VOC-Richtlinie sicher einhalten

Michael Graff, Jochen Fell

In vielen produzierenden Industrien werden Lösemittel und lösemittelhaltige Rohstoffe verwendet. Betroffen sind insbesondere Betriebe, in denen Farben und Lacke, Klebstoffe, Reinigungsmittel oder Arzneimittel verarbeitet oder hergestellt werden. In Abhängigkeit der Qualität und Quantität der bei einem Produktionsprozess entstehenden Abluft, der Schadstoffkonzentration und der Schadstoffzusammensetzung kommen verschiedene Technologien zur Abluftreinigung in Frage. Eine dieser Technologien ist die biologische Abluftbehandlung, bei der die natürlichen Selbstreinigungsprozesse der Umwelt für technische Zwecke umgesetzt und intensiviert werden. Anwendung finden neben den herkömmlichen Biofiltern (Festbettfilter mit organischen Materialien wie Reisig, Fasern oder Rindenmulch), auch Biowäscher und Biotricklingfilter. Biowäscher sind Kreislauf-Wäscher-Systeme bei denen der biologische Abbau in einem separaten Reaktionsbehälter stattfindet. Biotricklingfilter (Rieselfilter) vereinen die positiven Eigenschaften eines Biofilters mit denen eines Biowäschers bei deutlich geringerem Platzbedarf.

Eine Weiterentwicklung des Biotrickling-Konzeptes ist das Biovox-Verfahren von Donau Carbon, bei dem durch den Einbau eines speziellen Trägermaterials mit einer großen spezifischen Oberfläche im Reaktor die Filterleistung optimiert wurde. Die Entwicklung erfolgte durch umfangreiche Versuche, bei denen unterschiedliche Materialien und Lösemittel getestet wurden. Durch eine Veränderung der Luftführung ließ sich die Anlagengröße reduzieren und der Abscheidegrad verbessern. Mit wenigen Ausnahmen (z. B. höher chlorierte CKWs) lassen sich Lösemittel und Lösemittelgemische mit diesem Verfahren biologisch gut abbauen. Es liegen Betriebserfahrungen für eine Vielzahl von Lösemitteln vor. Eine Besonderheit des Biovox-Verfahrens liegt darin, dass neben den wasserlöslichen Substanzen durch die eingesetzten Mikroorganismen gleichzeitig auch schlecht wasserlösliche Stoffe wie Toluol, Xylol, Benzine oder Methylenchlorid sowie komplexe Schadstoffgemische aus der Abluft entfernt werden können. Ein inertes Trägermaterial, das eine große Oberfläche aufweist, bewirkt einen intensiven Kontakt zwischen der gasförmigen und der wässrigen Phase. Die Mikroorganismen spalten die Lösemittel auf und setzen sie in harmlose Endprodukte wie Kohlendioxid, Wasser und Biomasse um. Das abfließende Wasser wird innerhalb des Reaktors rezirkuliert, um die Lösemittel des kontaminierten Gases in eine lösliche Form zu überführen. Wasser und Nährstoffe werden gemeinsam mittels Düsen über den Biofilm gesprüht. Optimale Bedingungen für eine biologische Abluftbehandlung sind eine Umgebungstemperatur zwischen 15 und 30 °C, hohe Luftfeuchte, ausreichende Nährstoffzuführung und neutraler pH-Wert. Störend für das Mikrobenwachstum sind Sauergase oder Schwermetalle.

Beim Biovox-Verfahren wird die belastete Abluft in einen mit Mikroorganismen gefüllten Reaktor geleitet. Diese vermehren sich auf der speziellen Struktur der Trägermaterialien. Nährstoffe, wie Stickstoff, Phosphor, Schwefel und Spurenelemente, werden täglich zugeführt. Im Unterschied zu Verfahren, bei denen der biologische Umbau in der wässrigen Phase stattfindet, das bedeutet, die Mikroben sind in der Flüssigkeit suspendiert, liegen bei diesem Verfahren die Mikroben in einem festen stabilen Biofilm auf dem Trägermaterial. Der Biofilm erneuert sich kontinuierlich, wobei gleichzeitig überschüssige Biomasse nach unten abläuft und aus dem Kreislaufwasser regelmäßig abgestoßen wird. Durch die schnelle Anpassungsfähigkeit an veränderte Produktions- und damit Abluftbedingungen und die Unempfindlichkeit gegenüber Schadstoffpeaks wird ein sicherer Betrieb auch bei Luftmengenänderungen, Konzentrationsänderungen und einem Wechsel des Lösemittelgemisches erzielt.

Das Biovox-Verfahren hat sich im Dauerbetrieb bewährt. Die Betriebserfahrungen zeigen eine einfache Betriebsweise mit hoher Flexibilität für VOC-Konzentrationen von 0,1 bis 5 g C/m3 und Abluftmengen von 1000 bis 500 000 m3/h. Für Lösemittel wie Ethylacetat, Toluol, MEK und Isopropanol liegen ausreichende Betriebserfahrungen vor. Im Falle von Speziallösemitteln wie Methanol, Ethanol, Acetaldehyd, Aceton, Aerylamide, Butanole, Methylacrylat, Glykole oder sehr komplexen Gemischen besteht die Möglichkeit, mit Hilfe einer Pilotanlage die Bedingungen für eine Großanlage zu ermitteln. Eine Anlage im Dauerbetrieb läuft im britischen Chemieunternehmen Gramos Surface Treatment, einem Hersteller von Klebstoffen, Reinigungsmitteln und Farben. Hier werden 4200 m3/h Abluft, eine VOC-Mischung aus Methylenchlorid, Toluol, DCM, Xylol, Isopropanol, Methanol und Ethylacetat mit einer mittleren Schadstoffbelastung von 0,260 g C/m3 aufbereitet. Der vorgeschriebene Grenzwert von 50 mg C/m³ wird in jedem Fall eingehalten. Die Anlage ist 2100 h/a im Einsatz. Das automatische An- und Abfahren über Nacht und an den Wochenenden erfolgt über eine SPS.