DD298766A5 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR MICROBIAL HEAVY METAL REMOVAL FROM WASTEWATERS - Google Patents

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DD298766A5
DD298766A5 DD89336738A DD33673889A DD298766A5 DD 298766 A5 DD298766 A5 DD 298766A5 DD 89336738 A DD89336738 A DD 89336738A DD 33673889 A DD33673889 A DD 33673889A DD 298766 A5 DD298766 A5 DD 298766A5
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wastewater
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DD89336738A
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Willi Neumann
Gunhild Straube
Horst Kliche
Bernd Weidner
Hartmut Gransow
Joerg Schmidt
Rolf Dueresch
Hans-Peter Richter
Uta Sauter
Kurt Froebus
Carsten Hampel
Original Assignee
Chemie Ag Bitterfeld-Wolfen,De
Technische Hochschule "Carl Schorlemmer" Leuna-Merseburg,De
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  • Water Treatment By Sorption (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Eliminierung von Schwermetallen und Schwermetallverbindungen aus Industrieabwaessern durch Sorption an Biomasse. Schwermetalle und Schwermetallverbindungen werden durch Sorption an Biomasse zur Entlastung der Umwelt und zur Wertstoffrueckgewinnung, mit Hilfe einer einfach gebauten technischen Anordnung entfernt. Schwermetalle und Schwermetallverbindungen werden bei Umgebungstemperatur und Normaldruck an Biomasse sorbiert. Die eingesetzte Biomasse wird auf waeszrigen Naehrmedien (z. B. Abwaessern) angezogen und in suspendierter Form bei einem bestimmten Konzentrationsniveau und p H-Bereich in eine technische Anordnung, bestehend aus einem Saeurevorlagebehaelter, einem Abwasserdeponiebehaelter, einem Biosorptionsreaktor und Fest-Fluessig-Trenneinheiten, die gemaesz Fig. 1 miteinander gekoppelt sind, eingebracht. In der technischen Anordnung erfolgt die Abreicherung des Abwassers effektiv und oekonomisch. Der erfolgten Abreicherung schlieszt sich eine Wertstoffrueckgewinnung an. Durch die gewaehlte Bauform und Dimensionierung kann der Anreicherungsprozesz von Schwermetallen und Schwermetallverbindungen aus Abwaessern bereits nach sehr kurzer Zeit abgeschlossen werden.{Industrieabwaesser; Schwermetallelimination; Mikroorganismensuspension; Biosorptionsverfahren; Biosorptionsreaktor; Fest-Fluessig-Trenneinheit; Umweltentlastung; Wertstoffrueckgewinnung}The invention relates to a method and an arrangement for the elimination of heavy metals and heavy metal compounds from industrial wastewater by sorption on biomass. Heavy metals and heavy metal compounds are removed by sorption on biomass to relieve the environment and recover valuable materials, with the help of a simple-built technical arrangement. Heavy metals and heavy metal compounds are sorbed at ambient temperature and atmospheric pressure to biomass. The biomass used is attracted to aqueous nutrient media (eg waste water) and suspended in a specific concentration level and p H range in a technical arrangement consisting of a Saeurevorlagebehaelter, a Abwasserdeponiebehaelter, a Biosorptionsreaktor and solid-liquid separation units, the gemaesz Fig. 1 are coupled together introduced. In the technical arrangement, the depletion of the wastewater takes place effectively and economically. The depletion is followed by a recovery of valuable material. Due to the chosen design and dimensioning, the enrichment process of heavy metals and heavy metal compounds from waste waters can be completed in a very short time. {Industrial wastewater; Heavy metal elimination; Microorganism suspension; biosorption; Biosorptionsreaktor; Solid-liquid separation unit; Environmental impact; Wertstoffrueckgewinnung}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein verfahren und eine technische Anordnung zur Eliminierung von Schwermetallen und Schwermetallverbindungen aus Abwässern für ein Verfahren, bei dem Schwermetalle und Schwermetallverbindungen, durch auf einem geeignetem Nährmedium (z. B. Abwässer) gezogene Biomasse sorptiv zur Entlastung der Umwelt und zur Werkstoffrückgewinnung entfernt werden.The invention relates to a method and a technical arrangement for the elimination of heavy metals and heavy metal compounds from wastewater for a process in which heavy metals and heavy metal compounds, by biomass drawn on a suitable nutrient medium (eg wastewater) sorptively removed to relieve the environment and for material recovery become.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Die Rückgewinnung von Metallen aus niedrig konzentrierten Lösungen dient im wesentlichen folgenden Zielstellungen:The recovery of metals from low concentration solutions serves essentially the following purposes:

1. einer Weiterbildung durch die Wiederverwendbarkeit der gewonnenen Metalle und ν1. a further education through the reusability of the recovered metals and ν

2. der Abwasserreinigung durch die Entfernung der Schwermetalle aus den Abwässern.2. Wastewater treatment by the removal of heavy metals from the wastewater.

Idealerweise befriedigt ein Verfahren beide Zielstellungen, d. h. die Rückgewinnung von Schwermetallen bei gleichzeitiger Abwasserreinigung.Ideally, a method satisfies both objectives, i. H. the recovery of heavy metals with simultaneous wastewater treatment.

Die häufigsten in der industriellen Praxis angewandten Verfahren zur Entfernung von Metallen aus niedrig konzentrierten Lösungen sind:The most common methods used in industrial practice to remove metals from low concentration solutions are:

- Fällung- Precipitation

- Adsorption- Adsorption

- Elektrolyse- electrolysis

- Membranverfahren- Membrane method

- lonenaustauschverfahren- ion exchange method

- bekannte biotechnologische Verfahren- known biotechnological processes

Bei der Nutzung des Fällungsprinzips zur Metallentsorgung ist vor allem wegen der geringen Toxizität der anfallenden schwerlöslichen Verbindungen die Hydroxidfällung weiterverbreitet und vielfach eine gute Möglichkeit zur Entfernung von Metallen aus wäßrigen Abprodukten. Besondere Schwierigkeiten entstehen hierbei, wenn bestimmte Grenzwerte (z. B. bei Quecksilber kleiner/gleich 0,05 mg Quecksilber/l Abwasser) einzuhalten sind. Eine weitere markante Eigenschaft der Fällungsreaktionen ist, daß die resultierenden Metallsalz-Niederschläge vorwiegend in fein- oder kolloiddisperser Form vorliegen. Die elektrostatischen Abstoßungskräfte sind zwar gut stabilisiert, aber die Sedimentation erfolgt dadurch nur sehrWhen using the precipitation principle for metal disposal, especially due to the low toxicity of the resulting sparingly soluble compounds, the hydroxide precipitation is more widespread and often a good way to remove metals from aqueous waste products. Particular difficulties arise when certain limit values (eg with mercury less than or equal to 0.05 mg mercury / l waste water) must be observed. Another striking feature of the precipitation reactions is that the resulting metal salt precipitates are predominantly in fine or colloidally disperse form. Although the electrostatic repulsive forces are well stabilized, sedimentation is very low

langsam. Um eine bessere Sedimentation und Filtration zu erreichen, müssen Flockungsmittel zugesetzt werden, wodurch mandamit immer mit organischen Substraten verunreinigte Metallsalz-Niederschläge erhält, deren Aufarbeitung bis zum Werkstoff3ich sehr schwielig gestaltet bzw. unmöglich ist.slowly. In order to achieve better sedimentation and filtration, flocculants must be added, whereby mandamit always receives metal salt precipitates contaminated with organic substrates, the work-up of which up to the material is very callous or impossible.

Die Adsorption wird zur Entfernung von Schwermetallen und Schwermetallverbindungen aus niedrig konzentriertenThe adsorption is for the removal of heavy metals and heavy metal compounds from low concentrated

metall! altigen Lösungen nur vereinzelt angewandt. Solche Verfahren sind beschrieben für den Einsatz folgendermetal! old solutions only occasionally applied. Such methods are described for the use of the following

Adsorb arsubstanzen:Adsorb substances:

- Braunkohle (GMA: Glasformen und Maschinen GmbH Firmenunterlagen, A 8580 Röflach)- Lignite (GMA: Glasformen und Maschinen GmbH Firmenunterlagen, A 8580 Röflach)

- Holzkohle (JP 58128188)- Charcoal (JP 58128188)

- Knochenkohle (JP 7493214)- Bone coal (JP 7493214)

- Torf (DE-OS 2263047)- peat (DE-OS 2263047)

- Asche (DD-WP 146444)- Ash (DD-WP 146444)

- Ruß (P.S.Poklonski etal. Tset Metal,45 [1972], 1, S.40)Carbon black (P.S. Poklonski et al. Tset Metal, 45 [1972], 1, p.40)

- Graphitpulver (SU 569316)- Graphite powder (SU 569316)

Dieses Entsorgungsprinzip wird aber aus folgenden Gründen nur vereinzelt angewandt. Solche Gründe sind:However, this disposal principle is only occasionally used for the following reasons. Such reasons are:

- geringe Aufnahmekapazitäten der Adsorbersubstanzen- Low absorption capacities of Adsorbersubstanzen

- geringe Standzeiten der Adsorber- Short life of the adsorber

- notwendige Vorbehandlungen dieser Adsorptionsmittel und- necessary pretreatments of these adsorbents and

- häufig nicht zu umgehende Deponierung der Rückstände.- Often not to immediate landfill of the residues.

Darüber hinaus sind auch elektrolytische Verfahren zur Gewinnung von Metallen aus wäßrigen Lösungen bekannt. Insbesondere dienen sie der Rückgewinnung von Edelmetallen aus nicht mehr brauchbaren Elektrolyten, Inhalten von Spülbädern und konzentrierten Spülwässern. Diese elektrolytischen Verfahren sind für die Rückgewinnung von unedlen Metallen bei niedrigen Konzentrationen nicht wirtschaftlich.In addition, electrolytic processes for the recovery of metals from aqueous solutions are known. In particular, they serve the recovery of precious metals from no longer usable electrolytes, contents of rinsing baths and concentrated rinsing waters. These electrolytic processes are not economical for the recovery of base metals at low concentrations.

Von den zahlreichen heute im Gebrauch befindlichen Membrantrennverfahren für die Metallanreicherung und damit für die Entsorgung metallhaltiger Lösungen kommen vor allem die Umkehrosmose und die Elektrodialyse in Betracht. Ein Vorteil der Membranverfahren besteht darin, daß die in Abwässern gelösten Metalle konzentriert werden können, ohne daß es wie bei den lonenaustauschverfahren zur Aufsalzung des geklärten Abwassers kommt. Nachteilig ist, daß sie wenig selektiv wirken und in der Regel je nach angewandten Membrantrennverfahren weitere Nachbehandlungen zum Erreichen der geforderten Abwasserqualitäten notwendig sind.Of the numerous membrane separation processes in use today for metal enrichment and thus for the disposal of metal-containing solutions, especially reverse osmosis and electrodialysis come into consideration. An advantage of the membrane processes is that the metals dissolved in effluents can be concentrated without salting up the clarified effluent as in the ion exchange processes. The disadvantage is that they have a less selective effect and, depending on the membrane separation process used, further after-treatments are usually necessary to achieve the required effluent qualities.

Die Probleme der lonenaustauschverfahren mit festen Austauscherharzen bestehen in der Regenerierbarkeit der Harze, insbesondere beim Austausch von Schwermetallen. Dies und eine nicht befriedigende Selektivität haben bislang einen weitverbreiteten Einsatz der Ionenaustauscherharze zur Schwermetallontsorgung verhindert.The problems of the ion exchange processes with solid exchange resins are the regenerability of the resins, especially in the exchange of heavy metals. This and unsatisfactory selectivity have hitherto prevented widespread use of ion exchange resins for heavy metal charging.

Die auf der Basis von flüssigen Ionenaustauschern arbeitenden lonenaustauschverfahren, bei denen zwischen Solvent-Extraktion und der FlUssigmembran-Permeation unterschieden wird, zeichnen sich dagegen durch hohe Flexibilität aus. Es sind metallspezifische flüssige Ionenaustauscher herstellbar und ein Einsatz in komplex zusammengesetzten Abwässern möglich. Die lonenaustauschverfahren sind auch zukünftig wegen hoher Invest- und Betriebskosten und wegen der nach der lonenaustauschbehandlung noch im Abwasser verbleibenden Metallkonzentration, die insbesondere bei den stark toxischen Metallen Quecksilber und Cadmium über den geforderten Grenzkonzentrationen liegt, nicht überall anwendbar. Neben den bisher genannten Verfahren sind auch Möglichkeiten zur biotechnologischen Entfernung von Schwermetallen und Schwermetallverbindungen bekannt. Dabei wird im wesentlichen die Fähigkeit von Biomassen genutzt, Schwermetalle und Schwermetallverbindungen zu sorbieren. Die Biomasse wird mit dem metallhaltigen Abwasser kontaktiert und unter Einhaltung bestimmter pH-Wertbereiche und Temperaturbereiche erfolgt in der Regel über längere Zeiträume die Akkumulation der Schwermetalle und Schwermetallverbindungen an bzw. in die Biomasse. Als Biomassen sind verschiedene Bakterien und/oder Hefen geeignet. Nach Abtrennung der metallhaltigen Biomasse vom geklärten Abwasser, mittels üblichen Methoden wie Filtration, Zentrifugaticn u.a. erfolgt in der Regel über thermische Verfahren die Metallrückgewinnung bzw. die Biomasseaufarbeitung. Die Anzucht der verwendeten Biomasse kann dabei sowohl im metallhaltigen Abwasser als auch in speziellen mineralischen Nährmedien erfolgen. Bei der biotechnologischen Entfernung von Quecksilber und ' Quecksilberverbindungen entstehen bei den meisten bekannten biotechnologischen Verfahren leichtflüchtige toxische organische Quecksilberverbindungen bzw. sind die erreichten Aufnahmeraten für Schwermetalle pro Gramm Biomassetrockensubstanz zu gering und die Kontaktzeiten unvertretbar groß. In DD 225415 erfolgt die Entfernung von Quecksilber durch Sorption an lebenden, ruhenden oder toten Mikroorganismen wie Hefen, Bakterien oder Mischpopulationen beider durch einen Zweistufenprozeß. Während der 1. Stufe erfolgt die Züchtung der Biomasse auf den unterschiedlichen Substanzen in einem quecksilberfreien Mineralmedium. In dor 2. Stufe wird der Sorpticnsprozeß nach Kontaktieren dieser Biomasse mit dem quecksilberhaltigen Abwasser nach intensiver Vormischung im alkalischen Bereich zwischen pH 7 und 10 durchgeführt. Eine Sorptionsfähigkeit von 78 bis 109mg Quecksilber pro g Biomassetrockensubstanz wird erzielt, wobei ein maximaler Aufkonzentrierungsgrad an Biomasse durch eine gezielte verfahrenstechnische Gestaltung erreicht werden kann. Laut DD 225418 besteht darüber hinaus die Möglichkeit, spezielle quecksilberressistente Mikroorganismenstämme entweder über den o. g. Zweistufenprozeß einzusetzen oder aber direkt in dem quecksilberhaltigen Abwasser zu züchten und somit Anzucht und Quecksilberakkumulation in einer Stufe ablaufen zu lassen.By contrast, the ion exchange processes based on liquid ion exchangers, in which a distinction is made between solvent extraction and liquid membrane permeation, are characterized by high flexibility. There are metal-specific liquid ion exchangers to produce and use in complex wastewater possible. The ion exchange processes are also in the future due to high investment and operating costs and because of the remaining after the ion exchange treatment metal concentration, which is especially in the highly toxic metals mercury and cadmium above the required limit concentrations, not applicable everywhere. In addition to the previously mentioned methods, possibilities for the biotechnological removal of heavy metals and heavy metal compounds are also known. Essentially, the ability of biomass to sorb heavy metals and heavy metal compounds is used. The biomass is contacted with the metal-containing wastewater and while adhering to certain pH ranges and temperature ranges, the accumulation of heavy metals and heavy metal compounds on or into the biomass generally takes place over relatively long periods of time. As biomasses various bacteria and / or yeasts are suitable. After separation of the metal-containing biomass from the treated wastewater, by conventional methods such as filtration, Zentrifugaticn u.a. As a rule, the metal recovery or biomass processing takes place via thermal processes. The cultivation of the biomass used can be carried out both in metal-containing wastewater and in special mineral nutrient media. In the biotechnological removal of mercury and 'mercury compounds arise in most known biotechnological processes volatile organic toxic mercury compounds or the uptake rates for heavy metals per gram biomass dry matter are too low and the contact times unreasonably large. In DD 225415, the removal of mercury by sorption on living, dormant or dead microorganisms such as yeasts, bacteria or mixed populations both by a two-step process. During the 1st stage, the biomass is grown on the different substances in a mercury-free mineral medium. In the second stage, the sorptive process is carried out after contacting this biomass with the mercury-containing wastewater after intensive premixing in the alkaline range between pH 7 and 10. A sorption capacity of 78 to 109 mg mercury per g biomass dry substance is achieved, whereby a maximum degree of concentration of biomass can be achieved by a targeted procedural design. According to DD 225418 there is also the possibility of using special mercury-resistant strains of microorganisms either via the o. G. Use two-step process or directly in the mercury-containing wastewater to breed and thus run off cultivation and mercury accumulation in one stage.

Es werden Quecksilbergehalte von 90 bis 100mg/g Biomassetrockensubstanz bei ähnlichen Reaktionsbedingungen wie in DD 225415 erreichtMercury contents of 90 to 100 mg / g biomass dry substance are achieved under similar reaction conditions as in DD 225415

Nach DD 225443 erfolgt die Akkumulation von Quecksilber bei einem pH-Wert zwischen 3 und 8. According to DD 225443, the accumulation of mercury takes place at a pH of between 3 and 8.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens und einer unkompliziert aufgebauten, effektiv und sicher arbeitenden technischen Anordnung für dieses Verfahren zur Eliminierung von Schwermetallen und Schwermetallverbindungen aus Abwässern durch deren Sorption an Biomasse zur Entlastung der Umwelt und zur Werkstoffrückgewinnung aus Abwässern mittels einer einfachen verfahrenstechnischen Gestaltung.The aim of the invention is the development of a method and an uncomplicated constructed, effective and safe working technical arrangement for this method for the elimination of heavy metals and heavy metal compounds from wastewater by their sorption on biomass to relieve the environment and to recover material from wastewater by means of a simple procedural design.

-3- 298 766 Darlegung des Wesens der Erfindung-3- 298 766 Presentation of the Essence of the Invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren mit geregeltem Verhältnis von Biomassesuspensionsstrom und Abwasserstrom und eine einfach aufgebaute flexible einsetzbare und mit niedrigen Kosten und hohem Wirkungsgrad arbeitende technische Anordnung für die Entfernung' η Schwermetallen und Schwermetallverbindungen aus Abwässern zur Entlastung der Umwelt und zur Werkstoffrückgewinnung zu entwickeln und zu schaffen, die es gestatten unter Nutzung mikrobieller Sorptionsprozesse Schwermetalle und Schwermetallverbindungen bis auf eine vorgegebene Restkonzentration aus Industrieabwässern zu entfernen und diese einer Werkstoffrückgewinnung zuzuführen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein eingestellter schwermetallhaltiger Abwasserstrom V) und ein in wäßriger Phase vorliegender geregelter Biomassesuspensionsstrom V2 kontinuierlich in so einem Verhältnis miteinander vermischt werden, daß in einem Biosorptionsreaktor hochturbulente Strömungsfelder entstehen. Das schwermetallhaltige Industrieabwasser wird gemäß Figur 1 in einem als Puffergefäß fungierendem geschlossenen Deponiebehälter (2) gesammelt und durch geregelte Zugabe von Säure, vorzugsweise Schwefelsäure auf einen pH-Wertbereich von 1,5 bis 8 eingestellt. Säurevorlagebehälter (1) und Deponiebehälter sind unter Berücksichtigung der zur Realisierung des Verfahrens notwendigen Stoffströme so bemessen, daß sie bei Unterbrechung der Abwasser- und/oder Säurezufuhr für eine endliche Zeit als Puffersysteme zur Aufrechterhaltung des Anlagenbetriebes genutzt werden können. Im Deponiebehälter (2) wird durch geeignete technische Vorrichtungen ein intensives Durchmischen des Deponiebehälters mit gleichzeitigem pH-Wertgradientenabbau realisiert. Kontinuierlich wird das auf den pH-Wertbereich von 1,5 bis 8, vorzugsweise auf den pH-Wert von 3, eingestellte schwermetallhaltige Abwasser aus dem Deponiebehälter (2) in den Kopfbereich des Biosorptionsreaktors (3) gefördert. Durch eine Regeleinrichtung wird ein definiert voi gegebener schwermetallhaltiger Abwasservolumenstrom (V1) eingestellt und konstant gehalten. Mit Hilfe einer in einem weiteren Rohrleitungssystem installierten Pumpe (5) wird gleichzeitig und kontinuierlich ein definierter Volumenstrom (V2) der in bestimmter Konzentration Biomasse enthält, in den Kopfbereich des Biosorptionsreaktors (3) geleitet und durch eine Regeleinrichtung (6) konstant gehalten. Die beiden Volumenströme Vi und V2 werden so gestaltet, daß beim Aufeinandertreffen der Volumenströme Vt und V2 hochturbulente Strömungsfelder (Re sehr viel größer als 2300) entstehen und so eine starke Durchmischung erfolgt.The invention has for its object a method with controlled ratio of biomass suspension flow and wastewater flow and a simple design flexible deployable and operating at low cost and high efficiency technical arrangement for the removal 'η heavy metals and heavy metal compounds from wastewater to relieve the environment and to recover material and to provide, by using microbial Sorptionsprozesse to remove heavy metals and heavy metal compounds to a predetermined residual concentration of industrial wastewater and supply them to a material recovery. The object is achieved in that a set heavy metal waste stream V) and a present in the aqueous phase controlled Biomassesuspensionsstrom V 2 are continuously mixed in such a ratio that arise in a Biosorptionsreaktor highly turbulent flow fields. The heavy metal-containing industrial wastewater is collected according to Figure 1 in a functioning as a buffer vessel closed landfill container (2) and adjusted by controlled addition of acid, preferably sulfuric acid to a pH range of 1.5 to 8. Acid reservoir (1) and landfill containers are dimensioned taking into account the material flows necessary for the realization of the method so that they can be used for interruption of the waste water and / or acid supply for a finite time as buffer systems for maintaining the operation of the plant. In the landfill container (2) an intensive mixing of the landfill container with simultaneous pH gradient reduction is realized by suitable technical devices. Continuously adjusted to the pH range of 1.5 to 8, preferably to the pH of 3, adjusted heavy metal wastewater from the landfill container (2) in the head of the Biosorptionsreaktors (3). By means of a regulating device, a defined waste water volume flow (V 1 ) containing heavy metals is set and kept constant. With the aid of a pump (5) installed in another pipeline system, a defined volume flow (V 2 ) containing biomass in a certain concentration is simultaneously and continuously passed into the head region of the biosorption reactor (3) and kept constant by a control device (6). The two volume flows Vi and V 2 are designed in such a way that when the volume flows Vt and V 2 meet, highly turbulent flow fields (Re much greater than 2300) are formed and thus a thorough mixing takes place.

Überraschenderweise wurde gefu,. Jen, daß durch ein derartiges Gestalten der beidan Volumenströme V1 und V2 im Sorptionsreaktor der Sorptionsprozeß und die Akkumulation der im Abwasser enthaltenen Schwermetalle und der Schwermetallverbindungen nach kurzer Zeit, maximal 10min, bei Umgebungstemperatur und unter Normaldruck abgeschlossen ist. Dabei wird das im Abwasser enthaltene Schwermetall sorptiv in der Größenordnung von größer 6 mg pro g suspendierter Biomassetiockensubstanz gebunden und der Restschwermetallgehalt im Abwasser bis unter 1 mg Schwermetall pro I Abwasser abgereichert, wenn die Volumenströme V1 und V2 kontinuierlich und geregelt in so einem Verhältnis zueinander in den Biosorptionsreaktor eingeleitet werden, daß pro Liter Gemisch Vi und V2 für 10mg Schwermetall 1 g Biomassetrockensubstanz eingesetzt wird. Als sorptionsfähige Biomassen sind beispielsweise Mikroorganismenstämme der Gattungen Azetobacter, Methylbacillus, Yarrowia u.a. bzw. Mischpopulationen der eben genannten einsetzbar. Das den Sorptionsreaktor verlassende Gemisch aus suspendierter mit Schwermetall beladener Biomasse und den vom Schwermetall abgesichertem Abwasser wird einer Fest-Flüssig-Trennung mittels üblicher Trennvorrichtungen zugeführt. In diese Trennvorrichtung (4) gelangt die Suspension aus Abwasser und schwermetallhaltiger Biomassse. Nach der Fest-Flüssig-Trennung (4) wird mindestens ein Drittel der abgetrennten schwermetallbeladenen Biomasse geregelt über ein Bypass-Rohrieitungssystem (7) dem Biomassesuspensionsstrom V2 direkt oder dem Kopfbereich des Biosorptionsreaktors (3) wieder zugeführt. Die Rezirkulation der teilbeladenen Biomasse erfolgt in Abhängigkeit vom erreichten Beladungsgrad der Biomasse bzw. von der Schwermetallkonzentration des Abwassers ein- oder mehreremal. Durch die erneute Kontaktierung der teilbeladenen Biomasse mit dem Abwasservolumenstrom Vi im Kopfbereich des Biosorptionsreaktors (3) wird eine höhere Beladung der Biomasse mit dem zu entsorgenden Schwermetall und damit der erforderliche Entsorgungsgrad des Abwassers sowie eine ökonomische Werkstoffrückgewinnung aus der beladenen Biomasse erreicht. Darüber hinaus ermöglicht die Rückführung beladener Biomasse eine Reduzierung der im Volumenstrom V2 eingesetzten unbeladenen Biomasse.Surprisingly, it was gefu. Jen, that is completed by such a design of the beidan volume flows V 1 and V 2 in the sorption of the sorption process and the accumulation of heavy metals and heavy metal compounds contained in the waste after a short time, a maximum of 10min, at ambient temperature and under normal pressure. Here, the heavy metal contained in the wastewater is sorptively bound in the order of greater than 6 mg per g of suspended Biomassetiockensubstanz and depleted residual heavy metal content in wastewater to less than 1 mg of heavy metal per I wastewater, if the flow rates V 1 and V 2 continuously and regulated in such a ratio introduced into each other in the Biosorptionsreaktor that 1 liter of biomass dry substance is used per liter of mixture Vi and V 2 for 10mg of heavy metal. For example, microorganism strains of the genera Azetobacter, Methylbacillus, Yarrowia, and mixed populations of the species mentioned above can be used as sorbent biomass. The mixture leaving the sorption reactor of suspended biomass laden with heavy metal and the wastewater secured by the heavy metal is fed to a solid-liquid separation by means of conventional separation devices. In this separation device (4), the suspension of wastewater and biomass containing heavy metals passes. After the solid-liquid separation (4), at least one third of the separated heavy metal-laden biomass is fed back via a bypass piping system (7) directly to the biomass suspension stream V 2 or to the top of the biosorption reactor (3). The recirculation of the partially loaded biomass occurs depending on the achieved degree of loading of the biomass or of the heavy metal concentration of the wastewater once or several times. By re-contacting the partially loaded biomass with the waste water volume flow Vi in the head of Biosorptionsreaktors (3) higher loading of the biomass is achieved with the heavy metal to be disposed of and thus the required degree of waste disposal and economic material recovery from the loaded biomass. In addition, the recirculation of loaded biomass makes it possible to reduce the unladen biomass used in the volumetric flow V 2 .

Ausführungsbeispieleembodiments

Beispiel 1example 1

Zur Schwermetallfixierung aus niedrig konzentrierten Lösungen und industriellen Abwässern wurden die Mikroorganismen Methylobacillus sp. IMET11070 sowie der Gluconsäureproduzent Acetobacter methanolicus IMET B 346 vor und nach der Säurebildung eingesetzt. Die Kultivierung dieser Biosorbenten erfolgte gemäß DD 239191 bzw. EP 0171447 unter Verwendung von Methanol als C-Quelle.For heavy metal fixation of low concentrated solutions and industrial wastewater, the microorganisms Methylobacillus sp. IMET11070 and the gluconic acid producer Acetobacter methanolicus IMET B 346 used before and after acid formation. The cultivation of these biosorbents was carried out according to DD 239191 or EP 0171447 using methanol as C source.

Die Biosorption wurde jeweils eingeleitet, indem man eine Biomassesuspension mit definierter Biomassetrockensubstanz-Konzentration Cbts in g BTS/I und eine metallhaltige Lösung mit bekanntem Metallionengehalt in mg Men+/I unter Vorgabe bzw. Konstanthaltung weiterer Prozeßparameter, wie pH-Wert, Temperatur, Art des metallhaltigen Mediums und Verweilzeit der im vereinigten Volumenstrom, miteinander vermischt. Die Homogenisierung der Volumenströme erfolgte so, daß beim Aufeinandertreffender beiden Volumenströme hochturbulente Strömungsfelder (Re sehr viel größer als 2300) entstehen und es so zu einer intensiven und vollständigen Durchmischung derselben kommt. Nach einer vorgegebenen Verweilzeit (t in min) des Biosorbenten im metallhaltigen wäßrigen Medium wurde die mit dem jeweiligen Schwermetall beladene Biomasse mit einem Ultrafiltrationslabormodul, wobei eine Einstufen-Ultrafiltration betrieben wurde, abgetrennt. Das bei der Biomasseabtrennung anfallende Filtrat wurdel jeweils nachfolgend auf aktuelle Schwermetallrestkonzentration untersucht. Zur analytischen Nachweisführung der Men+-Konzentration wurden mit Ausnahme des Hg-Gehaltes die AAS-Methode und das übliche naßchemische Aufschlußverfahren angewendet. Die Bestimmung der Quecksilberkonzentrationen erfolgte mit dem Gerätesystem A 511 der Firma REKANA B. V.The biosorption was in each case initiated by a biomass suspension with a defined biomass dry matter concentration Cbts in g BTS / I and a metal-containing solution with a known metal ion content in mg Me n + / I under specification or constant other process parameters, such as pH, temperature, Art the metal-containing medium and residence time in the combined volume flow, mixed together. The homogenization of the volume flows took place in such a way that highly turbulent flow fields (Re much greater than 2300) arise when the two volume flows meet, resulting in an intensive and complete thorough mixing thereof. After a predetermined residence time (t in min) of the biosorbent in the metal-containing aqueous medium, the loaded with the respective heavy metal biomass with an ultrafiltration laboratory module, wherein a single-stage ultrafiltration was operated separated. The filtrate obtained in the biomass separation was examined in each case subsequently for the current heavy metal residual concentration. For the analytical verification of the Me n + concentration, except for the Hg content, the AAS method and the usual wet chemical digestion method were used. The determination of the mercury concentrations was carried out with the device system A 511 REKANA BV

Aus der Gegenüberstellung der jeweiligen Schwermetallkonzentrationen in der Ausgangslösung (CMe,0) sowie im resultierenden Filtrat nach der einstufigen Ultrafiltrationsbehandlung des homogenisierten Volumenstromes lassen sich präzise AngabenFrom the comparison of the respective heavy metal concentrations in the starting solution (C Me , 0 ) and in the resulting filtrate after the single-stage ultrafiltration treatment of the homogenized volume flow, precise information can be obtained

sowohl über die erreichte Sorptions· bzw. Schwermetallaufnahmeraten in mg Me11Vg BTS als auch über Grenzkonzentrationen, dio insbesondere bei toxischen Metallen, wie dem Quecksilber, von außerordentlicher Bedeutung sind, ableiten.both on the achieved sorption or heavy metal uptake rates in mg Me 11 Vg BTS and over limit concentrations, dio in particular in toxic metals such as mercury, are of extraordinary importance derived.

Mikroorganismus: Acetobacter methanolicus (MB58) IMET 8346 Kultivierung, Biosorption und Biomasseabtrennung wie oben beschrieben Art der Lösung: Modell-Lösung Schwermetallion: Mo2+ Microorganism: Acetobacter methanolicus (MB58) IMET 8346 Cultivation, Biosorption and Biomass Separation as described above Type of solution: Model solution Heavy metal ion: Mo 2+

Prozeßparameter der BiosorptionProcess parameters of biosorption

pH-Wert = 1,6pH = 1.6

t = 10mint = 10min

Cbts = 2,5gBTS/lCbts = 2.5g BTS / l

T = 2O0CT = 2O 0 C

CMo = 136mg/lC Mo = 136 mg / l

nachgewiesene Sorptionsrate: 68mg Mo2Vg BTS Aufnahmerate: 50% der Mo2+ der AusgangslösungProven sorption rate: 68mg Mo 2 Vg BTS uptake rate: 50% of the Mo 2+ of the starting solution

Beispiel 2Example 2 Mikroorganismus: Methylobacillussp. M 127IMET 11070Microorganism: Methylobacillus p. M 127IMET 11070 Kultivierung, Biosorption und Biomasseabtrennung analog Bsp. 1 Art der Lösung, zu sorbierendes Metallion sowieCultivation, biosorption and biomass separation analog Ex 1 type of solution, metal ion to be sorbed and Parametereinstellung analog Beispiel 1Parameter setting analogous to example 1

nachgewiesene Sorptionsrate: 99mg Mo2Vg DTSProven Sorption Rate: 99mg Mo 2 Vg DTS

Aufnahmerate: 73% der Mo2+der AusgangslösungAcquisition rate: 73% of the Mo 2+ of the starting solution Beispiel 3Example 3 Mikroorganismus: Acetobacter methanolicus (MB58) IMET BMicroorganism: Acetobacter methanolicus (MB58) IMET B Kultivierung, Biosorption und Biomasseabtrennung analog Bsp.Cultivation, Biosorption and Biomass Separation analog Ex. Art der Lösung: Modell-LösungType of solution: Model solution Metallion: Co2+ Metal ion: Co 2+ Prozeßparameter bei der BiosorptionProcess parameters in the biosorption

pH-Wert = 3,5pH = 3.5

t = 10min Cbts = 3,5gBTS/1t = 10min Cbts = 3.5g BTS / 1

T = 170C Cco = 583mg/lT = 17 0 C Cco = 583 mg / l

nachgewiesene Sorptionsrate: 396mg Co2Vg BTS Aufnahmerate: 68% der der Co2+ der AusgangslösungProven sorption rate: 396mg Co 2 Vg BTS uptake rate: 68% of the Co 2+ of the starting solution

Beispiel 4Example 4 Mikroorganismus: Methylobacillussp. MB 127IMET11070Microorganism: Methylobacillus p. MB 127IMET11070 Kultivierung, Biosorption und Biomasseabtrennung analog Bsp. 1 ·Cultivation, biosorption and biomass separation analogous to Example 1 Metallion: Hg2+ Metal ion: Hg 2+ Prozeßparameter bei der Biosorption '"Process Parameters in Biosorption '"

pH-Wert = 4pH = 4

t = 10mint = 10min

Cbts = 2,54 g BTS/ICbts = 2.54 g BTS / I

CHfl= 45mg Hg/lC Hfl = 45mg Hg / l

T = 200CT = 20 ° C.

nachgewiesene Scrptionsrate: 6-20mg Hg/g BTS Aufnahmerate: bis zu 44% des Hg der AusgangslösungProven scrub rate: 6-20mg Hg / g BTS uptake rate: up to 44% of the Hg of the starting solution

Claims (4)

1. Verfahren zur mikrowellen Schwermetallentfernung aus Abwässern durch Sorption und Akkumulation an bzw. in Biomasse bei Umgebungstemperatur und Normaldruck im schwach basischen bis saurem Bereich, gekennzeichnet dadurch, daß ein eingestellter schwermetallhaltiger Abwasserstrom V1 und ein in wäßriger Phase vorliegender geregelter Biomassesuspensionastrom V2 kontinuierlich in so einem Verhältnis miteinander vermischt werden, daß im Biosorptionsreaktor hochturbulente Strömungsfelder entstehen und pro Liter Gemisch aus V1 und V2 für 10mg Schwermetall 1 g Biomassetrockensubstanz eingesetzt wird, so daß Schwermetalle und Schwermetallverbindungen in der Größenordnung von größer 6 mg pro g suspendierter Biomasse innerhalb einer Zeit von maximal 10 min gebunden werden und nach anschließender Fest-Flüssig-Trennung unter Rezirkulation von mindestens einem Drittel der abgetrennten schwermetallbeladenen Biomasse der Schwermetallgehalt des Abwassers unter 0,05 mg Schwermetall pro Liter Abwasser abgesenkt wird unter maximaler Beladung der Biomasse und das Schwermetall durch bekannte Aufarbeitungsmethoden zurückgewonnen wird.1. A method for microwave heavy metal removal from waste water by sorption and accumulation of or in biomass at ambient temperature and atmospheric pressure in weakly basic to acidic range, characterized in that a set heavy metal waste stream V 1 and a present in the aqueous phase controlled Biomassesuspensionastrom V 2 continuously in be mixed with one another such that highly turbulent flow fields arise in the biosorption reactor and 1 g biomass dry substance is used per liter of mixture of V 1 and V 2 for heavy metal 10mg, so that heavy metals and heavy metal compounds in the order of greater than 6 mg per g of suspended biomass within a Time of a maximum of 10 minutes are bound and after subsequent solid-liquid separation with recirculation of at least one third of the separated heavy metal biomass laden the heavy metal content of the waste water below 0.05 mg heavy metal pr o liter of wastewater is lowered under maximum load of the biomass and the heavy metal is recovered by known work-up methods. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Sorption und Akkumulation im Biosorptionsreaktor im pH-Bereich von 1,5 bis 3 durchgeführt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that sorption and accumulation in the biosorption reactor in the pH range of 1.5 to 3 are performed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, ι jß vorzugsweise Mikroorganismenstämme der Gattungen Acetobacter, Methylbacillus, Yarrowia sowie Mischpopulationen aus den genannten Stämmen als Biosorbenten verwendet werden.3. The method according to claim 1 and 2, characterized by ι jß preferably microorganism strains of the genera Acetobacter, Methylbacillus, Yarrowia and mixed populations of the strains mentioned are used as biosorbents. 4. Anordnung zur mikrowellen Schwermetallentfernung aus Abwässern bestehend aus Säurevorlagebehälter, Abwasserdeponiebehälter, Biosorptionsreaktor und einer Einrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung mit dem Sorptionsreaktor so gekoppelt ist, daß über ein Bypass-Rohrleitungssystem mindestens ein Drittel der abgetrennten schwermetallbeladenen Biomasse geregelt direkt dem Biomassesuspensionsstrom V2 oder dem Kopfbereich des Biosorptionsreaktors wieder zugeführt wird.4. Arrangement for microwave heavy metal removal from waste water consisting of acid tank, Abwasserdeponiebehälter, Biosorptionreaktor and a device for solid-liquid separation, characterized in that the means for solid-liquid separation with the sorption reactor is coupled so that a bypass piping system at least one third of the separated heavy metal-loaded biomass controlled directly to the biomass suspension flow V 2 or the head of the Biosorptionsreaktors is fed back.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0952120A1 (en) * 1998-04-23 1999-10-27 "VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK", afgekort "V.I.T.O." Method and plant for purification of metal containing water
AT405928B (en) * 1996-12-13 1999-12-27 Bkt Burggraef Gmbh Process for removing heavy metals from heavy-metal- polluted wastewater

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US6355172B1 (en) 1998-04-23 2002-03-12 Vlaamse Instelling Voor Technologisch Onderzoek (Vito) Method and plant for purification of metals from water

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