Projekt 07778/01

Modulares Biofiltersystem mit textilem Trägermaterial

Projektdurchführung

Reinluft Umwelttechnik Ingenieurgesellschaft mbH
Immenhofer Str. 22
70180 Stuttgart

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Hochleistungsbiofiltersystems mit einem auf Textilien basierenden, neuartigen Filtermaterial. Die Leistungsfähigkeit des neuen Systems zur Reinigung schadstoffhaltiger Abluft wird in einem direkten Vergleich konventionelles Biofilter und BioFilTex untersucht.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde in zwei Teilphasen aufgeteilt. In der ersten Versuchsphase wurden die Hardware entwickelt sowie der textile Träger entworfen und hergestellt. Anschließend erfolgte die Erprobung der Leistungsfähigkeit des Systems unter Modellbedingungen. Im ersten Schritt wurden die allgemeinen strömungsmechanischen Parameter ermittelt. Anschließend wurden definierte Belastungsversuche durchgeführt. Hierfür wurden Mikroorganismen auf zwei Leitsubstanzen (Butylacetat u. Xylol) adaptiert und auf dem Trägermaterial immobilisiert.

Das System wurde mit verschiedenen Mischungsverhältnissen der Substanzen, verschiedenen Gesamtkohlenstoff-Konzentrationsstufen und verschiedenen Durchströmungen getestet. In dieser Projektphase wurden die wesentlichen Betriebsparameter für das System für die folgende Projektphase, der Betrieb unter Industriebedingungen festgelegt. Hier wurden die vorab ermittelten Betriebsparameter überprüft, sowie das System unter produktionsbedingten Belastungsschwankungen mit verschiedenen Durchströmungsmengen getestet. Die Leistungsfähigkeit wurde über eine on-line FID-Messung, sowie olfaktometrische Untersuchungen ermittelt. Des weiteren erfolgten in regelmäßigen Abständen die Beprobung des Kreislaufwassers des BioFilTex auf pH-Wert, Leitfähigkeit, Nährsalzgehalt, CSB/BSB5. Die Referenzbiofilter wurden im gleichen Maße untersucht und beprobt.


Ergebnisse und Diskussion

Aufgrund des direkten Vergleiches der beiden Systeme, Biofilter und BioFilTex, kann man letzterem eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit bescheinigen. Diese konnte sowohl bei Konzentrationserhöhungen sowie der Erhöhung der Durchströmungsgeschwindigkeit festgestellt werden. Aufgrund der besseren Struktur des BioFilTex sind dabei auch Volumenbelastungen von den hier erprobten 650 m3/m2*h Abluft mit einem guten Wirkungsgrad und vertretbarem Energieaufwand abzureinigen. Dies beruht auf dem vergleichsweise sehr niedrigen Druckverlust des bewachsenen textilen Trägers. Weist ein Biofilter bereits bei 300 m3/m2*h einen Druckverlust von ca. 500 Pa auf, so beträgt der Druckverlust des Textils ca. 100 Pa bei der > 500 m3/m2*h.
Bezüglich der Elminationsleistungen zeigte das BioFilTex-System mit bis zu 45 gC/m3*h deutlich höhere Abbauleistungen als das Biofilter mit dem maximal 16,5 gC/m3*h Abbau erreicht werden konnten. Bei diesen Eliminationsleistungen lag der Wirkungsgrad des BioFilTex im Schnitt immer 20 % über dem des Biofilters. Bei der Geruchselimination konnten für ein Biotricklingfilter überraschende Werte erreicht werden. Aus diesem Grunde wurde hier im weiteren Projektverlauf in der Projektphase 2 ein wesentliches Augenmerk gerichtet. Das BioFilTex erreichte im Verlauf des Versuches von der Volumenbelastung unabhängige Geruchseliminationsraten von >70 %. Damit wird zwar das Biofilterniveau (ca. 85 %) nicht erreicht, aber nur geringfügig unterschritten.
Auch die stofflichen Untersuchungen CSB und BSB5 an dem neuen BioFilTex zeigten, dass die gemessenen Eliminationsleistungen auf einem tatsächlichen Abbau beruhen. In sich zeigte sich die etablierte Mikroflora auf dem Textil als sehr stabil gegen äußere Einflüsse. Sowohl die mechanischen Eingriffe bei den Abreinigungen der überschüssigen Biomasse, sowie der zeitweise Entzug von Nährstoffen aus dem System zeigten nur geringe und kurzanhaltende Einwirkungen auf die Biozönose. Auch bei höheren Be-lastungen erholte sich das System binnen weniger Tage ausgesprochen schnell. Damit zeigt das System auch eine hohe Sicherheit gegen Störeinflüsse. Auch plötzliche pH-Wert-Veränderungen, wie Sie bei den alternativen Abreinigungsversuchen angewendet wurden, konnten die etablierte Biomasse nicht weiter beeinflussen. Eine aktive pH-Wert Korrektur hätte in diesem Fall einen immensen Einsatz an Säure bedeutet und wurde deshalb verworfen.
Zum Ende der Projektphase veränderte sich die Morphologie der Biomasse erheblich. Es bildeten sich zunehmend stabile Strukturen aus, die nur schwer abgereinigt werden konnten und ein manuelles Nacharbeiten erforderten. Die dadurch bedingte schlechtere Durchströmung des Filterkörpers führte aber trotz der gegen Ende hin deutlichen Steigerungen der Belastung nicht zu einem signifikanten Einbruch der Abbauleistung im Filterkörper. Wesentliche Schwierigkeiten zeigten sich am Textil selber. Sowohl die Rahmenkonstruktionen als auch das Trägermaterial zeigten gewisse Ermüdungserscheinungen gegen Ende des Versuches. Aufgrund der Belastung brachen einzelne Rahmenelemente. Des weiteren dehnte sich das gewählte Trägerband und führte zu einem Durchhängen des Textils. Dies hat bei der gewählten horizontalen Durchströmung keinen wesentlichen Einfluß auf die Durchströmung des Filterkörpers, bedeutet aber erhebliche Schwierigkeiten bei der Abreinigung des Textils.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Begleitend zu den Arbeiten wurden die Pilotanlage, auf der Umwelttechnik Süd-Messe 1996 in Stuttgart, sowie die Ergebnisse auf verschiedenen Symposien und Messen vorgestellt. U. a. wurden Poster auf der DECHEMA-Jahrestagung 1996 und 1997 in Darmstadt, sowie der BioTechnika 1997 ausgehängt. Des weiteren wurden Vorträge zu diesem Thema bei dem Symposium der Vereinigung Lucht 1998, dem VDI-Symposium Abluftreinigung 1999, beim VDI-Bildungswerk 1999, sowie einer Veranstaltung der Fraunhofer-Gesellschaft zum Thema Biologische Abluftreinigung 1999 gehalten.
Kontaktadressen: Reinluft Umwelttechnik Ingenieurgesellschaft mbH, Immenhofer Str. 22, 70180 Stuttgart; Strähle & Hess GmbH, Im langen Löchle 4, 75382 Althengstett


Fazit

Generell haben sich die Erwartungen an das erprobte BioFilTex-System bezüglich der Eliminationsleistungen erfüllt. Im direkten Vergleich zu einem Biofilter wurden ohne Einschränkungen bessere Leistungsgrade erreicht. Auch bezüglich der Geruchsminderung konnten für einen Biotricklingreaktor vergleichsweise gute Geruchseliminationsraten festgestellt werden. Das System zeigte sich gegenüber Störungen im Betrieb, sehr widerstandsfähig. Erst nach Lösung der ausreichenden und dauerhaften Akkumulation von Biomasse auf dehnungsbelasteten Textilien durch konstruktive Veränderungen erscheint eine großtechnische Realisierung eines Reaktors als sinnvoll. Entsprechende Lösungsansätze werden derzeit entwickelt.