Oxidationswäsche in nur einem Schritt

aus drei mach eins

09.12.2007 Abluft, die nur gering beladen ist, dafür aber mit Stoffen, die besonders niedrige Emissionsgrenzwerte oder Geruchsschwellen haben, stellt Planer und Anlagenbetreiber vor schwerwiegende Probleme. Eine verbesserte Version der Oxidationswäsche ermöglicht es, solche Abluftströme zu behandeln, ohne die ungeheuren Kosten thermischer Abluftbehandlung und ohne die Einschränkungen, die der Betrieb von Biofiltern mit sich bringt.

Wer einen großen, verdünnten Abluftstrom zu behandeln hat, weiß, dass er dafür tief in die Tasche greifen muss. Je nachdem, ob ein Schadstoff auf geringe Werte abgebaut oder nur der Geruch verschleiert werden muss, kommen für die Behandlung derartiger verdünnter Abluftströme verschiedene Techniken zum Einsatz:

  • Manche Gerüche können maskiert oder in gewissem Umfang auch niedergeschlagen werden, indem ein mit speziellen Geruchsstoffen beladenes Aerosol darübergeblasen wird. Der Vorteil dieser Methode liegt in ihrer Einfachheit, der klare Nachteil darin, dass das Geruchsproblem oft nur verschoben wird und der Geruch anderswo wieder auftauchen kann – nämlich dann, wenn das Aerosol verdampft.
  • Thermische Abluftbehandlungsme-thoden und die Adsorption an Aktivkohle können, je nach Anlagengröße, sehr teuer werden. Auch sind ungewöhnlich niedrige Emissionsgrenzwerte vor allem mit der Adsorption nicht immer einzuhalten.
  • Ein Biofilter ist da geeignet, wo biologisch abbaubare Verbindungen gleichmäßig anfallen. Er ist nicht geeignet für unregelmäßige Abluftströme und kommt mit Schwankungen der Abluftzusammensetzung schlecht zurecht. Ein Biofilter nimmt außerdem viel Raum ein.

Die Abluftwäsche ist ein Verfahren, das im Bereich VOC/Geruchsbelästigung eher selten eingesetzt wird – ihr Marktanteil betrug 2006 nicht einmal 10%. Das liegt daran, dass der Schadstoff zumeist nur aus der Luft ins Wasser verschoben wird. Die Oxidationswäsche scheint sich als ideale Lösung anzubieten – Absorption und Beseitigung der Schadstoffe in einem Schritt – aber in der Praxis hat man mit langsamen Abbaureaktionen, hohen Chemikalienkosten und hohem Wasserverbrauch zu kämpfen.

Die Oxidation organischer Verbindungen mit Natriumhypochlorit läuft nicht so einfach, schnell und sicher ab, wie es nach den vereinfachten Bilanzgleichungen erscheinen mag.
Tatsächlich läuft die Reaktion über viele und teilweise auch alternative Zwischenreaktionen ab, erfordert einen kräftigen Überschuss an Natriumhypochlorit NaOCl und lange Verweilzeiten, also große Anlagen. Alkalische Oxidationswäsche wird meistens als der mittlere Schritt eines dreistufigen Waschprozesses durchgeführt, der mit einer schwefelsauren Wäsche beginnt, mit alkalischer Hypochloritlösung als zweiter Stufe und neutraler Wäsche als dritter Stufe, um die in der zweiten Stufe gebildeten Zwischenprodukte, beispielsweise Chlor, auszuwaschen.

Verfahren auf einen Schritt reduziert

Das Odorgard-Verfahren wurde 1993 von der ICI Katalco entwickelt und 2002 von Johnson Matthey Catalysts übernommen. Das Verfahren vereint die drei Schritte der klassischen Oxidationswäsche in einer einzigen Stufe, indem das Waschwasser über einen Nachreaktionsbehälter mit einem nickelbasierten Katalysator geleitet wird, in welchem die ausgewaschenen Schadstoffe schnell und ohne stöchiometrischen Überschuss an Natriumhypochlorit abgebaut werden

Das Rohgas durchströmt einen Wäscher mit Füllkörpern, in welchem die Schadstoffe vollständig ausgewaschen werden. Das beladene Wasser wird über den Nachreaktionsbehälter, den so genannten Odorgard-Reaktor, geführt, in dem die organischen Verbindungen am Katalysator oxidiert werden. Auf Basis von Messwerten der Redox- und pH-Wert-Sensoren wird das aufbereitete Wasser auf optimale Konzentrationen von Natronlauge und Natriumhypochlorit eingestellt (der pH-Wert der Wäsche liegt bei etwa 9). Die Oxidationsge-schwindigkeit ist um das 10- bis 50-fache höher als unter den gleichen Bedingungen ohne Katalysator. Weil das umlaufende Wasser aufgesalzen wird, muss ein gewisser Teil ausgetauscht werden, typischerweise weniger als 0,5% des Umlaufvolumens pro Stunde.

Wann ist das Verfahren geeignet?

Das Odorgard-Verfahren arbeitet dann am ökonomischsten, wenn die Beladung bei maximal 1000mg/m³ und der VOC-Massenstrom bei maximal 1,5kg/h liegen. Bei höheren Beladungen hingegen lässt sich die Abluft in einem einstufigen Wäscher nicht mehr ausreichend reinigen, obwohl das Verfahren auch mehrstufig aufgebaut werden kann, bei größeren Massenströmen wird darüber hinaus der Chemikalien- und Wasserverbrauch zu hoch.

Die tatsächlichen Grenzwerte sind stoffabhängig, ein typischer Arbeitsbereich ist jedoch 10000m³/h Abluft mit einer Beladung von <10 bis 100mg/m³, oder 100000m³/h mit einer Beladung von maximal 10 bis 15mg/m³. Ein kleinerer Abluftstrom von 1000m³/h könnte noch bei einer Beladung von1000mg/m³ ökonomisch behandelt werden. Wenn die Beladung nur gelegentlich die empfohlenen Maximalwerte übersteigt, können solche Spitzen auf einfache Weise mit einem Aktivkohlepuffer geglättet werden. Es sind jedoch auch durchaus Anlagen oberhalb dieses typischen Bereichs sinnvoll, wenn andere Möglichkeiten fehlen oder zu kostenintensiv sind: Ein Beispiel ist die Abwasserbehandlung einer Chemieanlage mit Emissionen von Ammoniak, Schwefelverbindungen und VOC; 100000m³/h bei einer Konzentration von 100mg/m³. Im genannten Beispiel gab die einmalige Möglichkeit, alle Schadstoffe in wechselnden Konzentrationen mit einem Verfahren zu behandeln, den Ausschlag.
Ein gutes Beispiel ist Abluft aus der Klärschlammbehandlung oder aus Tierzuchtbetrieben, die schwefelorganische Verbindungen enthält, also neben Schwefelwasserstoff auch Mercaptane, Dialkylsulfide oder gar Schwefelkohlenstoff. Ein anderer typischer Anwendungsbereich ist die Raumluftabsaugung bei der Verarbeitung von Polyesterharzen, da Styrol eine Geruchsschwelle aufweist, die mit 0,03mg/m³ mehrere Größenordnungen unter den normalerweise einzuhaltenden Reingaswerten liegt.

Besonders stark gegen Gerüche

Die Liste der Verbindungen, die mit Odorgard abgebaut werden können, ist sehr lang. VOC, die mit dem Verfahren nicht abgebaut werden können, sind nicht absorbierbare Verbindungen wie Alkane: Bei Butan, Pentan, Hexan usw. greift das Verfahren nicht.

Besonders stark ist das Verfahren dagegen bei einer Reihe von geruchsintensiven Verbindungen, die bei der Verarbeitung natürlicher Stoffe entstehen, etwa Organoschwefelverbindungen, Phenolen, Aldehyden, Ketonen und vielen weiteren. Auch Ammoniak, Amine und Amide lassen sich „knacken“, so dass eine saure Vorwäsche überflüssig wird. Ein besonderer Bonus des Verfahrens ist, dass auch halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Chlormethan und Chlorbenzol, sowie Olefine, etwa Styrol, mit dem Verfahren abgebaut werden können.
Der besondere Vorteil des Verfahrens liegt in den niedrigen Life-Cycle-Kosten: Der Wasser- und Energieverbrauch des Verfahrens ist sehr gering, insbesondere im Vergleich zu einem konventionellen dreistufigen Oxidationswäscher. Das Abwasser selbst enthält vor allem Kochsalz, im Fall von Schwefelverbindungen auch Natriumsulfat. Das Verfahren kommt mit schwankenden Beladungen zurecht, Aerosole – sofern sie ausgewaschen werden – sind kein Problem, Stäube müssen hingegen ausgefiltert werden, damit sich der Katalysator nicht zusetzt.
Wenn Probleme beim Einsatz von Natriumhypochlorit vorliegen, kann das Verfahren auch mit Wasserstoffperoxid betrieben werden – aber diese Chemikalie ist deutlich teurer als Hypochlorit.
Die Eigenschaften des Verfahrens machen dieses besonders geeignet für Abluftströme aus Bereichen wie

  • Fleisch- und Tierkörperverarbeitung,
  • Nahrungsmittelindustrie, Kaffee- und Gewürzproduktion, Tabakindustrie,
  • Abwasser- und Klärschlammbehandlung,
  • Tierzucht, Schweinemast,
  • Gerbereien,
  • Bodensanierung,
  • Kompostwerken,
  • GFK, Polyesterverarbeitung, Oberflächenbeschichtung sowie
  • Gießereien.

Weltweit existieren rund 90 Referenzanlagen unterschiedlicher Größe. Die Betreiber sind Großkonzerne, aber auch kleinere Firmen, teilweise Familienbetriebe. Das Bild zeigt einen installierten Odorgard-Wäscher in einer Klärschlammbehandlungsanlage in Großbritannien.

Heftausgabe: Dezember 2007

Über den Autor

Ralph Guntrum , Geschäftsführer CaTec
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