Projekt 21479/01

Hocheffiziente Abscheidung von Stäuben und Geruchstoffen mittels eines neuen Bio-Elektrischen Geruch-Abscheiders (BEGA)

Projektdurchführung

Junker-Filter GmbH
74889 Sinsheim

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Geruchsstoffe und Stäube werden oft gemeinsam emittiert. In diesem Fall werden zur Reinigung des Gases zweitstufige Anlagen eingesetzt. Das Prinzip der bio-elektrischen Gasreinigung macht es möglich eine Abscheidung von Stäuben und Gerüchen in einem Schritt zu realisieren. Dabei entstehen Synergieeffekte wie die Verbesserung des Stoffaustausches durch den elektrischen Wind, der biologische Ab-bau der Gerüche über das im Elektroabscheider entstehende Ozon. Das Ziel des Projektes ist die Erarbeitung von Auslegungsgrundlagen für den bio-elektrischen Abscheider bis zur Entwicklung eines Prototyps und anschließender Erprobung des Prototyps unter industriellen Bedingungen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Elektroabscheider entstehen Nebeneffekte, die bei der herkömmlichen Staubabscheidung nicht wahr genommen werden wie zum einen der elektrische Wind (eine Quervermischung, die durch die im elektrischen Feld bewegenden Ionen und Partikel verursacht wird) und zum anderen die Entstehung von Ozon während der Corona-Entladung (bei negativer Polarität bis zu 10 mal mehr als bei positiver). Dies sind die zugrundeliegenden Grunderkenntnisse, nach denen der bio-elektrischen Geruchs-Abscheider (BE-GA) entwickelt wurde. Die Vorversuche zeigten, dass der elektrische Wind in die Gasströmung, welche als poröse Schüttung als Niederschlagselektrode des Elektroabscheiders ausgelegt ist, eindringt und zur Quervermischung zwischen Elektroabscheider-Kanal und Schüttungs-Kanal beiträgt. Die poröse Nieder-schlagselektrode kann als Träger für Biofilm verwendet werden (wie in einem Bio-Rieselbettreaktor). Dadurch entsteht eine einstufige Anlage, in der Stäube und Gerüche simultan abgeschieden werden können. Die Grunduntersuchungen bringen Erkenntnisse über die Vermischung zwischen Elektroab-scheider und Bio-Rieselbettreaktor-Kanal. Als Untersuchungsmethode wurde eine Tracer-Messung verwendet. Es wurde Untersuchungen zum Abbau von VOCs über das im Elektroabscheider entstehende Ozon durchgeführt. Durch analytische Messungen der VOC-Konzentration (mittels FID-Analysator) konnte nachgewiesen werden, dass im Elektroabscheider gasförmige Komponenten abgebaut werden. Der klassische Bio-Rieselbettreaktor zeichnet sich durch hohe Abbauleistungen aus. Oft kommt es dort jedoch zum Verstopfen des Betts durch die überschüssige Biomasse. Die Erarbeitung einer Strategie zum Biomasseaustrag wurde durchgeführt. Der nächste Arbeitsschritt waren die Messungen zur Keim-belastung des Reingases. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden beim Bau des Prototyps umgesetzt. Der Prototyp wurde unter Labor- und Industriebedienungen getestet.


Ergebnisse und Diskussion

Die Tracer-Untersuchungen haben bewiesen, dass der elektrische Wind die Verweilzeitverteilungen im BEGA verändert. Durch den elektrischen Wind wird die Verweilzeit im Reaktor vergrößert, was einen positiven Einfluss auf den biologischen Abbau im Bio-Rieselbettreaktor hat. Gleichzeitig wächst die Beaufschlagung des Bio-Rieselbettreaktors mit Geruchstoffen (die mittlere Konzentration der Geruchstoffe im Bio-Rieselbettreaktor). Die Polarität der Corona-Entladung hat keinen eindeutigen Einfluss auf die Vermischungseffekte.
Die Geruchstoffe (sie können als VOCs betrachtet werden) werden im Elektroabscheider über Ozon abgebaut. Hierbei laufen die Reaktionen über zwei Mechanismen ab: Ozonolyse und Oligomerisationsreaktionen. Über Ozonolyse werden die Komponenten mineralisiert (bis CO2, CO, H2O) und über Oligomerisation werden Partikel gebildet, die nachfolgend im Elektroabscheider abgeschieden werden. Es wurden zwei Betriebsweisen des Elektroabscheiders untersucht: trocken und nass. Die besten Abscheidegrade (bis zu 100%) werden bei der negativen Polarität im trockenen Elektroabscheider erreicht.
Als eine Methode zum Austrag der überschüssigen Biomasse bestätigte sich die mechanische Abreini-gung mittels Wasserstrahlen. In der Verbindung mit der Überwachung der Masse konnte man ein Gleichgewicht zwischen der Zunahme und dem Austrag der Biomasse erzielen.
Die Messungen zur Keimbelastung des Reingases zeigten, dass durch die BEGA-Anlage bei bestim-mungsgemäßen Betrieb keine erhöhte sekundäre Emission von Bakterien oder Schimmelpilzen verur-sacht wird.
Die gewonnenen Erkenntnisse wurden bei der Entwicklung des Prototyps verwendet. Der Prototyp wur-de in drei technischen Varianten gebaut. Diese Varianten werden als BEGA Scheiben, BEGA Trommel und BEGA Packung bezeichnet. Alle Anlagen sind modular aufgebaut. Sie unterscheiden sich durch unterschiedlich ausgelegte Schüttungen/Packungen und Sprühelektroden. Eine Folge ist ein unterschiedliches Verhältnis der Austauschfläche zwischen Schüttung und Elektroabscheider. Die Varianten wurden im Labor hinsichtlich der Abscheideleistung und der Störungsanfälligkeit getestet. Die besten Abscheide-leistungen wurden mit dem Prototyp BEGA Scheiben erzielt: Abbauleistung von VOCs bis 2x105 mg/m3h und Staubabscheidung von über 99%. Die Variante BEGA Packung bestätigte sich als sehr robuste Konstruktion mit guten Abscheideleistungen, die letztendlich als Grundlage des Verfahrens gewählt wurde.
Die industriellen Tests wurden bei folgenden drei Verfahren getestet: Ethanolherstellung, Getreideverarbeitung und Holzverarbeitung. Es wurden die Abbauleistung der realen Geruchstoffe und die industrielle Tauglichkeit des Prototyps gestestet. Geruchsabscheidung wurde mit analytischen und olfaktometrische Methoden gemessen. Die analytischen Messungen brachten Abscheidegrade für VOCs von 75%. Die Olfaktometrie wies eine Abscheidung von Geruchstoffen bis 90% (bei einer Rohgas-Geruchskonzentration von 18.000 GE/m3) nach. Ein interessantes Ergebnis brachten Tests, bei denen die olfaktometrische Messungen jeweils für den ein- und ausgeschalteten Zustand des Elektroabschei-der durchgeführt wurden. Beim Zustand mit eingeschalteten Spannung (Betriebszustands des BEGAs) wurden weitere 60% der Gerüche im Vergleich zur Anlage mit ausgeschalteter Spannung (nur Bio-Rieselbettreaktor aktiv) abgebaut.
Mit der Entwicklung und Erprobung des Prototyps für Volumenströme bis zu 2.000 m3/h wurde das Projekt erfolgreich abgeschlossen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die im Projekt gewonnenen Ergebnisse wurden fortlaufend während VDI-GVC-Fachausschüsse Gasreinigung im Jahr 2004, 2006, 2007, 2008, PARTEC 2007 als Vorträge, während der ACHEMA und der Woche der Umwelt im Jahr 2007 auf dem Stand der Antragsteller Fa. Junker-Filter GmbH und in der Fachzeitschrift Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft im Mai 2008 präsentiert.


Fazit

Das Prinzip der bio-elektrischen Gasreinigung wurde im Laufe des Projekts durch Versuche bestätigt. Anhand der gewonnenen Grundkenntnisse wurde der Prototyp des bio-elektrischen Geruchs-Abscheiders BEGA entwickelt. BEGA wurde unter industriellen Bedienungen getestet. Es wurden mit der Prototypanlage, welche für Volumenströme bis zu 2.000 m3/h ausgelegt ist, Abscheidungen bis zu 90% für Stäube und 80 bis 90% für Gerüche erzielt.