Biofiltration
Was ist das?
Der Abgasstrom wird durch ein Bett aus organischem Material (wie Torf, Heidekraut, Kompost, Wurzelholz, Baumrinde, Weichholz und verschiedene Kombinationen) oder einem inerten Material (wie Ton, Aktivkohle und Polyurethan) geleitet. Hier wird es von natürlich vorkommenden Mikroorganismen biologisch zu Kohlendioxid, Wasser, anorganischen Salzen und Biomasse oxidiert.
Abbildung 1. Schema einer Biofiltrationsanlage
Biofilter können unterteilt werden in:
An beiliegender Biofilter besteht aus einer Materialschicht, die eine geeignete mikrobielle Population trägt und unter einem Verteilungssystem angeordnet ist, das den kontaminierten Abgasstrom gleichmäßig dem Filter zuführt. Der Gasstrom wird durch elektrische Ventilatoren zum Filter gezogen. Der Gasfluss erfolgt von oben nach unten oder umgekehrt. Die Konstruktionsmaterialien von Gebläse, Belüftungssystem und Biofilter sollen die Auswirkungen von korrosiven Abgasen, überschüssigem Kondensat und Staub/Schlamm minimieren.
Die Mehrheit der in Betrieb befindlichen Biofilter sind Offenbettfilter, die weniger kostspielig sind als geschlossene Biofilter, aber im Allgemeinen weniger effizient sind.
- Offene Biofilter;
- Geschlossene Biofilter.
An beiliegender Biofilter besteht aus einer Materialschicht, die eine geeignete mikrobielle Population trägt und unter einem Verteilungssystem angeordnet ist, das den kontaminierten Abgasstrom gleichmäßig dem Filter zuführt. Der Gasstrom wird durch elektrische Ventilatoren zum Filter gezogen. Der Gasfluss erfolgt von oben nach unten oder umgekehrt. Die Konstruktionsmaterialien von Gebläse, Belüftungssystem und Biofilter sollen die Auswirkungen von korrosiven Abgasen, überschüssigem Kondensat und Staub/Schlamm minimieren.
Die Mehrheit der in Betrieb befindlichen Biofilter sind Offenbettfilter, die weniger kostspielig sind als geschlossene Biofilter, aber im Allgemeinen weniger effizient sind.
Design, Wartung und Effizienz
Die Mikroorganismen sind in einem Festbett eingeschlossen. Die Höhe des Filtermaterials beträgt zwischen 0.5 m und 1.5 m, mit maximal zwei bis drei Lagen. Die spezifische Belastung des Filterbettes liegt zwischen 100 und 500 Nm3/h pro m2 der Filterfläche.
Parameter wie der pH-Wert des Biofiltermediums, der Feuchtigkeitsgehalt (eine relative Gasfeuchte von etwa 95 % und mehr ist erforderlich) und die Einlassgastemperaturen beeinflussen die Geruchsentfernungskapazität.
Der Feuchtigkeitshaushalt wird durch einen vorgeschalteten Befeuchter oder Gaswäscher, teilweise in Kombination mit einer Befeuchtung des Filtermaterials, reguliert. Die relative Luftfeuchtigkeit des Filtermaterials sollte unter 60 % liegen, um ein Verstopfen zu vermeiden. In Regionen mit Temperaturen deutlich unter 0 °C benötigt das Befeuchtungsgerät einen Frostschutz.
Für die Anwendung auf warme Abgasströme (> 35 ºC) ist eine Kühlung erforderlich, entweder durch Vermischen mit Luft oder Einbringen eines Gaswäschers oder Wärmetauschers. Die Nasswäsche kann als Vorbehandlung mit dem Ziel angewendet werden, übermäßigen Partikelgehalt, Einlassgeruchskonzentration und Menge an Schadstoffen, die für die Biofiltration nicht geeignet sind, zu verringern.
Die Verweilzeit, um eine wirksame Reduzierung zu ermöglichen, hängt von der Einlasskonzentration ab. Als grobe Richtlinie sollte eine Mindestverweilzeit von 30 s bis 45 s angestrebt werden.
Bei einigen Geruchsstoffen (z. B. Mercaptane, H2S) sind Minderungswirkungsgrade von 75 % ein Minimum. Die Kombination aus Scrubber und Biofilter kann die Leistung steigern. Bei anderen Geruchsstoffen ist die Minderungseffizienz etwas geringer. Vergleichende Untersuchungen zur Geruchsminderungseffizienz von Wäschern und Biofiltern zeigen, dass Biofilter höhere Effizienzen erzielen.
Bei offenen Biofiltern muss das Filtermaterial regelmäßig aufgearbeitet und von Zeit zu Zeit entsorgt werden. Durch das Filterbett kann eine Abgaskanalisierung auftreten, wodurch die Biofiltereffizienz verringert wird.
Die Effizienz der Biofiltration hängt stark von der Zusammensetzung des Abgasstroms ab. Auch können plötzliche Änderungen der Bedingungen des Biofiltermediums (zB Temperatur) die Leistung des Systems nachteilig beeinflussen. Wenn sich die Parameter im Laufe der Zeit langsam ändern, gewöhnen sich die Medien und die Effizienz bleibt hoch.
Bei Anwendungen mit Heißluftströmen (> 38 °C) ist eine Kühlung erforderlich. Dies kann durch ein Außenluftgemisch, einen (einstufigen) Wasserwäscher oder einen Wärmetauscher/Kondensator realisiert werden. Das Filtermaterial sollte periodisch (alle 0.5–5 Jahre) ausgetauscht werden, abhängig von der Art des Verpackungsmaterials und der Zusammensetzung der Gase.
Obwohl Biofilter grundsätzlich statisch sind und wenig mechanische Wartung benötigen, sind erfahrungsgemäß regelmäßige Inspektionen und Überwachungen notwendig. Die Abscheideleistung kann in den ersten Jahren hervorragend sein, kann aber aufgrund von Nährstoffmangel, Problemen mit dem Flüssigkeitshaushalt und/oder dem Verfall des Filtermaterials innerhalb kurzer Zeit drastisch abnehmen.
Der Feuchtigkeitshaushalt muss sorgfältig geprüft werden, da er für den genauen Betrieb von Biofiltern entscheidend ist.
Parameter wie der pH-Wert des Biofiltermediums, der Feuchtigkeitsgehalt (eine relative Gasfeuchte von etwa 95 % und mehr ist erforderlich) und die Einlassgastemperaturen beeinflussen die Geruchsentfernungskapazität.
Der Feuchtigkeitshaushalt wird durch einen vorgeschalteten Befeuchter oder Gaswäscher, teilweise in Kombination mit einer Befeuchtung des Filtermaterials, reguliert. Die relative Luftfeuchtigkeit des Filtermaterials sollte unter 60 % liegen, um ein Verstopfen zu vermeiden. In Regionen mit Temperaturen deutlich unter 0 °C benötigt das Befeuchtungsgerät einen Frostschutz.
Für die Anwendung auf warme Abgasströme (> 35 ºC) ist eine Kühlung erforderlich, entweder durch Vermischen mit Luft oder Einbringen eines Gaswäschers oder Wärmetauschers. Die Nasswäsche kann als Vorbehandlung mit dem Ziel angewendet werden, übermäßigen Partikelgehalt, Einlassgeruchskonzentration und Menge an Schadstoffen, die für die Biofiltration nicht geeignet sind, zu verringern.
Die Verweilzeit, um eine wirksame Reduzierung zu ermöglichen, hängt von der Einlasskonzentration ab. Als grobe Richtlinie sollte eine Mindestverweilzeit von 30 s bis 45 s angestrebt werden.
Bei einigen Geruchsstoffen (z. B. Mercaptane, H2S) sind Minderungswirkungsgrade von 75 % ein Minimum. Die Kombination aus Scrubber und Biofilter kann die Leistung steigern. Bei anderen Geruchsstoffen ist die Minderungseffizienz etwas geringer. Vergleichende Untersuchungen zur Geruchsminderungseffizienz von Wäschern und Biofiltern zeigen, dass Biofilter höhere Effizienzen erzielen.
Bei offenen Biofiltern muss das Filtermaterial regelmäßig aufgearbeitet und von Zeit zu Zeit entsorgt werden. Durch das Filterbett kann eine Abgaskanalisierung auftreten, wodurch die Biofiltereffizienz verringert wird.
Die Effizienz der Biofiltration hängt stark von der Zusammensetzung des Abgasstroms ab. Auch können plötzliche Änderungen der Bedingungen des Biofiltermediums (zB Temperatur) die Leistung des Systems nachteilig beeinflussen. Wenn sich die Parameter im Laufe der Zeit langsam ändern, gewöhnen sich die Medien und die Effizienz bleibt hoch.
Bei Anwendungen mit Heißluftströmen (> 38 °C) ist eine Kühlung erforderlich. Dies kann durch ein Außenluftgemisch, einen (einstufigen) Wasserwäscher oder einen Wärmetauscher/Kondensator realisiert werden. Das Filtermaterial sollte periodisch (alle 0.5–5 Jahre) ausgetauscht werden, abhängig von der Art des Verpackungsmaterials und der Zusammensetzung der Gase.
Obwohl Biofilter grundsätzlich statisch sind und wenig mechanische Wartung benötigen, sind erfahrungsgemäß regelmäßige Inspektionen und Überwachungen notwendig. Die Abscheideleistung kann in den ersten Jahren hervorragend sein, kann aber aufgrund von Nährstoffmangel, Problemen mit dem Flüssigkeitshaushalt und/oder dem Verfall des Filtermaterials innerhalb kurzer Zeit drastisch abnehmen.
Der Feuchtigkeitshaushalt muss sorgfältig geprüft werden, da er für den genauen Betrieb von Biofiltern entscheidend ist.
Anwendbarkeit
Die Biofiltration eignet sich gut für geringe Konzentrationen von Schadstoffen, die leicht wasserlöslich sind. Für Abgase mit vielen unterschiedlichen und/oder wechselnden Schadstoffen ist es jedoch normalerweise nicht geeignet. Außerdem wird Methan nicht abgebaut, da die benötigte Verweilzeit für normale Filterdimensionen zu lang wäre. Biofiltration wird hauptsächlich für große Durchflussraten und niedrige Lösungsmittelkonzentrationen verwendet.
Typische Anwendungsbereiche sind:
Tabelle 1 zeigt Anwendungsgrenzen und Einschränkungen im Zusammenhang mit der Biofiltration (übernommen aus EIPPCB, 2016, Tabelle 3.178).
Tabelle 1. Anwendungsgrenzen und Einschränkungen im Zusammenhang mit der Biofiltration.
Typische Anwendungsbereiche sind:
- Kläranlagen
- Kompostieranlagen
- Aromenindustrie
- Gießereien
- Chemische Industrie
- Kunststoffproduktion
- Lebensmittelindustrie
- Fleisch- und fischverarbeitende Industrie
Tabelle 1 zeigt Anwendungsgrenzen und Einschränkungen im Zusammenhang mit der Biofiltration (übernommen aus EIPPCB, 2016, Tabelle 3.178).
Tabelle 1. Anwendungsgrenzen und Einschränkungen im Zusammenhang mit der Biofiltration.
| Problem | Grenzen/ Einschränkungen |
|---|---|
| Gasdurchfluss (Nm3/ h) | 100-200000 100-400 pro m2 Filterfläche |
| Temperatur (° C) | 15-38 |
| Druck (MPa) | atmosphärisch |
| Druckabfall (mbar) | 5-20 |
| Gehalt an Staub, Fett und Fett | Kann Verstopfung verursachen; Vorbehandlung ist notwendig |
| Geruchskonzentration (ouE/m3) | 20000-200000 |
| Klimabedingungen | Frost, Regen und hohe Umgebungstemperaturen beeinträchtigen das Filtermaterial und verringern die Effizienz |
