DD264888A1

DD264888A1 - METHOD FOR PRODUCING A HIGH-POREOUS COMBINED COMPOSITE MATERIAL FOR BIOTECHNOLOGICAL PROCESSES

Info

Publication number: DD264888A1
Application number: DD30923787A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Baumgardt; Claudia Menschel; Peter Ott; Lutz Haldenwang; Volkmar Peukert; Klaus-Peter Lange; Lothar Krell; Gerhard Krueger; Lothar Moerl; Klaus Wehler; Kurt Rudolf
Original assignee: Projekt Wasserwirtschaft Veb
Priority date: 1987-11-20
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1989-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochporoesen koernigen Verbundtraegermaterials fuer biotechnologische Prozesse. Es ist besonders vorteilhaft einsetzbar in der Wasser-, Abwasser- und Schlammbehandlung zur Ansiedelung von Mikroorganismen bzw. fuer Verfahren, bei denen Mikroorganismen fuer spezielle Stoffwandlungen oder Produktsynthesen immobilisiert werden muessen. Erfindungsgemaess erfolgt die Herstellung des Verbundtraegermaterials in einem Dreistufenverfahren. In der ersten Stufe erfolgt eine lose Anlagerung einer zu agglomerierenden Komponente an der grossporigen rauhen Oberflaeche der Koerner einer Sinterkomponente unterhalb ihrer Erweichungstemperatur. Diese Mischkornpartikel werden in der zweiten Stufe fluidisiert und deren Volumen auf 110-120 geschrumpt. Anschliessend erfolgt bei einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur der Sinterkomponente eine rieselfaehige Konditionierung des Verbundtraegermaterials.The invention relates to a process for the production of a highlyporous spherical composite carrier material for biotechnological processes. It can be used particularly advantageously in the treatment of water, sewage and sludge for the settlement of microorganisms or for processes in which microorganisms for special material transformations or product syntheses must be immobilized. According to the invention, the composite carrier material is produced in a three-stage process. In the first stage, a loose attachment of a component to be agglomerated takes place on the large-pored rough surface of the grains of a sintering component below its softening point. These mixed grain particles are fluidized in the second stage and their volume shrunk to 110-120. Subsequently, at a temperature below the softening temperature of the sintering component, a free-flowing conditioning of the composite carrier material takes place.

Description

Characteristic of the known state of the art

Der Einsatz biotechnologischer Verfahren bei der Wasseraufbereitung, Abwasser- und Schlammbehandlung erfordert die Immobilisierung und die Anreicherung von Biomasse in Reaktoren. Eine Möglichkeit der Anreicherung von Mikroorganismen besteht in der Vergrößerung der Aufwuchsfläche im Reaktionsraum, z.B. durch Einsatzeines künstlichen Aufwuchsträgers, der in wäßrigen Medien frei bewegbar vorliegt. Der Einsatz von schwimmenden Aufwuchsträgern und Filterkörpern ist bekannt und hat in der Wirbelschichttechnik eine breite Anwendung gefunden.The use of biotechnological processes in water treatment, sewage and sludge treatment requires the immobilization and enrichment of biomass in reactors. One way of enriching microorganisms is to increase the growth area in the reaction space, e.g. by using an artificial growth carrier which is freely movable in aqueous media. The use of floating growth carriers and filter bodies is known and has found a wide application in fluidized bed technology.

Als Aufwuchsträger werden im Wirbelbett feinkörnige Materialien mit Dichten >1 g/cm³ im Aufwärtsstrom eingesetzt, z.B. Sand, Blähton, Aktivkohle. Wirbelbettechnik im Abwärtsstrom (US 4256573) erfordert ein Aufwuchsträgermaterial mit einer spezifischen Dichte <0,9g/cm³. Wirbelschichtprozesse, die zur Erhöhung der Leistung in Schlaufenreaktoren durchgeführt werden, erfordern den Einsatz von Materialien mit einer spezifischen Dichte im Bereich von 0,9... 1,1 g/cm³, wie z. B. Schaumplasten, Schaumglaskugeln oder Leichtbaustoffe.As a growth medium, fine-grained materials with densities> 1 g / cm ³ in the upflow are used in the fluidized bed, for example sand, expanded clay, activated carbon. Downstream fluidized bed technology (US 4256573) requires a growth carrier material having a specific gravity <0.9 g / cm ³ . Fluidized bed processes, which are carried out to increase the performance in loop reactors, require the use of materials having a specific gravity in the range of 0.9 to 1.1 g / cm ³ , such as. As foam, foam glass or lightweight materials.

Verfahren zur Herstellung geeigneter Filterkörper und Aufwuchsträgermaterialien mit o. g. Zielstellung werden in folgenden Patenten DE 2628118, DE 3006171, DE 3105887 beschrieben.Process for the preparation of suitable filter bodies and growth carrier materials with o. Objective are described in the following patents DE 2628118, DE 3006171, DE 3105887.

In DE 2628118 wird davon ausgegangen, daß ein pulverförmiges oder feinkörniges aktiviertes Adsorbens durch Anströmen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit auf der Oberfläche eines schwimmenden Filterkörpers gleichmäßig verteilt und bei Umkehren der Strömungsrichtung von diesem vollständig entfernt wird. Dieses so erzeugte schwimmende Material ist nur für Adsorptionsprozesse im schwimmenden Festbettreaktor einsetzbar. Die reversible Bindung des Adsorbens gestattet keine freie Verteilung des Trägermaterials im Reaktor. Auf Grund der kurzen Laufzeiten zwischen den einzelnen im Zusammenhang mit der Erhaltung der Adsorptionsfähigkeit erforderlichen Neubeschichtung ist die Ausbildung eines beständigen biologischen Bewuchses nicht möglich, so daß das Material nicht in dem geforderten Sinne für biotechnologische Prozesse einsetzbar ist. Die DE 3006171 und DE 3105887 gehen von der Verklebung von fein verteilten Teilchen aus Kohlenstoff mit einem Bindemittel aus, das durch Hitzeeinwirkung ausgehärtet, karbonisiert und bei Bedarf geformt wird. Dabei entstehen sogenannte Formkörper, die eine Dichte > 1,1 g/cm³ haben und vorwiegend für die Adsorption eingesetzt werden. Ein Einsatz im aufwärtsdurchströmten Wirbelbett als Aufwuchsträger ist denkbar, wenn eine ausreichende Abriebfestigkeit erreicht wird. Nachteilig ist, daß die Einstellung der spezifischen Dichte nur in Grenzen variierbar ist, da das innere Porenvolumen durch das Verdampfen einer Füllflüssigkeit im Herstellungsprozeß eingestellt wird, wobei für die Füllflüssigkeit etwa 15 Vol.-% angegeben werden. Des weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Trägermaterials für Mikroorganismen mit einer spezifischen Dichte <0,5g/cm³ durch Schrumpfung infolge thermischer Einwirkung auf Schaumpolystyrol unterhalb der Verkohlungstemperatur beschrieben. Dieses Material besitzt in Abwasser und bei Einsatz in nährstoffreichen Medien, z. B. bei der mikrobiellen Denitrifikation, gute Eigenschaften als Aufwuchsträger und ist besonders gut für den Einsatz im abwärtsdurchströmten Wirbelbett geeignet. Das Material weist jedoch keine adsorptive Wirkung auf.In DE 2628118, it is considered that a powdered or fine-grained activated adsorbent is evenly distributed on the surface of a floating filter body by flowing at a high flow rate and is completely removed when the flow direction thereof is reversed. This floating material produced in this way can only be used for adsorption processes in the floating fixed bed reactor. The reversible binding of the adsorbent does not allow free distribution of the carrier material in the reactor. Due to the short maturity between the individual in connection with the preservation of the adsorption capacity required re-coating the formation of a permanent biological growth is not possible, so that the material is not used in the required sense for biotechnological processes. DE 3006171 and DE 3105887 are based on the adhesion of finely divided particles of carbon with a binder which is hardened by heat, carbonized and shaped as required. This results in so-called moldings which have a density> 1.1 g / cm ³ and are mainly used for adsorption. An application in upwardly flowed fluidized bed as a growth carrier is conceivable if a sufficient abrasion resistance is achieved. The disadvantage is that the adjustment of the specific gravity can be varied only within limits, since the inner pore volume is set by the evaporation of a filling liquid in the manufacturing process, wherein for the filling liquid about 15 vol .-% are given. Furthermore, a method for producing a carrier material for microorganisms having a specific gravity <0.5 g / cm ³ by shrinkage due to thermal action on foam polystyrene below the charring temperature is described. This material has in wastewater and when used in nutrient-rich media, eg. As in the microbial denitrification, good properties as a growth medium and is particularly well suited for use in the downwardly flowed through fluidized bed. However, the material has no adsorptive effect.

Im Zusammenhang mit der weiteren Intensivierung der biotechnologischen Prozesse bei der Wasseraufbereitung und ergibt sich die Forderung nach Aufwuchsträgermaterialien, die gleichzeitig die Fixierung von Mikroorganismen sowie der Immobilisierung biologisch aktiver Polymere und deren Metaboliten (z. B. Enzyme, Nukleinsäuren) gestatten. Weiterhin ist für die Anwendung der verschiedenen biotechnologischen Verfahren die exakte Einstellung der spezifischen Dichte in Abhängigkeit von der gewählten Technologie von wesentlicher Bedeutung.In connection with the further intensification of the biotechnological processes in water treatment, there is a demand for growth support materials which at the same time permit the fixation of microorganisms and the immobilization of biologically active polymers and their metabolites (eg enzymes, nucleic acids). Furthermore, for the application of the various biotechnological methods, the exact adjustment of the specific density depending on the chosen technology is of essential importance.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Aufwuchs .r.'igern und die bekannten Aufwuchsträger erfüllen diese Forderung nicht.The known process for the production of growth .r.'igern and the known growth carrier do not meet this requirement.

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines bochporösen körnigen Verbundträgermaterials für biotechnologische Prozesse.The aim of the invention is a method for producing a bochporösen granular composite support material for biotechnological processes.

Das Verfahren soll unkompliziert sein, zuverlässig funktionieren und die massenhafte Produktion des gewünschten Verbundträgermaterials in höchster Qualität bei geringen Betriebs- und Anlagenkosten und bei hoher Raum-Zeit-Ausbeute ermöglichen. Das Verfahren soll höchste biotechnologische Effektivität und Lebensdauer des Verbundträgermaterials gewährleisten. Es soll abfallfrei funktionieren, nur einheimische Rohstoffe bzw. bisher nicht genutzte Abfallstoffe benötigen und ohne Nachbehandlungsverfahren, wie z. B. mechanische Zerkleinerung oder Klassierung auskommen.The process should be straightforward, reliable, and enable the mass production of the desired composite carrier material of the highest quality with low operating and system costs and high space-time yield. The method is intended to ensure the highest biotechnological effectiveness and lifetime of the composite carrier material. It should work without waste, only domestic raw materials or previously unused waste materials need and without aftertreatment process such. As mechanical comminution or classification get along.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung eines hochporösen, körnigen Verbundträgermaterials für biotechnologische Prozesse, das die bindemittelfreie feste Anlagerung von kleinen Partikeln oberflächenaktiver und dichteregulierender Materialien an der großporigen, rauhen Oberfläche einer grobkörnigen sinterungsfähigen Komponente ermöglicht, ohne daß die entstehenden Partikel des Verbundträgermateriais zusammenkleben, verklumpen, agglomerieren, ohne daß die Anlagen verschmutzen, ohne daß die Qualität des Produkts beeinträchtigt wird, ohne daß Nachbehandlungen des Produkts und der Anlage notwendig werden, ohne daß schwer wiederverwertbare Abfallprodukte entstehen.The object of the invention is the development of a process for producing a highly porous, granular composite support material for biotechnological processes, which allows the binder-free solid addition of small particles of surface-active and density-regulating materials to the large-pored, rough surface of a coarse-grained sinterable component, without the resulting particles of Verbundträgermateriais stick together, agglomerate, agglomerate without polluting the equipment without compromising the quality of the product without the need for post-treatment of the product and equipment without causing difficult recyclable waste products.

Aufgabe der Erfindung ist weiterhin die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung eines hochporösen körnigen Verbundträgermaterials, das in jeder Verfahrensstufe den Einzelkornstatus des Verbundträgermaterials garantiert, um ein rieselfähiges, abriebfestes, gleichmäßig strukturiertes, sofort verwendbares Verbundträgermaterial definierter Dichte und hoher Lebensdauer zu erhalten.The object of the invention is also the development of a method for producing a highly porous granular composite support material, which guarantees the individual grain status of the composite support material in each process step to obtain a free-flowing, abrasion-resistant, uniformly structured, ready-to-use composite support material defined density and long life.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein diskontinuierliches Dreistufenverfahren gelöst.According to the invention the object is achieved by a discontinuous three-stage process.

In der ersten Verfahrensstufe werden durch die lose Anlagerung kleiner Partikel mindestens einer zu agglomerierender Komponente an der großporigen, rauhen Oberfläche der Körner der Sinterkomponente bei einer Temperatur unterhalb ihrer Erweichungstemperatur separat vorliegende Mischkornpartikel hergestellt, die 5-20 Ma.-% an kleinen Partikeln jeder einzubindender Komponente enthalten.In the first process stage, by the loose addition of small particles of at least one component to be agglomerated on the large-pored, rough surface of the grains of the sintered component at a temperature below their softening temperature separately prepared mixed grain particles are prepared, the 5-20 Ma .-% of small particles each einzubindender Component included.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die bindemittelfreie lose Anlagerung der kleinen Partikel zu agglomerierender.It has surprisingly been found that the binder-free loose attachment of the small particles to be agglomerated.

Komponenten sehr vorteilhaft unter Nutzung der den großen Körnern der Sinterkomponente innewohnenden elektrostatischen Anziehungskräfte vor sich geht. Diese elektrostatischen Anziehungskräfte werden dabei soweit auf die Oberfläche der einzelnen großen Mischkornpartikel konzentriert, daß das lästige Aneinanderheften der Sinterpartikel bzw. ihr Haften an den Anlagenwandungen vollständig unterbleibt und damit auch die Gefahr elektrostatischer Entladungen unterbunden ist.Components very beneficial using the large grains of the sintered component inherent electrostatic attraction forces is going on. These electrostatic attraction forces are so far concentrated on the surface of the individual large mixed grain particles that the annoying juxtaposition of the sintered particles or their adhesion to the plant walls is completely eliminated and thus the risk of electrostatic discharges is prevented.

Der Transport der so hergestellten rieselfähigen Mischkornpartikel in die zweite Verfahrensstufe geht zuverlässig, staubarm, verlust- und rückmischungsfrei vor sich.The transport of the free-flowing mixed grain particles produced in this way into the second process stage is reliable, low-dust, loss-free and free of back-mixing.

Insbesondere ist bemerkenswert, daß es trotz der nur losen Anlagerung in der hochturbulenten zweiter Verfahrensstufe nicht zu Entmischungen kommt.In particular, it is noteworthy that, despite the only loose addition in the highly turbulent second stage of the process, no segregation occurs.

In der zweiten Verfahrensstufe wird eine solche Menge an Mischkornpartikeln, die in einem Wirbelschichtapparat eine Anfangsruheschichthöhe von 0,3-0,6 m ergibt, bei der 0,2-0,3fachen Austragsgeschwindigkeit der Misch kernpartikel fluidisiert.In the second process stage, such an amount of mixed grain particles, which gives a initial rest layer height of 0.3-0.6 m in a fluidized bed apparatus, is fluidized at 0.2-0.3 times the discharge rate of the mixed core particles.

Die Austragsgeschwindigkeit ist diejenige Fluidisierungsgeschwindigkeit, bei der die Mischkornpartikel sich nicht mehr in,dem Fluidisationsregime halten können und pneumatisch heraustransportiert werden.The discharge rate is that fluidization rate at which the mixed grain particles can no longer hold themselves in the fluidization regime and are transported out pneumatically.

Das Fluidisierungsmedium muß eine Temperatur von 0-30 K über der Schmelztemperatur der Sinterkomponente besitzen, wobei unter dem Begriff Schmelztemperatur das schmelzende Abtropfen der Sinterkomponente verstanden wird.The fluidizing medium must have a temperature of 0-30 K above the melting temperature of the sintered component, wherein the term melting temperature is understood to mean the melting drop of the sintering component.

Innerhalb von 2-5 min werden die einzeln vorliegenden Mischkornpartikel auf V10-V20 ihres Ausgangsvolumens geschrumpft.Within 2-5 minutes, the individually present mixed grain particles are shrunk to V10-V20 of their original volume.

Sie müssen im fluidisierten Zustand als Einzelpartikel erhalten bleiben, dürfen also keinen Moment zur Ruhe kommen.They must remain in the fluidized state as a single particle, so do not rest for a moment.

In der dritten Verfahrensstufe werden die geschrumpften aber noch schmelzweichen Mischkornpartikel bei der gleichen Geschwindigkeit wie in der zweiten Verfahrensstufe fuidisiert und bei einer Temperatur von mindestens 10-20 K unter der Erweichungstemperatur der Sinterkomponente innerhalb von 1-5 min zum gewünschten Verbundträgermaterial rieselfähig konditioniert, d. h. klebfrei und abriebfrei verfestigt, so daß die sofortige Verwendung des Verbundträgermaterials in höchster Qualität ohne weitere Behandlung mittels Selektions- oder Vergleichmäßigungsverfahren möglich ist.In the third process stage, the shrunk but still melted Mischkornpartikel be fuidisiert at the same speed as in the second stage and at a temperature of at least 10-20 K below the softening temperature of the sintered component within 1-5 min to the desired composite support material free-flowing conditioned, d. H. tack-free and abrasion-free solidified, so that the immediate use of the composite support material of the highest quality without further treatment by means of selection or homogenization method is possible.

Nachfolgend soll die Erfindung an 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments.

example 1

Im ersten Ausführungsbeispiel wird hochporöses, körniges Verbundträgermaterial hergestellt, das für die biologische Denitrifikation bei der Trinkwasseraufbereitung in Abstrom-Reaktionsanlagen benötigt wird.In the first embodiment, highly porous, granular composite support material is produced, which is required for biological denitrification in drinking water treatment in downstream reaction plants.

Es bestand die Aufgabe, ein hochporöses, körniges Verbundträgermaterial für Mikroorganismen mit einer Dichte von 300-500kg/m³ für den Einsatz bei der Nitrateliminierung im Intensivreaktor nach dem Abstromprinzip in industriellen Dimensionen herzustellen. Dazu wurde ein diskontinuierliches Verfahren mit drei Verfahrensstufen gewählt.It was the object to produce a highly porous, granular composite support material for microorganisms with a density of 300-500kg / m ³ for use in nitrate elimination in the intensive reactor downstream principle in industrial dimensions. For this purpose, a batch process with three process stages was selected.

In der ersten Verfahrensstufe wurden sonst nicht verwertbare Schaumpolystyrol-Abfälle in Flockenform in einer Menge von 6 kg unter Umgebungsbedingungen in einem Misch- und/oder Transportapparat, z.B. durch Oberflächenbestäubung in einem Betonmischer, aber auch in einem Schneckenförderer mit dem industriellen Abfallprodukt Aktivkohlestaub, der bekanntlich eine hervorragende adsorptive Wirkung besitzt, vermischt.In the first stage of the process otherwise unusable foam polystyrene wastes in flake form in an amount of 6 kg under ambient conditions in a mixing and / or transport apparatus, e.g. by surface pollination in a concrete mixer, but also in a screw conveyor with the industrial waste product activated carbon dust, which is known to have an excellent adsorptive effect mixed.

Die Schaumpolystyrolflocken lagen in Korngröße von 4-10 mm vor. Sie hatten eine Dichte von 25-30kg/m³ und eine Schüttdichte von 15-20 kg/m³. Eingesetzt wurde eine Charge mit einem Volumen von 0,4m³, was einer Anfangsruheschichthöhe von 400 mm entsprach. Beim Mischvorgang wurde die staubförmige Aktivkohle an der rauhen, hochporösen Oberfläche der Schaumpolystyrolflocken so angelagert, daß Mischkornpartikel hergestellt wurden, die etwa 10Ma.-% Aktivkohlestaub enthielten. Dabei wurden die elektrostatischen Kräfte zwischen den Schaumpolystyrolflocken bzw. zwischen den Schaumpolystyrolflocken und den sie umgebenden Wandungen durch ihre Konzentrierung auf die lose Verbindung Schaumpolystyrol/Aktivkohlestaub abgebaut, und die hergestellten Mischkornpartikel wiesen keine Überschüsse an nicht gebundenem Aktivkohlestaub auf, was eine staubarme und völlig gleichmäßige Weiterverarbeitung der zweiten Verfahrensstufe ermöglichte.The foam polystyrene flocks were present in grain size of 4-10 mm. They had a density of 25-30 kg / m ³ and a bulk density of 15-20 kg / m ³ . A batch with a volume of 0.4 m ^{3 was used} , which corresponded to an initial resting layer height of 400 mm. During the mixing process, the dusty activated carbon was attached to the rough, highly porous surface of the foamed polystyrene flocks to produce mixed grain particles containing about 10 mass% activated carbon dust. The electrostatic forces between the Schaumpolystyrolflocken or between the Schaumpolystyrolflocken and the surrounding walls were degraded by their concentration on the loose compound foam polystyrene / activated carbon dust, and the produced mixed grain particles had no excesses of unbound activated carbon dust, resulting in low dust and completely uniform further processing the second stage of the procedure.

In der zweiten Verfahrensstufe wurden die rezepturgerecht hergestellten 6,6kg Mischkornpartikel durch thermische Behandlung unter Fluidisierungsbedingungen auf ihre endgültige Größe und Dichte gebracht. Dazu wurden sie 3 min lang bei einer Temperatur von 160⁰C in einem Luftstrom bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,5m/s so fluidisiert, daß keine Toträume für eventuelle Ablagerungen von Mischkörnern möglich waren. Durch die Sinterung der Schaumpolystyrolflocken erfolgte eine feste Agglomerierung der Aktivkohlenstaubpartikel an der Oberfläche der Schaumpolystyrolflocken und eine Volumenschrumpfung der Mischkornpartikel auf Vu ihres Ausgangswertes, wodurch eine Dichte des Verbundträgermaterials von 365 kg/m³ und eine große poröse Teilchenoberfläche erreicht wurden.In the second stage of the process, the 6.6 kg of mixed grain particles prepared according to the recipe were brought to their final size and density by thermal treatment under fluidizing conditions. For this purpose, they were fluidized for 3 minutes at a temperature of 160 ⁰ C in an air stream at an air velocity of 0.5 m / s so that no dead space for possible deposits of mixed grains were possible. The sintering of the foamed polystyrene foils led to a firm agglomeration of the activated carbon dust particles on the surface of the foamed polystyrene foils and a volume shrinkage of the mixed grain particles to Vu of their initial value, whereby a density of the composite carrier material of 365 kg / m ³ and a large porous particle surface were achieved.

Dadurch und durch die beschriebene lose bindemittelfreie Oberflächenbeschichtung der Schaumpolystyrolflocken mit dem nicht schmelzenden Aktivkohlestaub war es möglich, die Mischkornpartikel mit der klebrigen schmelzweichen Schaumpolystyrolkomponente im Einzelkornstatus zu halten und sie völlig gleichmäßig und verlustfrei zu behandeln.Thereby, and by the described loose binder-free surface coating of the Schaumpolystyrolflocken with the non-melting activated carbon dust, it was possible to keep the mixed grain particles with the sticky foam foamy polystyrene component in single grain status and treat them completely uniform and lossless.

In der dritten Verfahrensstufe wurde das hergestellte Verbundträgermaterial durch kurzzeitige Fluidisierung (etwa 1 min), in einem Luftstrom mit Umgebungstemperatur bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,5 m/s konditioniert, d.h. die bisher nur im Fluidisierungszustnad als Einzelkörper existenten, schmelzweichen, geschrumpften Mischkornpartikel wurden fest. Sie wurden sehr abriebfest und garantierten damit eine lange Lebensdauer als Verbundträgermaterial für Mikroorganismen. Sie konnten der Anaige rieselfähig und staubarm in bester Qualität entnommen werden. Sie waren ohne Nachbehandlung sofort einsetzbar und die damit erreichten Nutzungsparameter der Reaktoren waren wesentlich günstiger als die der nach anderen Verfahren hergestellten Trägermaterialien.In the third stage of the process, the prepared composite support material was conditioned by brief fluidization (about 1 minute) in an ambient temperature air stream at an air velocity of 0.5 m / s, i. the previously only in Fluidisierungszustnad exist as a single body, melted, shrunken mixed grain particles were solid. They were very abrasion resistant and thus guaranteed a long life as a composite carrier material for microorganisms. They could be taken from the Anaige free-flowing and dust-free in the best quality. They could be used immediately without aftertreatment and the utilization parameters of the reactors achieved with them were considerably more favorable than those of the support materials produced by other processes.

Der Energiebedarf für das Verfahren ist wegen der sehr leichten zu fluidisierenden Teilchen und der sehr guten Wärme- und Stoffaustauschbedingungen bei der Fluidisierung im Vergleich zu anderen Verfahren gering. Die in der zweiten Verfahrensstufe benötigte heiße Fluidisierungsluft wurde im Kreislauf geführt, so daß nur geringe Energiemengen für die Aufheizung benötigt wurden und keine Umweltbelastung durch Abgase auftraten.The energy requirement for the process is low because of the very easy particles to be fluidized and the very good heat and mass transfer conditions in the fluidization in comparison to other methods. The hot fluidization air required in the second stage of the process was circulated, so that only small amounts of energy were needed for the heating and no environmental pollution by exhaust gases occurred.

Example 2

Im zweiten Ausführungsbeispiel wird Verbundträgermaterial hergestellt, das für die biologische Denitrifikation bei der Trinkwasseraufbereitung in Aufstrom-Reaktionsanlagen benötigt wurde. Dazu bestand die Aufgabe, ein Verbundträgermaterial für Mikroorganismen'mit einer Dichte von ungefähr 1050kg/m³ herzustellen.In the second embodiment, composite support material is produced which was required for biological denitrification in drinking water treatment in upflow reaction plants. The object was to produce a composite carrier material for microorganisms with a density of approximately 1050 kg / m ³ .

Zu diesem Zweck wurden zusätzlich zu den in Beispiel 1 beschriebenen Komponenten weitere Komponenten in Form mehrerer Feinkorn-Sandfraktionen mit Dichten zwischen 2700 und 3000 kg/m³ in der ersten Verfahrensstufe zugemischt.For this purpose, in addition to the components described in Example 1, further components in the form of a plurality of fine-grained sand fractions with densities between 2700 and 3000 kg / m ^{3 were added} in the first process stage.

Diese aus drei Komponenten hergestellten Mischkompartikel (Schaumpolystyrolflocken, Aktivkohlestaubpartikel, Sand in Feinkör.nungen), die eine ungefähr 2,5mal größere Dichte als im Beispiel 1 aufwiesen bei gleichem Sinterkorndurchmesser von 4-10 mm, wurden in der zweiten Verfahrensstufe bei 165⁰C und bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,8m/s 4min lang fluidisiert.These three-component Mischkompartikel (foam polystyrene flocks, activated carbon dust particles, sand in Feinkör.nungen), which had about 2.5 times greater density than in Example 1 with the same sintered grain diameter of 4-10 mm, were in the second stage at 165 ⁰ C and Fluidized at an air velocity of 0.8m / s for 4min.

Die zur Feineinstellung der geforderten Dichte erforderlichen Restsandmengen wurden in etwas größerer Körnung oberhalb der Wirbelschicht direkt in die heiße Fluidisationszone gegeben und agglomerierten aufgrund ihres größeren Impulses innerhalb von 1 min an den schmelzweichen schrumpfenden Mischkornpartikeln.The residual sand amounts required for the fine adjustment of the required density were introduced in a slightly larger granulation above the fluidized bed directly into the hot fluidization zone and agglomerated due to their larger momentum within 1 min at the melt-shrinking mixed grain particles.

In der dritten Verfahrensstufe erfolgte die Behandlung analog zum Beispiel 1 durch Fluidisierung mit Umgebungsluft bei einer Fiuidisierungsluftgeschwindigkeit von 0,8m/s.In the third process stage, the treatment was carried out analogously to Example 1 by fluidization with ambient air at a Fiuidisierungsluftgeschwindigkeit of 0.8 m / s.

Claims

Process for the preparation of a highly porous granular composite substrate for biotechnological processes, in which the composite takes place by binder-free solid deposition of small particles of suitable materials on the large-pored, rough surface of a coarse sintered component, characterized in that in the first process stage by loose attachment of the small particles at least one on the large pore rough surface of the grains of a sintered component below their softening temperature to agglomerating component separate mixed grain particles with 5-20 wt .-% of small particles of each component to be agglomerated are produced, in the second process stage at its 0.2-0.3fachen discharge be fluidized at an initial rest layer height in the fluidized bed apparatus of 0.3-0.6 m, and their volume at 0-30 K above the melting temperature of the sintered component within 2-5 min while maintaining their separate state is shrunk to Vw- ¹ /20, and in the third process stage at the same fluidization rate at a temperature of at least 10-20 K below the softening temperature within 1 to 5min free-flowing conditioned.

Field of application of the invention

The invention relates to a method for producing a highly porous granular composite support material for biotechnological processes, eg. As for the settlement of microorganisms, which can be used very advantageously in all biotechnological processes in which microorganisms are to be retained and concentrated in the reaction space.

The composite support material is particularly suited for high hydraulic turbulence processes (eg, upflow, downflow, loop reactors, filters, wastewater treatment), as well as for processes requiring immobilization of microorganisms for specific material transformations or product syntheses.