Verhalten von siliziumorganischen Verbindungen in Biofiltern

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1 Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften, Institut für Abfallwirtschaft und Altlasten Verhalten von siliziumorganischen Verbindungen in Biofiltern Dipl.-Ing. Lilly Brunn Dr.-Ing. Stephan Mattersteig, IAA, TU Dresden Dipl.-Biol. Helmut Lorbeer, IAA, TU Dresden Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. B. Bilitewski IAA, TU Dresden Dr. rer. nat. M. Friese, MATTERSTEIG & Co. INGENIEURGESELLSCHAFT mbh Rostock, 30. März 2012

2 Im Folgenden 1. Siloxan-Problematik in MBA 2. Untersuchungen an Biofiltern 3. Laborversuche mit Mikroorganismen 4. Ergebnisse 5. Zusammenfassung und Ausblick TU Dresden, /15

3 Siloxan-Problematik in MBA Hintergrund: Silikone Jährliche Produktion von ca. 4 Mio. Mg Silikonprodukten weltweit [CES, 2008] Wärme- und Kältebeständigkeit, geringe elektr. Leitfähigkeit, hydrophobe Eigenschaften Lacke/Farben Kosmetika/Waschmittel Papiere/Verpackungen Nahrungsmittel Textilien Restmüll Einsatz der Silikone z.b. im Bau- und Verkehrswesen, Elektro-, Elektronik-, Textil-, Papier- und Metallindustrie, Medizin, Pharmazie und Kosmetik, Chemie-, Kunststoff- und Kautschukindustrie MBA Freisetzung Siloxane Abluft Oxidation zu SiO 2 Biologische/Physikalische Behandlung TU Dresden, /15 RTO

4 Untersuchungen zum Verhalten von Siloxanen in Biofiltern Seit 2009 regelmäßige Messungen am Biofilter einer MBA in Österreich optimal für Messungen unter realen Bedingungen September 2009 bis März 2010 Untersuchungen an einer Technikumsbiofilteranlage Betrieb auf dem Gelände der MBA Cröbern Seit 2010 Laborversuche mit Mikroorganismen zur Abklärung der im Biofilter beobachteten Effekte TU Dresden, /15

5 Biofilterversuchsanlage 5 isolierte Biofilterkammern 28 l Füllvolumen je Kammer installierter Wärmetauscher beheizbare Leitungen 3 Biofilter wurden parallel unter gleichen Prozessbedingungen betrieben Die Biofilter wurden kontinuierlich mit der Intensivrotteabluft der MBA Cröbern durchströmt. TU Dresden, /15

6 Laborversuche mit Mikroorganismen Mikroorganismen wurden mit NaCl von Filtermaterial gewaschen und im Fermenter mit Nährlösung kultiviert Vergleichende Ansätze in 120ml Injektionsflaschen mit/ohne Bakterienmasse sowie aktiv/vergiftet; Inkubationszeit von 24 h bei 30 C Extraktion des Gesamtsystems mit Schwefelkohlenstoff TU Dresden, /15

7 Siloxane in mg/m³ Ergebnisse der Messungen am Biofilter einer MBA in Österreich - I D6 D5 L4 D4 L3 D3 0 konstante Abreinigungsraten von bis zu 80% D5 bildet mit ca. 80% den Hauptanteil der Emissionen, gefolgt von D6,D4 TU Dresden, /15

8 Siloxane in mg/m³ Ergebnisse der Messungen am Biofilter einer MBA in Österreich - II 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 D6 D5 L4 D4 L3 D3 L2 4 von 15 Messungen zeigen Abreinigungsraten zwischen 16% und 23% 4 Messungen zeigen eine Aufkonzentrierung von 12% bis 26% in der Biofilterabluft, alle übrigen Messungen schwanken um ±10% TU Dresden, /15

9 Konzentrationsänderung in % Ergebnisse der Messungen an der Technikumsanlage /09/ /10/ /11/ /01/ /03/ /03/ Biofilter 1 Biofilter 2 Biofilter 3 konstante Abreinigung zw. 16% und 59% während der ersten 3 Monate rückläufige Abreinigungsraten auf max. 38% während der letzten 4 Monate an manchen Tagen zw % höhere Fracht nach Biofilter Konzentration an D5 zw mg/m³, 1-3 mg/m³ im Fall von D6 TU Dresden, /15

10 Wiederfindung Siloxane in % Ergebnisse der Laborversuche mit Mikroorganismen - I L2 D3 L3 D4 L4 D5 D6 BM21-23 aktiv BM24-26 inaktiv BM27-29 Blindwert signifikant unterschiedliche Wiederfindungen der Versuchsansätze stärkere Siloxanrückhaltung der aktiven Versuchsansätze TU Dresden, /15

11 Wiederfindung Summe Siloxane in % Ergebnisse der Laborversuche mit Mikroorganismen - II BM33-35: 100%BM BM39-41: 70%BM BM42-44: 40%BM BM45-47: 10%BM BM57-59: Blindwert Wiederfindung der Siloxane ist von der Bakterienmasse abhängig je mehr Bakterienzellen, desto stärker die Rückhaltung der Siloxane TU Dresden, /15

12 Zusammenfassung - I Die Untersuchungen an Biofiltern haben gezeigt, dass: eine deutliche Reduzierung der Siloxanfracht in Biofiltern prinzipiell möglich scheint bislang gibt es keine eindeutige Erklärung für die beobachteten Effekte mikrobielle, chemische und/oder physikalische Effekte können die Ursache sein die Frachtverringerung scheinbar vom Alter des Biofiltermaterials und den Betriebstemperaturen abhängt mikrobielle Effekte scheinen beteiligt zu sein TU Dresden, /15

13 Zusammenfassung - II Die Untersuchungen mit Bakterienzellen deuten bislang auf: eine Beteiligung der Mikroorganismen am Abreinigungseffekt Aktivität der Zellen scheint eine Rolle zu spielen, aber auch inaktive Ansätze zeigen Rückhalteffekte mikrobieller Abbau kann aufgrund der kurzen Inkubationszeit nahezu ausgeschlossen werden stärkere Rückhaltung mit steigender Siedetemperatur TU Dresden, /15

14 Ausblick Was passiert im Biofilter? Betrieb seit 01/2012 bis 11/2012 auf dem Gelände der MBA Cröbern 3 Biofilter von je 500 l kontinuierliche Erfassung: Temperatur, C gesamt, O 2, CO 2, N 2 O wöchentliche Probenahme: Siloxane, Si gesamt TU Dresden, /15

15 VIELEN DANK! Kontakt: Dipl.-Ing. Lilly Brunn Dr.-Ing. Stephan Mattersteig TU Dresden, /15