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Biologische Abgasreinigung

Die biologischen Verfahren zur Abgasreinigung lassen sich in nasse und trockene Verfahren unterteilen. Das vorliegende Projekt beschaeftigt sich mit der trockenen biologischen Abgasreinigung. Das Ziel ist die Erprobung von herkoemmlichen Filtermedien, d.h. Gewebefilter aus Natur- und Kunstfasern fuer die Ansiedlung von Bakterien zu verwenden. Die Filtermedien werden von dem zu reinigenden Gas durchstroemt. Die darin befindlichen Schadstoffe, in ueberwiegendem Masse Geruchsstoffe, werden in die mit einer duennen Feuchtigkeitsschicht ueberzogenen Fasern uebertragen. An dieser Stelle werden sie sodann von den Mikroorganismen in unschaedliche Stoffe umgewandelt. Die Verwendung von Filtermedien zur biologischen Abgasreinigung eroeffnet diesem Verfahren neue Einsatzbereiche in Industrie und Gewerbe. Die bisher ueblichen Verfahren sind weitgehend auf die Landtechnik beschraenkt.

Abgasreinigung bei Schweinemastanlagen - ein Beitrag zur Senkung von Schadstoffemissionen aus der Landwirtschaft

Die aus der Emission von Schadstoffen aus Schweineställen resultierende Umweltbelastung ist vor allem auf Geruch, Staub, Methan, Kohlendioxid, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und über 100 weitere Spurengase zurückzuführen. Zur Minderung dieser Emissionen dient eine Abgasreinigungsanlage, die modular aus einer chemischen Wäsche und einer Biofiltration im Pilotanlagen-Maßstab zusammengesetzt ist. In dem beantragten Projekt werden durch experimentelle und theoretische Untersuchungen die Erlangung von Kenntnissen über grundlegende Zusammenhänge dabei und die weiterführende Minimierung der Schad- und Geruchsstoffkonzentrationen im Abgas angestrebt. Die experimentellen Untersuchungen zur genaueren Charakterisierung des Anlagenverhaltens und der ablaufenden Prozesse gliedern sich in zwei Schwerpunktbereiche: Der erste umfasst die Prozesse im chemischen Wäscher, insbesondere Staubeintrag, -beschaffenheit, -Abscheidegrad und Adsorptionsvermögen des Staubes - dabei steht der Zusammenhang zwischen Staubeintrag und Geruchsminderungsgrad im Mittelpunkt - sowie die Parameterbestimmung für eine Modellierung und Simulation. Der zweite Schwerpunkt liegt auf dem Bereich Langzeitmonitoring der Abgasreinigungsanlage - insbesondere hinsichtlich der Wirkungsgradabhängigkeiten und der Einflussgrößen auf die Verfahrensstabilität. Die Modellierung und Simulation der gesamten Reinigungsanlage durch Adaption verfahrensspezifischer Zusammenhänge soll Vorhersagen für verschiedene apparative Ausgangssituationen und verfahrenstechnische Einstellungen liefern.

Infrarotmessungen auf Biofiltern

Im Bereich der biologischen Abluftreinigung werden zur Desodorierung von geruchsbeladenen Abluftstroemen u.a. Biofilter eingesetzt, in denen die Umwandlung geruchsintensiver Verbindungen in geruchlich nicht mehr wahrnehmbare Verbindungen mittels Mikroorganismen erfolgt. Um die biologische Reinigungsleistung optimal auszunutzen ist es notwendig, dass die Durchstroemung von Biofiltern gleichmaessig erfolgt. Allerdings ist dies in der Realitaet oft nicht der Fall und als Folge ungleichmaessiger Durchstroemung treten lokal ueberlastete Zonen mit hohen Stroemungsgeschwindigkeiten, in denen der Filter durchbricht, sowie kaum durchstroemte Zonen auf. Liegen die Rohgastemperaturen ueber den Temperaturen der Umgebung, sind Inhomogenitaeten der Durchstroemung bereits an der Temperatur erkennbar. Derzeit wird die Eignung von Infrarotmessungen zur Erfassung der Waermezonen und der Durchstroemung von Biofiltern untersucht. Waehrend ueblicherweise die Messung der Temperatur und der Durchstroemung nur lokal begrenzt mit Hilfe eines Messpunkterasters erfolgt, bietet die Thermographie die Moeglichkeit, die Temperaturverteilung ueber eine Flaeche zu ermitteln In experimentellen Untersuchungen werden Infrarotmessungen von Biofiltern durchgefuehrt sowie zusaetzlich die Durchstroemung und die Geruchsemissionen ermittelt. Die Messergebnisse werden dargestellt und ausgewertet sowie hinsichtlich ihrer Korrelation untersucht.

Entwicklung von grosstechnischen Verfahren zur biologischen Abluftreinigung

Es werden grosstechnische Verfahren zur biologischen Abluftreinigung entwickelt. Je nach Eigenschaft der Luftschadstoffe kommen Biowaescher, Biofilter oder Kombinationen aus beiden zur Anwendung. Hauptmerkmale der Linde-Verfahren sind: Einsatz schadstoffspezifischer Startkulturen, die im Labor geprueft und identifiziert werden. Dadurch werden sehr kurze Anfahrzeiten und hohe Abbauleistung sowie stabile Betriebszustaende erreicht. Die Startkulturen sind hygienisch unbedenklich. Der Einsatz geordneter Traegermaterialien in den Absorbern beziehungsweise Biofiltern bringt viele Vorteile, wie minimalen Druckabfall der Abluft; dadurch geringen Energiebedarf, homogene Durchstroemung mit guter Raumausnutzung, einfaches Befeuchtungs- und Konditionierungssystem zur Betriebsstabilisierung bei hoher Leistung, kompakte Bauweise, hohe Standzeit der Absorberpackung, Moeglichkeit zur Abreinigung der Absorberpackung durch Wasserstrahl oder Spuelen. Hohe Flexibilitaet in der baulichen Gestaltung, zum Beispiel Hochbauweise. Bei Biowaeschern hat sich der Einsatz des Linpor(xp=R)-Traegermaterials bewaehrt. Die Biomasse kann damit zu 90 Prozent im Reaktorteil konzentriert und immobilisiert werden. Dadurch verringert sich der Durchsatz von Mikroorganismen durch den Absorber und die volumetrische Abbauleistung wird um den Faktor vier erhoeht.

Entwicklung einer innovativen Messmethode zur Überwachung von Biofiltern zur biologischen Abluftreinigung mit Hilfe der Strahlungsthermometrie

Zur Minimierung der Geruchsemissionen von biologischen Abfallbehandlungsanlagen werden in der Regel sogenannte Flächenbiofilter eingesetzt. Voraussetzung für eine ausreichende Reinigungsleistung ist eine gleichmäßige Durchströmung des Filterbeets. Für die Probennahme zur Geruchsbestimmung auf einem Flächenbiofilter ist die Auswahl von repräsentativen Messstellen notwendig. Um eine qualitativ hochwertige Aussage zur Geruchsemissionssituation eines Flächenbiofilters treffen zu können, müssen sowohl stark als auch schwach durchströmte Bereiche beprobt werden. Zur Festlegung dieser Probennahmestellen ist die Kenntnis der Strömungsverteilung im Biofilter notwendig. Mit der konventionellen Messmethodik zur Überprüfung der Funktionsweise ist nur eine punktuelle und damit stichprobenhafte Erfassung der Messparameter, wie z. B. Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur möglich. Es wurde jedoch festgestellt, dass sich Inhomogenitäten in der Durchströmung bereits in der Temperaturverteilung auf der Oberfläche eines Biofilters zeigen und so Rückschlüsse auf die Filterwirksamkeit ermöglichen. Als Messverfahren, das die definierten Anforderungen an zeitgleiche und flächenhafte Erfassung erfüllt, wurde die innovative Methode der Infrarot-Thermographie zur Temperaturmessung identifiziert. Im Rahmen dieses Antrags soll die in Voruntersuchungen festgestellte prinzipielle Eignung genauer untersucht und wissenschaftlich begründet werden. Dabei sollen einerseits die Potenziale der Infrarot-Thermographie zur Überwachung von Flächenbiofiltern aufgezeigt und andererseits die Grenzen und Randbedingungen für einen effektiven Einsatz in der Praxis definiert werden.

Reinigung loesemittelhaltiger Abluft aus der Herstellung von Tiefdruck- und Flexodruckfarben durch Biofilter mit inertem, anorganischen Filtermaterial

Die bei der Herstellung von Druckfarben anfallende loesungsmittelhaltige Abluft wird mit einem Biofilter auf der Basis eines inerten, recyclingfaehigen Traegermaterials gereinigt. Hierbei werden die organischen Schadstoffkomponenten durch Mikroorganismen zu Wasser und Kohlendioxid umgesetzt. Als Traegermaterial werden geschlossenporige Schaumstoffwuerfel bzw. -granulate verwendet. Gegenueber dem bisher bei Biofiltern eingesetzten organischen Traegermaterial (Torf, Holzrinde oder Kompost) ist bei dem hier eingesetzten Material keine Verdichtung des Filterbettes zu erwarten. Allerdings ist es notwendig, Naehrstoffe in Form von Phosphat- und Stickstoffsalzen sowie Spurenelementen zuzugeben, die mit fortschreitender Betriebsdauer der gebildeten Biomasse angepasst wird. Das Gesamtsystem bietet folgende Vorteile: Kein zusaetzlicher Energieaufwand bei der Entsorgung grosser Abluftstroeme mit geringer Loesemittelkonzentration; konstante Filterleistungen durch gezielte Zugabe von Naehrloesungen zur Stabilisierung des pH-Wertes; lange Standzeiten des Filtermaterials; bessere Beeinflussung der bei Kompostfiltern problematischen Einhaltung der optimalen Filtermaterialfeuchte; hohe Betriebssicherheit durch modularen Systemaufbau; Recyclingfaehigkeit des Filtermaterials. Fuer toluolhaltige Abluftstroeme wird die Einhaltung einer Gesamt-Kohlenstoffkonzentration von 75 mg/m3 und fuer Abluftstroeme mit Mischloesemittelgehalten 50 mg/m3 im Reingas erwartet.

Entwicklung eines biologischen Verfahrens zur Reduktion des Methanschlupfes von Gasaufbereitungsanlagen mittels Einsatz methanotropher Mikroorganismen, Teilvorhaben 2

Ziel des Forschungsvorhaben ist die Entwicklung eines alternativen Verfahrens zur Reduktion des Methanschlupfes aus Gasaufbereitungsanlagen zur Biomethanproduktion. Bei verschiedenen gängigen Verfahren zur Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität (PSA, DWW) ergibt sich das Problem eines erhöhten Methanschlupfes im Abgas von ca. 2 Prozent. Nach den Vorgaben des EEG ist der Methanschlupf jedoch auf einen Wert von maximal 0,5 Prozent zu begrenzen. Um diesen Grenzwert zu erreichen, ist derzeit eine technisch aufwendige und kostenintensive Nachbehandlung des Abgases in Form einer thermischen oder katalytischen Nachverbrennung notwendig. Im Rahmen des geplanten Projektes soll eine wirtschaftlichere Alternative auf der Grundlage einer biologischen Entmethanisierung des Abgases mit Hilfe methanotropher Bakterien entwickelt werden. Zuerst soll die Entmethanisierung von Abgasen im Labormaßstab mit verschiedenen methanotrophen Stämmen demonstriert und optimiert werden. Parallel hierzu werden Untersuchungen zur Gewinnung und Ausschleusung des Stoffwechselzwischenproduktes Ameisensäure durchgeführt. Die Ameisensäure ließe sich über Rückführung in den Biogasfermenter zur erneuten Biogasproduktion nutzten, da sie ein Substrat bestimmter methanogener Bakterien darstellt. Parallel hierzu ist die Entwicklung eines Pilotreaktors im Technikumsmaßstab vorgesehen, mit dem eine Umsetzung in einen industriellen Maßstab unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten simuliert werden kann.

Emissionsminderung aus Geflügelställen durch kombinierte Abluftreinigung, Teilprojekt 1

Ziel des Projekt ist die Entwicklung einer kombinierten Abluftreinigung bestehend aus Staubabscheidung und einer folgenden Geruchsminderung in einer biologischen Stufe. Zur Staub-und Amoniakabscheidung stehen bereits Techniken zur Verfügung die für eine Kombination zu adaptieren sind. Eine Biostufe, die maßgeblich zur Geruchsminderung beitragen soll, wurde bisher nicht entwickelt. Insbesondere strömungstechnische Faktoren die erheblich den energetischen Aufwand bedingt durch die Druckerhöhung beeinflussen sind bei der Entwicklung besonders zu betrachten. Die Funktion und Wirkung der entwickelten Technik wird in einem Praxisversuch getestet und die Ergebnisse dokumentiert. 1). Erarbeitung der Prozessgrundlagen, bezogen auf die unterschiedlichen Biofiltermaterialien. Strömungswiederstand, mikrobielles Wachstum und Geruchsreduzierung werden unter Laborbedingungen im Kleinmaßstab gemessen. 2) Durchführung von Strömungssimulationen am Versuchsstall um eine optimale Anordnung der Ventilatoren zu bestimmen und ein geeignetes Filtermaterial aus den Laborversuchen zu wählen. 3).Installation einer dreistufigen Abluftreinigungsanlage mit vorgeschaltetem Trockenstaubfilter in einem Geflügelstall mit nachfolgender Messung der Minderungswirkung und des Energiemehraufwands im Lüftungssystem.

Reinigung von Abluft aus Strassentunneln u.a. Anlagen^Abluftreinigung von Strassentunneln, Teilvorhaben: Entwicklung eines Verfahrens zur biologischen Reinigung von Abluft aus Strassentunneln

Ziel ist es, einen Fadenmembran-Reaktor mit einer Leistung von 3000 m3/h zu planen, zu bauen und an der bestehenden Pilotanlage des Elbtunnels zu erproben. Mit Hilfe des 3000 m3/h-Fadenmembran-Reaktors ist ein scale-up auf grosstechnische Reinigungsanlagen, wie sie in Strassentunneln Anwendung finden koennen, moeglich. Mit Hilfe der Versuchsergebnisse sollen Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten fuer den Einsatz in Strassentunneln ermittelt werden.

Biologische Abluftreinigung mit Biofiltern: Abbau von Loesungsmitteln unter verschiedenen Bedingungen

Neben den herkoemmlichen physikalisch-chemischen Verfahren fuer Abluftreinigung bieten die biologischen eine kostenguenstige Alternative an. Zur Zeit ist das Biofilterverfahren die am haeufigsten angewandte Methode zur biologischen Abluftreinigung. In Biofiltern wird die Abluft erst befeuchtet und dann durch ein poroeses Traegermaterial geleitet. Auf diesem Traeger sind schadstoffabbauende Mikroorganismen immobilisiert. Die Schadstoffe werden von aeroben Mischkulturen unter optimalen Bedingungen vollstaendig zu CO2 und H2O abgebaut. Folgende Kenntnisse sind unter anderem noetig, um einen Biofilter erfolgreich in die Praxis umsetzen zu koennen: Stofftransportmechanismen, Rolle des Traegermaterials, Physiologie der Mikroorganismen. Im Rahmen dieses Projektes wurde der Abbau von zwei industriellen Loesungsmitteln aus der Abluft getestet. Methyl-isobutyl-keton (MIBK) und Methyl-ethyl-keton (MEK) wurden als Modellschadstoffe gewaehlt. Es werden die Einfluesse verschiedener Parameter auf das Verfahren untersucht.

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