Adsorption

Was ist das?

Adsorption ist eine heterogene Reaktion, bei der Gasmoleküle auf einer festen oder flüssigen Oberfläche (Adsorbens auch als Molekularsieb bezeichnet) zurückgehalten werden, die bestimmte Verbindungen anderen vorzieht und sie so aus Abwasserströmen entfernt (Abbildung 1). Wenn die Oberfläche so viel wie möglich adsorbiert hat, wird der adsorbierte Inhalt als Teil der Regeneration des Adsorptionsmittels desorbiert. Beim Desorbieren liegen die Schadstoffe normalerweise in einer höheren Konzentration vor und können entweder zurückgewonnen oder entsorgt werden.

Typische Adsorbentien sind (EIPPCB; 2016):
  • körnige Aktivkohle (GAC), das gebräuchlichste Adsorptionsmittel mit einem breiten Wirkungsbereich und nicht auf polare oder unpolare Verbindungen beschränkt; GAC kann imprägniert werden, zB mit Oxidationsmitteln wie Kaliumpermanganat;
  • Zeolithe, Eigenschaften je nach Herstellung, entweder als reine Molekularsiebe, selektive Ionenaustauscher oder hydrophobe VOC-Adsorber;
  • makroporöse Polymerpartikel, die als Granulat oder Kügelchen verwendet werden, ohne hochselektiv gegenüber VOCs zu sein;
  • Kieselgel;
  • Natrium-Aluminium-Silikate.

Die wichtigsten Arten von Adsorptionssystemen sind:
  • Festbettadsorption;
  • Wirbelschichtadsorption;
  • kontinuierliche Wanderbettadsorption;
  • Druckwechseladsorption (PSA).
Die gebräuchlichsten Adsorptionssysteme zur Geruchsbekämpfung sind Festbettsysteme (Abbildung 2).

Design, Wartung und Effizienz

Da alle Adsorptionsprozesse exotherm sind, verursachen sie einen Temperaturanstieg, der für die Adsorption organischer Verbindungen unerwünscht ist. Kohlenstoff oder Metalle auf GAC sowie Zeolithe können die Oxidation einiger Verbindungen katalysieren, wenn das Adsorptionsmittel heiß ist, was zu Bettbränden führt, die auch einen Teil oder das gesamte GAC verbrauchen, aber nicht den Zeolith. Dies ist gefährlich, wenn bestimmte Kohlenwasserstoffe (wie Ketone oder vergleichbare Wirkstoffe) bei Umgebungstemperaturen adsorbiert werden, die nahe denen liegen, die eine Oxidation der organischen Verbindung bewirken. Ein solches GAC-Bettfeuer kann entweder die Porengröße des Rests des Betts verändern oder das Bett zu Asche oxidieren, was ein schwerwiegender Vorfall ist, der die gesamte Anlage niederbrennen kann. Diese Brände können durch Befeuchtung der Luft und durch gezielte Kühlung des GAC unterdrückt werden.

Eine Temperaturüberwachung des Gasausgangs des GAC-Adsorbers ist erforderlich, um Brandgefahr zu vermeiden. Eine weitere wichtige Messung ist der Druckabfall über das Adsorptionsmittelbett. Über das Bett hinweg sollte der Druck ungefähr konstant bleiben. Bei hohem Druck sollte ein Alarm ausgelöst werden.

Anwendbarkeit

Tabelle 1 zeigt Anwendungsgrenzen und Beschränkungen im Zusammenhang mit der Adsorption (übernommen aus EIPPCB, 2016, Tabelle 3.166).

Tabelle 1. Anwendungsgrenzen und Einschränkungen im Zusammenhang mit der Adsorption.
Problem GAK Zeolithe
Gasdurchfluss (Nm3/ h) 100-100000 <100000
Temperatur (° C) 15-80 (idealerweise etwa 20) <250
Druck (MPa) 0.1-2 atmosphärisch
Druckabfall (mbar) 10 bis 50 NI
Geruchskonzentration (ouE/m3) 5000-100000 NI
Staubgehalt (mg/Nm3) Niedrige Konzentration, um Verstopfung zu vermeiden Niedrige Konzentration, um Verstopfung zu vermeiden
Relative Feuchte des Abgases max 70% NI
NI = keine Informationen verfügbar

Bibliographie

EIPPCB (2016). Referenzdokument zu den besten verfügbaren Techniken (BVT) für gemeinsame Abwasser- und Abgasbehandlungs-/Managementsysteme im Chemiesektor. Bericht der GFS Wissenschaft für Politik.
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