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Verfahren zur biologischen Reinigung der Abwässer von Melasse verarbeitenden Industrien.
Wie bekannt, ist die Reinigung der stark organisch verunreinigten Abwässer der Melasse verarbeitenden Industrien (Presshefefabriken. Spiritusbrennereien, Zuekerfabriken) ein bisher noch ungelöstes Problem. Die Hauptmenge der Abwässer der Spiritus-und Hefefabriken besteht aus den Abflüssen
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enthaltenen Stoffe, welche durch den Erzeugungsvorgang mehr oder weniger unverändert hindurchgegangen sind, ausserdem noch jene Stoffe, die während der Fabrikation hinzugekommen sind, wie Ausscheidungen der Hefe usw. Zu den Würzeabwässern kommen noch die Hefewässer. die Spülwässer, die Abläufe der Pressen mit suspendierten Hefezellen. Bisher hat man versucht, die Melasseabwässer
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verfahren"wurden schon Versuche gemacht.
Alle diese Versuche misslangen und mussten misslingen bei einem Abwasser, dessen organische Verunreinigungen, in verbrauchter Menge Kaliumpermanganat
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wasser im Durchschnitt höchstens 1000 mg pro Liter beträgt : sie mussten auch misslingen. weil die Melasseabwässer Stoffe enthalten, die sehr schwer abbaubar sind.
Insbesondere konnte die Ausfaulung soleher Abwässer nicht zum Ziele führen, weil die in diesem Abwasser in hoher Konzentration vorhandenen Stoffe (Alkaloide, Betaine) nur von ganz bestimmten Bakterien unter den günstigsten Bedingungen angegriffen werden und weil daneben der hohe Gehalt an Schwefelverbindungen die reichliche Bildung von Schwefelwasserstoff und andern organischen und anorganischen iibelrieehenden Schwefelverbindungen zur Folge hat, die nicht nur die umgebende Luft und das abfliessende Wasser für Mensch und Tier ungeniessbar machen, sondern auch innerhalb des Faulbeckens jede biologische Tätigkeit hemmen.
Alle bekannten Nachteile des Faulverfahrens mussten sich bei den Melasseabwässern entsprechend ihrer etwa zwanzigfach
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der schwierigen Angreifbarkeit der in diesen Abwässern enthaltenen Verunreinigungen und nicht zuletzt an den hohen Bau-und Betriebskosten der Anlagen.
Alle diese Schwierigkeiten werden nun durch Anwendung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens beseitigt, das sich als eine weitere Ausbildung des Verfahrens nach dem Hauptpatent Nr. 120548 darstellt, welches Verfahren im Wesen darin besteht, dass der biochemische Abbau der vorhandenen Verunreinigungen je nach der Natur des Abwassers in eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Teilverfahren zerlegt wird.
welche zunächst den biochemischen Hauptgruppen der Verunreinigungen angepasst sind und weiter innerhalb der hiedurch bestimmten Teilverfahren entsprechend den biologischen Abbaustufen der biochemischen Hauptgruppen allenfalls in weitere Stufen unterteilt sein können, und dass in jeder dieser Teilstufen ein für den betreffenden Teilvorgang ausgewählter (aus einer natürlichen oder absoluten Reinzueht herangezogeller) aerober oder anaerober Mikroorganismus zur Vor-oder Alleinherrschaft gebracht wird.
Die Verunreinigungen in den Abwässern der Melasse verarbeitenden Industrien gehören den folgenden biochemischen Hauptgruppen an :
1. Betainsubstanzen, deren Stickstoffgehalt ungefähr 75% des Gesamtstickstoffgehaltes der Abwässer ausmacht.
2. Eiweiss (bei Spiritus-und Hefefabriken hauptsächlich in Gestalt der mehr oder weniger zer- störten Hefezellen).
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3. Pflanzensäuren vorwiegend flüchtiger Natur, in erster Linie Ameisensäure.
4. Huminsubstanzen, die an und für sich unschädlich sind, aber die braune Farbe der Abwässer verursachen.
5. Schwefelverbindungen, in erster Linie Sulfate.
Der Erfindung gemäss werden nun die Betainsubstanzen aus den Abwässern durch die Lebenstätigkeit von aeroben oder anaeroben betainabbauenden Mikroorganismen entfernt, zu welchem Behuf zweckmässig eine Aussaat von Reinzuchten der geeigneten Kleinlebewesen vor der Einführung in den Zersetzungsbehälter in einer Art Ansatz"unter günstigen Kulturbedingungen zur Vermehrung gebracht wird. Durch eine solche bakterielle Zersetzung kann der Zerfall des Betains und ebenso auch seiner
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werden. Hernach werden aus den Abwässern in einer zweiten Stufe in analoger Weise durch bakterielle Zersetzung die Pflanzensäuren, insbesondere die Ameisensäure, entfernt.
Die Huminsubstanzen, welche in erster Linie die dunkle Färbung der Abwässer verursachen, können unzerlegt bleiben, wenn die Farbe des Vorflutwassers weder aus ästhetischen noch aus andern Gründen besonderen Ansprüchen unterliegt ; für Färbereien, Wäschereien, Bleichereien und ähnliche Betriebe wäre aber solches Wasser ungeeignet.
Soll das Wasser bei der Reinigung auch entfärbt werden, so gelingt es leicht, auch die Huminstoffe durch geeignete Mikroorganismen vollkommen zu zerstören. Da sich diese Mikroben sowohl mit den betainabbauenden, als auch mit den ameisensäurezersetzenden Kleinlebewesen vertragen, kann die Zerstörung der Huminstoffe entweder mit dem Betainabbau oder mit der Zerlegung der Formiate zu einer Stufe verbunden werden.
Die Menge der in der Melasse vorhandenen Eiweissstoffe ist bei geordnetem Fabriksbetrieb so gering, dass sie häufig ausser acht gelassen werden kann. Erforderlichenfalls geht die Mineralisierung
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Bacillus mesenterieus, Baeillus vulgatus, den übrigen Arbeitsstufen voran. Da die Eiweissstoffe in den Abwässern von Gärbetrieben fast ausschliesslich in Form von Hefezellen vorhanden sind, empfiehlt es sich, diese aus solchen Abwässern durch mechanische Trennung vorweg abzuseheiden, beispielsweise durch ein kleines, in die Abwasserhauptleitung eingebautes Filter, aus dem Abwasser zu entfernen. Sodann werden die Zellen abgetötet, z. B. durch Plasmolyse oder Erhitzung und schliesslich mit Hilfe eines irksamen, vorteilhaft in Reinkultur zugesetzten Eiweisszersetzers mineralisiert.
Die Schwefelverbindungen bestehen zu 90% aus Sulfaten. Sie sind für den Vorfluter bei halbwegs grosser Verdünnung nicht besonders gefährlich, verursachen aber in der Reinigungsanlage selbst, wenn sie dort durch Bakterien zu Schwefelwasserstoff reduziert werden, grossen Schaden. Lies kann erfindungsgemäss dadurch vermieden werden, dass durch Auswahl geeigneter Reinzuchten und durch sterile Arbeitsweise die Zersetzung von Sulfaten zu Schwefelwasserstoff hintangehalten wird. Da die reduzierende Wirkung von Bakterien auf schwefelhaltige Substanzen zweifellos als ein spezifisches Merkmal einzelner Mikroben (wie Microspira desulfuricans, Microspira aestuarii) anzusehen ist, kann dieser Bedingung im Rahmen des vorliegenden Verfahrens unschwer entsprochen werden.
Sind jedoch die Verhältnisse im Vorfluter besonders ungünstig, so ist es angezeigt, die Sulfate schon aus der Melasse zu entfernen und durch entsprechende Regelung des Fabrikationsganges zu vermeiden, dass Sulfate in die Abwässer hineingelangen oder vorhandene Sulfate aus den Abwässern vor dem Beginn der biologischen Reinigung in Form unlöslicher Salze auszufällen.
Die Zersetzung des Betains kann, wie erwähnt, mit Hilfe anaerober oder aerober Mikroorganismen vorgenommen werden. Geeignete Mikroorganismen können beispielsweise dadurch isoliert m erden, dass man eine konzentrierte Lösung eines Betainsalzes mit faulenden Runkelrüben oder mit in Zersetzung begriffener Melasse beimpft und in dieser Weise eine natürliche Reinkultur herstellt, aus w elcher man sich nach bekannten Methoden durch Fortzüchtung auf betainhaltigem Nährboden die geeignetsten Stämme heraussucht. Je nach Einhaltung von anaeroben und aeroben Bedingungen entwickeln sich anaerobe oder aerobe Betainzersetzer. In dieser Weise wurde z. B. ein anaerobes betainzersetzendes Bakterium isoliert, das kurze Stäbchen mit abgerundeten Ecken bildet, welche sich öfters zu langen Fäden vereinigen.
Das Bakterium zeigt wenig Eigenbewegung. Die Stichkultur entwickelt sich in Melasseabwassergelatine perlschnurartig mit nadeiförmigen Auswuchsen an den einzelnen Perlen. Die Kultur hat keine verflüssigenden Eigenschaften und bildet in normaler Würzegelatine keine oder nur sehr wenig Kohlensäure, ruft aber in betainhaltiger Gelatine starke Gasentwicklung hervor. Neben Kohlensäure werden dabei organische Säuren (Ameisensäure) und Ammoniak gebildet. Das Temperaturoptimum liegt etwa bei 36 C, die günstigste Wasserstoffionenkonzentration bei einem Ph-Wert von 8.
Ein anderes, fakultativ aerobes Bakterium zeigt die Form schlanker Stäbchen, die zu Fäden verwachsen. Die Sporen sind klein, rundlich endständig. Die Eigenbewegung ist gering. Eine Verflüssigung findet bei der Gelatinestichkultur nicht statt. Bei der Einwirkung auf betainhaltiges Abwasser wird viel Ammoniak neben geringen Mengen Säure gebildet. Das Temperaturoptimum ist 36 C. Die günstigste Wasserstoffionenkonzentration liegt bei dem Wert Ph = 8. Ein aerobes Bakterium hat die Form feiner schmaler Stäbchen, die häufig sternförmig an einem Pol miteinander verwachsen. Es bildet Sporen ; die Eigenbewegung ist ziemlich stark. In Melasseabwassergelatine tritt Verflüssigung ein. Die Stich-
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kultur entwickelt sich schlauchförmig.
Das Optium hinsichtlich der Temperatur und der Wasserstoffionenkonzentration stimmt mit dem der oben beschriebenen Bakterien überein. Mit Hilfe des aeroben Bakteriums lässt sich eine raschere Zersetzung des Betains herbeiführen. Besonders für wenig konzentrierte Abwässer, wie z. B. Hefevässer, ist das Arbeiten mit solchen aeroben Betainzersetzern empfehlenswerter als mit anaeroben Bakterien. Die Arbeitsverhältnisse sind im allgemeinen dieselben, nur wird bei Verwendung aerober Mikroben etwas Luft in das Zersetzungsbecken eingeblasen.
Aerobe Mikroben können durch Belüften in reinem Wasser, in dem sauerstoffabgebende Salze gelöst sind, oder durch Einblasen von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen regeneriert erden, doch ist eine wiederholte Verwendung ein und derselben Bakterien nur angezeigt, wenn sie durchaus infektionsfrei sind.
Von bekannten betainabbauenden Bakterien können z. B. Reinkulturen von Amylobakter oder von Azotobakter ehrooeocum verwendet werden.
Die huminzersetzenden Mikroben werden am besten gewonnen, indem man die konzentrierte Lösung eines aus acidum huminieum Merck hergestellten Humates mit Wald-oder Gartenerde beimpft.
Aus der sich entwickelnden natürlichen Reinkultur werden nach an sich bekannten Methoden die geeignetsten Speeies auf huminhaltigen festen Nährboden isoliert. In dieser Weise konnte z. B. die Reinkultur eines Bacillus herangezogen erden, der in grossen Stäbchen mit abgerundeten Ecken wächst, Sporen bildet, und Humatlösungen bis auf einen gelblichen Stich entfärbt.
Zur Zersetzung der Pflanzensäuren, insbesondere der Ameisensäure wird irgendein bekannter Mikroorganismus, z. B. das von Omelianski beschriebene Bakterium formicicum, verwendet. L ie Huminstoffe und Formiate erden anaerob abgebaut.
Die zersetzende Tätigkeit der Mikroben kann in allen Fällen dadurch unterstützt v erden, dass man ausschliesslich oder zum Teil Mikroben verwendet, welche in den Zustand der Zooglöenbildung
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lässt sich die Bakterientätigkeit dadurch anregen und steigern, dass im gärenden Abwasser voluminöse Niederschläge erzeugt oder solche Niederschläge oder sonstige porenreiche indifferent Körper, wie beispielsweise Sägespäne, in das Zersetzungsgefäss eingebracht v erden.
Ein Ausführungsbeispiel mag an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben werden : Das durch Filtration oder Absitzenlassen von festen Begleitstoffen befreite Abwasser wird mit Kalkmilch
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möglich, in die Erde versenkt, vollkommen steril geschlossen, mit einem Abzugsrohr für Gase versehen sein und den vierten Teil der gesamten Abwassertagesmenge fassen. An diesen ersten Zersetzungsraum schliesst sieh ein seichtes kleineres Klärbecken an, dessen Boden trichterförmig in eine Absaugöffnung für die abgesetzten Bakterien mündet. Von da gelangt das Abwasser in ein zv eites Zersetzungskeeken II und anschliessend daran in ein zweites Absitzbeeken 77s.
Fern in I befindliehen Abv asser \ ird je nach Bedarf, etwa wöchentlich einmal, ein in einem vorgeschalteten Bottich 111 aus einer Reinzucht vermehrter Ansatz von Betainbakterien zugesetzt. dieser Absatzbottieh fasst ein Sechstel der Menge des Zersetzungsbottiehs. Bei Einhaltung der günstigsten Temperatur von 36 C, einer möglichst hohen Konzentration des Abwassers und einer neutralen oder allenfalls schv ach alkalischen Reaktion gerät die Flüssigkeit rasch in Gärung. r er Zuf1uss ist kontinuierlich. ras Betain v ird in 2-8 Stunden vollkommen in Kohlensäure, Ammoniak und Ameisensäure zerlegt.
rie in Ia abgesetzte Bakterienmasse wird in das erste Viertel des Zersetzungsbeekens zurückgepumpt. r ie von Bakterien grösstenteils befreite
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durch Lüftung angezeigt. Ein Zusatz von Phosphaten v irkt in diesem Becken beschleunigend. I ie Formiate erden vollständig zersetzt, und es fliesst eine Lösung von Karbonaten und Ammoniumsalzen ab, die ohne w eiteres dem Vorfluter zugeführt v erden kann. Bei sehr ungünstigen Verhältnissen im Vorfluter, insbesondere bei Wassermangel, ist eine kurze Nachbehandlung des Abv assers in einem Fischteich, der ungefähr die fünffache Menge des Tagesquantums an Abw asser fassen soll, angezeigt, jedoch nicht unerlässlich.
Wird Wert auf die Entfärbung des Wassers gelegt, so können im ersten oder zv eiten Zersetzungsbecken huminzersetzende Mikroben zugesetzt M erden, da diese Bakterien m eder die betainabbauenden noch die formiatzersetzenden Mikroben in ihrer Tätigkeit stören.
Das Arbeiten mit Reinkulturen hat natürlich zur Voraussetzung, dass das Abwasser möglichst keimfrei in die Zersetzungsanlage gelangt. Bei den Abwässern der Spiritus-und Hefeindustrie ist dies dadurch vereinfacht, dass der grösste Teil der Abwässer steril vom Destillierapparat kommt ; es genügt hier auf eine möglichste Reinhaltung der Zuleitungsrohre zu achten. In andern Fällen w ird es angezeigt sein, eine Sterilisation der Abwässer vorzunehmen, bevor sie in die Zersetzungsanlage laufen, was z. B. durch Behandlung mit Chlor und nachfolgende Entgiftung durch Antichlor ohne besondere Kosten bewerkstelligt werden kann. Aus konzentrierten Abwässern. wie sie beispielsweise bei der Spiritusfabrikation entstehen, kann die Gewinnung des Ammoniaks in wirtschaftlicher Weise möglich sein.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Gewinnung eines haltbaren, streufähigen, nicht hygroskopi- sehen Düngemittels ein Gemenge von Torf und Melasseschlempe der Gärung mit betainabbauenden
Bakterien zu unterwerfen, bis die bakterielle Zersetzung der Stickstoffbasen beendet ist und diese zu nicht hygroskopischen Verbindungen abgebaut sind (D. R. P. Nr. 282532). Für die Reinigung der Abwässer von Melasse verarbeitenden Industrien ist aus dieser Anregung kein Nutzen gezogen worden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur biologischen Reinigung der Abwässer von Melasse verarbeitenden Industrien (Presshefe-und Spiritusfabriken, Zuckerfabriken) in metabiotischer Arbeitsweise gemäss dem Stamm- patente Nr. 120548, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Abwässern enthaltene Betain und dessen Abkömmlinge und Umwandlungsprodukte in einem besonderen Teilverfahren durch die Lebenstätigkeit von aeroben oder anaeroben betainabbauenden Mikroorganismen in Kohlensäure, Ammoniak und
Pflanzensäuren (insbesondere Ameisensäure) zerlegt werden, zu welchem Behuf zweckmässig die Aussaat einer Reinzucht in einer Art "Ansatz" zur Vermehrung gebracht wird, und dass das Abwasser hernach in einem weiteren Teilverfahren durch die Einwirkung von Pflanzensäuren (insbesondere Ameisensäure)
zersetzenden Mikroorganismen von diesen Abbauprodukten des Betains befreit wird.