| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |
Forsøg med biofiltre til rensning af poreluft forurenet med chlorerede
opløsningsmidler
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.
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:
- fysiske egenskaber af kullet
- kulkildens kemiske sammensætning herunder mængden af associeret ilt og brint
- den kemiske sammensætning og koncentration af forureningskomponenten
- tilstedeværelse af andre stoffer (art og koncentration)
- kullets adsorptionsaffinitet over for forureningskomponenten
- temperatur
- 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 20oC 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 20o 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.
Fordele |
Ulemper |
Kendt teknologi |
Desorbtion ved temperaturer over 50o C |
Adsorption kemisk/fysisk proces |
Forbrug afhængig af indhold af vanddamp og luftens
samlede indhold af adsorberbare komponenter |
Dimensioneringsgrundlag afklaret |
Ingen omsætning af de adsorberede miljøfremmede
stoffer |
Kontrol af funktion er enkel (måling i ind-og udløb
af forureningskomponenter) |
Deponering af forbrugt kul |
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
Fordele |
Ulemper |
Filtermateriale, anskaffelsespris lav og ofte lokalt
tilgængeligt |
Kombination af biologiske, fysiske og kemiske
processer |
Industrielle anvendelsesmuligheder |
Aktiv biomasse skal være tilstede |
Global anvendelse udviklingslande |
Manglende erfaringsgrundlag |
Lang levetid af filtermateriale |
Processtyring nødvendig |
Ikke følsom overfor vanddamp |
Problemidentificering kan være kompliceret |
Ikke temperaturfølsom |
Dimensioneringsgrundlag uafklaret |
Formodentlig robust over for blandingsforureninger |
Tilsætning af propan/butan gas Udviklingsarbejde kan
eventuelt identificere matricemateriale hvor gas tilsætning kan udelades. |
Fuldstændig mineralisering af miljøfremmede stoffer
mulig |
Efterpolering med aktivt kul indtil driftsikkerhed er
afklaret |
Renere teknologi (mindre miljøbelastende ved
livscyklusanalyse) |
|
Brugt matricemateriale genanvendes som podemateriale
til nye filtre |
|
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.
Scenarium 1
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.
Anlægsomkostning incl. montering |
kr. |
40.000,00 |
Anlægsomkostning, kølesystem |
kr. |
20.000,00 |
Driftsomkostning, kul (5 år) |
kr. |
100.000,00 |
1Driftsomkostning, tilsyn |
kr. |
250.000,00 |
Nedtagning og deponering |
kr. |
40.000,00 |
Drifts- og anlægsomkostning i
alt |
kr. |
450.000,00 |
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
Anlægsomkostning for biofilter incl.
montering |
kr. |
50.000,00 |
Anlægsomkostning for 2 kulfiltre incl.
montering |
kr. |
20.000,00 |
1Driftsomkostning,
biomateriale, gas og vand (5 år) |
kr. |
125.000,00 |
1Driftsomkostning, tilsyn (5
år) |
kr. |
600.000,00 |
Nedtagning |
kr. |
5.000,00 |
Drifts- og anlægsomkostning i
alt |
kr. |
800.000,00 |
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.
Scenarium 2
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.
Anlægsomkostning incl. montering |
kr. |
40.000,00 |
Anlægsomkostning, kølesystem |
kr. |
20.000,00 |
SRO-anlæg |
kr. |
400.000,00 |
Driftsomkostning, kul (3 år) |
kr. |
800.000,00 |
1Driftsomkostning, tilsyn |
kr. |
660.000,00 |
Deponering og nedtagning |
kr. |
180.000,00 |
Drifts- og anlægsomkostning i
alt |
kr. |
2.100.000,00 |
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.
Anlægsomkostning for biofilter incl.
montering |
kr. |
80.000,00 |
Anlægsomkostning for 2 kulfiltre incl.
montering |
kr. |
20.000,00 |
SRO-anlæg |
kr. |
500.000,00 |
Driftsomkostning, biomateriale, vand (3
år) |
kr. |
50.000,00 |
1Driftsomkostning, tilsyn (3
år) |
kr. |
660.000,00 |
Yderligere driftsomkostning for
biofilter, tilsyn |
kr. |
150.000,00 |
Nedtagning |
kr. |
40.000,00 |
Drifts- og anlægsomkostning i
alt |
kr. |
1.500.000,00 |
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.
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.
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top
| |