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12 | 2012

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Special

Special Luftreinhaltung/Emissionen Biologische Abluftbehandlung bei KTL-Anlagen Biologische Abluftbehandlungsverfahren sind eine kostengünstige Alternative zur energieintensiven thermischen Nachverbrennung bei der Behandlung Lösemittel-belasteter Abluft aus KTL-Anlagen. Mirko Schlegelmilch, Stefan Leitzgen, Claudia Lippke, Uwe Suchland und Andreas Breeger Die kathodische Tauchlackierung (KTL)ist eininder Automobilzulieferindustrie weit verbreitetes Verfahren zurBeschichtung vonMetallteilen. Der dabei eingesetzte Lack besteht zu großen Teilen aus Bindemitteln, Pigmentpaste und demineralisiertem Wasser. DieBindemittelsowie die Pigmentpaste enthalten häufig Epoxidharze, die bei derAushärtung eine stabile Struktur auf der Metalloberfläche bilden. Die Aushärtung erfolgt in einem Trockenofen bei etwa 150 bis 170°C. Während der Trocknung gehen Beschichtungsbestandteile in die Luft über und werdenaus dem Prozess abgezogen. Die mit flüchtigen organischen Verbindungen (volatile organic compounds, VOC) belastete Abluft muss zur Einhaltung geltender Grenzwerte vor einer Ableitung in die Atmosphärebehandelt werden. Thermische Nachverbrennung energieintensiv Im Werk Attendornder Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH wird zur Emissionsminderung eines derartigen Abluftstroms seit Jahren eine thermische Nachverbrennungsanlage mit integrierter Abwärmenutzung eingesetzt. Bedingt durch den für solche Anwendungen vergleichsweise geringen Anteil an organischem Kohlenstoff von rund 300 Milligramm pro Kubikmeter (mg/m³) in der Abluft müssen große Mengen an Erdgas zugeführt werden, um den Verbrennungsprozess amLaufenzuhalten. Durch die hohenEnergiepreise steigen entsprechend die Betriebskosten stetig an. Nichtzuletzt dieser Sachverhalt veranlasste die Geschäftsführung, nach Alternativen zur Behandlung des Abluftstroms zu suchen. Mit der TIG Group GmbH wurde ein Unternehmen mit der Durchführung von Pilotversuchen beauftragt, das langjährige Erfahrungen mit dem Bau und Betrieb von Abluftbehandlungsanlagen hat. Dabei setzt die TIG Group nicht auf das immer gleiche Verfahren, sondern hat ein vielseitiges Spektrum im Portfolio. Dies ermöglicht die Auswahl eines exakt auf den Anwendungsfall zugeschnittenenVerfahrens. Die Auswertung der Abluftrandbedingungen ergabindiesem Fall, dassein biologisches Verfahren eine aussichtsreiche Alternative darstellen könnte. Folgende erforderlichen Kriterien warengegeben: 7 DieAbluftinhaltsstoffe sindlöslich. 7 Sie sind biologisch abbaubar und umfassenkeine toxischen Stoffe. 7 DasKonzentrationsniveau istmäßig. Für die Pilotversuche zur Überprüfung der Eignung des biologischen Verfahrens wurde ein Teilstrom der Abluft Die Pilotanlage zur Abluftbehandlung in kompakter Containerbauweise besteht aus einer Biowäscher/Biofilter-Kombination. in einer Pilotanlage, im Wesentlichen bestehend aus einer Biowäscher/Biofilter-Kombination behandelt. Da die hier verwendeten biologischen Reinigungssysteme bei Temperaturen unterhalb von 40°C betrieben werden müssen, war eine Abkühlung der heißen Trocknerabluft durch einen Wärmetauscher vor dem Eintritt inden Wäscher erforderlich. TOC-Messung zur Erfolgskontrolle Nach einer kurzen Adaptionsphase stellte sich eine stabile Mikroorganismenpopulation ein, die eine erfolgreicheBetriebsweise gewährleistethat. Zur Beurteilung der Reinigungsleistung des biologischen Abluftbehandlungssystems wurden abluftseitig der gesamte organische Kohlenstoff (total organic carbon, TOC) kontinuierlich mittels einesFlammenionisationsdetektors(FID) gemessen sowie vereinzelt olfaktometrische Geruchsmessungen durchgeführt. Dienebenstehende Grafik zeigt einen typischen Konzentrationsverlauf an Bild und Grafik: TIG Group 14 UmweltMagazin Dezember 2012

Impressum Das Entscheider-Magazin für Technik und Management ISSN 0173-363 X 42. Jahrgang (2012) TOC-Konzentrationsverlauf inder behandelten Abluft an ausgewiesenen Probenahmestellen den Messstellen im Rohgas, hinter der zweiten Wäscherstufe und hinter dem Biofilter.Die TOC-Konzentration in der Rohluft ist ein klarer Indikator für den Betriebszustand der KTL-Anlage. Das nächtliche Absinkender Konzentration ist auf den Anlagenstillstand zurückzuführen. Ein Vergleich der Konzentrationsverläufe im Rohgas sowie hinter den einzelnen Behandlungsstufen lässt auf die Wirksamkeit der einzelnen Verfahrensschritte schließen. Deutlich ist zu erkennen, dass der Hauptteil der Schadstoffe im Biowäschersystem aus der Abluft entfernt wird. Mit einer durchschnittlichen Abbauleistung von knapp 70 Prozent erreichte derzweistufige Wäscher bereits nahezu die in der TA-Luft geforderten Reingaswerte von 50 mg C/m³. Durch dennachgeschalteten Biofilter wurdedieser Wert dann sicher unterschritten. Die auf den TOC bezogene Abbauleistung des Systems betrug im Mittel mindestens 85 Prozent. Der Geruchsabbau über das System lag sogar bei 95 Prozent. Die Konzentrationen konnten von knapp 20 000 Geruchseinheiten je Kubikmeter(GE/m³) auf Werteunterhalb von 1000 GE/m³ reduziert werden. Die Hauptabbauleistung erbrachte der Biofilter. Mit derPilotanlage wurdeeine Datengrundlage geschaffen, auf Basis derer eine Dimensionierung großtechnischer Anlagen für diese Anwendungsfälle möglichist. Prozesswärme aus Abwärme und zusätzlichem Brennwertkessel Die derzeit noch installierte thermische Nachverbrennungsanlage liefert Abwärme für einen erforderlichen Verfahrensschritt der Tauchlackierung. Bei Wegfall dieser Wärmequelle muss die Energie anderweitig zur Verfügung gestellt werden. Als mögliche Quelle steht der 170°Cheiße Abluftstrom aus dem Trockenofen zur Verfügung. Da aber die Energie auf einem gewissen Temperaturniveaubereitgestellt werden muss, kann nicht dessen gesamte Energie genutzt werden. Für die fehlende Energie könnte zusätzlichein effektiver Brennwertkessel installiert werden. Er liefert die Wärme, die während der Anfahrphasezum Erreichender erforderlichen Temperaturen sowie im Betrieb zur Schließung der Bedarfslücken benötigt wird. DieAblufttemperatur am luftseitigen Auslass des Wärmetauschers lässt sich durch Einstellen der Sättigungstemperatur in einer Quenche auf Temperaturen unterhalb von 40°Csenken, sodasseine direkteEinleitung in die biologischen Verfahrensschritte der Abluftbehandlungsanlage ohne weitere Kühlungmöglichist. Dr.-Ing. Mirko Schlegelmilch, Stefan Leitzgen, Claudia Lippke, Uwe Suchland, Andreas Breeger, alle TIG Group GmbH, Hamburg, mirko.schlegelmilch@tig-group.com Herausgeber Verein Deutscher Ingenieure Redaktion Dipl.-Biol. Akram El-Bahay (Chefredakteur), Tel.: (02 11) 61 03-3 26 Daniela Brière (Redaktions-Assistenz), Tel.: (02 11) 61 03-2 15 E-Mail: UmweltMagazin@springer-vdi-verlag.de Freier Mitarbeiter der Redaktion Dipl.-Geogr. Helmuth Ziegler, Würzburg Organschaften VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (VDI-GEU)/Umwelttechnik Verband der Betriebsbeauftragten für Umweltschutz e.V. (VBU), Essen Verband für nachhaltiges Umweltmanagement e.V. (VNU), Frankfurt am Main. Für Mitglieder des VBU und VNU ist der Bezug im Mitgliedsbeitrag enthalten. Medienpartnerschaft Deutsche Gesellschaft für Qualität e.V. (DGQ), Frankfurt am Main Redaktionsbeirat Bernhard Schwager, Vorsitzender des VBU, Essen Prof. Dr.-Ing. Hermann-Josef Wagner, Vorsitzender der VDI-GEU, Bochum Matthias Friebel, Vorsitzender des VNU, Frankfurt am Main Dr. Henning Friege, Sprecher der Geschäftsführung der Awista GmbH, Düsseldorf Dr.-Ing. Hans-Friedrich Hinrichs, KTB GmbH, Gladbeck Prof. Dr.-Ing. Klaus Gerhard Schmidt, Wissenschaftlicher Direktor des Instituts für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA), Duisburg Claudia Nauta, DGQ, Frankfurt am Main Martin Ittershagen, Pressesprecher des Umweltbundesamtes, Dessau Hinweise für Autoren/Manuskripte www.umweltmagazin.de Verlag Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG VDI-Platz 1, 40468 Düsseldorf Postfach 10 10 22, 40001 Düsseldorf Commerzbank BLZ 300 800 00, Kontonummer 02 121 724 00 SWIFT/BIC-Code: DRES DE FF 300, IBAN DE69 3008 0000 0212 1724 00 Geschäftsführung Christian W. Scheyko Layout Ulrich Jöcker Satz Medienpartner Mäurer GmbH, 41836 Hückelhoven Druck KLIEMO printing, Hütte 53, B-4700 Eupen Copyright Die Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. 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