespült, wobei die Menge des Spülwassers so bemessen ist, dass der Reaktionsraum zumindest teilweise geflutet wird, so dass die Trägerkörper aufgrund ihres Auftriebs in Bewegung zueinander versetzt werden. Dabei wird überschüssige Biomasse von den Oberflächen abgelöst und mit dem Spülwasser nach unten ausgetragen. Aufgrund der im wesentlichen kugeligen Gestalt der Trägerkörper kommt es nicht zu einem Verhaken oder Verklemmen der Trägerkörper gegeneinander, die ein Aufschwemmen bei Flutung durch das Spülwasser verhindern würden. Zu grosse Noppen auf den im wesentlichen kugelförmigen Trägerkörpern würden ein Verhaken begünstigen. Die Noppen sollen daher möglichst klein gewählt sein. Bevorzugt sollen sie solche Abmessungen aufweisen, dass die. dichtesmögliche Packung der Schüttung eine Raumerfüllung von mehr als 0,5 aufweist. Ferner sollen die Trägerkörper im wesentlichen starr sein. Polystyrolschaumkugeln sind weniger geeignet, da diese aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit zum Verklemmen neigen und daher die Entfernung überschüssiger Biomasse erschweren. Dem Berieselungswasser für die Trägerkörper werden vorzugsweise Nährstoffe für die Mikroorganismen zugesetzt, da die Konzentrationen der Abgasschadstoffe im allgemeinen zu niedrig sind, um die Biomasse aufrechtzuerhalten. Die Nährstoffe sollen vorzugsweise Substanzen mit geringem Dampfdruck sein. Sie stimmen daher mit den aus der Abluft zu entfernenden Stoffen, die ja in der Dampfphase vorliegen, nicht überein. Jedoch müs sen die Nährstoffe so gewählt werden, dass ihr Abbaum#- chanismus durch ikroorganismen über gleiche oder ähnli- che Abbauschritte erfolgt. Zur Entfernung schwefelhaltiger organischer Schadstoffe aus Abgas, z.B. Sulfide, Disulfide, Polysulfide, Mercaptane, Thioether, werden vorzugsweise wasserlösliche organische Stoffe wie Alkyl-Thiophosphate, z.B. Dime- thylthiophosphat, als Nährstoffe eingesetzt. Zur Entfernung organischer Chlorverbindungen aus dem Abgas werden vorzugsweise wasserlösliche organische Chlorverbindungen wie z.B. Chloressigsäure und/oder Metachlorbenzoesäure als Nährstoffe eingesetzt. Zum Abbau von aromatischen Verbindungen wie Toluol und/oder Xylol werden Benzoesäure oder Salizylsäure als Nährstoffe zugesetzt. Zum Abbau solcher an sich schwer abbaubarer Abluftin- haltstoffe werden vorzugsweise speziell- adaptierte Mikroorganismen eingesetzt. Diese können zunächst durch Selektionsverfahren in bekannter Weise gezüchtet werden. Die Llikroorganismen werden dann auf die Trägerkörper aufgebracht und in den Reaktionsraum eingebracht. Vorzugsweise können die Trägerkörper mit synthetischen, hochmolekularen, anionischen Polyelektrolyten, z.B. Prestaminol R S 417, vorbehandelt werden, so dass sie oberflächlich positive Ladungen tragen. Es hat sich gezeigt, dass solche positiven Ladungen die Aktivität der Mikroorganismen günstig beeinflussen. Sind einmal mit -IiRroorganismen belegte Trägerkörper vorhanden, so reicht es zur Vermehrung der mit Mikroorganismen belegten Trägerkörper, unbewachsene Trägerkörper in den Reaktionsraum zusätzlich einzuführen, wobei diese beim Betrieb der biologischen Abluftreinigungsanlage bewachsen werden. Die bewachsenen Trägerkörper können weiteren Abluftreinigungsanlagen zugeführt werden. Die Höhe der Schüttung der Trägerkörper im Reaktionsraum beträgt vorzugsweise zwischen 0,7 bis 2 m, besonders bevorzugt 0,7 bis 1,5 m. Das Berieselungswasser wird in einer Menge von 150 bis 2 400, vorzugsweise 200 bis 300 1 pro Stunde und m Quer- schnitt der Schüttung zugeführt. Der Nährstoffgehalt des Berieselungswassers soll oberhalb von 50 ppm liegen. Nährstoffgehalte von oberhalb 500 ppm führen zu einer zu starken Vermehrung der Mikroorganismen, sodass zu häufiges Entfernen überschüssiger Biomasse notwendig ist. Die Temperatur des Berieselungswassers soll zwischen 25 und 3500 liegen. Oberhalb 3700 wird die Abbauleistung merklich gestört. Der pH-Wert des Berieselungswassers soll zwischen 6,0 und 9, vorzugsweise 6,0 und 7,5, liegen. Das Berieselungswasser wird vorzugsweise im Umlauf geführt, wobei jeweils vor der Rückführung des Berieselungswassers Nährstoffzugabe und gegebenenfalls pH- Einstellung erfolgt. Als Berieselungswasser kann auch Abwasser eingesetzt werden, wobei vorzugsweise Abwässer mit hohem CSB/BSB Verhältnis eingesetzt werden, so dass die zum Abbau schwer abbaubarer Substanzen adaptierten Mikroorganismen nicht von leicht vermehrbaren Mikroorganismen, die vorzugsweise zum Abbau nur leicht abbaubarer Substanzen befähigt sind, überwachsen werden. Es kommen daher verhältnismässig geringe Mengen speziell verunreinigter Abwässer, wie sie in speziellen Anlagen der chemischen Industrie anfallen, in Frage. Die speziell verunreinigten Abwässer werden vorzugsweise in Mengen von 10 bis 30 % dem im Kreislauf geführten Berieselungswasser zugeführt, wobei entsprechende Mengen jeweils ausgeschleust werden. Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der anliegenden Figuren 1 und 2 näher erläutert: Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens. Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemässen kugelförmigen Trägerkörper mit Noppen. Fig. 1 zeigt einen Reaktionsturm 1, in dem sich die im wesentlichen kugelförmigen, mit Mikroorganismen bewachsenen Trägerkörper 2 befinden. Die Trägerkörper sind in einer losen Schüttung angeordnet, die auf einem im unteren Teil des Reaktionsturmes 1 angeordneten Rost 3 aufliegen. Der Reaktionsturm 1 ist nicht massstabsgerecht gezeichnet. Der Durchmesser des Reaktionsturmes 1 sollte in einer technischen Anlage etwa der Hälfte bis zum Doppelten der Höhe der Schüttung entsprechen. Durch eine Leitung 4 wird das Berieselungswasser zugeführt. Durch Leitung 5 wird die zu reinigende Abluft zugeführt. Gereinigte Abluft und Berieselungswasser treten im Boden des Reaktionsturmes 1 durch die Leitung 6 in einen Trennbehälter 7 ein. Die gereinigte Abluft wird durch Leitung 8 abgelassen. Durch Leitung 9 läuft überschüssiges Berieselungswasser ab. Aus dem Trennbehälter 7 wird im Boden über Leitung 10 und Pumpe 11, sowie Leitung 12 das Berieselungswasser zurückgeführt. In Leitung 12 wird über die ps-lilessvorrichtung 13 der pH-Wert gemessen. Die Messsonde 13 wirkt auf das Ventil 14, über das aus einem Behälter 15 Ammoniak oder Natriumhydroxidlösung zur pH-Einstellung zugeführt werden kann.. Leitung 16 werden dem Berieselungswasser ferner Nährund Mineralstoffe zugeführt. Ober Leitung 17 kann zusätzlich spezielles Abwasser zugeführt' werden. Hat sich nach längerer Betriebsweise auf den Trägerkör- pern 2 so viel überschüssige Biomasse gebildet, dass der Abluftdurchgang durch die Schüttung behindert wird, so wird nach Schliessung des Ventils in Leitung 6 über Leitung 18 der Reaktionsturm geflutet, wobei die Tragerkörper 2 aufschwimmen und gegeneinander bewegt werden. Dabei löst sich überschüssige Biomasse ab. Die überschüssige Biomasse wird mit dem durchströmenden Flutungswasser, das am Oberlauf 19 überläuft, ausgetragen. Zur intensiveren Entfernung der Biomasse kann die Flutung so erfolgen, dass die Kugeln ebenfalls am verlauf 19 ausgetragen werden und durch Waschen mit uber Düsen 20 zugeführtes Spülwasser gereinigt werden. Die am Überlauf 19 austretenden Trägerkörper 2 fallen auf den mit Gefälle angeordneten Rost 21 und rollen zur tiefsten Stelle, an der eine Entnahmevorrichtung 23 für die Trägerkörper vorgesehen ist. Das Spülwasser mit der überschüssigen Biomasse wird unterhalb des Rostes durch ein Ventil 22 abgeführt. Fig. 2 zeigt einen besonders bevorzugten, annähernd kugelförmigen Trägerkörper, der aus einer Kugel mit dem Radius R besteht, aüf deren Oberfläche Noppen angeordnet sind. Die Höhe h der Noppen soll etwa 1/5 bis 1/10 des Radius R der Kugel betragen. Die Basis b der Noppen soll das 1- bis 3-fache der Höhe h der Noppen betragen. Der Abstand der Noppen auf der Oberfläche der Kugel d beträgt vorzugsweise das 2- bis 5-fache der Basis b der Noppen. Die Noppen können etwa halbkugelförmige Gestalt haben. Ebenfalls geeignet sind kegel- oder kegelstumpfförmige Noppen. Die Anordnung auf der Oberfläche der Kugel kann in Form von regelmässigen Fünfecken, oder abwechselnd in Form von Quadraten und Sechsecken, wobei im Mittelpunkt des Sechsecks jeweils ebenfalls eine Noppe vorgesehen ist, erfolgen. Geeignet ist jede regelmässige geometrische Figur, die eine gleichmässige Verteilung der Noppen auf der Oberfläche der Kugeln gewährleistet. Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels naher erläutert: Beispiel Es wird eine Vorrichtung entsprechend Figur 1 eingesetzt. Der Reaktionsturm hatte einen Durchmesser von 400 mm, die Schüttung eine Höhe von 800 mm. Als Trägerkörper wurden Polypropylenkugeln, Durchmesser 20 mm, Dichte 0,2 g/cm3 eingesetzt. Die Hohlkugeln waren von Mikroorganismen bewachsen, die an das nachfolgende Berieselungswasser über einen längeren Zeitraum adaptiert waren. Auf diese Schüttung wurden 30 l/h im Kreislauf gefahrenes Berieselungswasser gegeben, dem 6 l/h einer Nährlösung zugepumpt wurden mit folgender Zusammensetzung: Dimethylthiophosphat 100 ppm Chloressigsäure - 50 ppm 3-Chlorbenzoesäure 50 ppm Toluol 100 ppm Xylol 100 ppm und folgende anorganische Nälirsalze für Fermentationsprozesse in üblicher Konzentration: Ammoniumsulfat,¯ Magnesiumsulfat, Calciumchlorid und Kaliumphosphoat. Die Reinigungsleistung des Reaktionsturmes, dem 2000 l/h Abluft zugeführt wurden, einschliesslich der Messwerte in zwei aufeinanderfolgenden Tagen des Zu- und Ablaufes des Berieselungswassers ist in folgender Tabelle zusammengefasst: Abluft (2000 l/h) Eingang Ausgang Eingang Ausgang mq/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 Dimethylsulfid 62,0 1,0 18,6 1,3 Aceton 58,0 0,8 82,0 0,4 Toluol 154,0 4,0 274,0 1,6 Dimethyldisulfid 281,5 2,6 148,0 3,2 Xylol 71,0 22,1 27,0 19,0 Chlorbenzol 3,2 < 0,3 1,4 < 0,6 Methylenchlorid 239,0 45,5 52,8 34,5 Methylglykol 12,0 . < 0,9 132,0 r 1,8 Wässrige Lösung TOC 227,0 97,0 190,0 102,0 CSB 720,0 303,0 486,0 152,0 pH 7,0 7,0 6,8 6,8

Claims: Patentansprüche 1) Verfahren zur biologischen Reinigung von Abluft, bei dem die Abluft in einen Füllkörper enthalten den Reaktionsturm mit einer zum biologischen Ab bau der zu entfernenden Abluftinhaltstoffe befähig ten, auf den Füllkörpern aufgewachsenen Mikroorga nismenkultur in Kontakt gebracht wird, dadurch ge kennzeichnet, dass a) der Füllkörper aus einer losen Schüttung von Trägerkörpern für die Mikroorganismen besteht, wobei die Trägerkörper eine Dichte von weniger als 0,5 g/cm3 aufweisen, b) die Schüttung der Trägerkörper eine Raumer füllung von weniger als 0,74 aufweist, c) Abluft und Wasser gleichsinnig von oben nach unten dem Füllkörper zugeführt werden, d) wobei das Wasser in einer solchen Menge zuge führt wird, die einerseits zur Feuchthaltung der Mikroorganismen ausreicht, und anderer seits ohne Erfüllung der Zwischenräume der Trägerkörper im Reaktionsraum herabströmt. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkörper im wesentlichen Kugelgestalt aufweisen. 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Trägerkörper aus Kugeln mit Noppen bestehen. 4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung eine Raumerfül lung von mehr als 0,5 aufweist. 5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Berieselungswasser Nähr und Mineralstoffe für die Mikroorganismen zugeführt werden. 6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfernung schwefelhaltiger organischer Schadstoffe aus dem Abgas wasserlösliche Thio phosphate als Nährstoffe eingesetzt werden. 7) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Enfernung organischer Chlorverbindungen aus dem Abgas Chloressigsäure und/oder Metachlor benzoesäure als Nährstoffe eingesetzt werden. 8) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfernung aromatischer Verbindungen Ben zoesäure und/oder Salizylsäure als Nährstoffe ein gesetzt werden. 9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Berieselungswasser im Kreis lauf geführt wird. 10) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum zur Entfer nung von überschüssiger gebildeter Biomasse mit Wasser derart geflutet wird, dass die Trägerkörper aufgrund ihres Auftriebs in Bewegung zueinander versetzt werden und überschüssige Biomasse ausge spült wird.

Inventors: BAUMGARTEN, JORG, DR., MANN, THEO, DR., SCHMIDT, FRIEDRICH, DR., Baumgarten, Jörg, Dr.
Applicants: BAYER AG
Application year: 1983
Main classification: B01D53
IPC codes: C02F3, B01D53