Projekt 10788/01

Mikrobiologische Abluftreinigung mit einem Airliftreaktor

Projektträger

Dr. Sporenberg Umweltschutz Meßtechnik GmbH
Heideweg 2
02953 Bad Muskau
Telefon: 035771/69381

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ausgehend von dem im Forschungsprojekt Biologische Abluftreinigung im Airliftreaktor (AZ 03106) erreichten Kenntnisstand wird mit dem Ziel einer variablen und kostengünstigeren mikrobiologischen Behandlung verschiedener kohlenwasserstoffhaltigen Abluftströme ein spezieller Airliftreaktor mit Innenschleife entwickelt. Im Vordergrund steht dabei die Entwicklung des Verfahrens bis zur Anwendungsreife für ausgewählte Industrieanlagen, wie z. B. Gießereianlagen, Oberflächenbehandlungsanlagen, Chemischreinigungsanlagen, Räuchereien und Chemieanlagen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung und Erprobung eines speziellen Airliftreaktors, mit dem man variabel verschiedene mit Schadstoff belastete Abluftvolumenströme reinigen kann, erfolgte in Kooperation mit der TU Bergakademie Freiberg. Die Laufzeit des Vorhabens betrug 2 Jahre und 11 Monate. Innerhalb dieser Laufzeit gliederte sich die Bearbeitung in die Arbeitsschritte, - Laborphase, - Entwicklungsphase, - Verbreitungs-phase.
Innerhalb der Laborphase wurde im Laborreaktor der TU Bergakademie Freiberg das Abbauverhalten des Bakterienstamms im Langzeitverhalten getestet. Der Airliftreaktor wurde unter verschiedenen Versuchsbedingungen, wie z.B. Variation des Volumenstromes, Variation der Temperatur und auch der Substratausfall als Wochenendsimulation getestet. Als abzubauender Stoff kam der später im Technikumsversuch abzubauende Schadstoff Dimethylethylamin zum Einsatz. Für die Überführung dieser Ergebnisse im Technikumsmaßstab wurde eine Versuchsanlage, deren Kernstück ein Airliftreaktor ist, zur Erprobung unter Produktionsbedingungen im Abgas eines gashärtenden Kernherstellungsverfahrens (Cold-Box-Verfahren) zum Abbau von Dimethylethylamin in einer Eisengießerei gebaut. Die Erprobung erfolgt über ein ¾ Jahr. Variiert wurde die Größe des Belüftungsquerschnittes, Konzentration des Schadstoffs im Rohgas sowie des Volumenstroms. Der zum Einsatz kommende Airliftreaktor ist durch einen aufströmenden und einen abströmenden Teil gekennzeichnet. Ein Teilstrom der schadstoffbelasteten Abluft wird aus dem Rohluftstrom der Cold-Box-Anlage entnommen, über einen Kompressor verdichtet und über ein Belüftungssystem der Flüssigkeit im aufströmenden Reaktorteil zugeführt. Als Angebot einer Besiedlungsfläche für Mikroorganismen wurden im abströmenden Teil Tropfkörpermaterial untergebracht. Zur Überwachung und Optimierung von Betriebsparametern ist in der Anlage folgende Mess- und Regelungstechnik eingebaut.
Roh- und Reinluft
- Gesamtkohlenstoff - kontinuierlich
- Sauerstoff und Kohlendioxid - kontinuierlich
- Temperatur - kontinuierlich
- dynamischer Druck (Geschwindigkeit) - kontinuierlich
Flüssigkeit des Airliftreaktors
- pH-Wert - kontinuierlich mit Regelung
- Sauerstoff - kontinuierlich
- Temperatur - kontinuierlich
- Füllstand, Leitfähigkeit, Nitratgehalt - diskontinuierlich
Im Eigen- und Fremdlabor werden in der Flüssigkeit des Airliftreaktors Komponenten zur Ermittlung der biologischen Aktivität periodisch analysiert.


Ergebnisse und Diskussion

Während des Versuchszeitraums waren folgende Betriebsparameter zu verzeichnen:
Abgasvolumenstrom: 100 - 550 m³/h
Rohgaskonzentration: Gesamt-C: 20 - 140 ppm
Dimethylethylamin: 56 - 190 mg/m³N
Temperatur der Flüssigkeit: 15 - 29 °C
pH-Wert: 6,4 - 7,2
O2-Gehalt der Flüssigkeit: 2 - 5 mg/l
Leitfähigkeit: 3,8 - 4,8 mS/cm
Nitratgehalt: 20 - 580 mg/l
Von besonderer Bedeutung zur Beurteilung des Verfahrens waren die erreichten Abscheidegrade und der zeitliche Verlauf der Schadstoffkonzentration des Roh- und Reingases. Es wurden Abscheidegrade von Dimethylethylamin von 99 % erzielt. Im Ergebnis dieser Versuche konnte festgestellt werden, dass der biologische Abbau dieses Stoffs bei Einhaltung bestimmter Randbedingungen keine großen Schwierigkeiten bereitet. Die erzielten Betriebskosten inkl. Investitions- und Abschreibungskosten liegen bei ca. 4 DM/1000 m³ Abluft und befinden sich durchaus in dem bisher üblichen Kostenlimit für andere Abluftrei-nigungsverfahren. Der in der Ersten Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Bundesimmissionsschutzgesetz (TA Luft) vorgegebene Grenzwert von 5 mg/m³ für die Emission von Amin wird mit den erreichten Werten von 0,4 - 0,6 mg/m³N für den Stoff Dimethylethylamin deutlich unterschritten. Geruchsbelästigungen durch den sehr geruchsintensiven Stoff Dimethylethylamin waren im Reingasstrom nicht mehr vorhanden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Öffentlichkeitsarbeit gestaltet sich in der Art, dass die Anlagentechnologie und die Ergebnisse auf Messen, Fachsymposien und -vorträgen vorgestellt wird. Eine wichtige Aktivität war die Präsentation der Anlage auf der TerraTec von 13.-16.03.2001 in Leipzig. Durch Anfertigung von Postern und Prospektmaterial wurde die Öffentlichkeitsarbeit aktiviert. Des weiteren wurde ein Podiumsvortrag von Prof. Kohler von der TU Bergakademie Freiberg zum Thema Airliftreaktor im Rahmen der TerraTec gehalten. Im Rahmen einer Fachtagung des Deutschen Gießereiverbandes am 29.03.01 in Düsseldorf wurde in Form eines Fachvortrages die Anlagen potentiellen Interessenten vorgestellt. Des weiteren ist vorgesehen, in einer Ausgabe der Fachzeitschrift - Reinhaltung der Luft - einen Artikel zu veröffentlichen. Im Ergebnis dieser bereits durchgeführten Aktivitäten wurden bereits Anfragen verschiedener Industriezweige, wie z.B. Räuchereien, Gießereien, chemische Industrie, an uns herangetragen.
Für die weitere Tätigkeit gilt es, diese Anfragen auf Realisierbarkeit mit diesem Airliftreaktor zu prüfen und gegebenenfalls Anlagen zu konstruieren und zu fertigen. Ebenfalls vorgesehen ist die weitere Ent-wicklungsarbeit an dem Airliftreaktor, z.B. das schon erwähnte Baukastensystem. Bisher durchgeführte Patentrecherchen (allerdings noch nicht abgeschlossen) geben die Möglichkeit, die Anlage bzw. Anlagenteile patentieren zu lassen. Diese Tätigkeiten werden über die Projektlaufzeit weitergeführt.


Fazit

Im Ergebnis dieses Vorhabens wird eingeschätzt, dass mit dem Bau und der Erprobung des Airliftreak-tors eine Anlage entwickelt wurde, mittels derer organische Schadstoffe mit den unterschiedlichsten Bindungsarten im Abgas problemlos biologisch abgebaut werden können. Die grundsätzliche Vorgehens-weise und Idee hat sich bewährt. Das Verfahrensprinzip konnte im großtechnischen Versuch erfolgreich erprobt werden. Die daraus resultierenden Ergebnisse müssen allerdings zu jedem neuen Anwendungsfall angepasst werden. Weitere verfahrenstechnische Änderungen hinsichtlich Anlagengröße und Opti-mierung bestimmter Anlagenteile sind dazu erforderlich.