Projekt 13992/01

Photooxidative Behandlung der Abluft aus mechanisch – biologischen Restabfallbehandlungsanlagen

Projektträger

Universität HannoverInstitut für Technische Chemie (TCI)
Callinstr. 3
30167 Hannover
Telefon: 0511/762-2354

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Stand der Technik bei der Abluftbehandlung der mechanisch - biologischen Restabfallbehandlung (MBA) ist der Biofilter. In gegenwärtigen Untersuchungen des ISAH wird gezeigt, dass eine Abluftreinigung aus-schließlich auf Grundlage der Biofiltertechnik in Hinblick auf die vorgesehene BImSchV für anzeigebedürftige Kleinanlagen den hier diskutierten Grenzwert nicht erreicht. In diesem Vorhaben wird eine wei-tergehende Abluftbehandlung erprobt, durch die eine deutliche Abnahme der organischen Emission der MBA angestrebt wird. Besondere Priorität kommt hierbei den Substanzen zu, die im Biofilter kaum zu reduzieren sind, häufig aber eine hohe Umweltrelevanz infolge ihrer Toxizität und Persistens besitzen. Durch ein in den Abluftweg integriertes Photooxidationsaggregat soll eine Methode entwickelt werden, die als Kombination Biofilter/Photooxidation die Emissionsminderung von organischen Schadstoffen durch die MBA weiterentwickelt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas in zwei Phasen unterteilte Projekt sieht im ersten Teil umfangreiche Untersuchungen im Labor des TCI vor. Hier werden für das scale up notwendige Parameter, z.B. Kinetik und Umsatz - Verweilzeit, be-stimmt. Ferner werden eine Methode zur Kondenswasserabscheidung vor der Photooxidation entwickelt und die Abbauprodukte der organischen Schadstoffe infolge der UV/Ozon-Behandlung bestimmt. In der zweiten Projektphase wird ein Photooxidationsaggregat nach Vorgaben des TCI von Fa. Bioclimatic im Pilotmaßstab gebaut und in den Abluftpfad der MBA Bassum, Kreis Diepholz (RABA Bassum), integriert, und das Verfahren auf die realen Verhältnisse einer großtechnischen Anlage angepasst. (ISAH) und optimiert. Vorgesehen sind die Kombination der Photooxidation mit der Biofiltertechnologie und der Betrieb des Photooxidationsaggregates als eigenständige Abluftreinigung. Die Leistungsfähigkeit dieser Methode sowohl in Hinblick auf die Reduzierung der organischen Schadstofffracht in der Abluft als auch die Eliminierung von Gerüchen und Keimen aus der MBA und dem Biofilter werden bestimmt.


Ergebnisse und Diskussion

In vier Messprogrammen, die an der RABA Bassum durchgeführt wurden, kamen vier verschiedene Photooxidationsaggregate zum Einsatz, die sich in Lichtleistung und Geometrie unterschieden. Die vier Geräte entstanden durch die Weiterentwicklung einer Grundeinheit. Bei allen Versuchen wurden die durch Photooxidation aus den organischen Abluftinhaltsstoffen gebildeten Produkte mittels GC/MS - Technik und FID-Messtechnik nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass eine Partialoxidation vor allem der schwer wasserlöslichen Schadstoffe gelingt. Gleichzeitig zeigten die FID - Messungen, dass der TOC der Abluft infolge der photooxidativen Prozesse abnahm. Diese TOC - Abnahme stieg mit steigender Verweilzeit. Die Verweilzeit der partiell oxidierten Schadstoffe im Reaktionskanal lässt sich durch den Einschub polarer Adsorber erhöhen. Im vorliegenden Fall wurden dazu Behälter mit Kieselgel verwendet. Tatsächlich konnte auf diese Weise eine zusätzliche Minderung des TOC in der Abluft des Aggregates erreicht werden. Die GC/MS - Analysen zeigten demgegenüber keine neuen Zwischenprodukte. Enthält das Abgas Schadstoffe die polymerisieren können, z.B. Terpene, kommt es auf Grund der UV - induzierten Polymerisation zur Partikelbildung. Diese Rauchbildung lässt sich, wie im einzelnen gezeigt wurde, durch eine Voroxidation des Schadstoffes durch Ozon ohne UV-Einstrahlung vermeiden. Grund hierfür ist die vorgeschaltete Ozonolyse der Doppelbindung. Die Abluft der Rotte enthält in der Regel deutliche Mengen an Methan. Es wurde gezeigt, dass auch diese stabile Komponente im Photoaggregat abgebaut werden kann, wofür vor allem die im Lichtfeld generierten reaktiven Sauerstoffspezies O(1D) verantwortlich sind. Die Abnahme der Methankonzentration lag im Mittel bei ca. 10 %. Allen Anschein nach lässt sich dieser Prozess durch eine Optimierung deutlich steigern.
Um die wichtigsten Einflussgrößen auf die photooxidative Schadstoffminderung zu studieren, wurde eines der Aggregate im Technikum eingesetzt. Diese Versuche sollte vor allem eine Antwort auf die Frage liefern, ob ein solches Aggregat als eigenständige Anlage zur Abluftreinigung an einer MBA geeignet ist. Bei diesen Untersuchungen wurde neben der Verweilzeit die Lichtleistung verändert. Messend verfolgt wurde nun auch die Konzentration von CO und CO2 im Ablauf der Anlage. Um genauere Aussagen zu bekommen, wurden unterschiedliche Modellschadstoffe (z.B. Toluol, Aceton, Pentan, Limonen, u.a.) eingesetzt. In keinem der untersuchten Fälle gelang eine Totaloxidation des Schadstoffes im Aggregat. Gemessen wurde allerdings eine deutliche Abnahme des FID-Messsignals durch die Einwirkung des Lichtfeldes. Die Ursache hierfür darf in der Entstehung von partiell oxidierten Produkten mit geringeren Responsefaktoren als den Ausgangsstoffen angesehen werden. Dieses Resultat zeigt, dass die Bewertung der Leistung eines solchen Abluftreinigungsverfahrens nicht ausschließlich mit der üblichen FID - Messtechnik erfolgen kann. Um verlässliche Aussagen zu gewinnen, muss man aufwendigere Analysentechniken, z.B. die GC/MS - Technik heranziehen. Trotz dieses negativen Ergebnisses bleibt allerdings festzuhalten, dass mit einem Photooxidationsaggregat der hier verwendeten Art eine Weiterentwicklung der Abluftreinigung an einer MBA gelingt. Dieser Vorteil beruht vor allem auf zwei Wirkungen: Zum einen steigert die Oxidation schwer wasserlöslicher Verbindungen die Bioverfügbarkeit und damit den Abbau der Schadstoffe. Zum anderen führen die Oxidationsreaktionen zu einer Homogenisierung der Abluft, in der nun bevorzugt niedere partiell oxidierte organische Verbindungen vorliegen. Dies hat zur Folge das die Betriebsbedingungen des Biofilters keinen größeren Schwankungen mehr ausgesetzt sind und er damit sicher arbeiten kann.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bisher: Mönkeberg F., Hesse D.; Photooxidative Reinigung der Abluft aus MBA; veröffentlicht in: Abluft und Abluftreinigung bei der mechanisch - biologischen Abfallbehandlung; Fachtagung des VÖEB und des Umweltbundesamtes Wien (Hrsg.); 24.02.2000; Seiten 79-86


Fazit

Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass eine Kombination aus Photooxidationsaggregat und Biofilter die bestehende Abluftreinigung an einer MBA weiterentwickelt. Durch die Integration der Photooxidation gelingt es vor allem die Betriebssicherheit des Biofilters zu erhöhen. Als eigenständige Abluft-reinigungsanlage eignet sich dieses Photooxidationsaggregat allerdings nicht, da wirtschaftliche Bedingungen die Leistung des Lichtfeldes, wie auch die Verweilzeit des Schadgases in diesem Feld eingrenzen. Unter diesen Bedingungen lassen sich die Schadstoffe allenfalls in niedere partiell oxidierte organische Verbindungen, nicht aber zu CO2 und Wasser überführen. Auch ist der Methanabbau nur begrenzt möglich. Integriert man in das Aggregat allerdings geeignete Adsorber zur Erhöhung der Gasverweilzeit im Lichtfeld und verstärkt man zusätzlich die Oxidationsleistung durch den Einbau von Photokatalysatoren, so entsteht ein multifunktionaler Photoreaktor. Dieser multifunktionale Photoreaktor ist nicht nur als optimierendes Teilsystem eines Biofilters anzusehen, sondern kann auch bei nicht zu stark belasteten Abgasen als eigenständiges Reinigungssystem genutzt werden. Zu denken ist beispielsweise an die Reinigung der Abluft von Lackierereien oder an die Beseitigung der Geruchsbelästigung von Großküchen.