DE3608170A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von mit biologisch abbaubaren verunreinigungen belasteter abluft - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur reinigung von mit biologisch abbaubaren verunreinigungen belasteter abluft

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DE3608170A1 DE19863608170 DE3608170A DE3608170A1 DE 3608170 A1 DE3608170 A1 DE 3608170A1 DE 19863608170 DE19863608170 DE 19863608170 DE 3608170 A DE3608170 A DE 3608170A DE 3608170 A1 DE3608170 A1 DE 3608170A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von mit biologisch abbaubaren Verunreinigungen belasteter Abluft, bei dem die Abluft durch einen Absorptionsturm ge­ führt wird, in dem die Verunreinigungen von einer Belebt­ schlamm enthaltenden Waschflüssigkeit absorbiert und an­ schließend in einem Belebtschlammbecken durch die Mikro­ organismen des Belebtschlamms biologisch abgebaut werden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist ein Verfahren zur Reinigung von mit biologisch ab­ baubaren Verunreinigungen belasteter Abluft bekannt, bei dem die die Verunreinigungen enthaltende Abluft durch einen mit Füllkörpern gefüllten Absorptionsturm geführt wird. Im Gegenstrom zu dieser Abluft wird eine Belebt­ schlamm-Waschflüssigkeit durch den Absorptionsturm geleitet, die von einem Belebtschlammbecken aus im Kreislauf um­ gepumpt wird. Bei der Berührung der Belebtschlamm-Wasch­ flüssigkeit mit der Abluft werden die in der Abluft ent­ haltenen Verunreinigungen von der Belebtschlamm-Waschflüssig­ keit absorbiert. Die Absorptionsfähigkeit der Belebtschlamm- Waschflüssigkeit ist von der Löslichkeit der Verunreinigungen in der Waschflüssigkeit und deren Regenerierung abhängig. In dem Belebtschlammbecken werden die absorbierten Verun­ reinigungen durch artspezifische Mikroorganismen biologisch abgebaut. Die regenerierte Belebtschlamm-Waschflüssigkeit ist dann wieder fähig, Verunreinigungen aus der Abluft zu absorbieren.
Bei diesem bekannten Verfahren wird es als nachteilig ange­ sehen, daß bei großen abzubauenden Mengen an Verunreinigungen das Belebungsbecken sehr groß sein muß oder der Restgehalt der abzuziehenden Waschflüssigkeit verhältnismäßig hoch ist. Weiterhin fallen bei diesem Verfahren große Mengen an bio­ logischem Überschußschlamm an.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Reinigung von mit biologisch abbaubaren Verun­ reinigungen belasteter Abluft so weiterzubilden, daß auch bei großen Mengen abzubauender Verunreinigungen unter Bei­ behaltung von einem verhältnismäßig kleinen Belebtschlamm­ becken der Restgehalt der abzuziehenden Waschflüssigkeit gering ist und nur wenig biologischer Überschußschlamm an­ fällt. Ferner soll das Verfahren so weitergebildet werden, daß es auch in wirtschaftlicher Weise zur Reinigung von heißer, Harzkondensate enthaltender Abluft aus Spritz­ kabinen und/oder Trockenkammern von Lackieranlagen einge­ setzt werden kann.
Zur Lösung der erstgenannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Abluft in mindestens zwei aufeinander­ folgenden Stufen mittels einer hochbelasteten Waschflüssig­ keit vorgereinigt und danach mittels einer nur gering be­ lasteten Waschflüssigkeit nachgereinigt wird und daß die unterschiedlichen Waschflüssigkeiten in getrennten Belebt­ schlammbecken kaskadenartig geführt werden und nur die Wasch­ flüssigkeit aus dem am geringsten belasteten Belebtschlamm­ becken abgezogen und anschließend geklärt wird.
Durch die beiden Reinigungsstufen und die Kaskadenführung der Waschflüssigkeit wird auch bei kleinen Belebtschlammbecken eine hohe Abbaurate erzielt, so daß die Restkonzentration in der abzuziehenden Waschflüssigkeit gering ist. Durch die Kaskadenführung der Waschflüssigkeit, das hohe Bioschlamm­ alter und geringe Nährstoffzufuhr fällt nur eine geringe Menge an Überschußschlamm an. Das Abfallprodukt ist nur biologisch gereinigtes Wasser, so daß das Verfahren umwelt­ freundlich ist.
Weitere Merkmale des Verfahrens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2-18 offenbart.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung schematisch dargestellten Aus­ führungsbeispieles näher erläutert. Dabei wird ein Verfahren zur biologischen Reinigung der Abluft einer Dosenlackieran­ lage beschrieben. Von den Spritzkabinen und den Trockenöfen dieser Dosenlackieranlage fallen stündlich etwa 85 000 m3 Abluft mit einer Temperatur von etwa 16O°C an. Diese Abluft­ menge enthält etwa 35 kg wasserlösliche Lösemittel, wie Alkohole, Glykole, Ketone und Glykoläther, 4 kg aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, und 2 kg klebrige, aushärtende Harzkondensate sowie geringe Mengen an geruchsintensiven Stoffen.
Die in der Zeichnung zur Durchführung dieses Verfahrens dar­ gestellte Vorrichtung besteht aus zwei Hauptteilen, nämlich einer Abluftaufbereitungsanlage und einer Biowaschanlage. In der Aufbereitungsanlage werden die Abluft auf eine Temperatur von unter 43°C abgekühlt und die Harzkondensate abgeschieden, während in der Biowaschanlage die Lösemittel absorbiert und abgebaut werden.
Die Abluftaufbereitungsanlage besteht aus zwei parallel zu­ einander geschalteten Luft-Wasser-Kühlern 1, 2, die normaler­ weise von der aus der Dosenlackieranlage abgezogenen, heißen Abluft durchströmt werden. In jedem Luft-Wasser-Kühler 1, 2 sind rippenlose Kühlrohre 3, beispielsweise mit ovalem Querschnitt, vorgesehen, die vom Kühlwasser durchströmt werden. In diesen Luft-Wasser-Kühlern 1, 2 wird die heiße Abluft auf die erforderliche Temperatur von kleiner als 43°C abgekühlt. Bei diesem Abkühlvorgang bleibt ein nicht unerheblicher Teil der in der Abluft enthaltenen Harzkondensate auf den Kühlrohren 3 kleben und verharrt durch Polymerisation. Um die Kühlwirkung ständig aufrecht zu erhalten, müssen die Kühlrohre 3 in regelmäßigen Zeit­ abständen gereinigt und damit von den Harzen befreit werden. Diese Harze sind, wenn sie ganz frisch abgeschieden sind, relativ gut in Wasser bzw. in stark alkalischen Reinigern löslich. Für die Reinigung der Kühlrohre 3 ist den Luft- Wasser-Kühlern 1, 2 ein Behälter 4 zugeordnet, der mit einer stark alkalischen Reinigungsflüssigkeit gefüllt ist. Über eine Pumpe 5 wird die Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter 4 durch Sprühdüsen 6 auf die Kühlrohre 3 in den Luft-Wasser- Kühlern 1, 2 gesprüht und damit die Harze von den Kühlrohren 3 abgeschieden. Die die abgeschiedenen bzw. abgewaschenen Harz­ kondensate enthaltende Reinigungsflüssigkeit strömt im Kreis­ lauf in den Behälter 4 zurück. Die in der Reinigungsflüssig­ keit gelösten Harze sind biologisch abbaubar und werden von Zeit zu Zeit entsorgt, indem sie über eine Pumpe 7 einem Belebtschlammbecken 8 der weiter unten erläuterten Biowasch­ anlage zudosiert werden.
Um während einer solchen Reinigungsperiode eine ausreichende Abkühlung der Abluft sicherzustellen, werden die beiden Luft-Wasser-Kühler 1, 2 nur wechselweise gereinigt, so daß dann die gesamte Abluft der Dosenlackieranlage nur durch einen Luft-Wasser-Kühler 1 oder 2 strömt. Dies hat zur Folge, daß die Abluft während der Reinigungsperiode nicht die Abkühlung wie beim normalen Betrieb erfährt. Die rest­ liche Kühlung der Abluft auf eine Temperatur unter 43°C erfolgt in dem nachgeordneten Wäscher 9.
Der Wäscher 9 besteht aus zwei sogenannten Sprühzonen, die jeweils mit einem nachgeschalteten Hochleistungstropfenab­ scheider versehen sind. Hier erfolgt jedoch nicht nur die vorerwähnte Restkühlung, sondern es werden auch zusätzlich die feinen Harzkondensate abgeschieden und in der Sprüh­ flüssigkeit aufgelöst, wo sie sich anreichern. Die hier in Wasser gelösten niedermolekularen Harze sind ebenfalls bio­ logisch abbaubar und werden durch Zudosierung über eine Pumpe 10 in das bereits erwähnte Belebtschlammbecken 8 ent­ sorgt. Die Sprühflüssigkeit, die aus Wasser besteht, befindet sich in einem Behälter 11 und wird über die Pumpe 10 im Kreislauf geführt. Während des Betriebes der beiden Luft- Wasser-Kühler 1, 2 findet im Wäscher 9 keine nennenswerte Abkühlung der Abluft statt. Von dem Wäscher 9 gelangt die abgekühlte Abluft über eine Leitung 13 zur eigentlichen Bio­ waschanlage.
Die Biowaschanlage besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem zweistufigem Absorptionsturm 14, der an seinem unteren Ende in ein Belebtschlammbecken 15 übergeht, welches gleich­ zeitig den sogenannten Sumpf für den Absorptionsturm bildet. Mit Abstand über dem Belebtschlammbecken 15 mündet seitlich die Leitung 13 für die Abluft in den Absorptionsturm 14, während am oberen Ende des Absorptionsturmes 14 eine Austritts­ öffnung 16 für die gereinigte Abluft vorhanden ist. Mit Ab­ stand über der Leitung 13 sind an der Innenwandung des Absorp­ tionsturmes 14 nicht dargestellte Stützelemente vorgesehen, die eine Füllkörperschicht 17 aufnehmen. Oberhalb dieser Füllkörperschicht 17 befindet sich eine Rohrleitung 18, die mit mehreren, gleichmäßig über den Querschnitt des Absorptionsturmes 14 verteilt angeordneten Sprühdüsen 19 versehen ist. Über eine Pumpe 20 wird die Flüssigkeit aus dem Belebtschlammbecken 15 durch die Sprühdüsen 19 auf die Füllkörperschicht 17 versprüht bzw. verteilt.
Oberhalb der Rohrleitung 18 ist über einer luftdurchlässigen Trennplatte 21 a eine weitere Füllkörperschicht 21 vorge­ sehen, der ebenfalls eine Rohrleitung 22 mit Sprühdüsen 23 zugeordnet ist. Diese Rohrleitung 22 ist über eine Pumpe 24 mit dem Belebtschlammbecken 8 verbunden.
Die mit den Schadstoffen beladene, aber von den Harzkon­ densaten befreite Abluft wird dem Absorptionsturm 14 von unten zugeführt. Im Gegenstrom zur Abluft werden in den beiden getrennten Stufen Belebtschlamm enthaltende Wasch­ flüssigkeiten, die schwach alkalisch eingestellt sind, aus den beiden Belebtschlammbecken 8, 15, versprüht. Dabei findet der Stoffaustausch in den Füllkörperschichten 17, 21 statt, die bei einer großen freien Durchgangsfläche eine starke Verwirbelung von Abluft und Waschflüssigkeit und damit einen hohen Grad an Oberflächenerneuerung bewirken, was für einen guten Stoffübergang entscheidend ist. Die Sprühdüsen 19, 20 sind aus verstopfungsunempfindlichen Vollkegeldüsen aus­ gebildet. Bedingt durch die hohe Berieselungsdichte und die Verwendung geregelter Füllkörperschichten bildet sich kein biologischer Film auf den Einbauten. Nachdem die Waschflüssig­ keiten die einzelnen Füllkörperschichten mit den Schadstoffen bzw. Lösemitteln beladen verlassen, laufen sie in das jeweilige Belebtschlammbecken 8, 15 zurück. Von der Abluft mitgerissene Wassertropfen werden nach jeder Stufe mittels eines an sich bekannten, dynamischen Tropfenabscheiders abgeschieden.
Die biologische Regeneration der beladenen Waschflüssig­ keiten bzw. der Abbau der absorbierten Schadstoffe erfolgt in den Belebtschlammbecken 8, 15. Hier werden die organischen Stoffe durch die Bakterien zu Kohlendioxyd und Wasser abge­ baut. Gleichzeitig entsteht eine geringe Menge von biolo­ gischem Überschußschlamm. Da der Sauerstoffeintrag im Absorptionsturm 14 meistens nicht ausreichend ist, um die Bakterien zu versorgen, können in den Belebtschlammbecken 8, 15 auch Belüfter eingebaut sein. Diese Tauchbelüfter können über eine Zeitschaltuhr abwechselnd betrieben werden. Sofern eine Sauerstoffmessung anzeigt, daß eine vorgegebene Konzen­ tration unterschritten ist, können auch beide Tauchbelüfter gleichzeitig betrieben werden.
Eine zu starke Anreicherung der Waschflüssigkeiten mit bio­ logischen Hemmstoffen wird dadurch verhindert, daß kontinuier­ lich eine gewisse Menge an Waschflüssigkeit aus den beiden Belebtschlammbecken 8, 15 abgezogen und im Belebtschlammbecken 15 durch Frischwasser ersetzt wird. Die aus dem Becken 15 abgezogene Waschflüssigkeit wird dem Belebtschlammbecken 8 zudosiert. Die hier abgezogene Waschflüssigkeit wird über eine Pumpe 26 einem Absetzbecken 27 zugeführt. Hier kommt es zu einer Sedimentation. Je nach Bedarf kann die geklärte Waschflüssigkeit über eine Pumpe 28 dem Belebtschlammbecken 8 wieder zugeführt werden. Der Schlamm wird über eine Leitung 29 entfernt.
Um eine hohe Abbaurate zu erreichen, die größer als 200 mg/l · h Lösemittel ist, wird das Belebtschlammbecken 15 mit einer hohen Lösemittelkonzentration betrieben. Die kontinuierlich abgezogene Waschflüssigkeit wird über die Pumpe 30 dem Belebtschlammbecken 8 zudosiert. Das Belebt­ schlammbecken 8 wird nur mit einer geringen Lösemittelkonzen­ tration betrieben, was hier nur eine niedrige Abbaugeschwin­ digkeit bedeutet, aber den Vorteil hat, daß keine Abwasser­ probleme entstehen. Durch die hohe Restlösemittelkonzentration im Belebtschlammbecken 15 und die daraus resultierende hohe biologische Abbaugeschwindigkeit werden Abbauraten von ca. 200 g Lösemittel pro m3 Belebtschlammbecken pro Stunde erreicht, so daß verhältnismäßig kleine Belebtschlammbecken verwendet werden können. Da der Schlamm sehr leicht ist und die Tendenz hat, aufzuschwimmen, kann die Abtrennung des Schlamms in vorteilhafter Weise durch Flotation erfolgen.
Bei der aus der Dosenlackieranlage übernommenen Abluft wurden folgende Abscheidegrade erreicht:
Wasserlösliche Lösemittel 95%,
aromatische Kohlenwasserstoffe 60%,
geruchsintensive Stoffe 95%. Die Abwasserkonzentration (CSB) war kleiner als 200 mg O2/1.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel kann die in den Luft-Wasser-Kühlern 1, 2 aufgenommene Wärme über einem zusätzlichen Wärmeaustauscher 31 ausgenutzt werden.

Claims (18)

1. Verfahren zur Reinigung von mit biologisch abbaubaren Verunreinigungen belasteter Abluft, bei dem die Abluft durch einen Absorptionsturm geführt wird, in dem die Verunreinigungen von einer Belebtschlamm enthaltenden Waschflüssigkeit absorbiert und anschließend in einem Belebtschlammbecken durch die Mikroorganismen des Be­ lebtschlamms biologisch abgebaut werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stufen mittels einer hoch belasteten Waschflüssigkeit vorgereinigt und danach mittels einer nur gering be­ lasteten Waschflüssigkeit nachgereinigt wird und daß die unterschiedlichen Waschflüssigkeiten in getrennten Belebtschlammbecken kaskadenartig geführt werden und nur die Waschflüssigkeit aus dem am geringsten belasteten Belebtschlammbecken abgezogen und anschließend geklärt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Waschflüssigkeit eine Nährstoffmenge an Stick­ stoff und Phosphor von C : N größer als 200 und von C : P größer als 1000 zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem hoch belasteten Belebtschlammbecken ab­ gezogene Waschflüssigkeit durch Frischwasser ersetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem die Abluft Harzkondensate enthält und heiß ist und bei­ spielsweise aus Spritzkabinen und/oder Trockenkammern von Lackieranlagen stammt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluftluft vor dem Eintritt in den Absorptions­ turm abgekühlt und die Harzkondensate abgeschieden werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft in einem Wärmeaustauscher abgekühlt und die in der Abluft enthaltenen Harzkondensate in einem Wäscher abgeschieden werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Abluft und die Abscheidung der Harz­ kondensate in einer kombinierten Wärmeaustauscher-Wäscher- Einheit durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher periodisch mit einer hochalkalischen Reinigungsflüssigkeit besprüht und dabei die an demselben abgeschiedenen Harzkondensate abgewaschen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedenen und in Wasser gelösten, nieder­ molekularen Harzkondensate dem gering belasteten Be­ lebtschlammbecken zudosiert werden.
9. Vorrichtung zur Reinigung von mit biologisch abbaubaren Verunreinigungen belasteter Abluft, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5, bestehend aus einem mit einer Sprühzone ver­ sehenen Absorptionsturm und aus einem Belebtschlammbecken, gekennzeichnet durch mindestens zwei voneinander getrennte Sprühzonen (17, 21), denen jeweils ein getrenntes Belebtschlammbecken (8, 15) zugeordnet ist und eine kaskadenartige Verbindung zwischen den Belebtschlammbecken.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sprühzonen (17, 21) übereinander in einem Absorptionsturm (14) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Absorptionsturm (14) ein Wärmeaustauscher (1) und ein Wäscher (9) vorgeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (1, 2) und der Wäscher (9) als eine kombinierte Einheit ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (1, 2) aus zwei parallel zu­ einander angeordneten Luft-Wasser-Kühlern (1, 2) be­ steht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Luft-Wasser-Kühler (1, 2) gemeinsam oder wechselweise vom Abluftstrom beaufschlagbar sind.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Luft-Wasser-Kühlern (1, 2) Sprühdüsen (6) für eine im Kreislauf geführte alkalische Reinigungs­ flüssigkeit zugeordnet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser der Luft-Wasser-Kühler (1, 2) im Kreislauf geführt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlwasser-Kreislauf der Luft-Wasser-Kühler (1, 2) ein weiterer Wärmeaustauscher angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wäscher (9) aus mindestens einer Sprühzone mit nach­ geordnetem Hochleitungstropfenabscheider gebildet ist.
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