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 lasergest√ľtzten Schichtholzbearbeitung zur Stanzformherstellung entstehen geruchsrelevante Schadstoffemissionen, die an der Bearbeitungsstelle erfasst und einem Abluftreinigungssystem zugef√ľhrt werden m√ľssen. Ziel des Vorhabens ist die Qualifizierung einer Biotropfk√∂rper-Filteranlage zur Schad-stoff- und Geruchsminderung und Erarbeitung von Skalierungskenngr√∂√üen. Die √úbertragbarkeit der Projektergebnisse auf andere Betriebe der Stanzformen herstellenden Branche steht im Vordergrund des Interesses. Optimale Betriebsparameter und Skalierungsgr√∂√üen des Verfahrens zur Geruchsminderung sollen im Langzeitversuch auch die Vertr√§glichkeit des Filtrationsverfahrens mit Feinstaub dokumentieren. Ferner sind nachhaltige Ma√ünahmen zur Erh√∂hung der Gewerbehygiene und Abscheideleistung durch optimierte Erfassungseinrichtung und mikrobiologische Ans√§tze 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.
F√ľr die Untersuchungen steht eine Biotropfk√∂rper-Pilotanlage zur Verf√ľgung. Die Abluftreinigungsanlage besteht aus einem zweistufigen Biotropfk√∂rper 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 Ma√ünahmen wird der Erfassungsgrad am Entstehungsort der Emissionen erh√∂ht. Es werden sowohl an der Bearbeitungsstelle als auch an der Abluftf√ľhrung Optimierungsma√ünahmen durchgef√ľhrt. Durch die realisierte Obertischabsaugung (Saugd√ľse) werden im Mittel 73 Massenprozent der gasf√∂rmigen Schadstoffe erfasst. Die Erh√∂hung des Erfassungsgrades an der Laseranlage betr√§gt 107 %, so dass die gewerbehygienischen Bedingungen ohne zus√§tzlichen l√ľftungstechnischen Aufwand wesentlich verbessert werden k√∂nnen. Ferner werden die Absaugstr√§nge der 3 Laseranlagen zu bedarfsgeregelten Gruppen zusammengefasst und als Zentralabsaugung realisiert. Dies f√ľhrt zur Optimierung der Schadstofferfassung, Minderung des L√§rmpegels in der Werkshalle, Minderung der Geruchsimmission und der notwendigen Gesamtl√ľfterleistung. Die realisierte Erfassungseinrichtung und L√ľftungstechnik demonstriert ein ganzheitliches und modellhaftes Ablufterfassungssystem f√ľr die lasergest√ľtzte 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 N√§hrstoffzufuhr zur Versorgung der immobilisierten Mikroorganismen betr√§gt 1,5 - 2,5 l/d und das maximale Wasserr√ľckhalteverm√∂gen 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 m√∂glich ist. Das Str√∂mungsverhalten der Abluft in der Filterpackung zeigt sowohl dispersive als auch konvektive Eigenschaften; in den Eckbereichen des Tropfk√∂rpers sind Totzonen vorhanden. Die Stromungscharakterisierung belegt, dass die Effizienz f√∂rdernde R√ľckvermischung und Verweilzeitsteigerung mit einem geringen Druckverlust f√ľr 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 Selektivit√§t 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 Gr√∂√üenordnung des Grenzwertes. Der BTK gew√§hrleistet die sichere Einhaltung relevanter Grenzwerte und Unterschreitung der Grenzmassenstr√∂me der TA-Luft. Die Geruchsminderung durch den Biotropfk√∂rper als zentrale Aufgabe des Filtrationssystems betr√§gt 42%, wobei sich die Intensit√§t und Hedonik/Qualit√§t des Geruches im Reingas wesentlich verbessert. Durch die Langzeit√ľberwachung der Schadstoffmassenstr√∂me und Schadstoffnebenstr√∂me kann die Zuverl√§ssigkeit der Abluftreinigungsanlage dokumentiert werden. Die dauerhafte Einleitung von Holzaerosolen zeigt keinen nennenswerte Anstieg des Druckverlustes, wenngleich der biologische Abbau von Aerosolemissionen im Laborma√üstab 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 Biotropfk√∂rpers werden in einer Organismensammlung im Sinne der Nachhaltigkeit der erzielten Projektergebnisse hinterlegt. Die Kosten f√ľr den Betrieb der optimierten Biotropfk√∂rper-Anlage werden im Wesentlichen durch die N√§hrl√∂sung und die Frischwasserzufuhr determiniert. Sie betragen 0,49 ¬Ä pro Laserbetriebsstunde.


√Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation

Ein Wissens- und Technologietransfer in andere Branchen wie Elektroindustrie, Kunststoffverarbeitung und Holzverarbeitung ist im Rahmen der durchgef√ľhrten Pr√§sentationen und bestehenden Kooperationen realisiert. Nach dem Projektabschluss erfolgt eine Abschlusspr√§sentation f√ľr die Stanzformen herstellende Branche.


Fazit

Die realisierte Erfassungseinrichtung und L√ľftungstechnik demonstriert ein modellhaftes Ablufterfassungssystem f√ľr die lasergest√ľtzte Stanzformenherstellung. Im Vergleich mit alternativen Abluftreinigungsverfahren f√ľr die Problemstellung ist das charakterisierte Biotropfk√∂rper-Verfahren als die √∂konomisch, technologisch und √∂kologisch √ľberlegende Verfahrensvariante einzustufen.

√úbersicht

Fördersumme

171.282,78 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.10.1999 - 01.11.2001

Bundesland

Niedersachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik