Reinigung lösungsmittelhaltiger Abluft in einem Rieselfilm-Bioreaktor unter Einsatz eines aktivkohlehaltigen Trägermaterials:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| adam_text | Titel: Reinigung lösungsmittelhaltiger Abluft in einem Rieselfilm-Bioreaktor unter Einsatz eines aktivkohl
Autor: Halfmeier, Helga
Jahr: 1996
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Helga Halfmeier, Heddesheim Reinigung lesungsmittelhaltiger Abluft in einem Rieselfilm-Bio- reaktor unter Einsatz eines aktiv- kohlehaltigen Ibägermaterials Reihe 15 : Umwelttechnik Nr. 150 VDI VERLAS
Inhaltsverzeichnis _ V Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung...................................................................................................................................1 2. Stand der Technik.....................................................................................................................5 2.1 Mikrobiologische Aspekte der biologischen Abgasreinigung.................................................5 2.1.1 Voraussetzungen und Milieubedingungen....................................................................5 2.1.2 Grundlagen des mikrobiellen Stoffwechsels.................................................................7 2.1.3 Kinetik biologischer Reaktionen..................................................................................S 2.1.4 Abbauwege der Lösungsmittel...................................................................................11 2.2 Verfahrenskonzepte der biologischen Abluftreinigung.........................................................16 2.2.1 Biofilter.....................................................................................................................16 2.2.2 Biowäscher...............................................................................................................20 2.2.3 Tropfkörper bzw. Rieselbettreaktoren.......................................................................24 2.2.4 Berechnungsgrundlagen............................................................................................26 2 3 Trägermaterialien...............................................................................................................29 2.3.1 Einsatzmöglichkeiten und Anfordeningen..................................................................29 2.3.2 Grundlagen der Adsorption.......................................................................................31 2.3.2.1 Aktivkohle in wäßrigen
Lösungen................................................................31 2.3.2 2 Beschreibung von Adsorptionsgleichgewichten............................................33 2 4 Aufgabenstellung, Ziel der Arbeit.......................................................................................37 3. Material und Methoden..........................................................................................................39 3.1 Eingesetzte Materialien......................................................................................................39 3.1.1 Inoculum...................................................................................................................39 3.1.2 Nährmedium.............................................................................................................39 3.1.3 Substratlösungen: Zusammensetzung der Lösungsmittelgemische..............................39 3.1.4 Sonstige Betriebsstoffe..............................................................................................40 3.1.5 Trägermaterial...........................................................................................................41 3.2 Versuchsanlagen und -bedingungen.....................................................................................41 3.2.1 Abluftreinigung im Rieselfilmreaktor..........................................................................41 3.2.1.1 Versuchsaufbau.............................................................................................41 3 2 1.2 Versuchsdurchfuhrung...................................................................................48 3.2.2 Sorptionsexperimente mit aktivkohlehaltigem Trägermaterial.....................................52 3.2.2.1 Titrationskurve..............................................................................................52 3.2.2.2
Ammonium-Sorption.....................................................................................53 3 2 2 3 Lösungsmittel-Sorption............*....................................................................53
Inhaltsverzeichnis YL 3.2.3 Abbauversuche im Schüttelkolben.............................................................................54 3 2 3 1 Biomasse.......................................................................................................54 3.2.3.2 Kultivierung..................................................................................................55 3 2 3 3 Probenahme...................................................................................................56 3.2.4 Die Bestimmung von Verteilungskoeffizienten bzw. Henry-Konstanten......................56 3.2.4.1 Statische Methoden.......................................................................................56 3.2.4.2 Dynamische Methoden..................................................................................57 3.3 Analysenmethoden..............................................................................................................59 3.3.1 Off line Analytik......................................................................................................59 3.3.2 Die Headspace-Gaschromatographie (HSGC).........................................................59 3.3.3 Ammonium- und Phosphatkonzentration.................................................................61 3.3.4 Die Bestimmung der Dehydrogenase-Aktivität von Belebtschlämmen......................62 3.3.5 Trockengewichtsbestimmung..................................................................................62 3 3 6 Protein....................................................................................................................63 3.3.7 Vorbehandlung der Proben für die Rasterelektronenmikroskopie (REM).................65 3.3.8 Probenvorbereitung für die Elementaranalyse..........................................................65 3.3.9 Die Bestimmung des gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC)..............................65
3.3.10 Lichtmikroskopie....................................................................................................66 4. Ergebnisse und Diskussion......................................................................................................67 4.1 Abluftreinigung im Rieselfilmreaktor..................................................................................67 4 1.1 Reaktorversuche im mittleren Maßstab I (H2 und H3)...............................................67 4.1.2 Reaktorversuche im kleinen Maßstab II: Aufwuchskinetik im Gegen- und Gleichstrom (H4 und H5).......................................75 4.1.3 Optimierung der Stickstoff-Zugabe in Reaktoren kleinen Maßstabs II (H6)...............83 4.1.4 Abluftreinigung im zweistußgen Prozeß. Reihenschaltung zweier Reaktoren des Maßstabs II...................................................87 4.1.5 Maßstabsvergrößerung (Scale-up) des Rieselfilmreaktors Typ III (H8)......................92 4.2 Adsorptive Einflüsse des aktivkohlehaltigen Trägermaterials.............................................100 4.2.1 Titrationskurve........................................................................................................100 4.2.2 Ammonium-Adsorption...........................................................................................102 4 2 2 1 Adsorptionskinetik....................................................................................102 4 2 2 2 Adsorptionsisotherme................................................................................103 4.2.3 Adsorption von Lösungsmitteln...............................................................................104 4.2.3.1 Mehrstoff-Isotherme..................................................................................104 4.2.3.2 Einzelstoff-Isothermen...............................................................................105 4.2.3.3 Sorptionsexperimente mit
Waschwasser.....................................................107
Inhaltsverzeichnis_Yü 4.3 Die Bilanzierung des Prozesses.........................................................................................108 4.3.1 Die Stickstoff-Bilanz...............................................................................................108 4.3.2 Die Kohlenstoff-Bilanz............................................................................................111 4.4 Lösungsmittelabbau in Flüssigkultur..................................................................................114 4.4.1 Abbauverhalten.......................................................................................................114 4.4.1.1 Substratabbau............................................................................................115 4.4.1.2 Wachstum der Biomasse............................................................................118 4 4 2 Abbaukinetik...........................................................................................................120 4 4.2.1 Substratabbau............................................................................................121 4.4.2.2 Wachstum der Biomasse............................................................................123 4.5 Mikroskopische Betrachtungen........................................................................................125 4.6 Vergleichende Beurteilung der Grundparameter des Systems............................................133 4.6.1 Kinetik der biologischen Reaktion...........................................................................133 4.6.2 Verteilungskoeffizienten der Lösungsmittel.............................................................135 4.6 3 Abbauleistung in den Reaktorversuchen..................................................................138 4 6.4 Diskussion einiger Modellansätze, Fazit...................................................................141 S.
Zusammenfassung.................................................................................................................145 6. Literatur 148
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