DE9304082U1 - Biofilter zur Reinigung von Luft - Google Patents

Description

Biofilter zur Reinigung von Luft

Die Erfindung betrifft ein Biofilter zur biologischen Reinigung von kontaminierter und/oder mit Geruchsstoffen beladener Luft mit integrierter Luftbefeuchtungseinrichtung, das eine Filterpackung aus organischem oder anorganischem Material enthält, auf dem Mikroorganismen angesiedelt sind. Diese nutzen die in der Abluft enthaltenen Schad- oder Geruchsstoffe für ihren Stoffwechsel, wodurch die Luftreinigung erreicht wird.

Im allgemeinen bestehen Biofilteranlagen aus einer Luftabsaugeinrichtung (Gebläse, Pumpe), die den Transport der zu filternden Luft zum Biofilter realisiert, einer Luftkonditionierungseinrichtung, die die zu filternde Luft für den biologischen Schadstoffabbau konditioniert (Einstellung der für den Schadstoffabbau limitierenden Faktoren wie Wassergehalt, pH-Wert und Nährstoffgehalt der Luft sowie deren Kühlung, Entstaubung und Entfettung) und dem Biofilter selbst, in dem der eigentliche biologische Schadstoffabbau durch die auf dem Trägermaterial angesiedelten und nach einer gewissen Einfahrphase an den Schadstoff adaptierten Mikroorganismen erfolgt. Als Trägermaterial kommen organische Substanzen wie HoIzrückstände und Rindenmulch, Torf oder Kompost (Firmenprospekt Kessler & Luch) oder/und anorganische Substanzen, wie geschäumte Glaskugeln (Firmenprospekt Seus Systemtechnik), Faservlies (DE 9 104 963) und getrocknetes poröses Backgut (DE 9 104 175) zum Einsatz. Eine bekannte Lösung (Firmenprospekt Kessler & Luch) nutzt Abrollcontainer ohne Dach als Filterbehälter, wobei am Boden des Containers ein Holzrost angeordnet ist, auf dem Rindenmulch lagert. Die Luft wird unterhalb des Holzrostes eingeblasen und verteilt über den gesamten Querschnitt durch die Rindenmulchpackung gedrückt. Zwischen die Luftabsaugeinheit und das Biofilter ist ein zylindrisches Luftbefeuchtungsmodul geschaltet, in das die Luft tangential eintritt, wodurch Stäube abzykloniert werden sollen und die staubfreie Luft über Düsen, durch die eine Pumpe Wasser vom Sumpf der Einrichtung versprüht, befeuchtet wird. Nachteilig bei dieser Anlage ist, daß aufgrund des nach oben offenen

Filterbehälters Luft nur durchgedrückt, aber nicht durchgesaugt werden kann. Das Besaugen ist aber zumindest in den Fällen besser, in denen physiologisch bedenkliche Verunreinigungen zu entfernen sind und man ein Polizeifilter auf Aktivkohlebasis nachschalten muß. Aus dem Biofilter tritt mit Feuchtigkeit nahezu gesättigte Luft aus. Die Aktivkohle darf aber nur mit Luft einer maximalen relativen Luftfeuchte von 50% beaufschlagt werden. Die Luft muß also getrocknet werden, zweckmäßigerweise durch Erwärmen. Beim Besaugen des Biofilters kann diese Temperaturerhöhung durch eine wärmeerzeugende Vakuumpumpe bzw. ein Gebläse übernommen werden. Ist jedoch diese Luftabsaugeinheit, wie im beschriebenen Fall, dem Biofilter vorgeschaltet, muß zusätzlich ein Kondensator zwischen Biofilter und Aktivkohlefilter geschaltet werden. Ein Besaugen ist aber bei der Kastenbauweise allein aus Steifigkeitsgründen problematisch, da die Druckfestigkeit gegen Unterdruck nur sehr gering ist, was selbstverständlich auch auf zu hohe Überdrücke zutrifft. Dem wird mit der Wabenbauform, einer Filtersäule über sechseckiger Grundfläche, etwas besser Rechnung getragen.
Die Wabenbauform wird auch von der Firma Braintech (Firmenprospekt) angewendet. Im Gegensatz zu den beiden erstgenannten Beispielen befindet sich bei dem Biofiltermodul dieser Firma die Luftbefeuchtungseinrichtung nicht extern, sondern innerhalb des Biofiltermoduls. Das hat zumindest den Vorteil, das das Kondensat bei übersättigter Luft wieder von selbst in den unter der Filterpackung befindlichen Wasserspeicher zurückfließen kann. Bei den zuerst beschriebenen Bauformen muß das Kondensat, daß auch infolge einer Querschnittserweiterung der Luftführung in den Biofilter ausfällt, zurückgeleitet werden. Das erfordert zusätzliche Armaturen und Wartungsaufwand.

Bei allen drei vorgestellten Varianten wird mit einer aktiven Luftbefeuchtung durch das Versprühen von Flüssigkeit über Düsensysteme mit Hilfe, einer Pumpe gearbeitet. Der erhöhte maschinentechnische Aufwand (Pumpe, Düsensysteme, evtl. Rührerund Dosiersysteme), aber auch der steuerungstechnische und Wartungsaufwand (Trockenlaufschutz für Pumpe, Feststoffilter vor Düsen) liegt dabei auf der Hand. Dementsprechend hoch sind die Kosten. Bei verschiedenen Biofiltermodulen erhöht sich dieser Aufwand noch dadurch, daß es keine zentrale Luftbefeuchtungs-

einrichtung gibt, jedes Modul besitzt eine eigene Versprüheinrichtung.

Eine zweckmäßige Bauform beschreibt DE 4 105 390 mit einem Kompaktbiofilter mit Filterbehälter und Filterrost für das Filtermaterial und einer Wassersole zum Konditionieren der Luft unter dem Filterrost. Die Luft wird über die Wasseroberfläche geführt. Diese einfache Methode reicht aber nicht immer aus, wenn die Luft mit ganz bestimmten, größeren Mengen von Wasser, Nährstoffen u.a. angereichert werden muß.

Das Prinzip der Abluftreinigung durch die Nutzung natürlicher Stoffwechselprozesse von Mikroorganismen ist eine zukunftsorientierte Alternativlösung zur Aktivkohleadsorption. Der Nachteil von Aktivkohlefiltern gegenüber Biofiltern ist darin zu sehen, daß bei ersteren lediglich eine Verlagerung des Schadstoffes aus der Luft an die Aktivkohle geschieht und damit das Entsorgungsproblem für die Schadstoffe bestehen bleibt. Mit Biofiltern werden die Schadstoffe in physiologisch unbedenkliche Stoffe, wie Kohlendioxid, Wasser und Biomasse, umgesetzt, das heißt: Die Schadstoffe werden vernichtet. Die Vorteile des Aktivkohlefilters gegenüber den Biofiltern liegen noch immer in ihrer hohen Sicherheit und in dem einfachen Apparateaufbau, verbunden mit einem Minimium an Meß-, Steuer- und Regeltechnik. Darauf gründen sich auch der niedrige Preis der Filterelemente sowie ein geringer Wartungsaufwand.

Der in Anspruch 1 dargelegten Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Biofilter in Modulbauweise mit den Vorteilen eines Aktivkohlefilters zu schaffen, insbesondere mit einer hohen Sicherheit in der Reinigungsleistung und mit niedrigen Herstellungskosten sowie geringen Wartungskosten durch einfachen apparativen Aufbau. Mit der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Luftkonditionierung passiv und automatisch. Durch die geneigte Mündung des Lufteintrittsstutzens auf die Oberfläche der Konditionierungslösung in Verbindung mit der Absaugung für die Injektordüse und der Anordnung unter der Filterpackung finden eine stetige Homogenisierung der Luftkonditionierungslösung und ein ständiger Rücklauf der Luftübersättigungsfeuchte statt, ohne daß Pumpen, Steuer-, Meß- und Regeleinrichtungen oder andere

Hilfsgeräte verwendet werden. Das ganze erfolgt passiv, also wartungsfrei und automatisch. Damit wird eine einfache Handhabung des Biofilters wie bei einem Aktivkohlefilter erreicht. Da auf jegliche aktive Bauelemente verzichtet wird, ist der Anschaffungspreis relativ niedrig und ähnlich dem von Einrichtungen mit Aktivkohlefiltern. Trotzdem bleiben die Vorteile eines Biofilters-Vernichtung der Schadstoffe anstelle ihrer Ansammlung- voll erhalten. Mit den Unteransprüchen wird darüber hinaus eine Optimierung des Wirkungsgrades des Biofilters erreicht. Außerdem gestattet die Erfindung die Verwendung des Biofilters sowohl im Druck-, wie auch im Saugbetrieb, wodurch eine hohe Flexibilität erreicht wird. Diese wird noch erweitert durch die Modulbauweise, so daß eine Biofilteranlage dem Anfall von Abluft angepaßt werden kann. Es lassen sich Biofilter beliebig parallel und/oder in Reihe schalten, wobei in jedem einzelnen Modul eine auf der Basis passiver Wasserzerstäubung funktionierende Luftbefeuchtungskammer integriert ist und dadurch keine separate Luftbefeuchtungseinrichtung notwendig ist.

Ein Ausführungbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen

Fig.l eine Seitenansicht des Biofiltermoduls, teilweise

geschnitten, und
Fig.2 ein Detail des Injektors.

Die beladene Abluft strömt im Aufstrom durch einen gasdichten rotationssymmetrischen Behälter 1, der in zwei Kammern unterteilt ist: Eine Filterkammer la und eine darunter liegende Konditionierungskammer Ib. Beide sind durch einen perforierten Boden 2, der die Filterpackung 3 mit den Mikroorganismen trägt, unterteilt. Der Luftstrom tritt durch einen seitlichen Lufteintrittsstutzen 4 am Kopf der Konditionierungskammer Ib ein und staut sich dort infolge des Druckverlustes an der darüber befindlichen Filterpackung 3. Dadurch durchströmt er die Filterpackung 3 gleichmäßig und tritt darüber durch einen Abluftstutzen 5 im Klappdeckel 6 am Kopf der Filterkammer la aus.
Vom Boden der Konditionierungskammer Ib, in der sich die für die Luftbefeuchtung, den Säuerungsgrad und das Nährstoffangebot verantwortliche Konditionierungslösung 10 befindet, führt eine

Saugleitung 7 geringer Nennweite (entsprechend der Injektorberechnung nach Bernoulli) direkt in den Lufteintrittsstutzen 4. Infolge der durch eine konische Querschnittsverengung 8 im Lufteintrittsstutzen 4 erzeugten Geschwindigkeitserhöhung entsteht in der Saugleitung 7, die am Rande des sich bildenden Strömungsprofils 9 mündet, ein Unterdruck, der die Konditionierungslösung 10 aus der Konditionierungskammer Ib in den Lufteintrittsstutzen 4 saugt (Injektorprinzip), wo sie durch den Luftstrom zerrissen und in Form fein verteilter Tropfen von der Luft mitgerissen wird. Zweckmäßigerweise ist die Querschnittsverengung 8 im Lufteintrittsstutzen 4 im Querschnitt variabel und im Verhältnis zur Mündung der Saugleitung verschiebbar. Um den Ausgang der Saugleitung 7 am Rande des Strömungsprofils 9 justieren zu können, ist die Saugleitung 7 in einer Leitungsdurchführung 14 vertikal verschiebbar und arretierbar gestaltet. Damit läßt sich die Menge der mitgerissenen Konditionierungslösung einstellen. Die Saugleitung 7 besteht vorzugsweise aus einem transparenten Schlauch, so daß sie gleichzeitig als Füllstandsanzeige dienen kann.

Die so ohne Zusatzeinrichtungen, wie Pumpen, zugleich befeuchtete und konditionierte Luft gelangt, nachdem sie in der Konditionierungskammer Ib über den gesamten Packungsquerschnitt verteilt wurde, in die Filterkammer la. Über einen Probenahmestutzen 11 können der pH-Wert und der Nährstoffgehalt der Konditionierungslösung 10 überwacht werden und bei Bedarf Wasser, Säuren, Laugen und Nährstoffe nachdosiert werden. Durch die Neigung des Lufteintrittsstutzens 4 auf die Flüssigkeitsoberfläche wird, infolge von Turbulenzen beim Auftreffen des Luftstromes auf die Flüssigkeitsoberfläche, eine Vermischung der Eintrittsluft mit der Konditionierungslösung 10 erreicht sowie eine stetige Bewegung der gesamten Konditionierungslösung 10 und dadurch eine automatische Homogenisierung der Konditionierungslösung 10 und gegebenenfalls eine Nachbefeuchtung der Luft, falls diese noch nicht gesättigt ist. Ein weiterer Stutzen 12 am Kopf der Konditionierungskammer Ib dient der Luftweiterleitung bei der Parallelschaltung mehrerer Biofiltermodule. Bei Reihenschaltung oder der Nutzung nur eines Moduls wird dieser Stutzen 12 abgeblindet. In diesem Fall kann dieser Stutzen 12 statt zur Weiterleitung von Luft zur Nachdosie-

rung von Konditionierungslösung 10 genutzt werden. Der Stutzen 12 hat eine wesentlich, wenigstens um die Hälfte kleinere Nennweite als der Lufteintrittsstutzen 4, um zu verhindern, daß der Druckverlust über die Packung des ersten Filters zu groß wird und sich eine Vorzugsströmung über das zweite Filter ausbildet.

Nach dem Durchtritt der kontaminierten Luft durch den Siebboden 2 und ihrem Eintritt in die Filterkammer la erfährt sie infolge einer Querschnitserweiterung 13 eine Verringerung der Geschwindigkeit und eine Druckminderung, wodurch übersättigter Dampf kondensiert und infolge der Schwerkraft automatisch in die Konditionierungskammer Ib zurückläuft.

Die rotationssymmetrische Gestaltung des Biofilterbehälters 1 garantiert eine hohe Druckfestigkeit, wobei es unerheblich ist, ob die zu reinigende Abluft in den Behälter gedrückt oder durchgesaugt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnung

Claims (10)

Schutzansprüche

1. Horizontales, im Aufstrom durchströmtes Biofilter in Modulbauweise zur biologischen Reinigung von kontaminierter und/oder mit Geruchsstoffen beladener Luft, bestehend aus einer mit Trägermaterial für Mikroorganismen gefüllten Filterkammer mit einer darunterliegenden, durch einen Siebboden getrennten Konditionierungskammer mit integrierter Luftbefeuchtungseinrichtung,

dadurch gekennzeichnet,

- daß ein am Kopf der Konditionierungskammer (Ib) befindlicher Lufteintrittsstutzen (4) eine Querschnittsverengung (8) aufweist, an deren engster Stelle eine Saugleitung (7) einmündet, die am Sumpf der Konditionierungskammer entspringt,

- daß der Lufteintrittsstutzen in Richtung Konditionierungslösung (10) geneigt ist und

- daß die über der Konditionierungskammer angeordnete, mit dieser in Verbindung stehende Filterkammer (la) eine Querschnittserweiterung (13) von unten nach oben aufweist.

2. Biofilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die im Lufteintrittsstutzen (4) erzeugte Querschnittsverengung (8) konisch gestaltet ist.

3. Biofilter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Querschnitt der Konusaustrittsöffnung variabel ist.

4. Biofilter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Konus in Strömungsrichtung innerhalb des Lufteintrittsstutzens (4) verschiebbar ist.

5. Biofilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die in den Lufteintrittsstutzen (4) einmündende Saugleitung (7) bis zum Rand des durch die Querschnittsverengung (8) verursachten Strömungsprofils (9) in dieses hineinragt.

6. Biofilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Lufteintrittsstutzen (4) hineinragende Saugleitung (7) vertikal verschiebbar und arretierbar ist.

7. Biofilter nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteintrittsstutzen (4) exzentrisch, insbesondere tangential, in die Konditionierungskammer (Ib) mündet.

8. Biofilter nach Anspruch 1 zur Verbindung mehrerer paralleler Biofiltermodule, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf der Konditionierungskammer (Ib) ein Stutzen angebracht ist, dessen Nennweite um wenigstens die Hälfte kleiner ist als die Nennweite des Lufteintrittsstutzens.

9. Biofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittserweiterung (13) der Filterkammer (Ib) konisch ist.

10. Biofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittserweiterung (13) der Filterkammer (Ib) in ihrem unteren Bereich die Filterpackung (3) trägt.