DE2839173C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von unangenehmen
Verunreinigungen aus einen Geruch abgebenen Gasströmen,
die bei industriellen Verfahren erzeugt werden.
Die riechenden organischen oder anorganischen flüchtigen Materialien,
die für den unangenehmen Geruch der am häufigsten in Betracht
kommenden Gasströme verantwortlich sind, sind gewöhnlich
schwefelhaltige Verbindungen, stickstoffhaltige Verbindungen oder
sauerstoffhaltige Verbindungen. Die riechenden Verbindungen, die
in dieser Gruppe von Verbindungen enthalten sind, weisen Geruchsschwellkonzentrationen
(OTC) im Bereich von so gering wie 0,00021 ppm
(bezogen auf das Volumen) bis zu so hohen Werten wie 100 ppm
auf. Riechende, schwefelhaltige Verbindungen schließen Schwefelwasserstoff
mit einer OTC von 0,00047 ppm, Methylmercaptan mit
einer OTC von 0,0021 ppm und Dimethylsulfid mit einer OTC von
0,0010 ppm ein. Riechende, stickstoffenthaltende Verbindungen umfassen
Trimethylamin mit einer OTC von 0,00021 ppm und Ammoniak
mit einer OTC von 46,8 ppm. Beispiele für riechende, sauerstoffhaltige
Verbindungen sind Acetylaldehyd bzw. Acetaldehyd mit einer
OTC von 0,21 ppm und Aceton mit einer OTC von 100,0 ppm.
Riechende Gasströme werden gebildet, wenn eine oder mehrere geruchsabgebende
Verbindungen in einen Gasstrom verflüchtigt werden.
Das Verflüchtigen kann durch ein Kochverfahren bewirkt werden. Beispiele
hierfür sind das Auslassen von Fett, die thermische Schlammkonditionierung
bzw. -aufbereitung, die Trocknung von Schlamm und
die Veraschung; durch biologischen Abbau, wie z. B. die biologische
Behandlung von Abwasser; oder durch Belüftungsverfahren, ein
Beispiel hierfür ist das Strippen bzw. Abstreifen von Ammoniak.
Kochverfahren in der Aufbereitungsindustrie
führen zu geruchsbildenden Gasströmen, die riechende Verbindungen
aus der Gruppe der Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff enthaltenden
Verbindungen enthalten. Die thermische Schlammaufbereitung unter
oxidierenden Bedingungen und die Veraschung von Schlamm führen
zu riechenden Gasströmen, die sauerstoffhaltige Verbindung enthalten.
Jedoch führt die thermische Schlammaufbereitung, die unter
reduzierenden Bedingungen durchgeführt wurde, zu einem Gasstrom,
der riechende Schwefelverbindungen, sowie sauerstoffhaltige, riechende
Verbindungen enthält. Bei der Behandlung von Abwasser kann
die biologische Aktivität zu geruchsbildenden Gasen führen, die
riechende Stickstoff-, Schwefel- und Sauerstoffverbindungen enthalten.
Belüftungsverfahren können ebenfalls zur Verflüchtigung
von riechenden Gasen führen, die riechende Stickstoff-, Schwefel-
und Sauerstoffverbindungen enthalten.
Behandelt man Geruch verbreitende Gasströme, die eine oder mehrere
der Klassen an riechenden Verbindungen enthalten, so wird die Gasabsorption
gewöhnlich in chemischen Waschsystemen durchgeführt.
Ein geruchsverbreitender Gasstrom, der nur riechende Schwefelverbindungen
enthält, die aus Schwefelwasserstoff, Mercaptanen und
organischen Sulfiden bestehen, kann wirksam durch Waschen der riechenden
Gase mit einer wäßrigen Alkalilösung wie Natriumhydroxid
behandelt werden. Ein riechender Gasstrom, der nur riechende
Stickstoffverbindungen enthält, die aus Ammoniak und organischen
Aminen bestehen, kann wirksam durch Waschen der geruchsverbreitenden
Gase mit einer wäßrigen Säurelösung, wie Schwefelsäure, behandelt
werden. Ein riechender Gasstrom, der nur riechende Sauerstoffverbindungen
enthält, die aus organischen Aldehyden und organischen
Säuren bestehen, kann wirksam behandelt werden durch Waschen
der riechenden Gase mit einer wäßrigen Lösung von Kaliumpermanganat.
Ist ein geruchsverbreitender Gasstrom beteiligt, der riechende
Schwefelverbindungen, riechende Stickstoffverbindungen und riechende
Sauerstoffverbindungen enthält, so hat sich das Waschen mit
chemischen Oxidationslösungen, entweder mit wäßrigem Natriumhypochlorit
oder wäßrigem Kaliumpermanganat als wirksame Behandlungsweise
erwiesen. Jedoch weisen übliche chemische Waschbehandlungen
den Nachteil auf, daß die Chemikalie häufig erneuert werden muß,
da sie aufgebraucht wird, und im Falle von Kaliumpermanganat fällt
unlösliches Mangandioxid aus der Waschlösung aus und muß verworfen
werden.
Es sind auch Adsorptionsmethoden zur Entfernung von riechenden
Verbindungen aus einem Gasstrom bekannt. Sauerstoffhaltige organische
Substanzen, Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid wurden aus
Gasströmen durch Waschen mit einer Suspension von Aktivkohle in
Wasser entfernt, vgl. D. Metha et al., Environmental Science Tech.
1, 325 (1967); A. Quach, M. S. Thesis, Pennsylvania State University
(1968) (S. i-vi, 1-27 und 62-63); J. Seaburn et al., Gas
Purification by Adsorption, AIChE symposium Series 69 (1973).
Sauerstoffhaltige, organische Substanzen wurden aus geruchsverbreitenden
Gasströmen entfernt, die aus Naßoxidationsreaktoren stammten,
durch Gasabsorption in einer wäßrigen Suspension von biologischen
Feststoffen (vgl. US-PS 38 28 525 vom 13. August 1974).
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung
von riechenden Substanzen aus Gasströmen, bei dem man das Gas durch
eine wäßrige Suspension leitet, die sowohl biologische Feststoffe
als auch Aktivkohle enthält. Es zeigt sich, daß dieses Waschmedium
wesentlich wirksamer zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen
ist, als ein Medium, das nur biologische Feststoffe enthält,
oder ein Medium, das nur Aktivkohle enthält. Tatsächlich ist das
erfindungsgemäße Waschmedium beträchtlich wirksamer, als der additive
Effekt äquivalenter Mengen biologischer Feststoffe und von
Aktivkohle, die getrennt in Reihe bzw. hintereinander verwendet
werden.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren bereitzustellen
zur Entfernung eines wesentlichen Anteils der organischen
und anorganischen flüchtigen Substanzen aus einem einen Geruch verbreitenden
Gasstrom. Dieses Verfahren besteht darin, den Gasstrom
durch mindestens eine Gaswaschvorrichtung (Gas-Skrubber) zu leiten,
die eine wäßrige Suspension von biologischen Feststoffen in einer
Konzentration von etwa 50 mg/l bis 20 000 mg/l und pulverisierte
Aktivkohle in einer Konzentration von etwa 50 mg/l bis 20 000 mg/l
enthält.
Der einen Geruch abgebende Gasstrom kann aus jeglichem industriellem
Betrieb stammen und enthält eine oder mehrere Schwefel, Stickstoff
oder Sauerstoff enthaltende Substanzen, wie die vorstehend
durch Beispiele veranschaulichten. Beispiele für Gasströme sind
solche, die sich von Kochverfahren, thermischen Schlammaufbereitungsverfahren,
Schlammtrocknungsverfahren, Veraschungsverfahren,
Gasstripparbeitsgängen und dem biologischen Abbau von Abwässern
herleiten.
Die biologischen Feststoffe, die erfindungsgemäß verwendet werden,
bestehen aus einer wäßrigen Suspension von aktiviertem Abschlamm
bzw. Abwasserschlamm oder der gemischten Flüssigkeit, die man erhält
durch Zusatz von aktiviertem Abschlamm zu frischem Abwasser
oder Wasser. Ein bevorzugter Konzentrationsbereich für die biologischen
Feststoffe in dem Waschmedium liegt bei 1000 bis 5000 mg/l.
Ein bevorzugter Konzentrationsbereich für die Aktivkohle in dem
Waschmedium liegt bei 5000 bis 16 000 mg/l.
In Abwasserbehandlungsanlagen stellt eine vorwiegende Geruchsquelle
gewöhnlich der geruchsbildende Gasstrom aus dem oberen Raum eines
Schlammeindickungsbehälters dar. Der geruchsabgebende Gasstrom enthält
Schwefelwasserstoff in einer Konzentration von etwa 0,1 bis
10 ppm (bezogen auf das Volumen) und weist ein Geruchskonzentrationsniveau
von etwa 40 bis 200 Geruchseinheiten pro
0,028 m³ auf. Wird dieser Überkopf-Gasstrom aus der
Schlammeindickvorrichtung durch eine Suspension von Aktivkohle und
biologischen Feststoffen in Wasser geführt, so wird die Schwefel-Wasserstoff-Konzentration
auf weniger als 10% der ursprünglichen
Konzentration verringert, und in gleicher Weise wird das Geruchskonzentrationsniveau
auf weniger als 10% des ursprünglichen Konzentrationsniveaus
verringert.
Die von einem Naßluftoxidationsverfahren stammenden Abgase, insbesondere
solche, die von der Naßluftoxidation von Abwasserschlamm
kommen, enthalten einen Geruch verbreitende Stickstoffverbindungen
und einen Geruch verbreitende sauerstoffhaltige Verbindungen in
Kombination. Die riechenden Stickstoffverbindungen sind Ammoniak
und andere Amine. Ammoniak liegt in diesem Gasstrom in einer Konzentration
von etwa 50 bis 1000 ppm vor. Die riechenden Sauerstoffverbindungen
sind Methanol, Acetaldehyd, Äthanol, Acrolein,
Propionaldehyd, Aceton und andere. Die riechenden Sauerstoffverbindungen,
gemessen in Kombinationen, liegen in diesem Gasstrom
in einer Konzentration von 1000 bis 10 000 ppm (bezogen auf das
Volumen) vor. Wird dieses Abgas aus einer Naßluftoxidationseinheit
durch eine Suspension von Aktivkohle und biologischen Feststoffen
in Wasser geleitet, so wird die Konzentration der riechenden Sauerstoffverbindungen
auf weniger als 35% des ursprünglichen Wertes
verringert, und die Ammoniakkonzentration wird auf weniger als 5%
der ursprünglichen Konzentration verringert.
In einigen Abwasser-Behandlungsfällen ist die Waschsuspension erhältlich
als Seitenstrom von dem Belüftungsanteil der Anlage, da
diese gleiche Suspension dort zur Entfernung von Verunreinigungen
aus dem Abwasser verwendet wird. Bei einer normalen Abwasserbehandlung
wird ein Teil dieser Suspension kontinuierlich durch ein
Regenerationssystem geführt, das die biologischen Feststoffe und
adsorbierte riechende Substanzen durch Oxidationsreaktionen entfernt,
die diese Substanzen in Kohlendioxid und Wasser umwandeln.
Der regenerierte Kohlenstoff wird anschließend in den Einlaß-Abwasserstrom
zurückgeführt und erneut mit biologischen Feststoffen
vermischt und bei der Abwasserbehandlung und der Gaswäsche eingesetzt.
In solchen Fällen, wo ein Gemisch von Aktivkohle und biologischen
Feststoffen nicht aus angeschlossenen Behandlungsverfahren erhalten
werden kann, kann es erzeugt werden durch Anwendung eines Belüftungssystems;
das sich in einem geschlossenen flüssigen Kreislauf
mit der Gaswaschvorrichtung befindet. Eine derartige Arbeitsweise
erfordert die kontinuierliche Zugabe von frischer Kohle oder
die Regenerierung der verbrauchten Kohle. Jedoch ist die Geschwindigkeit
bzw. das Ausmaß, in der bzw. in dem Kohlenstoff ersetzt
oder regeneriert werden muß, relativ gering, da der biologische
Anteil des Systems einen wesentlichen Anteil der einen Geruch abgebenden
Substanzen entfernt und stabilisiert (vgl. die nachstehenden
Beispiele 1 und 2).
Dieses Belüftungssystem kann mit einer Anfangsbeschickung von sowohl
aktiviertem Schlamm als von Kohle gestartet werden, oder es kann
durch eine Aufschlämmung von Aktivkohle allein in Gang gesetzt
werden.
Bei der letzteren Startmethode erreicht das System rasch die gewünschte
Konzentration an biologischen Feststoffen bedingt durch die normale
Verunreinigung mit Organismen, die in einer nicht gesteuerten
Atmosphäre vorhanden sind, sowie durch deren aerobes Wachstum unter Verwendung
der Verunreinigungen, die durch die frische Kohleaufschlämmung aus dem Gasstrom entfernt werden,
als Nahrungsquelle.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nach zwei Methoden durchgeführt
werden. Bei der ersten Methode kann der einen Geruch abgebende Gasstrom
in dem Waschmedium dispergiert werden in einer Gassprüh- bzw.
Einblasevorrichtung, die sich unter der Oberfläche der Suspension
aus Aktivkohle und biologischen Feststoffen in Wasser befindet.
Das einen Geruch abgebende Gas gelangt dann in Form von Blasen zur
Oberfläche, wobei eine Massenübertragung der riechenden Verbindungen
zwischen dem riechenden Gas und dem Waschmedium erzielt wird.
Bei der zweiten Methode werden der riechende Gasstrom und das Waschmedium
in einem Absorptionsturm in Kontakt gebracht, indem die
Massenübertragung der riechenden Verbindungen aus dem Gasstrom in
das Waschmedium erfolgt.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Eine aus einer Naßluftoxidationseinheit für Abwasserschlamm austretende
Gasprobe, die riechende Sauerstoffverbindungen enthält,
wurde durch eine Gasabsorptionsstraße geleitet, die aus zwei in Reihe
angeordneten Zusammenführ- bzw. Zusammenprallvorrichtungen
bestand, von denen jede 250 ml Waschmedium enthielt.
Die Konzentrationen der gesamten riechenden Sauerstoffverbindungen
in den Gasstraßen-Einlaß- und Gasauslaßströmen wurden
unter Anwendung des Flammenionisationsdetektors gemessen. Die Konzentration
an riechenden sauerstoffhaltigen Verbindungen wird als
Methanäquivalent abzüglich der tatsächlichen Methankonzentration
angegeben. Die Waschmedien, die verglichen wurden, waren
- 1. eine Suspension von Aktivkohle (16 g/l) und von biologischen Feststoffen (3,2 g/l) in Wasser,
- 2. eine Suspension von Aktivkohle allein (16 g/l) in Wasser und
- 3. Wasser allein.
Die Entfernung von riechenden sauerstoffhaltigen Verbindungen
durch die jeweiligen Waschmedien ist in der folgenden Tabelle aufgeführt:
Die größte prozentuale Konzentrationsverringerung an sauerstoffhaltigen
Verbindungen (64,6%) ergab die Suspension von Aktivkohle
und biologischen Feststoffen in Wasser.
Eine Gasprobe, die aus einer Naßluftoxidationseinheit für Abwasserschlamm
stammte und riechende Sauerstoffverbindungen enthielt, wurde
durch die in Beisp. 1 beschriebene Gasstraße geleitet. In diesem
Beispiel wurden folgende Waschmedien verglichen:
- 1. eine Suspension von Aktivkohle (8 g/l) und biologischen Feststoffen (2,6 g/l) in Wasser,
- 2. eine Suspension von biologischen Feststoffen allein (2,6 g/l) in Wasser,
- 3. eine Suspension von Aktivkohle allein (8 g/l) und
- 4. Wasser allein.
Die Entfernung der riechenden Sauerstoffverbindungen durch die jeweiligen
Waschmedien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
Auch hier zeigt sich die größte prozentuale Verminderung der Konzentration
an riechenden Sauerstoffverbindungen (65,5%) bei Anwendung
der Suspension von Aktivkohle und biologischen Feststoffen
in Wasser.
Ein einen Geruch aufweisender Gasstrom, der vom oberen Ende einer
Schwerkraft-Eindickungsvorrichtung für Abwasserschlamm stammte
und Schwefelwasserstoff in einer Konzentration von 0,104 ppm enthielt,
wurde durch zwei gefüllte bzw. gepackte Turmwaschvorrichtungen
geführt, die in Reihe bzw. hintereinander angeordnet waren.
Jeder gefüllte Turm wies einen Durchmesser von 30 cm und eine Bettiefe
von 1,5 m auf. Das Turm-Füllmaterial bestand aus handelsüblichen
Sattelfüllkörpern aus Kunststoff von 2,54 cm. In
jedem Turm wurde eine Waschsuspension aus Aktivkohle von etwa 8 g/l
und biologischen Feststoffen von etwa 3 g/l vom dem Bodensumpf zu
einem oberen Abschnitt zirkuliert, wo sie über die Oberfläche des
gepackten Bettes gesprüht wurde. Das Waschmedium wurde mit einer
Geschwindigkeit von 5 g/Min. im Kreislauf geführt, und der riechende
Gasstrom wurde durch die Waschanlagen bzw. die Absorptionsanlagen
in einer Geschwindigkeit von etwa 4,2 m³
pro Minute gezogen.
Der aus dem ersten der beiden Waschtürme bzw. Skrubber austretende
Gasstrom wies eine Schwefelwasserstoffkonzentration von 0,031 ppm
auf und der aus dem zweiten der hintereinander angeordneten Skrubber
austretende Gasstrom wies eine Schwefelwasserstoffkonzentration
von 0,012 ppm auf. Die Geruchscharakteristika des Gasstromes, die
aus dem zweiten der beiden hintereinander angeordneten Skrubber
austrat, waren im Hinblick auf die Geruchscharakteristika des eingeführten,
einen Geruch aufweisenden Gasstromes wesentlich verbessert.
Es wurden zwei Versuche durchgeführt, um die verbesserte Wirksamkeit
eines Waschmediums aufzuzeigen, das sowohl biologische Feststoffe
als auch Aktivkohle aufwies, im Vergleich mit Waschmedien,
die biologische Feststoffe allein sowie Aktivkohle allein enthielten
und nacheinander verwendet wurden.
Bei einem Versuch wurden Gase, die aus einer thermischen Schlammaufbereitungseinheit
stammten und flüchtige organische Substanzen
enthielten, die im folgenden als THC bezeichnet werden, durch zwei
Gasabsorptions-Waschflaschen geleitet, die hintereinander angeordnet
waren, wobei die Geschwindigkeit 6 l pro Minute betrug. Die
erste Waschflasche enthielt 250 ml einer gemischten Flüssigkeit
aus 4,68 g/l an biologischen Feststoffen, und die zweite Waschflasche
enthielt 250 ml einer Aufschlämmung von 16 g/l pulverisierter
Aktivkohle in Wasser. Es wurden Gasanalysen von dem unbehandelten
Gas (ursprünglich), nach dem Durchtritt des Gases durch die
erste Waschflasche (1. Stufe) und nach dem Durchtritt des Gases
durch die zweite Waschflasche (2. Stufe) durchgeführt. Es wurden
drei Ansätze durchgeführt, bei denen Proben nach 5, 10 bzw. 15 Minuten
entnommen wurden. Man erhielt folgende Ergebnisse:
Die zweite Untersuchung wurde unter Anwendung des gleichen Arbeitsgangs
durchgeführt, wobei jedoch beide Waschflaschen 8 g/l pulverisierte
Kohle, aufgeschlämmt in 250 ml gemischter Flüssigkeit mit
2,52 g/l biologischen Feststoffen enthielten.
Man erhielt folgende Ergebnisse:
Ein Vergleich der Ergebnisse der beiden Untersuchungen zeigt, daß
die Leistungsfähigkeit der gesamten THC-Entfernung bei der ersten
beschriebenen Untersuchung 59, 59 und 44% für die nach 5, 10 bzw.
15 Minuten entnommenen Proben betrug. Bei der zweiten beschriebenen
Untersuchung lagen die Leistungsfähigkeiten bei 80, 70 und 70%.
Das kombinierte Kohlenstoff-gemischte Aufschlämmung-Medium weist
so eine wesentlich höhere Leistungsfähigkeit auf, als im wesentlichen
äquivalente Mengen von getrennt angewendeter Kohlenstoffaufschlämmung
und gemischter Flüssigkeit.
Claims (2)
1. Verfahren zur Entfernung eines wesentlichen Anteils der organischen
und/oder anorganischen flüchtigen Substanzen aus einem
einen Geruch verbreitenden Gasstrom, dadurch gekennzeichnet,
daß man den Gasstrom durch mindestens eine Gaswaschanlage leitet,
die eine wäßrige Suspension von biologischen Feststoffen
in einer Konzentration von 50 mg/l bis 20 000 mg/l und
Aktivkohle in einer Konzentration von 50 mg/l bis 20 000 mg/l
enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die
biologischen Feststoffe in einer Konzentration von 1000
bis 5000 mg/l und die Aktivkohle in einer Konzentration von
5000 bis 16 000 mg/l verwendet.
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