Reinigung von Abgasen Technische Methoden zur Verringerung von Schadstoffen

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1 Technische Methoden zur Verringerung von Schadstoffen Bei der Verbrennung von Abfällen in Müllverbrennungs-Anlagen entstehen zwangsläufig Schadstoffe. Durch entsprechende technische Ausstattung (Filteranlagen) werden die Reststoffe in bestimmten Endprodukten konzentriert (Filterkuchen, Filterstaub, Schlacke) und können dadurch kontrolliert entsorgt werden. Hier werden die wichtigsten prinzipiellen Methoden zur Verringerung und Kontrolle von Schadstoffen in Müllverbrennungsanlagen vorgestellt. Gereinigte Rauchgase Rauchgase Müllverbrennung Elektrofilter Rauchgaswäsche Abwasserreinigung DENOX- Anlage Filterasche Abwasser Gips Filterkuchen Deponie Elektrofilter: Die bei der Müllverbrennung entstehenden Rauchgase werden durch Elektrofilter geleitet, wobei der größte Teil der Staubgehaltes als Filterasche im Filter gebunden wird. Mit Hilfe eine Kaffeefilters oder eines Siebes (= sehr grober Filter) kann das Prinzip eines Filters erklärt werden: Bestimmte Substanzen werden durchgelassen, bestimmte Substanzen bleiben im Filter hängen. Das Hängenbleiben kann von verschiedenen Faktoren abhängig sein, z. B. von der Größe der Teilchen, aber auch davon, dass durch gewisse Reaktionen Teilchen mit dem Filtermaterial in Verbindung treten und daran gewissermaßen kleben bleiben. Auf diese Weise werden die Schadstoffe im Filter konzentriert und können besser weiterbehandelt werden. Im Elektrofilter werden die im Abgas enthaltenen Staubteilchen durch ein Spannungsfeld elektrisch aufgeladen und von Niederschlagselektroden angezogen. Der entstehende Staubbelag wird durch ein ständig arbeitendes Klopfwerk entfernt. Zur Veranschaulichung dienen die Folie Funktionsweise eines Filters sowie die Experimentieranleitung Prinzip des Elektrofilters. Informationsblatt

2 Rauchgas-Reinigungsanlage (Rauchgaswäsche): In der Rauchgas-Reinigungsanlage (Rauchgaswäsche) werden die ungereinigten Rauchgase mit einer Waschsuspension besprüht, welche die Schadstoffe (Salzsäure, Flusssäure, Schwermetalle und Schwefeldioxid) weitgehend absorbiert. Die dabei entstehenden Abwässer kommen zur Säuberung in die Abwasser- Reinigungsanlage. Experimentieranleitung Rauchgasentschwefelung ( Rauchgaswäsche ) Katalysator (DENOX-Anlage): In der Entstickungsanlage (DENOX) werden die Stickoxide in Stickstoff und Wasser aufgespalten und die Dioxine zerstört. Die gereinigten Rauchgase, die den Kamin verlassen, bestehen vorwiegend aus Wasserdampf. Was ist ein Katalysator? Ein Katalysator besteht aus einem bestimmten Material, das die chemische Umwandlung von Schadstoffen bewirkt, ohne selbst dabei verbraucht zu werden. Die Schadstoffe werden chemisch umgewandelt und dadurch unschädlich gemacht. Die Folie Funktionsweise eines Katalysators zeigt in vereinfachter Darstellung, was in der DENOX-Anlage der Müllverbrennung passiert. Erklärung zur Folie Funktionsweise eines Katalysators zur Rauchgasentstickung: Vorgereinigtes Rauchgas wird mit einer verdampften Ammoniaklösung (NH 3 ) angereichert. Dieses Gemisch strömt durch den Katalysator. Der Katalysator besteht aus mehreren Ebenen und hat eine sehr große Oberfläche. Während das Gemisch durch den Katalysator fließt, wird den Stickstoffoxiden Sauerstoff entzogen (NH 3 bewirkt, dass die Stickstoffoxide Sauerstoff abgeben). Dabei entstehen molekularer Stickstoff (N 2 ) und Wasserdampf (H 2 O), die als natürliche Bestandteile der Luft ohne Umweltschädigung nach außen abgegeben werden können. Informationsblatt

3 Funktionsweise eines Filters Overheadfolie

4 Prinzip des Elektrofilters Experiment 1: Prinzip des Elektrofilters Geräte: Hochspannungstransformator (mit Gleichspannung!) Aluminiumplatte (ca. 20x20 cm) Aufstellblock 2 Tonnenfüße 2 Isolierstützen Stacheldraht, verzinkt (ca. 25 cm) kleiner Nagel (ca. 15 mm) Plastiklöffel Flugasche aus einem Kohlekraftwerk (oder Ruß) Putzlappen (mit Gleichspannung!) Durchführung: In die Mitte des Stacheldrahts wird ein kleiner Nagel zwischen die verdrillten Drähte gesteckt. Die Aluminiumplatte ist geerdet und mit dem Pluspol des Trafos verbunden. Der Stacheldraht wird mit dem Minuspol des Trafos verbunden. Der Abstand zwischen Platte und spannungsführendem Stacheldraht beträgt ca. 5 cm. Wenn man die Spannung am Regler allmählich auf Volt erhöht, wird in einem verdunkelten Raum das elektrische Feld zwischen dem Stacheldraht und der Aluminiumplatte als bläuliches Schimmern erkennbar. Nähert man die Nagelspitze im Stacheldraht bis auf 3 mm an die Aluminiumplatte (durch Verschieben der beiden Tonnenfüße), erfolgt unter hörbarem Knistern eine fortlaufende, deutlich sichtbare Sprühentladung aus der Nagelspitze zur Platte. Dabei entsteht ein merkwürdiger Geruch, der auf die Entstehung von Ozon zurückzuführen ist. Der Abstand zwischen Nagelspitze und Aluminiumplatte wird nun wieder vergrößert (auf ca. 3 cm). Rieselt man mit einem Plastiklöffel etwas Flugasche oder Ruß dazwischen, bildet sich auf der Platte ein Aschenniederschlag. Experiment 2: Modellversuch zur elektrischen Entstaubung Geräte: Durchführung: 2 Plexiglasstreifen Wolltuch oder Fell Einer der beiden Plexiglasstreifen wird mit dem Tuch gerieben. Dadurch wird der Plexiglasstreifen elektrisch geladen. Nach einiger Zeit bemerkt man, dass der geladene Streifen mehr Staub aus der Luft anzieht als der nicht geladene. Experiment

5 Rauchgasentschwefelung Experiment zur Rauchgaswäsche Geräte und Material: Bunsenbrenner Dreifuß 2 Standzylinder Verbrennungs-Trichter Verbindungs-Glasröhrchen Schlauchstücke Wasserstrahlpumpe Universalindikator Durchführung: Durch Verbrennung von Schwefel entsteht Schwefeldioxid. Die Wasserstrahlpumpe am anderen Ende der Versuchsanordnung erzeugt einen Unterdruck - dadurch wird das Gas angesaugt und durchwandert die beiden Standzylinder, die mit Wasser (und einigen Tropfen Universalindikator) gefüllt sind. SO 2 + H 2 O schwefelige Säure Universalindikator färbt sich rot sauer (stark sauer)! Universalindikator färbt sich gelb weniger sauer (schwach sauer)! Beschreibe das Experiment kurz mit eigenen Worten. Was wird gemacht? Was passiert? Experiment

6 Funktionsweise eines Katalysators (Vereinfachte Darstellung) vorgereinigtes Rauchgas 20%-ige Ammoniak/Wasser-Lösung Gebläse Verdampfer heißes Rauchgas Katalysator- Ebenen Stickstoffoxide, NO x Ammoniak-Gemisch Stickstoff, N 2 Wasserdampf, H O 2 gereinigtes Rauchgas Overheadfolie