Photooxidativer Abbau von Schadstoffen in einem multifunktionalen Photoreaktor

Bei der Reinigung von Abluft, die schwach mit organischen Schadstoffen belastet ist, hat der Einsatz der Biofiltertechnik gegenüber dem anderer Verfahren vor allem deshalb Vorteile, weil die Investitionskosten niedrig und die Betriebskosten gering sind. Allerdings setzt ein solcher Einsatz die biologische Verfügbarkeit der schädlichen Abluftinhaltsstoffe voraus. Da diese Forderung in all den Fällen nicht erfüllt wird, in denen die Schadstoffe nicht hinreichend wasserlöslich sind, ist die Nutzung dieser Technik deutlich eingeschränkt. Hinzu kommt, dass die Abluft auch Stoffe enthalten kann, die aufgrund ihrer toxischen Wirkung die Mikroorganismen abtöten.

Wie im folgenden gezeigt wird, lassen sich die aufgeworfenen Probleme ohne großen Aufwand beheben, indem die Abluft zuvor in einem Photoreaktor für die weitere Reinigung im Biofilter vorbereitet wird. In diesem Reaktor wird mit Hilfe von UV-Licht und gegebenenfalls dem Einsatz geeigneter Photokatalysatoren Sauerstoff aktiviert, der die organischen Abluftinhaltsstoffe sowie die toxisch wirkenden Verbindungen oxidiert. Wie weit diese Oxidation verläuft, sollte dabei vor allem von der Bestrahlungsstärke und der Verweilzeit im Lichtfeld abhängen. Zudem hängt der Verlauf dieser Reaktion davon ab, welche reaktiven Sauerstoffspezies im Lichtfeld gebildet werden. Verwendet man zur Erzeugung des Lichtfeldes Quecksilber-Niederdruckstrahler, so steht Licht im UV-Bereich mit den Wellenlängen 184,9 nm und 253,7 nm zur Verfügung. Während das kurzwellige Licht durch Sauerstoffspaltung Ozon erzeugt, setzt die langwelligere Strahlung aus dem Ozon die extrem reaktive O(1D)-Spezies frei, die selbst Methan oxidieren kann. Setzt man zusätzlich Leuchtstofflampen ein, in denen durch Zusätze die kurzwellige Strahlung durch Fluoreszenzanregung in längerwelliges Licht umgewandelt wird, so lassen sich mit Hilfe breitbandiger Halbleitermaterialien, wie z.B. Titandioxid, reaktive 02 –- Spezies erzeugen, die den Prozess der Oxidation auch von toxischen Stoffen, wie z.B. Ammoniak, nachhaltig unterstützen.

Obwohl der Angriff reaktiver Sauerstoffspezies auf die organischen Schadstoffe sehr schnell erfolgen kann, so sind doch in der Regel mehrere Angriffe dieser Art nötig, um bei recht großen Molekülen eine hinreichende Wasserlöslichkeit zu erzielen. Zudem lassen sich stabile Verbindungen, wie z. B. aromatische Substanzen, mit Ozon kaum oxidieren. Hierzu bedarf es weitaus reaktiverer Oxidantien, die jedoch nur in geringen Konzentrationen im Photoreaktor erzeugt werden. Um dennoch solche Verbindungen wasserlöslich zu machen, ist für eine ausreichende Verweilzeit der Schadstoffe im Lichtfeld zu sorgen. Ein Weg, dies zu erreichen, besteht im Einsatz von Adsorbern, die solche Stoffe im Reaktor zurückhalten und sie damit einer längeren Zeit den Sauerstoffspezies aussetzen.

Wie diese Bemerkungen verdeutlichen, handelt es sich bei dem beschriebenen Photoreaktor um ein multifunktionales System, das bei Raumtemperatur arbeitet und mit möglichst wenig Bestrahlungsstärke die gestellte Forderung erreichen soll. Um die tatsächliche Brauchbarkeit dieses Konzeptes zu prüfen, wurde die Abluft aus der mechanischbiologischen Abfallbehandlungsanlage (MBA) der Restabfallbehandlungsanlage (RABA) in Bassum (Kreis Diepholz), in einem solchen Reaktor behandelt.

Wie umfangreiche Untersuchungen gezeigt haben, enthält die Abluft einer MBA erhebliche Mengen an biologisch schwer abbaubaren Verbindungen, wie z. B. die BTEX-Aromaten und die Trimethylbenzole. Hinzu kommt, dass in der Regel Ammoniak in nennenswerten Mengen im Rotteprozess entsteht und dann ebenfalls in einen nachgeschalteten Biofilter gelangt.
Wie erfolgreich der verwendete Photoreaktor mit diesem realen Abgas umgehen kann, läßt sich an Hand von Analysen dokumentieren. Die hierbei erzielten Ergebnisse werden im folgenden zusammenfassend dargestellt.

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