DE102006035287A1

DE102006035287A1 - Modifiziertes Filtermaterial und dessen Verwendung, insbesondere zur Reinigung von Gasen und Abluftströmen

Info

Publication number: DE102006035287A1
Application number: DE102006035287A
Authority: DE
Inventors: Matthias NÜCHTER; Herbert ZÖLSMANN
Original assignee: UGN UMWELTTECHNIK GmbH; UGN-UMWELTTECHNIK GmbH; VTI THUERINGER VERFAHRENSTECHN; Vti Thueringer Verfahrenstechnisches Institut Saalfeld GmbH
Current assignee: UGN UMWELTTECHNIK GmbH; UGN-UMWELTTECHNIK GmbH; VTI THUERINGER VERFAHRENSTECHN; Vti Thueringer Verfahrenstechnisches Institut Saalfeld GmbH
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft modifiziertes Filtermaterial (2), das mindestens eine Mischung aus mindestens einem faserigen Trägermaterial und mindestens einem Derivatisierungsreagenz enthält, wobei in dem modifizierten Filtermaterial (2) Populationen von Mikroorganismen ansiedelbar sind und wobei die Mischung auf die chemische und/oder physikalische Sorption mindestens einer bestimmten Störkomponente (S) aus einem Reaktivstoff (Rk) und/oder die Ansiedlung einer Population mindestens eines bestimmten Mikroorganismus abgestimmt ist, mittels dessen die Störkomponente (S) oder mindestens ein Reaktionsprodukt aus der Störkomponente (S) mit mindestens einer anderen Störkomponente (S) oder mit mindestens einer Komponente der Mischung chemisch und/oder biologisch wandelbar und/oder abbaubar und das modifizierte Filtermaterial (2) regenerierbar ist. Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung eines modifizierten Filtermaterials (2), wobei in eine zumindest modifiziertes Filtermaterial (2) enthaltende Filterkolonne (3) ein mindestens eine Störkomponente (S) enthaltender Reaktivstoff (Rk) eingeleitet wird, wobei mindestens eine der Störkomponenten (S) physikalisch und/oder chemisch und/oder biologisch im modifizierten Filtermaterial (2) gebunden und/oder die Störkomponente (S) und/oder eines ihrer Reaktionsprodukte chemisch und/oder biologisch aus dem modifizierten Filtermaterial (2) als Reststoff (R) entfernt und/oder im modifizierten Filtermaterial gewandelt wird, wobei vor dem ...

Description

Die Erfindung betrifft ein modifiziertes Filtermaterial und dessen Verwendung.
Filtration als ein verfahrenstechnischer Prozess der mechanischen Stofftrennung ist einer der meistgenutzten Stofftrennprozesse überhaupt und auch im täglichen Leben stets präsent. In neuerer Zeit wurden die Filtrationstechniken neben der klassischen Fest/Flüssig-Trennung auch auf die Trennung von Gas/Flüssigkeits-Gemischen und Gas/Feststoff-Gemischen ausgedehnt.
Bekannt ist, Cellulosefasern in Form von Netzen (Tüchern) oder verfilzten Fasern (Blättern) als Filtermaterial einzusetzen. Eine Vielzahl von Lösungen im Filtrationsbereich beruht auf dem Einsatz von Cellulosefiltern, sei es im Haushalt (Kaffee-/Teefilter), in Labor- und Technikumsanwendungen in der Chemie, der Biotechnologie und der Mikrobiologie oder der Verfahrenstechnik. Hierbei werden stets Filtrat und Filterrückstand gewonnen. In den meisten Fällen ist zumindest einer dieser Stoffe ein Wertstoff, welcher durch Filtration angereichert (Feststoff) oder gereinigt (Flüssigkeit) wird.
Der Einsatz von Filtrationsschüttungen ist insbesondere in der Wasserreinigung, Abwassertechnik und Abgastechnik üblich. Dabei werden die zu filtrierenden Medien mit vergleichsweise dicken Schichten poröser Materialien in Kontakt gebracht. Durch Adhäsion verbleiben die Verunreinigungen in den Poren des Filtermaterials, wo entweder mikrobielle Wandlung/Abbau oder feste Bindung an die Matrix erfolgt. Eingesetzt werden hierbei in Abhängigkeit vom Einsatzfall anorganische Materialien wie Keramikkörper, Schlacken, Aktivkohle u. ä. aber auch Schüttungen aus lignocellulosenhaltigen Materialien (Wurzelholz, Heidekraut, Rindenmulch, Kokosfasern) und Polymeren.
Die heute oft genutzten Abluft- oder Umluftfilter in Küchen sind der Kategorie der Luftfilter zuzuordnen. Dabei kommen hier oft Materialkombinationen zum Einsatz. Ein Vorfilter dient zur Abscheidung von Aerosolen (Fett), während der Hauptfilter zur Sorption von dampf- oder gasförmigen Geruchsstoffen dient. Im Hauptfilter werden i. d. R. Schüttungen aus Aktivkohle eingesetzt.
Eine besondere und noch relativ junge Anwendung ist der Einsatz von stückigen oder granulierten Materialien in großflächigen Biofiltern zur Reinigung großer Abluftmengen. Biofilter werden üblicherweise als großflächige Filteranlagen mit einem Gemisch aus Rindenmulch, geschreddertem Wurzelholz und anderen nicht kontaminierten Abfallholz gefüllt und zur Geruchsbeseitigung/Abluftreinigung in Anlagen der Intensivtierhaltung, der Lebensmittelproduktion, der Tierkörper- und Speiserestverwertung u. ä. eingesetzt. Die eingesetzten Materialen sind preiswert und in relativ großen Mengen verfügbar. Von Nachteil sind die durch Inhomogenität bedingte ungleichmäßige Durchströmung, die weitgehend festgelegten chemisch-physikalischen Eigenschaften der Filterfüllstoffe sowie die oft nur geringe Aufnahme- und Abbaukapazitätkapazität der Filterschüttung (Mengeneinheit Schadstoff pro m³ Filterschüttung).
Im Einsatz siedeln sich im Filtermaterial sehr schnell Mikroorganismen an, die Schad- und Geruchsstoffe in der Abluft biologisch abbauen und so den Luftstrom reinigen.
Alle Geruchsempfindungen werden durch flüchtige Verbindungen hervorgerufen, die in der Mehrzahl organische Substanzen darstellen und allgemein als VOC's bezeichnet werden. Eine Vielzahl von als faulig oder übelriechend empfundenen Gerüchen ist auf organische Schwefelverbindungen (Mercaptane, Sulfide), Schwefelwasserstoff oder Kohlenoxysulfid (COS) zurück zuführen. In vielen Fällen werden diese VOC's mit Biofiltern beseitigt, in denen sich bevorzugt Mikroorganismen der Gattung Thiobazillus ansiedeln, welche die Schwefelverbindungen in Gegenwart von Luft zu Schwefel und/oder Schwefelsäure oxidieren und so Energie gewinnen. Die entstehende Säure wird am Filtermaterial adsorbiert und kann im Laufe der Zeit das Filtermaterial zerstören. Dieser Abbau ist oft eine der die Standzeit des Filters bestimmenden Größen.
Biofilter sind oft für die Reinigung großer Gasmengen ausgelegt und erreichen bereits heute zum Teil gute Abbauraten. Sie sind jedoch, wenn überhaupt, nur begrenzt in der Lage auf Konzentrations-, Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen sowie cyclische Volumenströme mit unterschiedlichen Schadstoffbeladungen in erforderlicher Qualität und Betriebssicherheit zu reagieren. Jeder genannte Einflussfaktor kann allein oder in Zusammenwirken mit anderen Faktoren den Wirkungsgrad zum Teil erheblich beeinflussen. Durchbrüche sind die Folge. Die geruchs- und schadstoffbeladene Rohluft unterliegt also in den meisten Fällen nicht vorhersehbaren umwelt- oder prozessbedingten Veränderungen. Alle heute bekannten Filterapparaturen zur Gasreinigung sind generell mit diesem Problem behaftet und können nur annähernd mit einem überhöhten Steuerungsaufwand dieser Situation Rechnung tragen.
Eine weitere, ständig an Bedeutung gewinnende Anwendung von Biofiltern ist die Reinigung von Biogas. Der in dem durch anaeroben Abbau von Biomasse gewonnenen Gas stets vorhandene Anteil von Schwefelwasserstoff (bis zu 5000 Vol.-ppm), ist für die weitere Nutzung möglichst effektiv zu entfernen. Auch hier werden Mikroorganismen der Gattung Thiobazillus genutzt. Jedoch ist man mit den bisher bekannten technischen Lösungen nur unzureichend oder nur mit erhöhtem Aufwand in der Lage, die Grenzwerte für Schwefelwasserstoff einzuhalten. Bisher haben hier zwei Varianten Eingang in die Technik gefunden. Zum einen eine direkte Entschwefelung durch Zugabe von Luft in eine Gasblase eines Gärbehälters und zum anderen die Nachschaltung eines so genannten Entschweflungsaggregats in Form einer Gaswaschkolonne. In beiden Fällen wird das Prinzip der Biofiltration genutzt, wobei durch die Verdünnung mit einer relativ großen Menge Luft eine deutliche Verringerung des Heizwertes des Gases in Kauf genommen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Filtermaterial sowie dessen Verwendung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein modifiziertes Filtermaterial mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Verwendung eines modifizierten Filtermaterials mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße modifizierte Filtermaterial enthält zumindest eine Mischung aus mindestens einem faserigen Trägermaterial und mindestens einem Derivatisierungsreagenz. In dem modifizierten Filtermaterial sind Populationen von Mikroorganismen ansiedelbar. Die Mischung ist auf die chemische und/oder physikalische Sorption mindestens einer bestimmten Störkomponente aus einem Reaktivstoff und/oder die Ansiedlung einer Population mindestens eines bestimmten Mikroorganismus abgestimmt, mittels dessen die Störkomponente oder mindestens ein Reaktionsprodukt aus der Störkomponente mit mindestens einer anderen Störkomponente oder mit mindestens einer Komponente der Mischung biologisch wandelbar, insbesondere ausfällbar oder abbaubar bzw. entfernbar und das modifizierte Filtermaterial regenerierbar ist. Auf diese Weise entsteht ein auf einen speziellen Einsatzzweck abgestimmtes, selbstregenerierendes Filtermaterial.
Vorzugsweise ist die Mischung oder das Trägermaterial mittels mindestens eines Formgebungsverfahrens zu einem Formkörper gebildet. Beim Formgebungsverfahren kann es sich beispielsweise um Pelletieren, Brikettieren oder Granulieren handeln. Mit einer Schüttung solcher Formkörper sind verschieden gestaltete Filter problemlos befüllbar. Gegebenenfalls können die Formkörper getrocknet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mischung so gebildet, dass sie eine Selbstansiedlung von Populationen mindestens eines ubiquitären Mikroorganismus erlaubt oder begünstigt. Ubiquitäre Mikroorganismen kommen unter Normalbedingungen praktisch überall vor und müssen nicht aktiv angesiedelt werden, sondern siedeln sich unter auf sie abgestimmten Bedingungen bei ent sprechendem Nährstoffangebot von selbst an. Alternativ können die Mikroorganismen auch aktiv angesiedelt werden.
Das Trägermaterial ist bevorzugt durch Naturfasern, anorganische Fasern oder Kunstfasern gebildet. Bei der Wahl des Trägermaterials ist der Einsatzzweck des modifizierten Filtermaterials zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Resistenz gegenüber einem bestimmten Reaktivstoff oder einer darin enthaltenen Störkomponente für die Auswahl entscheidend sein.
Ebenso abhängig vom Einsatzzweck des modifizierten Filtermaterials ist die Auswahl des Derivatisierungsreagenzes, das durch eine organische Verbindung oder eine anorganische Verbindung gebildet sein kann. Insbesondere kommen Eisenoxidhydrat, Aktivkohle, Tonmehl, Kalkmehl, Schiefermehl, poröses Glas, Zeolithe oder Ionenaustauscher auf Kunstharzbasis zur Anwendung. Es können mehrere Derivatisierungsreagenzien zur Filterung verschiedener Störkomponenten vorgesehen sein. Ist die Störkomponente ein polarer Stoff, eignet sich zum Filtern insbesondere ein polares Derivatisierungsreagenz gegensätzlicher Polarität.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mischung mindestens einen Hilfsstoff, beispielsweise Wasser, ein Cellulosederivat oder eine Salzlösung. Dadurch wird die Homogenisierung der Mischung und ihr Wasserrückhaltevermögen verbessert. Außerdem kann das Milieu für die Ansiedlung der Mikroorganismen verbessert werden, beispielsweise durch Bereitstellung bestimmter, von den Mikroorganismen benötigter Spurenelemente im Hilfsstoff.
Vorzugsweise ist das Trägermaterial und das Derivatisierungsreagenz und/oder der Hilfsstoff zur Bildung der Mischung innig miteinander gemischt, so dass sich eine homogene Verteilung des Derivatisierungsreagenzes und/oder des Hilfsstoffes im Trägermaterial ergibt und sich so reproduzierbare Filtereigenschaften ergeben.
Das Derivatisierungsreagenz kann alternativ oder zusätzlich auf der Oberfläche des Formkörpers aufgebracht sein, um die Reaktivität des Formkörpers dort zu erhöhen.
Ein modifiziertes Filtermaterial kann erfindungsgemäß verwendet werden, indem in eine zumindest modifiziertes Filtermaterial enthaltende Filterkolonne ein mindestens eine Störkomponente enthaltender Reaktivstoff eingeleitet wird, wobei mindestens eine der Störkomponenten physikalisch und/oder chemisch und/oder biologisch im modifizierten Filtermaterial gebunden und/oder die Störkomponente und/oder eines ihrer Reaktionsprodukte chemisch und/oder biologisch aus dem modifizierten Filtermaterial als Reststoff entfernt oder im Filtermaterial gewandelt wird. Vor dem Erreichen eines Sättigungszustandes des modifizierten Filtermaterials bezüglich der Störkomponente wird dem Reaktivstoff ein Regenerativstoff zugesetzt oder statt des Reaktivstoffs der Regenerativstoff eingeleitet. Das chemische und/oder biologische Wandeln und/oder Entfernen der Störkomponente und/oder eines ihrer Reaktionsprodukte wird durch den Regenerativstoff ermöglicht oder begünstigt. Auf diese Weise ist ein selbstregenerierendes Filter realisierbar, bei dem das Filtermaterial nach Gebrauch nicht ersetzt werden muss, sondern die Störkomponenten biologisch durch dort siedelnde Mikroorganismen beseitigt werden. Mit dem modifizierten Filtermaterial filterbare Reaktivstoffe sind insbesondere Gase, beispielsweise Inertgase, oxidierende Gase oder reduzierende Gase, vorzugsweise Biogas oder Abluftströme.
In einer weiteren Ausführungsform enthält die Filterkolonne modifiziertes Filtermaterial und unmodifiziertes Filtermaterial. Es können auch verschiedene modifizierte Filtermaterialien in der Filterkolonne enthalten sein, um verschiedene Störkomponenten auszufiltern. Modifiziertes Filtermaterial und unmodifiziertes Filtermaterial können miteinander gemischt sein oder schichtweise aufeinander folgen. Auf diese Weise wird eine Kombination aus chemischem und biologischem Filter realisiert. Die im unmodifizierten Filtermaterial siedelnden Mikroorganismen bauen die im Routinebetrieb anfallende Menge der Störkomponente ab. Das modifizierte Filtermaterial nimmt den Überschuss der Störkomponente bei erhöh ter Konzentration auf, baut ihn mit Hilfe der Mikroorganismen teils ab und gibt ihn teils nach Normalisierung der Konzentration auch in das benachbarte unmodifizierte Filtermaterial ab, wo die Mikroorganismen die Störkomponente abbauen.
Vorzugsweise ist die Filterkolonne in einem Bereich von 0 °C bis 100 °C, insbesondere 15 °C bis 45 °C temperiert. Mikroorganismen, ebenso wie andere Lebewesen, und ihr Lebensraum enthalten gewöhnlich Wasser, das unterhalb von 0 °C gefriert und oberhalb von 100 °C siedet. Schlimmstenfalls werden die Mikroorganismen außerhalb dieses Bereiches zerstört, bestenfalls kommt ihr Stoffwechsel zum Erliegen. Da die meisten ubiquitären Mikroorganismen an Normalbedingungen mit Temperaturen von 15 °C bis 45 °C adaptiert sind, ist auch ihr Stoffwechsel in diesem Bereich optimal, so dass der mögliche Durchsatz des Filtermaterials verbessert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigen:
1 eine Filteranlage mit einem modifizierten Filtermaterial, die einen Reaktivstoff filtert,
2 die Filteranlage aus 1, die mit einem Regenerativstoff gespült wird,
3 eine Filteranlage mit Schichten teils modifizierten, teils unmodifizierten Filtermaterials, die einen Reaktivstoff filtert,
4 Diagramme mit zeitlichen Verlaufen einer Eingangskonzentration, einer Ausgangskonzentration und einer Abbaurate von Schwefelwasserstoff als Störkomponente in Biogas als Reaktivstoff beim Filtern in der Filteranlage aus 3 und
5 Diagramme mit zeitlichen Verlaufen einer Eingangskonzentration, einer Ausgangskonzentration und einer Abbaurate von Schwefelwasserstoff als Störkomponente in Biogas als Reaktivstoff beim Filtern in einer Filteranlage ohne modifiziertes Filtermaterial.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Filteranlage 1 mit einem modifizierten Filtermaterial 2 in einer als Filterkolonne 3 dienenden Glassäule 3, die einen Reaktivstoff Rk filtert. Der mit einer Störkomponente S behaftete Reaktivstoff Rk wird in die Glassäule 3 eingeleitet, wo die Störkomponente S im modifizierten Filtermaterial 2 teils physikalisch oder chemisch gebunden, teils von dort siedelnden Mikroorganismen biologisch abgebaut wird. Der aus der Glassäule 3 austretende Reaktivstoff Rk ist weitgehend von der Störkomponente S gereinigt. Im Ergebnis des Stoffwechsels der Mikroorganismen wird die Störkomponente S zu einem Reststoff R umgewandelt und aus der Glassäule 3 ausgeschieden.
2 zeigt die Filteranlage 1 aus 1, die mit einem Regenerativstoff Rg gespült wird, nachdem infolge der physikalischen oder chemischen Bindung der Störkomponente S eine Sättigung der Störkomponente S bzw. ihrer Reaktionsprodukte im modifizierten Filtermaterial 2 zumindest annähernd erreicht ist. Die Mikroorganismen verwenden nun die Störkomponente S und deren Reaktionsprodukte für ihren Stoffwechsel, was gegebenenfalls durch den Regenerativstoff Rg zusätzlich begünstigt wird.
3 zeigt eine Filteranlage 1 mit zwei Schichten unmodifizierten Filtermaterials 4.1, 4.2 und einer Schicht modifizierten Filtermaterials 2 in einer Glassäule 3, die einen Reaktivstoff Rk filtert. Der mit einer Störkomponente S behaftete Reaktivstoff Rk wird in die Glassäule 3 eingeleitet, wo die Störkomponente S im modifizierten und unmodifizierten Filtermaterial 2, 4.1, 4.2 teils physikalisch gebun den, teils von dort siedelnden Mikroorganismen biologisch abgebaut wird. Außerdem wird die Störkomponente S teils im modifizierten Filtermaterial chemisch gebunden, wenn die Konzentration der Störkomponente S so hoch ist, dass sie im Stoffwechsel der Mikroorganismen nicht vollständig umgesetzt werden kann. Sinkt die Konzentration unter einen Maximalbedarf der Mikroorganismen, nehmen diese zusätzlich im modifizierten Filtermaterial gespeicherte Reaktionsprodukte der Störkomponente S auf und regenerieren das modifizierte Filtermaterial so. Der aus der Glassäule 3 austretende Reaktivstoff Rk ist weitgehend von der Störkomponente S gereinigt. Im Ergebnis des Stoffwechsels der Mikroorganismen wird die Störkomponente S zu einem Reststoff R umgewandelt und aus der Glassäule 3 ausgeschieden.
Ausführungsbeispiel 1:
Zu 2,7 kg Cellulosefasern aus Langfasercellulose und 2,7 kg gemahlenem Altpapier als Trägermaterialien werden 600 g Eisenoxidhydrat als Derivationsreagenz und 2 l Cellulosesuspension (TS = 5 %) als Hilfsstoff gegeben. Dieser Ansatz wird in einem Pflugscharmischer 5 min lang innig gemischt und anschließend mittels einer Matritzenpresse pelletiert. Das so modifizierte Filtermaterial 2 wird getrocknet und steht danach für den Einbau in eine Filteranlage 1 zur Verfügung.
Ausführungsbeispiel 2:
Zu 5,4 kg Cellulosefasern als Trägermaterial werden 600 g aktivierte Holzkohle als Derivationsreagenz und 2 l Wasser als Hilfsstoff gegeben. Dieser Ansatz wird im Pflugscharmischer 5 min lang innig gemischt und anschließend mittels einer Matritzenpresse pelletiert. Das so modifizierte Filtermaterial 2 wird getrocknet und steht danach für den Einbau in eine Filteranlage 1 zur Verfügung.
Ausführungsbeispiel 3:
500 g des in Ausführungbeispiel 1 hergestellten modifizierten Filtermaterials 2 werden in eine handelsübliche Glassäule 3 gefüllt, welche mit Schliffoliven verschlossen wird. Durch diese Glassäule 3 wird mit einem Durchsatz von 1,8 l/min als Reaktivstoff Rk ein Gemisch aus synthetischer Luft mit 900 Vol.-ppm Schwe felwasserstoff als Störkomponente S geleitet. Die Störkomponente S wird teils chemisch durch das Eisenoxidhydrat gebunden, wobei Eisensulfide entstehen. Teilweise wird es durch im modifizierten Filtermaterial 2 siedelnde Populationen von ubiquitären Mikroorganismen, beispielsweise Thiobazillus, in deren Stoffwechsel verbraucht, wobei ein schwefelhaltiger Reststoff R in Form einer Lösung ausgeschieden und in einen Auffangbehälter abgeleitet wird. Der Reststoff R kann nach einer Neutralisation problemlos entsorgt werden. Der gefilterte Reaktivstoff Rk wird hinter der Glassäule 3 in einem Gassammelbeutel aufgefangen und analysiert. Die Störkomponente S Schwefelwasserstoff ist nicht mehr nachweisbar. Im Verlauf von acht Stunden färbt sich ein Teil des modifizierten Filtermaterials 2 durch die Bildung von Eisensulfiden schwarz, was eine nahe bevorstehende Sättigung des modifizierten Filtermaterials 2 anzeigt. Das Einleiten des Reaktivgases Rk wird beendet und die Glassäule 3 geöffnet und über Nacht mit Luft als Regenerativstoff Rg gespült. Im fast mit der Störkomponente S bzw. deren Reaktionsprodukt Eisensulfid gesättigten modifizierten Filtermaterial 2 findet nun keine weitere Anreicherung mit der Störkomponente S mehr statt. Stattdessen verwenden die Mikroorganismen nun die Eisensulfide für ihren Stoffwechsel, was gegebenenfalls durch den Sauerstoff im Regenerativstoff Rg zusätzlich begünstigt wird. Nach 12 Stunden hat das modifizierte Filtermaterial 2 die Ausgangsfarbe angenommen, Eisensulfide sind nicht mehr nachweisbar. Dieser Vorgang wurde siebenmal wiederholt, ohne dass eine Beeinträchtigung der Filterkapazität beobachtet wurde.
Ausführungsbeispiel 4:
500 g des in Ausführungbeispiel 1 hergestellten modifizierten Filtermaterials 2 werden in eine handelsübliche Glassäule 3 gefüllt, welche mit Schliffoliven verschlossen wird. Durch diese Glassäule 3 wird mit einem Durchsatz von 1,8 l/min als Reaktivstoff Rk ein Biogas aus 55 Vol.-% Methan und etwa 45 Vol.-% Kohlendioxid mit einem Gehalt an Schwefelwasserstoff von 1900-2000 Vol.-ppm als Störkomponente S geleitet. Die Störkomponente S wird teils chemisch durch das Eisenoxidhydrat gebunden, wobei Eisensulfide entstehen. Teilweise wird es durch im modifizierten Filtermaterial 2 siedelnde Populationen von ubiquitären Mikro- Organismen, beispielsweise Thiobazillus, in deren Stoffwechsel verbraucht, wobei ein schwefelhaltiger Reststoff R in Form einer Lösung ausgeschieden und in einen Auffangbehälter abgeleitet wird. Der Reststoff R kann nach einer Neutralisation problemlos entsorgt werden. Das Reaktivgas Rk wird hinter der Glassäule 3 in einem Gassammelbeutel aufgefangen und analysiert. Auch nach einem Durchsatz von 1000 l Biogas ist die Störkomponente S Schwefelwasserstoff am Ausgang der Glassäule 3 nicht nachweisbar. Im Verlauf von acht Stunden färbt sich ein Teil des modifizierten Filtermaterials 2 durch die Bildung von Eisensulfiden schwarz, was eine nahe bevorstehende Sättigung des modifizierten Filtermaterials 2 anzeigt. Das Einleiten des Reaktivgases Rk wird beendet und die Glassäule 3 geöffnet und über Nacht mit Luft als Regenerativstoff Rg gespült. Im fast mit der Störkomponente S bzw. deren Reaktionsprodukt Eisensulfid gesättigten modifizierten Filtermaterial 2 findet nun keine weitere Anreicherung mit der Störkomponente S mehr statt. Stattdessen verwenden die Mikroorganismen nun die Eisensulfide für ihren Stoffwechsel, was gegebenenfalls durch den Sauerstoff im Regenerativstoff Rg zusätzlich begünstigt wird. Nach 12 Stunden hat das modifizierte Filtermaterial 2 die Ausgangsfarbe angenommen, Eisensulfide sind nicht mehr nachweisbar. Dieser Vorgang wurde über drei Wochen täglich wiederholt, ohne dass eine Beeinträchtigung der Filterkapazität beobachtet wurde.
Ausführungsbeispiel 5
In ein Filteranlage 1 mit einem Volumen von 1 m³ werden 0,8 m³ eines ersten unmodifizierten Filtermaterials 4.1, bestehend aus den Trägermaterialien Cellulosegranulat aus 50 % Langfasercellulose und 50 % Altpapier eingefüllt. Diese werden mit einer 5 cm dicken Schicht aus modifiziertem Filtermaterial 2, dessen Herstellung im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben wurde, und 20 cm eines zweiten unmodifizierten Filtermaterials 4.2 aus Cellulosegranulat überdeckt. Der Betrieb des Biofilters wird über eine Messperiode von zwei Wochen verfolgt. In den 4a bis 4c sind die Verläufe der Eingangskonzentration 5, der Ausgangskonzentration 6 von Schwefelwasserstoff und dessen Abbaurate 7 dargestellt. In den 5a bis 5c sind analog dazu eine davor liegende zweiwöchige Messperiode an der gleichen Filteranlage 1 ohne Einsatz des modifizierten Filtermate rials 2 dargestellt. Im Vergleich wird die Verringerung der Ausgangskonzentration 6 und die Verbesserung der Abbaurate 7 durch das modifizierte Filtermaterial 2 deutlich.
Eine Verwendung modifizierten Filtermaterials 2 in dieser oder anderer Zusammensetzung ist auch für die Filterung anderer, insbesondere gasförmiger Reaktivstoffe Rk möglich.
Als Trägermaterial kommen auch andere faserige Substanzen, wie Naturfasern, insbesondere auf Cellulose- oder Proteinbasis, anorganische Fasern (z.B. Steinwolle) oder Kunstfasern (z.B. Regeneratcellulose oder Polyurethanfasern) oder Gemische daraus in Frage.
Abhängig von den aus dem Reaktivstoff Rk zu entfernenden Störkomponenten S können andere organische oder anorganische Derivatisierungsreagenzien, wie z.B. Eisenoxidhydrat, Aktivkohle, Tonmehl, Kalkmehl, Schiefermehl, poröses Glas, Zeolithe oder Ionenaustauscher auf Kunstharzbasis verwendet werden.
Der Mischung können außerdem Hilfsstoffe, wie Wasser, ein Cellulosederivat oder Salzlösungen zugesetzt sein.
Außer dem Pelletieren der Mischung kommen auch andere formgebende Verfahren, wie Granulieren oder Brikettieren in Frage.
Vorzugsweise erlaubt das modifizierte Filtermaterial 2 die Ansiedlung ubiquitärer Mikroorganismen, beispielsweise Thiobazillus. Alternativ können Mikroorganismen auch aktiv angesiedelt werden.
Das modifizierte Filtermaterial 2 kann durch die Auswahl von Trägermaterial und Derivatisierungsreagenzien für die Filterung mehrerer verschiedener Störkomponenten S geeignet sein.
Die Filteranlage 1 kann temperiert sein, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu optimieren, insbesondere so, dass die Temperatur zwischen 15 °C und 45 °C liegt.
Der Stoffwechsel der Mikroorganismen und damit der Abbau der Störkomponente S oder ihrer Reaktionsprodukte sowie die Abscheidung des Reststoffs R kann auch ausschließlich während des Einleitens des Regenerativstoffes Rg erfolgen.
Der Sättigungszustand des Filtermaterials 2 kann auch über Sensoren erfasst werden.

1: Filteranlage
2: Modifiziertes Filtermaterial
3: Filterkolonne, Glassäule
4.1, 4.2: Unmodifiziertes Filtermaterial
4: Eingangskonzentration
5: Ausgangskonzentration
6: Abbaurate
R: Reststoff
Rg: Regenerativstoff
Rk: Reaktivstoff
S: Störkomponente

Claims

Modifiziertes Filtermaterial (2), zumindest eine Mischung aus mindestens einem faserigen Trägermaterial und mindestens einem Derivatisierungsreagenz enthaltend, wobei in dem modifizierten Filtermaterial (2) Populationen von Mikroorganismen ansiedelbar sind und wobei die Mischung auf die chemische und/oder physikalische Sorption mindestens einer bestimmten Störkomponente (S) aus einem Reaktivstoff (Rk) und/oder die Ansiedlung einer Population mindestens eines bestimmten Mikroorganismus abgestimmt ist, mittels dessen die Störkomponente (S) oder mindestens ein Reaktionsprodukt aus der Störkomponente (S) mit mindestens einer anderen Störkomponente (S) oder mit mindestens einer Komponente der Mischung chemisch und/oder biologisch wandelbar und/oder abbaubar und das modifizierte Filtermaterial (2) regenerierbar ist.
Modifiziertes Filtermaterial (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung oder das Trägermaterial mittels mindestens eines Formgebungsverfahrens zu einem Formkörper gebildet ist.
Modifiziertes Filtermaterial (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung eine Selbstansiedlung von Populationen mindestens eines ubiquitären Mikroorganismus erlaubt oder begünstigt.
Modifiziertes Filtermaterial (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial durch Naturfasern, anorganische Fasern oder Kunstfasern gebildet ist.
Modifiziertes Filtermaterial (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Derivatisierungsreagenz durch eine organische Verbindung oder eine anorganische Verbindung gebildet ist.
Modifiziertes Filtermaterial (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Derivatisierungsreagenz durch Eisenoxidhydrat, Aktivkohle, Tonmehl, Kalkmehl, Schiefermehl, poröses Glas, Zeolithe oder Ionenaustauscher auf Kunstharzbasis gebildet ist.
Modifiziertes Filtermaterial (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung mindestens einen Hilfsstoff umfasst.
Modifiziertes Filtermaterial (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff durch Wasser, ein Cellulosederivat oder eine Salzlösung gebildet ist.
Modifiziertes Filtermaterial (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial und das Derivatisierungsreagenz und/oder der Hilfsstoff zur Bildung der Mischung innig miteinander gemischt sind.
Modifiziertes Filtermaterial (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Derivatisierungsreagenz auf einer Oberfläche des Formkörpers aufgebracht ist.
Verwendung eines modifizierten Filtermaterials (2), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in eine zumindest modifiziertes Filtermaterial (2) enthaltende Filterkolonne (3) ein mindestens eine Störkomponente (S) enthaltender Reaktivstoff (Rk) eingeleitet wird, wobei mindestens eine der Störkomponenten (S) physikalisch und/oder chemisch und/oder biologisch im modifizierten Filtermaterial (2) gebunden und/oder die Störkomponente (S) und/oder eines ihrer Reaktionsprodukte chemisch und/oder biologisch aus dem modifizierten Filtermaterial (2) als Reststoff (R) entfernt und/oder im Reststoff gewandelt wird, wobei vor dem Erreichen eines Sättigungszustandes des modifizierten Filtermaterials (2) bezüglich der Störkomponente (S) oder ihrer Reaktionsprodukte dem Reaktivstoff (Rk) ein Regenerativstoff (Rg) zugesetzt oder statt des Reaktivstoffs (Rk) der Regenerativstoff (Rg) eingeleitet wird, wobei das biologische Wandeln und/oder Entfernen der Störkomponente (S) und/oder eines ihrer Reaktionsprodukte durch den Regenerativstoff (Rg) ermöglicht oder begünstigt wird.
Verwendung eines modifizierten Filtermaterials (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivstoff in eine modifiziertes Filtermaterial (2) und urmodifiziertes Filtermaterial (4.1, 4.2) enthaltende Filterkolonne (3) eingeleitet wird.
Verwendung eines modifizierten Filtermaterials (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivstoff in eine Filterkolonne (3) mit mindestens einer Schicht modifizierten Filtermaterials (2) und mindestens einer Schicht unmodifizierten Filtermaterials (4.1, 4.2) eingeleitet wird.
Verwendung eines modifizierten Filtermaterials (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivstoff in eine Filterkolonne (3) mit einer homogen Mischung aus modifiziertem Filtermaterial (2) und unmodifiziertem Filtermaterial (4.1, 4.2) eingeleitet wird.
Verwendung eines modifizierten Filtermaterials (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkolonne (3) in einem Bereich von 0 °C bis 100 °C temperiert wird.