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Biofilter
Was sind Biofilter
Biofilter sind im eigentlichen Sinn keine Filter, sondern komplexe Biokatalysatoren bzw. Bioreaktoren. In Biofiltern werden durch die Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen Schadstoffe und Geruchsstoffe aus Abluft- bzw. Abgasströmen zu nicht toxischen, geruchsneutralen und überwiegend niedermolekularen Substanzen, wie z.B. Kohlendioxid (CO2) und Wasser abgebaut.
Filter im klassischen Sinn trennen mittels unterschiedlicher Methoden und Kriterien Stoffgemische voneinander ohne diese dabei substantiell zu verändern. Die abgetrennten Substanzen bleiben erhalten und müssen entsorgt werden. Biofilter hingegen verändern die in der Abluft enthaltenen Schadstoffe durch biochemischen Abbau.
Das Biofiltermaterial (z.B. Torf, Kokosfaser, Baumrinde oder vorzugsweise vorbehandelte Wurzelholzfaser) adsorbiert Geruchsstoffe bzw. Schadstoffe aus dem Abluftstrom. Natürliche Mikroorganismen auf und in dem Filtermaterial bauen diese dann praktisch rückstandsfrei ab. Biofilter eignen sich zur Elimination von gasförmigen und flüchtigen sowie Aerosol-förmigen organischen Schadstoffen aus Abgasen und Abluftströmen. Ausführliche Daten über die Einsatzbereiche von Biofiltern sowie über die Anforderungen an Biofilteranlagen sind in den VDI Richtlinien 3477 "Biofilter" enthalten.
Wozu braucht man Biofilter
Jeder wird sich sicher an Situationen erinnern, in denen er kurzzeitig oder über längere Zeiträume durch unangenehme, üble oder sogar ekelerregende Gerüche belästigt worden ist. Verunreinigte Abluft enthält nicht nur Geruchsstoffe, die das Wohlbefinden beeinträchtigen, sondern auch chemische Verbindungen wie z.B. Schwefelwasserstoff (H2S), die in hohen Konzentrationen oder bei Langzeiteinwirkung zu gesundheitlichen Problemen führen können.
Die Ausgangspunkte für diese Geruchsbelästigung sind meistens, aber nicht in jedem Fall ohne weiteres zu lokalisieren. Häufig sind Kanalschächte, Kläranlagen oder Industriebetriebe die Ursache. Mit geeigneten Biofilteranlagen lassen sich diese Probleme lösen.
Erfolgreich eingesetzt werden Biofilter bereits seit langem auf Kläranlagen, in Klärschlammtrocknungsanlagen, in der Lebens- und Genussmittelindustrie (Brauereien, Mälzereien, Kaffee- und Kakaoröstereien), in der Futtermittelindustrie, in der chemischen Industrie, bei der Reinigung von lösemittelhaltiger Abluft aus Lackierereien, in landwirtschaftlichen Intensivtierhaltungen oder auf Kompostieranlagen.
Wie funktionieren Biofilter
In Biofiltern werden durch die Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen Schadstoffe und Geruchsstoffe aus Abluft- bzw. Abgasströmen zu nicht toxischen, geruchsneutralen und überwiegend niedermolekularen Substanzen, wie z.B. Kohlendioxid (CO2) und Wasser abgebaut. Mikroorganismen decken dabei ihren Nahrungs- und Energiebedarf aus dem Angebot an Abluftkontaminanten.
Die unabdingbare Voraussetzung für gut funktionierende Biofilter und Biofilteranlagen sind die Schaffung von physikalischen und chemischen Umgebungsbedingungen wie z.B. Temperatur, Luftfeuchte, Nährstoffe und pH-Wert, die es den Mikroorganismen im Biofilter ermöglichen, ihren Stoffwechsel auf möglichst hohem Niveau aufrecht zu erhalten, um dabei die Schad- und Geruchsstoffe abzubauen.
Dies erfordert eingehende mikrobiologische und technisch, physikalische Kenntnisse bei der Projektierung, der Planung und beim Bau von Biofilteranlagen. Ein Komposthaufen, der auf einem Bodenrost aufgeschüttet wurde ist die einfachste aber mit Sicherheit nicht die beste Bauweise für einen Biofilter. Solche "Biofilter" werden binnen kürzester Zeit Probleme mit sich bringen oder von Anfang an nicht funktionieren.
Was man über Biofilter wissen sollte
Das Biofiltermaterial (z.B. Torf, Kokosfaser, Baumrinde oder noch besser: vorbehandelte Wurzelholzfaser) adsorbiert Geruchsstoffe bzw. Schadstoffe aus dem Abluftstrom. Es dient mit seiner Oberfläche gleichzeitig als Aufwuchsmatrix für Mikroorganismen. Diese natürlichen Mikroorganismen auf dem Filtermaterial bauen die organischen Abluftkontaminanten, aber auch Schwefelwasserstoff (H2S) und Ammoniak (NH3) praktisch rückstandsfrei zu unproblematischen Stoffen ab.
Damit Mikroorganismen (überwiegend natürliche Bakterien und Pilze) die für uns übel riechenden oder sogar toxischen, für sie jedoch wertvollen Substanzen aus der Abluft verstoffwechseln können, müssen im Biofilterbett geeignete Umgebungsbedingungen herrschen.
Feuchtegehalt
Wie alle Lebewesen brauchen auch Mikroorganismen ausreichend Wasser. Der optimale Wassergehalt des Biofilterbettes wird durch eine Abluftkonditionierung in Form eines Querstrom- oder in bestimmten Fällen auch eines Gegenstromwäschers gewährleistet. Filterbettberieselungsanlagen können eine gut arbeitende Abluftvorkonditionierung (Befeuchtung) nicht ersetzen, jedoch sinnvoll ergänzen. Trockene Biofilter wirken allenfalls noch kurzzeitig als Adsorber, durchnässte Biofilter können an Luftsauerstoff verarmen und Gärungsprozesse in Gang setzen, die erhebliche Geruchsemissionen zur Folge haben.
Temperatur
Mikroorganismen können Stoffwechsel bei Temperaturen von unter dem Gefrierpunkt bis über 100 ˚C betreiben. Die extremen Temperaturbereiche sind dabei spezialisierten Spezies und Stämmen vorbehalten. Der optimale Temperaturbereich für Biofilteranlagen liegt zwischen ca. 15 ˚C und 40 ˚C. Darunter oder darüber fällt die Abbauleistung ab. Die Temperatur in Biofilterbetten wird durch die Temperatur des Abluftstromes und die Außentemperatur bestimmt. Bei Ablufttemperaturen von über 45 ˚C sollte eine Abluftkühlvorrichtung vorgesehen werden. Bei Ablufttemperaturen von unter 0 ˚C sollte eine Abluftvorwärmung vorgesehen werden.
pH-Wert
Als Folge der Abluftzusammensetzung und der dadurch stattfindenden Stoffwechselaktivitäten im Biofilterbett stellt sich innerhalb von zwei bis drei Wochen ein relativ konstant bleibender pH-Wert ein. Dieser kann zwischen pH 2,0 (z.B. beim Abbau von hohen H2S-Konzentrationen) und bis über pH 8,5 liegen. Nur in Extremfällen sind Korrekturen des pH-Wertes erforderlich, da sich in der jeweiligen Umgebung die Mikroorganismen ansiedeln, vermehren und Stoffwechsel betreiben, die an den pH-Wert angepaßt sind.
Hoch belastete Abluftströme können in besonderen Fällen durch einen Abluftkonditionierer mit pH-Wert überwachung und Steuerung (Dosierstation für Säure bzw. Lauge) vorbehandelt werden.
Biofiltermaterial
Die Wahl des Biofiltermaterials sollte sich an den oben beschriebenen Anforderungen orientieren. Ein gutes Biofiltermaterial besitzt eine große Oberfläche mit einer zusätzlichen sogenannten "inneren Oberfläche", die sowohl von Mikroorganismen als auch Substanzen genutzt werden kann. Neben feinen sollten auch grobe Strukturen vorliegen, um Luft- und Wasseraustausch zu ermöglichen. Idealerweise ist ein Biofiltermaterial in der Lage, ohne jede Düngung selbst Nährstoffe zu liefern, die von den Mikroorganismen zusätzlich zu den Nährstoffen aus dem Abluftstrom benötigt werden. Als sehr vorteilhaftes Material hat sich unter diesen Aspekten insbesondere gerissenes Wurzelholz erwiesen, dessen Leistungsfähigkeit durch herstellerspezifische Vorbehandlungen noch gesteigert werden kann.
Standzeit des Biofiltermaterials
Wichtig aus Kostengründen ist auch die Standzeit eines Biofiltermaterials. Grundsätzlich wird jedes organische Biofiltermaterial mit der Zeit verbraucht, da es durch die stoffwechselaktiven Mikroorganismen ausgelaugt wird, und die Gerüstsubstanzen zersetzt werden. Wurzelholz verfügt über eine sehr gute Langzeitstabilität. Die eingelagerten Gerbstoffe, mit denen sich lebende Pflanzen in den Wurzeln vor Befall durch Mikroorganismen schützen, verhindern oder verzögern auch die vorschnelle Zersetzung des Wurzelholzmaterials in Biofiltern. Je nach Abluftbelastung lassen sich bei Biofilteranlagen Standzeiten von drei bis zu sieben Jahren erreichen.
Rückdruckeigenschaften des Biofiltermaterials
Gutes Biofiltermaterial zeichnet sich neben hoher Abbauleistung auch durch geringen Rückdruck aus. Hoher Rückdruck, z.B. bei Kompost oder Fasertorf als Biofiltermaterial, verursacht hohe Betriebskosten. Um die gleiche Abluftmenge durch das Filterbett zu drücken wird hier oft ein Vielfaches an elektrischer Energie verbraucht verglichen mit rückdruckarmen Material (z.B. Wurzelholzfaser).
Strömungsrichtung durch das Biofiltermaterial
Die Strömungsrichtung durch das Biofilterbett sollte immer von unten nach oben führen, um eine Rekontamination der gereinigten Abluft mit Geruchsbildnern über einem eventuell sich bildenden Drainwassersumpf zu verhindern. Im Biofilterbett abgebaute Geruchsstoffe werden durch Niederschlag oder Bewässerung ausgewaschen und landen zunächst im Drainwassersumpf, wo sie ggf. erneuten Umwandlungsprozessen unterliegen und erneut Geruchsstoffe bilden können. Es wäre höchst fragwürdig, eine aufwändig gereinigte Abluft vor Eintritt in die Atmosphäre über diesen Drainsumpf zu leiten und ggf. erneut mit Gerüchen anzureichern.
Einfache Biofilter
An vielen Stellen reichen einfache Biofilter aus, um ein Geruchsproblem zu lösen. Diese verfügen dann lediglich über einen Korpus mit Biofiltermaterial. Zu diesen einfachen Lösungen zählen Biofilterpatronen, Kanalschachtbiofilter, Rohreinsteckbiofilter, Dachrinnenbiofilter oder Entlüftungskaminbiofilter.
Auslegung von Biofilteranlagen
Die Auslegung einer Biofilteranlage erfordert ein hohes Maß an Erfahrung. Für die Reinigungsleistung ist nicht die Filterflächenbelastung entscheidend (m3/h Abluft pro m2 Filterfäche), sondern die Filtervolumenbelastung (m3/h Abluft pro m3 Filtervolumen). Nur mit ausreichendem Filtervolumen kann auch eine Mindestverweilzeit der Abluft im Filterkörper sichergestellt werden (max 100 m3/h pro m3 nach VDI-Richtlinie 3477).
Die Auswahl von erforderlichen Komponenten einer Biofilteranlage kann neben einem
- Ventilator und einem
- Befeuchter eine
- automatische Nachfüllung des Befeuchters beinhalten,
- eine automatische Abschlämmung des Befeuchters,
- Pumpe, Sieb, Düsen und Druckmessung für einen internen Wasserkreislauf,
- eine Heizung für Frostschutz,
- eine Dosierstation für besondere Reinigungsleistungen,
- Ex-Schutzmaßnahmen für Abluft, die aus einer explosionsgefährdeten Atmosphäre stammt und
- Steuerungstechnik mit oder ohne Visualisierung.
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