DE10056338A1

DE10056338A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen

Info

Publication number: DE10056338A1
Application number: DE2000156338
Authority: DE
Inventors: Christian Uphoff
Original assignee: Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Current assignee: Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: DE10056338B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen, bei denen effektive Mikroorganismen, die durch Fermentation einer Mischung aus Wasser I, Mikroorganismen II und Nährmedium III erzeugt wurden, auf ein zu behandelndes Medium einwirken. Es werden Meßwerte zur Kennzeichnung des Mediums vor und nach der Einwirkung der Mikroorganismen auf das Medium gemessen und in Abhängigkeit davon eine Nachregelung der Prozeßbedingungen bei der Fermentation vorgenommen. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist der Einsatz auf dem Gebiet der Abwasserreinigung. Auf diese Weise läßt sich der Verunreinigungsgrad am Einleitungsort in die Kläranlage wesentlich verbessern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen, insbe sondere zur Behandlung von Abwasser mit Mikroorganismen.

Bei der Abwasserreinigung in Kläranlagen wird die Selbstreinigung von Gewässern nachgeahmt. Dabei gelangen physikalische, biologische und chemische Reinigungsstufen zum Einsatz. Ein Nachteil in der biolo gischen Stufe, der sowohl beim Belebungsverfahren als auch beim Tropf körperverfahren auftritt, ist, daß der anfallende Schlamm vorzugsweise durch Schlammeindickung oder Schlammfaulung in großen Menge weiterver arbeitet werden muß.

Ferner werden bei ungenügendem Sauerstoffgehalt im Abwasser be reits in der Leitung zur Kläranlage hin Schmutzstoffe durch anaerobe Bakterien abgebaut, wodurch Schwefelwasserstoff entsteht und eine Ver schlechterung der Wasserqualität auftritt. Dabei verschlechtert sich die Qualität des Abwassers mit zunehmender Entfernung des Ortes der Abwasserentstehung von der Kläranlage. Zur Vorbehandlung des Abwassers in der Leitung werden dem Abwasser in Pumpstationen Chemikalien zuge führt, wie z. B. Nitrate. Jedoch bedürfen auch diese zugeleiteten che mischen Stoffe einer Verarbeitung in der Kläranlage.

Seit Beginn der neunziger Jahre sind für eine umweltschonende Ab wasserbehandlung effektive Mikroorganismen im Einsatz. Der Begriff "effektive Mikroorganismen" wurde durch Professor Teruo Higa geprägt und bezeichnet eine Vielzahl von effektiven, nützlichen und nicht pa thogenen Mikroorganismen, die durch natürliche Prozesse erzeugt wer den. Ergebnisse beim Einsatz der effektiven Mikroorganismen auf ver schiedenen Teilgebieten der Landwirtschaft und Umwelttechnik wurden auf der Konferenz "International Convention and Conference on Kyusei Natur Farming and the technology of effective Microorganisms" vom 24 bis 27. Oktober 1998 in Bali, Indonesien dargestellt.

Effektive Mikroorganismen werden seit 1991 auch in der Gushikawa Stadtbibliothek im japanischen Okinawa eingesetzt, um Abwasser zu be handeln und als Brauchwasser in das System wieder zurückzuspeisen. Nach Einfahrprozessen im ersten Monat mit einer größeren Menge an ef fektiven Mikroorganismen wurden mit einer diskontinuierlichen Einspei sung von drei Litern an effektiven Mikroorganismen innerhalb von drei Monaten in den Abwassertank, der sich unmittelbar stromabwärts von der Abwasserentstehung befindet, positive Resultate erzielt.

Ein Nachteil von den derzeit zur Verfügung stehenden Verfahren be steht darin, daß die verwendeten effektiven Mikroorganismen nur für eine bestimmte Abwasserzusammensetzung optimal sind und somit bei Än derung der Verschmutzung bzw. der Zusammensetzung des Abwassers eine verschlechterte Reinigungswirkung der diskontinuierlich zugeführten effektiven Mikroorganismen zu verzeichnen ist. Ferner sind bestimmte Verweilzeiten zur Ausführung der Fermentation in den entsprechenden Behältnissen notwendig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen vorzusehen, mit denen auch bei sich ändernder Zusammensetzung des Mediums bestimmte physika lische, chemische und/oder biologische Eigenschaften des behandelten Mediums erzielbar sind. Das Verfahren soll eine einfache Arbeitsweise mit geringen Instandhaltungskosten ermöglichen, während die Vorrich tung robust baubar sein sollte und einen geringen Platzbedarf haben sollte.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vor richtung nach Anspruch 8 und Mikroorganismen nach Anspruch 15 und 16 gelöst.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen werden diese in das Medium eingeleitet, wird nach dem Einwirken der Mikroorganismen eine physikalische, chemi sche und/oder biologische Größe des Mediums gemessen und wird in Ab hängigkeit von dieser gemessenen Größe ein Parameter am Bioreaktor in einer solchen Weise verändert, daß sich die Zusammensetzung, Aktivität und/oder Menge der dem Medium zugeführten Mikroorganismen ändert. Auf diese Weise wird in einem Prozeß, bei dem eine Fermentation sowohl in einem Bioreaktor als auch außerhalb von diesem stattfindet, eine Rück kopplung des Endergebnisses der Fermentation herbeigeführt. Es kann also auf effektive Weise eine gezielte Prozeßbeeinflussung erfolgen, die eine gute Steuerbarkeit des Behandlungsprozesses vom Medium absi chert. Im Unterschied zu den Verfahren nach dem Stand der Technik er folgt somit bei der vorliegenden Erfindung nicht nur eine Prozeßüber wachung im Bioreaktor, sondern wird eine biologische Regelung des ge samten Fermentationsprozesses vorgenommen.

Der Parameter beim Bioreaktor ist vorzugsweise die zugeführte Art oder Menge des Nährmediums für die Mikroorganismen. Als Ergebnis läßt sich die Effektivität des Fermentationsprozesses im Bioreaktor und als Folge davon die des Fermentationsprozesses außerhalb vom Bioreaktor steuern. Anders ausgedrückt läßt sich über die Nähermedium-Zugabe ein stellen, in welcher Phase von exponentiellem oder stationärem Wachstum die Mikroorganismen dem zu behandelnden Medium in welcher Zusammenset zung zugesetzt werden.

Von Vorteil ist, wenn die gemessene Größe vom Medium der pH-Wert ist. Dieser Wert ist einfach zu ermitteln und gestattet Aussagen über den abgelaufenen Fermentationsprozeß und über Enzymaktivitäten. Aussa gen über den zu erwartenden Fermentationsprozeß sind dann möglich, wenn der pH-Wert unmittelbar nach Einleitung der Mikroorganismen in das zu behandelnde Medium gemessen wird. Mit diesem Meßwert kann in noch gezielterer Weise auf den Fermentationsprozeß Einfluß genommen werden.

Entsprechend einer Variante der vorliegenden Erfindung ist die Re doxspannung nach dem Einwirken der Mikroorganismen auf das zu behan delnde Medium meßbar und zur Parametersteuerung beim Bioreaktor nutz bar. Aus dem Meßwert können dann Aussagen über das Redoxverhalten des behandelten Mediums getroffen werden, die dann Rückschlüsse auf den Fermentationsverlauf gestatten. Die Genauigkeit der Prozeßsteuerung ist daher höher.

Ein bevorzugter Einsatz der vorliegenden Erfindung erfolgt bei Ab wasser. Aufgrund der Vielzahl von Bestandteilen des Abwasser erfordert eine ökologisch sinnvolle Reinigung nach dem Stand der Technik zuerst eine Bestimmung seiner Zusammensetzung. Entsprechend der Erfindung ist jedoch eine umweltschonende Reinigung mit wesentlich geringerem meß technischen Aufwand möglich. Aus dem Endergebnis der Fermentation las sen sich Rückschlüsse auf die vorzunehmende Reinigung ziehen.

Durch den Einsatz von Rohrzuckermelasse als Nährmedium können den Mikroorganismen alle notwendigen Nährstoffe bei niedrigen Betriebsko sten für die Anlage zugeführt werden.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Vorrich tung einen Bioreaktor, eine erste Zuführeinrichtung, eine Meßeinrich tung und eine Steuerungseinrichtung in geeigneter Weise aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine zweite Zuführeinrich tung aufweisen, mit der verschiedene Nährmedien bzw. unterschiedliche Mengen von diesem dem Bioreaktors zuleitbar sind. Somit wird die gerä tetechnische Voraussetzung für die Beeinflussung des Fermentationser gebnisses geschaffen.

Der Bioreaktor kann einen Fermentationsbehälter für anaerobe und aerobe Prozesse oder einen Vorfermenter für aerobe Prozesse, einen Hauptfermenter für anaerobe Prozesse und einen Nachfermenter zur Inak tivierung der Mikroorganismen aufweisen. Im ersten Fall ist der gerä tetechnische Aufwand gering. Im zweiten Fall ist eine gezielte Beein flussung der aeroben und anaeroben Prozesse möglich, wodurch die Steu erbarkeit der Gesamtprozesses erhöht ist. Statt der Anordnung von drei Fermentern ist auch nur der Einsatz von zwei Fermentern möglich.

Wenn zumindest zwei Fermenter eingesetzt werden, können Mikroorganismen aus dem stromabwärts liegenden Fermenter zum stromaufwärts liegenden Fermenter zurückgeführt werden. Dadurch verringert sich die Menge an Starterkultur, die zuzugeben ist.

Beim vorstehend genannten Verfahren und bei der vorstehend genann ten Vorrichtung sind als Mikroorganismen Reinigungsbakterien, stick stoffbindende Mikroorganismen und Eumycota, die für eine nützliche Fermentation gebraucht werden, einsetzbar. Somit sind mit der Einlei tung von einem Gemisch an Mikroorganismen eine Vielzahl von Verunrei nigungen im Abwasser beseitigbar.

Durch eine geeignete Auswahl der Mikroorganismen unter den unter schiedlichen Elementen der genannten Gruppen von Mikroorganismen ist eine Anpassung an die mögliche Abwasserzusammensetzung möglich. Beim Einbringen aller Mikroorganismen in den entsprechenden Gruppen ist ei ne Anwendung auf eine beliebige Mediumzusammensetzung realisierbar.

Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprü che.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläu tert, in denen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Steuerung für die Abwasserbehandlung mit effektiven Mikroorganismen zeigt, und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Abwasserbehandlung entsprechend der Erfindung zeigt.

In Fig. 1 ist ein Bioreaktor 100 schematisch dargestellt. In die sen Bioreaktor 100 sind Wasser I, Mikroorganismen II und ein Nährme dium III über jeweilige Dosiereinrichtungen 4, 5 bzw. 6 einleitbar. Dabei werden vorzugsweise die Medien I, II und III bereits vor dem Eintrag in den Bioreaktor gemischt und wird eine Adaptierung der Mi kroorganismen an das neue Milieu erreicht. Im Bioreaktor 100 beginnt dann bei entsprechend günstigen Prozeßbedingungen die Phase des expo nentiellen Wachstums der Mikroorganismen.

Bei der Temperaturwahl des Wassers ist darauf zu achten, daß bei einer Mischung der Medien I, II und III vor dem Einbringen in den Bio reaktor eine unerwünschte Fermentierung vermieden wird.

Als Nährmedium gelangt aufgrund des günstiges Kosten/Nutzen-Ver hältnisses vorzugsweise Rohrzuckermelasse zum Einsatz.

Es ist jedoch ein beliebiges anderes Nährmedium, das die von den Mikroorganismen zum Zellaufbau benötigten 10 Hauptelemente S, C, H, O, N, Ca, Fe, K, P und Mg in der für die Mikroorganismen nötigen Zusam mensetzung aufweist, einsetzbar, wie beispielsweise eine Mischung aus Rohrzuckermelasse und Honig, Rübenmelasse, Stärke, Sulfitablauge, Cel lulose, Molke, tierisch und pflanzliche Fette/Öle sowie Alkohole. Da bei ist insbesondere auf ausreichend Kohlenstoff- und Energiequellen, Stickstoffquellen, Mineralstoffquellen und Vitaminquellen zu achten. Zusätzlich kann die Zudosierung eines Entschäumers zu Beginn oder wäh rend der Fermentation vorgenommen werden.

Die effektiven Mikroorganismen, die nach der Fermentation des Ge misches aus Wasser I, Mikroorganismen II und Nährmedium III im Biore aktor 100 vorliegen, werden über eine Dosiereinrichtung 7 dem Abwas ser, das sich in einer Abwasserleitung 110 befindet, zugeführt.

Die effektiven Mikroorganismen können folgende Bestandteile auf weisen

1. als Reinigungsbakterien
- - Photosynthese-Bakterien (grampositiv): die Familien Rhodospiril lum, Rhodopseudomonas, Chromatium, Chlorobium
- - gramnegative, aerobe stabförmige und kreisförmige Bakterien: die Familien Pseudomonos, Gluconobacter, Acetobacter, Azotobocter, Rhiz bium, Methylomonas
- - grampositive kreisförmige Bakterien: die Familien Micrococcus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus
- - stab- und kreisförmige Bakterien mit Endosporen: die Familien Bacillus, Clostridium, Desulfotomaculum
- - grampositive stabförmige Bakterien ohne Sporen: die Familie Lactobacillus
- - grampositive Actinomyceten und verwandte Bakterien: die Familien Corynebacterium, Arthrobacter, Propionibacterium, Frankia, Strep tomyces
2. als stickstoffbildende Mikroorganismen
3. symbiotische stickstoffbildende Mikroorganismen
4.
- - Algen: z. B. Anabena Nostoc (in Symbiose mit Azolla)
- - Aktinomyceten: z. B. Frankia (in Symbiose mit Erlen)
- - Bakterien: z. B. Rhizoblum (in Symbiose mit Leguminosen)
5. unabhängige stickstoffbildende Mikroorganismen
6.
- - aerobe Mikroorganismen: Algen (z. B. Anabena, Nostoc sp), Azoto bacter (z. B. Azotobacter sp), methanoxydierende Bakterien (z. B. Methy lomonas sp), Schwefelbakterien (z. B. Thiobacillus thiooxidans), aerobe Photosynthesebakterien (z. B. Erythrobacter longus)
- - mikro-aerofile Mikroorganismen: kreisförmige Bakterien mit En dosporen (z. B. Bacillus, Polymyxa), Darmbakterien (z. B. Klebsiella, Pneumonia), Actinomyceten (z. B. Propioxibacterium shermarii)
- - anerobe Mikroorganismen: kreisförmige Bakterien mit Endosporen (z. B. Clostridium, Pasteurionum, Desulfotomaculum ruminis), schwefel reduzierende Bakterien (z. B. Desulfouibrio vulgaris), grüne Schwefel bakterien (z. B. Chlorobium linicola), braun-grüne Photosynthesebakte rien (z. B. Heliobacterium chlorum)
- - Bakterien die sowohl aerobe als auch anerobe Eigenschaften besit zen und von Luft und Nahrung abhängig sind: nicht-violette Schwefel bakterien (z. B. Rhodospirillum rubrum, Rhodopseudomonoas sp), violet te Schwefelbakterien (z. B. Chromatium sp), Algen (z. B. Plectonema bo ryanum)
7. Eumycota, die für eine nützliche Fermentation gebraucht werden
- - Mastigomycotina: z. B. die Pilze Saprolegnis
- - Zygomycotina: z. B. die Pilze Mucor, Rhizopus
- - Ascomycotina: z. B. die Pilze Emericella, Neosartorya, Tatoromyces, Eupenicillium, Monascas, Neurosporo und die Hefen Sac caromycetaceae, Saccaromyces, Schizosoccharomyas, Pichoa
- - Basidiomycotina: z. B. die Pilze Flammulina, Lentinus und die He fen Ustilaginaceae, Rhodosporidium, Leucosporidium
- - Deuteromycotina: z. B. die Pilze Aspergilius, Penicillium, Tricho dema und die Hefen Sporobolomycetaceae, Bullera, Sporidiobolus, Sporo bolomyces, Cryplococcaceae, Torulopsis, Candida, Kloeckera, Rhodoto rula

Genauer gesagt sind als Photosynthesebakterien einsetzbar:

- grüne Schwefelbakterien, z. B. Chlorobium limicola f. thiosulfatophilum (Lebensbedingungen: Licht, anaerob)
- drahtförmige kriechende grüne Bakterien: z. B. Chloroflexus aura tiacus (Lebensbedingungen: Licht, anaerob bzw. dunkel, aerob)
- violette Schwefelbakterien: Chromatium vinosum, Thiocapsa pfen nigii (Lebensbedingungen: Licht, anaerob bzw. dunkel, aerob)
- nicht violette Schwefelbakterien: z. B. Rhodopseudomonas, Sphae roides, Rhodomicrobium vannielli, Rhodospirillium rubrum (Lebensbedingungen: Licht, anaerob bzw. dunkel, aerob bzw. dunkel, anaerob)
- aerobe Photosynthesebakterien: Erytbrobacter longus (Lebensbedingungen: Licht, aerob bzw. dunkel, aerob)
- anaerobe, braun-grüne Photosynthesebakterien: Heliobacterium chlorum (Lebensbedingungen: Licht, anaerob)

Der Bioreaktor kann eine nicht in Fig. 1 dargestellte Steuereinrichtung aufweisen, die den im Bioreaktor stattfindenden Fer mentationsprozeß in Abhängigkeit der Meßergebnisse von Sensoren, die sich am Bioreaktor befinden, beeinflußt. Am Bioreaktor sind die Tempe ratur, die Belüftung, die Drehzahl des Rührwerks, der Druck, der pH- Wert, der gelöste Sauerstoff der Schaumstand und das Gewicht meßbar. Zusätzlich können jedoch auch noch der Kohlendioxid-Gehalt des Medi ums, die Trübung des Mediums als Maß für das Wachstum der Mikroorga nismen, die Fluoreszenz als indirektes Maß für die Menge an Biomasse bzw. für die Sauerstoffversorgung, der Sauerstoff- bzw. Kohlendioxidgehalt im Abgas sowie die Enzymaktivitäten und die Menge bzw. die Existenz weiterer Produkte und Substanzen gemessen werden. Die Enzymaktivitäten und die Menge bzw. die Existenz weiterer Produkte und Substanzen wird vorzugsweise über Biosensoren ermittelt.

Biologische, chemische und/oder physikalische Eigenschaften des unbehandelten Abwassers sind über eine Meßeinrichtung 3 meßbar.

Eine Meßeinrichtung 2, die sich kurz hinter dem Ort befindet, an dem die effektiven Mikroorganismen dem Abwasser zugeführt werden, er mittelt biologische, chemische und/oder physikalische Eigenschaften des mit den effektiven Mikroorganismen versetzten Abwassers.

Eine Meßeinrichtung 3 befindet sich an einem Ort an der Abwasserleitung, der sich bezüglich des Ortes der Einleitung der ef fektiven Mikroorganismen in das Abwasser in einem solchen Abstand be findet, daß die effektiven Mikroorganismen auf das Abwasser einwirken konnten.

Die Ausgangssignale der Meßeinrichtungen 1, 2 und 3 werden einer ebenfalls in Fig. 1 gezeigten Steuerung zugeführt, die Ausgangssignale für die Dosiereinrichtungen 4, 5, 6 und 7 sowie eine entsprechende Prozeßführungseinrichtung 8 für den Bioreaktor 100 erzeugt.

Auf diese Weise sind die Prozeßparameter des Bioreaktors 100 in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abwasser und somit in Abhän gigkeit von der Reinigungswirkung der Mikroorganismen einstellbar.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird mit der Meßein richtung 1 der pH-Wert des mit den effektiven Mikroorganismen versetz ten Abwassers in einem vorbestimmten Abstand zum Einleitungsort der Mikroorganismen in das Abwasser gemessen und die Menge des zugeführten Nährmediums III bei der Dosiereinrichtung 4 eingestellt. Ein günstiger Ort für die Meßeinrichtung 1 ist kurz vor dem Einmünden der Abwasser leitung 110 in die Kläranlage.

Eine Variante für die erste Ausführungsform, bei der der Bioreak tor 100 in drei Fermenter 20, 30, 40 unterteilt ist, ist in Fig. 2 dargestellt. 1000 l Wasser I werden zusammen mit 101 Mikroorganismen und 7 kg Rohrzuckermelasse in einen Vorratsbehälter 10 gegeben. Dieses Gemisch hat in dem Fall, in dem alle vorstehend aufgeführten Mikroorganismen in diesem enthalten sind, beispielsweise einen pH-Wert von 6,4. Es kann jedoch auch in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Mikroorganismen ein anderer pH-Wert vorliegen.

Das Gemisch gelangt aus dem Vorratsbehälter 10 in den Vorfermenter 20, in dem bei einer bewegten Fermentation und bei 35 bis 36°C die aerobe Bakterien aktiviert werden. Es ergibt sich am Auslauf des Vor fermenters 20 beispielsweise ein pH-Wert von 4,2.

Das Gemisch am Auslauf des Vorfermenters 20 gelangt in einen Hauptfermenter 30 zur Aktivierung der anaeroben Bakterien und zur Ent fernung der pathogenen Keime bei 38 1/2 bis 41°C. Am Auslauf des Hauptfermenters 30 ergibt sich beispielsweise ein pH-Wert von 4,2.

Zur Nachfermentation wird das Gemisch am Auslauf des Hauptfermen ters 30 einem Fermenter 40 zugeführt, in dem die Bakterien bei 35°C in einen inaktiven Zustand mit einem pH-Wert von vorzugsweise unter 3,6 versetzt werden. In der Nachfermentation-Phase werden auch Enzyme zu gesetzt, die die Reaktionsgeschwindigkeit der Mikroorganismen in der Abwasserleitung erhöhen und den Stoffwechsel in der Leitung katalyti sch steuern.

Die Fermenter 20, 30, 40 können jeweils die vorstehend genannten Meßeinrichtungen, die bezüglich dem Bioreaktor 100 beschreiben wurden, zur effektiven Prozeßüberwachung und -steuerung aufweisen. Von beson derem Interesse sind dabei die Meßeinrichtungen für pH-Wert und Tempe ratur.

Die auf diese Weise erzeugten effektiven Mikroorganismen gelangen über die in Fig. 1 gezeigte Dosiereinrichtung 7 in das Abwasser. Im Abwasser können die Mikroorganismen durch Einleiten von Ultraschall aktiviert werden. Aus Praktikabilitätsgründen ist es von Vorteil, wenn die Aktivierung mit Ultraschall bereits im Fermenter 40 erfolgt.

Bei Gemischen mit allen der vorstehend aufgeführten Mi kroorganismen liegt die beste Aktivität bei einem pH-Wert von 3,5 bis 4,0. Somit besteht das Ziel der Fermentation in den Fermentern 20, 30 und 40 darin, im Abwasser einen pH-Wert in dem genannten Bereich zu erhalten.

Die effektiven Mikroorganismen werden in das Abwasser beispielsweise in einem Verhältnis von 1 : 10000 eingebracht. Auf diese Weise lassen sich die mit 1000 l Wasser erzeugten Mikroorganismen in kleineren Ortschaften zur Abwasser-Vorreinigung in einem Zeitraum von über 2 Tagen einsetzen.

Die eigentliche Fermentation mit den effektiven Mikroorganismen findet in der Abwasserleitung 110 statt. Das Ergebnis der Fermentation wird dann über eine pH-Meßeinrichtung, die sich in der in Fig. 1 ge zeigten Meßeinrichtung 1 befinden kann, ermittelt und der in Fig. 1 gezeigten Steuerung zugeführt. Anschließend wird dann von der Steue rung über die in Fig. 1 gezeigte Dosiereinrichtung 4 eine Änderung von beispielsweise 1 g zusätzlicher oder verringerter Nährstoffmasse je 1000 l Wasser I ausgeführt.

Die Enzyme müssen nicht zwangsläufig in der Nachfermentationsphase zugesetzt werden, sondern können auch bereits dem Vorratsbehälter 10 zugeführt werden. Zur Abtötung bestimmter Enzyme kann dann in einem oder mehreren der Fermenter eine Erwärmung auf über 40°C ausgeführt werden. Eine solche Erwärmung wird über Meßergebnisse der Meßeinrich tung 1 über die in Fig. 1 gezeigte Steuerung in dem entsprechenden Fermenter ausgelöst.

Mit der kontinuierlichen Einspeisung von effektiven Mi kroorganismen in das Abwasser kann zwar sofort begonnen werden, jedoch ist es im Hinblick auf eine optimale Prozeßsteuerung von Vorteil, wenn in den ersten drei Tagen eine diskontinuierliche Einleitung der effek tiven Mikroorganismen erfolgt, bei der sich eine konzentrierte und ei ne verdünnte Einleitung der Mikroorganismen abwechseln. An die dabei auftretende anfängliche Erhöhung der Schwefelwasserstoffkonzentration im behandelten Abwasser schließt sich dann eine Phase an, in der die Abwasserqualität bereits verbessert ist. In den ersten 4 bis 8 Wochen sollte noch eine verstärkte Prozeßüberwachung mit eventuell manueller Nachregelung stattfinden. Im Anschluß kann dann jedoch zum kontinuier lichen Betrieb mit automatischer Steuerung übergegangen werden.

Stickstoffoxide, die durch die Mikroorganismen im Abwasser erzeugt werden, dienen als Nährmittel für Bakterien, die Ammoniak und Ammonium im Abwasser zu Nitrit umsetzen. Dieselben Bakterien verwandeln im An schluß das Nitrit in gasförmigen Stickstoff. Auf diese Weise erfolgt sowohl eine effektive Ammonium- und Stickstoff-Eleminierung im Abwas ser und eine Verminderung der NOx-Emission.

Entsprechend einer Abwandlung dieser Variante des ersten Ausfüh rungsbeispiels werden in dem Fall, in dem zumindest zwei Fermenter vorgesehen sind, die Mikroorganismen aus dem stromabwärts liegenden Fermenter zum stromaufwärts liegenden Fermenter zurückgeführt.

Beispielsweise gelangen in Fig. 2 Mikroorganismen am Ausgang des Fermenters 40 zum Vorratsbehälter 10. Ein bevorzugtes Volumens für die Rückführung sind 3% bezüglich des Volumens an effektiven Mikroorganis men, das dem Abwasser zugeführt wird. Daraus ergibt sich, daß bezüg lich des Volumen an effektiven Mikroorganismen, das dem Abwasser zuge führt wird, nur noch 0,1% Starterkultur notwendig sind. Es kann somit die Menge an eingesetzten Mikroorganismen verringert werden.

Der Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ent spricht grundsätzlich dem des ersten Ausführungsbeispiels, jedoch wird zusätzlich über die Meßeinrichtung 2 der pH-Wert unmittelbar bei der Einleitung der effektiven Mikroorganismen in das Abwasser gemessen. Auf dieses Weise ist mittels der Steuerung aus Fig. 1 das Ausmaß der in der Abwasserleitung 110 stattfindenden Fermentation ermittelbar. Die Prozeßsteuerung kann folglich mit höherer Genauigkeit ausgeführt werden.

Der Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ent spricht grundsätzlich dem des zweiten Ausführungsbeispiels, jedoch wird zusätzlich über die Meßeinrichtung 3 der pH-Wert unmittelbar vor der Einleitung der effektiven Mikroorganismen in das Abwasser gemes sen. Auf diese Weise steht eine Meßgröße des Abwassers zur Verfügung, die nach entsprechenden Einfahrprozessen der Anlage zu einer verbes serten Prozeßsteuerung verwendbar ist.

Entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel können auch nur mit den Meßeinrichtungen 1 und 3 die pH-Werte vom Abwasser gemessen wer den. Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang lediglich, daß die Rela tion zwischen den pH-Werten an den einzelnen Meßpunkten und der einge leiteten Menge an Nährmedium III in der Einfahrphase vom Prozeß ermit telt und bei der anschließenden kontinuierlichen Steuerung berücksich tigt wird.

Ensprechend einem fünften Ausführungsbeispiel kann eine beliebige der Dosiereinrichtungen 4, 5, 6 oder eine beliebige Kombination von diesen in Abhängigkeit der Meßergebnisse von einer oder mehreren der Meßeinrichtungen 1, 2, 3 für den pH-Wert gesteuert werden.

In einem sechsten Ausführungsbeispiel wird die Dosiereinrichtung 7 für die effektiven Mikroorganismen in das Abwasser in Abhängigkeit der Meßergebnisse von einer oder mehreren der Meßeinrichtungen 1, 2, 3 für den pH-Wert gesteuert. Der Vorteil dieser Steuerung liegt darin, daß über die zugesetzte Menge an effektiven Mikroorganismen eine starke Beeinflussung des pH-Wertes des behandelten Abwasser möglich ist.

In Abwandlung oder Ergänzung zu den vorstehend genannten Ausfüh rungsbeispielen kann entsprechend einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem oder allen der Meßeinrichtungen 1, 2 und 3 eine Meßeinrichtung für die Redoxspannung vorgesehen sein. Die Höhe des Sauerstoffgehalts läßt Aussagen über die Eignung des Abwassers zu Re doxreaktionen zu. Bei einer bevorzugten Variante des siebten Ausfüh rungsbeispiels sind ein Sensor für den pH-Wert und ein Sensor für die Redoxspannung in der Meßeinrichtung 1 sowie ein Sensor für den pH-Wert in der Meßeinrichtung 2 vorgesehen.

Entsprechend einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Prozeßbedingungen 8 in den Fermentern in Abhängigkeit von den Be rechnungen in der in Fig. 1 gezeigten Steuerung änderbar. Dazu gehören die Temperatur, das Maß für die Belüftung, die Drehzahl der Druck, der pH-Wert, der gelöste Sauerstoff, der Schaumstand, das Gewicht das Re doxpotential, die Menge des im Medium gelösten CO₂, die Trübung die Fluoreszenz als indirektes Maß für die Menge an Biomasse bzw. die Sau erstoffversorgung sowie die Enzymaktivitäten und die Menge bzw. die Existenz weiterer Produkte und Substanzen. Die Änderung dieser Parame ter erfolgt vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit von gemessenen Ist-Werte von diesen.

Einige oder alle der vorstehend beschriebenen, im Fermenter meßba ren Größen können entsprechend einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch eine oder alle der Meßeinrichtungen 1, 2 und 3 beim Abwasser gemessen werden und zur Steuerung einer der vorstehend ge nannten Ausführungsbeispiele verwendet werden. Als Folge ist eine ge nauere Prozeßsteuerung über die Steuerungseinrichtung möglich.

Entsprechend einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich der Volumenstrom des Abwassers durch eine oder mehrere der Meßeinrichtungen 1, 2 und 3 gemessen. Auf diese Weise läßt sich die Genauigkeit der Steuerung der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele nochmals erhöhen.

Als Alternative oder zusätzlich zu den Vorrichtungen beim ersten bis zehnten Ausführungsbeispiel können in einem elften Ausführungsbeispiel der Verschmutzungsgrad von Abwässern über die Meß einrichtungen 2 oder/und 3 und/oder der durch die Abwasserbehandlung eingetretene Reinigungseffekt ermittelt werden. Diese können in Form des BSB₅ (Biochemischer Sauerstoffbedarf), des CSB (Chemischer Sauer stoffbedarf), des CSB/BSB₅-Faktors, des Gehaltes an adsorbierbaren or ganisch gebundenen Halogenen und/oder des Gehalts an Schwermetallen, Phosphat und/oder Nitrat bestimmt und ebenfalls zur Steuerung über die Einrichtungen 4, 5, 6, 7 und/oder 8 verwendet werden.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen nur ein Fermenter oder zwei oder drei Fermenter einsetzbar. Im Falle des Einsatzes von weniger als drei Fermentern laufen mehrere Fermentationsvorgänge der Fermenter 20, 30, 40 in einem Fermenter ab. Der Vorteil einer solchen Fermentationsvorrichtung be steht im geringeren apparativen Aufwand.

Um auch bei kleinen Anlagen eine fachmännische Überwachung der Ab wasserreinigung sicherzustellen, können die Meßwerte der entsprechen den Meßeinrichtungen 1, 2, 3 über elektronische Kommunikationsmittel, wie z. B. über die Telefonleitung mittels Modem, an eine zentrale Über wachungsstelle übertragen werden. Bei der Über- oder Unterschreitung bestimmter Grenzwerte kann dann von der Überwachungsstelle direkt in den Prozeß eingegriffen werden und geeignete Maßnahmen für die Zugabe der effektiven Mikroorganismen getroffen werden.

Mit den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen läßt sich die an fallende Klärschlammenge in der Kläranlage um über 30% verringern. Beim Einsatz von Ultraschall läßt sich sogar eine Abnahme um bis zu 50% erreichen. Die Klärschlammqualität ist aufgrund der geringeren Menge an Schadstoffen verbessert, so daß die Entsorgung des Klär schlamms einfacher ist. Auch lassen sich Verbesserungen bei den Dioxin-Werten, Stickstoffwerten, beim CSB-Wert und BSB₅-Wert umsetzen.

Zur Brauchwassererzeugung ist das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne Nachschaltung einer vollständigen Kläranlage einsetzbar. Es ist lediglich die Vorschaltung von einem Rechen zum Entfernen fester Kör per aus dem Abwasser notwendig.

Es können auch auf Granulat aufgebrachte Mikroorganismen zum Ein satz gelangen, die dann in Wasser und eine Nährlösung eingebracht zur Erzeugung effektiver Mikroorganismen dienen. Auf diese Weise ist ein einfacher Transport und eine einfache Lagerfähigkeit der Mikroorganis men abgesichert.

Statt Abwasser kann auch ein beliebiges anderes Medium mit effek tiven Mikroorganismen behandelt werden. Es ist lediglich die Anforde rung an das zu behandelnde Medium zu stellen, daß sich durch die Ein wirkung der effektiven Mikroorganismen die Zusammensetzung des behan delten Mediums ändert.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen, bei denen effektive Mikroorganismen, die durch Fermentation einer Mi schung aus Wasser I, Mikroorganismen II und Nährmedium III erzeugt wurden, auf ein zu behandelndes Medium einwirken. Es werden Meßwerte zur Kennzeichnung des Mediums vor und nach der Einwirkung der Mikroor ganismen auf das Medium gemessen und in Abhängigkeit davon eine Nach regelung der Prozeßbedingungen bei der Fermentation vorgenommen. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist der Einsatz auf dem Gebiet der Abwasserreinigung. Auf diese Weise läßt sich der Verunreinigungsgrad am Einleitungsort in die Kläranlage wesentlich verbessern.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen, das die Schritte aufweist

a) Einleiten von Mikroorganismen aus einem Bioreaktor in das zu behandelnde Medium,
b) Messen einer physikalischen, chemischen und/oder biologischen Größe vom Medium, nachdem die Mikroorganismen auf das Medium einge wirkt haben, und
c) Steuern eines Parameters beim Bioreaktor in Abhängigkeit von der gemessenen physikalischen, chemischen oder biologischen Größe, um die Zusammensetzung oder/und Aktivität oder/und Menge der über die Zu führeinrichtung dem Medium zugeführten Mikroorganismen zu ändern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Parameter in Schritt c) die dem Bioreaktor zugeführte Art oder Menge des Nährmediums für die Mikroorganismen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die physikalische, che mische oder biologische Größe in Schritt b) der pH-Wert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei in Schritt b) zusätzlich der pH-Wert unmittelbar nach der Einleitung der Mikroorganismen in das zu behandelnde Medium gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei
in Schritt b) die Redoxspannung des Mediums gemessen wird, nachdem die Mikroorganismen auf das Medium eingewirkt haben, und
in Schritt c) zusätzlich der Parameter des Bioreaktors in Abhän gigkeit von der Redoxspannung geändert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zu behandelnde Medium Abwasser ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 6, wenn dieser von Anspruch 2 abhängt, wobei das Nährmedium Rohrzuckerme lasse ist.

8. Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen, die aufweist
einen Bioreaktor,
eine erste Zuführeinrichtung, durch die die Mikroorganismen aus dem Bioreaktor dem zu behandelnden Medium zuleitbar sind,
eine Meßeinrichtung zum Messen einer physikalischen, chemischen und/oder biologischen Größe vom Medium, nachdem die Mikroorganismen auf das Medium eingewirkt haben, und
eine Steuerungseinrichtung zur Änderung eines Parameters beim Bio reaktor in Abhängigkeit von der gemessenen physikalischen, chemischen oder biologischen Größe, um die Zusammensetzung oder/und Aktivität oder/und Menge der über die Zuführeinrichtung dem Medium zugeführten Mikroorganismen zu ändern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit einer zweiten Zuführeinrichtung zum Einleiten verschiedener Nährmedium und/oder unterschiedlicher Men gen an Nährmedium in den Bioreaktor in Abhängigkeit von der in der Meßeinrichtung gemessen Größe des Mediums.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Meßeinrichtung ein pH-Sensor ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Bio reaktor einen Fermentationsbehälter für anaerobe und aerobe Prozesse aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Bio reaktor zumindest zwei in Reihe geschaltete Fermenter aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12 mit einer Rückführungseinrich tung, die Mikroorganismen aus dem stromabwärts liegenden Fermenter zum stromaufwärts liegenden Fermenter zurückführt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Bioreaktor ei nen Vorfermenter für aerobe Prozesse, einen Hauptfermenter für anaerobe Prozesse und einen Nachfermenter zur Inaktivierung der Mikroorga nismen aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das zu behandelnde Medium Abwasser ist und die erste Zuführeinrichtung am Entstehungsort des Abwassers angeordnet ist und die Meßeinrichtung in der Abwasserleitung vor der Kläranlage vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wenn dieser von Anspruch 9 abhängt, wobei das Nährmedium Rohr zuckermelasse ist.

17. Mikroorganismen zur Verwendung beim Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder zur Verwendung bei der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, die Reinigungsbakterien, stickstoffbindende Mikroorganismen und Eumycota, die für eine nützliche Fermentation ge braucht werden, aufweisen.

18. Mikroorganismen nach Anspruch 17, wobei
die Reinigungsbakterien eine oder mehrere Organismen aus der Gruppe grampositive Photosynthesebakterien, gramnegative aerobe stabförmige und kreisförmige Bakterien, grampositive kreisförmige Bak terien, stab- und kreisförmige Bakterien mit Endosporen, grampositive stabförmige Bakterien ohne Sporen sowie grampositive Actinomyceten und verwandte Bakterien sind,
die stickstoffbindenden Mikroorganismen einen oder mehrere der symbiotische Mikroorganismen aus der Gruppe Algen, Actinomyceten und Bakterien, und/oder einen oder mehrere unabhängige Mikroorganismen aus der Gruppe aerobe, mikro-aerofile und/oder anaerobe Mikroorganismen und/oder Bakterien, die sowohl aerobe als auch anarobe Eigenschaften besitzen und von Luft und Nahrung abhängig sind, aufweisen, und
die Eumycota, die für eine nützliche Fermentation gebraucht werden, eine oder mehrere Organismen aus der Gruppe Mastigomycotina, Zygomyco tina, Ascomycotina, Basidiomycotina und/oder Deuteromycotina sind.