Projekt 14752/01

Biologische Abluftreinigung bei der Laserbearbeitung von Schichtholz zur Stanzformherstellung

Projektträger

Hesse Stanzwerkzeuge GmbH
Neue Wiese 18
31061 Alfeld
Telefon: 05181-8019-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der lasergestützten Schichtholzbearbeitung zur Stanzformherstellung entstehen geruchsrelevante Schadstoffemissionen, die an der Bearbeitungsstelle erfasst und einem Abluftreinigungssystem zugeführt werden müssen. Ziel des Vorhabens ist die Qualifizierung einer Biotropfkörper-Filteranlage zur Schad-stoff- und Geruchsminderung und Erarbeitung von Skalierungskenngrößen. Die Übertragbarkeit der Projektergebnisse auf andere Betriebe der Stanzformen herstellenden Branche steht im Vordergrund des Interesses. Optimale Betriebsparameter und Skalierungsgrößen des Verfahrens zur Geruchsminderung sollen im Langzeitversuch auch die Verträglichkeit des Filtrationsverfahrens mit Feinstaub dokumentieren. Ferner sind nachhaltige Maßnahmen zur Erhöhung der Gewerbehygiene und Abscheideleistung durch optimierte Erfassungseinrichtung und mikrobiologische Ansätze notwendig.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeiten gliedern sich in die Erfassungsgraderhöhung und Minimierung der Absaugleistung, der Optimierung der Verfahrens- und Anlagentechnik, Charakterisierung der Filtrationseffizienz sowie umwelt-biotechnologische Maßnahmen.
Für die Untersuchungen steht eine Biotropfkörper-Pilotanlage zur Verfügung. Die Abluftreinigungsanlage besteht aus einem zweistufigen Biotropfkörper mit einem Nettofiltervolumen von 7,28 m3. Bei einem mittleren Volumenstrom von 2.600 m3/h und Verweilzeiten von 9 - 12 s sind maximale spezifische Filterbe-lastungen von 72 g/m3h bzw. 245 g/m2h realisiert.


Ergebnisse und Diskussion

Durch konstruktive und lufttechnische Maßnahmen wird der Erfassungsgrad am Entstehungsort der Emissionen erhöht. Es werden sowohl an der Bearbeitungsstelle als auch an der Abluftführung Optimierungsmaßnahmen durchgeführt. Durch die realisierte Obertischabsaugung (Saugdüse) werden im Mittel 73 Massenprozent der gasförmigen Schadstoffe erfasst. Die Erhöhung des Erfassungsgrades an der Laseranlage beträgt 107 %, so dass die gewerbehygienischen Bedingungen ohne zusätzlichen lüftungstechnischen Aufwand wesentlich verbessert werden können. Ferner werden die Absaugstränge der 3 Laseranlagen zu bedarfsgeregelten Gruppen zusammengefasst und als Zentralabsaugung realisiert. Dies führt zur Optimierung der Schadstofferfassung, Minderung des Lärmpegels in der Werkshalle, Minderung der Geruchsimmission und der notwendigen Gesamtlüfterleistung. Die realisierte Erfassungseinrichtung und Lüftungstechnik demonstriert ein ganzheitliches und modellhaftes Ablufterfassungssystem für die lasergestützte Stanzformenherstellung. Im Rahmen des Projektes werden optimale Verfahrensparameter des BTK ermittelt. So werden hohe Abbaugrade mit einer Berieselungsdichte von 0,42 m/h erzielt. Der ideale Arbeitsbereich der Nährstoffzufuhr zur Versorgung der immobilisierten Mikroorganismen beträgt 1,5 - 2,5 l/d und das maximale Wasserrückhaltevermögen entspricht 3 - 4 Produktionsschichten (30 - 45 h), wobei ein Frischwasserzufuhrzyklus von 5 - 8 h empfehlenswert ist. Des Weiteren wird eine gute Abbaubarkeit des verfahrensbedingten Abwassers (1,55 m3/d) belegt, dessen Direkteinleitung möglich ist. Das Strömungsverhalten der Abluft in der Filterpackung zeigt sowohl dispersive als auch konvektive Eigenschaften; in den Eckbereichen des Tropfkörpers sind Totzonen vorhanden. Die Stromungscharakterisierung belegt, dass die Effizienz fördernde Rückvermischung und Verweilzeitsteigerung mit einem geringen Druckverlust für die Aufgabenstellung ideal kombiniert ist.
Die Zusammensetzung der Abluft kann in die drei Gruppen Kohlenmonoxid, VOC und Partikel eingeteilt werden. In der Gruppe der VOC werden im Wesentlichen die Leitkomponenten durch den BTK abgeschieden, was die hohe Selektivität des Filtersystems belegt. Durch die im Mittel relativ geringen VOC-Konzentrationen (51 mgC/m3) ist von einer Diffusionslimitierung des Systems auszugehen. Die erzielten Ergebnisse unterstreichen die positive Wirkung der realisierten effizienten Emissionserfassung auf die Schadstoffminderung. Geruchsrelevanten Komponenten wie Formaldehyd, Acrolein, Acetaldehyd und Hexanal werden mit signifikant hohen Abbauraten von 65 - 99 % gemindert. Aromatische Kohlenwasserstoffe werden ebenso wie Aldehyde und Ketone durch das biologische Abluftreinigungsverfahren selektiv umgesetzt. Aerosole werden effektiver als theoretisch erwartet abgeschieden (36%). Die Aerosolkonzentration im Reingas bewegt sich in der Größenordnung des Grenzwertes. Der BTK gewährleistet die sichere Einhaltung relevanter Grenzwerte und Unterschreitung der Grenzmassenströme der TA-Luft. Die Geruchsminderung durch den Biotropfkörper als zentrale Aufgabe des Filtrationssystems beträgt 42%, wobei sich die Intensität und Hedonik/Qualität des Geruches im Reingas wesentlich verbessert. Durch die Langzeitüberwachung der Schadstoffmassenströme und Schadstoffnebenströme kann die Zuverlässigkeit der Abluftreinigungsanlage dokumentiert werden. Die dauerhafte Einleitung von Holzaerosolen zeigt keinen nennenswerte Anstieg des Druckverlustes, wenngleich der biologische Abbau von Aerosolemissionen im Labormaßstab nicht nachgewiesen werden kann. Aerosole im Substrat zeigen im Labor eine hemmende Wirkung, selbst in hoher Konzentration wirken diese jedoch nicht toxisch auf die eingesetzten Mikroorganismen. Isolierte und taxonomisch identifizierte Reinkulturen aus dem Biofilm des Biotropfkörpers werden in einer Organismensammlung im Sinne der Nachhaltigkeit der erzielten Projektergebnisse hinterlegt. Die Kosten für den Betrieb der optimierten Biotropfkörper-Anlage werden im Wesentlichen durch die Nährlösung und die Frischwasserzufuhr determiniert. Sie betragen 0,49 € pro Laserbetriebsstunde.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Ein Wissens- und Technologietransfer in andere Branchen wie Elektroindustrie, Kunststoffverarbeitung und Holzverarbeitung ist im Rahmen der durchgeführten Präsentationen und bestehenden Kooperationen realisiert. Nach dem Projektabschluss erfolgt eine Abschlusspräsentation für die Stanzformen herstellende Branche.


Fazit

Die realisierte Erfassungseinrichtung und Lüftungstechnik demonstriert ein modellhaftes Ablufterfassungssystem für die lasergestützte Stanzformenherstellung. Im Vergleich mit alternativen Abluftreinigungsverfahren für die Problemstellung ist das charakterisierte Biotropfkörper-Verfahren als die ökonomisch, technologisch und ökologisch überlegende Verfahrensvariante einzustufen.

Übersicht

Fördersumme

171.282,78 €

Förderzeitraum

01.10.1999 - 01.11.2001

Bundesland

Niedersachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik