image
Geurbestrijding

Geurbestrijding met koolstof (Bobbyfilters): hoe, wat, wanneer?

Luchtverontreiniging door geur is nog steeds in toenemende mate een probleem. De industriële expansie, vooral in de chemische en biochemische industrie, doet de kans op geurverspreiding toenemen, maar daarnaast wordt ook de bevolking meer "geurbewust". Het is daarom noodzakelijk om geurverspreiding tegen te gaan of te beperken.

  • Geur en geurverspreiding

    1. Algemene informatie over geur en geurverspreiding

    1.1. Luchtverontreiniging door geur

    Luchtverontreiniging door geur is nog steeds in toenemende mate een probleem. De industriële expansie, vooral in de chemische en biochemische industrie, doet de kans op geurverspreiding toenemen, maar daarnaast wordt ook de bevolking meer “geurbewust”. Het is daarom noodzakelijk om geurverspreiding tegen te gaan of te beperken, doch het treffen van de juiste maatregelen is geen eenvoudige zaak.

    Geur (stank) van “iets” is datgene wat een mens met zijn reukorganen waarneemt wanneer het reukorgaan zich bevindt in de lucht waarin dat “iets” in gas of dampvorm voorkomt. De waarneming daarvan is echter pas mogelijk boven een minimale hoeveelheid van dat “iets” per kubieke meter lucht. Deze kritische grens noemen we de reukgrens. Bedrijven die geurverspreiding kennen hebben belang bij een zodanige reductie van de voorkomende geur (stank) dat deze reukgrens niet wordt overstegen.

    De mate waarin omwonenden van bedrijven met geurverspreiding hinder van die geur hebben wordt bepaald door subjectieve waarnemingen. De mate van hinder kan niet in fysieke waarden worden uitgedrukt. Desondanks leiden klachten van omwonenden tot actie en reactie van overheden en milieudiensten. U kent deze situatie wellicht uit eigen ondervinding.

    1.2. Verdunning van geur

    Door het afzuigen van geurbevattende lucht samen met een grote hoeveelheid (schone) lucht wordt verdunning gerealiseerd. De uit de schoorsteen komende, verdunde lucht zal zich kegelvormig vanaf de schoorsteen in de buitenlucht verspreiden. Daardoor neemt de verdunning toe naarmate deze lucht zich verder van de schoorsteen verwijdert. De plaats waar de geurbevattende lucht het maaiveld bereikt is afhankelijk van de hoogte van de schoorsteen, de uitstroomsnelheid uit de schoorsteen, maar vooral ook van de meteorologische invloeden. Vaak echter is verdunning alleen niet voldoende om de reukgrens te bereiken.

    1.3 De meteorologische aspecten bij de verspreiding van luchtverontreiniging

    De belangrijkste meteorologische factoren, die bij de verspreiding van luchtverontreiniging een rol spelen zijn: wind, turbulentie en meteorologische stabiliteit.

    De invloed van de wind is duidelijk. Geurstoffen bevattende lucht zal zich in de atmosfeer verplaatsen in de richting waarin de wind waait en met de snelheid daarvan. In het algemeen neemt de windsnelheid toe met de hoogte boven het maaiveld.

    Met turbulentie wordt het verschijnsel bedoeld van fluctuaties zowel naar windsnelheid als naar windrichting. Hoe groter de fluctuaties hoe sneller de verdunning van de geurstoffen bevattende lucht verloopt. De grootte van de fluctuaties (overigens zeer moeilijk meetbaar) hangt in sterke mate af van de meteorologische stabiliteit van de lucht.

    De meteorologische stabiliteit wordt geheel bepaald door de mate waarin de temperatuur van de lucht met de hoogte verandert. Hoe sterker de temperatuur met de toenemende hoogte afneemt, des te geringer is de stabiliteit. Bij een temperatuurafname groter dan één graad Celsius per honderd meter hoogte is de atmosfeer instabiel en zodoende is de fluctuatie van de wind en dus de turbulentie groot (in casu: snelle verdunning van geurstoffen bevattende lucht). In Nederland echter ligt de temperatuurafname vaker beneden de ideale waarde dan daarboven.

  • Adsorptie met behulp van actieve kool

    2. Adsorptie met behulp van actieve kool

    2.1. Algemeen

    Bij adsorptieprocessen worden de te verwijderen geurstoffen geadsorbeerd aan een adsorptiemedium, in ons geval aan actieve kool. Het rendement van deze techniek ligt tussen de 95% en 99%. Actieve kool is zeer geschikt voor de verwijdering van geur. De bedrijfstemperatuur ligt meestal onder de 70 graden Celsius omdat bij hogere temperaturen desorptie van verontreinigingen toeneemt. Daarnaast mag het vochtgehalte van de afgasstroom niet structureel hoger zijn dan 70% en de stofbelasting moet minder zijn dan 5 milligram per kubieke meter. In sommige situaties kan dit betekenen dat een voorbehandeling van het afgas noodzakelijk is. Bij een actieve koolfilter dient periodiek de kool vervangen te worden.

    De kosten daarvan wegen in veel gevallen op tegen de vaak zeer hoge investeringen en exploitatiekosten die nodig zijn voor andere systemen. Carbonclean b.v. is in de vervanging en legale afvoer van de verzadigde kool en het servicen van de filters gespecialiseerd.

    2.2. Wat actieve kool is

    Actieve kool is een adsorptiemiddel of adsorbens en is de verzamelnaam van stoffen waarvan door middel van een zogenaamd activatieproces de inwendige oppervlakte wordt vergroot. Actieve kool kan sterk uiteenlopende chemische en fysische samenstellingen hebben en dientengevolge ook sterk uiteenlopende adsorptieve eigenschappen. Enkele grondstoffen waaruit actieve kool kan worden vervaardigd zijn: bitumineuze kool, beenderen, kokosnootschalen, bruinkool, turf, walnootschalen, suiker en hout. De keuze van de grondstof bepaalt in hoge mate het toepassingsgebied van de actieve kool.

    In feite is actieve kool een zeer poreuze vorm van koolstof. Door de grote hoeveelheid porië n heeft de actieve kool een onvoorstelbaar groot inwendig oppervlak. Dit oppervlak kan, afhankelijk van de soort 900-1500 vierkante meter per gram actieve kool bedragen.

    De actieve kooldeeltjes (koolstofatomen) oefenen een aantrekkingskracht uit op de gasvormige of vloeibare deeltjes (moleculen) die de actieve kool omgeven of doorstromen. Hoe sterk deze aantrekkingskracht is wordt door een aantal factoren bepaald, zoals bijvoorbeeld door de vorm en grootte (zwaarte) van de moleculen die in aanraking komen met de actieve kool.

    Juist omdat niet alle moleculen even sterk worden aangetrokken en vastgehouden (geadsorbeerd) door actieve kool is het mogelijk één of meer ongewenste stoffen uit lucht, gas of water te verwijderen. Een voorbeeld hiervan is het verwijderen van vetdeeltjes uit een luchtstroom. De vetmoleculen zijn veel zwaarder dan de luchtmoleculen en worden dus ook veel sterker aangetrokken dan de luchtmoleculen. Hierdoor is het mogelijk om met behulp van een Bobbyfilter selectief de ongewenste vetdeeltjes te verwijderen door ze te laten adsorberen aan actieve kool.

    2.3. Algemene toepassingen van actieve kool

    Actieve kool kent vele toepassingen. Enkele voorbeelden hiervan zijn:

    • Waterzuivering
    • Ontkleuring van vloeistoffen
    • Zuivering van grondstoffen of halffabrikaten in de (chemische) industrie
    • Verwijdering van (schadelijke) stoffen uit luchtstromen, voor deze de schoorsteenpijp uitgaan (verlagen van de emissie van milieubedreigende stoffen)
    • Ontgeuring van gassen en van lucht

    Voor al deze processen zijn vele kwaliteiten kool ontwikkeld met verschillende specifieke eigenschappen en vormverschijningen.

    • Gebroken kooldeeltjes (brokjes); voornamelijk voor water en vloeistofzuivering, maar soms ook voor gas en luchtzuivering
    • Extrudaten (geperste pellets, cilindervormig of als blokjes); deze extrudaten zijn de hardste variant; daardoor wordt het minste stof gevormd waardoor juist extrudaten het meest worden toegepast in gas en luchtzuiveringen waar stofvorming ongewenst is

    De eigenschappen van actieve kool kunnen voor bepaalde, veelal chemische zuiveringsprocessen worden beÏnvloed door het grote inwendige oppervlak te gebruiken als drager van een impregnant die de chemische verontreinigingen adsorbeert.

    Alle toepassingen van actieve kool hebben gemeen dat steeds gebruik wordt gemaakt van het zeer grote inwendige oppervlak van die kool en het daarbij behorende vermogen door adsorptie selectief componenten te verwijderen uit water, vloeistof, gas en/of luchtstromen.

  • Het ontstaan van geuren
    en stank

    3. Het ontstaan van geuren en stank

    De meeste geuren die in de lucht in onze leefomgeving voorkomen zijn ontstaan door het verdampen van vloeistoffen. Daarom worden ze ook wel damp(en) genoemd. In feite zijn het gewoon gassen die ontstaan door het verdampen van stoffen die bij normale temperaturen vloeibaar zijn of zelfs een vaste vorm bezitten. Voorbeelden zijn: vet, benzine, diesel, menselijke geur.

    Een eigenschap van een verdampende vloeistof is, dat hoe hoger de temperatuur van die vloeistof is, hoe sneller (en hoe meer) ervan zal verdampen. Bij bak-/frituurprocessen is de temperatuur van de vloeistof (vet/olie) behoorlijk hoog, waardoor er veel verdamping plaatsvindt en dus olie/vetten en geuren als gas in de afgezogen lucht terecht zal komen. Het gaat dan om een mengsel van vele verschillende stoffen; vetmoleculen maar ook aromastoffen, etc.

    Geur kan ook veroorzaakt worden door gassen, die bij atmosferische temperatuur en druk alleen maar voorkomen als gassen en nooit als vloeistoffen (denk bijvoorbeeld aan ammoniak en zwavelwaterstof). Vloeistoffen en vaste stoffen kan men eigenlijk niet ruiken; hoogstens de damp die er vanaf komt. Echter niet alle dampen of gassen zijn te ruiken. Koolmonoxide is bijvoorbeeld een reukloos gas. Aardgas (methaan) is ook reukloos, echter om veiligheidsredenen heeft de industrie er een penetrant ruikend gas (geur) aan toegevoegd. Omdat dampen afkomstig zijn van vloeibare/vaste stoffen zijn ze gemakkelijker weer door condensatie uit de lucht te verwijderen dan echte gassen.

    Zo zal het met gewone actieve kool nauwelijks mogelijk zijn om effectief ammoniak of zwavelwaterstof door adsorptie aan kool te verwijderen uit de lucht, terwijl vetdampen zo gemakkelijk te condenseren zijn dat ze met metalen of kunststof vetvangfilters grotendeels al te verwijderen zijn. Het restant van de vetdampen, wat niet door de vetvangfilters gecondenseerd kan worden kan zeer goed door actieve kool geadsorbeerd worden.

    Hierna wordt slechts over (fysische) adsorptie aan normale (d.w.z. niet geÏmpregneerde) actieve kool gesproken. Een proces waarbij gasmoleculen door adsorptie aan de actieve kool worden gebonden.

  • De werking van actieve kool

    4. De werking van actieve kool

    4.1 Het adsorptieproces

    Om adsorptie mogelijk te maken dient een luchtstroom geforceerd door een hoeveelheid actieve kool gestuurd te worden. Het overwinnen van de weerstand die een actieve koolfilter geeft geschiedt met behulp van een ventilator.

    Het adsorptieproces zelf vergt een zekere tijd. De gasmoleculen moeten vanuit de luchtstroom eerst de actieve kool bereiken en vervolgens via de kleine poriën in het binnenste deel van de kool terecht komen, waar de kleinste porië n zich bevinden. In de kleinste poriën vindt de adsorptie als eerste plaats. De gasmoleculen worden zo hard aangetrokken door de koolstofmoleculen (aan het oppervlak van deze poriën) dat deze gasmoleculen condenseren en dus als vloeistof worden vastgehouden.

    Adsorptie aan actieve kool is dus in feite condensatie van gassen in de poriën van de actieve kool.

    Tijdens de adsorptie wordt in een actieve koolfilter de kool laagje voor laagje beladen van de aanstroomzijde naar de uitstroomzijde van het filter. Na zekere tijd is de koollaag volledig beladen en vanaf dan stroomt de luchtstroom ongezuiverd uit het filter (er treedt geurdoorslag op!). De kool dient dan vervangen te worden door nieuwe actieve kool.

    4.2 Doelmatigheid en contacttijd

    De adsorptieprocessen verlopen zeer snel. Echter een zekere contacttijd tussen de actieve kool en de te zuiveren lucht is noodzakelijk. Hoe langer deze contacttijd hoe hoger de doelmatigheid die bereikt kan worden met een actieve koolfilter.

    Met andere woorden, bij een langere contacttijd zal de concentratie van de te adsorberen gassen na het koolfilter lager zijn dan bij gebruik van een filter met een kortere contacttijd. De contacttijd ligt vast met de keuze van de laagdikte van de kool en de luchtsnelheid door deze koollaag (filter)heen.

    Hoe groter de laagdikte van de kool in een filter hoe hoger dus de doelmatigheid van het filter. De weerstand over een actief koolfilter neemt echter ook toe met de laagdikte.

    De doelmatigheid wordt ook sterk bepaald door de afmetingen van de kooldeeltjes. Hoe kleiner de deeltjes hoe optimaler de “ pakking” in het filter is en hoe hoger de doelmatigheid. Echter de weerstand over een actieve koolfilter is bij kleine deeltjes veel hoger.

    Carbonclean werkt met de zogenaamde Bobbyfilters. Deze filters zijn ontwikkeld om een goede verhouding te bereiken tussen de gewenste contacttijd en een zo laag mogelijke weerstand. Bobbyfilters onderscheiden zich daarmee van de meer bekende metalen bussenfilters. Bovendien is de hoeveelheid actief kool in een toepassing van Bobbyfilters in het algemeen vele malen hoger dan in de bussenfilters, hetgeen zeer positieve effecten heeft op het rendement van de Bobbyfilters.

    4.3 Adsorptiecapaciteit en standtijd

    Los van de doelmatigheid staat de adsorptiecapaciteit van een actieve koolfilter. Of anders gezegd: hoeveel gram geur kan er per kilogram actieve kool opgenomen worden, alvorens de kool verzadigd is en vervangen dient te worden door nieuwe actieve kool.

    Als van een geur zowel de adsorptiecapaciteit op de kool als de hoeveelheid ervan die voorkomt in de aangezogen lucht bekend zijn, dan is een goede schatting van de standtijd van de actieve kool voor die geur te maken.

    De adsorptiecapaciteit van actieve kool is onder andere afhankelijk van het soort geur (welke stof of stoffen) geadsorbeerd dienen te worden. In het algemeen geldt hierbij dat hoe hoger het kookpunt van een (organische) stof of hoe groter het molecuul, hoe hoger de adsorptiecapaciteit zal zijn. Verder geldt dat bij lagere temperaturen de adsorptiecapaciteit het hoogst is.

    De adsorptiecapaciteit kan in laboratoria worden bepaald door het meten van de adsorptie-isothermen van modelgassen. Hiermee kan dan berekend worden, wat de adsorptiecapaciteit zal zijn voor een ander te verwijderen gas. Deze methode werkt alleen als exact bekend is wat de samenstelling van het gas is (chemische formule), en als de eigenschappen van dat gas bekend zijn.

    Adsorptie-isothermen geven overigens de maximale capaciteit van de kool aan onder ideale condities. In de praktijk wordt, onder meer als gevolg van meteorologische omstandigheden, deze theoretische capaciteit nooit gehaald. Vaak zal het zo zijn dat de te verwijderen geuren mengsels zijn van zeer veel verschillende gassen die niet eens allemaal bekend zijn. Het is in de praktijk bij de toepassing van geurverwijdering dan ook meestal onmogelijk vooraf een exacte adsorptiecapaciteit te berekenen. Hieruit volgt dat een exacte standtijd van het actieve koolfilter ook nauwelijks vooraf te bepalen is.

    Carbonclean b.v. heeft op grond van praktijkervaring in haar huidige klantenkring de ervaring dat een behoorlijke inschatting van de standtijd (en dus de exploitatiekosten) gemaakt kan worden. Indien echter voor onbekende productieprocessen geen standtijd indicatie te geven is beschikt.

    Carbonclean b.v. beschikt over een proefinstallatie, welke gratis bij u kan worden ingezet. Aan de plaatsing zelf kunnen mogelijk wel kosten verbonden zijn.

    4.4. Ontwerp van actieve koolfilters

    Uit bovenstaande informatie kan geconcludeerd worden dat een actieve koolfilter het beste werkt als de laagdikte van de kool groot is, de kooldeeltjes klein zijn en ook de doorstroomsnelheid laag is. In die situatie wordt namelijk een lange contacttijd verkregen en een hoge efficiency gehaald. In dat geval wordt bovendien een lange standtijd gerealiseerd, omdat er veel kilogrammen actieve kool geÏnstalleerd zijn.

    Hoewel dit op zich juist is, bestaan er echter aan de afmetingen van een filter praktische grenzen. Een te dikke laag kool van zeer kleine kooldeeltjes zou immers een veel te hoge weerstand opleveren. Bij het ontwerpen van actieve koolfilters wordt daarom een compromis gezocht tussen al deze ontwerpvariabelen. Bobbyfilters zijn de ultieme uitwerking van dit compromis.

    4.5 De aanwezigheid van water(damp)

    Als actieve kool lange tijd wordt blootgesteld aan lucht met een relatieve vochtigheid.

    (= concentratie waterdamp) van meer dan 70% neemt de actieve kool zoveel water op, dat de adsorptie van geuren gehinderd wordt. De doelmatigheid van het filter neemt af en de adsorptiecapaciteit dus ook. Geuren worden echter sterker geadsorbeerd dan water. Dus ook natte actieve kool blijft adsorberen, het water zal verdrongen worden en desorberen. Dit kost wel extra tijd waardoor de doelmatigheid vanzelfsprekend afneemt.

    Voor een optimale werking van actieve kool dient de relatieve vochtigheid structureel lager dan 70% te zijn. Uiteraard is dit in de praktijk niet altijd te realiseren.

  • Toepassing van actieve kool
    voor geurverwijdering

    5. Toepassing van actieve kool voor geurverwijdering

    5.1 Actieve kool in afzuiginstallaties tbv de behandeling van ruimtelucht

    In deze toepassing wordt actieve kool gebruikt om kleine hoeveelheden (lage concentraties) geur te verwijderen.

    De weerstand over het koolfilter moet zo laag mogelijk zijn, bijvoorbeeld door gebruik te maken van onze Bobby filters. De koolfilters voor deze toepassing worden vrijwel altijd gebruikt in combinatie met stoffilters (zakkenfilters).

    ImageImage

    De koollaagdikte van onze bobbyfilters is 220 mm.; de contacttijd varieert tussen 0,2 tot 1 seconde; de weerstand over het filter is dan globaal 50-400 Pascal.

    Meestal is niet exact bekend waaruit de geuren bestaan en om hoeveel het gaat. Hierdoor is het niet simpel mogelijk een adsorptiecapaciteit en daarmee een levensduur van de actieve kool te bepalen. Als de hoeveelheid geur erg laag is kan de levensduur van de kool een aantal maanden zijn, soms zelfs een jaar of langer.

    Om te voorkomen dat de actieve kool vol gaat zitten met stof waardoor de adsorptie van geuren belemmerd zou worden dient altijd een voorfilter (zakkenfilter) toegepast te worden van minimaal filterklasse 5.

    Filtratie vindt dus plaats in een aantal stappen

    • Stofverwijdering met zakkenfilters/druppelvangers
    • Geurverwijdering met actieve koolfilters.

    5.2 Afgezogen lucht van bak en kookinstallaties, slachterijen etc. (productieproces lucht)

    In deze toepassing wordt actief kool gebruikt om te voorkomen dat geuren het gebouw verlaten en zo overlast in de omgeving zouden kunnen veroorzaken. Specifiek voor deze lucht is dat het gaat veelal om geuren die deels veroorzaakt worden door vetten of vetachtige dampen in de lucht. Vaak is de relatieve vochtigheid van de lucht hoog.

    ImageImage

    Vetdeeltjes bestaan uit grote moleculen die een hoog kookpunt hebben en dus zeer goed geadsorbeerd worden door actieve kool. Echter omdat de hoeveelheid vetdamp die in de lucht kan voorkomen nogal hoog is, zou actieve kool vrij snel volledig beladen (verzadigd) zijn en vervangen moeten worden.

    De levensduur of standtijd van de actieve kool kan aanzienlijk worden verlengd door in drie stappen te filtreren:

    • Een vetvangfilter; het leeuwendeel van de vetdampen wordt, zoveel mogelijk bij de bron, in dit metalen filter afgevangen
    • Een stoffilter; een zakkenfilter (bij voorkeur klasse 5) vangt stof en ook nog vet
    • Een actieve koolfilter; de laatste restjes van de vetdampen (die overigens nog steeds geur veroorzaken) worden verwijderd.

    Na het koolfilter is de concentratie van de vetdampen zodanig laag dat deze niet of nauwelijks meer worden waargenomen. Bovenstaand systeem werkt alleen goed als alle stappen goed functioneren. Indien bijvoorbeeld het vetvangfilter slecht werkt dan krijgt het stoffilter zoveel te verduren dat de weerstand erover snel oploopt en het zakken filter (te) vaak vervangen moet worden. Als een zakkenfilter wordt gebruikt van een te lage klasse dan krijgt de actieve kool te veel “ voor zijn kiezen” en zal het sneller geur doorlaten.