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Biowäscher Ein ist ein biologisch arbeitender Reaktor zur Reinigung von Abluft und Abgasen Er ist die Kombination eines

Biowäscher

Ein Biowäscher ist ein biologisch arbeitender Reaktor zur Reinigung von Abluft und Abgasen. Er ist die Kombination eines physikalischen Gaswäschers mit einer biologischen Belebungseinheit, in der Mikroorganismen die absorbierten Luftschadstoffe als Substrate verwenden und in diesem Nährmedium Zellmasse aufbauen. Im Gegensatz zum Biofilter einerseits, bei dem die Mikroorganismen an ein Strukturmaterial gebunden sind, und dem Biorieselbettreaktor andererseits, bei dem sich auf Einbauten im Reaktor ein sogenannter biologischer Rasen bildet, sind die Mikroorganismen beim Biowäscher überwiegend in der Waschflüssigkeit suspendiert.

Die erste Patentanmeldung zur absorptiven Abluftreinigung mithilfe von Mikroorganismen erfolgte 1934. Der Einsatz von Biowäschern wurde seit Anfang der 1940er-Jahre im halbtechnischen Maßstab erprobt und durchgeführt. Schwerpunkt war dabei die Intensivtierhaltung. Die erste großtechnische industrielle Anwendung erfolgte gegen Ende der 1970er-Jahre.

Verfahrensgrundlagen Bearbeiten

Verfahrensschema Biowäscher
(A) Absorber
(B) Regenerierreaktor
(C) Absatzsetzbecken
Das zu reinigende Abgas (1) durchströmt den Absorber von unten nach oben und verlässt ihn als sogenanntes Reingas (2). Waschflüssigkeit (3) wird zum großen Teil im Kreislauf durch den Regenerierreaktor gefahren. Dabei ergänzt Frischwasser (4) den Teil der Waschflüssigkeit, der als Abwasser (5) ausgeschleust wird. Ebenso wird ein Teil der Biomasse, die sich im Absatzsetzbecken sammelt, ausgeschleust (6).

Bei der biologischen Gaswäsche erfolgt zunächst die Absorption der abzureinigenden Luftschadstoffe, die im Anschluss durch im Reaktor suspendierte Bakterien biochemisch umgesetzt werden, sodass idealerweise aus den absorbierten Kohlenwasserstoffen Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht. Durch den biologischen Abbau der gelösten Schadstoffe wird verhindert, dass das Löslichkeitsgleichgewicht für das Reinigungsergebnis bestimmend wird. Die Schadstoffe dienen den Bakterien als Kohlenstoffquelle. Andere für das Bakterienwachstum essentielle Nährstoffe müssen der Waschflüssigkeit zugegeben werden. Darüber hinaus muss eine Möglichkeit vorgesehen werden, Säure und Lauge zu dosieren, um einen für das Bakterienwachstum optimalen pH-Wert einzustellen. Die Regeneration der Waschflüssigkeit erfolgt durch den biologischen Abbau der absorbierten Inhaltsstoffe.

Ein Biowäscher setzt sich in der Regel aus den Einheiten

  • Absorber,
  • Regenerierreaktor und
  • Absetzbecken

zusammen. Als Apparate für den Absorber stehen grundsätzlich Kolonnen oder Wäscher zur Verfügung. In der Praxis handelt es sich meist um Strahl-, Venturi- oder Sprühwäscher. Für den Absorber bei der Biowäsche gelten prinzipiell die gleichen Anforderungen wie bei der physikalischen Wäsche. Durch Schaffung einer möglichst großen Phasengrenzfläche und einer möglichst langen Verweilzeit soll den Luftschadstoffen Gelegenheit gegeben werden, in die flüssige Phase zu gelangen. Idealerweise sind die Mikroorganismen in der Waschflüssigkeit suspendiert, es kommt jedoch bei technischen Absorbern auch zur Bildung eines biologischen Rasens an den Einbauten.

Dem Absorber ist der Regenerierreaktor nachgeschaltet. Er dient dazu, die Waschflüssigkeit wieder zu ertüchtigen und entspricht dem Belebungsbecken in der Abwasserreinigung. Die Zugabe von Säuren oder Laugen zur Einhaltung eines optimalen pH-Werts erfolgt in der Regel im Regenerierreaktor. Bei einem hinreichend großen Absorbersumpf und leicht abbaubaren Substanzen ist ein Regenerierreaktor nicht zwingend erforderlich. Sind die absorbierten Luftschadstoffe hingegen schwer abbaubar, so bedingt die notwendige längere Verweilzeit dieser Stoffe in der wässrigen Phase einen Regenerierreaktor.

Das Absetzbecken dient dazu, Biomasse zurückzuhalten und somit die Leistungsfähigkeit des Biowäschers zu gewährleisten. Überschüssige Biomasse und ein Teil der Waschflüssigkeit werden aus dem Absetzbecken ausgeschleust und sind zu entsorgen. Sofern im Absorber keine für die Mikroorganismen ausreichende Sauerstoffversorgung erfolgt, ist diese mittels aktiver Belüftung im Absetzbecken sicherzustellen.

Das Baumaterial der einzelnen Wäscherkomponenten muss sowohl gegen flüssigkeitsseitige als auch gegen gasseitige chemische Beanspruchung beständig sein. Dazu eignen sich Beton, Kunststoff und Stahl.

Zu einer optimalen Behandlung im Biowäscher soll die Abgastemperatur zwischen 5 °C und 60 °C liegen. Auf die Mikroorganismen toxisch wirkende Stoffe dürfen nicht im Abgas vorhanden sein. Konzentrations- und Temperaturschwankungen im Abgas sind zu vermeiden. Biowäscher können sowohl kontinuierlich als auch im Chargenprozess eingesetzt werden. Bei längeren Stillstandszeiten ist die Aktivität der Mikroorganismen durch externe Substratzufuhr zu gewährleisten.

Anwendungsgebiete Bearbeiten

Das bevorzugte Anwendungsgebiet von Biowäschern liegt bei Luftschadstoff-Konzentrationen bis zu einigen 100 mg/m3 bei ausreichender Wasserlöslichkeit der Schadstoffe. Mit Biowäschern kann beispielsweise Abluft aus lebensmittelverarbeitenden Betrieben, Gießereien, Kläranlagen, Lackierbetrieben und Tierkörperverwertungsanlagen behandelt werden. Zu den Abluftinhaltsstoffen, die gut durch Biowäscher entfernt werden können, zählen beispielsweise Vertreter der Stoffgruppen

Auch für die Entschwefelung von Biogas werden Biowäscher eingesetzt. Zur Einspeisung des Biogases in das Erdgasnetz sind die erreichten Schwefelgehalte in der Regel aber noch zu hoch, sodass in solchen Fällen eine Fein-Entschwefelung erfolgen muss. In einer Untersuchung zur Minderung von Bioaerosolen konnte die Wirksamkeit einer Kombination Biowäscher/Biofilter hinter einer Bioabfallbehandlungsanlage nachgewiesen werden.

Im Vergleich zu Biofiltern weisen Biowäscher größere Abbauleistungen pro Reaktorvolumen auf, sind aber störanfälliger bei wechselndem Abluftanfall.

Literatur Bearbeiten

  • VDI 3478 Blatt 1:2011-03 Biologische Abgasreinigung; Biowäscher (Biological waste gas purification; Bioscrubbers). Beuth Verlag, Berlin. (Inhaltsverzeichnis, Kurzreferat)
  • Klaus Fischer: Biologische Abluftreinigung: Anwendungsbeispiele, Möglichkeiten und Grenzen für Biofilter und Biowäscher. Expert, Ehningen bei Böblingen 1990, ISBN 3-8169-0428-9.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ Klaus Fischer, Franjo Sabo: Abscheidung gasförmiger Schadstoffe durch biologische Reaktionen. In: Heinz Brauer (Hrsg.): Handbuch des Umweltschutzes und der Umweltschutztechnik. Band 3: Additiver Umweltschutz: Behandlung von Abluft und Abgasen. Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg/ New York 1996, ISBN 3-540-58060-3, S. 594–645.
  2. ↑ H. Kohler: Biowäscher zur Minimierung von organischen gasförmigen Emissionen - Stand der Entwicklungsarbeiten am Beispiel von Gießereiindustrie, Lackieranlagen, Fettschmelzen und Glasfaserproduktion. In: Geruchsstoffe: Quellen, Ausbreitung, Wirkungen, Olfaktometrie, technische und administrative Maßnahmen. VDI-Verlag, Düsseldorf 1985, ISBN 3-18-090561-1, S. 169–190.
  3. ↑ E. Schippert: Luftreinhaltung durch Absorption mit biologischer Regeneration der Waschflüssigkeit - theoretische Grundlagen und praktische Anwendung bei Dosenlackierung, Tierkörperverwertung, Schleifscheibenherstellung. In: Geruchsstoffe: Quellen, Ausbreitung, Wirkungen, Olfaktometrie, technische und administrative Maßnahmen. VDI-Verlag, Düsseldorf 1985, ISBN 3-18-090561-1, S. 147–168.
  4. Herwig Hulpke, Herbert A. Koch, Rudolf Wagner (Hrsg.): Römpp Lexikon Umwelt. Thieme Verlag, Stuttgart 1993, ISBN 3-13-736501-5, S. 114.
  5. ↑ Gabi Förtsch, Heinz Meinholz: Handbuch Betrieblicher Immissionsschutz. Springer Spektrum, 2013, ISBN 978-3-658-00005-9, S. 253–254.
  6. Michael Schultes: Abgasreinigung. Springer-Verlag, 1996, ISBN 3-540-60621-1, S. 218.
  7. Günter Baumbach: Luftreinhaltung. 3. Auflage. Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg/ New York 1993, ISBN 3-540-56823-9, S. 417.
  8. St. Schirz: Biologische Abluftreinigung. In: Ammoniak in der Umwelt. KTBL, 1990, S. 31.8–31.9.
  9. VDI 3896:2015-10 Emissionsminderung; Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität. Beuth Verlag, Berlin, S. 29.
  10. Siegfried Bajohr, Frank Graf: Biogasaufbereitung. In: Siegfried Bajohr, Frank Graf (Hrsg.): Biogas: Erzeugung - Aufbereitung - Einspeisung. Oldenbourg Industrieverlag, München 2011, ISBN 978-3-8356-3197-7, S. 158–159.
  11. Volker Kummer, Renate Haumacher, Werner Philipp, Reinhard Böhm: Untersuchungen zum Abscheideverhalten von Abluftreinigungsanlagen im Hinblick auf Bioaerosole. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 63 (2003) 9, S. 368–372.
  12. Walter Reineke, Michael Schlömann: Umweltmikrobiologie. Springer-Verlag, Berlin und Heidelberg 2015, ISBN 978-3-642-41764-1, S. 413.
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Ein Biowascher ist ein biologisch arbeitender Reaktor zur Reinigung von Abluft und Abgasen Er ist die Kombination eines physikalischen Gaswaschers mit einer biologischen Belebungseinheit in der Mikroorganismen die absorbierten Luftschadstoffe als Substrate verwenden und in diesem Nahrmedium Zellmasse aufbauen Im Gegensatz zum Biofilter einerseits bei dem die Mikroorganismen an ein Strukturmaterial gebunden sind und dem Biorieselbettreaktor andererseits bei dem sich auf Einbauten im Reaktor ein sogenannter biologischer Rasen bildet sind die Mikroorganismen beim Biowascher uberwiegend in der Waschflussigkeit suspendiert Die erste Patentanmeldung zur absorptiven Abluftreinigung mithilfe von Mikroorganismen erfolgte 1934 1 Der Einsatz von Biowaschern wurde seit Anfang der 1940er Jahre im halbtechnischen Massstab erprobt und durchgefuhrt 2 Schwerpunkt war dabei die Intensivtierhaltung Die erste grosstechnische industrielle Anwendung erfolgte gegen Ende der 1970er Jahre 2 Inhaltsverzeichnis 1 Verfahrensgrundlagen 2 Anwendungsgebiete 3 Literatur 4 EinzelnachweiseVerfahrensgrundlagen Bearbeiten nbsp Verfahrensschema Biowascher A Absorber B Regenerierreaktor C AbsatzsetzbeckenDas zu reinigende Abgas 1 durchstromt den Absorber von unten nach oben und verlasst ihn als sogenanntes Reingas 2 Waschflussigkeit 3 wird zum grossen Teil im Kreislauf durch den Regenerierreaktor gefahren Dabei erganzt Frischwasser 4 den Teil der Waschflussigkeit der als Abwasser 5 ausgeschleust wird Ebenso wird ein Teil der Biomasse die sich im Absatzsetzbecken sammelt ausgeschleust 6 Bei der biologischen Gaswasche erfolgt zunachst die Absorption der abzureinigenden Luftschadstoffe die im Anschluss durch im Reaktor suspendierte Bakterien biochemisch umgesetzt werden sodass idealerweise aus den absorbierten Kohlenwasserstoffen Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht 3 Durch den biologischen Abbau der gelosten Schadstoffe wird verhindert dass das Loslichkeitsgleichgewicht fur das Reinigungsergebnis bestimmend wird Die Schadstoffe dienen den Bakterien als Kohlenstoffquelle Andere fur das Bakterienwachstum essentielle Nahrstoffe mussen der Waschflussigkeit zugegeben werden Daruber hinaus muss eine Moglichkeit vorgesehen werden Saure und Lauge zu dosieren um einen fur das Bakterienwachstum optimalen pH Wert einzustellen Die Regeneration der Waschflussigkeit erfolgt durch den biologischen Abbau der absorbierten Inhaltsstoffe 4 Ein Biowascher setzt sich in der Regel aus den Einheiten Absorber Regenerierreaktor und Absetzbeckenzusammen Als Apparate fur den Absorber stehen grundsatzlich Kolonnen oder Wascher zur Verfugung In der Praxis handelt es sich meist um Strahl Venturi oder Spruhwascher 5 Fur den Absorber bei der Biowasche gelten prinzipiell die gleichen Anforderungen wie bei der physikalischen Wasche Durch Schaffung einer moglichst grossen Phasengrenzflache und einer moglichst langen Verweilzeit soll den Luftschadstoffen Gelegenheit gegeben werden in die flussige Phase zu gelangen Idealerweise sind die Mikroorganismen in der Waschflussigkeit suspendiert es kommt jedoch bei technischen Absorbern auch zur Bildung eines biologischen Rasens an den Einbauten Dem Absorber ist der Regenerierreaktor nachgeschaltet Er dient dazu die Waschflussigkeit wieder zu ertuchtigen und entspricht dem Belebungsbecken in der Abwasserreinigung Die Zugabe von Sauren oder Laugen zur Einhaltung eines optimalen pH Werts erfolgt in der Regel im Regenerierreaktor Bei einem hinreichend grossen Absorbersumpf und leicht abbaubaren Substanzen ist ein Regenerierreaktor nicht zwingend erforderlich Sind die absorbierten Luftschadstoffe hingegen schwer abbaubar so bedingt die notwendige langere Verweilzeit dieser Stoffe in der wassrigen Phase einen Regenerierreaktor 6 Das Absetzbecken dient dazu Biomasse zuruckzuhalten und somit die Leistungsfahigkeit des Biowaschers zu gewahrleisten Uberschussige Biomasse und ein Teil der Waschflussigkeit werden aus dem Absetzbecken ausgeschleust und sind zu entsorgen Sofern im Absorber keine fur die Mikroorganismen ausreichende Sauerstoffversorgung erfolgt ist diese mittels aktiver Beluftung im Absetzbecken sicherzustellen 5 Das Baumaterial der einzelnen Wascherkomponenten muss sowohl gegen flussigkeitsseitige als auch gegen gasseitige chemische Beanspruchung bestandig sein 1 Dazu eignen sich Beton Kunststoff und Stahl Zu einer optimalen Behandlung im Biowascher soll die Abgastemperatur zwischen 5 C und 60 C liegen Auf die Mikroorganismen toxisch wirkende Stoffe durfen nicht im Abgas vorhanden sein 7 Konzentrations und Temperaturschwankungen im Abgas sind zu vermeiden 8 Biowascher konnen sowohl kontinuierlich als auch im Chargenprozess eingesetzt werden Bei langeren Stillstandszeiten ist die Aktivitat der Mikroorganismen durch externe Substratzufuhr zu gewahrleisten Anwendungsgebiete BearbeitenDas bevorzugte Anwendungsgebiet von Biowaschern liegt bei Luftschadstoff Konzentrationen bis zu einigen 100 mg m3 bei ausreichender Wasserloslichkeit der Schadstoffe Mit Biowaschern kann beispielsweise Abluft aus lebensmittelverarbeitenden Betrieben Giessereien Klaranlagen Lackierbetrieben und Tierkorperverwertungsanlagen behandelt werden 3 Zu den Abluftinhaltsstoffen die gut durch Biowascher entfernt werden konnen zahlen beispielsweise Vertreter der Stoffgruppen Aldehyde Alkohole Carbonsauren Carbonsaureester und Phenole Auch fur die Entschwefelung von Biogas werden Biowascher eingesetzt 9 Zur Einspeisung des Biogases in das Erdgasnetz sind die erreichten Schwefelgehalte in der Regel aber noch zu hoch sodass in solchen Fallen eine Fein Entschwefelung erfolgen muss 10 In einer Untersuchung zur Minderung von Bioaerosolen konnte die Wirksamkeit einer Kombination Biowascher Biofilter hinter einer Bioabfallbehandlungsanlage nachgewiesen werden 11 Im Vergleich zu Biofiltern weisen Biowascher grossere Abbauleistungen pro Reaktorvolumen auf sind aber storanfalliger bei wechselndem Abluftanfall 12 Literatur BearbeitenVDI 3478 Blatt 1 2011 03 Biologische Abgasreinigung Biowascher Biological waste gas purification Bioscrubbers Beuth Verlag Berlin Inhaltsverzeichnis Kurzreferat Klaus Fischer Biologische Abluftreinigung Anwendungsbeispiele Moglichkeiten und Grenzen fur Biofilter und Biowascher Expert Ehningen bei Boblingen 1990 ISBN 3 8169 0428 9 Einzelnachweise Bearbeiten a b Klaus Fischer Franjo Sabo Abscheidung gasformiger Schadstoffe durch biologische Reaktionen In Heinz Brauer Hrsg Handbuch des Umweltschutzes und der Umweltschutztechnik Band 3 Additiver Umweltschutz Behandlung von Abluft und Abgasen Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 1996 ISBN 3 540 58060 3 S 594 645 a b H Kohler Biowascher zur Minimierung von organischen gasformigen Emissionen Stand der Entwicklungsarbeiten am Beispiel von Giessereiindustrie Lackieranlagen Fettschmelzen und Glasfaserproduktion In Geruchsstoffe Quellen Ausbreitung Wirkungen Olfaktometrie technische und administrative Massnahmen VDI Verlag Dusseldorf 1985 ISBN 3 18 090561 1 S 169 190 a b E Schippert Luftreinhaltung durch Absorption mit biologischer Regeneration der Waschflussigkeit theoretische Grundlagen und praktische Anwendung bei Dosenlackierung Tierkorperverwertung Schleifscheibenherstellung In Geruchsstoffe Quellen Ausbreitung Wirkungen Olfaktometrie technische und administrative Massnahmen VDI Verlag Dusseldorf 1985 ISBN 3 18 090561 1 S 147 168 Herwig Hulpke Herbert A Koch Rudolf Wagner Hrsg Rompp Lexikon Umwelt Thieme Verlag Stuttgart 1993 ISBN 3 13 736501 5 S 114 a b Gabi Fortsch Heinz Meinholz Handbuch Betrieblicher Immissionsschutz Springer Spektrum 2013 ISBN 978 3 658 00005 9 S 253 254 Michael Schultes Abgasreinigung Springer Verlag 1996 ISBN 3 540 60621 1 S 218 Gunter Baumbach Luftreinhaltung 3 Auflage Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 1993 ISBN 3 540 56823 9 S 417 St Schirz Biologische Abluftreinigung In Ammoniak in der Umwelt KTBL 1990 S 31 8 31 9 VDI 3896 2015 10 Emissionsminderung Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualitat Beuth Verlag Berlin S 29 Siegfried Bajohr Frank Graf Biogasaufbereitung In Siegfried Bajohr Frank Graf Hrsg Biogas Erzeugung Aufbereitung Einspeisung Oldenbourg Industrieverlag Munchen 2011 ISBN 978 3 8356 3197 7 S 158 159 Volker Kummer Renate Haumacher Werner Philipp Reinhard Bohm Untersuchungen zum Abscheideverhalten von Abluftreinigungsanlagen im Hinblick auf Bioaerosole Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft Band 63 2003 9 S 368 372 Walter Reineke Michael Schlomann Umweltmikrobiologie Springer Verlag Berlin und Heidelberg 2015 ISBN 978 3 642 41764 1 S 413 Normdaten Sachbegriff GND 4217832 0 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Biowascher amp oldid 221521198