Foto-oxidatie

Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

—  UV-oxidatie

Verwijderde componenten

—  VOS (< 500 mg/m³)
—  H2S, NH3, amines, mercaptanen, … (< 50 ppm)
—  Geur

Principeschema

Procesbeschrijving

De te reinigen gasstroom wordt door een reactorkamer geleid en hierin bestraald met korte UV-golven (UV-C, golflengtegebied 100 tot 280 nm). Onder invloed van de UV-straling heeft een afbraak plaats van organische en anorganische polluenten in de gasstroom. De afbraak gebeurt via twee mechanismen: 

—  Rechtstreekse fotolyse:

Componenten die sterk absorberen in het gebruikte golflengtegebied (bepaalde VOS, NH3, H2S, mercaptanen, amines, …) kunnen rechtstreeks onder invloed van de UV-C straling afgebroken worden (fotolyse). Mogelijk optredende fotolysereacties zijn:           

C2H6 + h? ? CH3 + HC + 2 H

                      H2S + h? ? H + HS                   

—  Oxidatie door reactieve zuurstofradicalen:

Componenten die niet rechtstreeks de UV-straling absorberen, alsook reactieproducten van de fotolysereacties, kunnen (verder) geoxideerd worden door hoog reactieve zuurstofradicalen. Deze laatsten worden gevormd door inwerking van de UV-straling op zuurstof aanwezig in de gasstroom, volgens volgende reacties: 

3 O2 + h? ? 2 O3

O3 + h? ? O2 + O*

Bij deze oxidatiereacties worden CO2, H2O, N2, SO2, … als eindproducten gevormd.

Foto-oxidatie is zeer geschikt voor discontinue processen met lagere solventconcentraties (maximum 500 mg/Nm³). Het proces haalt namelijk dadelijk zijn steady-state verwijderingsrendement en heeft geen extra opstartkosten of verliezen ten opzichte van continue werking.

Varianten  

Na de UV-oxidatie eenheid wordt door sommige leveranciers nog een katalysator (actieve kool) geplaatst om het oxidatieproces te vervolledigen en om de niet weggereageerde ozon om te vormen tot zuurstof. Andere leveranciers bieden de mogelijkheid om na de 1e set lampen een 2e set te plaatsen met een andere golflengte, met de bedoeling niet weggereageerde ozon af te breken.

Soms worden twee oxidatie-eenheden in serie geplaatst, met tussen beiden een katalysator (silica gel). Dit heeft als voordeel dat concentratiepieken of korte polaire VOS verbindingen efficiënter kunnen behandeld worden.

Bij sterk verontreinigende gasstromen en afgassen op hogere temperatuur (50 – 200 °C) kan de foto-oxidatie in zijstroom worden geplaatst vermits de reactor maximum 60 °C kan verdragen. Er treedt dan geen directe fotolyse op maar er worden radicalen (zuurstof, hydroxyl) gevormd. Deze radicalen worden in de hoofdstroom geïnjecteerd waar zij de geurmoleculen en koolwaterstoffen oxideren. Werking in zijstroom is meestal minder efficiënt dan rechtstreekse foto-oxidatie. Haalbaarheidstests zijn aangewezen om het rendement te achterhalen.

Werkingsgraad

De techniek is zeer effectief voor verwijdering van diverse geurcomponenten. Voor H2S werden bv. verwijderingrendementen van 98 % behaald.

Voor VOS is een rendement van 95 % haalbaar bij ingangsconcentraties van 500 mg/Nm³ [5]. Eindconcentraties van 25 – 50 mg/Nm³ zijn haalbaar [5].

Geur van waterzuiveringsinstallatie [4]: 90 % geurreductie, in 1 specifiek geval reductie van 4700 ouE tot 220 ouE.

Randvoorwaarden

—  Debiet:                                weinig kritisch (debieten in referentie-installaties: 2 000 tot 58 000 m³/h)
—  Temperatuur:                    < 60 °C (optimaal 20 – 40 °C)
—  Relatieve vochtigheid:     < 85 % (maximum tot aan dauwpunt, geen nevel)
—  Druk:                                   atmosferisch
—  VOS concentratie:             < 500 mg/m³
—  Concentratie H2S, NH3, amines, mercaptanen, …:         < 50 ppm
—  Bij hoge stofconcentraties wordt voor de oxidatie-eenheid bij voorkeur een stofverwijdering uitgevoerd.
—  Bij te hoge vochtigheid kan voor de oxidatie-eenheid bv. een demister geplaatst worden.
—  Indien de vochtigheid, temperatuur, corrosiviteit of het gevaar voor vervuiling van de lampen te hoog is kan de eenheid
      in zijstroom worden geplaatst waarbij geïoniseerde lucht in de afgassen wordt gebracht.

Hulpstoffen

—  UV-lampen (levensduur ca. 8 000 uur)
—  Bij sommige varianten: katalysator (actieve kool) om restozon te verwijderen

Milieu-aspecten

De gezuiverde gasstroom kan niet weggereageerde ozonmoleculen bevatten. Ozon heeft een kenmerkende geur en kan, in hoge concentraties, schadelijk zijn voor de gezondheid. Onder normale atmosferische condities wordt ozon echter snel omgevormd tot zuurstof. De meeste leveranciers voorzien maatregelen om de emissie van ozon zoveel mogelijk te beperken (zie ‘varianten’).

Buiten de gebruikte lampen komen er geen afvalstromen vrij. De levensduur van de lampen bedraagt ca. 8 000 uur.

Energieverbruik

Er is elektriciteit nodig voor de lampen en voor de ventilator. Voor de meeste toepassingen volstaat een lampvermogen van 0,3 kW per 1 000 m³/h.

Dit kan bij hoge solventconcentraties met moeilijker oxideerbare producten oplopen tot maximaal 1,5 kW per 1 000 m³/h [4].

Kostprijs

  • Investering
    — 
    ca. 50 000 EUR voor een installatie van 10 000 Nm³/h
    —  5 000 – 7 000 EUR per 1 000 Nm³/h voor installatie van enkele 10 000 m³/h [5]
  • Werkingskosten
    — 
    De totaliteit van de werkingskosten is eerder laag en bestaat uit het elektriciteitsverbruik en de lamp-
          vervangingskost.
    —  Lampvervangingskost (om de 8000 h): 0,06 – 0,2 EUR per 1 000 m³/h capaciteit [5]
    —  Katalysatorvervanging (na enkele jaren afhankelijk van de gassamenstelling) : 0,06 – 0,12 EUR per 1 000 m³/h
          capaciteit [5]
    —  Totale werkingskost: 3 – 25 EUR/kg VOS verwijderd [5]
  • Voorbeelden

Gevalstudie verlijmen van lederproducten[4]

—  500 mg/m³ moeilijk afbreekbare KWS
—  Debiet 45 000 m³/h [4]
—  Investeringskost: 350 000 – 400 000 EUR
—  Lampvervangingskost: ongeveer 50 000 EUR (iedere 8 000 werkuren)
—  Elektriciteitsverbruik: 1,5 kW/1 000 m³/h = 67,5 kW

Foto-oxidatie voor VOS-verwijdering [4]

Volgende ranges zijn opgegeven qua kostprijs en werkingskosten.

Foto-oxidatie/VOS-bestrijding

Debiet (m³/h)

1 000

10 000

100 000

Investering (EUR)

10 000

60 000

520 000

Werking (EUR)

 

 

 

 - materiaalvervanging

0,47 EUR/h

2,2 EUR/h

21,0 EUR/h

 - elektriciteitsverbruik

1 kW

8 kW

84 kW

 

 

 

 

Max. VOS conc. (mg/m3)

200

200

200

Max. temperatuur (°C)

40

40

40

Max. relatieve vochtigheid (%)

95

95

95

Foto-oxidatie voor geurverwijdering [4]

Volgende ranges zijn opgegeven qua kostprijs en werkingskosten.

Foto-oxidatie/geurverwijdering

Debiet

1 000

10 000

100 000

Investering (EUR)

10 000

35 000

240 000

Werking (EUR)

 

 

 

 - materiaalvervanging

0,47 EUR/h

1,68 EUR/h

9,75 EUR/h

 - elektriciteitsverbruik

1 kW

4 kW

36 kW

 

 

 

 

Max. VOS conc. (mg/m3)

laag

laag

laag

Geurrendement: maximaal olfactometrisch

90 %

90 %

90 %

Max. temperatuur (°C)

40

40

40

Max. relatieve vochtigheid (%)

95

95

95

Foto-oxidatie in bypass [4]

Geschikt voor gasstromen met te hoge temperatuur, vochtgehalte of stofgehalte.

Volgende waarden zijn opgegeven.

Foto-oxidatie geurverwijdering in bypass

Debiet

1 000

10 000

100 000

Investering (EUR)

4 300

18 000

155 000

Werking (EUR)

 

 

 

 - materiaalvervanging

0,10 EUR/h

0,55 EUR/h

5,52 EUR/h

 - elektriciteitsverbruik

0,6 kW

4 kW

40 kW

 

 

 

 

Max. VOS conc. (mg/m3)

laag

laag

laag

Rendement geur (maximum olfactometrisch)

80 – 90 %

80 – 90 %

80 – 90 %

Max. temperatuur (°C)

Geen beperking

Geen beperking

Geen beperking

Max. relatieve vochtigheid (%)

Geen beperking

Geen beperking

Geen beperking

Toepassingen

Foto-oxidatie is zeer geschikt voor discontinue processen met lagere solventconcentraties (maximum 500 mg/Nm³). Het proces haalt namelijk dadelijk zijn steady-state verwijderingsrendement en heeft geen extra opstartkosten of verliezen ten opzichte van continue werking.

De eerste toepassingen van foto-oxidatie voor luchtzuivering op industriële schaal dateren van de tweede helft van de jaren ’90. Inmiddels zijn er reeds vele tientallen installaties in gebruik, ondermeer in de volgende sectoren:

—  coatinginstallaties (VOS-reductie);
—  waterzuiveringsinstallaties (geurbestrijding);
—  afvalsorteringsinstallaties (geurbestrijding);
—  fermentatieprocessen, brouwerijen (geurbestrijding);
—  voedingsindustrie (vlees, vis) (geurbestrijding);
—  keukens (geurbestrijding);
—  afvalverwerkingsinstallatie (geurbestrijding).

Voor- en nadelen

  • Voordelen
    — 
    Compact, modulair systeem
    —  Zowel binnen als buiten te plaatsen
    —  Aan- en uitschakeling naar behoefte (geringe opstarttijd)
    —  Het proces heeft plaats bij lage temperatuur.
    —  Laag energiegebruik in vergelijking met naverbranders (voor gasstromen met lage energie-inhoud)
    —  Geluidsarm
  • Nadelen
    — 
    Een voorafgaande test is aangewezen om na te gaan of de techniek geschikt is voor een specifieke installatie.
    —  Niet geschikt voor verwijdering van hoge VOS-concentraties (> 500 mg/m³).

Referenties

  1. An., Waste air cleaning, www.bioclimatic.de, Bioclimatic
  2. An., Air Pollution control, U.V. Pak Industrial Odour Abatement System, www.aafgb.com, AAF
  3. An., Ultraviolet Technology, UV in odour control, www.hanovia.co.uk, Hanovia
  4. leveranciersinfo
  5. A. Jacobs, B. Gielen, I. Van Tomme, Ch. De Roock en R. Dijkmans., “Beste Beschikbare Technieken voor de houtverwerkende nijverheid”, oktober 2003