Ionisierung

Was ist das?

Bei der Ionisation (auch Direkt-Kalt-Plasma-Technik genannt) wird die Luft oder der einströmende Gasstrom durch eine Reaktionskammer geleitet, wo sie einem von Elektroden erzeugten sehr starken elektrischen Feld (20–30 kV) ausgesetzt wird, wodurch Ionen frei werden Elektronen, Radikale und andere hochreaktive Partikel gebildet werden. Es findet jedoch kein nennenswerter Temperaturanstieg statt.

Die hochreaktiven Verbindungen bewirken die Zersetzung und (Teil-)Oxidation der im einströmenden Gas enthaltenen Schadstoffe. Die aktivsten Partikel in diesem Prozess sind die N-, O- und OH-Radikale. Sie bestehen aus Stickstoff (N2), Sauerstoff (O.2) und Wasser (H.2Ö). Bei direkter Behandlung ist die Entfernung von organischen Chemikalien möglich. Bei der Eindüsung eines ionisierten Luftstromes kommt es zu einer Modifikation der Geruchsmoleküle und in geringerem Maße zu einem Abtransport der organischen Belastung.
Der Abbau von VOCs kann CO .-Emissionen erzeugen2, H2O2, CO, NOX usw., die unter Verwendung eines Katalysatorsystems behandelt werden können.

Im elektrischen Feld erzeugtes Ozon ist ein Nebenprodukt. Wird es nicht vollständig umgesetzt, führt dies zu Ozonemissionen. Ozon hat einen unverwechselbaren Geruch und kann in hohen Konzentrationen schädlich sein. Unter normalen atmosphärischen Bedingungen wird Ozon schnell in Sauerstoff umgewandelt. Bei der Reihenschaltung eines Katalysators nach dem Ionisator wird das Ozon vollständig entfernt. In industriellen Anwendungen bleibt die Ozonemission unter einem ppm.

Abwasser wird als geringe Menge an Dränwasser abgegeben.

Design, Wartung und Effizienz

Der Pflegeaufwand ist minimal. Wenn das Gerät zur Geruchsbekämpfung verwendet wird, kann eine Reinigung einmal pro Woche erforderlich sein und eine Inneninspektion einmal im Monat wird empfohlen.
Die Spannung ist der zu überwachende Hauptparameter.

Anwendbarkeit

Die Ionisation wird normalerweise zur Behandlung von Abgasen mit geringen VOC-Konzentrationen und in Fällen verwendet, in denen die thermische/katalytische Oxidation nicht wirksam ist. Die ersten prototypischen Anwendungen der Plasmaoxidation zur Luftreinigung im industriellen Maßstab stammen aus den späten 80er Jahren. Die Technologie ist seit Mitte der 90er Jahre vollständig kommerzialisiert. Inzwischen werden Dutzende solcher Anlagen zur Geruchsbekämpfung eingesetzt, unter anderem in folgenden Bereichen:
  • Wasserreinigung (RWZI, Lebensmittel-, Chemie- und Lederindustrie);
  • Schlammkompostierung;
  • Tabakindustrie;
  • Lebensmittelindustrie;
  • Fischfutterindustrie;
  • Futtermittelindustrie;
  • Schlachthöfe;
  • Getreide- und Sojaverarbeitung;
  • Kartoffelverarbeitung (Chipsherstellung).
Neben der Geruchsbekämpfung kann das Verfahren auch zur Entfernung geringer Lösemittelkonzentrationen (einschließlich halogenierter Lösemittel) nützlich sein, zB aus einem Abgasstrom der Farben-, Lack- und Druckfarbenindustrie. Allerdings gibt es hierzu im industriellen Maßstab wenig Erfahrung.

Tabelle 1 zeigt Anwendungsgrenzen und Einschränkungen im Zusammenhang mit der Ionisation (angepasst von EIPPCB, 2016, Tabelle 3.214).

Tabelle 1. Anwendungsgrenzen und Einschränkungen im Zusammenhang mit der Ionisation.
Problem Grenzen/ Einschränkungen
Gasdurchfluss (Nm3/ h) 20-200000
Temperatur (° C) 20-80; Höhere Temperaturen sind möglich (bis zu 120) mit Plasmaoxidation
Druck (MPa) atmosphärisch
Druckabfall (mbar) Manche
Relative Luftfeuchtigkeit (%) Nicht zu hoch wegen Kondensations- und Kurzschlussgefahr. Eine erhöhte Luftfeuchtigkeit verbessert die Leistung bei einer Seitenstrom-Aufstellung
Staubkonzentration Bei direkter Anwendung in den Gasstrom sollte dieser relativ staubarm sein. Der Ionisator fungiert dann als elektrostatischer Abscheider
Energie Die Ionisation ist aufgrund des geringeren Energieverbrauchs im Vergleich zu thermischen Oxidationsmitteln vor allem für Gasströme mit niedrigen VOC-Konzentrationen geeignet

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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