Projekt 02940/01

Entwicklung und Bau von Biofilteranlagen im Baukastensystem unter Verwendung von Serienprodukten aus dem Behälterbau Entwicklungs- und Demonstrationsprojekte mit dem Ziel der Reinigung fetthaltiger Abgase aus gewerblichen Betrieben und Abluft aus der Ge

Projektdurchführung

Christian-Albrechts-Universität zu KielInstitut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik
Olshausenstr. 40
24118 Kiel

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projektes war, Biofilter nach dem Baukastenprinzip aus Serienprodukten des Behälterbaus und vorgefertigten Standardkomponenten herzustellen, die den Mikroorganismen im gesamten Filter ideale Lebensbedingungen garantieren. Anlaß des Vorhabens waren Messungen an bestehenden Anlagen. Ungleichmäßige Durchströmung und konstruktionsbedingte Befeuchtungsmängel führten zu Feuchtenestern neben stark ausgetrockneten Filterbereichen. Sie waren Ursache für ungenügende Wirkungsgrade bei Geruchs- und Schadstoffabbau und Anlaß für Beschwerden der Nachbarschaft und auch des Anlagenbetreibers.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAn Modellbiofiltern, aufgebaut wie in der Richtlinie VDI 3477 beschrieben. wurde die Durchströmung bei verschieden Filtermaterialien untersucht und dabei eine sehr ungleichmäßige Filterflächenbelastung festgestellt. Durch Einbau von Luftleiteinrichtungen konnte zwar eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse erreicht werden, das Ergebnis war aber insgesamt immer noch unbefriedigend.
Gekapselte Bauweise, Down - Stream - Luftführung, mittig angebrachter Gegenstromluftwäscher mit Füllkörpern, der die konditionierte Rohluft gegen die Behälterdecke leitet, so daß über dem eigentlichen Filter sich ein Druck aufbauen kann, führten zur gleichförmigen Filterdurchströmung.
Zwei Anlagen im halbtechnischen Maßstab nach diesem Prinzip erstellt reinigten die Abluft aus einem Mastschweinestall und das Abgas einer Ölmühle. In regelmäßigen Intervallen wurden Geruchsstoff-, organischer Kohlenstoff- und Ammoniakabbau im Abgas am Schweinestall sowie Geruchsstoff- und organischer Kohlenstoffabbau im Abgas der Ölmühle bestimmt. Parallel wurden Temperatur und rel. Luftfeuchte in der konditionierten Rohluft gemessen. Materialproben, an verschiedenen Stellen in monatlichem Abstand gezogen, wurden zur Überprüfung der gleichmäßigen Filterbefeuchtung im Labor auf den Wassergehalt hin untersucht.
Weiterhin wurden im Labor zwei Meßvorrichtungen entwickelt und gebaut, mit denen man das Porenvolumen sowie Wasserab- und -desorption des Filtermaterials bestimmen kann. Beide Materialkennwerte sind bei Kenntnis der Abluft- und Betriebscharakteristika für die Materialauswahl bedeutsam. Nach einer Formel von Beiß (1977) der N-Bedarf der Zuckerrübe beim Maximalertrag abgeschätzt.


Ergebnisse und Diskussion

Durchströmungsmessungen an existierenden Biofilteranlagen mit rechteckigem Grundriß und Rohlufteintritt an einer Stirnseite zeigten ein typisches Durchströmungsprofil. Die Filterflächenbelastung (gemessen in m³ Abluft pro m² Filterfläche mal Stunde (m³/(m²*h)) steigt vom Einlaß aus gesehen an und erreicht nach zwei Dritteln der Filterlänge ihren Höchstwert. Zu den Seiten hin fällt sie ebenfalls ab. Die ungleichmäßige Durchströmung vieler Anlagen hat eine geringe Ausnutzung des Abbaupotentials zur Folge.
Variationen in der Filtermaterialschütthöhe sowie der Einbau von Luftleiteinrichtungen bei den Versuchsbiofiltern erzielten eine gleichmäßigere Durchströmung, allerdings beeinträchtigt von der Luftrate. Es wurde deshalb ein Anlagenkonzept entwickelt, das die gleichmäßige Durchströmung bei unterschiedlichen Luftraten garantiert. Es zeigt folgenden Aufbau. Die Biofilteranlage ist zylindrisch aufgebaut. Die Abluft wird der mittig angeordneten Abluftkonditionierung, ausgeführt als Gegenstromfüllkörper- oder -freistromwäscher, bodennah zugeleitet. Sie durchströmt diese und gelangt in den Druckraum über dem eigentlichen Biofilter, der ringförmig um die Abluftkonditionierung konstruiert ist. Es baut sich ein Staudruck auf, der bewirkt, daß die konditionierte Rohluft nicht aufgrund der Luftströmung, sondern wegen des Druckgefälles zur Umgebung das Filtermaterial durchströmt. Die Deckenkonstruktion des Druckraumes wurde dabei so ausgeführt, daß keine Strahlungsströmung auftritt. Es handelt sich folglich um ein Anlagenkonzept, das nach dem Down - Stream - Verfahren arbeitet.
Um die verschiedenen Filtermaterialien, die inzwischen Verwendung bei Biofiltern finden, auf ihre Eignung hin zu untersuchen, wurden Anlagen zur Bestimmung der Porosität und der Materialgleichgewichtsfeuchte entwickelt und gebaut. Es lassen sich zwei Filtermaterialtypen definieren, nämlich solche Materialien, bei denen besonders im Bereich * * 90 % die Materialfeuchte in Abhängigkeit zur Luftfeuchte überproportional ansteigt (z. B. Fasertorf), und solche, bei denen trotz steigender Luftfeuchte die Materialfeuchte relativ konstant bleibt (z.B. Kokosfasern). Letztere sind eigentlich vorzuziehen, da schwankende Feuchte der konditionierten Rohluft die Bedingungen für die schadstoffabbauenden Mikroorganismen kaum verändert, bei Betriebsstörungen folglich innerhalb kurzer Zeit wieder stabile Bedingungen vorliegen. Leider ist die Materialfeuchte mit ca. 20 % gering. Da Schadstoffe jedoch erst im Wasser absorbiert werden müssen, bevor sie abgebaut werden können, ist auch die Schadstoffabsorptionskapazität gering. Bei stoßweise hoher Belastung kommt es daher zum Filterdurchbruch. Der andere Materialtypus weist hingegen Gleichge-wichtswerte in dem interessierenden Bereich * > 95 % > 40 % H2O auf. Um positive Eigenschaften beider Materialtypen zu nutzen, fand deshalb bei den Versuchsanlagen ein Gemisch aus beiden als Filtermaterial Verwendung.
Die hohe Effizienz des neuen Konzeptes erlaubt, die Filterfläche mit einem wesentlich höheren Luftstrom zu belasten. Das senkt Investitionsbedarf und Kosten. Ein Versuchsbiofilter an einem Mastschweinestall reinigte die Abluft mit stark wechselnden Abluftraten, jedoch geringer Schad- und Geruchsstoffbelastung. Es wurde nach einer Anlaufzeit von 30 Tagen stets ein Wirkungsgrad beim Geruchsstoffabbau * > 90 % erreicht. Ein zweiter Versuchsfilter reinigte die Abluft einer Ölmühle. Es wurden Reinigungsleistungen beim Geruch von * = 70 - 80 % erreicht. Das Abgas wurde lediglich entfettet, jedoch nicht klimatechnisch auf eine konstante Temperatur eingestellt, Werden beide Bedingungen erfüllt, erreicht der Wirkungsgrade * >> 95 %.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Konzept wurde auf Tagungen, in Beratungsgesprächen sowie in Publikationen der Öffentlichkeit vorgestellt, mit dem Hinweis: Gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt.
· Landtechnik - Seminar, Inst. f. Landw. Verfahrenstechnik Kiel 1995 : Systembiofilter
· BML - Arbeitstagung der Referenten Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen 26. - 28. März 1996, Technische Universität Dresden : Neue Biofilter als System
· Landtechnik 3/96, S.158-159 : Hochleistungsbiofilter
Weitere Veröffentlichungen in Fachzeitschriften, wie Entsorgungspraxis und Landtechnik sowie die Erstellung einer Dissertation sind geplant.


Fazit

Der entwickelte Biofilter mit zugehörigem Wäscher ist sehr gut geeignet Stallabluft (geringe Geruchsstoffkonzentration aber schwankende, z. T. hohe Abluftraten) und Abgase aus gewerblichen Betrieben (hohe Geruchsstoffkonzentration, konstanter Volumenstrom) zu reinigen. Er ist sicher in der Funktion, wenig sensibel gegenüber Staub, Fett und Klimaeinflüssen. Erfreulich wirkt sich der geringe Wartungsbedarf aus. Die gleichmäßige Durchströmung ermöglicht den Bau kompakter Anlagen. Dies senkt den Investitionsbedarf und folglich die Kosten.
Die Firma FARMATIC bietet somit einen verfahrenstechnisch optimierten und kostengünstigen Biofilter an.