Projekt 05408/01

Oxidative Abluftreinigungsanlage für Druckereien

Projektdurchführung

Bioclimatic GmbH
Im Niedernfeld 21
31542 Bad Nenndorf

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Aufgrund vieler heutzutage nur mit hohem Kostenaufwand verbundenen Möglichkeiten der Abluftentsorgung war die Zielsetzung die Entwicklung eines preiswerten Abluftreinigungssystems. Der konkrete Anlaß war die behördliche Auflage zur Emissionsbegrenzung für eine Druckerei in Hannover. Die dort errichtete Anlage diente als Testanlage während des gesamten Projektes. Desweiteren wurden neben der dort anfallenden Lösungsmittelzusammensetzung in der Abluft noch eine Vielzahl von anderen Schadstoffemissionen in anderen Betrieben auf deren Reduzierbarkeit hin getestet.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Wirkprinzip des zu entwickelnden Verfahrens basiert auf der Photooxidation der organischen Schadstoffkomponeten durch UV-Strahlung mit anschließender katalytischen Oxidation. Neben der gerätetechnischen Entwicklung der Anlage wurde ebenfalls ein Multisensorsystem entwickelt, welches spezifische Parameter wie Lufttemperatur oder Schadstoffgehalt erfaßt und zur Regelung bzw. Über-wachung des Abluftreinigungsprozesses genutzt werden kann.
Der photochemische Prozeß zur Oxidation bzw. Verbrennung von Schadstoffemissionen wurde durch die Spezifikation der Art der UV-Bestrahlung technisch kostengünstig umgesetzt und entwickelt.
In verschiedenen Arbeitsschritten wurden anhand mehrerer Versuchsanlagen das Verfahren auf Langzeitstabilität und Wirksamkeit gegen unterschiedliche Schadstoffzusammensetzungen getestet. Verschiedene Sensortypen wurden darüber hinaus mit der Pilotanlage bei der o. a. Druckerei getestet. Während der Versuche wurde ebenfalls eine kostengünstige und robuste UV-Bestrahlungseinheit entwickelt.
Neben dem Testbetrieb bei der Druckerei wurden Langzeitversuche zur Entsorgung von Lösungsmittelemissionen für Autolackierkabinen und zur Entsorgung von Geruchsemissionen aus biochemischen Prozessen durchgeführt. Wichtiges Kriterium bei durchgeführten Versuchen war eine eventuell spätere kostengünstige Realisierung des Abluftreinigungsverfahrens.


Ergebnisse und Diskussion

Effektive Photooxidationsreaktionen von Schadstoffen aus Abluftmengen lassen sich durch UV-Bestrahlung im UVC-Bereich erreichen. Wichtig ist dabei die gleichzeitige Ozonerzeugung. Ozon dient als Oxidationsmittel und unterstützt den Prozeß der Photooxidation. Als Schadstoffe lassen sich bevorzugt prinzipiell alle organische Substanzen abbauen, welche nur die Elemente C,H, und O enthalten und gasförmig in der Abluft gelöst sind. Als Katalysator hat Aktivkohle überzeugt, da Aktivkohle effektiv Ozon zersetzt und wesentlich billiger ist als andere Materialien.
Die Pilotanlage für die o.a. Druckerei wurde für den Dauerbetrieb nach Abschluß der Messungen übernommen. Die behördlichen Auflagen wurden erfüllt. Im Langzeitversuch von über einem Jahr hat die sich die dort entwickelte Technik als robust erwiesen. Die Kosten für die Realisierung lagen deutlich unter dem herkömmlicher Abluftreinigungssysteme. An dieser Anlage wurde ebenfalls das Mulitisensorsystem entwickelt, welches selbstverständlich für andere zu realisierenden Abluftreinigungsanlagen nach gleichem Prinzip übertragbar ist.
Das entwickelte Mulitsensorsystem wertet Daten von verschiedenen Sensoren aus und nutzt diese zur Überwachung und Regelung des Abluftreinigungsverfahrens. Gemessen werden können Lufttemperatur, Luftfeuchte, Druckverlust des Katalysators, Gehalt der Schadstoffe in Roh- und Reinluft, Strahlungsintensität sowie die Explosionsgrenzen von Lösungsmitteln. Je nach Bedarf können diese Parameter bei zu realisierenden Anlagen gemessen werden.
In einem Langzeitversuch zur Entsorgung von Lösungsmittelemissionen von Autolackierkabinen hat sich die Langzeitstabilität von Aktivkohle bestätigt. Nach 6 Monaten Betrieb lag die Sättigung lediglich bei 17 %. Gemessene FID-Werte des Gesamt-Kohlenstoff-Gehaltes von über 90% unmittelbar nach Inbetriebnahme sowie nach 6 Monaten belegen zudem die Funktionstüchtigkeit des Gesamtverfahrens. Für die Abluft bei Autolackierprozessen ist eine sorgfältige Vorfilterung erforderlich Farbnebel-Partikel die UV-Strahler verschmutzen könnten. Die mit FID-gemessene Rohluftbelastung lagen im Bereich von einigen hundert mg/m³.
Bei der Gestaltung einer geeigneten Anlagenbauform mußten nachfolgend genannte Bedingungen beachtet werden: Die Geometrie der Strahler ergibt einen optimalen Wirkungsgrad. Die Art der UV-Strahler setzt ein Maximum der Energie in Strahlung um und erreicht im Bereich von Lufttemperaturen von 15°C bis 40°C seinen bevorzugten Arbeitsbereich. Die Herstellung der entwickelten Bauform der Strahlereinheiten sowie die Montage der kompletten Abluftreinigungsanlagen geht möglichst einfach und schnell. Dazu werden die Strahlereinheiten sowie die Katalysatoren auf speziellen Einschubvorrichtungen in Klimaanlagen-Leerteile aus Stahl und Aluminium integriert. Dies ermöglicht zudem eine leichte Wartung.
Mit Abschluß des Entwicklungsprojektes wurde die Serienreife der Abluftreinigungsverfahrens erreicht. Anhand der Messungen in Versuchen und Langzeitversuche sind Dimensionierungstabellen für die Auslegung der Abluftreinigungsanlage in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter erstellt worden. Ebenso ist das System durch Abnahme der Technik für die Serienherstellung vorbereitet worden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Auf der Fachmesse Klima Süd in Stuttgart (19.03.-23.03.1996) wurde das neuentwickelte Abluftreinigungssystem erstmalig vorgestellt. Mit Prospekten und einer ausführlichen Beschreibung der Pilotanlage der o.a. Druckerei wurde für einen Einsatz bei potentiellen Kunden geworben. In einem Fachartikel erschienen im Journal für Oberflächentechnik 8/96, wurde das Verfahren ebenfalls beschrieben. Desweiteren wurde im Sommer 1996 eine große mobile Versuchsanlage fertiggestellt, mit der in Zukunft weiterhin bei Anwendern der Emissionsabbau demonstriert werden soll. Für die Metro-Handelskette konnten bis Ende 1996 insgesamt zwölf Abluftreinigungsanlagen nach diesem neuentwickelten Prinzip zum Abbau von Geruchsemissionen installiert und in Betrieb genommen werden.


Fazit

Der Anwendungsbereich des Abluftreinigungsverfahrens hat sich im Laufe des Projektes erweitert. Neben der eigentlichen Aufgabe, ein kostengünstiges Abluftreinigungssystem für Druckereien zu entwickeln, ist dieses Verfahren prinzipiell zum Abbau aller gasförmigen organischen Schadstoffe geeignet. Dies bedeutet Einsatzmöglichkeiten im Lebensmittelbereich, bei der Kunststoffherstellung und -verarbeitung, in Lackierereien ect.
In Zukunft soll das Verfahren noch erweitert werden für hohe Ablufttemperaturen bis 100°C. Auch soll ein besonders korrosionsbeständiger Anlagentyp entwickelt werden, der nur aus UV-resistenten Kunststoffen besteht. Darüber hinaus waren erste Versuche zum Abbau von anorganischen Stoffen wie Ammoniak und Schwefelwasserstoff sehr vielversprechend.