DD296261A5 - Verfahren zur biosorption von schwermetallen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Biosorption von Schwermetallen und beinhaltet die Steigerung der Sorptionskapazitaet bei der mikrobiellen Sorption von Metallen, bevorzugt Schwermetallen aus waeszrigen Loesungen. Das Ziel des Verfahrens besteht darin, in kuerzester Zeit eine moeglichst quantitative Abreicherung der Metallverbindungen in der waeszrigen Phase und eine moeglichst hohe Beladungskonzentration auf dem biologischen Material zu erreichen. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe geloest, indem man als Sorbent verwendeten biologischem Material ein zweites biologisches Material direkt oder in einer Vorbehandlungsstufe zugesetzt wird, das selbst biologisch abbaubar ist. Der Zusatz dieses biologisch leicht abbaubaren Materials erhoeht die Saettigungsbeladung bis ca. 30% und verbessert die Staerke der Bindung an das biologische Material bei moeglicher Senkung der erforderlichen Kontaktzeit zwischen Adsorbens und Adsorptiv.{Sorptionskapazitaet; Schwermetall; Metall; biologisches Material; Sorption; waeszrige Loesung; Beladungskonzentration; Rhamnolipid}

Description

Anwendung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Metallen und ihren Verbindungen aus verdünnten wäßrigen Lösungen mit Hilfe von Mikroorganismen bzw. mikrobiologischem Material. Sie kann bevorzugt in der Abwassertechnologie, in der Metallurgie, der chemischen und pharmazeutischen Industrie angewendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Abwässer metallurgischer und chemischer Verfahren, Prozeßwässer der verschiedensten Art und Herkunft enthalten Schwermetall-Verbindungen, von denen eine große Anzahl von volkswirtschaftlichem Wert sind, gleichzeitig aber auch umweltbelastend wirken. Die Abgabe derartiger Abwässer ohne Vorbehandlung wird demzufolge immer weiter eingeschränkt.

Neue Technologien zur Abtrennung und Rückgewinnung von Metallen und ihren Verbindungen müssen eingesetzt werden.

Neben den traditionellen physikalisch-chemischen Verfahren finden zunehmend biotechnologische Wirkprinzipien Eingang in die Praxis. Hierbei wird die Fähigkeit toter, stoffwechselinaktiver oder lebender Biomassen bzw. biologischer Materialien zur Bindung und Speicherung von Metallen genutzt.

Vergleicht man die Metallbindungskapazitäten wachsender, ruhender oder toter Zellen miteinander, so weist ruhendes oder totes Zellmaterial eine wesentlich höhere Beladungskonzentration auf, als wachsende, stoffwechselaktive Mikroorganismen.

Deshalb wird bevorzugt ruhendes oder totes biologisches Material zur Sorption verwendet. Nachteil aller dieser Verfahren ist, daß die Sorptionskapazität organismenspezifisch mehr oder weniger festgelegt ist.

Durch verschiedene Verfahren der Vorbehandlung, die auf der extraktiven Entfernung von Zeilinhaltsstoffen bzw. Zellbestandteilen beruhen, läßt sich die maximal erreichbare Beladungskapazität erhöhen, so nach einem Verfahren gemäß GB-PS 2168076 durch eine alkalische Vorbehandlung der als Adsorbens verwendeten Biomasse oder durch die Abtrennung des Lipidanteiles durch Methanol/Chloroform-Extraktion. Solche Verfahren haben den Nachteil, daß eine aufwendige Abtrennung der Biomasse aus dem Fermentationsmedium erfolgen muß und Chemikalienzusatz und Abproduktanfall die zusätzliche Verfahrensstufe ökonomisch belasten.

Eine mechanische Beeinflussung von Zelloberfläche und Zellinnerem verringert diese Nachteile, erfordert aber erhöhte Energieaufwendungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Erhöhung der Sorptionskapazität von Biosorbentien, die zur mikrobiellen Sorption von Metallen und ihren Verbindungen aus verdünnten wäßrigen Lösungen eingesetzt werden, wobei niedrige Kosten und eine weitgehende Entfernung der Metalle in kürzester Zeit angestrebt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, geeignete Absorbentien auszuwählen und einzusetzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem dem als Adsorbens vorgesehenen biologischen Material vor ihrer Verwendung im Sorptionsverfahren oder parallel dazu ein weiteres biologisches Material, ein Rhamnolipid zugemischt wird, das biologisch abbaubar ist und dessen Zugabe sowohl im schwermetallfreien Biomassekonzentrat als auch direkt im schwermetallhaltigen Abwasser erfolgen kann.

Im Gegensatz zu anderen Materialien mit Tensidwirkung bewirkt der Einsatz von Rhamnolipid eine Verbesserung der Schwermetallaufnahme durch das biologische Material.

Das Rhamnolipid kann z. B. gemäß DD-WP 234689 oder DD-WP 235461 gewonnen werden. Mit seinem Einsatz kann die Beladungskapazität ohne großen apparativen Aufwand bei geringer Zugabemenge bis um 30% gesteigert werden und die Selektivität der Bindung, ausgedrückt im Verteilungskoeffizienten D wächst bis zu 30%. Das alles bei biologischem Abbau des Rhamnolipids in jeder Abwasserreinigungsanlage, wobei im ersten Schritt Rhamnose abgespalten wird.

Ausführungsbeispiele

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung noch näher.

Beispiel 1

Gefriergetrocknete Biomasse der Kultur ZIMET10775 wurde in destilliertem Wasser aufgeschlämmt und Rhamnolipid zugegeben, so daß folgende Konzentrationen vorlagen:

BTS =50 g/l

Rhamnolipid = 1 g/l

Daraufhin wurde die Suspension 10min bei T = 20°C gerührt und anschließend zur Uranium-Sorption eingesetzt. Eine Uranyl-Stammlösung wurde so zugemischt, daß sich eine Biomassekonzentration von 1 g/l und eine Uraniumkonzentration von 400mg/l ergaben. Die Sorptionszeit betrug eine Stunde beiT = 20°C, wobei nach 1, 5,15, 30 und 60 Minuten zur Uraniumbestimmung Flüssigproben entnommen wurden, in denen nach Zentrifugation photometrisch die Uraniumkonzentration über den Arsenazo-(lll)-komplex bestimmt wurde. Gegenüber der Vergleichsprobe ohne Rhamnolipidzugabe unter ansonsten identischen Bedingungen erhöhte sich die Beladungskapazität um 25% und der Verteilungskoeffizient D wuchs um 133%. (Für die Sorptionszeit von einer Stunde ergab sich ein a^u von 163,8 zu 131 und ein Verteilungskoeffizient D von 3467ml/g zu 1488ml/g).

Beispiel 2

Zu einem kadmiumhaltigen Abwasser mit 100 mg Cd/l wurde direkt Rhamnolipid entsprechend einer Konzentration von 10mg/l zugegeben. Gleichzeitig wurde als Sorbens die Bakterienkultur ZIMET 11070 zugegeben, so daß sich eine Biomassekonzentration von 2g/l einstellte. Nach 30 Minuten Sorption ergab die mit Rhamnolipid versetzte Kadmiumlösung eine um 8,2% höhere Beladung als die Standardprobe (α" = 43,3 zu α" = 40 mg/g).

Beispiel 3

Eine konzentrierte Biomassesuspension mit 80g IMET B 346/I die Rhamnolipid enthielt, wurde 5 Minuten bei einer Temperatur von 50⁰C gerührt und dann mit einem uranhaltigen Abwasser versetzt, so daß sich folgende Parameter ergaben:

Uranium-Konzentration =400mg/l

Biomasse-Konzentration =2 g/l

Rhamnolipid-Konzentration =0,002%, bezogen auf Biomasse

pH-Wert = 4,2

Bei einer Sorptionszeit von 15 min wurde für das System eine Beladung von 163,4mg U/g BM im Vergleich zur Standardprobe mit c#> = 154,9mg U/g ermittelt, während D von 3427 auf 5025ml/g wuchs. Das entspricht prozentualen Steigerungen von 5,55% für die Beladung und 69,97% für den Verteilungskoeffizienten D.

Claims (4)

1. Verfahren zur Biosorption von Schwermetallen aus wäßrigen Lösungen unter Verwendung von mikrobiellen Biomassen als Adsorbent, gekennzeichnet dadurch, daß zu der verwendeten mikrobiellen Biomasse ein weiteres biologisch abbaubares Material zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als weiteres biologisch abbaubares Material Rhamnolipid zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Rhamnolipid im Verhältnis von 1CT⁵ bis 5 · 1CT¹ g/g Biomasse zur mikrobiellen Biomasse zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Rhamnolipid gemeinsam mit der mikrobiellen Biomasse der wäßrigen Lösung zugesetzt wird.