DE10063010C1 - Verfahren zur Befeuchtung und/oder zur Beladung von Biomasse - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Befeuchtung und/oder zur Beladung von Biomasse mit Substanzen durch schwebefähigen Nebel, der in einem gerichteten Luftstrom von unten in die Biomasse eingebracht wird. Diese Biomasse durchläuft der schwebefähige Nebel in Richtung von unten nach oben und wird innerhalb der Biomasse absorbiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Befeuchtung und/oder zur Beladung von Biomassen mit Substanzen durch schwebefähigen Nebel, der in einem gerichteten Luftstrom von unten in die Biomasse eingebracht wird und diese Biomassen in Richtung von unten nach oben durchläuft.

Die vorliegende Erfindung findet Verwendung auf allen technischen Gebieten, bei denen Biomassen in nichtwässriger Form als Feststoff oder auf einem Feststoff aufgebracht vorliegen. Insbesondere findet die vorliegende Erfindung Anwendung bei der Befeuchtung und/oder Nähr-/Wirkstoffversorgung von Bioreaktoren, die als Biofilter oder Bioreaktoren zur Herstellung biologischer Substanzen Anwendung finden.

Im folgenden wird der Stand der Technik am Beispiel von Biofiltern beschrieben. Die Erfindung ist jedoch generell auf Biomassen anwendbar und keineswegs auf Biofilter beschränkt.

Feststoffbiofilter in verschiedensten Ausführungen werden seit einigen Jahren erfolgreich zur Abluftreinigung verwendet. Hierfür werden unterschiedliche Bio­ materialien allein oder in Kombination mit teilweise sehr unterschiedlicher Größe verwendet, beispielsweise Baumrinde, Walderde, Traubenkerne oder Holzspäne. Diese Materialien bilden ein geeignetes Grundgerüst für die Anlagerung von Mikroorganismen wie Bakterien und/oder Pilzen. Solche Mikroorganismen bauen organisches Material ab, das in einer Luftströmung das Filtermaterial durchläuft. Idealerweise wird solch ein organisches Material im Biofilter vollständig in Kohlendioxid und Wasser umgesetzt.

Der Wirkungsgrad solcher Prozesse hängt sehr stark von den Betriebsgrößen ab.

Es ist wichtig, einen solchen Biofilter gleichmäßig einer zu filternden Luftmasse auszusetzen ohne zu große Schadstoffschwankungen. Lange Ruhephasen sowie außergewöhnlich hohe Schadstoffkonzentrationen können den Biofilter nachhaltig schädigen.

Neben der Einhaltung eines geeigneten Temperaturbereiches ist die Feuchtigkeit innerhalb einer Biomasse von entscheidender Bedeutung für ihre Wirksamkeit. Eine möglichst gleichmäßig verteilte relativ hohe Feuchtigkeit ist optimal. Abweichungen von der idealen Feuchte im allgemeinen oder eine lokale Ausbildung von Trocken- oder Naßbereichen reduzieren die Effizienz deutlich.

Zur Herstellung der lebensnotwendigen Feuchte sowie ihrer Aufrechterhaltung oder Wiederherstellung wird in großtechnischen Anlagen meist ein Sprühbefeuchter verwendet, der die Biomasse von oben berieselt. Es werden auch Sprühbefeuchter verwendet, die Wassertropfen in einen gerichteten Luftstrom innerhalb einer Kammer einsprühen. Solche Berieselungen von oben oder Befeuchtungskessel sind nur in geringem Umfang erfolgreich. Das nach unten ablaufende Rieselwasser bildet Kanäle aus, so daß nur eine Befeuchtung, meist eine Übernässung, an den Kanalrändern erfolgt. Die Befeuchtung ist extrem inhomogen. Zudem werden Salze und Nährstoffe durch das abfließende Wasser ausgewaschen. Entlang dieser Kanäle entweicht dann ggf. auch noch das zu reinigende Abgas ohne Wechselwirkung mit dem Biomaterial. Statt des direkten Eintrags von Berieselungstropfen wird daher oft Luft durch Riesel- oder Nebeltropfen räumlich von der Biomasse getrennt befeuchtet und dann die befeuchtete Luft zur Biomasse und dort von unten nach oben durch die Biomasse geführt. Die befeuchtete Luftmasse hat am Punkt der Befeuchtung im besten Falle eine relative Feuchte von 100%. Jedoch wird die Luftmasse beim Befeuchten durch Entzug der Verdunstungswärme abgekühlt und die relative Feuchte nimmt auf dem Weg zur Biomasse und durch die Biomasse ab, da sich die Temperatur dann wieder erhöht, z. B. durch sommerliche Außentemperaturen oder meist durch die Abwärme der Biomasse. Besonders in der Sommerzeit trocknen Biofilter, die von Luft oder zu reinigenden Abgasen durchströmt werden, lokal entlang den bevorzugten Kanälen aus und neigen zu Inhomognitäten. Von einer optimalen homogenen Befeuchtung kann mit den herkömmlichen Verfahren nicht die Rede sein.

Eine optimale Befeuchtung muß homogen erfolgen und eine Kanalbildung weitestgehend vermeiden. Sie sollte steuerbar und bedarfsorientiert sein. Eine Befeuchtung sollte sich auch zur homogenen Spülung bzw. Reinigung der Biomasse eignen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher das Zurverfügungstellen eines Verfahrens zur homogenen, steuerbaren Befeuchtung von Festkörperbiomassen.

Diese Aufgabe konnte im Rahmen der Beschreibung und der Ansprüche durch ein neues Verfahren zur Befeuchtung von Biomassen gelöst werden, bei dem Wasser als schwebefähiger Nebel in einem gerichteten Luftstrom von unten in die Biomasse eingebracht wird und diese Biomasse in Richtung von unten nach oben durchläuft.

Ein solcher schwebefähiger Nebel durchläuft die Biomasse homogen. Er ermöglicht eine relative Feuchte von 100% nicht nur am Punkt des Eintrags in die Biomasse. Diese Feuchte kann über den gesamten Streckenverlauf durch die Biomasse aufrechterhalten werden, wenn genug Nebel eingetragen wird, da die Nebeltropfen den Feuchtigkeitsverlust der Luft durch Verdunstung kompensieren. Die Nebeltropfen werden nur bei Kontakt mit der Biomasse absorbiert und bilden wegen der Homogenität der Verteilung in der Luft oder dem Abgas keine Kanäle durch Rücklauf in der Biomasse aus.

Feinste Luftkanäle werden durch die Anreicherung von impaktiertem Nebelwasser erfindungsgemäß kurzzeitig verschlossen und zwingen die Luftströmung ständig in neue Wege, wodurch eine vollständige Ausnutzung der Biofiltermasse erfolgt.

Die Feuchtigkeit der Biomasse kann homogen bei fast 100% in der ganzen Biomasse aufrecht erhalten werden, sofern nur genug Nebel nachgeführt wird. Eine lokale Überfeuchtung ist aber nicht möglich, da zum einen nicht absorbierter Nebel mit der Luft/Abluft oben aus der Biomasse wieder austritt und im gegengerichteten Luftstrom nicht auf diese zurückfallen kann. Zum anderen verläuft eine beabsichtigte Überfeuchtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren derart homogen, daß ein gleichmäßiges Auswaschen von Schadstoffen ohne die schädliche Kanalausbildung erfolgen kann. Zusätzlich gewährt die gleichmäßige Befeuchtung durch Nebel eine gleichbleibende homogene Absorption der zu reinigenden Abluft und damit eine optimale Umsetzung von Schadstoffen durch die Mikroorganismen.

Unter Biomasse sind alle festen Massen aus biologischem Material selbst oder biologisches Material auf Feststoff als Stützmaterial zu verstehen. Unter festem Material versteht der Fachmann in Wasser nicht lösliches Material.

Der Ausdruck "schwebefähiger Nebel" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich bevorzugt auf eine Tropfengröße, die eine Fallgeschwindigkeit von ≦ 100 cm pro Minute bei Atmosphärendruck in der unbewegten Luft bzw. Gasphase bedingt.

Ein solcher schweberfähiger Nebel entsteht unterhalb einer mittleren Tropfengröße von 100 µm Durchmesser. Eine mittlere Tropfengröße mit einem Durchmesser von 1 bis 100 µm ist eine bevorzugte Tropfengröße zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren. Besonders bevorzugt sind mittlere Tropfengrößen von 10-20 µm.

Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine homogene Erstbefeuchtung, Nachbefeuchtung, die Regeneration oder das Waschen von Biomassen ohne zusätzliche Kanalbildung. Ein weiterer Vorteil des schwebefähigen Nebels in der Biomasse liegt in seiner Fähigkeit, als extrem große Oberfläche die zur biologischen Umsetzung bestimmten Luft-/Abgasanteile zu absorbieren und so den Mikroorganismen zugänglich zu machen.

Durch die erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch in gleicher vorteilhafter Weise in schwebefähigen Nebeltropfen gelöste Substanzen in die Biomasse eingebracht werden. Das Einbringen solcher Substanzen kann beispielsweise zum einen der Nährstoffversorgung dienen, der Kompensation von Salzverlusten oder der Einbringung von Wirkstoffen. Durch Reduktion der Oberflächenspannung mittels Tensiden kann eine verbesserte Aufnahme von Bestandteilen aus der Abluft erfolgen, bei genügend hoher Konzentration der Tenside auf dem Biofiltermaterial kann eine deutlich verstärkte Absorption von organischen Abluftkomponenten im Biofilter beobachtet werden.

Bevorzugt sind erfindungsgemäße Verfahren, in denen die Substanzen ausgewählt sind aus der Gruppe der Nährstoffe, Salze, Tenside und/oder Wirkstoffe.

Die erfindungsgemäßen Verfahren finden Verwendung auf allen technischen Gebieten, bei denen Biomasse befeuchtet und/oder mit Substanzen beladen werden soll.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen erläutert. Diese Abbildungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.

Abb. 1

Ausgehend von der Geruchsquelle (1) (z. B.: die Verrottung von Biomasse in geschlossenen Raum), wird über eine Absaugleitung (11) mittels eines Absaugventilators (2) die belastete Luftmasse (10) aus der Quelle abgesaugt.

An geeigneter Stelle wird mittels Hochdruckpumpe (7) die zuzugebende Wassermenge über die Feinstnebeldüse (3) eingesprüht. Es entsteht ein Flüssigkeitsnebel (4) welcher sich ausführungsbestimmt im gesamten Luftweg innerhalb der Leitungsführung (11) ausbreitet und mit der Luftströmung zum Biofilter läuft.

Der Nebel erreicht den Boden (8) des Biofilters (5) und das Biomaterial (9). (6) = Gehäuse des Biofilters.

Abb. 2

Bei Abb. 2 handelt es sich um einen vergrößerten Ausschnitt aus Abb. 1. Der Boden (8) des Biofilters ist grobfiltrig gestaltet und erlaubt ein passieren der Nebeltröpfchen (15 bis 19) in das Biomaterial (9) hinein.

Ausgehend von der Größe der Nebeltropfen (15 < 16 < 17 < 18 < 19) werden diese an verschiedenen Stellen bzw. Eindringtiefen im Biofilter vom Biomaterial (9) impaktiert (16A < 17A < 18A < 19A).

Die kleinsten Nebeltröpfchen (19A) erreichen dabei die größte Eindringtiefe.

Die Größenverteilung der Nebeltröpfchen (15 < 16 < 17 < 18 < 19) verändert sich mit dem Ausmaß der Verdunstung.

Claims (7)

1. Verfahren zur Befeuchtung und/oder Beladung von Biomasse, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser als schwebefähiger Nebel in einem gerichteten Luftstrom von unten in die Biomasse eingebracht wird und diese Biomasse in Richtung von unten nach oben durchläuft.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwebefähigen Nebeltropfen eine Fallgeschwindigkeit von ≦ 100 cm pro Minute bei Atmosphärendruck in unbewegter Luftmasse aufweisen.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schwebefähige Nebel eine mittlere Tropfengröße von 1 bis 100 µm, vorzugsweise von 10 bis 20 µm aufweist.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schwebefähige Nebel beim Durchdringen der Biomasse von dieser absorbiert wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den schwebefähigen Nebeltropfen darin gelöste Substanzen in die Biomasse eingebracht werden.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanzen ausgewählt sind aus der Gruppe der Nährstoffe, Salze, Tenside und/­ oder Wirkstoffe.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Überladung mit abgeschiedenen Nebeltropfen und Erzeugung eines Ablaufes aus der Biomasse eine Spülung und Reinigung derselben erfolgt.