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07-08 | 2019

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Energie Bakterien auf

Energie Bakterien auf Kunststofffäden verhindern Verblockung Ein neuer Biofeuchtreaktor wandelt in Biogas enthaltenen Schwefelwasserstoff fast vollständig in Schwefel um. Dank spezieller Konstruktion benötigt er bis zu 80 Prozent weniger Energie und bis zu 90 Prozent weniger Wasser als herkömmliche Reaktoren. Bevor Bio-, Klär- und Deponiegase in das Erdgasnetz eingespeist oder direkt als Kraftstoff für einen Motor verwendet werden können, müssen sie von Schwefelwasserstoff (H 2 S) befreit werden. Andernfalls greift diese Substanz Rohrleitungen und Motorkomponenten an. Korrosion kann die Folge sein. Wird das Gas im Antrieb mitverbrannt, entsteht außerdem schwefelige Säure (H 2 SO 3 ) oder Schwefelsäure (H 2 SO 4 ), die das Motoröl versauern lassen. Diese Säuren verkürzen die Wechselintervalle, die Betriebskosten steigen. Daher wird das Rohgas immer von diesem Gas befreit – häufig biologisch, also mit Hilfe von Bakterien. Hierfür werden spezielle schwefeloxidierende Bakterien – so genannte Thiobakterien – eingesetzt. Diese nehmen das H 2 S aus dem Rohgas auf und spalten es durch Hinzugabe von Sauerstoff in elementaren Schwefel (S) und Sulfat (SO 2- 4 ) auf, wobei das Verhältnis dabei vom Sauerstoffgehalt bestimmt wird. Liegt dieser bei zwei Prozent, entstehen 80 Prozent Sulfat, was schädlich für die Anlagenkomponenten ist und das Prozesswasser versauern lässt, sodass viel mehr Frischwasser hinzugegeben werden muss. In der Konsequenz steigen die Betriebskosten durch den höheren Verbrauch. Schwefelbakterien helfen Daher ist eine reduzierte Sauerstoffzugabe von 0,3 bis 0,5 Prozent sinnvoll, um den Sulfatgehalt bei 20 Prozent zu halten und so Prozesswasser einzusparen. Unter diesen Bedingungen oxidieren die Thiobakterien 80 bis 90 Prozent des H 2 S zu elementaren Schwefel. Als Nebenprodukt bildet sich Wasser. Der Schwefel wird gesammelt. Landwirte können ihn als Düngezusatz nutzen. Die restlichen 20 Prozent verbleiben als Sulfat im Prozesskreislauf. Herkömmliche Entschwefelungsanlagen neigen dabei allerdings zur Verblockung. Thomas Springer, Leiter Vertrieb der SH Sulphtec GmbH, kennt den Grund: „Verfügt die Anlage nicht über genügend Besiedlungsoberfläche, eine vollautomatische Reinigung im laufenden Betrieb oder schwankt die zugeführte Sauerstoffmenge, legt sich bereits nach einer Stunde eine feste Schicht Schwefel auf die Füllkörper, die nicht einfach abgespült werden kann.“ Die notwendige Reinigung der Anlage und der Austausch der Füllkörper kosten schnell jährlich Summen im fünfstelligen Bereich. Hängende Fäden Damit diese regelmäßigen Mehrkosten gar nicht erst auftreten, hat das Unternehmen die Anlage „SulphPur“ entwickelt, bei der Verblockung ausgeschlossen ist. Sie ist dank eines optimierten Reaktoraufbaus kostengünstiger im Betrieb und kann mit einer sehr geringen Sauerstoffmenge betrieben werden. Ein Austausch des Nährbodens ist auch nach Jahren nicht notwendig. Obwohl die Anlage klassischen Biobettreaktoren ähnelt, unterscheidet sie sich in einigen Punkten grundlegend. Generell besteht die SulphPur aus einem bis zu 13 m hohen Reaktorturm, in dem sich das Füllmedium – als Besiedlungsfläche für die Bakterien – und der Sammelsumpf für den elementaren Schwefel befinden. Zusätzlich angeschlossen sind die Gasein- und -austrittsstelle sowie ein Technikraum. „Anstatt der sonst üblichen Füllkörper nutzen wir allerdings sogenannte Sessilstreifen, da sie widerstandsfähiger sind und der anfallende Schwefel ihre Funktionalität nicht negativ beeinflussen kann“, so Springer. „Dabei handelt es sich um dünne Kunststofffäden, die auf einer Länge von etwa 11 m hängend an einem Gitter unter dem Reaktordach Der Biofeuchtbettreaktor SulphPur verzichtet auf klassische Füllkörper und enthält stattdessen spezielle Kunststoffstreifen, die eine Verblockung ausschließen. Am Gaseinlass befindet sich ein fester Propeller. Er bringt das Gas in Bewegung und verwirbelt es, so dass es nicht nur punktuell nach oben steigt, sondern homogen die gesamte Sessilfläche erreicht. befestigt werden. Auf diese Weise füllen sie den Reaktionsraum zu zwei Dritteln aus und liefern genügend Besiedlungsfläche.“ Diese Konstruktion hat einen großen Vorteil: Der elementare Schwefel, der beim Entschwefeln anfällt, lagert sich an den Fäden ab, rutscht nach unten in den Reaktorsumpf, wo er sich sammelt und abgepumpt werden kann. Da die Fäden nur wenige Zehntel Millimeter dick und mit einer verstärkten Seele aus Kevlar ausgestattet sind, bleiben sie sehr reißfest. So wird die Reaktionsfläche vor jeglicher Art der Verstop- 40 UmweltMagazin Juli - August 2019

Energie Falsche Auslegungsparameter oder eine unzureichende Sauerstoffzufuhr führen bei Entschwefelungsanlagen schnell zur Verblockung. Der bei den Prozessen gebildete elementare Schwefel setzt sich auf die Kunststofffüllkörper, verschließt diese immer weiter und macht schließlich einen Austausch notwendig. Kunststoffstreifen - die Sessilstreifen - hingegen sind widerstandsfähiger und der anfallende Schwefel beeinträchtigt deren Funktionalität nicht. fung oder Verblockung bewahrt. Diesem Aufbau entsprechend befindet sich der Gaseintritt im unteren Drittel der Anlage. Das Rohgas wird durch die Kolonne nach oben zum Austritt geführt, anders als bei vielen herkömmlichen Reaktoren. „Die höchste Reaktionsrate lässt sich immer in der Nähe des Zuführpunktes verzeichnen, daher haben wir den Strömungsverlauf an den vertikalen Aufbau des Füllmediums angepasst“, erklärt Springer. Über dem Rost sind drei Düsen angeordnet, über die Substrat und bei Bedarf Spülwasser über die Füllkörper verrieselt werden. So können sich in den oberen Bereichen kleinere Schwefelmengen anlagern, die nach und nach auf die größeren Klumpen im unteren Drittel rutschen und sie von den Streifen lösen. So entsteht ein Selbstreinigungseffekt. Damit die hohe Umwandlungsrate erfüllt werden kann, wird das Gas in einem vorgeschalteten Heizwäscher auf 30 °C gebracht und leicht befeuchtet – nur so arbeiten die Bakterien auf Hochtouren. Am Gaseinlass befindet sich zudem ein fester Propeller, der das Gas in Bewegung bringt und verwirbelt, sodass es nicht nur punktuell nach oben steigt, sondern homogen die gesamte Sessilfläche erreicht. Schnelle Amortisierung Damit die Bakterien ausreichend angeregt sind, um mit dem Rohgas zu interagieren, wird – wie bei jeder biologischen Entschwefelung – Sauerstoff sowie eine Nährstoffzugabe in Form von Substrat oder Flüssigdünger benötigt. „Viele Anlagen wirken auf den ersten Blick zwar günstiger, haben aber im Laufe der Zeit hohe Betriebskosten, da große Mengen Wasser und Sauerstoff benötigt oder im Falle einer Verblockung umfassende Reparaturen notwendig werden“, erklärt Springer. „Die SulphPur kommt allerdings von vornherein im Vergleich zu klassischen Rieselbettreaktoren mit weniger Sauerstoff und Wasser aus.“ Anstatt der häufig benötigten 2 Prozent kann die Anlage effektiv bereits mit 0,3 Prozent Sauerstoff betrieben werden. Als Nährstofflösung kann Substrat beispielsweise aus dem Fermenter oder dem Gärrestlager bezogen werden, sodass kein zusätzlicher Dünger notwendig ist. Steht kein geeignetes Substrat zur Verfügung, wird ein Wasser-Dünger Gemisch verwendet. Es wird vollautomatisch alle vier Stunden für eine Minute im Gegenstrom von oben nach unten über das Trägermaterial verrieselt. Anders als bei herkömmlichen Anlagen, bei denen eine Befeuchtung der Füllkörper für 24 Stunden notwendig ist, kann so die Zeit auf wenige Minuten am Tag reduziert werden. Gleichzeitig entfallen die Stromund Wasserkosten, welche eine Pumpe im Dauerbetrieb mit sich bringt. Die Kombination aus hochwertigen Materialien und effizienter Biologie sorgt letztendlich für die Beständigkeit und Langlebigkeit der Anlage, sodass sie auch bei hohen Volumenströmen dauerhaft die gewünschten Umwandlungsraten erreicht. Dies senkt die Betriebskosten etwa durch einen geringen Bedarf an Prozesswasser deutlich. Einmal aufgebaut wird lediglich eine jährliche Inspektion empfohlen; der regelmäßige Austausch von Teilen oder des Füllmaterials entfällt. „Investitionssicherheit Die Technikzentrale ist mit allen für den Entschwefelungsbetrieb notwendigen Aggregate und der Steuerung in einem Kunststoffcontainer untergebracht: - so die Substrat- und die Heizwäscherpumpe, das Luftgebläse sowie verschiedene elektrisch oder pneumatisch betriebene Absperrklappen, Kugelhähne und Magnetventile. ist für uns ein ganz wichtiger Punkt“, erklärt Springer. „Die SulphPur-Anlagen, aber auch unsere klassischen Biorieselbettreaktoren sind so ausgelegt, dass sie nicht verblocken, kaum Wartung benötigen und die Betriebskosten dauerhaft gering bleiben, ohne dass die Effizienz leidet. Dass diese Philosophie funktioniert, bestätigen uns die zahlreichen Aufträge zur Nachrüstung konventioneller Anlagen anderer Hersteller.“ Nicki Teumer, freier Redakteur für SH Sulphtec info@sulphtec.com Bilder: SH Sulphutec GmbH UmweltMagazin Juli - August 2019 41

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