Chemie lngenieur Technik 9 I 9 5 I A b g a s b e h a n d l u n g 1173

portional zur Quadrahvurzel der Viskositat und der Dichte. An un- terschiedlichen Stoffgemischen wurde diese Abhangigkeit experi- mentell bestatigt. Vorteilhaft ist das kleine Probenvolumen und die auRerordentlich kostengunstige Ausfuhrung des Quarzmikroba- lancesensors. Der Einsatz von Quarzen in Flussigkeiten verlangt eine hierfur geeignete Sensorelektronik. Diese steht mit einer ei- gens fur derartige Anwendungen konzipierten Oszillatorschaltung zur Verfugung. Das frequenzanaloge Ausgangssignal, das der Sen- sor liefert, 1aRt sich sehr einfach weiterverarbeiten und garantiert hochste Auflosungen. Zur Datenerfassung kann eine Mikrocon- trollereinheit mit einem LCA-Schaltkreis venvendet werden, die das gleichzeitige Einlesen von bis zu vier Frequenzen und weite- ren Sensorsignalen (z. B. Temperatur) ermoglicht. Die realisierten Funktionsmuster besitzen eine Schnittstelle zur Rechnerkopplung und sind aufgrund ihres modularen Aufbaus sehrvielseitig einsetz- bar. Sie gestatten eine individuelle Anpassung a n kundenspezifi- sche Erfordernisse. Konzipiert sind die Gerate vor allem fur den Nachweis von Analyten in der Gasphase. Die dazu notwendige Konfektionierung eines Quarzes als chemischer Sensor wird durch eine gezielte Beschichtung erreicht. Kommt es zur Sorption des Analyten in der Sensorschicht, andert sich die Masse des Schwingquarzes und damit seine Resonanzfrequenz. Nachweis- grenzen von wenigen ppm wurden insbesondere bei verschiede- nen Losungsmitteldampfen erzielt. Beim Nachweis von Stoffen in Flussigkeiten wurden gute Ergebnisse bei der Detektion von kleinsten Mengen polarer Substanzen in unpolaren Losungsmit- teln erzielt.

Weitere erprobte Moglichkeiten des Einsatzes von Quarzmikrowagungssensoren sind die Charakterisierung des vis- kosen oder viskoelastischen Verhaltens dunner Schichten, der Nachweis von Phasenubergangen (z. B. kristallin/flussigkristal- lin) und Glaspunkten von Polymeren und die Bestimmung der Feuchteaufnahme von Polymeren oder der Feuchtediffusion durch dunne Folien. An Hand ausgewahlter Beispiele sollen die Vor- und Nachteile des Verfahrens erlautert werden.

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Aromatena b bau i m Biofi I m riesel bett- reaktor - ein Beitrag zur biologischen Gasreinigung

D I P L . - I N G . S . G A I

Institut fur Bioverfahrens- und Reaktionstechnik

U N D P R O F . D R . I N G . K:H. B A U M A N N

Institut fur ProzeRgrundlagen, Martin-Luther-Universitat Halle, D-06217 Merseburg

Die Emission von Schadstoffgemischen aus mehreren Komponen- ten unterschiedlicher Loslichkeit bei geringer Konzentration und in standig wechselnder Zusammensetzung stellt fur die industriel- le Praxis ein typisches Problem dar. Die Auswahl im Rahmen der biologischen Verfahren (Biofilter, -waxher, Tropfkorper) wird hierdurch ebenso erschwert wie die Garantie der Abbauleistung uber langerfristige Betriebszeitraume. Der Biofilmrieselbettreak- tor (Tropfkorperverfahren) vereinigt durch die variable Flussig- keitsbelastung die charakteristischen Betriebsmerkmale von Bio-

filter und Biowascher. Die Abgrenzung und Wahl mischen Filter- und Wascherprinzip fiir die Beseitigung von Schadstoffen mit ge- ringer bis maRiger Wasserloslichkeit bereitet vor allem bei Gemi- schen nach wie vor Probleme. In der vorliegenden Arbeit wird der biologische Abbau von Toluol und m-Kresol im Biofilmrieselbett- reaktor untersucht. Hintergrund fur die Wahl der Schadstoffe ist die Emissionssituation in GieBereien. Beide Aromaten gelten als biologisch abbaubar, unterscheiden sich jedoch hinsichtlich ihrer Fluchtigkeit und Wasserloslichkeit. Im Mittelpunkt der Arbeit ste- hen zum einen Fragen der Optimierung von strukturellen und be- triebstechnischen Parametern sowie andererseits die Kriterien fiir die Ubenvachung und Regelbarkeit.

In experimentellen Arbeiten wurde der EinfluR von Gas-, Flussigkeitsbelastung und der Gaseintrittskonzentration auf die Abbauleistung untersucht. Dabei wurde das Auftreten ty- pischer Storungen fur den realen Betrieb (N-Limitation, pH- Schwankungen, Fracht- u. Schadstoffwechsel) beriicksichtigt. Die Untersuchungen erfolgten in einem Versuchsreaktor (Techni- kumsmaRstab). Er besteht aus einer Fullkorperkolonne mit einer Schuttung aus synthetischem Tragermaterial (Hiflow). Die Ver- wendung einer geordneten Schuttung bietet sowohl die fur die Be- siedelung durch die Mikroorganismen nohvendige Aufwuchsfla- che als auch gunstige Voraussetzung fur die Auskreisung von Bio- masse. Die aktive Biofilmschicht wurde mit einer Starterreinkultur (Psedomonas. spec) in unsterilem Betrieb etabliert.

Die experimentellen Ergebnisse wurden mit Hilfe eines ProzeRmodells (Rinnsalmodell) uberpriift. Fur Toluol konnte der Stofftransport als der fur den Abbau geschwindigkeitsbestimmen- de Schritt identifiziert werden. Der Hauptanteil des Schadstoffab- baus liegt im Biofilm, der Beitrag der in der Rieselflussigkeit sus- pendierten Mikroorganismen ist vernachlassigbar gering. Dabei tritt bei der direkten Sorption des Schadstoffes an den Biofilm of- fenbar eine Verringemng des Stofftransportwiderstandes im Ver- gleich zum Stoffubergang an den Flussigkeitsfilm auf. AuRerdem deutet die Modellnachrechnung auf den EinfluR von axialen Gra- dienten in der Abbauaktivitat des Biofilms hin. Fur die Gasfuhrung (Gleich/Gegen-Strom) konnte kein signifikanter Unterschied fest- gestellt werden. Bei m-Kresol zeigte sich entgegen der Erwartung, daR bessere Wasserloslichkeit und damit hoheren Bioverfugbarkeit zwangslaufig zu hoherer Biomassebildung fuhre, kein derartiger Effekt. Die Tatsache, daR fur den Kresolabbau Standzeiten ver- gleichbar denen des Toluolabbaus erreicht werden konnen unter- streicht die Bedeutung der Beriicksichtigung von kinetischen Pa- rametern (Wachstumsgeschwindigkeit, Ertragskoeffizienten).

Die Berieselung ist im Zusammenhang mit der Versor- gung der aktiven Biofilmschicht rnit Mineralsalzen (N/P-Spuren- elemente) von groRer Bedeutung. Als optimale Losung hat sich die intermittierende Berieselung enviesen. Eine entscheidende Voraussetzung fur die Stabilitat der Abbauleistung ist die pH-Re- gelung sowie die standige Auskreisung von Kreislaufflussigkeit. Der Toluolabbau findet im Gegensatz zu Batchversuchen unter den ProzeRbedingungen im Reaktor nicht vollstandig statt. Es kommt zur Ausscheidung von Stoffwechselprodukten (Metaboli- ten), die sich in der Flussigphase akkumulieren. Diese organische Verbindungen neigen in alkalischem Milieu zu abiotischer Oxida- tion und Bildung von polyphenolischen Verbindungen. Dabei kon- kurriert die abiotische Reaktion rnit der biologischen Konversion um den in der Flussigphase gelosten Sauerstoff. Unter leicht sau- ren pH-Bedingungen kann diese Erscheinung minimiert werden.