VDI-RICHTLINIEN. Biologische Abgasreinigung Biofilter Biological waste gas purification Biofilters. Contents. Seite

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1 Frühere Ausgabe: 12.91; Entwurf, deutsch Former edition: 12/91; 08/02 draft, in German only Zu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 2004 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankündigung im Bundesanzeiger einem öffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. VDI-RICHTLINIEN ICS November 2004 Inhalt Vorbemerkung Geltungsbereich Begriffsbestimmungen Verfahrenstechnische Grundlagen Allgemeines Physikalisch-chemische Zusammenhänge Filtermaterialien Aufgaben des Filtermaterials Trägermaterial für die Mikroorganismen Sorption der Abgasinhaltsstoffe Nährstoff- und Nährsalzquelle Feuchtespeicher Puffermedium und Speichermedium für Abbauprodukte Strömung in porösen Schüttungen Zusammenhang zwischen den Aufgaben des Filtermaterials und seinen chemischphysikalischen Eigenschaften Biofiltergeruch Regeneration, Austausch und Entsorgung Maßnahmen zur Regeneration des Filtermaterials Austausch und Entsorgung des gebrauchten Filtermaterials Auslegungs- und Konstruktionshinweise Planerische und organisatorische Maßnahmen Abgaszuleitung und -konditionierung Abgaszuleitung Abgaskonditionierung Biologische Abgasreinigung Biofilter Biological waste gas purification Biofilters VDI 3477 The draft of this guideline has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette). No guarantee can be given with respect to the English translation. The German version of this guideline shall be taken as authoritative. Contents Preliminary note Scope Terms and definitions Process fundamentals General Physico-chemical mechanisms Filter media Functions of filter media Support media for microbial growth Sorption of waste gas constituents Nutrient and nutrient salt source Moisture reservoir Buffer and storage medium for degradation products Gas flow through porous filter beds Physico-chemical properties of filter media and their relevance to the various media functions Biofilter odour Regeneration, replacement and disposal Measures for filter media regeneration Replacement and disposal of spent filter media Biofilter design and construction Planning and organizational measures Waste gas handling, distribution and conditioning system Waste gas handling and distribution system Waste gas conditioning Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Ausschuss Biologische Abgasreinigung AG Biofilter Vervielfältigung auch für innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permitted VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 6 VDI-Handbuch Biotechnologie, Band 2 VDI-Handbuch Umwelttechnik

2 2 VDI 3477 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf Auslegung mit Hilfe von Versuchsanlagen Dimensionierung von Anlagen Konstruktionsmerkmale Offene Flächenfilter Geschlossene Flächenfilter Verfahrenskombinationen mit Biofiltern Abwasser einer Biofilteranlage Verbleib des Abwassers Betrieb von Biofilteranlagen Allgemeines Voraussetzungen für den Betrieb von Biofiltern Organisation Technische Voraussetzungen Finanzmittelbereitstellung Betrieb des Biofilters Übernahme Betätigung/Bedienung Instandhaltung Außerbetriebnahme Ausmusterung Negativerfahrungen Messen und Bewerten der Emissionen (Luftverunreinigungen) Allgemeines Festlegung der Probenahmestellen Punktquellen Aktive Flächenquellen Häufigkeit der Beprobung am Messpunkt Probenahme und Messverfahren Gasanalytik Geruchsstoffmessung Durchführung der Messung (Erstmessung, Abnahmemessung) Punktquellen Aktive Flächenquellen Bewertung der Biofilterfunktion Geruchsstoffabscheidung/ Geruchsminderung Wirkungsgradbestimmung bei Schadstoffabscheidung Filterfunktionsprüfung durch Begehungen Stand der Technik bei der Identifizierung und Quantifizierung von Bioaerosolemissionen und -immissionen aus Biofiltern Prüfung des Filtermaterialzustands Technische Gewährleistung Verfahrenstechnische Gewährleistungen (Wirkungsgrad) Leistungsbedarf und Betriebsmittelverbrauch des Filters und seiner Hilfseinrichtungen Pilot tests to establish the design basis Sizing of biofilter systems Construction features Open surface filters Enclosed surface filters Biofilters in combination with other processes Waste water generated by a biofilter system Waste water reuse/disposal Operation of biofilter systems General Prerequisites for biofilter operation Organization Technical prerequisites Commitment of funds Biofilter operation Acceptance and takeover Operator attendance Maintenance Shutdown Decommissioning Negative experience Measurement and evaluation of air emissions General Selection of sampling points Point sources Active area sources Sampling frequency at sampling point Sampling and measurement techniques Gas analysis Odour measurement Measurement procedure (initial measurement, acceptance measurement) Point sources Active area sources Evaluation of biofilter function Odour removal/odour abatement Determination of pollutant removal efficiency Verification of filter function by field inspections State of the art in the identification and quantification of bioaerosol emissions from biofilters and their ambient air impact Verification of filter media condition Performance guarantee Guaranteed process performance data Energy and utility consumption figures of the biofilter and its auxiliary equipment... 86

3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 2004 VDI Drainagewasser Anlagenverfügbarkeit Nachweis der Gewährleistung Anhang A Bestimmung der Filterfläche in Abhängigkeit von der Schadstofffracht.. 86 Anhang B Interpretation von olfaktometrischen Daten Anhang C Bioaerosole als Bestandteil der natürlichen Luft und als potenzielle Luftverunreinigung Anhang D Liste der Formelzeichen Schrifttum Leachate Plant availability Proof of guaranteed performance data Annex A Annex B Annex C Determination of the filter area as a function of the pollutant load Interpretation of olfactometry data Bioaerosols as natural constituents of the ambient air and as potential air pollutants Annex D List of symbols Bibliography Vorbemerkung In der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL erarbeiten Fachleute aus Wissenschaft, Industrie und Verwaltung in freiwilliger Selbstverantwortung VDI-Richtlinien und DIN-Normen zum Umweltschutz. Diese beschreiben den Stand der Technik bzw. den Stand der Wissenschaft in der Bundesrepublik Deutschland und dienen als Entscheidungshilfen bei der Erarbeitung und Anwendung von Rechts- und Verwaltungsvorschriften. Die Arbeitsergebnisse der KRdL fließen ferner als gemeinsamer deutscher Standpunkt in die europäische technische Regelsetzung bei CEN (Europäisches Komitee für Normung) und in die internationale technische Regelsetzung bei ISO (Internationale Organisation für Normung) ein. Folgende Themenschwerpunkte werden in vier Fachbereichen behandelt: Fachbereich I Umweltschutztechnik Produktionsintegrierter Umweltschutz; Verfahren und Einrichtungen zur Emissionsminderung; ganzheitliche Betrachtung von Emissionsminderungsmaßnahmen unter Berücksichtigung von Luft, Wasser und Boden; Emissionswerte für Stäube und Gase; anlagenbezogene messtechnische Anleitungen; Umweltschutzkostenrechnung Preliminary note In the Commission on Air Pollution Prevention of VDI and DIN Standards Committee KRdL experts from science, industry and administration, acting on their own responsibility, establish VDI guidelines and DIN standards in the field of environmental protection. These describe the state of the art in science and technology in the Federal Republic of Germany and serve as a decision-making aid in the preparatory stages of legislation and application of legal regulations and ordinances. KRdL s working results are also considered as the common German point of view in the establishment of technical rules on the European level by CEN (European Committee for Standardization) and on the international level by ISO (International Organization for Standardization). The following topics are dealt with in four subdivisions: Subdivision I Environmental Protection Techniques Integrated pollution prevention and control for installations; procedures and installations for emission control; overall consideration of measures for emission control with consideration given to the air, water and soil; emission limits for dusts and gases; plant-related measurement instructions; environmental industrial cost accounting

4 4 VDI 3477 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 2004 Fachbereich II Umweltmeteorologie Ausbreitung von Luftverunreinigungen in der Atmosphäre; störfallbedingte Freisetzungen; mikro- und mesoskalige Windfeldmodelle; Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Oberflächen; meteorologische Messungen; angewandte Klimatologie; Lufthygienekarten; human-biometeorologische Bewertung von Klima und Lufthygiene; Übertragung meteorologischer Daten Subdivision II Environmental Meteorology Dispersion of pollutants in the atmosphere; emissions from accidental releases; micro- and mesoscale wind field models; interaction between the atmosphere and surfaces; meteorological measurements; applied climatology; air pollution maps; human-biometeorological evaluation of climate and air hygiene; transfer of meteorological data Fachbereich III Umweltqualität Wirkung von Luftverunreinigungen auf Mensch, Tier, Pflanze, Boden, Werkstoffe und Atmosphäre; wirkungsbezogene Mess- und Erhebungsverfahren; Erfassung und Wirkung mikrobieller Luftverunreinigungen; Olfaktometrie; Umweltsimulation Subdivision III Environmental Quality Effects of air pollutants on man, farm animals, vegetation, soil, materials, and the atmosphere; methods for the measurement and evaluation of effects; determination of microbial air pollutants and their effects; olfactometry; environmental simulation Fachbereich IV Umweltmesstechnik Emissions- und Immissionsmesstechnik für anorganische und organische Gase sowie für Partikel; optische Fernmessverfahren; Messen von Innenraumluftverunreinigungen; Messen von Bodenluftverunreinigungen; Verfahren zur Herstellung von Referenzmaterialien; Prüfpläne für Messgeräte; Validierungsverfahren; Messplanung; Auswerteverfahren; Qualitätssicherung Die Richtlinien und Normen werden zunächst als Entwurf veröffentlicht. Durch Ankündigung im Bundesanzeiger und in der Fachpresse erhalten alle interessierten Kreise die Möglichkeit, sich an einem öffentlichen Einspruchsverfahren zu beteiligen. Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, dass unterschiedliche Meinungen vor Veröffentlichung der endgültigen Fassung berücksichtigt werden können. Die Richtlinien und Normen sind in den sechs Bänden des VDI/DIN-Handbuches Reinhaltung der Luft zusammengefasst. Subdivision IV Environmental Measurement Techniques Techniques for emission and ambient air measurements of inorganic and organic gases as well as particulate matter; optical open-path measurement methods; measurement of indoor air pollutants, measurement of soil air pollutants; procedures for establishing reference material; test procedures for measurement devices; validation procedures; measurement planning; evaluation methods; quality assurance The guidelines and standards are first published as drafts. These are announced in the Bundesanzeiger (Federal Gazette) and in professional publications in order to give all interested parties the opportunity to participate in an official objection procedure. This procedure ensures that differing opinions can be considered before the final version is published. The guidelines and standards are published in the sixvolume VDI/DIN Reinhaltung der Luft (Air Pollution Prevention) manual. 1 Geltungsbereich Die Richtlinie VDI 3477 behandelt die Reinigung von Abgas-/Abluftströmen, die gas- und aerosolförmige luftverunreinigende Stoffe, insbesondere Geruchsstoffe, enthalten. Der Stoffabbau erfolgt aerob durch Mikroorganismen, die auf festen Trägersubstanzen angesiedelt sind. 1 Scope This guideline VDI 3477 covers the treatment of waste gas/exhaust air containing gaseous air pollutants, aerosols and notably odorants. Biodegradation of the pollutants is accomplished under aerobic conditions by micro-organisms colonizing on solid support media.

5 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 2004 VDI Die Richtlinie gibt einen Überblick über die Abgasarten und/oder die Stoffe, die bisher erfolgreich mit einer Biofilteranlage entsorgt wurden. Sie enthält die für eine sachgerechte Auslegung der Anlage notwendigen Grundlagen und Bewertungskriterien und nennt Produktionsverfahren, deren biologische Abgasbehandlung in Biofiltern sich in der Praxis bewährt hat. Nachfolgend wird durchgängig von Abgas gesprochen. Je nach Anwendungsfall kann auch Abluft damit gemeint sein. Die auf das Abgas bezogenen Volumenangaben sind in der Regel auf den technischen Normzustand bezogen. Eine Ausnahme bilden die Angaben zur Flächen- oder Raumbelastung von Biofiltern. Hier beziehen sich die zugehörigen Gasvolumina auf den Betriebszustand des Abgases. An geeigneter Stelle wird auf die zu beachtenden gesetzlichen [G1 bis G15] und technischen Regeln [T1 bis T53] verwiesen. Die Richtlinie beschreibt den Stand der Technik bei der biologischen Abgasreinigung mit Hilfe von Biofiltern. Trotz der zahlreichen praktischen Anwendungsfälle von Biofiltern sollte der Biofiltereinsatz auch zukünftig in Fällen, in denen bisher keine übertragbare Erfahrung vorliegt, durch Versuche überprüft werden. Darüber hinaus empfiehlt sich ein Vergleich mit anderen Abgasreinigungsverfahren. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieser Richtlinie waren Biofilter an den in Tabelle 1 aufgeführten Anlagen erfolgreich eingesetzt [T23; L12; L33; L46; L61]. In Tabelle 2 sind Einzelkomponenten und Stoffgruppen aufgeführt, deren Abbau im Biofilter erprobt wurde. Je nach Zusammensetzung der Abgase kann sich abweichend von Tabelle 2 ein anderes Abbauverhalten der Einzelkomponenten ergeben. Die Zusammenstellung beruht auf bisherigen Erfahrungen (z.b. nach [L1; L11; L14]), wobei die Grenzen der Kennzeichnung fließend sind. Sie kann als Entscheidungshilfe für die Aufnahme von Abgasreinigungstests mit einer Biofilterversuchsanlage herangezogen werden (siehe Abschnitt 5.3). This guideline gives an overview of waste gas streams that have been successfully treated and/or pollutants that have been effectively degraded in biofilter systems. It addresses the criteria to be considered for the proper design of the biofilter system, discusses performance evaluation criteria and presents production processes in which biofilters have become successfully established for waste gas treatment. For the sake of simplicity, this guideline does not distinguish between waste gas and exhaust air but uses the term waste gas throughout. Depending on the context, the term waste gas may therefore also relate to exhaust air. Volumetric gas rates indicated normally relate to standard temperature and pressure conditions. An exception applies to the biofilter area and space loading rates where the associated volumetric gas flow rates relate to the actual operating conditions. Where applicable, reference is made to the statutory regulations [G1 to G15] and technical rules [T1 to T53] to be observed. This guideline describes the state of the art in biofiltration technology for biological waste gas treatment. Despite the numerous practical applications of biofilters, the applicability of biofiltration to the specific waste gas stream should be confirmed by field pilot studies in all cases where no application-specific empirical data are available. Moreover, a comparison with other waste gas cleaning processes is recommended before opting for a biofilter. At the time this guideline was published, biofilters were being successfully employed in the production plants and disposal facilities listed in Table 1 [T23; L12; L33; L46; L61]. Table 2 lists the individual substances and substance groups for which biodegradation results are available from biofiltration tests. Depending on the specific waste gas composition, the individual substances may exhibit a biodegradation behaviour differing from that shown in Table 2. It should be noted that this list is based on experience available so far (e.g. as per [L1; L11; L14]) and that there are no clear cut-off points between the individual categories. Table 2 may serve as a decision-making basis to determine whether prior treatability tests in a biofilter pilot plant will be needed (see Section 5.3) to establish the design basis for a biofilter.