Luchtemissiebeperkende techniek – Biofilter

Inhoud

• Varianten en synoniemen
• Verwijderde stoffen
• Werkingsprincipe
• Toepasbaarheid
• Varianten techniek
• Installatie, ontwerp en onderhoud
• Milieuaspecten
• Financiële aspecten

Varianten en synoniemen

Biofiltratie, biofilter, biologisch filter, compostfilter, biobed

Verwijderde stoffen

Vooral: geur, H₂S, VOS

Werkingsprincipe

Het werkingsprincipe van een biofilter berust op biologische omzetting van organische stoffen in een afgas en zuurstof (in lucht) in biomassa, kooldioxide (CO₂) en water.

Een biofilter bestaat uit een vast bed met micro-organismen waar doorheen het te behandelen afgas wordt geleid. Het vaste bed bestaat uit organisch dragermateriaal zoals veen, compost, houtsnippers, boomschors of uit anorganisch dragermateriaal zoals klei, actief kool of polyurethaan. Op deze dragermaterialen komen micro-organismen voor die de verontreinigingen in het afgas met zuurstof oxideren middels microbiologische processen om in leven te blijven, voor groei en de daarvoor benodigde energie. Om het biofilter actief te houden moet er meestal vocht en nutriënten worden toegevoegd evenals zuren of logen om zuurtegraad te stabiliseren.

Naast omzetting naar biomassa worden koolwaterstoffen omgezet in water en kooldioxide en voorkomende stikstof- en zwavelhoudende verbindingen in respectievelijk nitraat en sulfaat. De gevormde nitraat en sulfaat worden als zouten opgelost in water afgevoerd. Biofilters worden zo bedreven dat er netto geen aangroei van de micro-organismen (biomassa) plaatsvindt. Dit is mogelijk doordat micro-organismen energie nodig hebben voor hun voortbestaan en die energie uit de (aangegroeide) biomassa halen.

Toepasbaarheid

Een biofilter wordt vooral gebruikt voor het verwijderen van geurstoffen maar wordt ook wel toegepast voor het reinigen van lage concentraties van wateroplosbare verontreinigen in koude afgassen. Breed toepassingsgebied in de volgende sectoren:

• (petro)chemische industrie
• composteringsinrichtingen (slib, GFT, mest)
• geur- en smaakstoffenindustrie
• kunststofproductie
• rioolwaterzuiveringsinstallaties (rwzi’s) en afvalwaterzuiveringsinstallaties (AWZI’s)
• veeteelt
• vlees- en visverwerkende industrie
• voedingsmiddelenindustrie

Zeer Zorgwekkende Stoffen

Biofilters kunnen geschikt zijn voor de reiniging van luchtstromen met ZZS Klik hier voor uitleg over dit begrip (opent in popup), maar dit zal niet vaak voorkomen. De toepassing is sterk afhankelijk van de te reinigen stof. Deze dient wateroplosbaar te zijn, biologisch afbreekbaar en niet giftig voor de micro-organismen. Er zijn niet veel ZZS die voldoen aan deze criteria. De uitgangsconcentratie van een biofilter kan laag genoeg zijn om te voldoen aan de emissiegrenswaarden voor ZZS.

Combinatie van technieken

Afhankelijk van de voorgaande processen moet het afgas worden voorbehandeld. Dit betreft meestal bevochtigen en afkoelen tot een geschikte temperatuur, stof afvangen en eventueel bufferen van concentratiepieken of verwijderen van stoffen die giftig zijn voor de micro-organismen. Vaak worden stoffilters en gaswassers voor het biofilter geplaatst, om de luchtstroom te reinigen maar ook om deze te bevochtigen en op de juiste temperatuur te brengen voor het biofilter. Het is niet gebruikelijk om na een biofilter een andere techniek te plaatsen.

Prestaties

De prestaties zijn in de tabel aangegeven. De gepresenteerde waarden zijn afhankelijk van de specifieke configuratie en bedrijfscondities. De waarden zijn in principe gebaseerd op halfuurgemiddelde waarden. In voorkomende situaties kunnen afwijkende waarden gerechtvaardigd zijn.

Nvt staat voor ‘niet van toepassing’ en is gebruikt voor geur. Voor geur zijn geen emissiegrenswaarden vastgesteld omdat de aanvaardbaarheid getoetst wordt aan de hand van de immissie (geurbelasting) bij gevoelige receptoren.

In vergelijking met andere technieken zijn biofilters vaak in staat geurstoffen goedkoper te verwijderen. De behandelde lucht kan echter nooit volledig geurvrij zijn omdat een biofilter een eigen specifieke geur kent (200-1.000 ou_E/m³). Metingen in de praktijk laten ook hogere waarden voor de eigen geur zien (tot 2.500 ou_E/m³).

Randvoorwaarden

• Debiet [Nm³/uur]: 100 - 200.000
• Temperatuur [°C]: 15 – 40
• Druk [bar]: atmosferisch
• Drukval [mbar]: 10 - 30
• Vochtgehalte: >95% luchtvochtigheid
• Stof: Adequate reiniging van stof is noodzakelijk voordat de luchtstroom het biofilter ingaat. Verstopping is een risico.

Ingaande concentratie [mg/Nm³]:

• 200 – 2.000 (VOS)
• 5 – 20 (NH₃)
• 20.000 – 200.000 (geur, ou_E/m³)
• 20 – 100 (tolueen)
• 50 – 500 (styreen)
• 5 – 20 (H₂S)

Varianten techniek

Open biofilter

De meest eenvoudige uitvoering van het biofilter is de open variant. Het bed bestaat uit een laag van omstreeks 1 meter dik van poreus biomateriaal. Onder het bed ligt een leidingennetwerk waardoor de verontreinigde lucht wordt geblazen, zodat de luchtstroom evenredig verdeeld wordt over het bed.

Grotere debieten kunnen worden verwerkt door het biofilter een groter oppervlak te geven; de belasting van een biofilter ligt tussen 100-500 Nm³ lucht per m² per uur. Daardoor kan een biofilter een grote installatie zijn als grote debieten verwerkt moeten worden. Het aanbrengen van extra lagen filtermateriaal is mogelijk, dan wordt de verwijderingsefficiëntie verhoogd. Gebruikelijk zijn installaties met 2-3 lagen filtermateriaal van elk 0,5 -1,5 meter dik.

De micro-organismen leven op het biologisch filtermateriaal en zij geven het biofilter de reinigende werking. Voor een optimale werking moet de verblijftijd lang genoeg zijn (5 – 60 seconden) en dienen de leefomstandigheden passend te zijn voor micro-organismen. Dit beperkt het biofilter in termen van pH-waarde, temperatuur, vochtigheid en type stof die gereinigd kunnen worden. Als het biomateriaal eenmaal droog is, is het moeilijk weer te bevochtigen en activeren.

Gesloten biofilter

Een biofilter kan ook in gesloten variant worden uitgevoerd. Dit betreft hetzelfde principe als de open variant, maar dan in een afgesloten omkasting. Dit geeft de gebruiker meer controle over de (leef)omstandigheden in het biofilter, zodat de verwijderingsefficiëntie van gesloten bedden vaak hoger is. De gesloten variant is duurder dan de open variant. Een gesloten biofilter heeft een uitlaatpijp en is daarmee als puntbron te beschouwen waarvoor emissiegrenswaarden gelden. Dit in tegenstelling tot een open biofilter dat als een diffuse oppervlakte bron wordt gezien.

Thermofiel biofilter

Een thermofiel bed werkt op hogere temperaturen (circa 50 – 60ºC) dan standaard (mesotherme) bedden (circa 15 – 38 ºC). Wordt vooral toegepast als de afgastemperatuur hoger is. Thermofiele bedden zijn gevoeliger voor temperatuurschommelingen, indien de temperatuur boven de 60 ºC uitkomt, zal de biologische activiteit in het bed snel slechter worden. Een goede temperatuurbeheersing is dus noodzakelijk. Soms worden meerdere lagen gebruikt om verschillende bacterieculturen te verkrijgen.

Installatie, ontwerp en onderhoud

De belangrijkste ontwerpparameters zijn:

• afgasdebiet, dit ligt typisch tussen 100 – 500 m³/m²/uur
• temperatuur, te hete lucht (>35 ⁰C) moet vooraf gekoeld worden
• dragermateriaal, dit moet goed afgestemd worden op de te verwijderen stof

De oppervlaktebelasting van een biofilter bedraagt in de regel 50 – 500 m³/m²/uur. Bij het aanbrengen van de pakking moet er voor worden gezorgd dat het filtermateriaal zeer eenvormig is verdeeld en dat er geen vaste en losse zones zijn. Deze kunnen zorgen voor kortsluitstromen zodat de lucht slecht wordt behandeld en het effectieve filteroppervlak kleiner wordt. Door uitdroging van de filter bij kortsluitstromen zal de effectiviteit nog verder dalen.

De hoge belastingen (500 m³/m²/uur) worden begrensd door de bedhoogte, die nodig is om de verblijftijd te garanderen. Algemeen geaccepteerde hoogtes schommelen tussen de 1 en de 2 meter.

Voor toepassing in warme luchtstromen (> 38 °C) is koeling noodzakelijk. Dit kan gerealiseerd worden door menging met buitenlucht, een waterwasser of een warmtewisselaar/condensor.

Periodiek, om de 0,5 – 5 jaar, moet het filtermateriaal worden vervangen. Dit hangt sterk samen met het type vulmateriaal en de samenstelling van de afgassen.

Monitoring

Biofilters hebben weinig mechanisch onderhoud nodig; de bewegende onderdelen zijn beperkt tot een ventilator. Een goede monitoring is wel noodzakelijk. De verwijderingsefficiëntie kan scherp afnemen als de omstandigheden in het biofilter wijzigen, bijvoorbeeld door voedseltekorten, verschoven vochtigheidsbalans of achteruitgang van het filtermateriaal. Dit moet dus op tijd opgemerkt en hersteld kunnen worden. Monitoring geschiedt onder andere op basis van luchtvochtigheid en pH-waarde van het afgevoerde water.

Milieuaspecten

De belangrijkste voordelen zijn:

• weinig afvalproductie en neveneffecten vergeleken met andere technieken voor geurverwijdering
• reinigt ontvlambare en/of explosieve gassen op relatief veilige wijze

Nadelen zijn:

• grote installatie
• gevoelig voor variaties in concentratie en debiet, en ook gevoelig voor verdroging, verzuring en vergiftiging van de micro-organismen. Daardoor lastige procesbeheersing

Hulpstoffen en energie

Waterverbruik: 5 [liter/1.000 Nm³]

Chemicaliën: Vaak is het noodzakelijk om voedingsstoffen toe te voegen. De luchtstroom dient meestal actief bevochtigd te worden, waarvoor een voorgeschakelde gaswasser kan worden ingezet.

Energieverbruik: Elektriciteit voor pomp en eventueel ventilator; daarnaast kan opwarmen of koelen van het afgas nodig zijn.

Milieuafwegingen

Terugwinning

Terugwinning van product is niet mogelijk. Het gevormde sulfaat of nitraat kan soms nuttig worden gebruikt maar dat is ongebruikelijk.

Lucht

Er ontstaan geen andere vormen van luchtverontreiniging. Wel zal een gekoelde gasstroom minder pluimstijging vertonen, wat nadelig is voor de verspreiding van de emissies in de buitenlucht.

Afvalwater

Er ontstaat een kleine hoeveelheid afvalwater om verzuring van het bed tegen te gaan en om de gevormde zouten af te voeren (percolaatwater).

Afval

Organisch dragermateriaal als dit ‘verteerd’ is of verstopt anorganische dragermateriaal (stof of aangroei). Het dragermateriaal dient periodiek vervangen te worden. De frequentie daarvan is sterk afhankelijk van lokale omstandigheden maar is doorgaans eenmaal per 0,5 – 5 jaar.

Veiligheid

Er zijn geen bijzondere veiligheidsaspecten anders de gevaareigenschappen van eventuele zuren of basen voor het stabiliseren van de zuurtegraad. Ontvlambare en/of explosieve gassen kunnen op relatief veilige wijze worden behandeld door de gunstige omstandigheden bij biologische processen.

Financiële aspecten

Investeringen [EUR per 1.000 Nm³/uur]: 8.000 – 14.000

Operationele kosten [EUR per 1.000 Nm³/uur per jaar]: Circa 10.000 – 20.000

Operationele kosten

Dit is een opsplitsing van de operationele kosten. Ze tellen dus niet apart mee bij een kostenberekening. Zie ook Financiële aspecten op de pagina Opbouw van de factsheets.

• Personeel [uur/week]: 1
• Materiaal [EUR per 1.000 Nm³/uur]: <200 (dragermateriaal)
• Energieverbruik [kWh/1.000 Nm³]: <1
• Baten: Geen
• Kostenbepalende parameters: debiet, concentratie en type verontreiniging, verlangde efficiëntie, type filtermateriaal.

Informatiebronnen

1. Handreiking luchtemissiebeperkende technieken; DHV, 15 april 2009
2. BREF Waste Gas Management and Treatment Systems in the Chemical Sector; first draft, 2019
3. BREF Common Waste Water and Waste Gas Treatment/Management Systems in the Chemical Sector, 2016
4. VITO LUSS
5. Leverancier: Azzuro
6. D. Huybrechts en K. Vrancken; BBT-studie composteer- en vergistingsinstallaties; Gent, Academia Press; 2005; ISBN 9038208197