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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen biologischen Filter zur Reinigung von Abgasen
und die Reinigung von Luft- oder Gasströmen, die riechende oder toxische
Verbindungen enthalten, durch Durchfluss durch ein poröses festes
Medium, das Mikroorganismen enthält,
welche die Verunreinigungsverbindungen in Oxidationsprodukte umwandeln,
wodurch die gewünschte
Reinigung herbeigeführt
wird. Diese Erfindung betrifft ganz speziell das Hindurchleiten
von verunreinigter Luft durch ein bioaktives Biofiltermedium, umfassend
gerottetes Kokosnussmark und Kokosfaser, und die Auswahl, Herstellung
und Anordnung des Mediums. Diese Erfindung erzielt eine überlegene
Leistung des Biofilters durch Ermöglichen der Einstellung des
Druckabfalls auf den gewünschten
Wert, durch Sorgen für
ein ausreichendes Wasserrückhaltevermögen, durch
Bereitstellen eines leitenden Milieus für mikrobielles Wachstum, durch
Verwendung von Bestandteilen, die natürlich, beständig und umweltverträglich sind,
durch Senkung der Kosten von Medien und durch Herabsetzung der Kosten
von Trägermedien.
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Hintergrund
der Erfindung
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Biofiltersysteme
werden bei der Reinigung von Luftströmen verwendet. Biofiltersysteme
sind zur Entfernung von riechenden und toxischen Verbindungen in
vielen verschiedenen Situationen angewandt worden (S. S. P. Ottengraph,
Exhaust gas purification, Kapitel 12; Biotechnology, Bd. 8, Verlagsgesellschaft
Weinheim, 1986; VDI-Richtlinie Nr. 3477 – „Biofilter", Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf
1991). Während
des Durchflusses von Luft durch den Biofilter oxidieren Mikroorganismen,
wie Bakterien und Pilze, welche auf dem Biofiltermedium aktiv sind,
die in dem Luftstrom vorhandenen toxischen und riechenden Stoffe
in Abhängigkeit von
der chemischen Struktur der Verunreinigung zu Kohlendioxid, Wasser
und Mineralprodukten, wie Mineralsäuren. Das Biofiltermedium ist
eine entscheidende Komponente des Systems, die physikalischen Träger, Feuchtigkeit
und Nährstoffe
für die
Mikroorganismen zur Verfügung
stellt, während
ein ausreichender Kontakt mit Gasen bei geringem Druckabfall gewährleistet
wird. In dieser Erfindung wird die Entfernung von Geruch und Schadstoffen
aus Luft durch Hindurchleiten von Luft durch einen Biofilter, der
gerottetes Kokosnussmark und Kokosfaser umfasst, erreicht.
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Im
Allgemeinen werden zwei Materialtypen bei Biofilterverfahren verwendet – natürliche Materialien, wie
Biokompost, Torf, Fasertorf und poröse Tone, oder synthetische
Materialien, wie Kunststoffe. Die Verwendung von natürlichen
organischen Materialien liefert gewöhnlich die Nährstoffe,
die benötigt
werden, um das Wachstum von Mikroorganismen zu fördern. Die Verwendung von synthetischen
Materialien erfordert eine kontinuierliche Zufuhr von Nährstoffen,
erlaubt aber eine bessere Steuerung des Betriebs durch Erleichterung des
Entfernens von Säuregehalt
und Abbauprodukten. Diese Erfindung fällt unter die Kategorie von
Biofiltern aus natürlichen
Materialien, und eine Ausführungsform
dieser Erfindung betrifft Auswahl, Herstellung und Anordnung des
Bettes. Es gibt nur einige Offenbarungen beim Stand der Technik,
was die Auswahl und Herstellung von Biofilterträgermaterial und Bildung des
Biofilterbettes betrifft.
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Es
kann auf
US 5.578.114 ,
datiert 26. November 1996, erteilt an Oude Luttighuis, verwiesen
werden, wobei ein biologischer Filter mit einem pelletierten, biologisch
aktiven Kompostträgermaterial
offenbart wird. Hier wird das Kompostmaterial zu Kugeln von 1 bis
30 mm Durchmesser geformt, unter Verwendung von Wasser und anschließendem Trocknen
der Pellets. Die Aufgabe der Erfindung scheint die Verringerung
des Druckabfalls zu sein. Obgleich diese Aufgabe erfüllt ist,
kann die Erfindung einen innigen Gaskontakt mit dem gesamten Träger nicht
liefern, weil das Gas durch den Raum zwischen den Kugeln strömen wird.
Dadurch beeinflusst die Erfindung die Hauptaufgabe eines Biofilters
nachteilig, weil die Umsetzung zwischen Gas und aktivem Trägermedium
aufgrund des schlechten Stoffübergangs
verzögert
wird. Das ist auch aus der ziemlich schlechten Eliminierungsleistung
für Ethylacetatverunreinigung,
in dem darin angeführten
Beispiel, offensichtlich, die speziell und einfacher als andere
gewöhnliche,
flüchtige
organische Verbindungen, wie Toluol, abzubauen ist, deren Entfernung
eine normale Biofilteranwendung ist.
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Es
ist in EPO 142872, datiert 27.01.1988, offenbart, dass der Zusatz
von inerten Materialien, wie Polyethylen, Polystyrol, zerkleinerten
Autoreifen, Vulkanlava, Perlit und derartigen inerten Materialien,
mit einem Durchmesser von 3 bis 10 mm die Beständigkeit gegenüber einem
Gasstrom durch ein Biofilterbett aus Kompost verringern kann. Es
wird beansprucht, dass diese Materialien Schrumpfrisse infolge unterschiedlichen Trocknens,
das in dem Bett ablaufen kann, verhindern. Der Anspruch scheint
sich auf die Steifigheit und Inertheit des zusätzlichen, zugesetzten Materials
zu gründen.
Der Anteil dieses inerten Materials beträgt 50 bis 70 Vol.-%. Es wird
beobachtet, dass diese Materialien, die steif, im Wesentlichen kugelförmig (zweifellos
nicht faserig), nicht porös
und wasserabweisend sind, daher im Allgemeinen nicht aktiv sind.
Sie tragen sehr wenige Mikroorganismen und so verringert sich das
verwendbare Volumen des Biofilters. Dadurch wird die Eliminierungsleistung
pro Volumeneinheit eines Biofilters durch das Volumen der inerten
Zusätze
herabgesetzt. In der Praxis ist zu ersehen, dass vorwiegend Polystyrolkugeln,
wegen ihres geringen Gewichts, als Zusatz bei kommerziellen Anwendungen
des Rechtsinhabers des vorstehenden Patents verwendet werden (Quellenangabe: http://www.clairtech.com).
Es wird weiter bemerkt, dass das große Volumen des dem Kompost
zugesetzten Polystyrols das verbrauchte Biofiltermedium umweltunverträglich macht
und Entsorgungskosten mit sich bringen würde.
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EP 413658 B1 , Beerli.
Marc, 7. Dezember 1994, offenbart ein Verfahren zur Herstellung
von Torfkügelchen,
welche für
Biofilter verwendet werden, wobei das Trägermaterial mit angefeuchtetem
Torf als Bindemittel pelletiert ist. Dieses erleidet wieder dieselben
Nachteile wie bei
US 5.578.114. WO-A-93/24205
offenbart die Verwendung von Kokosfaser (Fasern der Kokosnuss).
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Aufgaben der
Erfindung
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen umweltfreundlichen,
preisgünstigen
und hochwirksamen Biofilter zur Desodorierung und Entgiftung von
Luft zur Verfügung
zu stellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Biofilter zur Desodorierung
von Luft unter Verwendung eines Biofiltersystems, wobei der Druckabfall
während
des Hindurchleitens von Luft gering ist und wobei der Druckabfall
wie benötigt
durch den Zusatz eines Füllstoffes
eingestellt werden kann, ohne der Eliminierungsleistung pro Volumeneinheit
des Biofilters zu schaden, bereitzustellen.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Biofilter zur
Desodorierung von Luft zur Verfügung
zu stellen, welcher zur Unterstützung
des Wachstums von Mikroorganismen einen hohen Feuchtigkeitsgehalt
zurückhalten
und liefern kann.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine neue Anwendung
für einen
Agrarabfall, welcher zurzeit Entsorgungskosten verursacht, zu entwickeln.
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Alle
vorstehenden Aufgaben werden durch die Bildung eines Biofilterbettes
unter Verwendung von gerottetem Kokosnussmark als Bioträger und
von Kokosfaser als Füllstoff
erfüllt.
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Noch
eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Biofilterverfahren zur
Desodorierung von Luft zur Verfügung
zu stellen, welches die Aktivität über eine
lange Dauer ohne Kompaktierung, Alterung und Druckaufbau aufrechterhalten
kann. Diese Aufgabe wird durch Hindurchleiten von verunreinigter
Luft durch ein Bett, das gerottetes Kokosnussmark und bei Bedarf
Kokosfaser umfasst, wobei das Bett den Träger für mikrobielle Kulturen liefert,
ausgeführt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Folglich
betrifft die vorliegende Erfindung einen biologischen Filter zur
Reinigung von Abgasen, umfassend ein Bett aus biologisch aktivem
Trägermaterial,
das aus Mark, extrahiert aus Kokosnussschalen, besteht, das Bett
so enthalten, dass die Abgase mit dem Bett in Kontakt gebracht und
aus dem Bett an Stellen, die räumlich
entfernt von den Eintrittsstellen sind, abgelassen werden können.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Bett aus biologischem Material weiter
Faser, wodurch der Druckabfall des Bettes während des Gasdurchflusses verringert
wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Bett aus biologischem Material weiter Säureneutralisationsmittel,
wie Calciumcarbonat.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Bett weiter Stickstoffdüngemittel.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Fasergehalt in dem Bett zwischen 0,5 und 20 Gew.-% des feuchten
Bettes.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das Bett aus biologisch aktivem Material abwechselnd
in Schichten aus Mark, extrahiert aus Kokosnussschale, und Schichten
aus Faser angeordnet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die erste Schicht unten an dem Bett aus biologisch aktivem
Material eine Faserschicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die erste Schicht oben an dem Bett aus biologisch aktivem
Material eine Faserschicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung steigt das Verhältnis
von Faser zu Mark von der Gasauslassstelle zu der Gaseinlassstelle
an.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Faserschichten aus Vliesfaserfilz, wie Nadelfilz,
aufgebaut.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung enthält
das Trägermaterial
weiter Belebtschlamm aus einer Abwasserbehandlungsanlage.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird das Mark aus Kokosnussschalen, welche einem Rotteverfahren
unterzogen wurden, extrahiert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Faser Kokosnussfaser.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zur Reinigung von Sauerstoff enthaltenden Gasströmen, umfassend
Befeuchten des Gases bei Bedarf und Hindurchleiten des Gases durch
ein Bett aus Kokosnussmark.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das Kokosnussmark ausgewählt aus Mark, extrahiert aus
Kokosnussschalen, welche während
des Verfahrens der Kokosfaserherstellung einem Rotteverfahren unterzogen
wurden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Bett weiter Faser, wie Kokosfaser.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Fasergehalt zwischen 1 % und 20 % des Gesamtgewichts des mit
Feuchtigkeit gesättigten
Bettes.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Luftströmen, Luftstrom
durch ein Bett aus gerottetem Kokosnussmark und Kokosfaser von einem
Eintrittsabschnitt zu einem Austrittsabschnitt, wobei der Fasergehalt
des Bettes an dem Eintrittsabschnitt hoch und an dem Austrittsabschnitt
niedrig ist.
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Kurzbeschreibung
der beigefügten
Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung der Verfahrens der Reinigung von verunreinigten
Gasen, wobei 1 dem Eintritt des verunreinigten Gases entspricht; 2 dem
Befeuchtungssystem entspricht; 3 dem Biofilter entspricht; 4 dem
Austritt des sauberen Gases entspricht.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des in Schichten angeordneten Biofilterbettes,
wobei 1 dem Gaseintritt entspricht; 2 dem Gassammelraum
entspricht; 3 dem Träger
aus perforierter Folie für
das Bett entspricht; 4' und 4'' den Schichten aus Mark und Fasergemisch
entsprechen und 5 der Faserschicht entspricht.
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3 zeigt
eine vergrößerte Ansichtsskizze
des Biofilterbettes, wobei 1 die Richtung des Gasstroms zeigt; 2 dem
Mark entspricht und 3 der in das Bett eingemischten Faser
entspricht. Sie zeigt, wie sich die Fasern im Allgemeinen eher in
abfallender Ausrichtung als in aufrechter Ausrichtung befinden.
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4 stellt
den gemessenen Druckabfall in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
dar. Hier entspricht a einem Druckabfall pro Meter von so erhaltenem
gerotteten Mark; b entspricht einem Druckabfall pro Meter des Bettes
mit 0,34 % Fasergewicht auf Feuchtgewicht von so erhaltenem gerotteten Mark;
c entspricht einem Druckabfall pro Meter des Bettes mit 0,71 % Fasergewicht
auf Feuchtgewicht von so erhaltenem gerotteten Mark; d entspricht
einem Druckabfall pro Meter des Bettes mit 2,0 % Fasergewicht auf Feuchtgewicht
von so erhaltenem gerotteten Mark; e entspricht einem Druckabfall
pro Meter des Bettes mit 3,6 % Fasergewicht auf Feuchtgewicht von
so erhaltenem gerotteten Mark.
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5 basiert
auf
US 5.578.114 , wobei
der Druckabfall als Funktion der Flächenbeschickung (m
3/m
2·h) für einige
unterschiedliche, verwendete Filtermaterialien dargestellt ist,
nämlich
A Kompost aus Haushaltsabfällen;
B Rindenkompost (grob); C Kompost/Sintertongranulatkörner (60:40);
D Kompost aus Haushaltsabfällen
mit Holzspänen;
E Kompost/Polystyrol (50:50); F das Filtermaterial, das pelletierten
Kompost wie in
US 5.578.114 umfasst.
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6 veranschaulicht
die Faserschicht 2 als oberste Schicht des Biofilterbettes
und das Befeuchtungssprühmittel 4 aus
Sprühdüsen 1,
auf die Faserschicht wirkend, womit die Deformation des aktiven
Bettes 3 verhindert wird.
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7 zeigt
einen Abwärtsstrom-Biofilter
unter Verwendung einer Faserschicht 4 für den Träger des Bettes 3 und
zum Ableiten des Gases anstelle von perforierter Folie über einem
Gassammelraum. 1 stellt das Einströmen des Gases und 2 stellt
das Ausströmen
des Gases dar.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung wird unter Veranschaulichung, wie diese Aufgaben erfüllt werden,
detailliert beschrieben. Kokosnussmark ist ein Abfallprodukt des
Verfahrens der Kokosfaserherstellung, wobei Kokosfaser die aus Kokosnussschale
extrahierte Faser ist. Kokosfaser herstellende Länder schließen Sri Lanka, die Philippinen
und Indien ein. In Kerala, Südindien,
ist die Kokosfaserherstellung eine traditionelle Heimarbeit. Das
hierbei verwendete Verfahren ist einzigartig. Schalen von reifen
Kokosnüssen
werden gebündelt
und über
einen Zeitraum von 6 bis 8 Monaten in Seen oder Flüssen eingetaucht.
Die „Bündel" sind als „Rotten" bekannt und das
Verfahren wird „Rotten" genannt. Während des
Rottens werden die Fasern durch mikrobiellen Abbau von den Bindesubstanzen,
wie Pektinen, gelöst.
Die Fasern werden aus gerotteten Schalen entweder mechanisch oder
durch manuelles Hämmern,
um das Mark herauszutreiben, welches die weichen Teilchen sind,
in denen die Fasern eingebettet sind, extrahiert.
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Die
Markzusammensetzung ist hauptsächlich
Lignin (80 %) und Cellulose. Die Größe der Markteilchen beträgt gewöhnlich weniger
als 1 mm. Mark aus gerotteten Schalen ist ein hochbeständiges Material
mit hervorragendem Wasserhaltevermögen. Da es während des
Faserextraktionsverfahrens entfernt wird, enthält Mark auch kurze Kokosfasern.
Das Material ist frei von äußerem Schmutz
oder Sand erhältlich.
Es hat einen geringen Stickstoffgehalt, besitzt aber Kalium, andere
sekundäre
Nährstoffe
und Mikronährstoffe.
Es hat jedoch wegen seiner schlechten biologischen Abbaubarkeit
keinen Nutzen als Düngemittel
und wird daher bei landwirtschaftlichen Anwendungen nicht verwendet.
Demzufolge wird dieses Material als Abfall betrachtet und es verursacht
Entsorgungskosten. Wenn trocken, hat das Mark eine sehr niedrige
Schüttdichte
von 0,2 kg/l. Eine interessante Eigenschaft eines Markbettes ist,
dass Wassersättigung
nicht zu einer Kompaktierung des Bettes, unter Beibehaltung des
im Wesentlichen gleichen Volumens, führt. Die Aufgabe des Betriebs
des Filters ohne Bildung von Schrumpfrissen ist dadurch erfüllt. Das
Vorhandensein von kurzen Fasern ermöglich diese Elastizität und Beibehaltung
des Volumens. In dieser Erfindung ist es erwünscht, dieselben Eigenschaften, d.
h. schlechte Abbaubarkeit, zu haben, die gerottetes Kokosnussmark
zum Abfall machen, was seine Verwendung als Düngemittel betrifft. Daher ist
die Aufgabe, eine neue Verwendung für diesen Abfallstoff zu finden, zusammen
mit der Aufgabe, einen Biofilter mit langer Nutzdauer zur Verfügung zu
stellen, erfüllt.
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Gerottetes
Kokosnussmark hat eine große
natürliche
Population von Mikroben. Es lohnt sich, mehr Details über das
Rotteverfahren zu erwähnen,
da es die Quelle der natürlichen
mikrobiellen Population im gerotteten Mark ist. Die mikrobielle
Wirkung ist in erster Linie anaerob, aber während verschiedener Phasen
im Rotteverfahren ist auch die aerobe Wirkung offensichtlich. Polyphenole
werden während
des Rottens in das Wasser freigesetzt. Das lässt darauf schließen, dass
die natürliche
mikrobielle Population Mikroorganismen enthält, die zum Abbauen von Phenolverbindung
imstande sind. Sowohl mikrobielle sulfatreduzierende Wirkung als
auch mikrobielle sulfatoxidierende Wirkung wurden in Rottehaufen
beobachtet.
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Der
Biofilterträger
ist der Kern dieser Erfindung. Es wurde jetzt festgestellt, dass
gerottetes Kokosnussmark einen hervorragenden Träger bildet, auf welchem die
gewünschten
Mikroorganismen gezüchtet werden
können.
Das Impfen mit geeigneten Kulturen liefert die notwendige Anfangszahl
von Organismen, die im Verlauf des Ingangsetzens vermehrt werden.
Insbesondere wurde festgestellt, dass Belebtschlamm von der Abwasserbehandlung
industrieller Einheiten eine ausgezeichnete Quelle des Impfens der
Kultur zum Ingangsetzen zur Entfernung derartiger Verbindungen,
wie Toluol, ist. Es wurde außerdem
herausgefunden, dass im Falle der Reinigung von Schwefelwasserstoff
enthaltender Luft, das Mark bereits eine ausreichende Anzahl an sulfidentfernenden
Mikroorganismen in seinem natürlichen
Zustand enthält,
um Schwefelwasserstoff wirksam zu oxidieren, und kein weiteres Impfen
benötigt
wird.
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Es
wurde festgestellt, dass Gas durch ein Gemisch aus Mark und Faser
bei hohen Geschwindigkeiten mit sehr geringem Druckabfall hindurchgeleitet
werden kann. Es wurde außerdem
herausgefunden, dass der Druckabfall durch Verändern des Verhältnisses
von Mark und Faser in dem Bett geeignet modifiziert werden kann.
Außerdem
wurde festgestellt, dass es sogar bei hoher Gasströmungsgeschwindigkeit
einen innigen Kontakt mit dem Filterbett gibt, um Gaskomponenten
effektiv zu den aktiven Teilchen zu transportieren.
3 stellt
den Druckabfall pro Meter des Betts bei einer von 100 bis 600 m
3/m
2·h reichenden
Gasleerrohrgeschwindigkeit dar.
4, frei
nach Patent
US 5.578.114 ,
zeigt im Vergleich verschiedene andere Materialien. Bei der höchsten Gasleerrohrgeschwindigkeit
von 600 m
3/m
2·h beträgt der Druckabfall
in der Erfindung 320 Pa/m, während
die beste Leistung des Stands der Technik einzig und allein bezüglich des
Druckabfalls mit granuliertem Kompost bei 620 Pa/m veranschaulicht
wird. Das wird in dieser Erfindung ohne Opfern des Gaskontakts mit
den Innenflächen
des Trägers,
im Gegensatz zum Fall von granuliertem Kompost, erreicht. Daher
ist die Aufgabe eines geringen Druckabfalls ohne Verlust an Eliminierungsleistung
erfüllt.
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Es
wurde festgestellt, dass die Anwesenheit von Faser im Mark, welche
bei Bedarf durch einfaches Einmischen von mehr Kokosfasern verstärkt werden
kann, dem Bett, neben der Erhöhung
seiner Porosität,
so viel Elastizität
gegen Kompaktierung verleiht, dass eine Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts
nicht zu einer Bettvolumenänderung
führt.
Diese Eigenschaft wird in dieser Erfindung genutzt, um Klumpenbildung, Schrumpfrissbildung
oder Alterung des Bettes zu verhindern.
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Die
Verwendung von Faser als Füllstoff
in dieser Erfindung ist eine bedeutende Neuerung bei der Biofilterkontraktion.
Faser kann dem Bett den Körper
liefern, selbst während
der Volumenanteil von Mark zu Faser hoch gehalten wird. Das ist,
weil Faser, insbesondere eine feste und elastische Faser wie Kokosnussfaser, ein
Volumen austreiben kann, das viel größer als das Eigenvolumen der
Faser ist. Im Gegensatz dazu erfordert die Verwendung von formstabilen
Materialien, wie Polystyrolkugeln, dass ein viel größerer Volumenanteil
des Bettes durch den Füllstoff
eingenommen wird. Zum Vergleich, während
EP 142872 erwähnt, dass unter Verwendung
von 50 bis 60 Vol.-% Polyethylenteilchen, die mit Kompost gemischt
werden, ein Druckabfall von 8 mm WS bei einer Gasleerrohrgeschwindigkeit
von 200 m
3/m
2·h erzielt
wird. Bei derselben Gasleerrohrgeschwindigkeit hat diese Erfindung
einen Druckabfall von 7 mm WS, wenn nur 3,6 Gew.-% Faser auf Feuchtgewicht
des gerotteten Marks in das Markbett gemischt werden. Es hat wenig
Sinn, auf das Volumen der zugegebenen Faser hinzudeuten, da die
Faser ein flexibles Material ist, hängt das Volumen vom Kompaktierungsgrad
des Faserballens ab.
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Kokosfaser
ist eine sehr stabile und feste natürliche Faser. Sie wird seit
Jahrhunderten für
Matten, Teppiche und die Seilherstellung verwendet. Die Faser, in
Seile gedreht, wird außerdem
traditionell für
Schiffsanlegearbeitsgänge
und zum Verbinden von Planken in Holzschiffen (einschließlich Überseeschiffen)
verwendet. Diese Beispiele beweisen die Festigkeit der Faser, selbst
wenn sie durchtränkt
wird. In den letzten Jahren wurde Kokosfaser zur Herstellung von
Geogeweben zur Stabilisierung von lockerem Boden verwendet. Diese
Beispiele werden angegeben, um die Beständigkeit dieser Faser gegen
Abbau unter rauen Umweltbedingungen zu demonstrieren. Diese Eigenschaften
werden in dieser Erfindung genutzt, um die physikalischen Eigenschaften
des Bettes über
lange Dauer aufrechtzuerhalten.
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Kokosnussmark
und Kokosfaser sind genau von derselben Quelle, d. h. Kokosnussschale.
Tatsächlich wird,
während
des Herstellungsverfahrens, nur lange Faser extrahiert und die kurzen
Fasern des Marks. In dieser Erfindung wird der weitere Zusatz von
Faser, wenn benötigt,
um die Gaspermeation zu verbessern, angegeben. Es wurde bei genauer
Untersuchung eines gut gemischten Mark- und Fasermediums, das ungehindert in
einen Behälter
geschüttet
wurde, um ein Bett zu bilden, festgestellt, dass die Fasern sich
im Allgemeinen eher in abfallender Orientierung als in aufrechter
Orientierung befinden. Daher besitzt das Bett in den horizontalen
Richtungen höhere
Permeabilität
als in den verikalen Richtungen. Das ist besonders nützlich,
da es eine gute Gaskontaktverteilung entlang der horizontalen Flächen gewährleistet,
während
das Kurzschließen
des Gases durch senkrechte Wege verhindert wird. Die Teilchengröße des Marks,
der Faserdurchmesser, die Form und Oberflächeneigenschaften beider Materialien
ermöglichen
eine enge Bindung des Marks an die Faser, dadurch das Widerstehen
des Verbundbettes der Zerlegung in seine Komponenten, selbst während Wässerns.
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Das
in dieser Erfindung offenbarte Verfahren umfasst das Mischen von
Mark aus gerotteter Kokosnussschale und Kokosnussfaser, bei Bedarf
mit Erdalkalimaterialien, Stickstoffdüngemitteln und Bakterienkulturen,
Bilden eines Bettes aus dem Verbundmaterial und Hindurchleiten von
Sauerstoff und Feuchtigkeit enthaltenden Abgasen durch das Bett,
wodurch Geruch und flüchtige
organische Verbindungen entfernt werden.
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Unterschiedliche
Ausführungsformen
des Biofilters können
für das
erfindungsgemäße Verfahren
realisiert werden. Die bevorzugten Ausführungsformen und ihr Nutzen
werden hierin beschrieben.
- 1. Bett, umfassend
Mark und Faser, wobei sich das Verhältnis von Faser zu Mark entlang
der Betttiefe nicht ändert.
Das ist die einfachste Realisierung dieser Erfindung, und sie kann
im Allgemeinen in allen Situationen verwendet werden.
- 2. Bett, umfassend Mark und Faser, wobei das Verhältnis von
Faser zu Mark entlang des Bettes vom Gasaustrittsende bis zum Gaseintrittsende
ansteigt. Diese Biofilteranordnung liegt speziell auf der Entfernung von
Schwefelwasserstoff aus Luft. Während
des Durchflusses von Wasserstoff durch den Biofilter wird er zu
Schwefel oxidiert, welcher ein Feststoff ist, der dazu neigt, den
Biofilter zu verstopfen, insbesondere am Gaseintrittsende, wenn
die Konzentration an Schwefelwasserstoff ziemlich hoch ist. Die
Anordnung von Mark und Faser wie hier beschrieben liefert eine große Porosität oder ein
großes
Luftvolumen am Eintrittsende und verhindert deshalb wirksam eine
Zunahme des Druckabfalls. Gleichzeitig ermöglicht die relativ dichte Füllung am
Gasaustrittsende einen guten Stoffübergang und eine gute Umsetzung
zur Entfernung von Spuren von Schwefelwasserstoff aus dem austretenden
Luftstrom.
- 3. Bett, umfassend Mark und Faser, angeordnet in sich abwechselnden
Schichten aus Mark/Faser-Gemisch, gefolgt von Faser allein. Diese
Anordnung ergibt eine räumliche
Trennung des Biofilters in unterschiedliche aktive Schichten, getrennt
durch eine inaktive Faserschicht. Spezifische Reaktionen können in den
aktiven Schichten mit unterschiedlichen mikrobiellen Kulturen oder
durch Beimischung von Puffersubstanzen, Säureneutralisationsmitteln oder
Nährstoffen,
wie für
die gewünschte
Reaktion in der Schicht benötigt,
ausgelöst
werden. Diese Anordnung ist besonders nützlich bei der Reinigung von
Gasgemischen.
- 4. Bett, umfassend Mark und Faser, so angeordnet, dass die oberste
Schicht Faser allein umfasst. Diese Anordnung ist nützlich beim
Zerstäuben
von Wasser oder anderen flüssigen
Sprühmitteln
und verhindert den Aufprall von Tröpfchen auf das weiche Bett.
- 5. Biofilterbett, umfassend Mark und Faser, so angeordnet, dass
die allerunterste Schicht Faser allein umfasst. Diese Anordnung
ist nützlich
bei der gleichmäßigen Verteilung
von Gas und beim Träger
des aktiven Mediums ohne die Notwendigkeit einer Gassammelkammer
und eines Trägers
aus perforierter Folie für
das Bett, wenn der Biofilter im Aufwärtsgasströmungmodus betrieben wird. Diese
Anordnung wird gleich gut zur Entfernung von Gas aus dem Biofilter
wiederum ohne eine Gassammelkammer arbeiten, wenn der Biofilter im
Abwärtsgasströmmungsmodus
betrieben wird.
- 6. Die vorstehenden Anordnungen können naheliegend auch in Kombination
verwendet werden.
- 7. Die Faserschicht, wie in den vorstehenden Ausführungsformen
benötigt,
kann aus Vlieskokosfaserfilz aufgebaut sein.
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Die
Erfindung wird jetzt mit den folgenden Beispielen erläutert. Diese
Beispiele dienen der Illustration und sollen nicht als Begrenzung
des Umfangs der Erfindung aufgefasst werden.
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Beispiel 1
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Ein
Biofilter, umfassend ein zylindrisches Rohr von 50 mm Durchmesser,
Kokosnussmark in 4 Schichten, wobei Kokosfaser die Schichten trennt.
Die Gesamthöhe
der trennenden Faserschichten beträgt 1 m. Schwefelwasserstoff
enthaltende feuchte Luft wurde unten an dem Biofilter eingeleitet.
Diese verunreinigte Luft wurde wie folgt hergestellt. Angesäuerte Natriumsulfidlösung enthaltende
Luft, wo die kontinuierliche Flüssigkeitszuführung. Unterschiedliche
Konzentrationen an Schwefelwasserstoff unter Veränderung der Konzentration an
Natriumsulfid in der Flüssigkeitszuführung, Sulfid
wurde mit iodometrischer Titration von Gasproben auf Konzentrationen
Volumen/Volumen und unter Verwendung eines tragbaren Gassensors
(Quest, SafeCheck) auf Konzentration im Bereich von 1 bis 500 ppm
Volumen/Volumen gemessen. Die nachstehende Tabelle gibt die Leistung
des Biofilters bei unterschiedlichen Schwefelwasserstoffeintragsmengen
an.
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Die
Eliminierungsleistung des Filters ist als das Gewicht der Verunreinigung
(hier: Schwefelwasserstoff), entfernt pro Volumeneinheit des Biofilters
pro Stunde, definiert. Das vorstehende Beispiel zeigt einen hohen
Wirkungsgrad der Entfernung und eine sehr hohe Eliminierungsleistung
des Biofiltermediums gemäß dieser
Erfindung. Der Biofilter wurde über
einen 6 Monate übersteigenden
Zeitraum betrieben. Während
dieses Zeitraums stieg der Druckabfall nicht mehr als 8 mm WS an,
womit die Verwendung der Faser gemäß dieser Erfindung, um sowohl
den Druckabfall zu senken als auch ein Luftvolumen zu liefern, das
mit Schwefel gefüllt werden
kann, vorgeführt
wird.
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Beispiel 2
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Ein
Biofilter, umfassend ein zylindrisches Rohr von 50 mm Durchmesser,
wurde mit einem Gemisch aus gerottetem Kokosnussmark, Kokosfaser,
Diammoniumphosphat und Belebtschlamm von einer industriellen gefüllt und
mit einer zusätzlichen
Luftströmungsanlage
verbunden. Die Gesamthöhe
des Bettes in dem Rohr betrug 1 m. Feuchte Luft wurde mit einem
zusätzlichen
Luftstrom, der durch eine Toluol enthaltende Flasche perlte, gemischt.
Das Luftgemisch wurde unten an dem Biofilterrohr zugeführt und
vom oberen Ende des Bettes abgelassen. Die Flasche mit Toluol wurde
jeden Tag gewogen, um die Menge des verdampften und mit dem Luftstrom
vermischten Toluols herauszufinden. Proben der Luft von dem Eintritt
des Biofilterbettes, an dem Austritt des Bettes und an verschiedenen
Probenahmepunkten entlang der Länge
des Bettes wurden unter Verwendung eines Chromatographen mit einem
Flammenionisationsdetektor und eines Datenschreibers/Integrators
analysiert. Der Biofilter wurde über
einen Zeitraum von 4 Monaten betrieben. Die nachstehende Tabelle
zeigt die Entfernung von Toluol in dem Biofilter (Werte im stationären Zustand)
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Die
vorstehenden Beispiele zeigen einen sehr hohen Wirkungsgrad der
Entfernung und eine hohe Eliminierungsleistung des Biofilters gemäß dieser
Erfindung.
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Es
gibt mehrere Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber dem
Stand der Technik.
- 1. Die Verwendung von Kokosnussmark
und Kokosnussfaser zur Bildung des Biofilterbettes erlaubt eine festere
Steuerung der Ausführung
des Systems, weil wichtige Kenndaten, wie Wasserhaltevermögen und Druckabfall, über einen
weiten Bereich eingestellt werden können.
- 2. Der Biofilter hat eine längere
Betriebsdauer, bevor Kompaktierung auftritt, weil die Bestandteile,
d. h. gerottetes Kokosnussmark und Kokosnussfaser, äußerst stabile
Biomaterialien sind, die einem Tauchrotteverfahren über einen
Zeitraum von mindestens sechs Monaten unterzogen wurden.
- 3. Eine große Änderung
des Druckabfalls und eine große Änderung
des Luftvolumens des Biofilterbettes kann durch eine geringe Änderung
des Verhältnisses
von Faser zu Mark bewirkt werden. Das ermöglicht, das Verfahren beispielsweise
bei der Reinigung von Wasserstoff enthaltenden Abgasströmen mit
herkömmlichem
Kompostfilter zu verwenden.
- 4. Das Biofilterbett gemäß dieser
Erfindung hat hervorragende Entwässerungseigenschaften
und lässt
die Ansammlung von freien Poolen nicht zu, weist wegen des größeren Wasserhaltevermögens im
Biofilter eine größere Beständigkeit
gegen Abbau infolge Trocknung auf.
- 5. Das Verfahren weist wegen des größeren Wasserhaltevermögens im
Biofilter eine größere Beständigkeit gegen
Abbau infolge Trocknung auf.
- 6. Das Verfahren ist umweltfreundlich und attraktiv, weil es
nachwachsende Materialien und insbesondere ein Material – gerottetes
Kokosnussmark -, welches zurzeit ein Abfallstoff ist, ausnutzt.
- 7. Die in diesem Verfahren verwendeten Bestandteile sind elastisch,
wenn sie für
den Transport kompaktiert werden, und können unter Verwendung der zwei
Bestandteile zum gewünschten
Volumen, Gewicht und Luftvolumen zurückgeführt und zurückformuliert werden, womit
Transportkosten gesenkt werden.
- 8. Dieses Verfahren führt
außerdem
wegen der stabilen Beschaffenheit der verwendeten Materialien nicht zu
organisch verunreinigten oder gefärbten Sickerwässern.
- 9. Das Bett kann in räumlich
getrennten aktiven Schichten aufgebaut sein, wobei die Trennung
unter Verwendung von Faser herbeigeführt wird.
- 10. Das Bett kann unter Verwendung einer Faserschicht, um das
Bett zu tragen und das Gas zu verteilen, aufgebaut sein, womit der
Aufbau vereinfacht und Kosten gesenkt werden.
