DD258564A1 - Verfahren zur gewinnung von futtereiweiss aus abwasserschlaemmen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Futtereiweiß aus Abwasserschlämmen. Bei der aeroben biologischen Reinigung landwirtschaftlicher, industrieller und kommunaler Abwässer fallen Schlämme mit hohen Gehalten an lebenden und toten Mikroorganismen an. Bisher ist kein Verfahren bekannt, dass daraus verfütterbares oder weiterzuverarbeitendes mikrobielles Eiweiß synthetisiert. Erfindungsgemäß können in zusammenhängenden Verfahrensstufen aus genannten Abwasserschlämmen - vorzugsweise aus der biologischen Reinigung von Gülleflüssigkeit anfallenden Biomassen - eiweißreiche Futterzuschlagstoffe gewonnen werden, ohne dass eine Änderung der Abwasserreinigungstechnologie erfolgen muss. Die erfindungsgemäßen Verfahrensstufen bedingen einander, sind bei dem gegenwärtigen Stand der Technik technologisch realisierbar und ökonomisch gestaltbar.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Futtereiweiß aus Schlämmen der aeroben biologischen Reinigung landwirtschaftlicher, industrieller und kommunaler Abwässer. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Gewinnung eiweißreicher Futterzuschlagstoffe aus der bei der biologischen Reinigung von Gülleflüssigkeit anfallenden Biomasse.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Auf Grund der zunehmenden Konzentration von Industrie, Landwirtschaft und Tierproduktion und der Bevölkerung an einzelnen Standorten fallen große Mengen an Abwasser an, die in starkem Maße die Umwelt belasten. Eine Rückführung dieser Abwässer in die Naturkreisläufe setzt eine vorangehende Aufbereitung voraus. Eine solche Abwasserreinigung geschieht stufenweise; eine der Stufen, die in Abwasserreinigungsanlagen immer vorhanden ist, ist die aerob biologische Aufbereitung. Dabei fallen Abwasserschlämme an, die bis zu 90% aus mikrowellen Lebewesen bestehen. Bakterien aber können bis zu 86% Rohprotein enthalten (Les Applications industrielles de la Microbiologie).

Dem Stand der Technik entsprechend wurden verschiedene Versuche unternommen, um aus Abwasserschlämmen, die potentielle Proteinquellen darstellen, eiweißreiche Futtermittel zu gewinnen. Alle diese Versuche sind dadurch charakterisiert, daß eine Reihe von Verfahrensänderungen der Abwasserreinigungstechnologien vorgeschlagen wurden, jedoch letztendlich kein verfütterbares Eiweißprodukt gewonnen werden konnte. In der DD-PS 146543, Gewinnung eiweißhaltiger Futtermittelzusätze aus tierischen Abprodukten und kommunalen Abwässern wird ein Verfahrensweg zur Gewinnung von Futterzuschlagsstoffen, besonders aus der intensivmikrobiologischen Reinigung von Schweinegülleflüssigkeit, vorgeschlagen, das gekennzeichnet ist durch biotechnologische Stoffwandlung, durch die Kombination einer an sich bekannten selektiven Intensivfermentation unter Nährstoffergänzung mit einer sauren bis neutralen Wäsche des Bioschlammes und einer Unifizierung des eiweißhaltigen Anteils mittels Extrusion im sauren oder alkalischen Bereich mit oder ohne Zugabe von Starketrägern sowie mit extraktiven Maßnahmen zur Entfernung unerwünschter Inhaltsstoffe. Dieses Verfahren setzt zunächst eine Änderung der Abwasserreinigungstechnologie voraus. Ein verfütterungsfähiges Produkt kann danach auch nicht gewonnen werden, da die Ursachen für die Nichtverfütterbarkeit unbehandelter Biomassen nicht ausreichend erkannt und durch Behandlungsschritte beseitigt wurden. So erfolgt aus der Ausgangsstufe keine Abtrennung unerwünschter Begleitstoffe, und daraus resultieren Produkte mit zu niedrigen Roh- und Reinproteingehalten. Die vorgeschlagene Säurewäsche erfolgt unter dem Gesichtspunkt der

Nährstoffergänzung bei Rezyklisierung der Waschwässer zum Fermentationsprozeß und damit ungeeigneten Säuren. Dadurch erfolgt keine ausreichende Senkung der Lebendkeimzahlen des Endproduktes, keine merkliche Senkung des Nukleinsäure- und nichtproteinogenen Stickstoffs, keine ausreichende Senkung der toxischen Spurenbestandteile, und es werden auch keine Rohaschewerte im Bereich guter Verdaulichkeiten des Endproduktes (^ 10% der TS) erreicht. Zur Säurewäsche werden teure Säuren eingesetzt. Die vorgeschlagene Extrusion führt erfahrungsgemäß ebenfalls nicht zur entscheidenden Senkung der Lebendkeimzahl und der Zahl der pathogenen Mikroorganismen unter die von der PAG-UNU Guidline No 12 festgelegten Normen. Die zum Zellaufschluß vorgeschlagenen Verfahrensstufen sind technisch und ökonomisch ungeeignet, und es erfolgt keine Ergänzung der unterbilanzierten essentiellen Aminosäuren.

Der Frage der unphysiologischen Aminosäuren der Bakterienproteine und der unphysiologischen Fettsäuren der Bakterienfette wird keine Aufmerksamkeit geschenkt. Insgesamt kann nach diesem Verfahren kein verfütterbares Eiweißprodukt gewonnen werden. In der DD-PS 149842 wird versucht, allein durch eine Hitzesterilisation die Lebendkeimzahlen der Endprodukte von Fermentationsprozessen auf vom tierischen Organismus tolerierbare Grenzen zu senken. Dabei bleiben alle anderen bekannten Ursachen für die Nichtverfütterbarkeit von mikrobiellen Biomassen aus Abwasserschlämmen unberücksichtigt. Auch wird übersehen, daß die bei der aeroben biologischen Fermentation sich vorwiegend vermehrenden aeroben Sporenbildner nur bei langen unökonomischen Behandlungszeiten abgetötet werden. In der DD-PS 0139686 wird eine Nachbehandlung von bei der intensivbiologischen Reinigung von Schweinegülleflüssigkeit anfallender Biomasse mit Salzsäure bei pH-Werten von 7 bis 5 vorgeschlagen. Dabei wurde von der falschen Erkenntnis ausgegangen, daß als Rohasche in den bakteriellen Biomassen vorwiegend Ammoniumkarbonat enthalten ist. Es wird nicht der Tatsache Rechnung getragen, daß die Rohasche vorwiegend aus Erdalkali-Alkali-Phosphaten, die teilweise Bestandteile der Zeilinhaltsstoffe der Mikroorganismen sind, besteht. Auch hier bleiben die übrigen Gründe für die Nichtverfütterbarkeit von bakteriellen Biomassen unberücksichtigt, und es kann zwangsläufig kein verfüttef bares Produkt gewonnen werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem aus Abwasserschlämmen, die bei der aerob-biologischen Reinigung landwirtschaftlicher (vorzugsweise Gülle), industrieller oder kommunaler Abwässer anfallen und die potentielle Proteinquellen darstellen, ohne Änderung der Abwasserreinigungstechnologie ökonomisch mikrobielles Futtereiweiß als Futterzuschlagstoff zur Verfütterung an landwirtschaftliche Nutztiere mit hohen Roh- und Reinproteingehalten gewonnen werden. Die erhaltenen Produkte sollen den international gültigen Anforderungen der Protein Adisory Group der UNU entsprechen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Gewinnung von Futtereiweiß aus Abwasserschlämmen so zu gestalten, daß in seinem Ergebnis, insbesondere aus Gülleflüssigkeit, gewonnen wird, welches den international gültigen Anforderungen der Protein Adisory Group der UNU entsprechen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Gewinnung von Futtereiweiß dadurch gelöst, daß aus den Abwasserschlämmen zunächst durch Separation eine Bakteriensuspension hergestellt und aufkonzentriert wird, die anschließend eine Säurebehandlung durchläuft, der ein Festflüssigtrennprozeß folgt. Die dabei anfallende Feststoffphase wird gegebenenfalls mit Wasser gewaschen und aufkonzentriert und danach zweckmäßigerweise mit Methionin supplementiert, um schließlich in einem Vakuumtrocknungsprozeß ein hochwertiges, verfütterbares Eiweißprodukt zu erhalten. Durch eine komplexe Behandlung in einander bedingenden Verfahrensstufen werden das mikrobielle Eiweiß aufkonzentriert und von ernährungsphysiologisch nichtverwertbaren und toxischen Bestandteilen entlastet und unterbilanzierte Eiweißbestandteile supplementiert. In einem geeigneten Trocknungsprozeß erfolgt ein Zellaufschluß und eine entscheidende Senkung der Lebendkeimzahlen.

Im technischen Betrieb hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Abtrennung der lebenden und toten Bakterien mit Siebseparatoren (Sieb un Maschenweiten vo η 50 bis 80 μηη) durchzuführen. Die Aufkonzentrierung auf Trockensubstanzgehalte von 4 bis 11 Ma.-% wird mit Dekantern (vorzugsweise Langrohrdekantern) oder Bakterienzentrifugen durchgeführt. Danach erfolgt eine Säurebehandlung mit wäßriger Salzsäure kontinuierlich oder diskontinuierlich, so daß Trockensubstanzgehalte von 1 bis 5 Ma.-% resultieren. Bei Anwesenheit auszuwaschender schwerlösliche Chloride bildender Metallionen erfolgt die Säurebehandlung in verdünnter Salpetersäure. Der sich bildende Schaum wird mit hochtourigen mechanischen Schaumzerstörern oder durch Zusatz von Entschäumern beseitigt. Nach erneuter Aufkonzentrierung auf 5 bis 11 Ma.-% erfolgt eine Neutralwäsche mit Wasser und eine erneute Auf konzentrierung der Biomasse auf Trockensubstanzgehalte von 5 bis 11 Ma.-%. Nach der Supplementierung mit Methionin wird die feuchte Biomasse einem Vakuumtrocknungsprozeß unterzogen, bei dem durch die Explosion der Zellen, auch der aeroben Sporenbildner, ein Zellaufschluß und eine befriedigende Senkung der Lebendkeimzahlen erfolgt. Die Trockensubstanzgehalte des Endproduktes, das zur Unifizierung noch einen Mahlprozeß in geeigneten Futtermittelmühlen unterzogen werden kann, soll Sgo Ma.-% betragen.

Die wäßrigen polydisperen Fermentationsabläufe der aerob biologischen Aufbereitungsstufe der Gülleflüssigkeit einer Schweinezucht-und Schweinemastanlage, z.B. S110/111, werden in geeigneten technischen Anlagen, z.B. einem Mikrosorter, mit Sieben mit Maschenweiten von 80pm separiert, um lebende und tote Bakterien in Größenordnungen von durchschnittlich 5pm und ihre Agglomerate von durchschnittlich 30 bis 40 цт von größeren Teilchen (Rohfaserbestandteilen, Sand, Parasitenstadien und anderen unlöslichen anorganischen und organischen Bestandteilen) zu trennen. Die Produkte aus dieser Verfahrensstufe besitzen Rohproteingehalte ä60 Ma.-%.

Die anschließende Aufkonzentrierung erfolgt in Dekantern bzw. Bakterienzentrifugen auf Trockensubstanzgehalte Ш 5 Masseprozent. Durch Zusatz von wäßriger Salzsäure unter Rühren wurde der pH-Wert auf 2 bis 3 und der Trockensubstanzgehalt auf 2 Ma.-% gebracht. Der sich bildende Schaum wird durch schnellaufende mechanische Schaumzerstörer oder chemische Entschäumer beseitigt. Mittels o. g. technischer Einrichtungen wird die Suspension auf Trockensubstanzgehalte von 5 bis 11 Ma.-% aufkonzenfiert, mit Wasser gewaschen (Trockensubstanzgehalte 2 bis 5 Ma.-% und wiederum mit o. g. technischen Einrichtungen aufkonzentriert (Trockensubstanzgehalte 5 bis 11 Ma.-%. Danach wird Methionin (0,5 bis 3 Masseprozent des Rohproteingehaltes) zugesetzt und nach Vermischen das Produkt im Vakuum getrocknet. Die Trocknung wurde bei 40 bis 60⁰C und einem Vakuum jeweils in der Nähe des Siedepunktes der Suspension, am Schluß mindestens bei 1 ,ЗЗкРа, durchgeführt. Das ausgetragene Endprodukt wird mittels einer Futtermittelmühle unifiziert und mit anderen Futterkomponenten zur Verfütterung an Tiere problemlos eingesetzt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Gewinnung von Futtereiweiß aus Abwasserschlämmen, gekennzeichnet dadurch, daß aus den Abwasserschlämmen zunächst durch Separation eine Bakteriensuspension hergestellt und aufkonzentriert wird, die anschließend eine Säurebehandlung durchläuft, derein Festflüssigtrennprozeß folgt, die dabei anfallende Feststoffphase gegebenenfalls mit Wasser gewaschen und aufkonzentriert und danach mit einer schwefelorganischen Aminosäure, vorzugsweise Methionin, supplementiert wird, um schließlich in einem Vakuumtrocknungsprozeß ein hochwertiges, verfütterbares Eiweißprodukt zu erhalten.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Separation des Abwasserschlammes vorzugsweise in Siebseparatoren mit Maschenweiten von 50 bis 80 pm erfolgt.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Säurebehandlung bei pH 0,5 bis 5, vorzugsweise bei pH 2 bis 3, und Umgebungstemperaturen durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß für die Säurebehandlung bei Abwasserschlämmen, die auszuwaschende Metallionen enthalten, die lösliche Chloride bilden, Salzsäure eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß für die Säurebehandlung bei Abwasserschlämmen, die Quecksilber oder andere unlösliche Chloride bildende Metallionen enthalten, anstelle von Salzsäure eine andere anorganische oder organische Säure oder ein Säuregemisch, vorzugsweise verdünnte Salpetersäure, verwendet wird.

6. Verfahren nach Punkt 1 bis 3 und 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Festflüssigtrennung in Dekantern (Langrohrdekantern) oder Bakterienzentrifugen erfolgt.

7. Verfahren nach Punkt 1 bis 3 und 4 oder 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Wasserwäsche entfallen kann, wenn bei der Aufkonzentrierung hohe Feststoffgehalte erzielt wurden.

8. Verfahren nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß auf die Supplementierung von Methionin verzichtet werden kann, wenn das erzeugte mikrobielle Eiweiß als Zuschlagstoff für Futtermittel verwendet wird, die andere Komponenten mit Proteinen mit hohen Anteilen an schwefelorganischen Aminosäuren enthalten.

9. Verfahren nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Trocknung unter Vakuum bei einem Enddruck kleiner 6,65kPa, vorzugsweise kleiner 1,33kPa, erfolgt und das Produkt unter diesem Druck 5 bis 120 Minuten, vorzugsweise aber etwa 30 Minuten, verbleibt.

10. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Trocknung bei Temperaturen von 30 bis 140⁰C, vorzugsweise bei 60⁰C, durchgeführt wird.