Beseitigung von organischen Schadstoffen in Abgasen durch Oxidation mit Ozon

Abstract

Zur Beseitigung von organischen Schadstoffen aus Abgasen ist eine Vielzahl von Technologien verfügbar. Neben den Verfahren der Adsorption und Katalyse gewinnt die unmittelbare Anwendung von Oxidationsmitteln zum Schadstoffabbau immer mehr an Bedeutung. Häufig werden hierzu Wasserstoffperoxid oder Ozon eingesetzt. Bei Untersuchungen zur Reaktion von Ozon zur Schadstoffbeseitigung in der homogenen Gasphase zeigte sich, daß ein hoher Raum-Zeit-Aufwand notwendig ist. Alternativ hierzu ist der Einsatz von Katalysatoren zur Reaktionsaktivierung möglich. Im Vergleich zu bekannten Verfahren, die ebenfalls auf dem Grundprinzip einer heterogen-katalysierten Schadstoffkonversion beruhen, wurden keine speziellen Katalysatoren, sondern ein Material auf der Basis von Kalziumsilikathydrat (Absolyt®) untersucht. Zur Charakterisierung des Abbauverhaltens von organischen Abgasinhaltsstoffen erfolgten Laborversuche zum Abbau von Toluol. Hierbei zeigte sich, daß bei konstanten Ozonmengen und steigenden Temperaturen der Schadstoffumsatz abnimmt. Im Gegensatz zum Schadstoffabbau verbesserte sich aber die Konversion zu Kohlendioxid. Eine wesentliche Ursache liegt in der höheren Dichte der beim Ozonzerfall freiwerdenden Sauerstoffatome bei einer Temperaturerhöhung. Damit verbunden nehmen jedoch die Rekombinationsreaktionen zu molekularem Sauerstoff ebenfalls zu, und es steht somit weniger aktives Oxidationsmittel zur Schadstoffminderung zur Verfügung. Weiterhin wurde im Hinblick auf die Verminderung des Schadstoffausstoßes aus Einäscherungsanlagen und unter Beachtung der Einhaltung der Grenzwerte gemäß der 27. BImSchV die Möglichkeiten einer oxidativen Entfernung von PCDD/F mittels Ozon untersucht. Eine tragende Rolle hatte hierbei der Einfluß der Abgaszusammensetzung hinsichtlich der gasförmig vorliegenden und partikelgebundenen PCDD/F. Hierzu erfolgte die Realisierung mehrerer Anlagenverschaltungen, mit denen der Schadstoffabbau in einem Festbettreaktor mit und ohne vorgeschaltete Abscheidung von partikelförmigen Rauchgaskomponenten bestimmt wurde. Grundsätzlich kann durch eine effektive Abgasentstaubung der PCCD/F-Emissionswert deutlich gesenkt werden. Des weiteren haben die Ergebnisse gezeigt, daß der Flugstaub eine entscheidende Rolle im Abbauprozeß der PCDD/F besitzt. Ein Vergleich der Minderungsraten ohne und mit vorgeschalteter Entstaubung weist eindeutig auf eine katalytische Wirkung des Staubes bzw. der auf dem Staub adsorbierten Stoffe (Metalle) in Verbindung mit der Oxidation durch Ozon hin. Resultierend aus den gewonnenen Ergebnissen kann festgestellt werden, daß mit der Rauchgasreinigung im Festbettreaktor mit zusätzlicher bzw. periodischer Einspeisung von Ozon ein effektives Verfahren zur Beseitigung von organischen Schadstoffen in kleinen und mittleren Abgas/Abluftströmen entwickelt worden ist. Durch den einfachen Aufbau ist eine spezifische Anpassung an die Reinigungsaufgabe oftmals realisierbar.

Currently many technologies for the removal of organic compounds from waste gases exist. In most cases, classical techniques like absorption or catalysis purify the gases. However, in recent years, oxidation cleaning techniques based on the application of strong oxidizers like hydrogen peroxide and ozone have been developed. In the gas phase the decaying process proceeds very slowly. An acceleration of the decaying process can occur when a suitable catalyst is used. Absolyt® which is commercially available, relatively inexpensive, easy to handle and primarily contains calcium silica hydrate is a suitable substititute which speeds up the decaying process. The work presented here includes laboratory investigations concerning conversion of toluene by ozone using an Absolyt® packed bed column. The amount of toluene converted depended on the reaction temperature. When the temperature is raised, the reduction of the contaminate decreases while the conversion into carbon oxide increases. This is believed to occur because under hot conditions ozone’s decaying process significantly quickens resulting in a larger density of radicals. Because of the higher radical density more oxygen radicals recombine to form O2. Experiments involving the removal of dioxins and furans (PCDD/F) from cremation gases were carried out. The cooperation with the crematory Halle/S. made it possible to determine the PCDD/F reduction by ozone under real conditions. The results showed that dedusting leads to a significant decrease of PCDD/F concentration in the waste gas. Furthermore the experiments showed that dust particles play an important roll in the decomposition process of PCDD/F. If ozone is present in the gas phase a comparision of the reduction rates determined with and without dedusting clearly indicates catalytic properties of the dust particles and metal containing substances adsorbed at the dust particles surface. Based on the experimental results of this investigation, the technology for the removal of waste compounds from gases in low to moderate conditions using a packed bed reactor and a discontinuous regeneration ozone feed is effective. The simple construction design of this specific treatment is often easy to realize.