| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Forsøg med biofiltre til rensning af poreluft forurenet med chlorerede opløsningsmidler

6. Perspektivering

Projektets overordnede formål har været at tilvejebringe et videngrundlag for anvendelse af biofiltre til fjernelse af CAC i ekstraheret poreluft samt at redegøre for, om biofiltre kan være en bedre løsning end traditionelle aktive kulfiltre.

Gennem laboratorieforsøg er der udviklet et reaktorsystem, som har vist sig egnet til biologisk omsætning af CAC og forsøgene peger på aerob, co-metabolistisk nedbrydning med propan/butan-gas som primær kulstofkilde i en kompostmatrice, som det mest effektive biofilter.

En foreløbig og hovedsageligt kvalitativ sammenligning mellem kul- og biofiltre er foretaget i dette afsnit. Biofiltret er endnu på et udviklingsstadium, og vil alt andet lige vil blive væsentlig dyrere at afprøve som teknologi, end det fremgår af de tænkte beregningsscenarier og prisoverslag i afsnit 6.3.

6.1 Aktive kulfilter

Anvendelse af kulfiltre er en velkendt teknologi. Et aktivt kulfilter er baseret på en fysisk/kemisk adsorption af forureningskomponenterne til fint granulerede kulpartikler med en høj specifik overflade samt med et højt potentiale for adsorption.

Adsorptionsprocessen afhænger af følgende faktorer:

1. fysiske egenskaber af kullet
2. kulkildens kemiske sammensætning herunder mængden af associeret ilt og brint
3. den kemiske sammensætning og koncentration af forureningskomponenten
4. tilstedeværelse af andre stoffer (art og koncentration)
5. kullets adsorptionsaffinitet over for forureningskomponenten
6. temperatur
7. kontakttid mellem forureningskomponent og kulpartiklen.

Kulfiltre har igennem mange år været anvendt som rensefiltre i industrien og ved afværgeprojekter, hvilket betyder, at der i dag er et solidt erfaringsgrundlag med denne teknologi. Dette er medvirkende til at forenkle dimensioneringen af aktive kulfiltre.

Som renseenhed for CAC i ekstraheret poreluft dimensioneres der bl.a. ud fra adsorptionskapaciteten for den udvalgte kultype. På figur 21 er adsorptionskapaciteten ved 20^oC i tør luft for kultypen AP4-60 vist for 4 CAC.

Figur 21.
Adsorptionskapaciteten af aktivt kul for forskellige CAC. Kultype AP4-60, målt i tør luft ved 20^o C (Zwicky Aps, 2001).

Som det fremgår af figur 21 falder adsorptionskapaciteten for den enkelte forureningskomponent ved faldende koncentrationer. Adsorptionskapaciteten varierer meget for forskellige stoffer og vil variere med forskellige kultyper.

Størrelsen af et aktivt kulfilter dimensioneres ud fra den luftmængde, der ledes gennem filtret, koncentrationen af de tilstedeværende forureningskomponenter og adsorptionskapaciteterne for disse.

Adsorptionskapaciteten for stoffer som VC og DCE er mellem 0,01%-8% for den viste kultype i figur 21. Under forudsætning af tilstedeværelse af VC og DCE i ekstraheret poreluft bliver det samlede kulforbrug forholdsvis stort pga. disse stoffers lave adsorptionskapaciteter.

Forureningskomponenterne vil desorbere fra de aktive kul ved temperaturer omkring 50-70⁰C. Der monteres derfor ofte køleanlæg på vakuumekstraktions-anlæg med højt flow og/eller højt vakuum pga. den varme, der udvikles ved drift af vakuumpumpe og friktionsvarme fra rørsystemerne.

Normalt serieforbindes to aktive kulfiltre for at hindre gennembrud som følge af høje initiale koncentrationer, temperaturforøgelser og stedvis kanaldannelse i filtrene.

Opbrugt aktiv kul bortskaffes ved deponering eller regeneres ved opvarmning. I begge tilfælde er der tale om en miljømæssig belastning.

I tabel 4 er der foretaget en summering af fordele og ulemper ved aktive kulanlæg.

Tabel 4.
Fordele og ulemper ved at anvende aktiv kulfiltre til luftrensning.

6.2 Biofiltre

Biofiltre er baseret på biologiske, fysiske og kemiske processer, hvilket gør dem vanskeligere at anvende i praksis, idet det kræves væsentligt bedre kontrol af filtrenes funktion. Fordelene ved biofiltre er dog, at de kan adapteres til en vilkårlig temperatur, filtermatricen er umiddelbart tilgængelig (både lokalt og globalt, f.eks. kompost), anskaffelsesprisen for filtermateriale er lav og der kan opnås fuldstændig mineralisering af de tilstedeværende miljøfremmede stoffer.

Biomassen er baseret på almindeligt forekommende mikroorganismer, der opkoncentreres i biofilm på overfladen af den faste matrice. Det kan tage op til ½ år at opnå tilstrækkelig biologisk aktivitet i et biofilter, men aktive biofiltre vil på lige fod med aktive kulfiltre kunne leveres i færdigpakkede reaktorer til lokaliteten. Det vil kræve, at biofiltret på forhånd er adapteret til at nedbryde de tilstedeværende CAC, således at der er en aktiv biomasse tilstede.

Tilpasning af omsætningsprocesserne (aerob, anaerob, cometabolisk etc.) i biofiltret foretages ud fra den aktuelle sammensætning af den luft, der skal renses.

Et veltilpasset biofilter vil formodentlig kunne omsætte de initielt høje koncen-trationer af CAC, der normalt ses ved igangsættelse af vakuumekstraktionsanlæg, idet omsætningen afhænger af den initiale biomasse.

Ved blandingsforureninger med f. eks. både olieprodukter og CAC vil blandingen formodentlig give højere biologisk aktivitet og dermed en bedre rensningseffekt. Ligesom tilledning af kulstof (propan/butan) kan reduceres, da oliekomponenterne vil fungere som kulstofkilde.

Filtermatricen har formodentlig en lang levetid. På større anlæg er levetiden mellem 3-5 år (Devinny et al., 1999). Udskiftning af filtermatricen vil være lavteknologisk. Den anvendte matrice vil være værdifuldt podningsmateriale for etablering af nye biofiltre, idet biomassen vil være adapteret til omsætning f.eks. CAC.

Biofiltrenes volumen vil på lige fod med kulfiltre være afhængig af driftflow, stoffernes fysiske/kemiske egenskaber og koncentrationsgradienten mellem gas og væskefase.

Under forudsætning af, at opholdstiden (målt som EBRT) skal være 2-7 minutter for at opnå en omsætningsgrad på 60-100% for CAC, skal volumenet af et biofilter erfaringsmæssigt være 1,5 – 5 m³ , såfremt der skal tilkobles et vakuum-ekstraktionsanlæg med et driftflow på 45-60 m³/t.

I en indkøringsfase vil det være nødvendigt at overvåge biofiltrets effektivitet ved at analysere ind- og udløbskoncentrationer af CAC samt pH-værdi, temperatur, vandindhold og CO₂, for at sikre en stabil drift af biofiltret.

I en driftsituation vil det antagelig være muligt at skære antallet af kontrol-parametre ned. På dette udviklingsstadie skønnes det som minimum nødvendigt at overvåge parametre som vandindhold, ud- og indløbskoncentrationer af CAC samt lejlighedsvis pH-værdien af filtermaterialet.

Tabel 5.
Fordele og ulemper ved anvendelse af biofiltre til luftrensning

6.3 Økonomi

I det følgende gennemgås to tænke scenarier, hvor rensning af forurenet luft i henholdsvis et kulfilter og et biofilter er prissat og evalueret.

Prissætningen er foretaget på et overordnet niveau. Kun direkte omkostninger til renseenhederne (kulfilter kontra biofilter) er prissat. Udgifter til vedligeholdelse vurderes at være i samme størrelsesorden for de to typer renseenheder og er derfor ikke medtaget i prisoverslaget.

Biofilteret er prissat som værende en kendt og anvendt teknologi.

Et kulfilter anlæg for rensning af PCE og TCE forurenet luft. Gennemsnitskoncentration for PCE og TCE fastsat til 10.000 m g/m³. Gennemsnitskoncentration for VC og DCE fastsat til 1.000 m g/m³. Vakuumekstraktionsanlægget har et fastsat driftflow på 60 m³/t. Den samlede drifttid for vakuumekstraktionsanlægget er fastsat til 5 år. Et typisk aktiv kulanlæg vil normalt bestå af to kulfiltre i serie på to gange 300 kg, pga. indholdet af vinylchlorid er størrelsen af kulfiltrene øget. Der forudsættes udført udskiftning af kul 3 gange i den samlede driftperiode.

Note ¹:
Incl. 4 tilsyn , 4 analyser af afkastluft og 4 analyser af indløb til behandlingsanlæg pr. år kr. 50.000.00.

Et tilsvarende biofilter vurderes under forudsætning af en EBRT på 2-7 min og en omsætningsgrad på mellem 60-100% og ved et driftflow på 60 m³/t, at have et volumen på 1,5-5 m³

Note ¹:
Tilsyn 24 gange årligt (1.år), måling af vandindhold, temperatur, CO₂ , pH-værdi etc. 4 analyser af afkastluft fra serie koblet kulfilter, 4 analyser af indløb til biofilter. Tilsyn 12 gange 2. år, måleprogram som 1. år.

Sammenlignes drifts- og anlægsomkostninger for henholdsvis at rense forurenet luft med et kulfilter og et biofilter er det ikke økonomisk attraktivt at anvende biofiltreteknologien på et mindre vakuumekstraktionsanlæg. Biofiltret er ikke konkurrencedygtig med aktiv kulfiltre pga. omkostningerne til drift og tilsyn af biofiltret.

Der er taget udgangspunkt i Teknologiudviklingsprojektet, Drejøgade 3-5, hvor der foreligger et godt datagrundlag for det etablerede vakuumekstraktionsanlæg, estimater for drifttid og budgetoverslag for kulforbrug etc.

Koncentration af PCE er mellem 40.000-750.000 m g/m³ Koncentration af oliekomponenter er mellem 300-1.600 m g/m³. Vakuumekstraktionsanlægget har et fastsat driftflow på 375 m³/t (jf.,Walsted et al, 2000). Den samlede drifttid for vakuumekstraktionsanlægget er estimeret til 3 år. Kulfilteranlægget består af to kulfiltre i serie på 2 gange 300 kg. Der har været et kulforbrug på i alt 9.360 kg. ( jf. Walsted et al, 1999, 2000, 2001) svarende til en omkostning på i alt kr. 800.000, jf. Zwicky ApS.

Note ¹:
Incl. indkøring, tilsyn(drift), tolkning og rapportering(honorar og udlæg), øvrig prøvetagningsomkostninger er udeladt. Kun uddrag af det opstillede budget for Drejøgadeprojektet er direkte sammenlignelig med tilsvarende poster for et biofilter. Der er således kun tale om et groft overslag.

Et tilsvarende biofilter vurderes under forudsætning af en EBRT på 2-7 min og en omsætningsgrad på mellem 60-100% , ved et driftflow på 375 m³/t, at have et volumen på 12-40 m³ . Hvilket svarer til 1-2 stk. container (2 m x 2m x 5m). Det er forudsat, at der anvendes 1 container til opbygning af et biofilter som alternativ til det etablerede kulfilteranlæg, på Drejøgadeprojektet. Det er endvidere forudsat, at der etableres et sekundært kulfilter til efterpolering af den behandlede luft fra biofiltrets afløb. Pga. tilstedeværelsen af oliekomponenter forudsættes det, at den aerobe co-metabolske omsætning kan foregå uden tilsætning af propan/butan i indløb til biofiltret.

Note ¹:
Incl. indkøring, tilsyn(drift), tolkning og rapportering (honorar og udlæg), øvrige prøvetagningsomkostninger er udeladt. SRO-anlægget er (jf. Walsted, et al 1999) opbygget for on-line GC-måling etc. Det skønnes, at en udbygning af SRO-anlægget for drift af biofiltret vil være på et tilsvarende omkostningsniveau, det er dog estimeret en yderligere omkostning på i alt 100.000.- kr. for monitering på flere parametre ifm. biofiltret.

Sammenlignes drifts- og anlægsomkostninger for henholdsvis at rense forurenet luft med et kulfilter og et biofilter er det økonomisk attraktivt at anvende biofiltre som renseenhed på større vakuumektraktionsanlæg.

Drift- og deponeringsomkostninger er mindre for biofiltret end kulfiltret, mens omkostninger tilsyn og monitering er større eller tilsvarende for de to typer af renseenheder.

Devienny et al, 1999 har opstillet en række faktuelle data for eksisterende biofiltre der bl.a. anvendes til rensning af chlorerede ethener og oliekomponenter. Følgende to anlæg vurderes at kunne være en rettesnor for de faktiske omkostning til drift – og anlæg af biofiltre for rensning af forurenet luft. Ved vurdering af prisniveauet er anvendt det amerikanske prisniveau ganget med en faktor 10, selvom prisniveauet er lavere end i Danmark, jf. Heron G.et al, 1998. En række tekniske detaljer er udeladt, idet eksemplerne kun skal give et indtryk af de totale behandlings-omkostninger på eksisterende anlæg. For nærmere oplysninger henvises til Devienny et al., 1999.

Exxon:
Forureningskomponenter: Benzin og olie
Koncentrationsniveau: 400.000 – 1.400.000 m g/m³
Luftflow: 170 m³/t
Driftsomkostninger: 12,1-24,2 kr/1000 m³
Anlægsomkostninger: 42,3 kr/1000 m³
Total behandlingsomkostninger: 54,4-66,5 kr/1000 m³

Novartis:
Forureningskomponenter: CAC, olie, chloroform, dichlormethan, isopropanol
Koncentrationsniveau: 180 mg/m³, heraf 10 mg/m³ CAC
Luftflow: 60.000-75.000 m³/t
Driftsomkostninger: 14,4 kr/1000 m³
Anlægsomkostning: 40 mio (usikkert fastsat)
Totale behandlingsomkostninger er ikke fastsat.

Til sammenligning forventes det samlede behandlede volumen på Drejøgade-projektet (jf. Walsted et al., 2000, p.18) at være 15.000.000 m³ svarende til en udskiftning af porevolumenet på 1430 gange. Beregnes der pr. 1000 m³ en driftsomkostning for at rense den evakuerede poreluft på aktiv kul bliver den (jf. de opgjorte omkostningsposter i scenarium 2, for kulfilter) total behandlings-omkostning på 140 kr/1000 m³.

6.4 Vurderinger

Sammenligningen mellem 2 tænkte scenarier har vist, at biofilterteknologien formodentlig vil være billigere at anvende som renseenhed på større vakuumekstraktionsanlæg, hvor drifts- og deponeringsomkostninger for aktiv kul vil være forholdsvis store. Det vil antageligt også være en fordel, at anvende biofiltre ved blandingsforureninger, hvor nogle af forureningskomponenterne vil kunne indgå som kulstofkilde for biofiltrets processer.

På mindre vakuumekstraktionsanlæg, hvor kulforbrug er mindre betydende i de samlede driftomkostninger er biofiltrene ikke økonomisk konkurrencedygtige, i forhold til aktiv kul. Primært pga. høje tilsyns- og moniteringsomkostninger, der er forbundet med at anvende biofiltre.

Biofiltre som renseenhed for luft forurenet med CAC vurderes at være en løsnings-mulighed under forudsætning af, at der foretages et udviklings- og optimerings-arbejde for at gøre metoden operationel i fuld skala i Danmark.

Ved bedre nyttiggørelse af biofilterteknologien er det muligt at der i fremtiden vil være kommercielle interesser i at aftage brugte matricematrialer med henblik på podning af nye biofiltre, for dermed at nedbringe opstartstiden (lagfasen) for biofiltrene.

Ved fremtidig anvendelse af biofiltre vurderes det ligeledes at være muligt at udelade det serieforbundne kulfilter, idet der på sigt må kunne accepteres overskridelser af B-værdien i et kvartal til næste monitering, på tilsvarende måde som det accepteres ved kulfilteranlæg.

I takt med identificering af hidtil ukendt miljøskadelige stoffer eller ved blandingsforureninger vil biofiltre kunne udvikles som rensningsteknologi.