Das Verfahren der Abluftreinigung durch Biofilter beruht auf dem Prinzip der Schadstoffadsorption und anschließendem Abbau durch biologische Metabolisierung (Stoffwechselvorgänge). Aufgrund der Fähigkeit der aktiven Mikroorganismen zur Spezialisierung und Adaptation eignet sich dieses Prinzip grundsätzlich zur Behandlung eines breiten Spektrums von luftverunreinigenden Stoffen organischen Ursprungs. Die wesentlichen Voraussetzungen für den biologischen Abbau solcher Substanzen sind niedriges Molekulargewicht, hydrophile und lipophile Lösungseigenschaften sowie am Molekül vorhandene funktionelle Gruppen.

Die Schadstoffe organischen Ursprungs werden von heterotrophen Mikroorganismen verarbeitet. Diese Bakterien und Pilze vermehren sich in einem günstigen Milieu nach einer exponentiellen Funktion. Bei geringer Nährstoffkonzentration kommt der Abbau zum Erliegen. Bei zu hohen Substratkonzentrationen kann es zur Wachstumshemmung kommen. Entscheidende Parameter bei der Entwicklung der Mikroorganismen sind Temperatur, Sauerstoffgehalt sowie ausreichende Feuchte der biologisch aktiven Schicht, da die Mikroorganismen in einem dünnen Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche eines Trägermaterials angesiedelt sind. Man unterscheidet psychrophile (kältevertragende), mesophile und thermophile (wärmebedürftige) Mikroorganismen, wobei die thermophilen die schnellsten Stoffwechselraten (entsprechend hoher Abbaugeschwindigkeit) aufweisen.

Bei den biologischen Verfahren zur Abluftbehandlung kommen in erster Linie Biofilter zum Einsatz. Zusätzlich ist in den meisten Fällen der Einsatz eines vorgeschalteten Naß- oder sogar Chemowäschers sinnvoll bzw. erforderlich, da durch diese zusätzliche Reinigungsstufe die Abluft auf den benötigten Wassergehalt angereichert und der Biofilter durch eine Vorabscheidung wasserlöslicher Abluftkomponenten entlastet wird.

Durch die Kombination von Vorwäscher und Biofilter sind Reinigungsleistungen von über 95% realisierbar.

Biofiltermaterialien und Abluftströmung

Das Biofiltermaterial ist über einem Luftverteilungssystem aufgeschichtet. Stand der Technik für die Luftverteilung sind Auflageroste mit einem durchlässigen Anteil von mind. 30% der Fläche. Aufgrund der meist stark korrosiven Zusammensetzung der Abluft, müssen solche Rostsysteme aus entsprechenden Werkstoffen hergestellt sein. Meist werden Kunststoffe (PP oder PE), speziell Regranulate, verwendet.

Die Abluft wird mittels Ventilatoren durch die Filterschicht gefördert. Die Geruchs- und Schadstoffe werden in der Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche des Filtermaterials gelöst (Adsorption) und diffundieren durch den Wasserfilm zum Biofiltermaterial, wo Sie den angesiedelten Mikroorganismen als Nährstoffe dienen und so zum Abbau gelangen.

Das Biofiltermaterial selbst erfüllt mehrere Funktionen: Es dient den Organismen als Trägermaterial zur Ansiedlung, kann durch die große freie Oberfläche des Wasserfilmes Belastungsspitzen adsorptiv aufnehmen, die später abgebaut werden (Pufferkapazität), und dient bei Minderbelastungen als zusätzliche Nährstoffquelle für die Organismen.

Das Biofiltermaterial sollte folgende Eigenschaften besitzen:

• großes Hohlraumvolumen
• gutes Wasserhaltevermögen
• große spezifische Oberfläche

Bei der Auslegung angestrebte Kenngrößen eines optimalen Biofilters sind:

• niedriger Filterwiderstand (> Energie- / Betriebskosten)
• lange Standzeit (> Wartungskosten / -intervalle)
• geringer Eigengeruch (> Reinigungswirkungsgrad)

Als Filtermaterialien werden Fasertorf, Heidekraut, Wurzelholz, Reisig, Rindenprodukte oder Mischungen aus den o.g. Materialien eingesetzt. Die Reingasbelastung richtet sich stark nach dem Eigengeruch des Filtermaterials und beträgt bei Einsatz eines Biofilters mit Befeuchter bei herkömmlicher Auslegung (100 bis 120 m³/m²h) ca. 150 GE/m³. Hierbei ist zu beachten, daß der Eigengeruch von etwa Wurzelholzmaterialien einen waldartigen Eindruck vermittelt und daher bei olfaktorischer Messung meist nicht negativ bewertet wird.

Durch den niedrigen Strömungswiderstand baut sich im Druckraum vor dem Filter ein geringer statischer Überdruck auf, dessen Überwachung (z.B. optisch durch U-Rohr-Manometer) eine Beurteilung des Filtermaterials ermöglicht. Luftdurchbrüche am Filterrand werden durch Einlegen von Prallplatten und Leitblechen vermieden.

Standzeit des Biofiltermaterials

Das Filtermaterial wird im Laufe der Zeit durch biologischen Abbau mineralisiert. In den ersten 2 Jahren nimmt der organische Anteil um ca. 40% ab, danach verläuft der Abbau wesentlich langsamer. Der pH-Wert sollte im neutralen bis schwach alkalischen Bereich liegen, um den Mikroorganismen ein optimales Milieu zu bieten. Die Standzeit des Biofilters hängt stark vom eingesetzten Filtermaterial ab. So weisen Torf- und Kompostmaterialien bei gleichzeitig relativ hohem Strömungswiderstand eine Standzeit von maximal drei Jahren auf, während Wurzelholzprodukte bei sehr niedrigem Druckverlust eine Standzeit von über fünf Jahren erreichen können.

Bei hoher Staubbelastung der Abluft kann eine Abscheidevorrichtung notwendig sein, da das Porenvolumen des Filters sonst durch Ablagerungen rapide abnimmt. Der Filter "verstopft" und verliert seine Reinigungsfähigkeit.

Befeuchtung und Temperatur

Der Abbaugrad der Schad- und Geruchsstoffe nimmt in einem gewissen Bereich mit der Feuchte des Filtermaterials zu. Es empfiehlt sich eine Feuchtigkeit der Biofilterschicht zwischen 30 und 60%, in Abhängigkeit vom Filtermaterial. Höhere Feuchtegrade wirken sich negativ aus, da sich bei einer Durchnässung des Filterkörpers anaerobe Zonen (Sauerstoffmangel) ausbilden können, die wiederum selbst übelriechende Substanzen (Faulgase) freisetzen können. Um eine optimale Feuchte zu erzielen, muß die Abluft mit einer relativen Feuchte von 95 bis 98% in den Biofilter eintreten.

Weiterhin ist zur Sicherstellung einer gleichbleibend hohen Reinigungsleistung eine relativ konstante Temperatur des Rohgases wichtig. Herkömmliche Biofilter werden in der Regel im mesophilen Bereich zwischen 15 und 40 °C betrieben. Bei zu geringer Temperatur der Abluft werden die Lebens- und Wachstumsbedingungen der Mikroorganismen gestört und die Abbauleistung geht stark zurück.

Als Abluftkonditionierung fungiert in erster Linie die Naßwäsche, mit der eine relative Luftfeuchte von über 95% erzielt wird. Selbst Aerosole, Stäube und Fette, die den Filter verkleben würden, können damit entfernt werden. Zusätzlich dient die Naßwäsche zur Vorabscheidung der wasserlöslichen Geruchs- und Schadstoffe und entlastet somit den Biofilter.

Filterflächenbelastung

Der Biofilter sollte unabhängig vom Anfall der Abluft mit einem kontinuierlichen Volumenstrom beaufschlagt werden. Bei einer starken Reduzierung des Abluftstromes kann es im Biofilter zu Sauerstoffmangel kommen, eine Ausbildung anaerober Zonen, wie vorab beschrieben, wäre die Folge

Eine Mindestbelüftung von ca. 20 m³/h pro m² Filterfläche sollte immer gewährleistet sein. Eine Richtwert zur Auslegung eines Biofilters für übliche Rohgasbelastungen, wie sie in Klär- und Abfallbehandlungsanlagen auftreten, liegt bei ca. 100 m³/m²h; bei geringem Raumangebot für die Aufstellung des Filters kann dieser Wert auch bis auf 130 m³/m²h erhöht werden.

Geruchsspitzen kann ein gut funktionierender Biofilter auch bei schwankenden Filterflächenbelastungen gut abpuffern, so daß im Reingas nur sehr geringe Konzentrationsänderungen auftreten. Dies wird gewährleistet durch die Trennung von Adsorption und Abbau der Geruchsstoffe im Biofiltermaterial. Während die Abbauleistung bei höherem Substratangebot relativ langsam ansteigt (Wachstumsphase der Mikroorganismen) können bei hohen Rohgaskonzentrationen durch das Konzentrationsgefälle zwischen Wasserfilm und Gasphase sofort mehr Geruchsstoffe adsorbiert werden. Die so gepufferten Substanzen gelangen zeitversetzt zum Abbau.

Biofilter in Flächenbauweise

Bei großen Abluftvolumenströmen und den entsprechend benötigten Filterflächen ist es sinnvoll, Biofilter in Flächenbauweise anzuwenden. In diesem Fall wird der gesamte Filterkörper mehrere Kammern unterteilt, die meist in einer gemeinsamen Einfassung untergebracht sind und mit separaten Abluftzuleitungen mit Drossel- und Absperrorgan ausgerüstet sind. So kann bei Revisions- und Reparaturarbeiten stets ein Teil des Filters in Betrieb bleiben und für die Dauer der Arbeiten mit der erhöhten Abluftmenge beaufschlagt werden. Für diese Bauart bieten sich verschiedenen Ausführungsvarianten an:

• Betonbauweise: Bodenwanne, Seitenwände und Trennwände werden in Stahlbeton ausgeführt.
• Holzbauweise: Seitenwände und Trennwände werden in Holz (mit Kunststoffolie ausgekleidet) ausgeführt, eventuell mit Haltesystem aus Stahlprofilen; Bodenwanne in Beton.
• Kunststoffbauweise: Seitenwände und Trennwände werden mit Kunststoffplatten in einem Haltesystem (z.B. aus Stahlprofilen) ausgeführt; Bodenwanne in Beton.

Im Bodenbereich des Flächenfilters befindet sich das Luftverteilungssystem, die Bodenplatte selbst ist mit einem leichten Gefälle zur Ableitung des anfallenden Kondens- und Regenwassers über einen Kondensatschacht ausgeführt.

Das Filtermaterial ist in der Regel bis auf eine Höhe von 1,50 bis 2,00 m auf den Verteilungsboden aufgeschüttet.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Filter abzudecken und die Abluft über einen Kamin abzuleiten.

Die Konditionierung der Abluft wird gegebenenfalls mittels eines vorgeschalteten Wäschers realisiert, der als liegender oder stehender Wäscher ausgeführt werden kann.

Biofilter in Containerbauweise

Für die Anwendung auf begrenzten Flächen oder für kleinere bis mittlere Abluftströme, bietet die etha Anlagenbau GmbH Kompakt- oder Etagenfilter in Containerbauweise an.

Die modulare Bauweise ermöglicht durch Parallelschaltung mehrerer Filter die problemlose Erweiterung der Reinigungskapazität. Die Container werden in verschiedenen Normgrößen angeboten und in beschichtetem Stahl (stapelbare Container) oder in Kunststoff gefertigt. Da jeder Container über einen eigenen Gaseintrittsstutzen mit Drossel- und Absperrorgan mit der Abluft beaufschlagt wird, kann die Verteilung der einzelnen Teilluftströme auf die Module bei Inbetriebnahme bzw. nach Anlagenerweiterung zuverlässig einreguliert werden. Ebenso ist das Stillsetzen einzelner Container zu Reinigungs- oder Wartungszwecken ohne Beeinträchtigung der übrigen Module möglich.

Im Bodenbereich der Container befindet sich das Luftverteilungssystem, auf dem das Filtermaterial in der Regel bis auf eine Höhe von ca. 1,50 m aufgeschichtet ist. Der Containerboden ist mit einem leichten Gefälle zur Ableitung des anfallenden Kondens- und Regenwassers über einen Siphon ausgeführt.

Auch hier besteht die Möglichkeit, die einzelnen Filtermodule zur gefaßten Ableitung der Fortluft über einen Kamin abzudecken.

Die Befeuchtung der Abluft wird durch eine Waschstufe realisiert, diese kann als separate oder integrierte Waschstufe ausgeführt werden (siehe Anlagenbeispiele).