Zum dynamischen Verhalten eines biologischen Rieselbettreaktors mit adsorbierenden Trägermaterialien

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Ergebnisse von Untersuchungen zur Abscheidung organischer Abluftinhaltsstoffe in einem Biorieselbettreaktor. Als Füllkörper wurde ein adsorptionsaktives Material eingesetzt, auf dessen Oberfläche schadstoffspezifische Bakterienmischkulturen fixiert waren. Die Versuche erfolgten im Labormaßstab unter insterilen Bedingungen, wobei die Modellschadstoffe einzeln oder im Stoffgemisch aufgegeben wurden. Im Vordergrund der Untersuchungen stand das Verhalten des Reaktorsystems bei kurzzeitigen Konzentrationsspitzen. Es wurden Untersuchungen mit Toluol und Propionaldehyd als Einzelkomponenten sowie mit einem Stoffgemisch aus Toluol und p-Xylol durchgeführt. Unter stationären Bedingungen wurden hohe Eliminationsleistungen für alle Komponenten gemessen. Signifikante Pufferwirkungen durch Adsorption der Schadstoffe am Trägermaterial konnten für die wenig wasserlöslichen BTX-Aromaten erst bei starken Konzentrationsschwankungen beobachtet werden. Mit Propionalde hyd wurden dagegen auch bei moderaten Stoßbelastungen größere Pufferwirkungen erzielt. Unter Zugrundelegung einiger vereinfachender Annahmen wurde ein dynamisches Prozeßmodell für Einstoffsysteme formuliert, das die vier koexistierenden Phasen kontaminierte Luft, Wasserfilm, Biofilm und adsorptionsaktiver Träger berücksichtigt und den Stoffübergang zwischen den Phasen einschließlich der Vorgänge in Grenzschichten umfaßt. Bis auf die experimentell nur schwer zugängliche effektive Stoffaustauschfläche und die Dicke des aktiven Biofilms wurden alle Modellparameter experimentell ermittelt bzw. der Literatur entnommen. Durch Variation der unbekannten Größen konnten für die Systeme Toluol und Propionaldehyd sowohl für stationäre Betriebszustände als auch für Konzentrationsschwankungen gute Übereinstimmungen zwischen Meßwerten und Prozeßmodell erzielt werden. Die Untersuchungen lieferten eine verbesserte Einsicht in das dynamische Verhalten biologischer Abluftreinigungsreaktoren und konnten z eigen, daß die Stabilität solcher Reaktoren bei Konzentrationsschwankungen durch die Verwendung von Adsorbentien wie Aktivkohlen als Trägermaterialien erheblich verbessert werden kann, wobei die erzielbare Pufferwirkung insbesondere von der Dicke der einzelnen Filme, der Wasserlöslichkeit der Schadstoffe und der Höhe der Konzentrationsspitzen abhängt. Die Pufferung von Belastungsschwankungen durch Adsorption ermöglicht eine kompaktere Auslegung und damit einen wirtschaftlicheren Betrieb von Biorieselbettreaktoren.