Biofilter Biowäscher Tropfkörperreaktoren - FH-Wels

Biologische Abluftreinigung
Biowäscher
Biofilter
Tropfkörperreaktoren
Zum Einstieg: Definitionen
Für den Professor: Geruchsstoffe werden
adsorbiert, danach absorbiert, diffundieren
durch die Flüssigkeitsgrenzschicht, werden
phagozytiert und schließich metabolisiert.
Für die Oma: Die Viecherl fressen den
Gestank!
Für uns: Folgt in Kürze ! ...

Wer redet denn da ?
Einleitung des Vortragenden:
Nach dem Studium der Verfahrens- und Umwelttechnik
an der TU Graz sammelte ich Erfahrungen in
Verschiedenen Anlagenbauunternehmen in den Bereichen
Papier- und Zellstofftechnik sowie Kompostieranlagenbau.
Seit 1997 bin ich als Unternehmer tätig. Seit 2000 als
Geschäftsführer der AeroBio GmbH / Salzburg, als
technisches Büro und Vertriebsbüro spezialisiert auf
biologische Verfahrenstechnik in den Bereichen
Kompostierung und Abluftreinigung.

Meine beruflichen Aufgben reichten von der Vorplanung
und Angebotserstellung über Genehmigungsverfahren und
die Projektabwicklung bis zur Inbetriebnahme und
Claimmanagement.
Diesen Erfahrungen folgend habe ich mir vorgenommen
auch diese Vorlesung zu gestalten. Von den Grundlagen
bis zu den wichtigen Kleinigkeiten in der Praxis.
Allgemeines:
Biofilter, Biowäscher und Tropfkörper sind
vielfach bewährte Systeme zur Reinigung von
Abluft. Die Unterschiede sind teilweise gering
bzw. die Übergänge fließend.
Die Vorlesung wie auch dieses Skriptum
beziehen sich hauptsächlich auf Biofilter, die
meisten Ausführungen gelten jedoch
gleichermaßen für alle biologischen
Abluftreinigungsverfahren.

Biologische Abluftreinigung -
wozu ?
Wo biologische Abluftreinigungsverfahren
einsetzbar sind stellen diese meist eine
einfache, kostengünstige und
betriebssichere Alternative zu
'herkömmlichen' chemischen oder
physikalischen Verfahren dar.

Alternative chemische Verfahren sind etwa
saure oder alkalische Wäscher, z.B. mit
Schwefelsäure oder Natronlauge als
Make-up-Chemikalie.
Alternative physikalische Verfahren sind
unter anderem Adsorption an Aktivkohle,
UV-, Ionisations- oder Ozon-
Oxidationsanlagen.
Weiters ist meist die Akzeptanz bei
Behörden und Bevölkerung
vergleichsweise hoch.
Nicht nur das Verfahrensprinzip ist 'bio',
auch die eingesetzten Materialien haben
meist einen natürlichen Ursprung.
Synthetische Materialien bilden die
Ausnahme.

In den meisten Fällen fallen keine zu
entsorgenden Abfallprodukte an.
Verbrauchte Biofiltermaterialien können
i.A. kompostiert oder direkt in der
Landwirtschaft eingesetzt werden.
Anfallendes Abwasser bzw. Kondensat
kann in vielen Fällen in die Anlage deren
Abluft zu reinigen ist rückgeführt werden.
Das Grundprinzip !

Grundprinzip: (Biofilter)
Beim Biofilter werden Abluftinhaltstoffe am
Biofiltermaterial adsorbiert, diffundieren in die
wässrige Phase und werden dort um- bzw.
abgebaut.
Der Filter regeneriert sich so durch biologische
Aktivität.
Grundprinzip: (Biowäscher)
Im Unterschied dazu werden beim Biowäscher
die Abluftinhaltstoffe direkt in der
Wasserphase gelöst.
Die Regeneration des Waschmediums erfolgt
wiederum durch die Aktivität von
Mikroorganismen welche meist in einem vom
Wäscher getrennten Apparat auf einem
Trägermedium angesiedelt sind.

Grundprinzip: (Tropfkörper)
Wenn Absorption und Regeneration jedoch im
selben Apparat (=Reaktor) stattfinden so
spricht man im Allgemeinen von der
Tropfkörperanlage oder vom
Rieselbettreaktor.
Grundprinzip: (verfahrenstechnisch)
Die verfahrenstechnischen Aufgaben
bestehen folglich, wie in allen
biotechnologischen Anlagen, in der
Optimierung der Lebensbedingungen:
D.h. Versorgung der Mikroorganismen mit
Luft (Sauerstoff), Nährstoffen (Energie)
und Lebensraum (Wasser bzw.
Oberfläche).

Die wichtigsten Komponenten einer
Biofilteranlage sind demgemäß:
Abluftbefeuchtung
Luftverteilsystem
Filtermaterial
Filtermaterialbefeuchtung
Einsatzgebiete

Die Liste der biologisch eliminierbaren
Abluftinhaltstoffe ist lange.
Allgemein gilt, daß diese wasserlöslich und
biologisch abbaubar sein sollten.
Zusätzlich sollte der Anfall von Abluft und
deren Inhaltsstoffen möglichst kontinuierlich
sein.
Die wichtigsten biologisch abbaubaren
Inhaltstoffe haben meist auch biologischen
Ursprung, wie etwa
Gerüche aus Kläranlagen,
Abfallverarbeitungsanlagen,
Biogasanlagen,
Tierkörperverwertungsanlagen,
Ställen und der
Lebensmittelindustrie.
Mehr und mehr Bedeutung erlangt weiters die
Entfernung von H2S (Schwefelwasserstoff)
aus Abluft und Biogas.

Empirie
Vielfach liegen Stoffgemische, in vielen Fällen
sogar mit unbekannter und veränderlicher
Zusammensetzung, vor. Obwohl die
grundsätzlichen Vorgänge bekannt und
beschrieben sind, sind Versuche in solchen
Fällen oft der effizienteste Weg zu einer
angemessenen Anlagendimensionierung.
Aber auch zur Entfernung von Einzelstoffen
aus synthetischen Quellen, etwa Lösemittel
aus Druckereien oder ähnliches werden in
Biofiltern eliminiert.

Grenzen
Wo liegen nun die Grenzen der Einsetzbarkeit:
Einige Stoffe, wie NH3 oder H2S, führen in
höheren Konzentrationen zu einer Schädigung
des Filtermaterials und inhibieren so die
Geruchsabscheidewirkung für andere, an und
für sich gut eliminierbare Abluftinhaltstoffe.
Diese Stoffe sind in eigenen Reinigungsstufen
vorabzuscheiden. Wird dies mißachtet sind die
Probleme vorprogrammiert.
Versäuerung
Beispiel Versäuerung durch Ammniakabbau:
NH3 --(in Lösung)--> NH4+
NH4+ --(biol. Oxidation)--> HNO3 ---> pH sinkt !

Bauarten und Anlagengrößen
A=V/120
Bauarten und Größen
Die Größenordnung der Anlagen reicht etwa
vom Kanalschachtbiofilter für 0,1 m³/h bis hin
zu Anlagen für hunderttausende Kubikmeter
Abluft pro Stunde.
Ebenso vielfältig sind auch die Bauarten und
die eingesetzten Materialien, ob
offen, überdacht oder geschlossen,
ein- oder mehrgeschossig übereinander,
aus Kunststoff, Metall oder Beton.

Entwicklungen
Nicht zuletzt gibt es eine Tendenz zu
kompakteren Anlagen mit höherer
Beaufschlagung der Filterflächen. War etwa
vor 30 Jahren der 'Erdfilter' mit Rindenmulch
und einer Beaufschlagung von 50 m³/m²h weit
verbreitet, so liegen heute die
Beaufschlagungen meist zwischen 100 und
200 m³/m²h. Es gibt sogar - funktionierende! -
Beispiele mit Beaufschlagungen bis zu 400
m³/m²h. Parallel dazu verändern sich auch die
Anforderungen an den Betrieb.
Abwasserpumpstation mit
Kompaktbiofilteranlage für
100 m³/h

Biofilter
geschlossen mit
Kamin
kleiner offener Biofilter

liegender Gegenstrombefeuchter.
Abluftkonditionierung

Befeuchtung mittels Nebel
Soferne die Abluft nicht bereits ständig in
gesättigtem Zusand vorliegt muß für eine
Sättigung der Abluft gesorgt werden. Dies
kann prinzipiell durch Abkühlung (quenchen)
oder Befeuchtung geschehen.
Als Befeuchter werden meist liegende
Sprühbefeuchter, bestehend aus mehreren
Sprühzonen und Tropfenabscheideprofilen
eingesetzt.
Tritt die Luft nicht gesättigt in den Filter ein,
so führt dies binnen kurzer Zeit zur
Austrocknung des Filtermaterials.

Filtermaterialien
Als Filtermaterialien werden meist
organische Materialien eingesetzt. Da diese
den Lebensraum der Mikroorganismen
bilden welche die Abluftinhaltstoffe
eliminieren sollen komm diesem besondere
Bedeutung zu. Beispiele Filtermaterialien
bzw. Filtermaterialkomponenten sind
Kokosfasern, Torf, Rinde, Heidekraut (Erica),
Holzhackschnitzel, Kompost, Lavagestein,
Polistyrol, Blähton.

grobes gerissenes Wurzelholz
Hackschnitzel-Rinden-Mischung

Kokosfasern als Biofiltermaterial
Luftverteilung

Eine homogene Verteilung der Luft auf das
Filtermaterial ist eine der
Grundvoraussetzungen für einen
erfolgreichen Betrieb.
Es existieren verschiedenste Ausführungen
wie etwa in einem Kiesbett eingegrabene
geschlitzte Rohre oder in Beton
eingelassene Rinnen mit perforierten
Abdeckungen.
Die technisch beste Lösung stellen
Biofilterroste dar, die sich mehr und mehr
zum Standard entwickeln. Dabei liegt das
Filtermaterial auf einem perforiertem
Zwischenboden.
Filterrostboden
aus
Bongossiholz

Filterrostboden aus Kunststoff
(PE)
Befeuchtung des Filterkörpers

Trotz der Konditionierung der Zuluft kann es
durch exotherme Reaktionen, zeitweisen
Ausfall der Befeuchtungseinrichtungen etc. zur
Austrocknung des Filtermateriales kommen.
Deshalb werden meist Einrichtungen zur
Befeuchtung des Filtermaterials vorgesehen.
Die Ausführungen reichen vom manuellen
Bewässern mittels Schlauch bis zu
teilautomatisierten Besprühungssystemen.
Worauf es in der Praxis ankommt?

An dieser Stelle noch einige Worte zu den
häufigsten Problemursachen im Betrieb.
Fehlerursache Nummer 1 ist ein zu geringer
Wassergehalt des Filtermaterials. Dabei läßt
man sich vielfach von einem oberflächlichen
Eindruck trügen. Wenn die trockenen Zonen
bei von unten nach oben durchströmten
Biofiltern an der Oberfläche anlangen ist es
bereits zu spät. Meist merkt der Nachbar
schon früher, daß etwas nicht stimmt.
Die Ursachen für die Austrocknung des Filters
liegen wieder etwa je zur Hälfte im
Anlagenkonzept und im Anlagenbetrieb.
Biofilter welche mit trockener Luft beaufschlagt
werden trocknen früher oder später ebenso
aus wie die vielen 'vergessenen' Biofilter. Ein
angemessenes Befeuchtungsaggregat für die
Rohluft sowie ein Mindestmaß an Kontrolle
und Wartung sollten bei keiner Anlage fehlen.

Weitere typische, aber immer noch oft
mißachtete K.O.-Kriterien sind das
Vorhandensein von zu viel Staub oder Fetten
in der Abluft. Ist das Filtermaterial erst mit
'biologischem Schleim' überzogen und
verklebt, so hilft meist nur noch eine
Kompletterneuerung des Filtermaterials und
die nachträgliche Installation einer
Vorreinigungsstufe. Beide Maßnahmen sind
nachträglich und unter Zeitdruck nicht billig.
Worauf es in der Praxis ankommt?

.D
Mess- und Regeltechnik
Die Temperaturmessung (T) ist eine wichtige
Hilfe zur Einhaltung gleichmäßiger
Bedingungen und der Temperaturgrenzen.
Die Messung selbst ist einfach, billig und
verläßlich.
Die relative Feuchte (rF) der Luft ist
wesentlich für die Biofilterfunktion, da nicht
gesättigte Luft zur Austrocknung und somit
zur Funktionsuntüchtigkeit des Biofilters
führt.
Die Messung selbst ist billig und relativ
verläßlich.Wenn kapazitive Meßsonden nicht
einsetzbar sind, Aspirationspsychrometer
verwenden.

Der pH-Wert des Kondensates bzw.
Perkolates gibt hinweise auf den Zustand
des Filtermateriales. (Versäuerung!)
Die Messung ist einfach, kostengünstig.
Onlinemessungen bedürfen intensiver
Wartung (Schmutz, Drift)
Für die Geruchsmessung stehen derzeit
noch keine tauglichen Meßgeräte zur
Verfügung.
Zahlen und Fakten

Flächenbelastung im Biofilter:
typisch: 100 - 200 m³/h
extreme: 50 - 400 m³/h
abbaubare Stoffe:
Aldehyde, Ketone
Amine
H2S,
NH3
nicht bzw. kaum abbaubar:
Methan, Mercaptane

Temperaturbereich:
typisch/günstig: 20 - 40 °C
extreme: 0 - 60 °C
Differenzdrücke:
typisch: 100 - 500 Pa
extreme: 50 - 2500 Pa
Informationsquellen

VDI 3477 - Biofilter
VDI 3478 - Biowäscher und
Rieselbettreaktoren
ÖWAV Regelblatt 513 -
Betrieb und Wartung von Biofiltern
EN 13725 - Geruch
www.biofilter.at
www.aerobio.at
Seminare von VDI oder ÖWAV
Das Ende