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12 | 2013

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SPECIAL

SPECIAL Luftreinhaltung/Emissionen Zur wirtschaftlichen und umweltgerechten Reinigung lösemittelhaltiger Emissionsquellen sind, abhängig von den Konzentrationen und Inhaltsstoffen der Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOCs) sowie anderer Abluftkriterien, verschiedene Verfahren einzusetzen. Dazu zählen auch biologische und thermische Verfahren, mit denen sich dieser Artikel beschäftigt. Schlüsselfertig übergebene RTO-Anlage Thermischeund biologische Abluftreinigungsanlagen Dr.-Ing. Matthias Birkenseer In Produktionsprozessen wie etwa bei Druckverfahren, der Beschichtung von Oberflächenoderbei Reinigungsschritten in derLackierindustrie entsteht Abluftmit mehr oder weniger starkerSchadstoffbelastung.Die anthropogenenEmissionenvon VOCbilden einenwesentlichenAnteil der Luftbelastung.Sie sind unteranderem Vorläuferstoffe für die Bildung von bodennahem Ozon und Feinstaub, die umweltgefährdend und gesundheitsschädlich sind. Um dieVOC-Emissionen zu reduzieren, hat der Gesetzgeber verschiedene Vorgaben und Verordnungen erlassen wie zum Beispiel die Lösemittelverordnung (31. BImSchV). DieIndustrie hatinden vergangenen Jahren bei der Minderung von VOC-Emissionen große Fortschritte erzielt: Maßnahmen waren die Umstellung auf VOC-arme oder -freie Produkte, optimierte Produktionsprozesse und der vermehrte Einsatzvon Abluftreinigungsanlagen. Zur wirtschaftlichen und umweltgerechten Reinigung lösemittelhaltiger Emissionsquellen sind abhängig von den Konzentrationen und Inhaltsstoffen der VOC-Emissionensowie andererAbluftkriterien verschiedene Verfahren einzusetzen. Biologische Abluftreinigung Bei den biologischen Oxidationsverfahrenwirdzwischen Biofilternund -wäschern unterschieden. Die Umsetzung der Lösemittel erfolgt bei den biologischen Verfahren auf Basis biologischer Stoffwechselvorgänge durch spezielle adaptierte Mikroorganismen, entweder angesiedelt auf Trägermaterialien (Biofilter) oder in Suspensionen (Biowäscher/ Bioreaktoren). Für den Einsatz eines Biowäschers müssen die Lösemittel eine gewisse Wasserlöslichkeit aufweisen (etwa Ketone oder Aldehyde). Die Entwicklung von Hochleistungsbiowäschern, die durch die Verwendung vonLöslichkeitsvermittlern auch schwerer wasserlösliche Abluftkomponenten abscheiden können, hat das Anwendungsspektrum nochmalsentscheidend erweitert.Bei einem Biofilter ist diese Erfordernis nicht zwingendgegeben, da auch Adsorptionsprozesse auf der Oberflächedes Filtermaterialsfür dieWirksamkeitder Lösemittelabscheidung verantwortlichsind. Biokat-Filter mit vorgeschaltetem DS-Biowäscher Bei einem Kunden aus der Halbleiterindustrie fällt in dem Prozessschritt „Beschichtung von Wafern mit Fotolacken“ und imnachfolgenden Reinigungsprozess eine lösemittelhaltige Abluftmenge von 20000 Kubikmeter pro Stunde (m 3 /h) an.Die Abluftbeinhaltetunteranderem Ketone, Alkohole, Acetate oder Etherund hateine starkschwankende Lösemittelkonzentration mit Spitzenwerten von über 1000 Milligramm Kohlenstoff pro Kubikmeter (mg C /m 3 ). Der Wochen- Mittelwert beträgt etwa 150 bis 160 mg C /m 3 . Durch die Biokat-Filteranlage und einem vorgeschalteten zweistufigen DS-Biowäscherwirdder Reinluftgrenzwert von 20mg C /m 3 mit den erreichten Reingaskonzentrationen von gut 10mgC/m 3 deutlich unterschritten. Die Biokat-Filteranlage wurde durch eine optimierte Verfahrenstechnik platzsparend ausgeführt. Der vorgeschaltete zweistufigeDS-Biowäscherwurdeineinem gemeinsamen Gehäuse mit einem geringen Flächenbedarf integriert, die Biokat- Filter inContainerbauform errichtet; sie sind stapelbar und modular erweiterbar. Dieseswar eine Anforderung desKunden, damit imFalle einer Produktionserweiterung die flexible und kostengünstige Vergrößerung der Abluftbehandlungsanlage möglichist. Das Abscheidediagramm verdeutlicht, dass selbst hohe Emissionsspitzen durch dieBiokat-Filter abgeschiedenwerden. Die häufiger geäußerte Meinung, dass es bei Biofilteranlagen zu Emissions-Durchbrüchen kommt, konnte hier widerlegt werden.EntscheidendfürdensicherenBetrieb solcher Abluftreinigungsanlagen sind die Erfahrung in der Auslegung und Konzeptionierung von Biofilteranlagen bezie- 18 UmweltMagazin Dezember 2013

Automatische Durchlauf-Konservieranlage für Stahlteile in einem mittelständischen Betrieb Bilder (2): TIG Group hungsweise der Verfahrenskombination von Biofilter/Biowäscher sowie der Einsatzvon Pilotanlagen. Thermische Abluftreinigung Beiden thermischenVerfahren werden dieThermischeNachverbrennung (TNV) und dieRegenerativeThermischeOxidation (RTO) betrachtet. Daneben kommt unter engen Voraussetzungen dieKatalytischeNachverbrennung (KNV) zumEinsatz. Die Lösemittel werden bei Temperaturenvon rund 800°CineinerBrennkammer oxidiert. Wesentliche Einflussfaktorenzur Erreichung dergeforderten Reinigungs-Wirkungsgrade und der Einhaltung derGrenzwertesind dieVerweilzeiten inder Brennkammer und eine definierte Abluftführung in den Abscheidezonen/Brennkammer. RTO-Systeme werden aufgrund deshohen Wärmerückgewinnungsgrades von biszu97Prozentbei mittlerenbis hohen Konzentrationenals dieaktuell beste verfügbareTechnik fürthermischeAbluftreinigungsanlagen betrachtet. Durch den reduziertenspezifischenSekundärbrennstoffverbrauch (Zusatzbrennstoff neben dem Energiegehalt der Lösungsmittel in der Abluft) bei den RTO-Anlagen lassen sich niedrigeBetriebskostenund schnelle Amortisationszeiten(im Vergleichzuanderenthermischen Verfahren) erzielen. RTO-Systeme mit hohem Wärmerückgewinnungsgrad Ein Kunde aus der Automobilzulieferindustrie, dereine automatischeund eine manuelle Lackieranlage betreibt,war aufgefordert, die Lösungsmittelemissionen aus einem Abluftvolumenstrom von 35 000 m³/h auf die gesetzlichen Vorgaben der31. BImSchV zu reduzieren.Die Abluft beinhaltet hauptsächlich Ketone, Aromate,Ether, Acetateundzeichnetsich durch eine stark fluktuierende Gesamt- C-Konzentration vonetwa 100 bis 1800 mg C /m 3 bei Halbstundenmittelwerten von 300 bis 800 mg C /m 3 aus. Die Randparameter sind 30 °C Ablufttemperatur und weniger als 90Prozent relative Luftfeuchte. Die Gesamtabluftmenge wird miteinerRTO-Anlage so behandelt, dass die Reingaskonzentration deutlich unter demgeforderten Stundenmittelwertvon 20 mg C /m 3 liegt.Die Schadstoffewerden bei einer Brennkammertemperatur von etwa 800°Cumgesetzt. Im teilweise nicht autothermen Betriebsbereich, bei Konzentrationenkleiner1200 mg C /m 3 ,dient Erdgas als Sekundärbrennstoff. 97 Prozent der eingesetzten beziehungsweise freigesetzten Energie wird aus dem Reingas zurückgewonnen und für die Erwärmung der Rohluft verwendet. Dadurch kann die Anlage in Schwachlastphasen miteinemspezifischenSekundärenergieverbrauch von unter 10m 3 Erdgas pro 1000 m 3 Abluftbetrieben werden,was zu niedrigen Betriebskosten, niedrigen CO 2 -Emissionenund nicht zuletztzukurzen Amortisationszeitenfür denKunden führte. Fazit Die Beispiele zeigen, dass sowohl thermische als auch biologische Abluftreinigungsanlagen die gesetzlichen Vorgaben der 31. BImSchV einhalten und demStand derTechnik entsprechen. Biologische Systeme haben gegenüber thermischen Verfahren den Vorteil, keine weitere Sekundärenergie zu verbrauchen –zudem weisen sie geringere CO 2 -Emissionen auf. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass die Inhaltsstoffe biologisch leicht verstoffwechselbar sind und in nicht zu hohen Konzentrationen vorliegen. Vonzentraler Bedeutung für die Wirtschaftlichkeitder Abluftreinigung istdeshalb dierichtigeVerfahrensauswahlund -kombination, abhängigvon denAbluftbedingungen.Die TIG-Group GmbH bietet Kunden aus den verschiedensten Branchen die erforderliche langjährige Erfahrung auf einem breiten Verfahrens-und Anlagenspektrum. Dr.-Ing. Matthias Birkenseer, TIG Group GmbH, Husum, info@tig-group.com Im Abscheider trennen sich das nun gereinigte Gas und die Waschflüssigkeit wieder. GJP17d13 Über den Saugstutzen wird das verschmutzte Gas von der Waschflüssigkeit angesaugt und mitgerissen. Gasreinigung und Gaskühlung mit Strahl- und Venturiwäschern. Die Anlagen werden individuell ausgelegt und erzielen so hohe Reinheits- und Wirkungsgrade. Sie eignen sich besonders für heiße Abgase (bis zu 1.300 °C), für explosive Gasgemische und stark staubbeladene und hochkorrosive Gase. GEA Process Engineering GEA Wiegand GmbH Telefon: 07243 705-0 Internet: www.gea-wiegand.de Hier wird das Gas durch intensiven Kontakt mit der Waschflüssigkeit gereinigt. engineering for abetter world UmweltMagazin Dezember 2013 19

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